JP2014510637A - ノズルヘッダ - Google Patents

Abstract

本発明は、冷却材（２）をワークピース（１）に噴霧するための装置および方法に関するものであり、この装置は冷却材フィードライン（３）と、冷却材（２）を送出するための少なくとも１つの送出ノズル（４）と、送出ノズル（４）の少なくとも一部を囲んでいる遮蔽手段（６）とを備えている。遮蔽手段（６）は、ワークピース（１）と一緒に、実質的に閉鎖された空間を形成するように配置され、遮蔽手段（６）は、実質的に閉鎖された空間から、前記ワークピースから離れた場所まで気体冷却材を排出するための排出手段（１１）を備え、この装置は、遮蔽手段（６）の外側を露点よりも高い温度に維持するための手段（７，８）を更に備えている。

Description

本発明は、冷却材をワークピースに噴霧するための装置に関するものであり、この装置は、冷却材フィードラインと、冷却材を送出するための少なくとも１つの送出ノズルと、この送出ノズルの少なくとも一部を囲んでいる遮蔽手段とを備えている。本発明は、さらに、冷却材をワークピースに噴霧するための方法に関するものであり、この方法において、冷却材は少なくとも１つの送出ノズルにより噴霧され、この送出ノズルの少なくとも一部を囲んでいる遮蔽手段が設けられている。

金属圧延工程が多くの熱を発生させること、および、この熱を除去するための最も一般的な方法が冷却材をロール上に噴霧することであることが周知である。最も一般的な冷却材は水および灯油であるが、近年になって、低温流体の使用が、特許文献１および特許文献２において示唆されてきている。

アルミニウムの冷間圧延などの、いくつかの金属圧延工程において、冷却用の低温流体の使用に伴う主要な問題は、周囲雰囲気からの水分が機器の上で凝結して、水、氷または雪を形成することであり、水、氷、または雪は、その後、ストリップの上に落ちるかまたはストリップの上に運ばれて、ストリップに損傷を与える。

特許文献２は、ロール温度を測定し、かつ、ロールが過度に冷却されないように低温流体の流れを制御することによって、凝結を最小限にすることを提案している。しかしながら、ロールの表面自体が正確な温度に維持されている場合でさえ、発生する大量の冷たいガスが周囲の空気および機器を冷却して、この冷却が凝結を引き起こすことが実験によりわかっている。

特許文献１は、不活性の乾燥ガスのみを収容する内側チャンバでローリングミルを囲み、かつ、水分を含有する空気が内側チャンバに侵入することを防ぐために、この内側チャンバを正圧に維持することによって、凝結の発生を回避することを提案している。この方法は、内側チャンバ内での凝結の発生を防ぐが、内側チャンバの内部の大量の冷たいガスが、この内側チャンバを形成するシート材料を冷却し、結果として、内側チャンバの外部のシート材料上に凝結が発生することが実験によりわかっている。内側チャンバの外部で凝結が発生しても、凝結水がストリップ上に落ちて、ストリップに損傷を与える可能性も依然としてある。特許文献１において提案されたチャンバの別の不利な点は、内側チャンバの内部にある機器の全てが冷たいガスによって冷却され、このことが、チャンバ内部にあるベアリング、液圧システムおよび他の機器に対する問題を引き起こすことである。

凝結を回避する別の方法が、特許文献３に提案されている。冶金学的理由およびロール間隙摩擦の理由により、この場合の低温流体は、ロールを冷却する代わりに、ストリップを直接的に冷却するために使用されるが、原理は同様である。特許文献３は、ノズルの周りに乾燥ガスを吹き付けることにより、ノズルを覆うことを提案している。しかしながら、この不活性の乾燥ガスのシュラウドは、ノズル自体の上の凝結を防ぐだけである。上記シュラウドは、周囲雰囲気および冷たいガスに曝されている近傍の他の機器における凝結を防がない。低温スプレーは、周囲空気およびスプレーの近傍における他の機器を冷やし、凝結を引き起こす大量の冷たいガスを発生させる。さらに、不活性の乾燥ガスおよび蒸発した窒素は、空気を移動させ、作業場の雰囲気中の酸素含有量を減らす。

英国特許第２４６６４５８号明細書 独国特許発明第１０２００５００１８０６号明細書 欧州特許第１４０６７３８号明細書

本発明の目的は、ワークピース上でのいかなる水の獲得をも回避することである。

さらに、液体窒素の蒸発によって生成されるガスは、噴霧効率に影響する乱流を引き起こす。

したがって、本発明の目的は、冷却材、特に液化ガスを噴霧するための装置および方法を提供することであり、ここでは、液化ガスの蒸発によって発生する乱流が低減される。

本発明の別の目的は、冷却材、特に液化ガスを噴霧するための方法および装置を提供することであり、ここでは、作業環境における酸素含有量が低減されないか、少なくとも、実質的に低減されない。

