JPH04323326A - ストリップ冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続的に走行するスト
リップを冷却するストリップ冷却装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、低周波数で共鳴するダクトを利用
したストリップクーラの開発が行なわれている。図３は
このようなストリップクーラの一例を示す断面図であり
、図中１はダクト、２ａ、２ｂは該ダクト１の両端に取
付けられていてダクト１内部に圧力振動を生じさせるた
めの圧力発生装置、３は前記ダクト１の中央部上下面に
取付けられていてダクト１内部のガスから熱を奪うため
の水冷の冷却箱で、ダクト１側が冷却壁３ａとなってい
るもの、４は冷却しようとするストリップ、５は該スト
リップ４をダクト１内部に導入及び排出するためにダク
ト１中央部の側面に設けられた開口部である。又記号（
イ）（ハ）は夫々、ダクト１の終端を示し、記号（ロ）
はダクト１の中央部を示している。

【０００３】以上のストリップクーラの設計は次の様に
してなされている。

【０００４】まず、圧力発生装置２ａ、２ｂには空気等
のガスが供給されるが、その流量、圧力は運転条件、設
備容量で異なる。この圧力発生装置２ａ、２ｂはガス（
空気）が供給されると、１６〜６０Ｈｚの範囲で同一周
波数（Ｆ）のほぼサインカーブに近い圧力振動を発生す
る。このとき、圧力振動の振幅は２０〜４０ｋＰａであ
る。また該圧力発生装置２ａ、２ｂの発生する圧力振動
は位相が１８０°ずれており、（イ）側の圧力発生装置
２ａが発生する圧力値が最大になっているとき、（ハ）
側の圧力発生装置２ｂの発生する圧力値は最小になって
いる。更にダクト１の長さ、すなわち、（イ）〜（ロ）
〜（ハ）間距離（Ｌ）はＬ＝Ｖ／（２・Ｆ）（但しＶは
ダクト１中のガスを伝わる音の速さ）の関係を満足する
ように決定されている。

【０００５】このように設計されているストリップクー
ラの動作時にはダクト１内部に１／２波長の定在波が形
成され、共鳴状態となる。その時のダクト１内部の圧力
分布を図４（ａ）に示す。またガスの流速分布を同図（
ｂ）に示す。これらの図において、実線■はダクトの終
端（イ）の圧力の値が最大になった時の分布を示してい
る。また破線■はダクトの終端（イ）の圧力の値が最小
になった時の分布を示している。同図（ａ）（ｂ）に示
されるようにダクト１の両端では圧力の腹になっており
圧力振動の振幅が最も大きいが、ガスの流速はほぼゼロ
である。一方、ダクト１の中央部では圧力の節になって
おり、圧力振動の振幅は最も小さいが、ガスの流速は最
大である。圧力発生装置２ａ、２ｂの発生する圧力振動
の振幅が３０ｋＰａである場合、理論的にはダクト１中
央部でのガスの流速の最大値（Ｖｍａｘ）は７０ｍ／ｓ
にもなる。しかも、ガスの流速は圧力変動と同じ周波数
で＋Ｖｍａｘから−Ｖｍａｘの範囲で変化する。従って
、そのような定在波が形成されているダクト１の中央部
（ロ）にストリップ４を置けば、ストリップ４は、脈動
する気流中に置かれることになり、ストリップ４とダク
ト１内のガスとの間の熱伝達係数（ｈ）が大きくなる。 同様に、ダクト１の冷却壁３ａ面とダクト１内のガスと
の間の熱伝達係数（ｈ）も大きくなる。従って、ストリ
ップ４からの抜熱量が大きくできるのである。

【０００６】この他、ダクト内に前記圧力振動の１／４
波長、３／４波長等、ｎ／４波長（但しｎは正の整数）
の定在波を形成させ、共鳴させた場合にも同様な効果が
得られることになる。

【０００７】例えば１／４波長の定在波の場合は図５に
示されるような装置構成で形成されることになる。同図
ではダクト１ａの片側が大気開放型に構成されており（
そのため圧力発生装置２ｂも設置されていない）、その
他の構成は図３の場合と同じであるので、同一構成には
同一番号を付して示した。

