JP7230615B2 - 冷却方法および冷媒流通システム - Google Patents

Description

本発明は、冷却方法および冷媒流通システムに関する。

従来から、下記特許文献１に記載の羽口が知られている。この羽口は前部冷却室および後部冷却室を備えている。
前部冷却室には高圧給水装置が接続されている。これにより、高温に曝される羽口の前側の冷却効率を高めることができる。
後部冷却室には低圧給水装置が接続されている。これにより、前側ほどの高温に曝されない羽口の後側は過度に冷却されないため、羽口を通過する熱風の余分な温度低下を抑制することができる。

特開昭５３－７３４０４号公報

しかしながら、前記従来の羽口では、例えば、貫流式羽口を使用している高炉などにこの羽口を新たに適用する場合、給水装置が２系統分、必要になる。そのため、設置の工期が長期になったり、設置の費用が高くなったりする。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、簡素な構造で部材を冷却することができる方法やシステムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る冷却方法は、冷媒の流入口と流出口とが互いに異なる第１流路および第２流路が形成された部材を冷却する方法であって、前記部材は、前記第１流路が前記第２流路よりも高温環境下に配置された状態で金属溶融炉に用いられ、前記冷媒を前記第１流路に供給して流通させた後、前記第１流路から排出される前記冷媒を前記第２流路に供給して流通させる第１モードを備える。

第１モードでは、冷媒を第１流路に供給して流通させた後、第１流路から排出される冷媒を第２流路に供給して流通させる。したがって、第１流路および第２流路それぞれに独立して冷媒を供給する必要がなく、第１流路を通して第２流路に冷媒を供給すればよい。これにより、部材に冷媒を流通させるシステムの構造の簡素化を図ることができる。なお、第１モードでは、冷媒が第１流路を流通するときに冷媒に圧力損失が生じ、第１流路から排出された冷媒が第２流路を流通するときには、自ずと低圧になっている。
本発明は、例えば、貫流式羽口（流路が１系統の羽口）が使用されている高炉に、流路分離型羽口（流路が２系統以上の羽口、いわゆる親子羽口等）を新規に導入する際に有効である。例えば、流路が羽口の先端部（第１流路）と胴部（第２流路）とに分かれている羽口を新規に導入する際、通常であれば、ポンプの増強（増設）、配管敷設、排水能力増強などの追加工事を要する。しかし本発明は、先端部から排出された冷媒を、胴部にカスケードして供給するためポンプの増強は不要となり、配管工事も限られた範囲で済ますことができる。このことは、流路が羽口の外側（第１流路）と内側（第２流路）とに分かれている羽口においても同様である。

本発明に係る冷却方法において、前記第１モードでは、前記第１流路における前記冷媒の平均流速が、前記第２流路における前記冷媒の平均流速よりも高速であってもよい。

高温環境下に配置された第１流路に高速で冷媒を供給することにより、効果的に部材を冷却することができる。

本発明に係る冷却方法は、前記冷媒を、前記第１流路を通さずに前記第２流路に供給する第２モードを更に備え、前記第１モードでの運転時に前記第１流路が破損したときに、前記第１モードを前記第２モードに切り替えてもよい。

第２モードでは、冷媒を、第１流路を通さずに第２流路に供給し、かつ、第１モードと第２モードとが切り替えられる。したがって、第１モードでの運転時に第１流路が破損したときに、第１モードを第２モードに切り替えることで、破損した第１流路に冷媒が供給されることを防止することができる。これにより、金属溶融炉（例えば高炉）内への冷媒の漏出や、金属溶融炉（例えば高炉）内の温度低下・冷え込みを防ぐことが可能となる。
第２モードでは、冷媒を、第１流路を通さずに第２流路に供給する。したがって、例えば、第１流路が破損して第２モードにより第２流路のみで操業する場合には、冷媒が系全体の圧力損失バランスを取って、第２流路を流れる冷媒の流量が増加するため、第２流路を流通する冷媒を高流速化することができる。また、第２流路を流通する冷媒に、第１流路による圧力損失が生じていない。よって、第２流路を流通する冷媒を高速化、高圧化することができる。これにより、第１流路が破損している状態であっても部材を効果的に冷却し、例えば、部材の寿命を延ばすことができる。

本発明に係る冷却方法において、前記金属溶融炉が高炉であり、前記部材が羽口であり、前記冷媒は水であり、前記第２モードでは、前記第２流路における前記冷媒の平均流速が５ｍ／ｓ以上であってもよい。

第２モードでは、第２流路における冷媒の平均流速が５ｍ／ｓ以上である。これにより、バーンアウトの発生を効果的に防止することができる。すなわち、冷媒の平均流速が５ｍ／ｓ未満に低下すると溶銑滴下に対してバーンアウトが発生する可能性が増える。なお、バーンアウトが生じる冷媒の平均流速の下限値は、冷媒の圧力が上昇することにより低下する。そのため、第２モードのように、冷媒が第１流路を通らずに、圧力損失を受けない状態で第２流路に供給され、第２流路を流通する冷媒が高圧化されていることは、バーンアウト防止の観点から都合がよい。なお、バーンアウトとは、冷媒が連続的に沸騰する直前の状態であり、この時の熱流束をバーンアウト熱流束という。バーンアウト熱流束を超えると、冷媒は核沸騰から膜沸騰に遷移し、伝熱面が蒸気膜で覆われるため、冷媒による抜熱効果が著しく低下して羽口が溶損に至る。

本発明に係る冷却方法は、前記第１モードで運転している状態から、前記第１流路を通さずに前記第２流路に供給する前記冷媒の流量を徐々に増加させる移行モードを更に備え、前記第１モードでの運転時に、前記第２流路からの前記冷媒の流出量が前記第１流路への前記冷媒の流入量よりも低くなったときに前記移行モードで運転し、前記移行モードでの運転時における前記流入量および前記流出量に基づいて前記第１流路および前記第２流路のいずれが破損しているかを判断してもよい。

第１モードでの運転時、通常であれば、第１流路への冷媒の流入量と、第２流路からの冷媒の流出量と、は同等となる。
しかしながら、第１流路または第２流路が破損した場合、破損した流路から冷媒が漏出し、前記流出量が前記流入量よりも低くなる。言い換えると、前記流出量が前記流入量よりも低くなったときには、第１流路または第２流路が破損していると推測される。
この方法では、第１モードでの運転時に、第２流路からの冷媒の流出量が、第１流路への冷媒の流入量よりも低くなったとき、つまり、第１流路または第２流路が破損していると推測されるときに、移行モードで運転する。移行モードでは、第１モードで運転している状態から、第１流路を通さずに第２流路に供給する冷媒の流量を徐々に増加させる。
このとき、第１流路に供給される冷媒の流量が下がるため、仮に第１流路が破損していると、流路全体から漏出する冷媒が少なくなる。そのため、第１モードから移行モードに切り替えると、前記流入量と前記流出量との差分が小さくなる。
一方このとき、第２流路に供給される冷媒の流量は下がらないため、仮に第２流路が破損していても、流路全体から漏出する冷媒の量は低下しない。そのため、第１モードから移行モードに切り替えても、前記流入量と前記流出量との差分が小さくならない。
よって、移行モードでの運転時における前記流入量および前記流出量に基づいて、第１流路および第２流路のいずれが破損しているかを判断することができる。

ところで、この方法では、第１モードから第２モードに瞬間的に切り替えるのではなく、第１モードから第２モードに移行モードを経て徐々に切り替える。
ここで、第１モードから第２モードに瞬間的に切り替える場合であって、第１流路が破損していなかったときには、第１流路内に冷媒が封じ込められてしまう可能性がある。この場合、第１流路内に封じ込められた冷媒が高温に曝されることで膨張し、第１流路が、（破損していなかったにも関わらず）破損してしまうおそれがある。
これに対して、この方法のように、第１モードから第２モードに移行モードを経て徐々に切り替える場合には、第１モードから第２モードに瞬間的に切り替える場合と比べて、前述のように第１流路が破損するおそれが少ない。

