JP2012144659A - コークス炉炭化室内壁面の観察装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光源、撮像部、および光学系全体が断熱保護箱内に収容され、光学系の構造安定性が高いコークス炉炭化室内壁面の観察装置を提供する。
【解決手段】レーザ発振装置１０３と、ＣＣＤカメラ１０４と、レーザ発振装置１０３から出射された光線をコークス炉炭化室２の内壁面２１へ向けて導くと共に、コークス炉炭化室２の内壁面２１で反射した光線をＣＣＤカメラ１０４へ向けて導く第１反射鏡１０５、第２反射鏡１０６と、が光線の通過を可能とする内箱１０１と外箱１０２の２重構造の断熱保護箱内に収納されてなる観察部ユニット１００と、観察部ユニット１００を支持し、コークス炉炭化室２内を炉長方向に沿って移動する移動台車２００と、を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、コークス炉炭化室の内壁面の損傷状態を観察するための観察装置に関する。

コークス炉は、炭化室と燃焼室とが交互に配列された構造となっている。炭化室と燃焼室との隔壁は、耐火れんがなどの壁構造材でなることが多い。コークス炉の操業は、炭化室上部より原料炭を装入し、燃焼室から隔壁を介して加熱を行うことにより、原料炭を乾留する。乾留後は、炭化室からコークスを押し出して排出し、その後再び原料炭を装入するという操業サイクルとなっている。

このような操業サイクルにおいて、コークス炉炭化室の内壁面は、繰り返しの原料炭装入、押し出し等により、壁構造材の減肉、穴あき、れんがの脱落、れんが同士を接合するモルタル目地のすり減り、熱収縮による目地の断裂等が生じる。これら損傷に対する補修として、穴あきが顕著な部分、れんが脱落部分については、新規に耐火れんがをはめ込む、あるいは不定形耐火物を溶射することが行われている。

このような補修を行うにあたり、コークス炉炭化室の内壁面における変形、損傷発生位置、および変形や損傷の形状の特定が重要になる。しかし、炭化室は高さが約６．５〜６．８ｍ、幅が約０．４ｍ、奥行きが約１６ｍというきわめて狭小な空間であり、しかも操業時には粉塵により視界が遮られるなどの理由から、炉外部からの目視による判断は難しい。また、通常、操業時において、炉壁からの輻射熱による炉内温度は、最高で約１２００℃に達し、汎用の撮像機器などによる炉内の観察も同様に困難であった。

従来、このようなコークス炉炭化室の内壁面の観察を行う装置としては、カメラと、光学系を構成する反射鏡とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。ここで、特許文献１には、カメラの前方に反射鏡を配置して、鏡面を反射して得られた像を介して炭化室内壁を撮像する技術が記載されている。特許文献２には、光源が投射するレーザを観察対象面に反射し、観察対象面のレーザスポットを撮影手段に反射する円管状の反射鏡（ミラー管）を備え、円管内部に冷却水を通すことにより熱変形を防止する技術が開示されている。

特許第３５９０５０９号公報 特許第３８９５９２８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術では、反射鏡が炉内雰囲気に晒されるため、反射鏡の熱変形の問題や、装置の移動に伴い反射鏡が炉内壁に接触や衝突して損傷され易い問題などが避けられないものであった。
また、上記特許文献２に記載の従来技術では、反射鏡が損傷され易い問題については解決していない。特に、撮像のための光路を形成する反射鏡が損傷され易いという問題を抱えることは、コークス炉において長期にわたる安定した使用に適さないことを示している。
そこで、本発明は、光源、撮像部、および光学系全体が断熱保護箱内に収容され、光学系の構造安定性が高いコークス炉炭化室内壁面の観察装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の特徴は、コークス炉炭化室内壁面の観察装置であって、光源と、撮像部と、光源から出射された光線をコークス炉炭化室の内壁面へ向けて導くと共に、コークス炉炭化室の内壁面で反射した光線を撮像部へ向けて導く光学系と、が前記光線の通過を可能とする断熱保護箱に収納されてなる観察部ユニットと、この観察部ユニットを支持し、コークス炉炭化室内を炉長方向に沿って移動する移動手段と、を備えることを要旨としている。

本発明は、上記特徴において、断熱保護箱が、外箱の内側に少なくとも一つの内箱が収納された入れ子状の多重構造でなり、前記外箱と前記内箱との間に隙間が形成され、最も内側の前記内箱に前記光源、前記撮像部、および前記光学系が収納される構成とすることが好ましい。
本発明は、上記特徴において、前記光源は前記撮像部の前方に配置され、前記光学系は前記光源の前方に配置されていることが好ましい。

