JPH0861820A - 高温表面の冷却方法およびその方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の高温表面冷却方式にあっては、局部的
な冷却によるコールドスポットの生成、オンオフ制御に
よる大きな温度ばらつきといった欠点があった。 【解決手段】 高温表面５を覆いかつ大気開放された中
空空間内に液体冷媒が複数のノズルにより霧化される場
合に、高温表面５を冷却するための方法であって、特に
金属製ベッセル１のジャケット２を冷却するための方法
であって、液体冷媒は、単体ノズル９により４から６０
μｍの範囲の液滴サイズを有する細かなミスト１２へと
連続的に霧化され、ミスト１２は、単体ノズル９から低
速で噴霧され、そして自然発生的な熱流１３を利用して
高温表面５を覆う中空空間７内を高温表面５に沿って移
動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高温表面を覆いか
つ大気開放された中空空間内に液体冷媒が複数のノズル
により霧化される場合に、高温表面を冷却するための方
法、特に金属製ベッセルのジャケットを冷却するための
方法に関するものである。また、同様にその方法を実施
するための装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、高温冶金プロセスは、ベッセル
の中で行われ、ベッセルは、その内部に存在する高いプ
ロセス温度に耐えるために、耐火材が内張りされた鋼板
製ジャケットを備えている。

【０００３】しかしながら、鋼板製ジャケットの強度を
維持するために要求される低温が、このような耐火材の
内張りによって必ずしも常に得られるとは限らない。そ
こで、壁の温度が高くなりすぎるのを防ぐために、ベッ
セルの壁を気体および／または液体の冷却材を使用した
強制冷却方式、例えば表面注水冷却方式（surface irri
gation cooling）により冷却することが知られている。

【０００４】米国特許公報４，８１５，０９６号によれ
ば、金属製ベッセルのジャケットの高温表面に対して大
量の水が噴霧される。この場合、水の噴霧は、高温表面
を密閉状態で覆うよう設けられた容器の内部に対してな
されており、容器内は加圧状態となっている。蒸発や凝
縮をしなかった冷却水は、容器内に集められ、循環に供
される。ここで、本来的には容器の圧力損失を避けるた
めのものであった金属製ベッセルの傾き、つまり高温表
面の傾きがある場合には、冷却水を収集することにより
克服すべき課題が存在する。

【０００５】上記のような冷却方式は、表面注水冷却方
式もまた、熱伝導の条件が優秀であるという点で利点を
有していることは事実である。しかし、このような冷却
方式は、廃水の収集手段を設ける必要があることから、
冷却対象となるベッセルができるだけ静止していなけれ
ばならないというかなりの欠点を有している。このよう
な冷却方式を傾斜可能な転炉、傾斜可能な蓋、等に対し
て適用するに際しては、制限された条件下においてしか
実施することができない。その他の欠点として、このタ
イプの冷却方式でたとえ大きな冷却効果が得られたにし
ても、それはどっちみち望ましいものではない。という
のは、高温冶金プロセスにおいて複雑かつ高価な方法で
創り出される熱量を結果的には運び去ってしまうことに
なるからである。

【０００６】気体媒体を使用する冷却方式によれば、こ
れら欠点を除去することは可能である。なぜなら、暖め
られた冷媒は、それ以上は熱を運び去らないからであ
る。しかし、気体媒体を使用する場合の主な欠点は、気
体媒体の熱のポテンシャルが非常に低いことである。つ
まり、冷却を行うには、大量のガスが必要とされる。さ
らに熱伝導係数が低いことから大きな流速が要求され
る。

【０００７】これらの欠点を避けるために、欧州特許公
開公報０ ０４４ ５１２号が知られており、そこでは、
高温表面に水が噴霧されるが、その際戻ってくる冷却水
を収集しなくて済むように、水の噴霧量が高温表面にお
いて蒸発する水の関数として設定されている。密閉され
た容器内に噴霧される冷却材および凝縮された水は、収
集されて再利用される。

