JP2005239752A

JP2005239752A - 炉内観察装置

Info

Publication number: JP2005239752A
Application number: JP2004047535A
Authority: JP
Inventors: Koichi Nohara; 宏一野原; Itsuki Kaminaga; 厳神長
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-02-24
Filing date: 2004-02-24
Publication date: 2005-09-08

Abstract

【課題】細径でありながら冷却効果が高く、高温の炉内に細孔を通して挿入し内部を正確に観察できる炉内観察装置を開発する。
【解決手段】さや管１の先端にカメラケース２が取着され、該カメラケースの内部にはカメラ５が収容されるとともに外周には水冷ジャケット３が被着され、該カメラケースの先には側面に窓孔４１を有し、内部には窓孔から入射した光線をカメラへ向けるミラー４６を有する先端蓋部材４が装着され、該窓孔には耐熱ガラス４２が装着され、前記カメラケースの基端側にはカメラを空冷する送気管が接続され、水冷ジャケットには給水管６３と排水管が接続されている炉内観察装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、コークス炉等の内部を観察する炉内観察装置に関するものである。

コークス炉は、石炭を装入して燃焼室で乾留しコークス化するものであり、一般にレンガ製で下方のフリューポートから空気を送り込んで燃焼させるようになっている。

ところが、コークス炉内は高温になるため、このフリューポートの燃焼室入口付近でしばしばレンガが損傷して燃焼空気量を低下させ、放置しておくとポートが閉塞して空気を送れなくなってしまい、コークス生産量の低下につながる。

そのため、従来、燃焼室の側面に大きな穴を開けてそこから手を入れて手探りで点検を行っていた。しかしながら、この方法は効率も精度もよくないし、高温で危険な作業でもある。

一方、長尺の筒の先端にカメラを取付けて炉内を観察しうるようにしたものは開発されている。（特許文献１参照。）この装置は、図４に示すように、筒の先端側面に開口孔７１を設けてそこから進入する光線をミラー７２で直角方向に曲げてカメラ７３に入射させるようになっている。筒はカメラを熱から保護するために４重構造になっており、中心の第４の筒７４の内部及びこの第４の筒７４と第３の筒７５の間には冷却用の空気を、そして、第３の筒７５と第２の筒７６の間には冷却水を送り込むようになっている。冷却用の空気はいずれも窓孔から外部に放出され、冷却水は第２の筒７６と第１の筒７７の間から返送されるようになっている。

特開平９−３０７７９５号公報

本発明者らは、コークス炉のフリューポートの燃焼室入口付近を観察する手段として、その下部にある点検孔から観察カメラを挿入することを考えた。しかしながら、この点検孔自体がレンガ層等が付着して狭くなっており、前述のような観察カメラの挿入はできなかった。

本発明の目的は、細径でありながら冷却効果が高く、高温の炉内に細孔を通して挿入し内部を正確に観察できる炉内観察装置を開発することにある。

本発明者らは、観察装置を細径化するには４重筒構造では無理であると考え、まず、カメラを先端から手元側に移動させてみた。ところが、これは画像の鮮明度がよくなく、機構や調整が複雑になることがわかった。そこで、次に先端にカメラを戻してエアー冷却でのみ冷却することを検討したが、エアー冷却のみではケース内が１分間で１００℃に達してしまい、カメラが熱で破壊されてしまうことがわかった。そこで、さらに検討を進め、さや管の先端に水冷ジャケットを装着してそこにカメラを収容するとともに該ジャケット内に冷却用気体を送り込む２重筒構造とし、観察用の窓孔には耐熱ガラスを取付けて熱気が内部に入らないようにすることによって、細径でありながら冷却効率が高く、高温の炉内を長時間にわたって安定観察しうるカメラの開発に成功した。