本発明は、上記構成において、前記観察部ユニットが、前記移動手段に対して上下方向に沿って複数が列をなすように配置され、前記列の数は１以上であることが好ましい。
本発明は、上記構成において、前記断熱保護箱内には、冷却媒体が流通されることが好ましい。
本発明は、上記構成において、前記光学系が、反射面が平面状または曲面状をなす反射鏡を備え、この反射鏡は、前記光源から出射された光線を前記コークス炉炭化室の内壁面へ向けて導くと共に、前記コークス炉炭化室の内壁面で反射した光線を前記撮像部へ向けて導く光路を形成する構成としてもよい。

本発明は、上記構成において、光学系が、レーザ光を反射して前記反射鏡に入射させる補助反射鏡をさらに備える構成としてもよい。
本発明は、上記構成において、前記冷却媒体が、最も内側の前記内箱内に流通される冷却ガスと、最も内側の前記内箱より外側の箱との間の前記隙間に流通される冷却水と、からなる構成でもよい。

本発明は、上記構成において、前記光源が、レーザ光を上下方向に延長したスリットレーザ光を出力するレーザ発振装置であることが好ましい。
本発明は、上記構成において、前記光源、前記撮像部、および前記光学系が取り付け枠に支持され、これら前記光源、前記撮像部、および前記光学系が、前記断熱保護箱に緩衝部材を介して設けられていることが好ましい。

本発明は、上記構成において、前記レーザ発振装置は２つ備えられ、前記反射鏡は水平断面がＶ字形状に形成されて左右一対の反射面を有し、前記レーザ発振装置から出射されたレーザ光が、一対の前記反射面でそれぞれコークス炉炭化室の左右の内壁面に入射され、左右の前記内壁部からの反射レーザ光を前記反射鏡の左右それぞれの反射面で、前記撮像部へ向けて反射するように設定されているが好ましい。
本発明は、上記構成において、前記移動手段が、移動台車であることが好ましい。

本発明によれば、光学系の構造安定性が高く、長期にわたり安定した状態で、コークス炉炭化室内壁面の観察、表面状態の計測を行うことができる。

本発明の実施の形態に係るコークス炉炭化室内壁面の観察装置を示す全体構成図である。 本発明の実施の形態に係るコークス炉炭化室内壁面の観察装置における観察部ユニットを示す斜視図である。 図２のIII−III面で破断した状態を示す観察装置における観察部ユニットの斜視図である。 図２のＩＶ−ＩＶ断面図である。 図４のＶ−Ｖ断面図である。 本発明の実施の形態に係るコークス炉炭化室内壁面の観察装置の内箱表面の冷却媒体の流れを示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るコークス炉炭化室内壁面の観察装置でコークス炉炭化室内壁面の表面状態の計測を行っている状態を示す水平断面説明図である。 本発明の実施の形態に係るコークス炉炭化室内壁面の観察装置において、ＣＣＤカメラの視野に収まる、炉壁の形状に応じた線状の反射レーザ光を反射する反射鏡を示す正面図である。 本発明の実施の形態に係るコークス炉炭化室内壁面の観察装置において、観察装置の進行方向に沿った複数の位置で撮像した線状の反射レーザ光の撮影画像を配置したイメージを示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るコークス炉炭化室内壁面の観察装置におけるコークス炉炭化室内壁面の所定高さ位置における炉長方向に沿った断面の凹凸状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態に係るコークス炉炭化室内壁面の観察装置を用いて得られた撮像データに基づくコークス炉炭化室内壁面の表面状態を示す図である。 本発明の実施の形態に係るコークス炉炭化室内壁面の観察装置において、移動台車の最上部に観察部ユニットを加えた構成を示す側断面図である。 本発明の実施の形態に係るコークス炉炭化室内壁面の観察装置において、移動台車の前端面に観察部ユニットの上下方向の列が２段になるように配置した構成を示す側断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係るコークス炉炭化室内壁面の観察装置の詳細を図面に基づいて説明する。
［観察装置の構成］
図１に示すように、本発明の実施の形態に係るコークス炉炭化室内壁面の観察装置１は、複数の観察部ユニット１００と、これら観察部ユニット１００を支持する、移動手段としての移動台車２００と、で構成されている。この観察装置１の動作の詳細については後述するが、図７に示すように、移動台車２００でコークス炉炭化室２の炉長方向（図中、矢印ｙで示す方向）に沿って移動しながら、観察部ユニット１００でコークス炉炭化室２の内壁面２１を観察・形状計測を行うようになっている。