本発明の別の目的は、金属ストリップを圧延する処理において、低温冷却材を噴霧するための方法および装置を提供することであり、この発明は、金属ストリップ上に水を供給する可能性のあるいかなる領域またはいかなる機器においても凝結の発生を防ぐ。

この目的は、冷却材をワークピースに噴霧するための装置によって達成され、この装置は、冷却材フィードラインと、当該冷却材を送出するための少なくとも１つの送出ノズルと、当該送出ノズルの少なくとも一部を囲んでいる遮蔽手段とを備えており、この装置は、遮蔽手段が、ワークピースと協働して、実質的に閉鎖された空間を形成するように配置されており、この遮蔽手段が、実質的に閉鎖された空間から、ワークピースから離れた場所まで気体冷却材を排出するための排出手段を備えており、さらに、この装置は、この遮蔽手段の外側を露点よりも高い温度に維持するための手段を備えていることを特徴とする。

この目的は、また、冷却材をワークピースに噴霧するための方法によって達成され、この冷却材は、少なくとも１つの送出ノズルによって噴霧され、当該送出ノズルの少なくとも一部を囲んでいる遮蔽手段が設けられており、この方法は、遮蔽手段がワークピースと協働して、実質的に閉鎖された空間を形成するように配置されていることを特徴とし、気体冷却材が、実質的に閉鎖された空間から、ワークピースから離れた場所まで引き出され、遮蔽手段の外側は、露点よりも高い温度に維持される。

露点とは、所与の水蒸気が水へと凝結する温度として定義される。本発明によると、遮蔽手段の外側の壁の温度は、周囲環境の空気の露点よりも高くなる。特に、遮蔽手段の外側は、周囲空気の露点温度よりも、少なくとも摂氏数度高い温度に維持される。好ましい実施形態においては、遮蔽手段は、少なくとも、周囲雰囲気の温度に維持される。

遮蔽手段は、好ましくは、ワークピースに向かって曲げられるように配置された開口部を伴う、エンクロージャ、シェル、または、箱状の要素を含む。ワークピースを向くように方向付けられた、遮蔽手段のエッジは、好ましくは、ワークピースと共にシールを形成するように構成されている。

本発明によると、遮蔽手段は、ワークピースと共に実質的に閉鎖された空間を形成するように配置される。実質的に閉鎖された空間は、遮蔽手段によって、かつ、ワークピースの少なくとも一部分によって制限される。冷却材のための送出ノズルの流出口は、実質的に閉鎖された空間内部に位置する。従って、冷却材は、実質的に閉鎖された空間内に噴霧され、実質的に閉鎖された空間の境界を形成するワークピースのその部分または領域に接触し、かつ、その部分または領域を冷却する。気体冷却材は、実質的に閉鎖された空間から引き出されて、ワークピースから離れた場所まで伝えられる。

本発明によると、遮蔽手段の外側は、周囲雰囲気の露点よりも高い温度に維持される。本発明は、実質的に閉鎖された空間の外側の任意のガス、表面または部品が、露点未満の温度まで冷却されることを防ぐ。したがって、大量の冷却材および蒸発した冷却材が、閉鎖系で処理され、ワークピースの所望の部分のみが冷却される。任意の他の領域または任意の他の機器が、露点よりも高い温度に維持される。実質的に閉鎖された空間の外側のワークピース領域における周囲雰囲気は、露点未満の温度を全く経験しておらず、凝結が防がれる。本発明は、送出ノズル上の凝結または送出ノズルの着氷を防ぐだけでなく、ワークピース周辺の領域においても防ぐ。

従って、実質的に閉鎖された空間は、以下の２つの事柄を達成する。
・周囲雰囲気が排除され、閉鎖された空間が乾燥ガスおよび冷却材のみを含んでいるので、閉鎖された空間内部、ノズル上またはワークピース上で、凝結または着氷が起こることが防がれる。
・遮蔽手段の外側が露点温度より高い温度に維持され、冷たいガスが圧延機から離れるように排出されるので、閉鎖された空間の外側での凝結または着氷が防がれる。

本発明は、特に、金属ストリップを圧延する金属圧延工程における冷却のために用いられる。この場合、実質的に閉鎖された空間は、遮蔽手段と、冷却されるワークロールの外側表面の一部とによって規定される。この場合、ワークロールは、冷却材を噴霧されるワークピースである。遮蔽手段の開口部は、ワークロールによって閉鎖されることにより、内部に、実質的に閉鎖された空間を形成する。実質的に閉鎖された空間は、好ましくは、ワークピースの全て（この場合はワークロールの全て）を含まない。本発明は、実質的に閉鎖された空間の外側での凝結を防ぎ、その結果、金属ストリップ上に落ちて、金属ストリップに損傷を与える、水、氷または雪が形成されない。

