JPS5917409Y2 - 噴霧冷却装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、中方向に均一に霧化流を形成する広巾型の噴
霧冷却装置に関するものである。

従来円筒状気体ノズルの開口中に、円筒状液体ノズルの
先端を直交配置して、気体ノズルより気体を噴射させて
液体ノズルよりの液体を導出して噴霧させる噴霧装置が
実公昭４９−２０９００号あるいは特開昭５０−２５４
１４号公報で提案されている。

この装置では気体ノズルから噴射する気体はその一部が
液体ノズル先端部の外周面に当り他の一部が開口端面に
沿い更に他の一部が液体ノズルの障害を全く受けること
なく直進する。

前者の２つの流れは、液体ノズルの影響を受け、特に外
周面に当った気流は乱れ一部は反射する。

この気液の乱れが開口端面に沿う気流に大きく影響を与
え、気体ノズルの開口直前の部分に乱流が生じる。

この気流の乱れにより、ノズル下の噴霧パターン（噴霧
された領域の形状）も歪のある円形状となり、噴霧パタ
ーン中の噴霧粒径に大小が生じ（歪のある円形状の中心
部は粒径が大で、その周辺は粒径が小）噴霧パターン中
で均一でなかった。

従ってこのような装置を、巾方向に複数配置しても被冷
却体の巾方向表面での噴霧パターンは歪のある円形状が
巾方向に並んだものとなり、その円形状噴霧パターンの
中心部には、大きな噴霧粒子が集中しており、巾方向に
均一に冷却することは困難である。

又特公昭４７−３３７１号公報には、圧縮空気吹込管を
連通せる円筒状の圧縮空気リザーバーと、このリザーバ
ーに一体化されたスリット状の噴出孔を有するノズルか
らなり、ノズル基部附近に、冷却水供給管が連通され、
この冷却水供給管はノズルの噴出孔のしは゛り部より前
において噴出孔内に開口しておりノズルに穿たれた細い
冷却水供給口から冷却水がノズル内に供給され、ノズル
内に供給された冷却水は、リザーバーから噴出する圧縮
空気と混合して霧化し、噴出孔のゆるやかで且つなめら
かなしぼり部で圧縮空気の流速と同一流速に加速されて
噴出孔から被冷却体に向って噴出される装置が提案され
ている。

このようなノズル内で圧縮空気と冷却水とを混合して霧
化しノズルのスリット状の噴出孔から噴出するものでは
、スリット方向で粒子径を均一にするためには、高圧の
多量の圧縮空気が必要でありエネルギーコストが大きく
なる欠点があった。

更にノズルに冷却水供給管が接続されているため供給管
に詰り等が生じた場合、保守点検が困難となる。

又、この種の噴霧冷却装置としては、加熱鋼板等の被冷
却物に気液混合２相流を噴射して、均一かつ安定な任意
の冷却性を与える均一冷却用ミストジェットノズルが特
公昭５２−３８８０４号に提案されている。

これは管の一端からガスを供給し、長さ方向に沿って略
全長にわたり、噴射孔を有し、その噴出量に応して、管
内長さ方向の断面積変化率を一定としたガス拡散器と、
管の一端から水を供給し、長さ方向に沿って略全長にわ
たり吐出孔を有する１又は２以上の水拡散器とをゆるや
かでかつなめらかなしぼり部を有する噴射スリット状ノ
ズルを連接してなるノズルヘッダー内に噴射ノズルの開
口中心線とノズルヘッダー中心軸線とを含む平面に対し
対称的にしかも前記ヘッダー軸線と平行に内装してなり
、前記管内の水と前記ヘッダー内のガスとの相対圧力差
を２ｋｇ／ｃｍ２以上としたものである。

本ノズルではスリット長手方向にガス水の混合霧化流は
均一でしかも安定してノズルから噴出できるので、この
均一な霧化流を加熱鋼板に噴射すれば均一に冷却するこ
とができるが、構造が複雑で高価になると共に加工製造
が容易でない。

更に従来特公昭５０−２９１６４号公報には、ノズル本
体の口部に互いに尖鋭端で相接する板によって相沿うと
ころの切目状に長い空気噴口と液体噴口を形成し、空気
噴口を形成する板の先端に欠除部を所定等間隔に設けて
エアージェットの噴出口巾方向に規則的に強弱の波をつ
くりこれにより液膜を均一に破り噴出口全域にわたり均
一にスプレーする装置が提案されている。