【０００８】そうした場合において、冷却水は、高温表
面における境界領域を乱すために高速かつ大量に供給さ
れなければならない。上記欧州特許公開公報０ ０４４
５１２号には、液滴のサイズが最大で１００μｍである
こと、および噴霧する水の量を計測された温度値に基づ
いてマイクロプロセッサにより制御することが既に開示
されているけれども、局所的に強すぎる冷却や一時的な
冷却が起こることは避けられない。結果として、熱電対
を介して制御されるオン／オフ機構を備えることが必要
とされる。しかしながら、そのうちに起こる温度変化、
すなわち、温度勾配の早い時間依存性は、過度の温度に
よる応力やベッセルジャケットの疲労の兆候という点か
ら危険である。さらに、直接的に高温表面に向けて揃え
られたノズルの噴霧コーン内においてコールドスポット
が形成され、結果として大きな温度差やそれによる大き
な応力をもたらすことになる。

【０００９】欧州特許公開公報０ ３９３ ９７０号にお
いては、これとは別に本明細書の請求項１の前段に明確
に示すような、上述の冷却方法の変形例が提案されてい
る。その変形例とは、噴霧が冷却対象をなす表面に直接
的になされるのではなく、冷却対象をなす表面にほぼ平
行になされる。この公報によれば、急激な冷却を避けつ
つ、かつ、少数のノズルだけを用いても良好でかつ一様
な冷却効果が得られる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、冷媒の
噴霧のモードにおいて欠点が存在する。上記欧州特許公
開公報０ ３９３ ９７０号によれば、冷却材は、二体ノ
ズルにより噴霧される。すなわち、気体媒体により補助
されることにより噴霧がなされる。二体ノズルの出口速
度は、以下の規則に従う。すなわち、キャリアガスは、
以下の熱力学の法則に従って噴霧ノズルから噴霧され
る。理論的には、それはＬａｖａｌ速度、すなわち超音
波に近い速度に到達する。標準的な物理的条件下におい
ては、これは３００ｍ／ｓ程度の速度を意味する。水
は、圧力がかけられてこの流れの中に引き込まれ、ほと
んど速度を落とすことなく随行する。結果として、その
ようなノズルは、この速度の速い噴霧領域が幅広く広が
っている。噴霧領域自体は、４ｍ以上に広がる。流れの
方向に対してほぼ垂直にある冷却対象表面に衝突したと
きには、良好な冷却効果は、したがって領域的に限定さ
れてしか得られない。これは、既に指摘したように機械
的強度の観点から避けなければならないコールドスポッ
トとなるので、上記欧州特許公開公報０ ３９３ ９７０
号においては、流れが冷却対象表面に対してほぼ平行に
入射するようにノズルが設置されている。しかしなが
ら、流れは、冷却対象表面に衝突する場所においても依
然速い速度を有して円錐状に広がっているので、コール
ドスポットが形成される可能性は残され続けている。

【００１１】再び、熱電対を介して冷却材供給のオンオ
フ操作を行うと、結果として冷却対象表面の温度は、大
きく時間依存することになる。すなわち、発生する温度
擾乱は、時間の関数として大きな勾配を有することにな
る。

【００１２】従来技術で述べたように、冷却対象壁に平
行に注入された場合の二体ノズルの効率については、熱
伝達の点から冷媒の冷却効果の大部分が失われることに
注意が必要である。なぜなら、既に指摘したように、外
部との境界をなす壁は、相対的に低温であって、噴霧さ
れた流れの円錐状の広がりによる冷却プロセスに強く影
響されるからである。このように流れが円錐状に広がっ
てしまうことは、特別に準備されたフラットノズルでさ
え避け難いことである。かなりの量の気体／水混合物
が、この低温の外部壁上で凝結することになる。この場
合、水は、外部壁に沿って流出し、熱伝達にはわずかし
か寄与しないことになる。さらに既に蒸発した蒸気も凝
縮を起こす。

【００１３】そのような冷却方式が、製鉄用転炉（a st
eelworks converter）に使用された場合、２つのコンジ
ット（conduits）（冷却材および気体媒体に対して）
が、転炉搬送装置（搬送リング）の搬送用トラニオン
（trunnion）に設けられた回転導入部を通して設けられ
ることになる。これは、建設費および維持費の点から支
出の増大を招く。