{観察部ユニット}
先ず、観察部ユニット１００の概略構成を説明する。図３〜５に示すように、観察部ユニット１００は、断熱保護箱として、内箱１０１と、この内箱１０１を内側に入れ子状に収納する外箱１０２との二重構造を有している。外箱１０２は、内箱１０１に対して所定間隔を保って図示しないスペーサ等を介して着脱可能に支持されている。

（内箱側の構成）
図３および図６に示すように、内箱１０１は直方体形状である。この内箱１０１は、ステンレス板、一般構造用圧延鋼板などの金属板や、耐熱性を有するセラミックスその他の材料で製作することができる。この内箱１０１の中には、左右に対をなすように配置された光源としてのレーザ発振装置１０３と、撮像部としてのＣＣＤカメラ１０４と、左右に対をなすように配置された第１反射鏡１０５と、左右にそれぞれ反射面を持ち、光の出射と入射が行われる第２反射鏡１０６などを含む光学系１０７と、が収納されている。内箱１０１は、これらの部材を取り付けたり、調整したりする都合から、六面体のうち少なくとも一面例えば上面が着脱可能な蓋状体（図示省略する）として設けられている。しかも、内箱１０１は、一対のレーザ発振装置１０３、ＣＣＤカメラ１０４、光学系１０７が、冷却媒体（本実施の形態では水）に濡れないように水密的に密封されている。

図３および図４に示すように、上記したレーザ発振装置１０３、ＣＣＤカメラ１０４、光学系１０７などは、取り付け枠１０８に一体的に固定されている。取り付け枠１０８は直方体の対向する一対の面が除去されたような形状である。また、この取り付け枠１０８は、緩衝部材としての防振ダンパ１０９を介して内箱１０１内に設けられている。また、取り付け枠１０８は、レーザ発振装置１０３、ＣＣＤカメラ１０４の高さ位置を規定する取り付け台１０８Ａを備えている。レーザ発振装置１０３は、ＣＣＤカメラ１０４の前方の両側方にそれぞれ配置されている。

また、図３および図４に示すように、取り付け枠１０８における、光学系１０７を取り付ける部分は、内側壁部１０８Ｂと外側壁部１０８Ｃとで形成されている。内側壁部１０８Ｂと外側壁部１０８Ｃは、それぞれ上下方向（図中、矢印ｚで示す方向）に沿うように延在され、所定間隔を隔てて互いに平行をなすように配置されている。内側壁部１０８Ｂは、方形の取り付け枠１０８のｙ方向の端部に位置する。外側癖部１０８Ｃは、内側壁部１０８Ｂのｙ方向側に位置する。内側壁部１０８Ｂには、補助反射鏡としての一対の第１反射鏡１０５が設けられている。外側壁部１０８Ｃには、第２反射鏡１０６が設けられている。第１反射鏡１０５は、上記のレーザ発振装置１０３の前方（ｙ方向）にそれぞれ設けられている。第２反射鏡１０６は、一対の反射面１０６Ａを備える。それぞれの反射面１０６Ａは、第１反射鏡１０５より前方（ｙ方向）に配置されている。第１反射鏡１０５は、上下方向に細長い平面状の反射面を備える。第２反射鏡１０６は、水平断面がくの字状に屈曲した形状であり、それぞれの反射面１０６Ａは幅方向の中央が裏面側へ凹まされて屈曲した反射面１０６ａ及び１０６ｂが形成されている。

なお、本実施の形態では、レーザ発振装置１０３からの出射光は、上下方向に延長するスリット光とされ、第１反射鏡１０５および第２反射鏡１０６の反射面１０６Ａを介して炉壁に対して斜め下方から入射するように設定され、その反射光をＣＣＤカメラ１０４で撮像して炉壁の凹凸に応じた三次元データを得るものである。
このため、ＣＣＤカメラ１０４位置から見て第２反射鏡１０６に写る反射光の形状が上下方向（図中、矢印ｚで示す方向）に線状となるように設定されている。したがって、内側壁部１０８Ｂには、図４に示すように、この形状の反射光の光路を確保するために上下に長い開口部１０８Ｄが形成されている。

