JP2020117641A - 炉内観察装置、炉内観察装置のメンテナンス方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の炉内観察装置は、冷却および断熱のために大がかりな構成が必要なため、簡素化が困難であるという問題がある。このため、本発明は、構成を簡素化することが可能な炉内観察装置の技術を提供することを目的とする。【解決手段】炉内観察装置１００は、内部を観察するためにコークス炉に出し入れ可能な炉内観測装置であって、撮像装置１０と、撮像装置１０を覆う相変化材層２０と、相変化材層２０を覆う耐火材層３０と、を備え、耐火材層３０は石膏を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、炉内観察装置および炉内観察装置のメンテナンス方法に関する。

高温の炉内を観察できる観察装置が知られている。例えば、特許文献１には、筺体内に収納された撮像装置を有する炉内観察装置が記載されている。この観察装置は、筐体外部から導入した冷却用空気で撮像装置を冷却する手段と、撮像素子本体を取り囲んだ熱電冷却素子と、撮像素子本体と熱電冷却素子との隙間を埋める熱伝導ブロックと、熱電冷却素子に設けられた冷却フィンとを備える。

特開２００７−２２５２６６号公報

コークス炉は、炭化室の劣化状態を把握してメンテナンスの要否を判断するために、適時に撮像装置を炉内に入れて炉内を観察することが望ましい。しかし、コークス炉の炉内温度は１１００℃〜１２００℃であるのに対して、撮像装置の耐熱温度は、多くの場合５０℃程度であり、撮像装置を保護するために大がかりな冷却装置や断熱手段を備える必要がある。

近年、このような炉内観察装置には、製造や取り扱いを容易にするために構成を簡素化する要請がある。このような観点において、特許文献１に記載の炉内観察装置は、押出ラムに常時設置されて常に炉内に配置されるため、冷却および断熱のために大がかりな構成が必要であり、構成を簡素化することが困難であるという問題がある。
これらから、本発明者らは、炉内観察装置には構成の簡素化を可能にする観点で改善すべき課題があることを認識した。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、構成を簡素化することが可能な炉内観察装置を提供することを目的の一つとしている。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の炉内観察装置は、コークス炉に用いられる押出ラムに取り付けられる観察装置であって、撮像装置と、前記撮像装置を覆う相変化材層と、前記相変化材層を覆う耐火材層と、を備え、前記耐火材層は石膏を含むことを特徴とする。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、構成を簡素化することが可能な炉内観察装置を提供することができる。

第１実施形態に係る炉内観察装置の一例を概略的に示す斜視図である。 図１の炉内観察装置を示す側面断面図である。 図１の炉内観察装置のガラスフィルタの構成を示す側面図である。 図１の炉内観察装置のフレームと耐火材層とを示す側面図である。 図１の炉内観察装置のフレームと耐火材層とを示す別の側面図である。 図１の炉内観察装置が押出ラムに装着された状態を示す側面図である。 図１の炉内観察装置の装着部を示す側面図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態、変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

［第１実施形態］
以下、図１〜図７を参照して、第１実施形態に係る炉内観察装置１００の構成について説明する。図１は、炉内観察装置１００の一例を概略的に示す斜視図である。図２は、炉内観察装置１００を示す側面断面図である。図２ではフレームの記載を省略している。炉内観察装置１００は、押出ラムに取り付けられた状態でコークス炉の炭化室（以下、単に「炉」ということがある）に出し入れされ、炉内を撮像する観察装置である。この撮像結果によって、炉壁の凹凸の状態などを把握し、メンテナンスの必要性の判断を支援することができる。

本実施形態の炉内観察装置１００は、撮像装置１０と、メモリ装置１２と、ハウジング１８と、ガラスフィルタ１４とを主に備える。ハウジング１８は、その内部に撮像装置１０を収容し、耐熱性が５０℃程度の撮像装置１０を、炉内の高温（例えば、１２００℃）から保護するための容器として機能する。ハウジング１８は、撮像装置１０を収容する空間（以下、「収容空間」という）の温度を撮像装置１０の耐熱温度以下に所定時間（例えば、５分間）保持可能なものであってもよい。本実施形態のハウジング１８は、直方体、立方体などの６面体輪郭を有し、縦に延在する１つの面に透光窓１６が設けられる。透光窓１６にはガラスフィルタ１４が装着される。

撮像装置１０は、炉壁の表面の映像を静止画像または動画像として取得する画像取得装置として機能する。撮像装置１０は、例えば、レンズによって形成された画像を、ＣＣＤやＣＭＯＳなどのイメージセンサによって画像情報として取得するものであってもよい。撮像装置１０の視野は、ガラスフィルタ１４を介してハウジング１８の外部に向いている。以下、説明の便宜上、撮像装置１０の視野が向いている方向を「視野方向」といい、視野方向とは反対の方向を反視野方向という。この例では、視野方向は、撮像装置１０の視野の中心を通る水平線Ｌａに沿った方向であり、図２の紙面上で左右に伸びる。