別の好ましい実施形態によると、遮蔽手段は、遮蔽手段とワークピースとの間の空隙を密封して閉鎖するように配置されたシール部材を含む。好ましくは、シール手段が、少なくとも遮蔽手段の開口部の一部の周りに延び、より好ましくは、ワークピースに向かう、遮蔽手段の開口部の全外周に沿って延びる。シール部材は、例えば、プラスチック材料などの弾性材料を含む。遮蔽手段とワークピースとの間のシール手段は、露点未満の気体冷却材が、実質的に閉鎖された空間からワークピースの近くの領域内に流れることを防ぐ。

別の実施形態において、遮蔽手段は、露点未満のいかなるガスも、実質的に閉鎖された空間からワークピースの近くの領域内に流れることを防ぐ圧力バリアの形成を可能にするために、ワークピースの十分近くに設けられる。

シール部材は、さらに、ガスシールを含み、ガスシールとは、周囲空気が閉鎖された空間に入ることを防ぎ、それほど重要でない場合でも同様に、冷たい気体冷却材が閉鎖された空間からワークピースの近傍に抜けることを防ぐ、ガスの流れを意味する。

本発明は、全体として、冷却材および冷却材に関連する低温ガス（気体冷却材）のための閉鎖されたシステムまたは実質的に閉鎖されたシステムを形成し、このシステムは、ワークピース領域内の周囲雰囲気が、その露点未満の温度になることを防ぐ。

本発明によると、遮蔽手段の外側は、取り囲む周囲空気の露点より高い温度に維持され、好ましくは、取り囲む周囲空気の温度より高い温度に維持される。遮蔽手段の外側の温度を所望の範囲に維持する手段は、熱絶縁体などの受動要素を含み、この受動要素が、閉鎖された空間と遮蔽手段の外側の壁との間の熱伝達速度を低減する。これらの手段は、好ましくは、低い熱伝達係数を有する材料を含み、例えば、低い熱伝導率を有する固体材料の１つ以上の層を含む。さらに、遮蔽手段の外側を露点よりも高い温度に維持する手段は、熱供給により、例えば、加熱手段（特に電気的加熱手段）を設けることにより、壁温度よりも高い温度に維持する活性要素を含む。

別の好ましい実施形態によると、遮蔽手段は、少なくとも部分的に二重の壁となっており、ガスの供給源は、この壁の間の空隙に接続されている。遮蔽手段は、内側の壁と外側の壁とを含み、ガスは、熱絶縁体として作用するため、および、外側壁を露点より高い温度に維持する熱の供給源を提供するために、これらの壁の間の空隙に導入される。好ましくは、周囲温度または周囲温度よりも高い温度あるいは周囲温度より高い温度まで温められたガスが用いられる。

遮蔽手段の壁の間の空隙が、遮蔽手段とワークピースとの間の空隙に、または空隙近くにガス流出口を備えていることがさらに好ましい。遮蔽手段の壁の間の空隙に導入されるガスの一部は、ワークピースの近くでガス流出口から流れ出る。ガスは、シュラウド、ガスシールまたは圧力バリアとして作用し、雰囲気である空気が、この空隙を通って実質的に閉鎖された空間に入ることと、冷たいガスが閉鎖された空間からワークピースの近傍に抜けることを防ぐ。したがって、全ての凝結が、実質的に閉鎖された空間から離れて、システムの冷たい内側部分で発生する。

上記のガス流出口の代わりに、または、ガス流出口に加えて、遮蔽手段とワークピースとの間の空隙近くに、ガス（好ましくは温かいガス）を供給するための別個のガスフィードラインを有することも可能であり、このガスは、冷たいガスが実質的に閉鎖された空間から出ること、および、周囲空気が実質的に閉鎖された空間に入ることを防ぐシュラウドまたはガスバリアとして作用する。

遮蔽手段とワークピースとの間の空隙の近傍に吹き込まれるガスの圧力は、好ましくは、取り囲む周囲空気の雰囲気圧より高く、かつ、実質的に閉鎖された空間の内部の圧力よりも高くなるように制御される。このことは、空気が、実質的に閉鎖された空間内に吸い込まれること、および、冷たい気体冷却材が、この空隙を通って実質的に閉鎖された空間から出ることのいずれも起きないことを確実にする。

遮蔽手段とワークピースとの間の空隙の近傍に、または、当該空隙の近くに吹き込まれるガスに潤滑剤を追加することもまた有利である。さらに、ガスシールまたは圧力バリアが、物理バリアの追加により強化される。

本発明によると、冷却されるワークピース上に、１つ以上の送出ノズルを介して冷却材が噴霧される。「送出ノズル」という用語は、冷却材を噴霧するための任意の種類の流出口、オリフィスまたはノズルを意味する。最も単純な場合には、送出ノズルは、単純なチューブ端である。