【００１４】本発明は、上記欠点や難点を克服すること
を目的としたものであり、過剰に熱を奪うことなく、高
温表面を一様に、連続的に、強くは冷却しないものの十
分に冷却することを確実になし得る冷却方法を提供する
ことを目的としている。同様に、そのような方法を実施
するための装置を提供することも目的としている。特
に、温度のばらつきや一時的な冷却停止を避けるため
に、高温表面上におけるコールドスポットの生成を避
け、かつ時間に対して高温表面の温度をできるだけ一定
とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明においては、上記
目的を達成するために、液体冷媒は、単体ノズルにより
４から６０μｍの範囲の液滴サイズを有する細かなミス
トへと連続的に霧化され、ミストは、単体ノズルから低
速で噴霧され、そして自然発生的な熱流を利用して高温
表面を覆う中空空間内を高温表面に沿って移動する。

【００１６】既に述べたように、自然発生的な熱流によ
って引き起こされる自然発生的な吹き上げ力により、高
温表面に沿う気体の移動速度は操作中の金属製ベッセル
において約１．５から２ｍ／ｓに調節される。よって、
単に吹き上げ力があるというだけで、たとえ出口速度が
大変低いにしても、あるいは、冷却材の作用範囲が極め
て狭くても、とても効率的な熱伝達が起こることにな
る。二体ノズルと比較して噴霧速度が顕著に遅く実質的
に噴霧距離の短い（顕著な速度の減少は、単体ノズルで
はノズルからの距離が既に２００ｍｍのところで起こ
り、二体ノズルではノズルからの距離が少なくとも１ｍ
であることが認識されている）単体ノズルを複数用いる
ことで、単体ノズルから出た流れは、十分に広がって周
囲雰囲気中に完全に拡散するという結果が得られた。ミ
ストは、単体ノズルにより形成されてとても小さい液滴
だけからなるので、完全な拡散とも関連して長い寿命を
もつことになる。低温表面上でのミストの凝縮は、単体
ノズルを使用することによっても避けられない。しかし
そのような凝縮は、ミストが長寿命であることから、実
質的には時間的に後で起こることが期待される。さら
に、強い吹き上げ力のために凝縮を起こす冷却材の量が
少ないことから、実質的には、従来技術の凝縮物の量よ
りも少ない量の凝縮しか起こらない。

【００１７】従来の二体ノズルに対して、本発明におい
て用いられる単体ノズルは、実質的により良好な自動制
御性を有している。そのことにより、時間に依存しない
冷却挙動、すなわち時間に依存しない高温表面の温度
を、二体ノズルについてよりも実質的により単純な方法
で保証することができる。二体ノズルに関しては、気体
媒体は、到達可能な最大速度であるＬａｖａｌ速度に到
達することになる。この速度は、気体媒体の物理的条件
に依存するある臨界圧力までは一定値を保つもので、自
動的に制御することはできない。自動的に制御できるの
は、前記臨界圧力以下の場合だけである。臨界圧力以上
においては、気体の量は、２分の１乗則（root law）に
従い、よって圧力変化に対してはわずかしか依存しな
い。

【００１８】二体ノズルに供給される水は、その上、過
圧状態で気体流中に噴射される。水の量は、出口速度に
比例し、出口速度は、すべての圧力範囲において液体圧
力の２分の１乗則に従う。

【００１９】これらのすべての理由から、二体ノズルに
ついて２つの媒体を共に自動制御することは、容易に達
成することはできない。従来技術によれば、熱電対を高
温表面に取り付けて水および気体の時間的なオンオフ制
御をすることで、制御の困難さという課題を避けてい
た。これらの熱電対は、システム外に位置する制御バル
ブとして作用し、高温表面の最小値および最大値に感応
する。

【００２０】これに対して、本発明によれば、冷却が強
すぎる期間や冷却が全く行われない期間（高温表面の温
度が所定の温度レベルまで回復させるための期間）を設
ける必要がない。というのは、冷媒の量の自動調節が、
単体ノズルを使用することで実質的により単純であるか
らである。すなわち、冷媒の量を調節するためには、単
に圧力低減バルブを操作すれば良い。すべての時間にわ
たって、実効的に体積制御されたおよび／または体積調
節された供給を行うことができる。よって、冷却効果に
影響されることもなく、またさらなる制御工学的な支出
を要求することはない。