前記第１モードでの運転時に、前記第１流路への前記冷媒の流入量と、前記第１流路から前記第２流路への前記冷媒の流通量と、前記第２流路からの前記冷媒の流出量と、に基づいて、前記第１流路および前記第２流路のいずれが破損しているかを判断してもよい。

第１モードでの運転時、通常であれば、第１流路への冷媒の流入量（以下、単に流入量という）と、第１流路から第２流路への冷媒の流通量（以下、単に流通量という）と、第２流路からの冷媒の流出量（以下、単に流出量という）と、は同等となる。
しかしながら、第１流路または第２流路が破損した場合、破損した流路から冷媒が漏出し、前記流入量、前記流通量および前記流出量の関係が変化する。すなわち、第１流路および第２流路の少なくとも一方が破損している場合、前記流出量が前記流入量よりも低くなる。第１流路のみが破損している場合には、第１流路を通過する前の冷媒の流量である流入量が高く、第１流路を通過した後の冷媒の流量である流通量および流出量が同程度に低くなる。一方、第２流路のみが破損している場合には、第２流路を通過する前の冷媒の流量である流入量および流通量が同程度に高く、第２流路を通過した後の冷媒の流量である流出量が低くなる。
よって、流入量、流通量および流出量に基づいて、これらの流入量、流通量および流出量を比較することで、第１流路および第２流路のいずれが破損しているかを判断することができる。

本発明に係る冷却方法において、前記冷媒が液体であり、前記冷媒が前記第１流路内で気化したときに、気化した前記冷媒を前記第１流路の流入口から流出させてもよい。

この冷却方法によれば、仮に、第１流路内に冷媒が封じ込められた状態で、冷媒が気化して膨張したとしても、膨張した冷媒が第１流路の外部に逃げることができる。よって、膨張した冷媒は、第１流路に炉外で接続されているフランジなどといった予期せぬ箇所から噴出することなく、予め決められた方向（点検者などがいない方向）に排出されるため、点検等の作業の安全性を高めることができる。

本発明に係る冷媒流通システムは、冷媒の流入口と流出口とが互いに異なる第１流路および第２流路が形成された部材に冷媒を流通させる冷媒流通システムであって、前記部材は、前記第１流路が前記第２流路よりも高温環境下に配置された状態で金属溶融炉に用いられ、前記冷媒流通システムは、前記冷媒を送出するポンプと、前記ポンプと前記第１流路の流入口とを接続する第１配管と、前記第１流路の流出口と前記第２流路の流入口とを接続する第２配管と、前記第１配管と前記第２配管とを接続する第３配管と、前記第１配管において、前記第３配管との接続部分よりも下流側に設けられた第１弁と、前記第２配管において、前記第３配管との接続部分よりも上流側に設けられた第２弁と、前記第３配管に設けられた第３弁と、を備える。

通常時には、冷媒流通システムは第１モードで運転することができる。第１モードでは、冷媒を第１流路に供給して流通させた後、第１流路から排出される冷媒を第２流路に供給して流通させる。このときには、第１弁および第２弁を開き、第３弁を閉じた状態で、ポンプから第１配管に冷媒を供給する。
また、第１モードでの運転時に第１流路が破損したときには、第１モードを第２モードに切り替えることができる。第２モードでは、冷媒を、第１流路を通さずに第２流路に供給する。このときには、第１弁および第２弁を閉じ、第３弁を開いた状態で、ポンプから第１配管に冷媒を供給する。
以上のように、この冷媒流通システムによれば、第１モードおよび第２モードでの運転を実現することができる。

本発明に係る冷媒流通システムにおいて、前記第１流路の平均断面積は、前記第２流路の平均断面積よりも小さくてもよい。

第１流路の平均断面積を第２流路の平均断面積を小さくすることにより、第１流路を流れる冷媒の平均流速を、第２流路を流れる冷媒の平均流速よりも高速にすることができる。

本発明に係る冷媒流通システムは、前記第２流路の流出口に接続された第４配管と、前記第１配管を流れる前記冷媒の流量を測定する第１測定器と、前記第２配管を流れる前記冷媒の流量を測定する第２測定器と、前記第４配管を流れる前記冷媒の流量を測定する第３測定器と、を更に備えてもよい。

第１測定器、第２測定器および第３測定器がそれぞれ、第１配管、第２配管および第４配管を流れる冷媒の流量を測定する。したがって、これらの３つの測定器によって、第１流路への冷媒の流入量、第１流路から第２流路への冷媒の流通量、および第２流路からの冷媒の流出量を測定することができる。これらの流入量、流通量および流出量を比較することで、前述したように第１流路および第２流路のいずれが破損しているかを判断することができる。

本発明に係る冷媒流通システムは、前記第１配管に設けられ、前記冷媒が前記第１流路内で気化したときに、気化した前記冷媒を前記第１流路の流入口から流出させる安全弁を更に備えてもよい。

この発明によれば、仮に、第１流路内に冷媒が封じ込められた状態で、冷媒が気化して膨張したとしても、膨張した冷媒は、第１流路の流入口、第１配管および安全弁を通して、第１流路の外部に逃げることができる。よって、前述したように、点検等の作業の安全性を高めることができる。

本発明に係る冷媒流通システムは、前記ポンプおよび前記第１弁から前記第３弁を制御する制御装置を更に備え、前記制御装置は、前記第１弁および前記第２弁を開き、前記第３弁を閉じた状態で、前記ポンプから前記第１配管に前記冷媒を供給してもよい。

これにより、冷媒流通システムを第１モードで運転させることができる。したがって、例えばオペレーターが操作することなく、第１モードでの運転を実現させることができる。

本発明によれば、簡素な構造で部材を冷却できる。

本発明の一実施形態に係る羽口および冷媒流通システムの概略構成図であって、第１モードでの運転時を示す図である。 図１に示す羽口および冷媒流通システムを高炉の外側から見た図である。 図１に示す羽口および冷媒流通システムの断面図である。 本発明の一実施形態に係る羽口および冷媒流通システムの概略構成図であって、第２モードでの運転時を示す図である。 図４に示す羽口および冷媒流通システムを高炉の外側から見た図である。 図４に示す羽口および冷媒流通システムの断面図である。 図１から図６に示す羽口を冷却する第１の冷却方法を説明するフローチャートである。 図１から図６に示す羽口を冷却する第２の冷却方法を説明するフローチャートである。 本発明の一変形例に係る冷却板および冷媒流通システムの断面図である。 圧力損失の試算に使用した羽口および冷媒流通システムを示すブロック図であって、第１モードでの運転時を示す図である。 圧力損失の試算に使用した羽口および冷媒流通システムを示すブロック図であって、第２モードでの運転時を示す図である。

以下、図１から図８を参照し、本発明の一実施形態に係る冷媒流通システム２０および冷却方法を説明する。冷媒流通システム２０および冷却方法は、羽口１０（部材）に冷媒である冷却水Ｗを流通させて羽口１０を冷却する。冷媒流通システム２０および冷却方法の説明にあたり、まず羽口１０を説明する。
図３に示す羽口１０は、高炉（金属溶融炉）に用いられる。羽口１０は、高炉の外部から内部に気体（熱風）を吹き込む。以下では、羽口１０の軸線に沿う高炉の内部側を前側Ｄ１といい、高炉の外部側を後側Ｄ２という。