液化ガス（例えば液化窒素）が冷却材として用いられる場合には、窒素は、噴霧中に蒸発し、遮蔽手段とワークピースとによって制限された容積から空気を移動させる。遮蔽手段には、好ましくは、送出ノズルのオリフィスと整列された開口部が設けられる。用語「整列された」は、ノズルオリフィスと遮蔽手段の開口部とが、送出ノズルから出る冷却材が遮蔽手段の内側の一部（すなわち、実質的に閉鎖された空間）を通り、その後、ワークピースに噴霧されるまたはワークピース上に噴霧されるためにこの開口部を通って遮蔽手段から出るように配置されていることを意味しています。本発明に従う好ましい実施形態において、この開口部の近くで、事前に温められた乾燥ガスの噴射が吹き付けられる。

用語「乾燥ガス」は、このガスが、実質的に水蒸気を含んでいないか、または、冷却材と接触するとき、または、冷却材によって冷却された遮蔽の内側部分のエッジなどの機器と接触するときに凝結も氷も発生しない程度に水蒸気を含むガスを意味する。乾燥ガスは、遮蔽手段上、特に、開口部のエッジの上に、氷が形成されるのを防ぐ。好ましくは、乾燥ガスにおけるＨ_２Ｏの含有量は、１０ｐｐｍ未満であるか、または、１０ｖｐｍ（体積ｐｐｍ）未満である。

実質的に閉鎖された空間内に蓄積したガス／気体冷却材は、しばしば、乱れており、冷却材の噴霧特性に影響することが見いだされている。さらに、ガス／気体冷却材は、冷却されるワークピースの表面上に層を形成し、この層は、熱緩衝体として機能し、噴霧された冷却材による所望の冷却からワークピースを保護する。したがって、遮蔽手段には、遮蔽手段によって囲まれた実質的に閉鎖された空間から、ガス／気体冷却材を引き抜くための排出ダクトが設けられている。ダクトを通して引き抜かれる、ガスおよび／または気体冷却材の量を制御することによって、冷却材噴霧の特性を制御することが可能である。制御して冷却することで、ワークピースの表面の品質がより向上し、より均一になる。

排出ダクトはまた、冷たい気体冷却材が、（プラスチックシールであるか、ガスシールであるかにかかわらず）シールを超えて抜け始めるまで、閉鎖された空間内の圧力が上昇することを防ぐ。

気体冷却材が抜け始めると、遮蔽手段の外側に凝結が発生する。さらに、閉鎖された空間内部の圧力は、低くなりすぎない。そうでない場合は、湿り気を含む周囲空気は閉鎖された空間内に吸引され、その後、凝結が遮蔽内部で起きる。好ましくは、排出ダクトが、空気が、閉鎖された空間内部に吸引されない程度に十分に高く、かつ、冷たいガスが、シールを超えて抜け出すことを防ぐ程度に十分に低く、閉鎖された空間内の圧力を維持する必要がある。さらに、排出は、ストリップの近傍の臨界的領域から、冷たいガスが離れるようにしなければならない。このことは、排出を介して流れを制御することによって、例えば、バルブまたは同様の手段を用いることによって、および／または、冷却材の流れを制御することによって達成される。

上述したように、遮蔽手段とワークピースとの間の空隙の近くにガスの流れがあることが好ましい。ガスの流れは、実質的に閉鎖された空間から冷たいガスが出ることを防ぎ、周囲空気が実質的に閉鎖された空間に入ることを防ぐためのシュラウドまたはガスバリアとして作用する。好ましくは、ガスの流れの圧力は、（空隙を通って閉鎖された空間から周囲の空気が入ることを防ぐために）周囲圧力よりも高く、かつ、（閉鎖された空間から冷たいガスが離れることを防ぐために）実質的に閉鎖された空間内部の圧力よりも高い。

好ましい実施形態によると、遮蔽手段は、熱的に絶縁されている。熱絶縁は、遮蔽手段の外側表面が、遮蔽手段によって囲まれた容積内の温度が実質的に低下した場合でさえも温かいままであることを確実にする。遮蔽手段の外側での氷または水滴の形成が防がれる。

熱絶縁は、また、真空絶縁を提供することによって達成される。さらに、遮蔽手段を電気的に温めることによって遮蔽手段の外側の壁を温かく維持することが可能である。

好ましい実施形態において、熱絶縁は、遮蔽手段を少なくとも部分的に二重の壁として設計すること、および、遮蔽手段の壁の間の空隙にガスを通すことによって達成される。このために、ガスを使用することが好ましく、このガスは、その後、遮蔽手段の開口部のエッジに吹き込まれる。熱絶縁を改良するために、３つ以上の壁を遮蔽手段に提供することがさらに可能である。