また、この開口部１０８Ｄには、レーザ発振装置１０３からの出射光と第２反射鏡１０６側からの反射光を透過する光透過板１１０が嵌め込まれている。戻り光である、第２反射鏡１０６側からの反射光は、この光透過板１１０を通過してＣＣＤカメラ１０４に入射するように設定されている。
図６に示すように、内箱１０１における、矢印ｘ方向の両側に互いに対向する一対の側壁１０１Ａには、上下に長い開口部に耐熱性ガラス板が嵌め込まれてなる内箱光透過窓１１１が設けられている。この内箱光透過窓１１１は、第２反射鏡１０６と対向する位置に設けられている。

また、図６に示すように、内箱１０１における、矢印ｙで示す方向（観察装置１がコークス炉炭化室の窯口から炭化室の奥へ向けて進む方向）と反対側の後壁部１０１Ｂには、冷却媒体流通口１０１Ｃが形成されている。この冷却媒体流通口１０１Ｃは、後壁部１０１Ｂの半分の高さよりも上方の位置に形成されている。

さらに、図６に示すように、内箱１０１の外側面には、冷却媒体を効率よく循環させるための流路を規定するための冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄが設けられている。この冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄは、後壁部１０１Ｂの冷却媒体流通口１０１Ｃの上側では冷却媒体流通口１０１Ｃの上側縁に沿うように円弧状に形成されると共に、後壁部１０１Ｂから側壁１０１Ａに亘って、側壁１０１Ａの中央部より下方に至るまで連続して突堤状に延在されている。この冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄにおける、内箱１０１の表面からの起立高さは、内箱１０１と外箱１０２との間の空隙の厚さと同一寸法に設定されている。したがって、この冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄは、内箱１０１と外箱１０２との間の空隙を冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄの上下で区画するようになっている。また、外箱１０２の下部には、図示しないドレインバルブが設けられており、ドレインバルブを操作することにより検査等で内部に溜まった冷却水を排出することができるようになっている。

（外箱側の構成）
図２〜５に示すように、外箱１０２は、上記内箱１０１を収納する直方体形状である。この外箱１０２は、内箱１０１と同様に、ステンレス鋼板、一般構造用圧延鋼板などの金属板や、耐熱性を有するセラミックスその他の材料で製作することができる。
図３および図４に示すように、外箱１０２における、矢印ｙで示す方向と反対方向側の後壁部１０２Ａには、冷却媒体導入接続部１１２が設けられている。この冷却媒体導入接続部１１２は、内箱１０１の冷却媒体流通口１０１Ｃと対向する位置に配置されている。また、外箱１０２の後壁部１０２Ａにおける、冷却媒体導入接続部１１２の上方側に後方へ向けて突出する筒状の冷却媒体排出口１０２Ｃが設けられている。さらに、図７に示すように、外箱１０２の側壁１０２Ｄには、内箱１０１の内箱光透過窓１１１と対向する位置に外箱光透過窓１２０が設けられている。なお、この外箱光透過窓１２０は、例えば、熱反射率５０〜７０％の断熱ガラスを嵌め込んで構成している。このため、外箱光透過窓１２０では、炉壁からの輻射入熱の影響を抑制できる。

図３に示すように、冷却媒体導入接続部１１２は、後壁部１０２Ａより、矢印ｙ方向と逆の方向に向けて突出する筒体部１１３と、筒体部１１３の先端部に、筒体１１３と同心円状に一体に設けられた大径のフランジ部１１４と、筒体１１３の外周部と後壁部１０２Ａを結ぶように形成された三角形状の一対の補強リブ１１５とからなる。
図２〜４に示すように、筒体１１３の筒穴１１３Ａには、２重管１１６が挿入されている。２重管１１６は、外側管１１６Ａと、その内側に隙間を隔てて収納された構造を維持するように一体的に設けられた内側管１１６Ｂとでなる。外側管１１６Ａの外径寸法は、内箱１０１の後壁部１０１Ｂに形成した冷却媒体流通口１０１Ｃの内径と同一に設定されている。なお、筒体１１３の筒穴１１３Ａの内径寸法は、２重管１１６の外径寸法よりも大きく設定されており、外側管１１６Ａの外周面と筒穴１１３Ａの内壁面との間隙が第１流通路１１７となっている。この第１流通路１１７には、冷却水が流通される。外側管１１６Ａと内側管１１６Ｂとの間隙は、第２流通路１１８となっており、冷却ガスが排出されるようになっている。また、内側管１１６Ｂの内部空隙は、第３流通路１１９となっており、冷却ガスが導入されるようになっている。なお、本実施の形態では、冷却ガスとして冷却した窒素ガスを用いている。