本実施形態では、羽口１０は、いわゆる親子羽口（二重羽口）である。羽口１０には、２つの流路１１、１２が形成されている。羽口１０は、２つの流路１１、１２として、第１流路１１および第２流路１２を備えている。第１流路１１および第２流路１２では、冷却水Ｗ（冷媒、液体）の流入口１１ａ、１２ａと流出口１１ｂ、１２ｂとが互いに異なっている。すなわち、第１流路１１の流入口１１ａと第２流路１２の流入口１２ａとは異なり、第１流路１１の流出口１１ｂと第１流路の流出口１２ｂとは異なる。第１流路１１および第２流路１２は、互いに独立した流路である。言い換えると、第１流路１１および第２流路１２は、互いに共有する部分を有していない。

各流路１１、１２に冷却水Ｗが流通することで、羽口１０の一部が冷却される。第１流路１１は、第２流路１２に比べて、羽口１０の前側Ｄ１に位置する部分を冷却する。第１流路１１は、羽口１０の先端部に形成されており、羽口１０の先端部を冷却する。第２流路１２は、羽口１０の胴部に形成されており、羽口１０の胴部を冷却する。羽口１０は、第１流路１１（先端部を冷却する流路）が第２流路１２（胴部を冷却する流路）よりも高温環境下（前側Ｄ１、高炉の内部寄り）に配置された状態で高炉に用いられる。なお、第１流路１１の流入口１１ａから流入された冷却水Ｗは、第２流路１２を流通することなく第１流路１１の流出口１１ｂから流出する。第２流路１２の流入口１２ａから流入された冷却水Ｗは、第１流路１１を流通することなく第２流路１２の流出口１２ｂから流出する。

次に、冷媒流通システム２０について説明する。
図１から図３に示すように、冷媒流通システム２０は、羽口１０に冷却水Ｗを流通させて羽口１０を冷却する。なお冷却水Ｗの温度は、羽口１０を冷却可能な程度の温度であればよく、冷却水Ｗが、水としては高温であってもよい。冷却水Ｗは、通常は２０～４０℃の範囲で流路１１、１２を流通する。また冷却水Ｗには、羽口１０を冷却し羽口１０から一定の熱量を受けた排水も含まれる。

冷媒流通システム２０は、ポンプ３０と、複数の配管４１、４２、４３、４４と、複数の弁５１、５２、５３、５４と、複数の測定器６１、６２、６３と、制御装置７０と、を備えている。

図１に示すように、ポンプ３０は、冷却水Ｗを送出する。ポンプ３０は、図示しない給水源からポンプ３０に供給される冷却水Ｗを羽口１０に送出（移送、圧送）する。ポンプ３０は、冷却水Ｗの送出量を調整する。ポンプ３０は、電動ポンプである。
なお図示の例では、２台（複数台）のポンプ３０が並列に配置されている。これにより、１台のポンプ３０の故障時においても、残りの１台のポンプ３０に切り替えて運転を継続することができる。ただし、ポンプ３０は１台であってもよい。さらに、ポンプ３０が３台以上の複数台設けられていてもよい。

冷媒流通システム２０は、複数の配管４１、４２、４３、４４として、第１配管４１と、第２配管４２と、第３配管４３と、第４配管４４と、を備えている。
第１配管４１は、ポンプ３０と、第１流路１１の流入口１１ａと、を接続する。第１配管４１は、ポンプ３０から送出された冷却水Ｗを第１流路１１に流入させる。図示の例では、第１配管４１は、２台のポンプ３０それぞれから延びる２つ（複数）の枝管４１ａと、２つの枝管４１ａが合流する主管４１ｂと、を備えている。主管４１ｂは、第１流路１１の流入口１１ａに接続される。なお、ポンプ３０と第１配管４１との間に、ヘッダー管４５（図１０、図１１参照）があってもよい。

第２配管４２は、第１流路１１の流出口１１ｂと、第２流路１２の流入口１２ａと、を接続する。第２配管４２は、第１流路１１から流出した冷却水Ｗを第２流路１２に流入させる。
第３配管４３は、第１配管４１と第２配管４２とを接続する。第３配管４３は、第１配管４１の主管４１ｂと第２配管４２とを接続する。後述する第２モードにおいて、第３配管４３は、第１配管４１を流通する冷却水Ｗを、第１流路１１を通さずに第２配管４２に流通させる。

第４配管４４は、第２流路１２の流出口１２ｂに接続されている。第４配管４４は、第２流路１２から流出された冷却水Ｗを排出する。第４配管４４は、例えば、排水ヘッダー管、排水升、排水タンクなどに冷却水Ｗを排出する。

冷媒流通システム２０は、複数の弁５１、５２、５３、５４として、第１弁５１と、第２弁５２と、第３弁５３と、安全弁５４と、を備えている。第１弁５１から第３弁５３は、各配管４１、４２、４３、４４を流通する冷却水Ｗの流量を調整する。なお本実施形態では、第１弁５１から第３弁５３は電動であるが、手動であってもよい。

第１弁５１は、第１配管４１に設けられている。第１弁５１は、第１配管４１において、第３配管４３との接続部分４６よりも下流側に設けられている。なお、第１配管４１における下流側とは、第１配管４１に対して第１流路１１が位置する側をいう。第１配管４１における上流側とは、第１配管４１に対してポンプ３０が位置する側をいう。

第２弁５２は、第２配管４２に設けられている。第２弁５２は、第２配管４２において、第３配管４３との接続部分４７よりも上流側に設けられている。なお、第２配管４２における上流側とは、第２配管４２に対して第１流路１１が位置する側をいう。第２配管４２における下流側とは、第２配管４２に対して第２流路１２が位置する側をいう。
第３弁５３は、第３配管４３に設けられている。

図２に示すように、安全弁５４は、第１配管４１に設けられている。安全弁５４は、第１配管４１において、第１弁５１よりも下流側に設けられている。安全弁５４は、冷却水Ｗが第１流路１１内で気化したときに、気化した冷却水Ｗを第１流路１１の流入口１１ａから流出させる（逃がす）。したがって、仮に、第１流路１１内に冷却水Ｗが封じ込められた状態で、冷却水Ｗが気化して膨張した（沸騰した）としても、膨張した冷却水Ｗが流入口１１ａを通して第１流路１１の外部に逃げることができる。よって、膨張した冷媒は、第１流路１１に炉外で接続されているフランジなどといった予期せぬ箇所から噴出することなく、予め決められた方向（点検者などがいない方向）に排出されるため、点検等の作業の安全性を高めることができる。

図１に示すように、冷媒流通システム２０は、複数の測定器６１、６２、６３として、第１測定器６１と、第２測定器６２と、第３測定器６３と、を備えている。第１測定器６１から第３測定器６３は、各配管４１、４２、４４を流通する冷却水Ｗの流量を測定する流量計である。
第１測定器６１は、第１配管４１を流通する冷却水Ｗの流量を測定する。第１測定器６１は、第１配管４１において、第３配管４３との接続部分４６よりも上流側に設けられている。第１測定器６１は、主管４１ｂに設けられている。なお第１測定器６１は、第１配管４１において前記接続部分４６よりも下流側に設けられていてもよい。

第２測定器６２は、第２配管４２を流通する冷却水Ｗの流量を測定する。第２測定器６２は、第２配管４２に設けられている。第２測定器６２は、第２配管４２において、第３配管４３との接続部分４７よりも下流側に設けられている。なお第２測定器６２は、第２配管４２において前記接続部分４７よりも上流側に設けられていてもよい。
第３測定器６３は、第４配管４４を流通する冷却水Ｗの流量を測定する。第３測定器６３は、第４配管４４に設けられている。

制御装置７０は、情報処理装置によって構成される。制御装置７０は、例えば、バスで接続されたＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）、メモリ及び補助記憶装置を備えている。制御装置７０は、プログラムを実行することによって動作する。
制御装置７０は、ポンプ３０、第１弁５１から第３弁５３、第１測定器６１から第３測定器６３にそれぞれ接続されている。制御装置７０と各種機器は、有線接続されていてもよく、無線接続されていてもよい。制御装置７０は、ポンプ３０および第１弁５１から第３弁５３の駆動を制御する。制御装置７０は、第１測定器６１から第３測定器６３の測定結果を取得する。