別の好ましい実施形態によると、遮蔽手段の内部から排出ダクトを介して引き抜かれた気体冷却材の一部は、乾燥ガスまたはガスシールとして再利用される。このために、気体冷却材が二重の壁の間の空隙を通過する前、および／または、気体冷却材が遮蔽手段の開口部のエッジに吹き込む前に、引き抜かれた気体冷却材を温める必要がある。

好ましい実施形態によると、遮蔽手段は１つを超える数の送出ノズル（すなわち２つ以上の送出ノズル）を囲む。好ましくは、冷却材を供給するための全ての送出ノズルが１つの遮蔽手段内に配置される。

本発明は、液化ガスまたは低温ガス（特に液体窒素）が冷却材として用いられる場合に特に有用である。その場合には、送出ノズル（複数の送出ノズル）が、液体窒素の供給源と流体的につながっている。用語「液化ガス」は、液相における冷たい流体または液相および気相における混合物を意味する。ガスは、好ましくは不活性ガスである。

別の好ましい実施形態によると、気体窒素が乾燥ガスとして用いられる。乾燥ガスを開口部のエッジに供給するための１つまたは複数のガス流出口が、好ましくは、気体窒素の供給源と流体的につながっている。他の乾燥ガス（特に不活性ガス）を乾燥ガスとして用いることが可能であるが、気体窒素が好ましい。

本発明は、好ましくは、冷間圧延工程中に、ワークロールおよび／または金属ストリップを冷却するために用いられる。冷間圧延において、金属ストリップまたは金属フォイルは、２つの互いに逆回転するロールの間の空隙を通過する。冷却材は、金属ストリップ上、および／または、金属ストリップを圧延するためのロール上に噴霧される。本発明に関して、第１の場合では、金属ストリップがワークピースであり、第２の場合では、１つまたは複数のワークロールがワークピースである。液体窒素を冷却材として用いることが特に好ましい。

余分な冷たいガスを引き抜くための排出ダクト内部に、低温フィードラインの少なくとも一部を配置することがさらに好ましい。これによって、雰囲気である空気が、低温フィードラインの冷たい表面と接触しないことを確実にする。

好ましくは、遮蔽手段とワークピースとの間の空隙の幅が維持または制御される。遮蔽手段は、例えば、機械的手段を用いることによってワークピースの表面に対して同じ位置に維持され、または、ワークピースの表面の位置が変更される場合には、遮蔽手段の位置が変更される。例えば、ワークロールの径は、しばしば、性能を高めるために磨かれる。結果として、ロールの直径が低減される。チャンバとワークピースとの間の摩擦を低減するためにプラスチック材料をシール領域で用いる例があり、ワークロールの表面に対してチャンバを弱い力で押すことによって、遮蔽手段とワークロール（一般的にはワークピース）との間の空隙が、プラスチック材料の厚さに維持される。

好ましくは、プラスチック材料または別の種類のスペーサが、ストリップに接触する、ロールの領域の外側の遮蔽手段のエッジで用いられる。この領域においては、ロールのこの部分がストリップと接触しないので、プラスチックがロール表面を擦るかどうかは問題にならない。ガスバリアのための空隙を設定または制御する代替の方法は、遮蔽手段とワークピースとの間の正確な空隙を得るために、遮蔽手段およびワークピースの相対位置を検出するセンサと、遮蔽手段および／またはワークピースを移動させるアクチュエータと、遮蔽手段および／またはワークピースの位置を調整する制御手段を有するようにするものである。

メンテナンスの目的で作業位置から遮蔽手段が引っ張られるように、遮蔽手段を構成することがさらに有利である。

メンテナンス後、または、冷却が使用中でないときには、実質的に閉鎖された空間は、周囲空気からの水蒸気をいくらか含む。したがって、冷却材（特に、低温冷却）が再びオンにされる前に、実質的に閉鎖された空間を乾燥ガスでパージすることが好ましい。実質的に閉鎖された空間の容積の少なくとも３倍、好ましくは５倍の量のガスで実質的に閉鎖された空間をパージすることが可能である。実質的に閉鎖された空間およびその空間内の機器を乾燥ガスでパージすること、および／または、電気加熱によって機器を温めることがさらに好ましい。

ここで、本発明は、以下の添付の図面を参照して、例示により詳細に説明される。

本発明の第１の実施形態を概略的に示している。 本発明の第２の実施形態を示している。 本発明の第３の実施形態を示している。 本発明の第４の実施形態を示している。 本発明の第５の実施形態を示している。 本発明の第６の実施形態を示している。 本発明の第７の実施形態を示している。

図１は、金属ストリップまたは金属フォイル１０を冷間圧延するために使用されるワークロール１上に液体窒素を噴霧するための装置を概略的に示している。液体窒素２が、供給ライン３を経由して、複数の送出ノズル４に供給される。液体窒素は、ロール１の表面に向かって、窒素噴射５の形式で送出ノズル４から離れる。噴霧工程中およびその後、液体窒素は蒸発する。