すなわち、本発明は、さや管の先端にカメラケースが取着され、該カメラケースの内部にはカメラが収容されるとともに外周には水冷ジャケットが被着され、該カメラケースの先には窓孔を有する先端蓋部材が装着され、該窓孔には耐熱ガラスが装着され、前記カメラケースの基端側にはカメラを気体で冷却する送気管が接続され、水冷ジャケットには給水管と排水管が接続されていることを特徴とする炉内観察装置に関するものである。

本発明の炉内観察装置は、構造が簡単で細径にすることができ、かつ冷却効果が良好なため細孔から挿入して高温の炉内を長時間にわたり安定して観察することができる。また、小型軽量で取扱いも簡単なため、専門家に依頼しなくても現場作業者によって点検作業ができる。本発明の炉内観察装置は従来品に比べて大巾にコストダウンできるものである。

本発明の炉内観察装置におけるさや管はカメラを支持するとともに、内部にカメラを作動させる電源やカメラから空気信号を取出すケーブル、水冷ジャケットに接続される給水管や排水管、カメラケース内を空冷する送気管などが収容される。形状は通常は円管であり、外径が２０〜８０ｍｍ巾程度である。材質はステンレススチール、耐熱鋼、銅合金、アルミ合金、チタン等の金属の外、ガラスやセラミックなどを用いることもできる。

カメラケースはカメラを収容するとともに水冷ジャケットの内筒としても機能するもので内部にはカメラを位置決めする固定具などを適宜設けることができる。形状は円筒状でよく、前方は開放され、後方には冷却する気体を送り込む送気管が接続される。この冷却に用いる気体は通常は空気であるが、空気中の酸素が反応して暴発する恐れがあるところでは、Ｎ₂、Ａｒなどの不活性気体でも良い。送り込まれた空気は装置の先端部分に排気口を設け、あるいは間隙を設けるなどしてそこから外部（炉内）に排気すればよい。カメラケースの材質はアルミニウム、真ちゅう、銅あるいは銅合金、ステンレススチール等の金属やセラミックなどが使用される。

カメラケースの内部には炉内を撮影するカメラが収容される。このカメラには、
ＣＣＤカメラ、あるいはＣＭＯＳカメラなどが使用される。

水冷ジャケットはカメラケースの外周に被着される。この水冷ジャケットはあまり大きくしないところが本発明の特徴の一つであり、全長（水が流れる筒状空隙の全長）は通常カメラの全長の０．５〜３倍程度、特に１〜２倍程度のものが使用される。水冷ジャケットの材質はステンレススチール、アルミニウム合金、銅合金等の金属やセラミック等を使用することができる。水冷ジャケットには冷却水を送る給水管とそれを返送する排水管が設けられる。取付位置は特に制限されないがジャケットの基端側が一般に好ましい。この給水管と排水管はそれぞれ一本でもよく、複数本であってもよい。材質は耐久性の点からある程度耐熱性を有するものが好ましく、銅、アルミニウム、ステンレススチール等の金属やフッ素樹脂等の耐熱性プラスチック等が好ましい。

カメラケースの先には窓孔を有する先端蓋部材が装着される。この先端蓋部材は先端を閉止する機能と、光線を取り入れてカメラに送る機能と、送気管から送られた冷却用の気体を外部に逃がす機能を有するものである。窓孔には炉内の熱気の進入を妨げるため耐熱ガラスが装着される。この窓孔は、図１に示すように、先端蓋部材の側面に設けてもよく、先端の端面に設けてもよい。側面に設ける場合には、蓋部材の内部にはこの窓孔から入射した光線をカメラに向けるミラーを設ける。このミラーは角度を調整できるようにするのがよく、それによって視野を変えることができる。また、内部に電球やＬＥＤを設けて炉内が暗いときにこれを点灯させ内部を照らすことができるようにすることもできる。さらに、内部と外部に温度センサを設けて各温度を測定しうるようにすることもできる。