制御装置７０は、冷媒流通システム２０を２つの運転モード（第１モードおよび第２モード）で運転させる。制御装置７０は、第１モードと第２モードとを切り替える。言い換えると、制御装置７０は、第１モードと第２モードとを並行して実施はしない。制御装置７０は、通常時、冷媒流通システム２０を第１モードで運転させる。制御装置７０は、第１モードでの運転時に第１流路１１が破損したと判断したときには、第１モードを第２モードに切り替える。

なお、第１流路１１が破損したことは、例えば、第１流路１１に連通する破孔が羽口１０に生じることを意味する。この場合、羽口１０の破孔部から第１流路１１を流通する冷却水Ｗが漏出するおそれがある。同様に、第２流路１２が破損したことは、例えば、第２流路１２に連通する破孔が羽口１０に生じることを意味する。この場合、羽口１０の破孔部から第２流路１２を流通する冷却水Ｗが漏出するおそれがある。

図１から図３に示すように、第１モードでは、冷媒流通システム２０が、冷却水Ｗを第１流路１１に供給して流通させた後、第１流路１１から排出される冷却水Ｗを第２流路１２に供給して流通させる。すなわち、第１モードでは、冷却水Ｗが第１流路１１を流通するときに冷却水Ｗに圧力損失が生じ、第１流路１１から排出された冷却水Ｗが第２流路１２を流通するときには、自ずと圧力が低下している。
このときには、冷媒流通システム２０が、第１弁５１および第２弁５２を開き（図１から図３において両弁５１、５２が白抜きされている）、第３弁５３を閉じた状態（図１から図３において第３弁５３が黒塗りされている）で、ポンプ３０から第１配管４１に冷却水Ｗを供給する。

第１モードにおいて、第１流路１１における冷却水Ｗの平均流速は、第２流路１２における冷却水Ｗの平均流速よりも高速であることが好ましい。これにより、高温環境下に配置された（すなわち、破損のリスクが高い）第１流路１１に高速で冷媒を供給することができ、羽口１０を効果的に冷却することができる。
なお、第１流路１１における冷却水Ｗの平均流速を、第２流路１２における冷却水Ｗの平均流速よりも高速にするには、例えば、以下に示す方法（１）、（２）が考えられる。
（１）第１流路１１の平均断面積を、第２流路１２の平均断面積よりも小さくする。
（２）第１流路１１から排出された冷却水Ｗの一部を、第２流路１２を通さずに羽口１０の外部に直接排水することにより、第１流路１１を流通する冷却水Ｗの流量を上げ、第１流路１１における冷却水Ｗの平均流速を高速にする。すなわち、第１流路１１からの排水について、第２流路１２に供給するルートと、第２流路１２に供給せずに排水するルートとを設けて、第１流路１１を流通する冷却水Ｗの流量を増やす（第２流路１２を流通する冷却水Ｗの流量は増やさない）ことにより、第１流路１１における冷却水Ｗの平均流速を高速にする。

図４から図６に示すように、第２モードでは、冷媒流通システム２０が、冷却水Ｗを、第１流路１１を通さずに第２流路１２に供給する。したがって、第２モードで運転して第２流路１２のみで操業する場合には、第２流路１２を流通する冷却水Ｗに、第１流路１１による圧力損失が生じていない。よって、第２流路１２を流通する冷却水Ｗを高圧化することができる。また、第２モードによれば、圧力損失バランスによって、第２流路１２を流通する冷却水Ｗの流量が第１モードよりも増加するため、第２流路１２を流通する冷却水Ｗを高速化することができる。さらに、このときの速度の増加代は、第１モードにおいて第１流路１１における平均流速が第２流路１２における平均流速よりも大きいほど、大きい。
このときには、冷媒流通システム２０が、第１弁５１および第２弁５２を閉じ（図４から図６において両弁５１、５２が黒塗りされている）、第３弁５３を開いた状態で（図４から図６において第３弁５３が白抜きされている）、ポンプ３０から第１配管４１に冷却水Ｗを供給する。

なお、本明細書において、冷却水Ｗ（冷媒）の流速とは、冷却水Ｗ（冷媒）の流量（体積流量、例えばｍ^３／ｓ）を流路の断面積（例えばｍ^２）で割った線流速（ｍ／ｓ）をいう。第１流路１１および第２流路１２には同等の流量の冷却水Ｗ（冷媒）が流通するところ、第１流路１１および第２流路１２の断面積（例えば内径）を設計することにより、所望の流速を得ることができる。
第１流路１１内においてその位置により断面積が異なってもよく、第２流路１２内においてその位置により断面積が異なってもよい。このとき、冷却水Ｗ（冷媒）の流速は、第１流路１１（第２流路１２）内においてその位置により異なる。
第１流路１１における冷却水Ｗ（冷媒）の平均流速とは、冷却水Ｗ（冷媒）の流量を、第１流路１１の流入口１１ａから流出口１１ｂまでの流路の平均断面積で除した流速をいい、第２流路１２における冷却水Ｗ（冷媒）の平均流速とは、冷却水Ｗ（冷媒）の流量を、第２流路１２の流入口１２ａから流出口１２ｂまでの流路の平均断面積で除した流速をいう。

なお、第２モードにおいて、第２流路１２における平均流速は５ｍ／ｓ以上であることが好ましい。公知の実験式（例えば、鉄と鋼６２巻９号（１９７６年）ｐ．１１５１－１１５８、鵜飼ら「羽口溶損に関する実験的研究」）によれば、バーンアウトの発生する冷却水Ｗの流速は、冷却水Ｗの水温、水圧、羽口１０の材料の融点および羽口１０への熱量によって表現される。本発明者らの検討によれば、第２モードにおける第２流路１２における冷媒の流速を５ｍ／ｓ以上とすることにより、バーンアウトが発生するおそれを効果的に低減することができる。

次に、羽口１０の冷却方法（以下、単に冷却方法という）について説明する。本実施形態では、冷却方法として、第１の冷却方法と、第２の冷却方法と、の２つの冷却方法について説明する。

第１の冷却方法および第２の冷却方法いずれの冷却方法であっても、制御装置７０が複数の測定器６１、６２、６３の測定結果に基づいて冷媒流通システム２０を制御し、羽口１０を冷却する。具体的には、制御装置７０は、以下に示すような制御を実行する。
（１）制御装置７０が、冷媒流通システム２０を第１モードで運転させる。
（２）制御装置７０が、複数の測定器６１、６２、６３の測定結果から、第１流路１１および第２流路１２の少なくとも一方が破損していないかを判断する。
（３）第１流路１１および第２流路１２の少なくとも一方が破損していると判断された場合、制御装置７０が、第１流路１１および第２流路１２のどちらが破損しているかを判断する。
（４－１）第１流路１１が破損していると判断された場合、制御装置７０が、冷媒流通システム２０を第２モードで運転させる。
（４－２）第２流路１２が破損していると判断された場合、制御装置７０が、不図示の通知手段（例えばアラーム）によってオペレーターに第２流路１２の破損を知らせる。

なお制御装置７０は、第１の冷却方法を実施するプログラム、第２の冷却方法を実施するプログラムのうち、少なくとも１つを記憶して実行する。言い換えると、制御装置７０は、必ずしも両方のプログラムを実行できなくてもよい。

（第１の冷却方法）
第１の冷却方法では、制御装置７０が、第１測定器６１から第３測定器６３の測定結果に基づいて冷媒流通システム２０を運転させる。第１の冷却方法では、制御装置７０が、第１測定器６１から第３測定器６３の測定結果に基づいて、第１流路１１および第２流路１２のいずれが破損しているかについて判断する。制御装置７０は、その判断に基づいて、冷媒流通システム２０の運転モードを切り替えたり、オペレーターに判断結果を知らせたりする。