送出ノズル４は、遮蔽手段として機能するエンクロージャ６によって囲まれている。エンクロージャまたは遮蔽手段６は、ワークロール１に向かう開口部を有する。遮蔽手段６は少なくとも部分的に二重の壁７を有するように設計されている。室温の気体窒素８は、遮蔽手段６の２つの壁７の間の空隙に提供される。窒素ガス８は、２つの壁の間を流れ、その結果、遮蔽手段６を熱的に絶縁する。液体窒素が、遮蔽手段６およびワークロール１によって制限された、実質的に閉鎖された空間内部で蒸発するが、遮蔽手段の外面は温かいままである。温かいガスは、外側の壁を絶縁するだけでなく、熱も提供する。乾燥気体窒素は、遮蔽手段６の開口部のエッジ近くで、２つの壁の間の環状空隙７から離れ、これは、ロール１の近くで効力を有する。

空隙７を離れる温かい窒素ガス９は、気体遮断材として作用し、遮蔽手段６とロール１との間の小さな空隙をブロックし、結果として、空気が、遮蔽手段６の内部に侵入して、冷たいガスが逃げることを防ぐ。ガス流９の圧力は、雰囲気圧よりも高く、かつ、遮蔽手段６によって制限された実質的に閉鎖された空間内部の圧力よりも高い。

エンクロージャまたは遮蔽手段６は、ガスを、遮蔽手段６によって制限された実質的に閉鎖された空間から引き抜くことを可能にするダクト１１をさらに備えている。ダクト１１を流れるガス流は、過剰な窒素ガスが、エンクロージャ６から、かつ、ロール１の表面から除去される。そのほかの場合には、このガスは、液体窒素噴霧の効率に影響を与える乱流を生成する。さらに、窒息を引き起こす可能性のある不活性窒素ガスは、作業環境から取り除かれる。他方、ダクト１１を通るガス流は、エンクロージャ６とロール１との間の空隙を経由して、周囲からエンクロージャ６内に空気を吸引しない。このことは、ダクト１１を通るガス流が、有利には、上述した効果のうちの最適なものを達成するように制御される。ダクト１１を流れるガス流は、有利には、エンクロージャ６の設計、液体窒素２および５の圧力および流れ、および／または、二重の壁７を流れる乾燥ガス８の圧力および流れに依存して制御される。

有利には、エンクロージャ６の裏側−ノズル４の後ろまたは上流−および供給ライン３は、これらの部分が二重の壁の部分７と同様に露点よりも高くなることを保証するように絶縁される。少なくとも、排出ダクト１１上での凝結がストリップ１０上に進行する可能性のある臨界領域内で排出ダクト１１を熱絶縁することもまたさらに有利である。

図２は、本発明の第２の有利な実施形態を示す。図２も、また、金属ストリップまたは金属フォイル１０を冷間圧延するために使用されるロール１上に液体窒素を噴霧するための装置を示す。この実施形態において、液体窒素２１は、送出ノズル２３を端部にもつ供給ライン２２を経由して供給される。液体窒素は、送出ノズル２３から離れて、ロール１の表面に向かう。

供給ライン２２および送出ノズル２３は、箱状エンクロージャ２４によって少なくとも部分的に囲まれている。箱状エンクロージャ２４は、送出ノズル２３の流出口と位置合わせされ、かつ、ロール１に向けられた開口部２５を有する。箱状エンクロージャ２４は、圧力バリアを形成することを可能にし、エンクロージャ２４とワークロール１との間の小さな空隙を通ってワークロール１の近くの領域内に、露点未満の気体が抜けていくことを防ぐために十分近くに配置される。箱状エンクロージャ２４には、二重の壁２６が設けられる。気体窒素２７は、箱状エンクロージャ２４の２つの壁２６の間の空隙に送られる。窒素ガス２７は、２つの壁２６の間の空隙を充填し、その結果、箱状エンクロージャ２４を熱絶縁する。箱状エンクロージャ２４の内部は、窒素の蒸発によって冷却されているが、箱状エンクロージャ２４の外側表面は、温かいままである。温かい窒素は、箱状エンクロージャ２４の開口部２５のエッジの近くで、二重の壁２６の間の環状空隙から出る。図１による実施形態と同様に、供給ライン２２および排出３０は熱絶縁されている。

二重の壁２６の間の空隙から出る温かい窒素ガス２８は、箱状エンクロージャ２４とロール１との間の小さな空隙２９に入り、結果として、箱状エンクロージャ２４の内部に空気が入ることを防ぎ、冷たいガスが抜けることを防ぐ。箱状エンクロージャ２４は、さらに、箱状エンクロージャ２４の内部からガスを引き抜くことを可能にするダクト３０も備えている。

