JPS6259164B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、加熱された部材を冷却するための冷
却装置に係る。

本発明による冷却装置は少なくとも２個の冷却
室としての冷却セクシヨンを有しており、搬送手
段によつて１個の軌道上で搬送される高熱を有し
た加熱された部材としての製品を前記セクシヨン
の夫々に通過させ、流体供給装置によつて、製品
の搬送される方向と反対の方向に、冷却セクシヨ
ンの夫々において流される流体に熱を伝達するよ
うに構成されている。

製品中に貯蔵された熱を利用することによつて
エネルギを節約するという目的で本発明による冷
却装置を、数多くの多様な分野で使用し得る。製
品から回収された熱エネルギは、電気エネルギに
変換されるか、又は、建物暖房用及び温水の加熱
用に使用され得る。冷却装置によつて冷却される
ときに製品が放出する熱エネルギを効率良く回収
する方法は今日まで未だ殆んど開発されていな
い。例えば、トンネルの形状を有しておりこのト
ンネルの内部の気流を利用してトンネルの内部を
搬送される製品の温度を変化させるべく調整する
冷却装置は知られている。このような知られた冷
却装置では、冷却により放出されるエネルギは有
効に利用されていない。

本発明の目的は、冷却装置の内部で冷却される
べき製品中に貯蔵されており従来は利用されてい
なかつた熱の大部分を回収して利用する有効にエ
ネルギを節約する冷却装置を提供することであ
る。

前記目的は、本発明によれば、壁体と、この壁
体の一の内壁面によつて包囲された第１の冷却室
と、この第１の冷却室に隣接し、壁体の他の内壁
面によつて包囲された第２の冷却室と、前記第１
の冷却室から第２の冷却室に向かう方向に当該第
１及び第２の冷却室を通つて冷却すべき加熱され
た部材を搬送するための搬送手段と、内部に流さ
れる流体に前記第１及び第２の冷却室夫々に於い
て前記加熱された部材から放出される熱を間接的
に吸収させるべく当該第１及び第２の冷却室を通
る管と、この管に接続されており、当該管の内部
に於いて、前記方向とは反対の方向に前記流体が
流れるように当該流体を当該管に供給するための
流体供給装置と、前記加熱された部材に液体を直
接的に接触させて当該加熱された部材を冷却すべ
く、前記第２の冷却室だけにおいて当該液体を当
該加熱された部材に放出するための放出手段と、
前記第１及び第２の冷却室夫々に配置されてお
り、当該第１及び第２の冷却室夫々に存在する気
体を当該第１及び第２の冷却室の夫々において循
環させるための循環手段と、前記第１及び第２の
冷却室の夫々の前記気体の循環路において前記管
に夫々連結されており、当該気体の加熱された部
材への直接的な接触において当該加熱された部材
から当該気体に吸収された熱を当該管の内部の前
記流体に伝達するための熱交換手段とからなる加
熱された部材を冷却するための冷却装置により達
成される。

即ち、本発明による冷却装置は、流体が、閉じ
られた管としてのパイプシステム内の冷却セクシ
ヨンを通つており、該パイプシステムには、加熱
された部材としての製品と直接接触する液体とし
ての冷却媒体を介して、製品から放出される熱の
少なくとも１部を前記流体に伝達するための熱交
換手段が連結されている。

最初に述べた如く、本発明は、熱を有した製品
を冷却するための冷却装置が使用されている多数
の種々の分野に於いて利用することが可能であ
る。経済的に重要であると思われる極めて重要な
用途としては、製鋼の技術分野に於いて本発明に
よる冷却装置を使用することである。製鋼法に於
いて加熱された部材としての鋼が通過するべき
種々の段階後に鋼の中に貯蔵された熱エネルギを
回収するための多少の実験は従来からも行なわれ
ている。通常、ある種の鋳造は、チル鋳造又は連
続鋳造の如き製鋼法の種々の段階における第１段
階の１部を形成している。この段階の後、鋳造物
は例えば圧延機内の処理を含むような、次の製造
段階で処理される前に冷却される必要がある。成
形ステーシヨンと圧延機とは、しばしば異なる領
域に配置されているので、鋳造物、即ち成形され
るべき成形品を成形ステーシヨンから圧延機まで
搬送する前に、成形品を冷却室としての特定貯蔵
室で冷却する必要がある。これからの各段階にお
ける成形品に対する夫々の処理は独立しており、
例えば製造工程が乱れることによつて生ずる先行
する前の段階から送出される成形品、即ち製品の
容量変化に左右されてはならず、そのためにこれ
らの夫々の処理段階の間で、ある程度製品を貯蔵
して保持しなければならない。これらの製品即ち
鋳造物である鋳鉄は予熱されてから圧延機に搬送
されるが、圧延機内の機械的処理を行なうことに
より製品の温度は前記予熱された状態により更に
上昇する。従つて圧延処理が終了したときの製品
即ち鋳造され圧延された材料は極めて高温であ
り、この段階を経た後に、材料の制御された熱処
理を含んでいる最終段階より以前に材料を冷却す
る必要がある。同じ理由から第２段階と第３段階
との間においても、ある程度製品を緩和的に貯蔵
して保持するようにしなければならない。最終的
な熱処理において、製品即ち鋳造され圧延された
材料は再び適当な温度まで加熱され、次に、所望
の材料特性を得るために制御された循環条件下で
冷却される。製品である鋼及び鋳鉄は、例えば応
力を除去するための処理である焼きなましのため
に極めて高温に加熱され、急激な冷却処理又は制
御された温度変化を伴なつた冷却処理が再び実施
される。