第１の冷却方法では、第１モードでの運転時に、制御装置７０が、第１流路１１への冷却水Ｗの流入量Ｑ１（すなわち、第１測定器６１の測定結果）と、第１流路１１から第２流路１２への冷却水Ｗの流通量Ｑ２（すなわち、第２測定器６２の測定結果）と、第２流路１２からの冷却水Ｗの流出量Ｑ３（すなわち、第３測定器６３の測定結果）と、に基づいて、第１流路１１および第２流路１２のいずれが破損しているかを判断する。
以下では、まず、制御装置７０が、第１測定器６１から第３測定器６３の測定結果に基づいて、第１流路１１および第２流路１２のいずれが破損しているかについて判断することができる理由について説明する。

図１から図３に示すような第１モードでの運転時、通常であれば、第１流路１１への冷却水Ｗの流入量Ｑ１と、第１流路１１から第２流路１２への冷却水Ｗの流通量Ｑ２と、第２流路１２からの冷却水Ｗの流出量Ｑ３と、は同等となる。
しかしながら、第１流路１１または第２流路１２が破損した場合、破損した流路から冷却水Ｗが漏出し、前記流入量Ｑ１、前記流通量Ｑ２および前記流出量Ｑ３の関係が変化する。すなわち、第１流路１１および第２流路１２の少なくとも一方が破損している場合、前記流出量Ｑ３が前記流入量Ｑ１よりも低くなる。第１流路１１のみが破損している場合には、第１流路１１を通過する前の冷却水Ｗの流量である流入量Ｑ１が高く、第１流路１１を通過した後の冷却水Ｗの流量である流通量Ｑ２および流出量Ｑ３が同程度に低くなる。一方、第２流路１２のみが破損している場合には、第２流路１２を通過する前の冷却水Ｗの流量である流入量Ｑ１および流通量Ｑ２が同程度に高く、第２流路１２を通過した後の冷却水Ｗの流量である流出量Ｑ３が低くなる。
よって、流入量Ｑ１、流通量Ｑ２および流出量Ｑ３に基づいて、これらの流入量Ｑ１、流通量Ｑ２および流出量Ｑ３を比較することで、第１流路１１および第２流路１２のいずれが破損しているかを判断することができる。

次に、第１の冷却方法の流れを図７に示すフローチャートに基づいて説明する。

まず通常運転時には、制御装置７０が、冷媒流通システム２０を第１モードで運転させる（Ｓ１）。このとき制御装置７０が、ポンプ３０および第１弁５１から第３弁５３を制御し、冷媒流通システム２０を第１モードで運転させる。
制御装置７０は、冷媒流通システム２０を第１モードで運転させながら、第１流路１１および第２流路１２が破損しているかについて定期的に判断する（Ｓ２）。制御装置７０は、例えば１分間隔で、第１流路１１および第２流路１２が破損しているかについて判断する。

この判断に際して、具体的にはまず、制御装置７０は、第１測定器６１から第３測定器６３までの測定結果を受け取る（Ｓ２１）。
測定結果を受け取った制御装置７０は、第１判断を実施する（Ｓ２２）。第１判断では、第１流路１１および第２流路１２の少なくとも一方が破損しているか否かについて判断する。具体的には、第１判断において制御装置７０は、流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より一定量、低いか否かを判断する。制御装置７０は、流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より低いか否かを判断することで、前述したように、第１流路１１および第２流路１２の少なくとも一方が破損しているか否かについて判断することができる。

なお第１判断において、単に流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より低いか否かを判断するのではなく、流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より「一定量」低いか否かを判断することは、例えば測定誤差などの影響を排除することを目的としている。なお一定量としては、例えば、流入量Ｑ１の１％の値を採用することができる。すなわち、流入量Ｑ１と流出量Ｑ３との差を流入量Ｑ１で割った値（（Ｑ１－Ｑ３）／Ｑ１）が１％より大きいか否かを、第１判断の基準とすることができる。もっとも第１判断において、単に流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より低いか否かを判断してもよい。

流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より低い場合（Ｓ２２－ＹＥＳ）、制御装置７０は、前述したように第１流路１１または第２流路１２が破損していると判断できる。そこで制御装置７０は、第２判断（Ｓ２３）に進む。なお、流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より低くない場合（Ｓ２２－ＮＯ）、制御装置７０は、第１流路１１および第２流路１２のいずれもが破損していないと判断できるため、第１モードの運転を継続する（Ｓ１）。

第２判断（Ｓ２３）では、制御装置７０は、第１流路１１のみが破損しているか否かについて判断する。具体的には、第２判断では、制御装置７０が、流通量Ｑ２および流出量Ｑ３が同等であるか否かを判断する。第１流路１１のみが破損している場合には、前述したように、第１流路１１を通過した後の冷却水Ｗの流量である流通量Ｑ２および流出量Ｑ３が、第１流路１１を通過する前の冷却水Ｗの流量である流入量Ｑ１に比べて同程度に低くなる。よって、制御装置７０は、流通量Ｑ２および流出量Ｑ３が同等であるか否かを判断することで、前述したように、第１流路１１のみが破損しているか否かについて判断することができる。

なお、流通量Ｑ２および流出量Ｑ３が同等である場合には、流通量Ｑ２および流出量Ｑ３が完全に等しい場合だけでなく、流通量Ｑ２および流出量Ｑ３の間に僅かな差分がある場合も含まれることとしてもよい。この場合、前記僅かな差分としては、例えば、流入量Ｑ１の１％の値を採用することができる。前記僅かな差分を認めることは、例えば測定誤差などの影響を排除することを目的としている。

流通量Ｑ２および流出量Ｑ３が同等である場合（Ｓ２３－ＹＥＳ）、制御装置７０は、前述したように第１流路１１のみが破損していると判断できる。そこで制御装置７０は、冷媒流通システム２０の運転モードを第１モードから第２モードに切り替えて、冷媒流通システム２０を第２モードで運転させる（Ｓ３）。このとき制御装置７０が、ポンプ３０および第１弁５１から第３弁５３を制御し、冷媒流通システム２０を第２モードで運転させる。

流通量Ｑ２および流出量Ｑ３が同等でない場合（Ｓ２３－ＮＯ）、制御装置７０は、第１流路１１のみが破損しているわけではなく、第２流路１２のみが破損しているか、または、第１流路１１と第２流路１２の両方が破損していると判断できる。そこで制御装置７０は、アラームを出してオペレーターに第２流路１２の破損を知らせ、高炉の臨時休止および羽口１０取り替えの判断を求める（Ｓ４）。この場合、例えば、高炉全体の運転を停止し、羽口１０を交換する等する。

第２モードで運転する場合（Ｓ３）、制御装置７０は、冷媒流通システム２０を第２モードで運転させながら、第２流路１２が破損しているかについて定期的に判断する（Ｓ５）。制御装置７０は、例えば１分間隔で、第２流路１２が破損しているかについて判断する。
この判断に際して、制御装置７０は、第１測定器６１（または第２測定器６２）および第３測定器６３の測定結果を定期的に受け取る（Ｓ５１）。次に制御装置７０は、流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より一定量、低いか否かを判断する（Ｓ５２）。前記一定量としては、例えば、流入量Ｑ１の１％の値を採用することができる。

流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より低い場合（Ｓ５２－ＹＥＳ）、制御装置７０は、第２流路１２が破損していると判断できるため、アラームを出してオペレーターに第２流路１２の破損を知らせ、高炉の臨時休止および羽口１０取り替えの判断を求める（Ｓ４）。流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より低くない場合（Ｓ５２－ＮＯ）、制御装置７０は、第２流路１２が破損していないと判断できるため、第２モードの運転を継続する（Ｓ３）。