図３および図４に示すように、２重管１１６は、筒体１１３よりさらに内奥に向けて突出するような長さに設定されている。筒体１１３よりも内奥に突出する２重管１１６は、内箱１０１の冷却媒体流通口１０１Ｃに密に嵌合して、内箱１０１内に突出するようになっている。この冷却媒体流通口１０１Ｃに嵌合する外側管１１６Ａは、十分なシール性が維持できるように、図示しないシール材が周回して設けられている。なお、２重管１１６は、上記した取り付け枠１０８も貫通して取り付け枠１０８内に達するように設定されている。そして、図３および図４に示すように、２重管１１６は、外側管１１６Ａの方が内側管１１６Ｂよりも短く設定されている。

なお、２重管１１６は、取り付け枠１０８が防振ダンパ１０９を介して上下揺動する可能性があるため、可撓性を有する材料で形成されていることが好ましい。
図２に示すように、外箱１０２の外側面には、冷却媒体導入接続部１１２、冷却媒体排出口１０２Ｃ、および外箱光透過窓１２０のみが露出するように、固形断熱材層１２１が所定の厚さで設けられている。この固形断熱材層１２１は、観察部ユニット１００に及ぶ熱の影響を防止すると共に、観察部ユニット１００が損傷されることを防止する機能を有する。

{移動台車}
図１に示すように、移動台車２００は、下部に炉内を走行するための走行手段２１０を備え、内部に冷却媒体供給装置２０１が搭載されており、矢印ｙで示す方向の前端の壁部２０２に、複数の観察部ユニット１００が上下方向（図中、矢印ｚで示す方向）に沿って列をなすように固定されている。なお、観察部ユニット１００同士の間隔は、上下方向に互いに隣接する観察部ユニット１００で撮像される像を上下に貼り合わせる画像処理を行う際に、上下に隣接する観察部ユニット１００同士間で像の欠落が生じない程度の間隔に設定されている。また、観察部ユニット１００同士の間隔は、それぞれの光学系１０７の光学特性に依存するため、それぞれの光学系１０７の光学特性の設定に応じて決定することができる。

図１に示すように、壁部２０２の外側には、観察部ユニット１００の冷却媒体導入接続部１１２と接続するための接続固定部２０３が設けられている。この接続固定部２０３は、壁部２０２を貫通する３重管２０４における、壁部２０２の外側に突出する部分と、３重管２０４の端部にこの３重管２０４と同心円状に形成されたフランジ部２０５とでなる。フランジ部２０５は、外箱１０２の冷却媒体導入接続部１１２のフランジ部１１４と接合され、図示しない固定部材で固定されている。３重管２０４は、壁部２０２より移動台車２００の内側に延在され、上記した冷却媒体供給装置２０１に接続されている。冷却媒体供給装置２０１は、３重管２０４を介して図３および図４に示すような冷却媒体の導入および排出を行う。すなわち、冷却媒体供給装置２０１は、図３および図４に示すように、冷却媒体導入接続部１１２の第１流通路１１７に冷却水を導入し、第３流通路１１９には冷却ガスを導入し、第２流通路１１８からは冷却ガスを排出するように、冷却媒体の流通制御を行う。また、移動台車２００は、観察部ユニット１００や冷却媒体供給装置２０１などの主な機器の電源、伝送線などを保護し得る構造である。
なお、この移動台車２００は、自ら駆動手段を備えて走行する構成でも、移動台車２００を炉長方向へ向けて押し出したり引き戻したりできる別途駆動手段を有する構成のどちらでもよい。

［観察装置の動作および作用］
以下、観察装置１の動作および作用について説明する。
先ず、図７に示すようなコークス炉炭化室２に対して、観察装置１を窯口（図示省略する）から挿入して所定の速度で前進させ、図７に示すように、コークス炉炭化室２の奥（図中、矢印ｙで示す方向の炉端）まで達したら、後進するように設定されている。具体的には、移動台車２００は、一例として毎分８ｍの速度で前進、後進するようになっている。