この装置では、ノズル本体の口部に互いに尖鋭端で相接
する板によって相沿うところの切目状に長い空気噴口と
液体噴口を形成することが、加工製造上困難であり、か
つ空気噴口を形成する板の先端に欠除部を所定等間隔で
形威しなければならず、加工製造に手間がかかり、高価
な装置になる。

本考案は、従来の噴霧冷却装置にみられた欠点を除去し
、低圧の気体で巾方向に均一な噴霧流が得られ、被冷却
体を巾方向に均一冷却できる、加工製造が極めて容易な
噴霧冷却装置を提供するものである。

即ち本考案は、スリットノズル形成プレートの間にスペ
ーサーを、その長軸方向が気体噴射方向と平行になる如
くスリット状のノズル巾方向に所要数介在させて形成し
た平行間隔を有する気体噴出スリットノズルと、上記気
体噴出スリットノズルの開口直前において該気体噴出ノ
ズルから噴射された気体噴流の流れ方向に対し鋭角で交
叉する如く、流体が噴射されるように所定等間隔でかつ
気体噴出ノズル巾方向に亘って多数の小孔を設けた液体
噴出ノズルとよりなる噴霧冷却装置を要旨とするもので
ある。

上記液体噴出ノズルの液体噴射角度は、上記気体噴出ス
リットノズルからの気体の流れに、噴射された液体が逆
られないように気体流れ方向に、液体を噴射せしめて、
気体流と交叉せしめその交叉角度は鋭角にするのか゛好
ましい。

以下本考案の噴霧冷却装置の一実施例を図面により説明
する。

第１図は、本考案の噴霧冷却装置の全体構成説明図（底
面図）で、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図である。

第３． ４． ５図は気体噴出スリットノズルの正面図
、平面図、側面図で、第６図は盲板なしの気体噴出スリ
ットノズルの拡大平面図で、第７図は第６図のＢ−Ｂ断
面図である。

第１図、第２図において、１は気体ヘッダー管で、２は
気体ヘッダー管１の長手方向に取り付けた、後述する構
造の平行間隔の気体噴出スリットノズルで、３は気体ヘ
ッダー管１の両端に接続した気体を供給する気体供給管
である。

４は、後述する様に、気体噴出スリットノズル２の開口
直前に噴射されるように、上記スリットノズル２に併設
された所定等間隔で小孔を設けた液体噴出ノズルである
。

第６図、第７図により平行間隔の気体噴出スリットノズ
ル２の構成を説明する。

図面において８はスリット間隔ｔ、スリット巾すのスリ
ット状開ロアを有し、長さｌの平行間隔ｔのスリットノ
ズル２を形成するためノズル形成プレート９，１０の間
に、スリット状のノズル巾方向に所定等間隔ｄで間欠的
に装着したスペーサーである。

上記スペーサー８の形状は、ノズルの気体噴出方向（長
さ１方向）の両端を先端を先細り形状となし、スペーサ
ー８によりノズル巾方向で気体流が分流するのを防止又
は上記スペーサー８の気体噴出方向（長さ１方向）の先
端位置をノズル開口よりも長さｅだけノズル形成プレー
ｌ−９，１０内にはいった位置となし、長さｅにおいて
平行な間隔ｔ、巾すのスリット状開口空間を形成しスリ
ット開ロアの巾方向の気体噴流の吐出流速の均一性を確
保し、スペーサー８により長さ１、平行間隔ｔ、巾すの
高精度の平行間隔の気体噴出スリットノズル２を形成し
ている。

なお第６図、第７図に示す１１は、上記ノズル形成プレ
ー） ９．１０及び上記スペーサー８を連結したピンで
ある。

第３図、第４図、第５図の１２．１２は、ピン１１で連
結された上記プレー）９．１０及びスペーサー８で形成
したノズル巾方向の両端開放の両端開放ノズル１３の両
端部に取り付けた盲板である。

上記の様にスリットノズル形成プレー）９．１０の間に
先後端先細り形状のスペーサー８をスリット状のノズル
巾方向に所要数介在して形成した平行間隔の気体噴出ノ
ズル２を第１図、第２図の如く気体ヘッダー管１に取り
つけているがら、気体ヘッダー管１内に供給された気体
はヘッダー管１とノズル２との連通口５を通って長さｌ
の平行間隔部６を通って、スリット間隔ｔ、スリット巾
すのスリット状開ロアから、巾方向均一な流速で噴出す
る。