図３は、本発明の別の好ましい実施形態を示しています。遮蔽手段は、実質的に閉鎖された空間３０２を、ワークロール３０４と共に形成する箱状チャンバ３０１として構成されている。ワークロール３０４は、時計回り３０５または反時計回り３０６のいずれかの方向に動かされる。低温フィードライン３０７を経由して、液体窒素が、流体ヘッダ３０９に供給され、いくつかの送出ノズル３１０によってワークロール３０４上に噴霧される。アクチュエータ、制御バルブおよびセンサ３０８は、送出ノズル３１０への低温流を制御するために使用される。

チャンバ３０１には、さらに、窒素ガスをチャンバ３０１の内部から引き抜くための排出ダクト３０３が設けられている。ワークロール３０４に接触している、チャンバ３０１のエッジ３１１には、チャンバ３０１の閉鎖された容積３０２をシールするために、例えば、プラスチック材料のシールが提供される。

周囲雰囲気の露点よりも高い温度にチャンバ３０１の外壁を維持するために、電気加熱３１２が設けられる。電気加熱要素３１２は、水が凝結することを防ぐために、チャンバ３０１の外壁を温める。

図４は、図３に示されている実施形態と非常に類似している、本発明の別の好ましい実施形態を示す。全ての図面において、同じ参照番号は同じ部分を指す。

本実施形態によると、チャンバは、空隙４０３をその間に形成する二重の壁４０１、４０２を有するように構成されている。温かいガス、好ましくは周囲温度の窒素ガスが、周囲雰囲気の露点よりも高い温度、好ましくは、周囲雰囲気の温度よりも高い温度に外壁４０１を維持する絶縁層を形成する空隙４０３内に導入される。

図５は、チャンバとワークロール３０４との間の空隙をシールするやり方においてのみ、図４の実施形態と異なっている、別の好ましい実施形態を示す。本実施形態において、チャンバとワークロール３０４との間の空隙のシールは、チャンバの内壁４０２と外壁４０１との間の空隙４０３からのガス流出口５１１を有することにより達成される。空隙４０３において絶縁体として最初に作用する温かい窒素ガスは、その空隙４０３から出て、チャンバのエッジ５１１（すなわち、チャンバとワークロール３０４との間の空隙）においてシールシュラウドを形成する。空隙４０３内に流れる温かい窒素ガスの圧力は、好ましくは、チャンバの内部３０２の圧力より高く、かつ、雰囲気圧より高いので、冷たいガスおよび液体が、実質的に閉鎖された空間（すなわち、チャンバの内部）から、チャンバとワークロール３０４との間の空隙を通って抜けることが出来ず、雰囲気の空気が、実質的に閉鎖された空間３０２に入ることが出来ない。

図６は、本発明の別の実施形態を示す。この場合、本発明の方法は、移動するかまたは動いていない金属ストリップ６０１のような金属の平坦な部品を冷却するために使用される。この場合、金属ストリップ６０１自体がワークピースである。チャンバ６０４は、チャンバ６０４が金属ストリップ６０１と一緒に、実質的に閉鎖された空間６０２を形成するように、金属ストリップ６０１上に配置されている。低温フィードライン６０６を経由して、液体窒素が、流体ヘッダに供給され、いくつかの送出ノズル６０９によって、金属ストリップ６０１に噴霧される。アクチュエータ、制御バルブおよびセンサ６０８は、送出ノズル６０９への低温流および低温スプレー６１０を制御するために使用される。

チャンバ６０４には、チャンバ６０４の内部６０２から窒素ガスを引き抜くための排出ダクト６０５がさらに設けられる。金属ストリップ６０１と接触する、チャンバ６０４のエッジには、チャンバ６０４の包囲された容積６０２をシールするための、例えばプラスチック材料のシールが設けられる。

本発明の別の好ましい実施形態は、図７を参照して説明され、図７は、ワークロール７０８およびワークロール７０８を冷却するための本発明の装置の側面図を示している。ワークロール７０８の表面７０６は、複数の低温ノズル７０５の噴霧を受ける。参照番号７０４は、流体アキュムレータ、センサ、アクチュエータ、バルブなどの低温機器をさす。図１〜６と同様に、低温ノズル７０５は、ワークロール７０８と共に実質的に閉鎖された空間を形成するチャンバ７０３によって囲まれる。

ノズル７０５によって噴霧された低温物、好ましくは、液体窒素が、低温フィードライン７０１を経由して供給される。低温物の噴霧中に生成された冷たいガスが、排出ダクト７０２を通って引き抜かれる。低温フィードライン７０１は、排出ダクト７０２内部に配置される。この方法は、冷たいガスが低温フィードライン７０１を囲み、かつ、フィードライン７０１を通る低温物から、周囲の熱を離すように維持することを確実にする。