観察装置１は、このような移動に伴って、各観察部ユニット１００でコークス炉炭化室内炉２の内壁面２１の状態を観察、形状計測する。具体的には、図７に示すように、レーザ発振装置１０３からの出射された出射光は、第１反射鏡１０５で反射されて第２反射鏡１０６の反射面１０６ａに入射するように設定されている。この第２反射鏡１０６の反射面１０６ａで反射された光は、内箱光透過窓１１１と外箱光透過窓１２０を通って、側方に位置する、コークス炉炭化室２の内壁面２１に対して斜め下方から照射されて、内壁面２１に線状の光が投影される。内壁面２１に入射した直線状の光は、内壁面２１の表面状態を反映して曲がった線状の光として反射され、その反射光が再度外箱光透過窓１２０と内箱光透過窓１１１を通って第２反射鏡１０６の反射面１０６ｂに入射する。このとき、第２反射鏡１０６に入射した曲がった線状の光は、ＣＣＤカメラ１０４の視野内で図８に示すような形状の反射レーザ光ｆｒ、ｆｌとなり、このような反射レーザ光ｆｒ、ｆｌの形状がＣＣＤカメラ１０４で撮像される。

次に、図９に示すように、単一の観察部ユニット１００で毎分８ｍの速度で進行した際に、例えば約０．２秒間隔で撮像を連続的に行い得られた線状の画像ｆｒ１〜ｆｒｎを等間隔に並べる（２次元情報を進行方向に蓄積する）と、図９に示す所定の高さ位置（矢印ｙ方向の所定位置）でスキャンしたフレームＦ内には、図１０に示すように、その高さ位置での炉長方向に沿った内壁面２１の凹凸状態が表れる。

図１１は、単一の観察部ユニット１００で所定の距離だけ炉長方向に走行させて撮像した内壁面２１の状態を表す３次元形状の画像を示す。図１１において、符号Ｄで示すように、このような画像において損傷されて内壁面２１に欠損が生じている部分が認識できる。なお、図１１は、単一の観察部ユニット１００から得られた３次元形状のデータであるが、上下方向に隣接する観察部ユニット１００のデータを上下に貼り合わせる画像処理を行うことで、コークス炉炭化室２の（走行方向の左右両側の）内壁面２１全体の表面状態を把握することが可能となる。

次に、冷却水および冷却ガスの流通動作について説明する。
先ず、冷却水の流通について説明する。図１に示すように、冷却媒体供給装置２０１から３重管２０４を介して送出された冷却水は、図３および図４の矢印Ｉｗで示すように、冷却媒体導入接続部１１２の第１流通路１１７から導入され、図４に示すように、外箱１０２と内箱１０１との間隙に流れ込む。なお、本実施の形態では、例えば、流量が毎分５０〜１５０リットルで各観察部ユニット１００の冷却を行うことができる。

このとき、内箱１０１の外側面には、流れ込んだ冷却水の上側に冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄが形成されているため、図４〜６に示すように、冷却水が冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄの下側に矢印Ｓ１の方向に沿って流れる。また、第１流通路１１７から流れ込んだ冷却水の一部は、図５および図６に示すように、矢印Ｓ２の方向に側壁１０１Ａに流れ、冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄの下側を流れる。矢印Ｓ１、Ｓ２の方向に流れる冷却水は、内箱１０１の下側に向かう矢印Ｓ３で示す方向の流れとなる。

そして、冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄの下側を通過した冷却水は、溢れて上方へ向けて矢印Ｓ４で示すような方向に流れ、内箱１０１の上壁部に流れて外箱１０２に開口した冷却媒体排出口１０２Ｃに向かう矢印Ｓ５で示す方向の流れとなる。内箱１０１の上壁部に流れ込んだ冷却水は、外箱１０２に形成された冷却媒体排出口１０２Ｃから排出される。なお、この冷却媒体排出口１０２Ｃには、図示しない冷却媒体回収管が接続されていることが好ましい。以上のように、内箱１０１と外箱１０２との間の間隙に冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄにより、冷却水が略均一に流通するため、内箱１０１への熱の伝導を効率的に抑制して内蔵されたレーザ発振装置１０３、ＣＣＤカメラ１０４、第１反射鏡１０５、第２反射鏡１０６などを含む光学系１０７を保護する効果を奏する。

次に、冷却ガスの流通動作について説明する。冷却媒体供給装置２０１からは、冷却ガスの送出と回収が行われる。なお、本実施の形態では、冷却ガスとしての窒素ガスの流量を毎分１００〜２００リットルとしている。図１に示すように、冷却媒体供給装置２０１から送出される冷却ガスは、３重管２０４を介して、図３に示すように、各観察部ユニット１００側の冷却媒体導入接続部１１２の第３流通路１１９に矢印Ｉｅで示すように送り出される。