【００２１】それゆえ、水の量が少ないにもかかわら
ず、吹き上げ力によりミストが長寿命であることにより
とりわけ効果的な冷却が、また、ミストの液滴が細かい
ことによりとりわけ穏やかな冷却が本発明においては得
られている。そして、本発明の冷却は、長時間にわたっ
てさえも周期的に冷却のオンオフを行うことなく、高温
表面における一定温度を保証するものである。

【００２２】好ましくは、４から１０μｍの範囲の液滴
サイズを有するミストが生成される。この細かなミスト
は、とりわけ長寿命である。

【００２３】本発明によれば、単体ノズルからの冷却材
の出口速度は、特に低いものであり、好ましくは、１０
から３０ｍ／ｓの範囲である。すなわち、二体ノズルの
場合よりも１０倍程度低いものである。

【００２４】それにより、単体ノズルから噴霧されるミ
ストの到達範囲もまた小さいことが保証される。その範
囲は、１００から４００ｍｍ、好ましくは２００から３
００ｍｍである。すなわち言い換えれば、自然発生的な
熱流を考慮しない場合には、単体ノズルから噴霧される
ミストは、最大４００ｍｍの後に、好ましくは３００ｍ
ｍの後に静止することになる。このことは、穏やかで一
様な冷却にとって本質的なことである。

【００２５】好ましい実施形態においては、ミストは、
単体ノズルから噴霧される最初の時点においては高温表
面に対してほぼ垂直方向に移動し、自然発生的な熱流に
より高温表面にほぼ平行な方向へと移動の向きが変えら
れる。

【００２６】好ましくは、単体ノズルから噴霧されるミ
ストの部分的な凝縮が、単体ノズルの近傍においてより
引き起こされる。これにより、望ましくない場所での凝
縮を避けることができる。

【００２７】好ましい実施形態によれば、異なる熱量が
印加されている領域に対しては、冷却材の量がそれぞれ
の熱印加量に応じて設定された複数群のノズルが適用さ
れる。

【００２８】高温表面を有するボディに対して、特に、
高温のジャケットを有する金属製ベッセルに対して本発
明の方法を実施するための装置は、高温表面が距離をお
いてシールドで覆われることにより大気開放状態に形成
された中空空間と、中空空間内に冷媒を注入する複数の
ノズルとを備えてなり、ノズルとして単体ノズルが適用
されることを特徴とする。

【００２９】好ましくは、単体ノズルの出口開口部は、
出口開口部において高温表面に対してほぼ垂直に揃えら
れた移動方向を有するミストが生成されるように揃えら
れている。この場合、単体ノズルは、高温表面に対して
１００から３００ｍｍの距離をおいて設けられることが
さらに好ましく、加えて、各々の単体ノズルは、シール
ドにより形成された中空空間に連通する保護チューブ内
に設けられることが望ましい。

【００３０】好ましくは、液滴に対する障害物が、保護
チューブの中空空間に対する連通部に設けられている
と、ミストが噴霧される近傍の１箇所において部分的な
凝縮を意図的に引き起こすことができ、望ましくない場
所での凝縮を避けることができる。

【００３１】単体ノズルが、保護チューブの中空空間に
対する連通部から保護チューブの直径にほぼ相当する距
離をおいて設けられることが適切であり、保護チューブ
の直径が、シールドと高温表面との間の空間の約半分に
相当することが好ましい。

【００３２】好ましくは、少なくとも１つの温度計測手
段が高温表面上に設けられ、この温度計測手段は、少な
くとも１つの単体ノズルに対する圧力調節装置の制御系
と結合している。

【００３３】好ましい実施形態によれば、温度計測手段
は、バイメタル手段と、バイメタル手段から離れたレバ
ーシステムとを備え、単体ノズルに対してなされる圧力
調節の補助を行う。

【００３４】制動シリンダを有する長さ補償部材が、レ
バーシステムに対する高温表面の変位を相殺するために
設けられるとともに、この長さ補償部材は、新たな較正
のために２つの設定部材、特に１つは制動シリンダの最
大変位のためのものであり１つは制動シリンダの最小変
位のためのものである２つの設定部材を提供しているこ
とが適切である。

【００３５】好ましくは、単体ノズルの各々は、温度計
測手段と結合しているとともに、冷媒の圧力および／ま
たは量を個々に調節可能である。

【００３６】好ましい実施形態は、シールドにより形成
され、少なくとも電極に対して広がり、かつ電極の周辺
に広がる環状の開口を介して大気に開放されている中空
空間を備える電気アーク炉におけるジャケットにより高
温表面が構成されていることを特徴とする。これによ
り、高温表面だけではなく、高温表面を貫く電極に対し
ても、とりわけ効率的な冷却を得ることができる。