チャンバ７０３には、好ましくは、ストリップの上方の領域に絶縁体または二重の壁が設けられる。少なくともこのストリップ近くの領域において、遮蔽手段は、湿気が凝結することを防ぐために温かい。ストリップから離れた場合には、必ずしも、外壁を温かく維持する必要がない。

Claims (17)

1. 冷却材（２）をワークピース（１）に噴霧するための装置であって、
   冷却材フィードライン（３）と、
   前記冷却材（２）を送出するための少なくとも１つの送出ノズル（４）と、
   前記送出ノズル（４）の少なくとも一部を囲んでいる遮蔽手段（６）と
   を備えており、
   前記遮蔽手段（６）は、前記ワークピース（１）と協働して、実質的に閉鎖された空間を形成するように配置され、
   前記遮蔽手段（６）は、前記実質的に閉鎖された空間から、前記ワークピースから離れた場所まで気体冷却材を排出するための排出手段（１１）を備え、
   前記装置は、前記遮蔽手段（６）の外側を露点よりも高い温度に維持するための手段（７，８）を更に備えている、
   ことを特徴とする装置。
2. 前記遮蔽手段（６）の外側を露点よりも高い温度に維持するための手段は、熱絶縁手段および／または加熱手段（３１２）、特に電気加熱手段を備えている、請求項１記載の装置。
3. 前記遮蔽手段（６）は少なくとも部分的に二重の壁（７）であり、かつ、ガス、有利には温められたガスの供給源は、前記遮蔽手段（６）の二重の壁（７）の間の空隙に接続されている、請求項１または２に記載の装置。
4. ガス流出口（９）が、前記遮蔽手段（６）と前記ワークピース（１）との間の空隙に、または、当該空隙の近くに設けられ、なお、前記ガス流出口（９）は、ガス供給源（８）、有利には気体窒素の供給源または温められた気体窒素の供給源と流体的につながっている、請求項３記載の装置。
5. 前記遮蔽手段（６）の二重の壁の間の前記空隙（７）が、前記遮蔽手段（６）と前記ワークピース（１）との間の空隙に、または、当該空隙の近くにガス流出口（９）を備えている、請求項１〜４のうちのいずれか１項記載の装置。
6. 前記遮蔽手段（６）が、少なくとも２つの送出ノズルを囲んでいる、請求項１〜５のうちのいずれか１項記載の装置。
7. 前記送出ノズル（４）が、低温流体、特に液体窒素の供給源と流体的につながっている、請求項１〜６のうちのいずれか１項記載の装置。
8. 前記冷却材フィードライン（７０１）は、少なくとも部分的に前記排出手段（７０２）内に配置されている、請求項１〜７のうちのいずれか１項記載の装置。
9. 冷却材（２）をワークピース（１）に噴霧するための方法であって、前記冷却材（２）が少なくとも１つの送出ノズル（４）によって噴霧され、前記送出ノズル（４）の少なくとも一部を囲んでいる遮蔽手段（６）が設けられている、方法において、
   前記遮蔽手段（６）を、前記ワークピース（１）と協働して、実質的に閉鎖された空間を形成するように配置し、気体冷却材を、前記実質的に閉鎖された空間から、前記ワークピースから離れた場所まで引き抜き、前記遮蔽手段（６）の外側を露点より高い温度に維持することを特徴とする、方法。
10. 前記遮蔽手段（６）の外側を、加熱手段（３１２）、特に電気ヒータによって加熱する、請求項９に記載の方法。
11. ガス、特に窒素を、前記遮蔽手段（６）と前記ワークピース（１）との間に吹き付ける、請求項９または１０に記載の方法。
12. 前記ガスの圧力を、周囲雰囲気の雰囲気圧よりも高く、かつ、前記実質的に閉鎖された空間内部の圧力よりも高くなるように制御する、請求項１１に記載の方法。
13. 低温流体、特に液体窒素を冷却材（２）として使用する、請求項９〜１２のうちのいずれか１項に記載の方法。
14. 前記冷却材（２）を、金属ストリップ（６０１）上に、および／または、金属ストリップを圧延するためのロール（１）上に噴霧する、請求項９〜１３のうちのいずれか１項記載の方法。
15. 前記実質的に閉鎖された空間内の圧力を、噴霧される冷却材（２）の流れを調整することによって、および／または、前記実質的に閉鎖された空間から引き抜かれる気体冷却材の流れを調整することによって制御する、請求項９〜１４のうちのいずれか１項記載の方法。
16. 前記実質的に閉鎖された空間を、前記冷却材を噴霧する前に、乾燥ガスでパージする、請求項９〜１５のうちのいずれか１項記載の方法。
17. 前記遮蔽手段（６）と前記ワークピース（１）との間の前記空隙（９）の幅を維持するか、または、調整する、請求項９〜１６のうちのいずれか１項記載の方法。

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