そして、冷却ガスは、２重管１１６の内側管１１６Ｂ内の第３流通路１１９に案内されて内箱１０１内のＣＣＤカメラ１０４の上方から内箱１０１内に放出される。この冷却ガスによって、ＣＣＤカメラ１０４や光学系１０７（第１反射鏡１０５、第２反射鏡１０６を含む）などの熱の影響を受けやすい機器が加熱されることを防止して、撮像の高い精度を維持することが可能となる。内箱１０１内の冷却ガスは、２重管１１６の内側管１１６Ｂと外側管１１６Ａとの間の第２流通路１１８から、図３および図４に矢印Ｏｅで示すように冷却媒体供給装置２０１へ向けて送られ、冷却媒体供給装置２０１で再度冷却して観察部ユニット１００へ向けて送出されるという、循環を行う。

上述のように、本実施の形態に係る観察装置１は、レーザ発振装置１０３、ＣＣＤカメラ１０４、第１反射鏡１０５、および第２反射鏡１０６が炉内雰囲気に曝されることがなく、熱変形の問題を解消できると共に、反射鏡などの清浄度を維持でき、しかも反射鏡などの損傷を防止できるため観察部ユニット１００全体としての撮像性能を長期間維持することができる。また、本実施の形態では、外箱１０２の表面に固形断熱材層１２１が設けられているため、移動に伴って外箱１０２がコークス炉炭化室２の内壁面２１に衝突して損傷されることを防止できる。このように、本実施の形態に係る観察装置１によれば、狭小で高温、かつ粉塵環境であるコークス炉炭化室内において、長期にわたり安定した保護環境下で、内壁面の観察、表面状態の計測を行うことができる。
また、複数の観察部ユニット１００を１列に配置するようにしているので、内壁面の天井までの高さが異なるコークス炉で観察を行う場合には、観察部ユニット１００の個数を調整することにより、任意の高さのコークス炉で内壁面の観察、表面状態の計測を行うことができる。

［その他の実施の形態］
以上、本発明の実施の形態について説明したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものではない。本発明は、様々な代替実施の形態、実施例および運用技術に適用することが可能である。例えば、上記の実施の形態では、コークス炉炭化室２の大きさに応じた観察装置１を用意したが、寸法設計の異なる別のコークス炉炭化室に適用可能とするため、図１２に示すように、移動台車２００の壁部２０２の上部に追加壁部２０２Ａを付加可能とし、この追加壁部２０２Ａに、追加用の観察部ユニット１００を設けられるような観察装置１Ａとしてもよい。

また、上記の実施の形態では、観察部ユニット１００が移動台車２００の壁部２０２に上下１列をなすように設けたが、コークス炉炭化室２の炉内寸法に応じて観察・計測範囲を確実に重複させて切れ目のない観察画像を作成するために、図１３に示すように、互いの列が段違いになるように２列以上を多段的に配置した観察装置１Ｂとしてもよい。この場合は、図１３に示すように、短い寸法の接続固定部２０３と交互に長い寸法の接続固定部２０３Ａを設ければよい。
さらに、上記の実施の形態では、移動台車２００の内部に冷却媒体供給装置２０１を配置したが、冷却可能なパイプなどを用いて冷却媒体供給装置を炉外に配置する構成としてもかまわない。

また、上記の実施の形態では、内箱１０１と外箱１０２との間隙に冷却水を流通させたが、冷却ガスを流通させる構成としてもよい。この場合、冷却媒体排出口１０２Ｃに、外箱光透過窓１２０へ向けて冷却ガスを吐出させて外箱光透過窓１２０に粉塵などが堆積することを防止するための、ガス吹き付け部材２０６を設ける構成としてもよい。本発明は、上記の冷却方法に限定されるものではなく、各種の冷却装置を用いた構成も本発明の適用範囲である。
さらに、上記の実施の形態では、第２反射鏡１０６は平面から見てＶ字状の反射面を有するものを用いたが、曲面状の反射面を用いても勿論よい。

また、上記の実施の形態では、第１反射鏡を設けた場合について説明したが、レーザ発振器を斜めに配置するスペースがある場合には、第１の反射鏡を省略してレーザ発振器から出射されたスリット状のレーザ光を直接第２の反射鏡で反射して炉内壁に照射するようにしてもよい。
また、上記の実施の形態では、観察部ユニット１００の冷却媒体導入接続部１１２をフランジ部同士の接合構造としたが、固定方法はこれに限定されるものではない。