次に液体噴出ノズル４について説明する。

液体噴出ノズル４は第１図に示す様に、ノズル２のスリ
ット状開ロアの巾すの嵐程度の長さで、給液管部１６を
有する５本の単位管体１７を第８図に示す如く４個の栓
部材１８で接続すると共に、両端の単位管体１７には、
気体ヘッダー管１の長手方向の両端部に設けられた支持
フレーム１５．１５で回動自在に支持される栓部材１９
を設け、上記５本の単位管体］７の長平方向には所定等
間隔りで小孔２０を設けて構成されている。

長平方向に所定等間隔りで小孔２０を設けた液体噴出ノ
ズル４は、第１図、第２図に示す如くノズル２のノズル
形成プレート１０と対向してスリット状開ロアと平行に
気体ヘッダー管１の支持フレーム１５．１５に支持され
、その支持角度は、上記小孔２０から噴出する小径の液
柱が上記ノズル２で形成された板状気体噴流と気体流れ
方向に鏡角度で交叉しその交叉点がスリンＩ・状開ロア
より所定距離だけ離れた位置になるようにしている。

第１図、第２図において、２１は液体噴出ノズル４の各
単位管体１７の給液管部１６と主給液管２２とを接続す
るゴム管である。

上記の如く本考案の噴霧冷却装置では液体噴出ノズルを
管体に小孔を所定等間隔で設けて構成し、又平行間隔の
気体噴出スリットノズルもノズル形成プレートの間にス
ペーサーを介在せしめて構成するものであるから、従来
の板だけで切目状に長い空気噴口と液体噴口を形成し、
かつ空気噴口を形成する板の先端に欠除部を所定等間隔
で形成する特公昭５０−２９１６４号公報記載のノズル
装置に比較して、加工製作が容易である。

又ノズルに水供給管を設けたりノズルを形成したヘッダ
ー管内に水供給管を内装する特公昭４７−３３７１号あ
るいは特公昭５２−３８８０４号公報記載の従来装置と
異なり気体噴出スリットノズルと液体噴出ノズルとを別
々の構成となしているから液体噴出ノズルにノズル詰り
か生じた場合には詰りを除去することが極めて容易であ
る。

前記の様に構成した噴霧冷却装置では気体ヘッダー管１
に供給された気体は連通口５を通って気体噴出スリット
ノズル２の長さｌの平行間隔部６で十分に整流され、ス
リット状開ロアからノズル巾方向に均一な流速の板状気
体が噴出する。

工方液体噴出ノズル４に供給された液体は、小孔２０群
から液柱群となって噴出し、上記板状気体噴流とスリッ
ト状開ロアより所定距離ＡＩだけ離れた位置で交叉し、
上記板状気体噴流に液体が供給される。

供給された液体は板状気体噴流によって引きちぎられた
霧状に均一に分散されかつ板状気体噴流によって速度を
与えられスリット開口巾方向に均一な噴霧流となる。

この様に、本考案の噴霧冷却装置では平行間隔の気体噴
出スリットノズルで形成したノズル巾方向に均一な流速
分布の板状気体噴流中に液体噴出ノズルにより形成した
小径の液柱が突入するだけであるから気体ノズルの開口
中に液体ノズルの先端を直交配置する実公昭４９−２０
９００号あるいは特開昭５０−２５４１４号公報記載の
装置と異なり、気体に乱れが生じることがなく、噴霧粒
径に大小が生じることが防止され、スリット開口巾方向
に均一な噴霧流、噴霧粒分布が得られる。