本発明の装置を製鋼の技術分野に於いて使用す
る場合、従来の一般的な装置においては無駄に放
出されていた貯蔵された熱エネルギ全部を、各製
造の段階の後に製品内の熱を夫々回収することに
より、当該熱エネルギの無駄を無くし得る。

次に、添付図面に示す本発明の非限定一具体例
を説明する。

第１図の冷却装置は３個の冷却室としての冷却
セクシヨン１，２，３を含んでおり、冷却工程下
の加熱された部材としての高熱を有する製品は、
図中、右から左に向う矢印が示す方向に夫々の冷
却セクシヨン内の搬送路を搬送手段（図示せず）
によつて継続的に搬送される。従つて、製品は先
ずセクシヨン１に導入され、次にセクシヨン２に
移り、最後にセクシヨン３を通過する。冷却装置
内の管としての閉鎖されたパイプシステム４は、
セクシヨン１、セクシヨン２及びセクシヨン３を
製品から放出された熱を間接的に吸収すべく通過
しており、パイプシステム４には製品の前記搬送
方向に対して反対方向即ち図の左から右に向う方
向に熱交換流体としての流体をパイプシステム４
の内部に供給して流すべく流体供給装置が接続さ
れている。従つて、熱交換流体即ち搬送される流
体は、先ずセクシヨン３内に導入され、次にセク
シヨン２内に移り、最後にセクシヨン１内を通過
する。このように搬送される間に流体は継続的に
加熱される。流体は好ましくは液体、例えば水、
液体アンモニア、液体ナトリウム又はフレオンで
ある。このように流体が加熱される結果、この流
体は場合によつては加熱されかつこの加熱により
蒸発され得る。第１図から第４図の夫々の具体例
は搬送される流体として主に水を使用している。

例えばパイプシステム４内の水が最初にセクシ
ヨン３に入るときは、水温は約20℃であり、熱交
換手段としての熱交換システム通過後は水温は約
80℃まで上昇している。冷却装置内に搬送路を搬
送される製品は最終セクシヨンたるこのセクシヨ
ン３で製品の温度が最低になる。従つてこのセク
シヨン３では冷却媒体としても液体としての水が
使用される。冷却媒体即ち水は製品上にノズル１
１によつて噴霧され当該製品に直接的に接触し、
これにより成形される気体としての水蒸気は当該
気体をセクシヨン３内部で循環させるための循環
手段としてのフアン７により吸い込まれてパイプ
システム４に連結された熱交換手段としての熱交
換器５を通る。熱交換器５に於いて水蒸気の形態
で製品の熱及び凝縮エネルギがパイプシステム４
内を搬送される流体に伝達される。

セクシヨン２では、パイプシステム４内を搬送
される流体及び製品はセクシヨン３における場合
に比べてより高温であり、従つてこの段階では冷
却媒体として気体としての空気を使用するのが好
ましい。冷却媒体即ち空気は当該空気をセクシヨ
ン２内部で循環させるための循環手段としてのフ
アン８を介して製品が搬送される方向に対して実
質的に垂直方向に吹き込まれる。これにより空気
は製品に直接的に接触して当該製品の熱を吸収
し、加熱されて熱交換手段としての熱交換器９を
通過する。熱交換器９に於いて製品から吸収され
て得られた空気の熱エネルギはパイプシステム４
内部に搬送される流体に伝達される。熱交換器９
を通過した後の流体の温度は約200℃である。

