JPS6019070A - フラツトラミナ−フロ−用ノズルヘツダ− - 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】 本発明は加熱史・Ｉ月乞均−に冷却するためのフラット
ラミナーフロー用ノズルへラダーの改良に１３’、１す
る。

加熱鍛打の＆　ｌｌＴｇ方向の６１却の均一化のために
は、扁平で連続した水ｉＡｔ’を形成するフラットラミ
ナーフロー（平板状層流）の使用が適しており、従米こ
のために開放４ｑノズルヘッダー或いはヘッダー内の空
気をすべて抜き出し７た′ａ閉截ノズルヘッダー等が使
用されたが、然Ｅ、前名にお（・では吐出水流中に空気
の巻込みが大きいこと、後者ｌこおいては供給水の動圧
の差が直接にノズルｊ？Ｘｆで達してしまい均一分布が
イ、Ｉられないこと等の欠点が６仄この改良のために、
先に本発明者は１つの改良案（特許願５７−１７９０２
０号）を提要し、た。

それは、婬１図ζこその〜「面るで示すように、オ・体
が前側壁６、後側も≠５、左右両ｂｔｕ　とか？（その
中間で鄭１図の断面が示されてい６）、上り、く７及び
カー（壁８よシなる箱型のノズルヘッダーで、板側り、
丘或（・はその近傍に水供給口６がｔ、〕けられ、Ｖｌ
　４１１１　％と前側壁の間に、後側壁側に土壁より垂
下して底壁との間にギャップを形成する垂下仕切板９乞
設け、前側壁１１１ｕに底壁から立上る少くとも前記ギ
ャップよシも大きい高さを有する立上シ仕切板１０を設
げ、該立上り仕切板と前側佃とによって区分され６室（
以下ノズル室と称す）内の鳳檄或いはその近傍にスリッ
トノズル４の入口を開口し、スリットノズル上方の土壁
或いはその近傍にガス抜き弁１１ｙ設けたことを重機と
するものであった。尚、図の１２は垂下仕切板９と後壁
間に任意に設けられる仕切板で−１６は水位計、ｌはフ
ラントラミナーフローを示す。

上記装置ｅテは、作業当初に水頭ｌｌを設定するとぎに
ガス弁１１　′？：ｆｉｌき、その後は弁を１Ａｊじて
゛請閉状態として使用されるものであるが、実除土児金
な気密状態を保つことがＷ　ｅ’！ｌＬであるため、又
ヘッダーへの供給水は一般に脱気７施して７；ｃ　＜且
ポンプステーションで空気の混入があったりして供＾、
Ｌ？水中にガス（泣気）の混入は避は短く、このガスが
分離してノズル直上の室内（ノズル室内）に溜／）ため
に、徐々に該室内にガスがｊ・：９加してその水位を降
下させ６作用ケする。水もンの］・４１−下１ま、代述
するようにノズル室内の水位ロー下メツｔ一定限度に達
すると外部からノズル中に窒気ン連＋＞ｉｊさせ、吐出
流を乱すことになり、又或ゐ水位以下ではノズル室内の
空気を多量に看込むことにｌ′工す、安定な平板状層流
ケ得られ１．ｃくするもので、欠除ｊＡＪ粟上の間誼点
となっている。

本発明は、上記の間組点ン）１゛［決し、空気混入の多
い水を使用しても、ノズル室内の水位が適当に調整され
、安定した平板状Ｊ：”ｊ　１ｌ１１．、がＡａ持され
ることの可能なフラントラミナー７０−用ノズルヘッダ
ーを提供することを■的とする。

木兄り１」のフラントラミナーフロー用ノズルヘソター
ハ、本＜’ｂ−がｌ”ｌｆＪ　’１）ｉｌｌ　’、Ｈｆ
；、ＣＩ　Ｊｊｌｌ　、＋：ｙ’ｊ、左右画Ｉｌｌ　Ｊ
−’Ｊ、上壁及び底壁よりなる箱２１ＩＭ乞ｌ工し、麦
側壁或（・Ｃまその近傍に水俣ｔ、１１０が４反けられ
、ｒ＋ｉＪ　ａ＜の（１１ｊ壁間に、後１ｔｌｌｌ　”
！側に土壁より垂下してＪへ〜（との間１ギャップを形
成す６垂下仕りυ仮が設けしれ、前ｎｌ　！−☆を旧こ
７１１−Ｕから立上る立上り仕切板が９．りけら２′Ｖ
、、７．亥立土シ仕りＪ＆と前壁とによって区分される
ｈ５内（ノス。