以上のような第１の冷却方法によって羽口１０を冷却することができる。
ところで、第２モードでの運転時、破損していた第１流路１１の破損部分（破孔部）に例えば高炉内の溶鉄が付着し、破損部分が塞がれる場合がある。この場合、第１流路１１内に冷却水Ｗが封じ込まれる。この状態では、第１流路１１内の冷却水Ｗが気化して第１流路１１内で高圧となり、第１流路１１から水蒸気が噴き出すおそれがある。これに対して、この冷媒流通システム２０では、第１流路１１に安全弁５４が設けられており、点検等の作業の安全性を高めることができる。

（第２の冷却方法）
第２の冷却方法では、制御装置７０が、第１測定器６１および第３測定器６３の測定結果に基づいて冷媒流通システム２０を運転させる。第２の冷却方法では、制御装置７０が、第１測定器６１および第３測定器６３の測定結果に基づいて、第１流路１１および第２流路１２のいずれが破損しているかについて判断する。制御装置７０は、その判断に基づいて、冷媒流通システム２０の運転モードを切り替えたり、オペレーターに判断結果を知らせたりする。なお、第２の冷却方法のみを採用する場合、冷媒流通システム２０に第２測定器６２がなくてもよい。

第２の冷却方法では、第１モードでの運転時に、第２流路１２からの冷却水Ｗの流出量Ｑ３（すなわち、第３測定器６３の測定結果）が第１流路１１への冷却水Ｗの流入量Ｑ１（すなわち、第１測定器６１の測定結果）よりも低くなったときに、制御装置７０が、冷媒流通システム２０を移行モードで運転する。制御装置７０は、移行モードでは、第１モードで運転している状態から、第１流路１１を通さずに第２流路１２に供給する冷却水Ｗの流量を徐々に増加させる。制御装置７０は、移行モードでの運転時における流入量Ｑ１と流出量Ｑ３に基づいて第１流路１１および第２流路１２のいずれが破損しているかを判断する。
以下では、まず、制御装置７０が、第１測定器６１および第３測定器６３の測定結果に基づいて、第１流路１１および第２流路１２のいずれが破損しているかについて判断することができる理由について説明する。

第１モードでの運転時、通常であれば、第１流路１１への冷却水Ｗの流入量Ｑ１と、第２流路１２からの冷却水Ｗの流出量Ｑ３と、は同等となる。
しかしながら、第１流路１１または第２流路１２が破損した場合、破損した流路から冷却水Ｗが漏出し、前記流出量Ｑ３が前記流入量Ｑ１よりも低くなる。言い換えると、前記流出量Ｑ３が前記流入量Ｑ１よりも低くなったときには、第１流路１１または第２流路１２が破損していると推測される。
この方法では、第１モードでの運転時に、第２流路１２からの冷却水Ｗの流出量Ｑ３が、第１流路１１への冷却水Ｗの流入量Ｑ１よりも低くなったとき、つまり、第１流路１１または第２流路１２が破損していると推測されるときに、移行モードで運転する。移行モードでは、第１モードで運転している状態から、第１流路１１を通さずに第２流路１２に供給する冷却水Ｗの流量を徐々に増加させる。
このとき、第１流路１１に供給される冷却水Ｗの流量が下がるため、仮に第１流路１１が破損していると、流路全体から漏出する冷却水Ｗが少なくなる。そのため、第１モードから移行モードに切り替えると、前記流入量Ｑ１と前記流出量Ｑ３との差分が小さくなる。
一方このとき、第２流路１２に供給される冷却水Ｗの流量は下がらないため、仮に第２流路１２が破損していても、流路全体から漏出する冷却水Ｗの量は低下しない。そのため、第１モードから移行モードに切り替えても、前記流入量Ｑ１と前記流出量Ｑ３との差分が小さくならない。
よって、移行モードでの運転時における前記流入量Ｑ１および前記流出量Ｑ３に基づいて、第１流路１１および第２流路１２のいずれが破損しているかを判断することができる。

次に、第２の冷却方法の流れを図８に示すフローチャートに基づいて説明する。なお、第１の冷却方法と同様の方法を実施する場合には、同一の番号を付し、説明を省略する。

まず通常運転時には、制御装置７０は、冷媒流通システム２０を第１モードで運転させながら（Ｓ１）、第１流路１１および第２流路１２のいずれが破損しているかについて定期的に判断する（Ｓ６）。制御装置７０は、例えば１分間隔で、第１流路１１および第２流路１２のいずれが破損しているかについて判断する。

この判断に際して、具体的にはまず、制御装置７０は、第１測定器６１および第３測定器６３の測定結果を受け取る（Ｓ６１）。
測定結果を受け取った制御装置７０は、第１判断を実施する（Ｓ６２）。第１判断では、第１流路１１および第２流路１２の少なくとも一方が破損しているか否かについて判断する。この第１判断は、第１の冷却方法における第１判断（Ｓ２２）と同様であり、詳細の説明を省略する。第１判断では、制御装置７０が、流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より一定量、低いか否かを判断する。

流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より低い場合（Ｓ６２－ＹＥＳ）、制御装置７０は、前述したように第１流路１１または第２流路１２が破損していると判断できる。そこで制御装置７０は、流入量Ｑ１と流出量Ｑ３との差分を第１差分△１として記憶した後（Ｓ６３）、第２判断（Ｓ６４）に進む。なお、流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より低くない場合（Ｓ６２－ＮＯ）、制御装置７０は、第１流路１１および第２流路１２のいずれもが破損していないと判断できるため、第１モードの運転を継続する（Ｓ１）。

第２判断（Ｓ６４）では、制御装置７０は、第１流路１１および第２流路１２のどちらが破損しているか（第１流路１１が破損しているか否か、第２流路１２が破損しているか否か）について判断する。具体的には、第２判断では、制御装置７０が、弁５１、５２、５３の開度を一定量変更し、冷媒流通システム２０の運転モードを第１モードから移行モードに切り替える。そして制御装置７０が、前記第１差分△１と、移行モードでの運転時における流入量Ｑ１と流出量Ｑ３との差分である第２差分△２と、を比較する。第２差分△２が第１差分△１よりも小さい場合、制御装置７０は、前述したように第１流路１１が破損していると判断することができる。

第２判断では、まず制御装置７０は、第１弁５１から第３弁５３の開度を変更し、冷媒流通システム２０を移行モードで運転させる（Ｓ６４１）。このとき制御装置７０は、例えば、第１弁５１および第２弁５２を一定量、閉じ、第３弁５３を一定量、開く。そして制御装置７０は、第１測定器６１および第３測定器６３から測定結果（流入量Ｑ１および流出量Ｑ３）を受け取る（Ｓ６４２）。その後、制御装置７０は、流入量Ｑ１から流出量Ｑ３を減算して第２差分△２を求め（Ｓ６４３）、第２差分△２が第１差分△１よりも一定量小さいか否かを判断する（Ｓ６４４）。

なお第２判断において、単に第２差分△２が第１差分△１より小さいか否かを判断するのではなく、第２差分△２が第１差分△１より「一定量」、小さいか否かを判断するのは、例えば測定誤差の影響を排除することを目的としている。なお一定量としては、例えば、流入量Ｑ１の１％の値を採用することができる。もっとも第２判断において、単に第２差分△２が第１差分△１より小さいか否かを判断してもよい。