【００３７】好ましくは、単体ノズルとしては、液圧式
あるいは超音波式単体ノズルが採用される。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下において本発明は、特に好ま
しい例示としてのいくつかの実施形態により添付図面を
参照してさらに詳細に説明される。この場合、図１は、
本発明の第１実施形態を概念的に示す断面図である。図
２および図３は、他の実施形態を示すもので、図１と同
様に概念的な断面図である。図４は、本発明の電気アー
ク炉への適用例を示すものである。図５および図６は、
単体ノズルにより生成されたミストの量を調節するため
の自動制御装置を示すもので、図５は、図１と同様に概
念的な断面図であり、図６は、図５においてＶＩ方向か
らみた図である。

【００３９】図１に示す第１実施形態によれば、金属製
ベッセル１は、その外側を鋼板製のジャケット２で覆わ
れており、ジャケット２は、耐火物ライニング３で内張
りされている。そして、例えばスラグ防止手段（あるい
は、転炉の場合における傾斜可能な製鉄用転炉の搬送リ
ングの側壁）としてのシールド６が、金属製ベッセル１
のジャケット２の表面５からほぼ均等な距離４だけ離れ
た位置に設けられている。さらにシールド６も同様に鋼
板製である。このシールド６により中空空間７が形成さ
れ、この中空空間７は、金属製ベッセル１のジャケット
２の周辺を覆うように広がり、上方および下方は大気開
放されている。

【００４０】シールド６には、所定間隔をおいて複数の
チューブ８が設けられている。これらチューブ８は、ジ
ャケット２の表面５に対してほぼ垂直に配されており、
シールド６とジャケット２との間に形成される中空空間
７に連通している。これらチューブ８は、例えば液圧式
あるいは超音波式単体ノズルのような単体ノズル９を適
用するための保護チューブとして機能するものである。
各々のチューブ８の内径１０は、チューブ８の中空空間
７に対する連通部から単体ノズル９までの距離１１、お
よびシールド６とジャケット２の表面５との間の距離４
の約半分に相当している。

【００４１】単体ノズル９により極細径のミスト１２
（好ましい液滴のサイズとしては４から１０μｍ）が生
成され、ミスト１２は、ジャケット２の表面５に向けて
ほぼ直角な向きに流れが揃えられているけれども、金属
製ベッセル１のシールド６とジャケット２との間に形成
された中空空間７に入った途端に、強烈な吹き上げ力
（２ｍ／ｓ以上の流れであって、矢印１３で示す）が存
在すること、および単体ノズル９から出る液滴の出口速
度が相対的に低いことにより、上方を向くことになる。
したがって吹き上げ力が、本質的に流れの形成に寄与
し、細かなミスト１２が定形をなすことなく中空空間７
内に分散されることになる。搬送手段として機能する吹
き上げ力により、ミスト１２は、表面を、すなわち金属
製ベッセル１のジャケット２の高温表面５を確実に冷却
する。

【００４２】図２に示す他の実施形態においては、ミス
ト１２に対する衝突・抑留手段１５（障害物）が、チュ
ーブ８の中空空間７に対する連通部に設けられている。
ここで、連通部は、符号１４で示すように、漏斗状に高
温表面５に向かって広げられている。そして、衝突・抑
留手段１５は、それ自身が極端に低温であるシールド６
上での凝縮物の形成を避けるよう機能している。それに
より、凝縮物１６は、中空空間７内における不都合な場
所においてではなく、衝突・抑留手段１５のところにお
いて形成される。凝縮物１６は、吐出ダクト１７を介し
て保護チューブ８から排出される。

【００４３】図３には、ほぼ水平に設置された金属製ベ
ッセル１の高温表面５を示す。単体ノズル９は、中空空
間７に対するチューブ８のほぼ連通部に位置している。
表面５の高温部分は、例えば金属製ベッセル１の蓋の近
傍に形成されている。高温表面５がほぼ水平であるため
に、蒸気の形成による吹き上げ力の増加は、非常に重要
となる。