【０００８】そして該ストリップクーラの設計は次の通
りになされている。

【０００９】即ち、圧力発生装置２ａの作動条件は前述
と全く同一であり、何ら異なる所はないが、ダクト１ａ
の長さ、即ち、（イ）〜（ロ）間距離（Ｌ１）は、Ｌ１
＝Ｖ／（４・Ｆ）の関係を満足するように決定されてい
る。

【００１０】この様に設計されているストリップクーラ
の動作時にはダクト１ａ内部に１／４波長の定在波が形
成され、共鳴状態となる。その時のダクト１ａ内部の圧
力分布を図６（ａ）に示す。又ガスの流速分布を同図（
ｂ）に示す。これらの図において、実線■はダクト１ａ
の終端（イ）の圧力の値が最大になった時の分布を示し
ている。又破線■はダクト１ａの終端（イ）の圧力の値
が最小になった時の分布を示している。同図（ａ）（ｂ
）に示される様にダクト１ａの終端（イ）は圧力の腹に
なっており、圧力振動の振幅が最も大きいが、ガスの流
速は略ゼロである。一方、ダクト１ａの終端（ロ）では
圧力の節になっており、圧力振動の振幅は最も小さいが
、ガスの流速は最大である。

【００１１】従って、ガスの流速が最大となる、ダクト
１の終端（ロ）近傍にストリップ４を置けば、該ストリ
ップ４は脈動する気流中に置かれることになり、ストリ
ップ４とダクト１ａ内のガスとの間の熱伝達係数が大き
くなる。 従ってストリップ４からの抜熱量が大きくなるのである
。

【００１２】更に図７は３／４波長の定在波を形成する
場合の装置構成例の断面図であり、それによって得られ
るダクト１ｂ内の圧力及び流速の分布は図８（ａ）（ｂ
）に夫々示されたような状態となる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】以上の様な構造を有す
るストリップクーラの登場により、低コストで短時間の
うちにストリップ４の冷却ができるようになると目され
ていたが、現状ではダクト１内部のガスとストリップ４
との間の熱伝達係数（ｈ）のみ大きくすることができる
だけで、期待されていた程の冷却能力の向上が達し得な
いことが明らかとなった。

【００１４】本発明は従来技術の以上の様な問題に鑑み
創案されたもので、上記ストリップクーラの構造の改良
によりその冷却能力をより高めんとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこでまず上記構造のス
トリップクーラではダクト１内部のガスとストリップ４
との間の熱伝達係数（ｈ）を大きくすることができるの
に、当初予測されていた程の冷却能力の向上がないのは
なぜかという原因につき、検討を重ねることにした。

【００１６】その検討の結果、該ストリップクーラでは
、ダクト１内部のガスの平均温度は、該ダクト１の冷却
壁３ａの温度とストリップ４の温度の平均温度にほぼ等
しい値まで上昇する。一方、ストリップ４からの抜熱は
、上記熱伝達係数（ｈ）にストリップ４とガスの温度差
（ΔＴ）を掛けた積に比例することになる。従って従来
のストリップクーラでは熱伝達係数（ｈ）は大きくなる
ものの、ストリップ４とガスの温度差（ΔＴ）が大きく
できないために、冷却能力としてはあまり大きなものに
はならなかったのであろうとの結論に達した。

【００１７】本発明のストリップ冷却装置は以上の様な
検討結果から創案されたもので、ダクト内部に多くの冷
却管を設置することで、ダクト内のガスからの抜熱量を
増やして、ダクト内部のガスの温度を下げ、ストリップ
とガスとの間の温度差（ΔＴ）を大きくすることにより
、該ストリップからの抜熱量を増やし、ストリップの冷
却速度の向上を促進するものである。

【００１８】

【実施例】以下本発明装置の具体的実施例につき説明す
る。

【００１９】図１は本発明の一実施例に係るストリップ
冷却装置を示す断面図である。同図において１はダクト
、２ａ、２ｂは該ダクト１の両端に取付けられていてダ
クト１内部に圧力振動を生じさせるための圧力発生装置
、３はダクト１の中央部の上下面に取付けられていて該
ダクト１内部のガスから熱を奪うための水冷の冷却箱で
あり、ダクト側が冷却壁３ａとなっている。又４は冷却
しようとするストリップ、５は該ストリップ４をダクト
１内部に導入及び排出するためにダクト１中央部の側面
に設けられた開口部である。これらの構成は前記図３に
示された従来のストリップクーラの構造と同じであり、
且つその設計条件も全く同一である。