ル室）　ｃｖ底１４　Ｂｌ＜いはその近傍にスリットノ
ズルを開口し、該スリットノズル上方の上壁或いはその
近傍にガス抜き弁を設けたノズルヘラグーにおいて、前
記ノズル室内の水位が、立上シ仕切板Ｊ：り溢６ｆｅ　
してノズルＭ内の水中に入る水流の。ｉｃ速がｄ２シ危
までに減速される高さく？呆さ）以上の高さを有する。

ｉ：うに、立上り仕切板の尚さを供ｈｓ水上主に応じて
ＡｉＪ記水位以上に設定したことを特徴とするものであ
る。以下その！！”ｌ’　１ｔｉｌｌ乞５）ｌ明する。

一般に、ＶＩＮ閉］−たヘッダーの底４シ（近傍に取（
＝Ｊけたスリットノズルから吐出する。ＩＬれを安定な
平板状〕１〈流と７Ｌずためには、仄の点を防止するよ
うに留意し′ｆ、（げればならない。

（１）スリットノズル外部（大気）からノズルな逆流【
−て木る梨気ζこ工って、ノズルからの吐出ｖＩらが乱
さイ］、／：Ｉこと。

（２）ヘッダー内ガスＹ　１ｌｊｉ時的に多ｉｆに壱込
んで吐出流が乱れ、安定なＥｎ流に仏帰用来ノしくな句
こと。

（尚、ここでＪｉ・）１ノ１６と１−１５のは、理論１
」’ｌな７層υ１しの定義、例えばレイノルズベＩｉｅ
；′：２００１．、Ｉによってノ、ＩＬ定するのではな
く、スリットノズル中を水う１光満して且平板伏に連妨
してｒ・１０々、ることの出来る最低７４に、連を下限
とＬ、吐出１ｊｉｓ：が（８セ冷）、Ｉ′ｊ体に１−・
８Ｉ突した際、平板伏流のほとんどが飛故してしまい、
被冷却体面上を平行流を１工してＬ＋ｉｅ　ｔｌ、　フ
エくなるような１ｔい流速を上限とする流れとして規矩
ずろものである。〕まず前者（１）については、（’：
ｌ、：、ｉの多い、１り１合はスリットノズル内での流
速が高くなりため、ノズル外部（大気）からのを気混入
をＪｉＪｌ除する効４ｋが大きくな、り安定な平板状ノ
ー−曹ノ：シがイ４Ｊら１１．６ｏ然し、小流ト、１．
となる程外部からのでと気が混入（、やすくなり、更に
流−；、ｔが減少するとノズルがら荒気が逆り；Ｌ混入
し、流れが乱れて【７ま５゜このｒ、りな理由から、ス
リットノズルにはそのギヤツブにより平板状ｈ”ｉ流乞
維持出来る下限θ１吐１・しがｆ）七ってくる。この１
５・」係をグラフ化したものが第２１メ１で、ｙｉ問題
１１ハはスリットノズルを辿る水右’、：　（ｍ沖・ｍ
　）、Ｉｊｉｊ　ｔｆ’由Ｃまスリットギャップｔ（朋
）、曲Ｎｉ　ＸとＹの曲がノ胃υＩＣ＜１．１咳、Ｙは
平板状Ｊ、′：！流７ａｌ−維持するための下限水＋；
’ｆ、”ｆ示す曲線で、曲線Ｘｘシ土の領域は乱流領域
′Ｔ：ある。

後者（２）につぃては、ノズル室内。）水位が低いとき
に、ヘッダー底壁或いはその近傍に取付けであるスリッ
トノズル・＼水が吸込まれるとき水と同時にガス（空気
）の吸込みが生じる。このためヘッダー上部に溜ってい
るガスが＋ｍ間的に多量に吸込まれ平板状層流が得られ
なくなる。この問題を力了決するためにはノズル室内の
スリットノズル上部の水位を成る限度以上に高く（深く
）シなければならない。