【００４４】図４には、金属製ベッセル１が電気アーク
炉である場合のその蓋１８への単体ノズル９の設置状況
を示す。金属製ベッセル１のジャケット２の表面５の高
温部分である蓋１８を覆うシールド６は、シールド６と
電極２０との間に開放型の環状の開口２１が形成される
ように、電極２０に対しては距離１９をおいた位置が端
部とされている。空気は、蓋１８の端部領域２２から流
入し、蓋１８の中央部から、すなわちシールド６と電極
２０との間に形成された環状の開口２１から流出する。
したがって熱伝達にとっては、とりわけ良好な効果をも
たらす。というのは、流れが中央部に集中するように導
かれることにより、中心へと向かう方向の流速が急速に
増大するからである。一般に、電極２０は、中心部分に
配され、電気アーク炉の蓋１８に対しても中心的に案内
されている。それゆえ、冷媒がシールド６と高温表面５
との間に形成された中空空間７から最大速度で流出する
場所において金属製ベッセル１を突出している。したが
って、単体ノズル９からのミスト１２の噴霧速度が低い
にもかかわらず電極２０に対してとりわけ良好な冷却効
果が得られる。

【００４５】制御工学の見地からは少ない消費だけが要
求される温度計測手段２３が、図５および図６に示され
ている。温度計測手段２３は、それぞれの単体ノズル９
における冷媒の圧力の調節を個々に自動制御し得るもの
である。図５に示された温度計測手段２３は、バイメタ
ル２４を備えており、このバイメタル２４は、金属製ベ
ッセル１のジャケット２に設けられたバイメタル保持手
段２５によりしっかりと固定されている。バイメタル保
持手段２５は、冷媒から直接的に冷却を受けないように
保護プレートにより覆われている。バイメタル２４は、
回転レバーとして設けられている伝達ユニット２６に作
用する。この伝達ユニット２６に作用しているプレッシ
ャースプリング２７は、バイメタル２４と回転レバーの
先端２８との間に必要な圧力を印加するものである。こ
れにより、これら２つの部材（バイメタル２４と回転レ
バー）間の確実な接触が保証される。

【００４６】温度が変化した場合、回転レバー２６によ
り制御されている圧力低減バルブ２９が、バイメタル２
４の角度変化を介して、さらに、回転レバー２６を介し
て駆動され、それによって単体ノズル９から噴霧される
冷媒の量が変化する。高温表面５、例えば転炉における
高温表面５は、温度が増加すると膨張するが、その際の
いかなる変位に対しても影響を受けないという機能を温
度計測手段２３にもたせるために、長さ補償部材３０
が、回転レバー２６と圧力低減バルブ２９との間におい
て、２つの設定部材を備えてかつシリンダ３１を終端位
置へと圧迫しながら設けられている。これら終端位置
は、圧力低減バルブ２９の終端位置と対応している。こ
のシリンダ３１内の制動ピストン３２は、関連部材のい
かなる相対変位をも許容しながらも、調節力を伝達し得
るものである。

【００４７】図５および図６に示す制御システムは、即
時的にかつ直接的に操作される。

【００４８】耐火物ライニングが局所的に急に消耗した
場合、例えば急激なへたりを起こした場合、ホットスポ
ットと称される局所的な過熱部分が金属製ベッセルの冷
却対象表面に現れる。たとえ複数のノズル９が制御工学
的に見て協働していても、局所的に制限された範囲の過
熱に対しては、要求される局所制限範囲だけの熱排出を
適切に行うことはできない。それは、熱電対がその場所
あるいはその近傍になく冷却が全く行われないか、逆に
熱電対がその場所あるいはその近傍にあって広すぎる範
囲が過度に冷却されるかのどちらかとなるからである。

【００４９】この種の欠点を避けるために、所定数だけ
単体ノズル９を付加的に設け、さらに使用される金属製
ベッセルのタイプに応じた所定の温度レベルからだけ反
応する同数のバルブを設けることが適当である。

【００５０】本発明は、図示例の実施形態に何ら限定さ
れるものではなく、様々な見地からの変更が可能であ
る。それゆえ、もし使用目的から見て（例えば、高温表
面の位置によっては）単体ノズルの噴霧方向を高温表面
に対して垂直に設定することが適切でなければ、単体ノ
ズルの噴霧方向を垂直方向からはずして設定することも
可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を概念的に示す断面図で
ある。