【００２０】更に本実施例では、ダクト１内部のガスか
ら熱を奪う前記冷却壁３ａの他に、該冷却壁３ａに沿っ
てダクト１内部に多数の水冷冷却管３０が配管されてお
り、両者の構成により内部ガスから熱を奪うことのでき
る冷却面の面積の拡大が図られている。

【００２１】以上の様な構成からなる本実施例の装置と
従来のストリップクーラの構成とを使用してストリップ
４を冷却する実験を行なった。図２はその実験から得ら
れた両装置によるストリップ４からの抜熱量の比較を示
すグラフである。同図において、縦軸は本発明装置によ
るストリップ４からの抜熱量を従来装置による抜熱量で
割った値（Ｒ）を示しており、Ｒ＞１であれば、ストリ
ップ４からの抜熱量が従来の装置より大きいことを示し
ている。また横軸は冷却面の全面積、すなわち、冷却壁
３ａの冷却面面積（Ｆ１）と、冷却管３０の伝熱面積（
Ｆ２）の和を冷却壁３ａの冷却面面積（Ｆ１）で割った
値（Ｘ）を示している。Ｘ＝１の場合には、冷却管が無
い場合であり、従来のストリップクーラに相当する。同
図に示される様に、冷却管３０を取付けて冷却面面積を
増やすことにより、従来のストリップクーラに比べて大
きな抜熱量が得られることになる。本実施例ではＸを大
きくすればＲも大きくなりＸ＝２でＲ＝１．５、Ｘ＝１
２でＲ＝２となった。一方Ｘ＜２ではＲは１に近く抜熱
量の増加に対してあまり効果がない。

【００２２】なお、本発明の要旨を越えない限り、本発
明は以上の実施例に限定されない。例えば、本発明は、
その原理からして、冷却管３０中を流す流体は水に限定
されるわけではなく、例えば液体窒素などの低温の液体
であっても良い。また冷却管３０についても、伝熱量が
増加する方法であれば、フィンをつけても、表面粗さを
かえても、或いは配管断面形状を変えても良い。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述した様に本発明装置によれば、
従来のストリップクーラの１．５〜２．０倍程度の伝熱
量が得られ、そのため該ストリップクーラの１．５〜２
．０倍程度のストリップの冷却速度が得られるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のストリップ冷却装置の一実施例を示す
断面図である。

【図２】本実施例装置と従来のストリップクーラによる
抜熱量の比較を示すグラフである。

【図３】従来のストリップクーラの構成の一例を示す断
面図である。

【図４】該ストリップクーラのダクト内の圧力及び流速
の分布を示すグラフである。

【図５】ストリップクーラの他の構成例を示す断面図で
ある。

【図６】該ストリップクーラのダクト内の圧力及び流速
の分布を示すグラフである。

【図７】ストリップクーラの更に別の構成例を示す断面
図である。

【図８】該ストリップクーラのダクト内の圧力及び流速
の分布を示すグラフである。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ　　　　ダクト ２ａ、２ｂ　　　　　　　圧力発生装置３　　　　　　
　　　　　　冷却箱 ３ａ　　　　　　　　　　　冷却壁 ４　　　　　　　　　　　　ストリップ５　　　　　　
　　　　　　開口部 ３０　　　　　　　　　　　冷却管

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　壁面に冷却壁を有するダクト内に圧力
   振動を生じさせて該圧力振動のｎ／４波長の定在波によ
   る共鳴状態でダクト内のガスを振動させ、該ダクト内に
   導いたストリップの冷却を行なうストリップ冷却装置に
   おいて、このダクト内に複数の冷却管を設置したことを
   特徴とするストリップ冷却装置。
2. 【請求項２】　　請求項１記載のストリップ冷却装置に
   おいて、下式であたえられる数値ＸがＸ≧２であること
   を特徴とする請求項１記載のストリップ冷却装置。 Ｘ＝（Ｆ１＋Ｆ２）／Ｆ１ Ｆ１：ダクトの水冷壁部分の面積 Ｆ２：冷却管の伝熱面積