例えば第１，２図の実施例装置に於て 気体ヘッダー管の径： １００ ｍｍス
リットノズルの平行間隔部の長さ： ０ ｍｍ スリットノズルのスリット間隔； ２．５ｍｍ スリットノズルのスリット巾； １ｏｏｏ ｍｍ
スペーサーの大きさく巾×長×厚・）； １０ｍｍＸ５Ｑ ｍｍＸ２．５ｍｍ スペーサーの形状； 先後端先細りスペー
サー先端の位置； スリット状開口より２０ ｍｍ位置 スペーサーピッチ： ２００ ｍｍ
液体噴出ノズルの管径： １０ ｍｍ液
体噴出ノズルの小孔径； １．６ｍｍφ液
体噴出ノズルの小孔ピッチ １２．５ｍｍ液体噴
出ノズルの小孔数 ７５個板状気体噴流と
液柱との交叉位置及び交叉角度；スリット開口から６．
３ｍｍの位置及び４５度となして使用気体として空気、
使用液体として水を使用し、使用水量と使用空気量との
比率を１ ｋｇ／ｍｉｎ ； １．５ ｋｇ／ｍｉｎで
噴霧を行なったところ、スリット開口から２５０〜３５
０ ｍｍの範囲の位置で、スリット間隔方向、スリット
巾方向ともに均一な粒子分布でかつ粒子径が細かい（１
０ミクロン程度）スリット間隔方向１５０〜２００ ｍ
ｍ、スリット巾方向１３５０〜１４００ ｍｍの矩形の
噴霧パターンが得られた。

又、上記使用水量と使用空気量との比率を、２ｋｇ／ｍ
ｉｎ ； １．５ ｋｇ／ｍｉｎとしても前記と同様で
あった。

従って、前記構造寸法の実施例装置によれば、ノズルの
スリット状開口から２５０〜３５０ ｍｍ離れた位置に
ある被冷却体をスリット巾方向 １３５０〜１４００ ｍｍの巾を均一に冷却することが
できるものである。

前記使用空気量１．５ ｋｇ／ｍｉｎを得るための気体
ヘッダー管の圧力は１６００ ｍｍ Ａｑであり、なお
従来のノズル内へ水を供給し、ノズル内で気水を混合霧
化し、しぼり部で加速して噴出する噴霧冷却装置では、
本考案の実施例装置によると同等の噴霧パターンを得る
ためには気体ヘッダー管の圧力は２ｋｇ／ｃＴｒＩ２以
上必要である。

なお第１図、第２図の構成の実施例装置によれば、液体
噴出ノズルを各々給水管部を有する単位管体を５本接続
して構成しているから、上記単位管への水の供給を０Ｎ
−ＯＦＦするだけで種々の巾の巾方向均一な噴霧流を形
成できる。

従って被冷却体の巾に応じて、不必要な噴霧流を形成し
ないで、巾方向均一な噴霧流を形成できる利点もある。

更になお前記の如く同一の使用空気量で異なる水量を十
分に霧化できるものであるから、上記各単位管体へ供給
する水量を調整することによりスリット巾方向に、任意
の水量密度分布の広巾の噴霧流を形成できるものである
。

従って被冷却体の巾方向（スリット開口長さ方向）に不
均一な温度分布が生じている場合にも巾方向に均一に冷
却できるから、冷却過程に於ける被冷却体の熱歪による
被冷却体の形状悪化を防止できる。

以上の様に本考案の噴霧冷却装置は、加工製作が容易で
あると共に、巾方向に均一な噴霧流が得られ、巾方向に
被冷却体を均一に冷却できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の噴霧冷却装置の全体構成説明図、第２
図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３，４゜５図は気体噴出
スリットノズルの正面、平面、側面図、第６図は盲板な
しの両端開放ノズルの拡大平面図、第７図は第６図のＢ
−Ｂ断面図である。 第８図は液体噴出ノズルの拡大図である。 １：気体ヘッダー管、２：気体噴出７．−リットノズル
、３：気体供給管、４：液体噴出ノズル、５：連通口、
６：平行間隔部、７：スリット状の開口、８ニスペーサ
−９：ノズル形成プレート、１０：ノズル形成プレート
、１１：連結ピン、１２：盲板、１３：両端開放ノズル
、１５：支持フレーム、１６：給液管部、１７：単位管
体、１８：栓部材、１９：栓部材、２０：小孔、２１：
ゴム管、２２：主給液管。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. スリットノズル形成プレートの間にスペーサーを、その
   長軸方向が気体噴射方向と平行になる如くスリット状の
   ノズル巾方向に所要数介在させて形成した平行間隔を有
   する気体噴出スリットノズルと、上記気体噴出スリット
   ノズルの開口直前において該気体噴出ノズルから噴射さ
   れた気体噴流の流れ方向に対し鋭角で交叉する如く液体
   が噴射されるように所定等間隔でかつ気体噴出ノズル巾
   方向に亘って多数の小孔を設けた液体噴出ノズルとより
   なる噴霧冷却装置。