【図２】本発明の他の実施形態を示す概念的な断面図で
ある。

【図３】本発明のさらに他の実施形態を示す概念的な断
面図である。

【図４】本発明の電気アーク炉への適用例を示すもので
ある。

【図５】単体ノズルにより生成されたミストの量を調節
するための自動制御装置を概念的に示す断面図である。

【図６】単体ノズルにより生成されたミストの量を調節
するための自動制御装置を示すもので、図５においてＶ
Ｉ方向からみた図である。

【符号の説明】

１ 金属製ベッセル ２ ジャケット ４ 距離 ５ 高温表面 ６ シールド ７ 中空空間 ８ 保護チューブ ９ 単体ノズル １０ 直径 １１ 距離 １２ ミスト １３ 熱流 １５ 障害物（衝突・抑留手段） ２０ 電極 ２１ 環状の開口 ２３ 温度計測手段 ２４ バイメタル手段 ２６ レバーシステム ２９ 圧力調節装置 ３０ 長さ補償部材 ３２ 制動シリンダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マンフレート・アイスン オーストリア・アー−4040・リンツ／プー ヒェナウ・エッシェンバッハヴェーク・23 (72)発明者 ルドルフ・グルーバー オーストリア・アー−4040・リンツ・ギー ルケヴェーク・11 (72)発明者 ペーター・キッキンガー オーストリア・アー−4813・アルトミュン スター・エーベン・72