本発明の一実施例である炉内観察装置を図１〜３を参照して説明する。図１（Ａ）は先端部分の縦断面図、図１（Ｂ）は同平面図、図２（Ａ）は図１Ａ中のＩ−Ｉ線断面図、図２（Ｂ）は図１Ａ中のＩＩ−ＩＩ線断面図、そして、図３は中間部分を省略した全体の側面断面図である。

図３に示すように、この装置は全体が長尺の管状をしており、カメラ等を収容した先端部分と、基端部分と両者をつなぐさや管１部分よりなっている。

先端部分は、図１（Ａ）に示すように、さや管１の先端に外周を水冷ジャケット３で覆われたカメラケース２が取着され、その先には先端蓋部材４が取着されている。カメラケース２の内部にはカメラ５が収容されている。

さや管１は外径が４８．６ｍｍ巾のＳＵＳ製で、先端には水冷ジャケット３の後端が嵌入され、これが離脱しないよう側面がビス１１で止められている。

カメラケース２もＳＵＳ製でカメラ収容室２１が円筒形をしており、その後端にそれより径の小さい小径管部２２が段差をもって接続されている。この接続部近傍には水冷ジャケット３の水密状態を保つためのＯ‐リング２３が埋め込まれている。小径管部２２の後端は送気管６１の接続口２５になっていて、その内壁には送気管コネクタ６２の接続端を螺合させる螺子溝が刻設されている。また、小径管部２２の途中には電源ケーブル５１や映像ケーブル５２等の引出孔２４が設けられている。一方、カメラケース２の前端には肉厚のフランジ２６が形成されている。このフランジ２６は水冷ジャケット３の前端を当接させて位置決めするとともに先端蓋部材４を取着するところでもある。カメラ収容室２１の下部にはＳＵＳ製のカメラホルダー２７が別体として付設されている。このカメラホルダー２７は平板状をしており、前、後端にカメラ５を抑える突縁２７１、２７２が形成されている。前端の突縁２７１は下方にも垂下してエプロン部を形成し、そこには、このカメラホルダー２７をカメラケース２のフランジ２６に固定させる螺子孔が設けられている。

水冷ジャケット３もＳＵＳ製で外径がさや管１と同一の円筒状をしており、後端が内方に肉厚に形成されている。この肉厚部の外周面後方が段状に削取されてさや管嵌合管部３１となっている。また、この肉厚部には管長方向の貫通孔が、図２（Ｂ）に示すように、８個所に等間隔に円状に設けられている。この内、図２（Ｂ）の右側４つの孔が給水孔３２として、左側の４つの排水孔３３として使用されている。各孔３２、３３の外側端部内面には螺子溝が設けられ、給水管６３、又は排水管６４のジョイント６５、６６が螺着されている。肉厚部の内側周面はカメラケース２の小径管部２２の外周面に密着し水漏れを防いでいる。水冷ジャケット３の中間部分はカメラケース２の外周面と一定間隔をもって離隔しており、その間に円筒状の空間を形成している。ここを冷却水が流通する。水冷ジャケットの前端からやや下がった所には内方に突出して内フランジ３４を形成している。この内フランジ３４は円周面がカメラケース２の外周面に密着して水漏れしないようにしており、また、前面がカメラケース２のフランジ２６の後面に当接し位置決めされている。水冷ジャケット内を水密状態に保つために内フランジ３６の内周面中央にＯ‐リング３５が埋め込まれている。