第２差分△２が第１差分△１よりも小さい場合（Ｓ６４４－ＹＥＳ）、制御装置７０は、前述したように第１流路１１が破損していると判断できる。そこで制御装置７０は、冷媒流通システム２０の運転モードを第１モードから第２モードに切り替えて、冷媒流通システム２０を第２モードで運転する（Ｓ３）。なお、第２モードでの運転後の制御は、第１の冷却方法と同様なので説明を省略する。
第２差分△２が第１差分△１よりも小さくない場合（Ｓ６４４－ＮＯ）、第２流路１２が破損していると判断できるため、制御装置７０は、アラームを出してオペレーターに第２流路１２の破損を知らせ、高炉の臨時休止および羽口１０取り替えの判断を求める（Ｓ４）。

以上のような第２の冷却方法によって羽口１０を冷却することができる。
ところで、この方法では、第１モードから第２モードに瞬間的に切り替えるのではなく、第１モードから第２モードに移行モードを経て徐々に切り替える。
ここで、第１モードから第２モードに瞬間的に切り替える場合であって、第１流路１１が破損していなかったときには、第１流路１１内に冷却水Ｗが封じ込められてしまう可能性がある。この場合、第１流路１１内に封じ込められた冷却水Ｗが高温に曝されることで膨張し、第１流路１１が、（破損していなかったにも関わらず）破損してしまうおそれがある。
これに対して、この方法のように、第１モードから第２モードに移行モードを経て徐々に切り替える場合には、第１モードから第２モードに瞬間的に切り替える場合と比べて、前述のように第１流路１１が破損するおそれが少ない。

なお、第２の冷却方法では、制御装置７０が、第１判断において流出量Ｑ３が流入量Ｑ１より一定量、低いか否かを判断し（Ｓ６２）、その後、流入量Ｑ１と流出量Ｑ３との差分を第１差分△１として記憶した（Ｓ６３）。しかしながら、制御装置７０が、第１判断に先行してまず第１差分△１を求め、第１判断に際し、第１差分△１が、所定の閾値（例えば０や、測定誤差を考慮した０より大きい値など）以上であるか否かを判断してもよい。
また、第２の冷却方法では、制御装置７０が、第２判断において、流入量Ｑ１と流出量Ｑ３との差分（すなわち、Ｑ１－Ｑ３（言い換えると△１や△２））に基づいて判断しているが、これに限られない。例えば制御装置７０が、第２判断において、流入量Ｑ１と流出量Ｑ３との比（すなわち、Ｑ１／Ｑ３）に基づいて判断することも可能である。

以上説明したように、本実施形態に係る冷媒流通システム２０および冷却方法によれば、第１モードでは、冷却水Ｗを第１流路１１に供給して流通させた後、第１流路１１から排出される冷却水Ｗを第２流路１２に供給して流通させる。したがって、第１流路１１および第２流路１２それぞれに独立して冷却水Ｗを供給する必要がなく、第１流路１１を通して第２流路１２に冷却水Ｗを供給すればよい。これにより、羽口１０に冷却水Ｗを流通させるシステムの構造の簡素化を図ることができる。

本実施形態に係る冷媒流通システム２０および冷却方法は、例えば、貫流式羽口（流路が１系統の羽口）が使用されている高炉に、流路分離型羽口（流路が２系統以上の羽口、いわゆる親子羽口等）を新規に導入する際に有効である。例えば、流路が羽口１０の先端部（第１流路１１）と胴部（第２流路１２）とに分かれている羽口１０を新規に導入する際、通常であれば、ポンプ３０の増強（増設）、配管敷設、排水能力増強などの追加工事を要する。しかし本実施形態に係る冷媒流通システム２０および冷却方法は、先端部から排出された冷却水Ｗを、胴部にカスケードして供給するためポンプ３０の増強は不要となり、配管工事も限られた範囲で済ますことができる。このことは、流路が羽口の外側（第１流路１１）と内側（第２流路１２）とに分かれている羽口においても同様である。

第２モードでは、冷却水Ｗを、第１流路１１を通さずに第２流路１２に供給し、かつ、第１モードと第２モードとが切り替えられる。したがって、第１モードでの運転時に第１流路１１が破損したときに、第１モードを第２モードに切り替えることで、破損した第１流路１１に冷却水Ｗが供給されることを防止することができる。これにより、高炉内への冷媒の漏出や、高炉内の温度低下・冷え込みを防ぐことが可能となる。

第２モードでは、冷却水Ｗを、第１流路１１を通さずに第２流路１２に供給する。したがって、例えば、第１流路１１が破損して第２モードにより第２流路１２のみで操業する場合には、冷却水Ｗが系全体の圧力損失バランスを取って、第２流路１２を流れる冷却水Ｗの流量が増加するため、第２流路１２を流通する冷却水Ｗを高流速化することができる。また、第２流路１２を流通する冷却水Ｗに第１流路１１による圧力損失が生じていない。よって、第２流路１２を流通する冷却水Ｗを高速化、高圧化することができる。これにより、第１流路１１が破損している状態であっても羽口１０を効果的に冷却し、例えば、羽口１０の寿命を延ばすことができる。

第２モードでは、第２流路１２における冷却水Ｗの平均流速が５ｍ／ｓ以上である。これにより、バーンアウトの発生を効果的に防止することができる。すなわち、冷却水Ｗの平均流速が５ｍ／ｓ未満に低下すると溶銑滴下に対してバーンアウトが発生する可能性が増える。なお、バーンアウトが生じる平均流速の下限値は、冷却水Ｗの圧力が上昇することにより低下する。そのため、第２モードのように、冷却水Ｗが第１流路１１を通らずに、圧力損失を受けない状態で第２流路１２に供給され、第２流路１２を流通する冷却水Ｗが高圧化されていることは、バーンアウト防止の観点から都合がよい。なおバーンアウトとは、冷却水Ｗが連続的に沸騰する直前の状態であり、この時の熱流束をバーンアウト熱流束という。バーンアウト熱流束を超えると、冷却水Ｗは核沸騰から膜沸騰に遷移し、伝熱面が蒸気膜で覆われるため、冷却水Ｗによる抜熱効果が著しく低下して羽口１０が溶損に至る。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

冷媒流通システム２０および冷却方法が適用される部材は、羽口１０に限られない。例えば、図９に示すように、冷媒流通システム２０および冷却方法を、冷却板１０Ａ（部材）に適用することも可能である。
冷媒流通システム２０および冷却方法が適用される部材は、高炉に用いられる部材に限られない。例えば、キュポラ炉など、高炉以外の金属溶融炉に適用することも可能である。

上述した制御装置７０が備える各機能の全て又は一部は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）やＰＬＤ（Ｐｒｏｇａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）やＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等のハードウェアを用いて実現されてもよい。
上述した制御装置７０が実行するプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。各プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。

前記実施形態では、制御装置７０が、冷媒流通システム２０を制御するが、本発明はこれに限られない。例えば、オペレーター（人）が冷媒流通システム２０を制御してもよい。この場合、例えば、オペレーターが各測定器６１、６２、６３の測定結果を目視して取得すること等により、第１流路１１および第２流路１２が破損しているかを判断することができる。
制御装置７０やオペレーターが、各測定器６１、６２、６３の測定結果に基づかずに、冷媒流通システム２０を制御してもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

次に、上記作用効果において記載した圧力損失について試算した。

圧力損失を求める基本式は、下記（１）式である。

上記（１）式において、△Ｐは圧力損失（ＭＰａ）、ρは流体の密度（水の場合は１０００ｋｇ／ｍ^３）、Ｖは流速（ｍ／ｓ）、ζは流路固有の圧力損失係数（固定値）を示す。

上記（１）式を簡易な式に変換する。流路径が変化しないとき、流速Ｖは流量Ｑに比例することから、上記（１）式は、流量Ｑ（ｍ^３／ｍｉｎ）を用いて下記（２）式に変換できる。