そこで、長時間安定して平板状層流′ｆ；／伯るためニ
ハ、スリットノズル外部からのノズル経由ノ’２気逆流
混入を防止する０１ｃ速を維持し、且ノズル直上のノズ
ル室内の水位を供給水片に応じて一定の１１６さく深さ
）以」二に維持することが必要である。

流速維持のためには、ヘッダーへの給水を層流」ガ弁等
を使用して竹うことにＪ：　Ｄ　ｊｌ汀決出来６゜ノズ
ル室内の水位１；・を下の防止はヘッダー内部の溝造を
多量の粗大な気泡ン巻込まないように改良（前述したよ
うに立上り仕切板の高さの設定により）することによっ
て述成さＯ７，ζ）。

第６図（ま本発明のノズルヘッダー（／、１本゛・Ｙ成
欠示す−左右両側壁間の縦ＩＪｉ面１イ１で、容置かは
第１図と共通である。立上り仕切板１０の便、さるｉＩ
Ｉ、ノズル室内水位をｈとすく）。

上記ノズル室内の水位’ｉｆ　：Ｇ当に１′ｆ：つため
に＋ｌｊ“・１コな現象がある。それ（はノズル家内で
水中に巻込まれて層流を乱ず食會己の多く（ま１（１仕
ＩＱ　ｍＩＩ＋４：ａ　Ｉ現のもので、これよりも倣小
な気泡は水１］］Ｃに巻込まれてもｊ・Ｎ流を乱すこと
なくノズルから４井出されるということである。然して
上記ｉｏ　＋ｎｍ　；ＩＬ′１．＊−の気泡の浮上速度
は約Ｌ］、２ｍ　／ｇａであることをイ１１Ｌめζ）こ
とが出来た。

このＯ３のノズル室内の底壁力回−＼下降する水の流速
は約Ｑ、３ｍ、Ｊ＋ｃであった。Ｅｌら、この浮上速度
以下にノズル室に流入する水のＯ１Ｃ速欠減衰させると
、ｊ曽流乞乱す粗大な気泡ケ？Ｖ上させて巻込むことは
なく、それ以下の浮上速度の倣１ｉ１１１な気泡だけを
巻込んで層流ン維持しなから４７１−出することが出来
るということである。

高さＨの立上り仕切板からｉＪｔυ１らして、水（Ｑ　
ｈの水面上に落差Ｔ（−ｈ　ｖ岱下してノズル室の水中
に入った水は、次第に流速乞減衰させるが、この減衰は
次式で与えられる。

ＶＤ、２　：　Ｋ　、　ｙｏ、（＋）　１．２２ここで
、ＶＤ、２−減衰後Ｄ２ｍｚｓ８ｃとなった流速■（ミ
２．８５・・・・・・（係数） Ｘ　＝落下水の流速がＱ：１ｍ／Ｓｅｃとなる水深ｍＤ
　；落下水の厚み　ｍ ＶＯミ落下水のび［、速　ｍ７圓 上記の式は結果的には供給水量によって決定され、供ｉ
１’＋７水量が多くなるとノズル室内の水面に突入する
水の厚みＤが厚くなシ、イ１１大気泡浮上速度以下にま
で減衰する深さが深くなる。気泡を多量に巻込ませない
ためには水位り２水υＩｆ；　０．）流速が０．２シ危
以下と７．ｃる深さ以上に保たなければならない。

上式の関係を示したものが第４図のグラフである。

図において、縦軸は水中０１シ速がＱ、２ｍ／ｓｅｃと
なる深さく闘）、横軸は供給水ｆｒｔ（ｍ″Ａｅｃ−ｍ
）　”Ｃ−１ＶＯ＝　２ｍ〆ＣＸ、０）ＪｆｊＨ合であ
る。供給水量に応じて斜）−２以上の深さの水位があれ
ば、層流を乱す多量の粗大気泡の巻込みはなくなる。

ノズル室内の水位な小４図に示されたＺ　’；ｆｌＪ！
以上に保つためには、立上ｊ）仕切７υ７１０の高さを
それ以上の高さに設定したけれはなら１．ｃい。本発明
においては、立上シ仕切坂１０の高さＩＩ　７’、ｒ＝
　ｉ７置土に許せる範囲で出来るだけ８１＜設定す◇も
のである。