最後に搬送流体セクシヨン１に流入する。この
セクシヨン１では製品の温度は他のセクシヨンに
比較して最高であり、従つて伝熱係数は最高であ
る。このセクシヨン１に流体を通過させるパイプ
システム４は、ループ１０の形状を有している。
このループ１０は、製品の熱を出来るだけ吸収す
るため、当該空気との接触領域を増大するための
形状を有しており、可能な限り当該製品に近接し
て配置されている。冷却セクシヨン１を通過した
後のパイプシステム４内を搬送される流体の温度
は約350℃である。従つてセクシヨン３に入ると
きに水の形状であつた流体は、セクシヨン１を通
過した後は過熱された蒸気に変換されている。こ
の過熱された蒸気は多数の種々の方法で利用され
得る。例えは、収集した熱エネルギを電気エネル
ギに変換するためのタービンを動かすために直接
的に使用することも可能であり、又は、空気及び
水を加熱し、例えば建物及び家屋に使用される空
気の予熱又は温水加熱のために使用することも可
能である。

第１図における冷却装置は、壁体によつて包囲
された冷却室を構成するトンネルの形状で形成さ
れるのが適当であり、製品は前記トンネル内を連
続的に搬送され、これにより、パイプシステム４
内を搬送される流体に熱を伝達して当該流体を加
熱することにより当該製品は冷却される。第２図
は、やはり壁体によつて包囲されて形成されたト
ンネル１４の形状のセクシヨン３を示す。トンネ
ル１４ではノズル１１から供給された冷却媒体と
しての液体である水がポンプ１２を介して製品１
３の上面及び下面に噴霧される。これらのノズル
１１及びポンプ１２によつて放出手段が構成され
ている。トンネル１４は、バフル１５を介して上
部流路と下部流路とに分割される。水が製品１３
に噴霧されるときに下部の循環路としての流路に
生成される気体としての水蒸気は、フアン７によ
り吸引されて、上部流路に配置された熱交換器５
を通過する。フアン７を通過した直後は温度約
100℃である水蒸気が、熱交換器５の内部で凝縮
する。このことは製品からの熱及び凝縮エネルギ
が気体即ち水蒸気の形態で吸収され、このエネル
ギをパイプシステム４内を搬送されている流体に
伝達される。熱交換器５を通過した直後の冷却媒
体の温度は約30℃である。このセクシヨン３の冷
却媒体は実質的に水の形状なので、トンネル１４
は、液体である凝縮冷却水及び余剰冷却水を排出
するために排出手段としての排水口１６を備えて
いなければならない。

第３図に示すセクシヨン２もまた壁体によつて
包囲されて形成されたトンネル１７の形状に形成
されているが、このセクシヨン２では冷却媒体が
水でなく空気である。この冷却セクシヨン２のト
ンネル１７もバフル１８を介して循環路としての
上部流路と下部流路とに分割されている。製品１
３は下部流路に配置されており、他方、フアン８
は、双方の流路と熱交換器９とに速度約15m／秒
で空気を循環させるべく上部流路に配置されてい
る。バフル１８は同時に、バフル表面を流れる空
気の加熱によつて製品即ち鋳鋼１３から出される
放射熱、即ち輻射熱を対流熱に変換する。従つ
て、冷却セクシヨン２を循環する空気のためのト
ンネル内の対流面は上部流路及び下部流路の双方
に於いて夫々増大している。

第４図に示す冷却セクシヨン１もまた壁体によ
つて包囲され形成されたトンネル１９の形状に形
成されている。トンネル１９の壁、天井及び床の
表面を増大すべくパイプシステム４のループ１０
がトンネル１９内に設けられている。このセクシ
ヨン１では製品の温度が極めて高い。即ち、製品
から搬送流体への熱移動は実質的に、冷却媒体と
しての熱線を介して行なわれる。従つてこのセク
シヨン１を通過したパイプシステム４内を搬送さ
れる流体は最高温度に到達しており、熱及び／又
はエネルギ生成のために適当な方法によつて利用
され得る。この冷却セクシヨン１が高温であるこ
とが原因で、トンネル内の製品の搬送にある種の
問題が生じるかも知れない。しかし乍らこれらの
問題は、搬送装置を適切に設計することによつて
解決し得る。

前記の如き冷却セクシヨンは勿論、製品から放
出された熱の最も効率的な利用を達成すべく複数
個の段階に分割され得る。更に製品の搬送速度
は、製品の温度を検出し各段階におけるセクシヨ
ン内部で循環される冷却媒体の容量を調整するこ
とによつて自動的に調整され得る。