上記（２）式において、ζ、ρ、２は定数として扱うことができるため、上記（２）式は、定数Ｃを用いて下記（３）式に変換できる。

上記（３）式を用いて圧力損失の試算をする。試算の対象として、図１０および図１１に示す羽口１０および冷媒流通システム２０Ａを採用した。図１０および図１１に示す羽口１０および冷媒流通システム２０Ａでは、図１から図６に示す羽口１０および冷媒流通システム２０と同一の構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。

図１０および図１１に簡略化して示す冷媒流通システム２０Ａは、図１から図６に示す冷媒流通システム２０と基本的に同様の構成であるが、ポンプ３０と第１配管４１との間にヘッダー管４５が設けられている点で異なっている。

図１０および図１１に示す羽口１０および冷媒流通システム２０Ａにおいて、図１０に示すような第１モードでの運転時と、第１モードから第２モードへの切り替え時と、図１１に示すような第２モードでの運転時と、それぞれの流量および圧力損失について試算した。試算の前提として、ヘッダー管４５の圧力であるヘッダー圧を一定にした。

結果を、下記の表１に示す。

なお、第１モードから第２モードへの切り替え時についての試算結果は、第１モードから第２モードへ切り替えた瞬間の理論的な試算結果である。実際に切り替えた場合には、極めて短期間で第２モードの試算結果に落ち着くことになる。

上記表１のうち、第２流路１２の流入口１２ａの水圧（ＭＰａ）に着目すると、第１モードでの運転時の値（０．３５ＭＰａ）に比べて、第２モードでの運転時の値（０．５８ＭＰａ）が高くなっていることがわかる。よって、第２モードでの運転時は、第１モードでの運転時に比べて、第２流路１２を流通する冷却水Ｗを高圧化できることが確認された。

上記表１の試算結果とは別に、第１モードでの運転時における第１流路１１の流入口１１ａおよび第２流路１２の流入口１２ａそれぞれの流速と、第２モードでの運転時における第２流路１２の流入口１２ａの流速と、を試算した。第１モードでの運転時における第１流路１１の流入口１１ａの流速は１４．１ｍ／ｓ、第２流路１２の流入口１２ａの流速は５．４ｍ／ｓであったのに対し、第２モードでの運転時における第２流路１２の流入口１２ａの流速は８．３ｍ／ｓであった。よって、第２モードでの運転時は、第１モードでの運転時に比べて、第２流路１２を流通する冷却水Ｗを高速化できることが確認された。

本試算結果によれば、第１流路１１や第２流路１２における流速が５．４ｍ／ｓ、８．３ｍ／ｓ、１４．１ｍ／ｓであった。いずれの場合においても、各流路１１、１２においてバーンアウトが生じる可能性は低いこともあわせて確認された。

１０ 羽口（部材）
１０Ａ 冷却板（部材）
１１ 第１流路
１１ａ 流入口
１１ｂ 流出口
１２ 第２流路
１２ａ 流入口
１２ｂ 流出口
２０ 冷媒流通システム
３０ ポンプ
４１ 第１配管
４２ 第２配管
４３ 第３配管
４４ 第４配管
５１ 第１弁
５２ 第２弁
５３ 第３弁
５４ 安全弁
６１ 第１測定器
６２ 第２測定器
６３ 第３測定器
Ｗ 冷却水（冷媒）

Claims (10)

1. 冷媒の流入口と流出口とが互いに異なる第１流路および第２流路が形成された部材を冷却する方法であって、
   前記部材は、前記第１流路が前記第２流路よりも高温環境下に配置された状態で金属溶融炉に用いられ、
   前記冷媒を前記第１流路に供給して流通させた後、前記第１流路から排出される前記冷媒を前記第２流路に供給して流通させる第１モードと、
   前記冷媒を、前記第１流路を通さずに前記第２流路に供給する第２モードと、
   を備え、
   前記第１モードでの運転時に、前記第１流路に供給される前記冷媒の量と、前記第１流路から排出される前記冷媒の量と、を比較して、前記第１流路に破損が生じているか否かを判断し、
   前記第１モードでの運転時に前記第１流路が破損したときに、前記第１モードを前記第２モードに切り替える、
   冷却方法。
2. 前記第１モードでは、前記第１流路における前記冷媒の平均流速が、前記第２流路における前記冷媒の平均流速よりも高速であることを特徴とする請求項１に記載の冷却方法。
3. 前記金属溶融炉が高炉であり、前記部材が羽口であり、前記冷媒は水であり、
   前記第２モードでは、前記第２流路における前記冷媒の平均流速が５ｍ／ｓ以上である請求項１または２に記載の冷却方法。
4. 前記第１モードで運転している状態から、前記第１流路を通さずに前記第２流路に供給する前記冷媒の流量を徐々に増加させる移行モードを更に備え、
   前記第１モードでの運転時に、前記第２流路からの前記冷媒の流出量が前記第１流路への前記冷媒の流入量よりも低くなったときに前記移行モードで運転し、前記移行モードでの運転時における前記流入量および前記流出量に基づいて前記第１流路および前記第２流路のいずれが破損しているかを判断する請求項１から３のいずれか１項に記載の冷却方法。
5. 前記第１モードでの運転時に、前記第１流路への前記冷媒の流入量と、前記第１流路から前記第２流路への前記冷媒の流通量と、前記第２流路からの前記冷媒の流出量と、に基づいて、前記第１流路および前記第２流路のいずれが破損しているかを判断する請求項１から４のいずれか１項に記載の冷却方法。
6. 前記冷媒が液体であり、
   前記冷媒が前記第１流路内で気化したときに、気化した前記冷媒を前記第１流路の流入口から流出させる請求項１から５のいずれか１項に記載の冷却方法。
7. 冷媒の流入口と流出口とが互いに異なる第１流路および第２流路が形成された部材に冷媒を流通させる冷媒流通システムであって、
   前記部材は、前記第１流路が前記第２流路よりも高温環境下に配置された状態で金属溶融炉に用いられ、
   前記冷媒流通システムは、
   前記冷媒を送出するポンプと、
   前記ポンプと前記第１流路の流入口とを接続する第１配管と、
   前記第１流路の流出口と前記第２流路の流入口とを接続する第２配管と、
   前記第１配管と前記第２配管とを接続する第３配管と、
   前記第１配管において、前記第３配管との接続部分よりも下流側に設けられた第１弁と、
   前記第２配管において、前記第３配管との接続部分よりも上流側に設けられた第２弁と、
   前記第３配管に設けられた第３弁と、
   前記ポンプおよび前記第１弁から前記第３弁を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記第１弁および前記第２弁を開き、前記第３弁を閉じた状態で、前記ポンプから前記第１配管に前記冷媒を供給する第１モードでの運転時に、前記第１流路に供給される前記冷媒の量と、前記第１流路から排出される前記冷媒の量と、を比較して、前記第１流路に破損が生じているか否かを判断し、
   前記第１流路に破損が生じていないと判断した場合、前記第１弁および前記第２弁を開き、前記第３弁を閉じた状態で、前記ポンプから前記第１配管に前記冷媒を供給し、
   前記第１流路に破損が生じていると判断した場合、前記第１弁および前記第２弁を閉じ、前記第３弁を開いた状態で、前記ポンプから前記第１配管に前記冷媒を供給する、
   冷媒流通システム。
8. 前記第１流路の平均断面積が、前記第２流路の平均断面積よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載の冷媒流通システム。
9. 前記第２流路の流出口に接続された第４配管と、
   前記第１配管を流れる前記冷媒の流量を測定する第１測定器と、
   前記第２配管を流れる前記冷媒の流量を測定する第２測定器と、
   前記第４配管を流れる前記冷媒の流量を測定する第３測定器と、を更に備える請求項７または８に記載の冷媒流通システム。
10. 前記第１配管に設けられ、前記冷媒が前記第１流路内で気化したときに、気化した前記冷媒を前記第１流路の流入口から流出させる安全弁を更に備える請求項７から９のいずれか１項に記載の冷媒流通システム。

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