本発明のノズルへラダーの使用によるヘッダー内水位の
変化に及ぼす効呆は次に述べる通シである。立上り仕切
板の高さを第４図のＺ線以上の高さとしであると、ヘッ
ダー内のガス（３，ｔが増大して水位りが立上り仕切板
高さ１１より下った場合、供給水は立上り仕切板を溢流
して？１′ｉ下し、？’ｒ’４下水がノズル室内の水中
へノズル室内のガスを気泡として巻込む。巻込まれた微
６１１１な気（′ａは、その浮力が小さいためスリット
ノズルのイ・」根まで′Ｊセするものが出てくる。それ
らはスリットノズルから平板状層流を乱すことなくその
ま〜−、ラダー外に排出される。

従って、立上ル仕切板上部からイ１１えυｉｔする水の
落差が太きけイア、ば犬ぎい４−１ｊ、ノズル室上部に
溜ったガスを巻込みやすくな）、ノズルを通じて排出さ
れるガス“−が増大するため、残留ガス量が減少μ水位
りが再び上昇することにな６６そして定常運転時の水位
は平板状層流を維持出来る最イ氏水位（第４図Ｚ線で示
された）以上に自己制御され、安定した平板上層流が得
られることになる。

前述のように、ヘッダー底部のスリットノズルへ水が吸
込まれるとき、吸込速度がノズル付根付近の水中のガス
の浮上速度を上まわると、ガスはノズルを通ってヘッダ
ー外に４ノ１．出される。水中に巻込まれる気泡のうち
平板状層υ１εを、≦Ｌすものは直径ＩＱ１ｔｍ程度の
もので、その浮上り度１ま約［）、２ｍｚＳωである。

層流を乱さないαｌｌｎ以下の微細ノ１気泡の浮上速度
は３３′ｌｌ／Ｓ００以下であ◇。落差［１−ｈから落
下する水がノズル室の水中に入るとその速度は減衰する
。然して、その流速が気泡浮上速度Ｑ２ｍ／ａ以下にな
る水面からの距離（深さ）Ｘは前に示した式ＶｃＬ２：
Ｋ・■Ｏ・（＋−）−１２２によって与えられる。この
深さＸ以上のよさがあれば、ノズルから依・、ｉｔ＋　
７：Ｃ気泡のみを排出し、ｉ■ｌ大な気泡は巻込まない
。然して１、ｆ：　ｏ）　値Ｘはスリットの単位Ｊ、さ
当りの供給水ＪＨ’＜　カ０．０４ｍ８泗ｍ　（２，４
Ｉｎ７＝　ｍ　）、ｆ＋４　＝、ｆ　ＩＩ−ｂ＝＝０．
１−１．０　ｍのときで約０．３３〜０．２７　ｍ　Ｔ
　９まり大き１．ｃ差はＩｉ　＜、実際操業上はぼ一定
と考えてよい。これは一定Ｄ’ｒｉ−ｊ、ｉ、のとき落
差Ｈ−ｈが大きくなると、水中突入速ｇｔＶｏは早くな
るが、落下水の厚４Ｄが薄くな０ので［１−ｂが大きく
なる捏水中でのυ；を速（、伐衰が人さくなるからであ
る。従って、水頭１１に対して立上り仕切板高さＩＩが
相当に大きくなって１１番差の太きし・溢流としてノズ
ル室へ水が供給されても、水面表層近傍ではガス巻込み
量は増加傾向となるが、ノズル室底壁付近（ノズル付根
付近）までは去ぎも）気泡は到達しないから、平板状層
流を乱すことはな（・。従って、立上り仕切板の高さ１
１は装置（ｉ＃造上許−猪る範囲で高く設定する方がよ
い。落差１ｌ−ｈｂ−人きくでも、径が細かく浮上速度
の小さい気泡の排出さＩ″Ｌ、るものが多く　７ＬＦ）
、ノズル室内のガス排出ｈ；多くなるので、水頭りは上
昇し落差が縮小されることｌこｌよる。

尚、ノズル室の太ぎさは、（’？上迷度０．２ｆｆｌ／
Ｓ□□□υ、−Ｆの気泡だけを巻込むように、下部のノ
ズル方向に流れる下降６ｆ速が、上記速度２上まわらな
いように充分の太きさとしなければならない。上記下降
流速も０．３ｍ、へ未１ｉｂにとすれば実際上問題は生
じなかった。