さらに、上記の実施の形態では、断熱保護箱として、内箱１０１と、この内箱１０１を内側に入れ子状に収納する外箱１０２との二重構造としたが、３重以上の多重構造としてもよい。
また、上記の実施の形態では、内箱１０１の表面に冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄを形成した、その構造は上記構造に限定されるものではない。なお、内箱１０１に冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄを形成せずに、外箱１０２の内側面に冷却媒体ガイドリブを形成してもよい。さらに、本発明においては、冷却媒体ガイドリブ１０１Ｄを形成しない構成としても勿論よい。

１…観察装置、２…コークス炉炭化室、２１…内壁面、１００…観察部ユニット、１０１…内箱、１０１Ｄ…冷却媒体ガイドリブ、１０２…外箱（断熱保護箱）、１０３…レーザ発振装置（光源）、１０４…ＣＣＤカメラ（撮像部）、１０５…第１反射鏡（光学系）、１０６…第２反射鏡（光学系）、１０７…光学系、１０９…防振ダンパ（緩衝部材）、１１１…内箱光透過窓、１１２…冷却媒体導入接続部、１２０…外箱光透過窓、１２１…固形断熱材層、２００…移動台車（移動手段）、２０１…冷却媒体供給装置、２０３…接続固定部

Claims (12)

1. 光源と、撮像部と、前記光源から出射された光線をコークス炉炭化室の内壁面へ向けて導くと共に、前記コークス炉炭化室の内壁面で反射した前記光線を前記撮像部へ向けて導く光学系と、が前記光線の通過を可能とする窓を有する断熱保護箱に収納されてなる観察部ユニットと、
   前記観察部ユニットを支持し、前記コークス炉炭化室内を炉長方向に沿って移動する移動手段と、
   を備えることを特徴とするコークス炉炭化室内壁面の観察装置。
2. 前記断熱保護箱は、外箱の内側に少なくとも一つの内箱が収納された入れ子状の多重構造でなり、前記外箱と前記内箱との間に隙間が形成され、最も内側の前記内箱に前記光源、前記撮像部、および前記光学系が収納されることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉炭化室内壁面の観察装置。
3. 前記光源は前記撮像部の前方に配置され、前記光学系は前記光源の前方に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のコークス炉炭化室内壁面の観察装置。
4. 前記観察部ユニットは、前記移動手段に対して上下方向に沿って複数が列をなすように配置され、前記列の数は１以上であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室内壁面の観察装置。
5. 前記断熱保護箱内には、冷却媒体が流通されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室内壁面の観察装置。
6. 前記光学系は、反射面が平面状または曲面状をなす反射鏡を備え、
   該反射鏡は、前記光源から出射された光線を前記コークス炉炭化室の内壁面へ向けて導くと共に、前記コークス炉炭化室の内壁面で反射した光線を前記撮像部へ向けて導く光路を形成することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室内壁面の観察装置。
7. 光学系は、レーザ光を反射して前記反射鏡に入射させる補助反射鏡をさらに備えることを特徴とする請求項６に記載のコークス炉炭化室内壁面の観察装置。
8. 前記冷却媒体は、最も内側の前記内箱内に流通される冷却ガスと、最も内側の前記内箱より外側の箱との間の前記隙間に流通される冷却水と、を含むことを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室内壁面の観察装置。
9. 前記光源は、レーザ光を上下方向に延長したスリットレーザ光を出力するレーザ発振装置であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室内壁面の観察装置。
10. 前記光源、前記撮像部、および前記光学系が取り付け枠に支持され、これら前記光源、前記撮像部、および前記光学系が、前記断熱保護箱に緩衝部材を介して設けられていることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室内壁面の観察装置。
11. 前記レーザ発振装置は２つ備えられ、前記反射鏡は水平断面がＶ字形状に形成されて左右一対の反射面を有し、前記レーザ発振装置から出射されたレーザ光が、一対の前記反射面でそれぞれコークス炉炭化室の左右の内壁面に入射され、左右の前記内壁部からの反射レーザ光を前記反射鏡の左右それぞれの反射面で、前記撮像部へ向けて反射するように設定されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のコークス炉炭化室内壁面の観察装置。
12. 前記移動手段は、移動台車であることを特徴とする請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載のコークス炉炭化室内壁面の観察装置。