更に、本発明の冷却装置は、加熱された部材を
第１の冷却室から第２の冷却室の方向に搬送する
とき前記流体が当該加熱された部材とは逆に第２
の冷却室から第１の冷却室の方向に移動するた
め、当該加熱された部材の温度を第１の冷却室に
在るときにより第２の冷却室に在るときに低い状
態にし得、且つ当該流体の温度を第２の冷却室に
在るときより第１の冷却室に在るときに高い状態
にし得、即ち第１の冷却室及び第２の冷却室に於
いて当該加熱された部材の温度と当該流体の温度
との差を比較的均一な状態に保ち得、言い換える
と当該加熱された部材と当該流体との間の温度差
を平均化し小さくし得るために、冷却すべく当該
加熱された部材からの熱を比較的無理なく即ち熱
のロスが少ない状態で当該流体は吸収することが
できこの吸収した熱を更に有効に利用することが
でき、熱利用効率の高い冷却装置にし得る。

更に加えて、第１の冷却室が壁体の一の内壁面
によつて包囲され、第２の冷却室が壁体の他の内
壁面によつて包囲されており、第２の冷却室で
は、放出手段により液体を放出して加熱された部
材に直接接触させて気体の状態にし、この気体
を、循環手段により熱交換手段に運び、この熱交
換手段において前記気体の熱を管内の流体に伝達
する一連の冷却サイクルを構成し、第１の冷却室
では気体を循環手段により冷却媒体として循環さ
せ、熱交換手段を介してこの気体の熱を管内の流
体に伝達する一連の冷却サイクルを構成してい
る。換言すれば、本発明装置は、これ等の冷却室
内の夫々の空間に於いて、搬送手段により順次通
過する加熱された部材から夫々の冷却媒体によつ
て熱を吸収し、これ等の冷却室の夫々の熱交換手
段に連結された管の内部に流体供給手段によつて
流される流体に、吸収された熱を順次伝達し得
る、が故に、これ等の冷却室夫々の外部への熱の
放出量、即ち熱のロスを比較的少なくし得、従つ
て発生する熱を無駄無く回収し得、熱利用効率の
良い冷却装置にし得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、３個の冷却セクシヨンを含む本発明
による冷却装置の概略説明図、第２図は第１図の
装置の水による冷却セクシヨン３の断面図、第３
図は第１図の装置の空気による冷却セクシヨン２
の断面図、第４図は第１図の装置内の製品から熱
線を収集する冷却セクシヨン１の断面図である。 １，２，３……冷却セクシヨン、４……パイプ
システム、５……熱交換器、７……フアン、８…
…フアン、９……熱交換器、１０……ループ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 壁体と、この壁体の一の内壁面によつて包囲
   された第１の冷却室と、この第１の冷却室に隣接
   し、壁体の他の内壁面によつて包囲された第２の
   冷却室と、前記第１の冷却室から第２の冷却室に
   向かう方向に当該第１及び第２の冷却室を通つて
   冷却すべき加熱された部材を搬送するための搬送
   手段と、内部に流される流体に前記第１及び第２
   の冷却室夫々に於いて前記加熱された部材から放
   出される熱を間接的に吸収させるべく当該第１及
   び第２の冷却室を通る管と、この管に接続されて
   おり、当該管の内部に於いて、前記方向とは反対
   の方向に前記流体が流れるように当該流体を当該
   管に供給するための流体供給装置と、前記加熱さ
   れた部材に液体を直接的に接触させて当該加熱さ
   れた部材を冷却すべく、前記第２の冷却室だけに
   おいて当該液体を当該加熱された部材に放出する
   ための放出手段と、前記第１及び第２の冷却室
   夫々に配置されており、当該第１及び第２の冷却
   室夫々に存在する気体を当該第１及び第２の冷却
   室の夫々において循環させるための循環手段と、
   前記第１及び第２の冷却室の夫々の前記気体の循
   環路において前記管に夫々連結されており、当該
   気体の加熱された部材への直接的な接触において
   当該加熱された部材から当該気体に吸収された熱
   を当該管の内部の前記流体に伝達するための熱交
   換手段とからなる加熱された部材を冷却するため
   の冷却装置。 ２ 前記第１の冷却室に於ける気体が空気であ
   り、前記第２の冷却室に於ける気体が水蒸気であ
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の加熱された部材を冷却するための冷却装置。 ３ 前記循環手段が、前記気体が前記第１の冷却
   室に於いて循環されるときに前記加熱された部材
   からの放射熱を対流熱に変換するように、当該第
   １の冷却室内に配置されたバフルを有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記
   載の加熱された部材を冷却するための冷却装置。 ４ 前記第２の冷却室が、当該第２の冷却室にお
   いて凝縮され余つた液体を排出する排出手段を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第３項のいずれかに記載の加熱された部材を冷却
   するための冷却装置。