先端蓋部材４もＳＵＳ製で、外径がさや管１と同一の短筒状をしている。上部側面には大きく４角形の窓孔４１が明けられている。この窓孔４１の前縁と後縁（カメラケース２のフランジ２６と水冷ジャケット３の前縁によって形成されている。）には横方向に角溝が削設され、そこに耐熱ガラス４２と遮光フィルター４３が遮光フィルタを内側にして嵌め込まれている。耐熱ガラス４２の両側縁はさらに押え片４４によって抑えられている。耐熱ガラス４２には１０００℃に耐えるものが用いられている。遮光フィルター４３は炉内が明るすぎて観察不能であったのでＪＩＳ遮光度５のものを用いて遮光したものである。炉内状況に応じ、フィルターを変更できる。更に暗い時には照明が点灯する。蓋部材４の先端は閉止されていて、その周縁部近傍には２個所にビス穴が設けられている。蓋部材４はこのビス穴を用いてカメラケース２のフランジ２６にビス４５で固定されている。送気管６１から吹込まれる冷却用気体は主に耐熱ガラス４２周縁の隙間から外部（炉内）に放出される。

蓋部材４の内部にはミラー４６がミラーホルダー４７で斜めに固定されている。このミラーホルダー４７は手元からの操作で角度を調整することができるようになっている。このミラーホルダー４７の下部にビス穴が設けられ、ビス４８がカメラホルダー２７を貫通してカメラケース２のフランジ２６に螺着し、ミラーホルダー４７とカメラホルダー２７の両方を固定している。

この先端蓋部材は先端面に窓孔が設けられ、ミラーが取外されているものと交換することができ、それによって平面方向前方を観察することができる。

カメラ５はカメラホルダー２７によって位置決め固定されている。カメラの後端面には電源ケーブル５１のプラグが嵌め込まれ、また、映像ケーブル５２がそこから放出されている。また、カメラ５の上面前部には熱電対５３が取付けられている。電源ケーブル５１、映像信号ケーブル５２および熱電対の信号線５４は引出孔２４からカメラケース２から出され、さや管１内を通って基端部へ送られている。この映像は記録することができ、マイクロホンを設けてさらに音も記録することができる。

給水管６３と排水管６４はいずれもフッ素樹脂製で、４本の給水管６３と排水管６４はそれぞれ基端部の配管ブロック６７内で一本にまとめられている。

本発明の炉内観察装置は８００℃〜１０００℃の炉内を少なくとも３０分にわたり安定して観察することができ、炉内を点検して不具合を発見することができる。例えば内部が８００〜１０００℃に達するコークス炉の外、電気炉その他各種の炉や高温雰囲気の内部などに適用できる。

本発明の一実施例である炉内観察装置の先端部分の構造を示す図であり、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図である。同上装置の長手方向と直角方向に切断した断面図であり、（Ａ）は図１（Ａ）のＩ−Ｉ線断面図、（Ｂ）はＩＩ−ＩＩ線断面図である。同上装置の中間部分を省略した側面断面図である。従来の装置の一例の先端部分の縦断面図である。

符号の説明

１ …さや管
１１ …ビス
２ …カメラケース
２１ …収容室
２２ …小径管部
２３ …Ｏ‐リング
２４ …引出孔
２５ …接続口
２６ …フランジ
２７ …カメラホルダー
２７１，２７２ …突縁
３ …水冷ジャケット
３１ …さや管嵌合部
３２ …給水孔
３３ …排水孔
３４ …内フランジ
３５ …Ｏ‐リング
４ …先端蓋部材
４１ …窓孔
４２ …耐熱ガラス
４３ …遮光フィルター
４４ …押え片
４５ …ビス
４６ …ミラー
４７ …ミラーホルダー
５ …カメラ
５１ …電源ケーブル
５２ …映像ケーブル
５３ …熱電対
５４ …信号線
６１ …送気管
６２ …コネクタ
６３ …給水管
６４ …排水管
６５，６６ …ジョイント
６７ …配管ブロック

Claims

さや管の先端にカメラケースが取着され、該カメラケースの内部にはカメラが収容されるとともに外周には水冷ジャケットが被着され、該カメラケースの先には窓孔を有する先端蓋部材が装着され、該窓孔には耐熱ガラスが装着され、前記カメラケースの基端側にはカメラを気体で冷却する送気管が接続され、水冷ジャケットには給水管と排水管が接続されていることを特徴とする炉内観察装置