又、本発明のノズルヘッダーにおいて、ノズル上部の室
に溜っている水の上方のガス層は、溜っている水に水平
に近い水面を形成させる役割をも有し、スリットノズル
の長手方向に対して水位を均一化する効果を示す。これ
と同時に、ヘッダーに供給される加圧水の圧力を、水と
比較して極めて比重の小さいガス層のガス圧力伝播にｍ
ぎ換えられて吸収されるので、ヘッダ　内の水供給口の
数を少くしθＩＬ速の太きい状態で長手方向に不均一に
供給しても、供給水の動圧は（仕切板の区び１作用によ
る緩和もあるがそれに加えて）ヘッダー内ガスノｎりで
動ＥＥ云播が遮１ｔｌｉされ、スリットノズルの長手方
向へほぼ均等な水頭とガス圧とに置換されるという型費
な効果′ｆ！：発掬する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のノズルヘッダーの１例の（１・１成暑示
ず断面図、第２図は平板状層、准ケ維）・シ出来る下限
流量とスリットギャップとの１只１係を示すグラス第６
図は本発明のノズルヘッダーの１７４成を示ず断面図、
第４図は水中流速が（Ｊ、２ｍＡ印に減収される深さと
供給水量との関係ン示すグラフである。 ６：水供給口、４ニスリツトノズル、ｆ：平板状層流、
５：後側壁、６；前’ｄｉｌｌ長、７：上壁、８：底壁
、９二垂下仕切板、１０：立上シ仕切板、１１：ガス抜
き弁、１２：垂下仕−υ板１．（の仕切板、１５：水位
計、■■；立上り仕切板ＩＶうさ、ｈ：ノズル室内水位
。 代理人　弁理士　不　利　三　朗 ス’へ、、１−キ゛ｃ＝ｒ）°　ｔ（ｍｍ）、＜１鍵、
ｌ（ｔ　（ｍ３／ｓｅｃｍ）手続補正書（自発） 昭和５８年目月８．１」 特許庁長官殿 １　事件の表示 特願昭５８　１２５５４０号 ２　発明の名称 フランｊ・′ｌ／ξナーフロー用ノズルｌ＼ッグー３　
？ｌｎ止をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　（４１２）日本鋼管株式会社 ４　代　Ｊｌｐ　人 〒１０５　東京都港区虎ノ門−丁目２１番１９号５　補
正の対象 ｊジノａｕ；：　ｏ）　「発ＩＬＩＪ　（７）　＝９．
７＋＋＋　ｔｔ　説１ｕＪ　Ｊ　ノＲ６補正の内容 明細；ＩＩ第９頁第５行の「ここて、■。、−減衰後０
．２ｍ／ｓｅｅとなった流速ｊを、ｒここてＶ。２−０
、２　ｍ／ｓｅｅ　ｌに補正する。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 本体が前０１ｔｌ壁、後側壁、左右両側壁、上ば及び底
   壁よシなる箱型をなし、設置１４１Ｊ壁或いはその近傍
   に水供給口が設けられ、前段の側壁［ｉ］に、（Ａ−１
   ！ｌ壁側に土壁より組下して底壁との間にギャップを形
   成す／）＊下仕切板が設けられ、前’１ｌｔｌｌ　’４
   　圓に底壁から立上る立上り仕切板が設けられ、該立上
   り仕切板と前壁とによって区分される室内（ノズル室）
   の底壁或いはその近傍にスリツ゛トノズルヶ開口し１、
   該スリットノズル上方の土壁或いはその近傍にガス抜ぎ
   弁ン設けたノズルヘッダーにおいて、前記ノズル３ｘ内
   の水位が、立上シ仕切板より’＆υＩＣシてノズル室内
   の水中に入る水流のυｉｔ速がＱ：１ｍ、＜ｃｙまでに
   減速される晶さく深さ）以上の高さをイ−するように、
   立上り仕切板の７１％さを供ＫＢ水量に応じて前−己水
   位以上に設ボしたことな特以とするフラットラミナーフ
   ロー用ノズルヘッダー。