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温表面（５）を覆いかつ大気開放され
   た中空空間（７）内に液体冷媒が複数のノズル（９）に
   より霧化される場合に、前記高温表面（５）を冷却する
   ための方法、特に金属製ベッセル（１）のジャケット
   （２）を冷却するための方法であって、 前記液体冷媒は、単体ノズル（９）により４から６０μ
   ｍの範囲の液滴サイズを有する細かなミスト（１２）へ
   と連続的に霧化され、前記ミスト（１２）は、前記単体
   ノズル（９）から低速で噴霧され、そして自然発生的な
   熱流（１３）を利用して前記高温表面（５）を覆う前記
   中空空間（７）内を前記高温表面（５）に沿って移動す
   ることを特徴とする高温表面の冷却方法。
2. 【請求項２】 ４から１０μｍの範囲の液滴サイズを有
   するミスト（１２）が生成されることを特徴とする請求
   項１記載の方法。
3. 【請求項３】 前記ミスト（１２）は、１０から３０ｍ
   ／ｓの範囲の速度で前記単体ノズル（９）から噴霧され
   ることを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. 【請求項４】 前記ミスト（１２）を生成する単体ノズ
   ル（９）として、前記自然発生的な熱流を考慮しない場
   合の最大噴霧距離が１００から４００ｍｍ、好ましくは
   ２００から３００ｍｍの範囲にある単体ノズル（９）が
   使用されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
   かに記載の方法。
5. 【請求項５】 前記ミスト（１２）は、前記単体ノズル
   （９）から噴霧される最初の時点においては前記高温表
   面（５）に対してほぼ垂直方向に移動し、前記自然発生
   的な熱流（１３）により前記高温表面（５）にほぼ平行
   な方向へと移動の向きが変えられることを特徴とする請
   求項１ないし４のいずれかに記載の方法。
6. 【請求項６】 前記単体ノズル（９）から噴霧される前
   記ミスト（１２）の部分的な凝縮が、前記単体ノズル
   （９）の近傍においてより引き起こされることを特徴と
   する請求項１ないし５のいずれかに記載の方法。
7. 【請求項７】 前記単体ノズル（９）における前記冷媒
   の圧力を調節することにより、前記冷媒の量が調節され
   ることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載
   の方法。
8. 【請求項８】 異なる領域に対して異なる熱量が印加さ
   れている前記高温表面（５）の範囲に対して冷却を行う
   ために、異なる熱量が印加されている前記領域に対して
   は、冷却材の量がそれぞれの熱印加量に応じて設定され
   た複数群のノズルが適用されることを特徴とする請求項
   １ないし７のいずれかに記載の方法。
9. 【請求項９】 高温表面（５）を有するボディ（２）に
   対して、特に、高温のジャケット（２）を有する金属製
   ベッセル（１）に対して請求項１ないし８のいずれかに
   記載の方法を実施するための装置であって、 前記高温表面（５）が距離（４）をおいてシールド
   （６）で覆われることにより大気開放状態に形成された
   中空空間（７）と、該中空空間（７）内に冷媒を注入す
   る複数のノズル（９）とを備えてなり、 前記ノズルとして単体ノズル（９）が適用されることを
   特徴とする高温表面の冷却方法を実施するための装置。
10. 【請求項１０】 前記単体ノズル（９）の出口開口部
    は、該出口開口部において前記高温表面（５）に対して
    ほぼ垂直に揃えられた移動方向を有するミスト（１２）
    が生成されるように揃えられていることを特徴とする請
    求項９記載の装置。
11. 【請求項１１】 前記単体ノズル（９）は、前記高温表
    面（５）に対して１００から３００ｍｍの距離をおいて
    設けられることを特徴とする請求項９または１０記載の
    装置。
12. 【請求項１２】 各々の前記単体ノズル（９）は、前記
    シールド（６）により形成された前記中空空間（７）に
    連通する保護チューブ（８）内に設けられることを特徴
    とする請求項９ないし１１のいずれかに記載の装置。
13. 【請求項１３】 液滴に対する障害物（１５）が、前記
    保護チューブ（８）の前記中空空間（７）に対する連通
    部に設けられることを特徴とする請求項１２記載の装
    置。
14. 【請求項１４】 前記単体ノズル（９）は、前記保護チ
    ューブ（８）の前記中空空間（７）に対する前記連通部
    から前記保護チューブ（８）の直径（１０）にほぼ相当
    する距離（１１）をおいて設けられることを特徴とする
    請求項１２または１３記載の装置。
15. 【請求項１５】 前記保護チューブ（８）の前記直径
    （１０）は、前記シールド（６）と前記高温表面（５）
    との間の距離（４）の約半分に相当することを特徴とす
    る請求項１４記載の装置。
16. 【請求項１６】 少なくとも１つの温度計測手段（２
    ３）が前記高温表面（５）上に設けられ、該温度計測手
    段（２３）は、少なくとも１つの前記単体ノズル（９）
    に対する圧力調節装置（２９）の制御系と結合している
    ことを特徴とする請求項９ないし１５のいずれかに記載
    の装置。
17. 【請求項１７】 前記温度計測手段（２３）は、バイメ
    タル手段（２４）と、該バイメタル手段から離れたレバ
    ーシステム（２６、３０）とを備え、前記単体ノズル
    （９）に対してなされる圧力調節の補助を行うことを特
    徴とする請求項１６記載の装置。
18. 【請求項１８】 制動シリンダ（３２）を有する長さ補
    償部材（３０）が、前記レバーシステム（２６、３０）
    に対する前記高温表面（５）の変位を相殺するために設
    けられるとともに、該長さ補償部材（３０）は、新たな
    較正のために２つの設定部材、特に１つは前記制動シリ
    ンダ（３２）の最大変位のためのものであり１つは前記
    制動シリンダ（３２）の最小変位のためのものである２
    つの設定部材を提供していることを特徴とする請求項１
    ７記載の装置。
19. 【請求項１９】 前記単体ノズル（９）の各々は、温度
    計測手段（２３）と結合しているとともに、冷媒の圧力
    および／または量を個々に調節可能であることを特徴と
    する請求項１６ないし１８のいずれかに記載の装置。
20. 【請求項２０】 前記シールド（６）により形成され、
    少なくとも電極（２０）に対して広がり、かつ前記電極
    の周辺に広がる環状の開口（２１）を介して大気に開放
    されている前記中空空間（７）を備える電気アーク炉に
    おける前記ジャケット（２）により前記高温表面（５）
    が構成されていることを特徴とする請求項９ないし１９
    のいずれかに記載の装置。
21. 【請求項２１】 前記単体ノズル（９）として、液圧式
    の単体ノズルが適用されることを特徴とする請求項９な
    いし２０のいずれかに記載の装置。
22. 【請求項２２】 前記単体ノズル（９）として、超音波
    式の単体ノズルが適用されることを特徴とする請求項９
    ないし２０のいずれかに記載の装置。