炉内観察装置１００は、ケーブルを介して撮像装置１０の撮像結果を外部に出力してもよいが、本実施形態ではケーブルを用いない。本実施形態の炉内観察装置１００は、撮像装置１０の撮像結果をハウジング１８内の収容空間に収容されるメモリ装置１２に記憶する。特に、メモリ装置１２は、相変化材層２０に覆われた空間に出し入れ可能に配置される。

メモリ装置１２は、フラッシュメモリなどの半導体メモリを用いたカード型の記憶デバイスであってもよい。メモリ装置１２は、ハウジング１８内に設けられたメモリ装着部（不図示）に着脱自在に装着されてもよい。このメモリ装着部は、例えば、撮像装置１０の内部に設けられてもよい。

ハウジング１８は、種々の原理に基づいて収容空間内の温度上昇を抑制可能な昇温抑制部材を備えている。本実施形態のハウジング１８は、相変化材層２０と、断熱材層２４と、耐火材層３０と、を有する。

相変化材層２０は、撮像装置１０を覆う昇温抑制部材であり、収容空間の温度上昇を抑制する。相変化材層２０は、固相から液相に相変化する際の潜熱により、外部からの熱や撮像装置１０の発熱を吸収する相変化材からなる層体である。相変化材層２０に用いる相変化材は、公知の様々なものを使用可能である。例えば、相変化材としては、水より融解潜熱が大きいという観点から、酢酸ナトリウム三水和物または硫酸ナトリウム十水和物を用いてもよい。本実施形態の相変化材層２０は、収容空間を包囲する６面体の箱形状を有し、６面のうち視野方向に交差する１面に窓が設けられる。相変化材層２０の厚さなどの形状パラメータは、所望の潜熱量に応じて計算やシミュレーションにより設定できる。

耐火材層３０は、相変化材層２０を覆う昇温抑制部材であり、収容空間の温度上昇を抑制する。耐火材層３０は、炉内の高温に晒されるため、高温における耐火性を有することが望ましい。耐火材層３０に用いる耐火材は、公知の様々なものを使用可能である。例えば、耐火材としては、大量の結晶水を含有するという観点から、石膏を用いてもよい。石膏は、その重量の２０％以上の結晶水を含んでいる。

この結晶水は、通常の状態では安定して発散しないが、炉内の高温に晒されると熱分解が起こり、蒸発を始める。このため、石膏は、結晶水がすべて熱分解して水蒸気として放出されるまで、内部を一定温度（例えば１２０℃〜１５０℃程度）以下に保つことができる。本実施形態の耐火材層３０は、相変化材層２０を包囲する６面体の箱形状を有し、６面のうち視野方向に交差する１面に窓３０ｗが設けられる。耐火材層３０は、６面体の各面に対応する６枚の耐火材板３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅを含み、互いに分離できる。耐火材板３０ｂは底部をなすように水平面に平行に延在し、耐火材板３０ｃおよび３枚の耐火材板３０ｄは側壁をなすように鉛直面に平行に延在し、耐火材板３０ｅは天井部をなすように水平面に平行に延在する。耐火材板３０ｃには窓３０ｗが設けられる。

耐火材層３０の厚さなどの形状パラメータは、所望の結晶水の量に応じて計算やシミュレーションにより設定できる。なお、石膏は、結晶水を失うと再使用できない。このため、所定の使用回数ごとに耐火材層３０を交換することが望ましい。

耐火材層３０からは水蒸気が発散するので、この水蒸気により内部の相変化材層２０や撮像装置１０が影響を受けるおそれがある。このため、本実施形態は、相変化材層２０と、耐火材層３０との間に断熱材層２４が設けられる。断熱材層２４は、水蒸気の収容空間への進入を減らすとともに、耐火材層３０と相変化材層２０との間の断熱性能を高めることができる。

本実施形態の断熱材層２４は、相変化材層２０を包囲する６面体の箱形状を有し、６面のうち視野方向に交差する１面に窓２４ｗが設けられる。断熱材層２４は、６面体の各面に対応する６枚の断熱材板２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅを含み、互いに分離できる。断熱材板２４ｂは底部をなすように水平面に平行に延在し、断熱材板２４ｃおよび３枚の断熱材板２４ｄは側壁をなすように鉛直面に平行に延在し、断熱材板２４ｅは天井部をなすように水平面に平行に延在する。断熱材板２４ｃには窓２４ｗが設けられる。

断熱材層２４に用いる断熱材は、公知の様々なものを使用可能である。本実施形態の断熱材層２４は、耐熱性の高い無機質の断熱材料、例えばシリカ質の多孔質複合材を用いている。この場合、多孔質体を含むため、水蒸気を吸着して透過を減らすとともに所望の断熱性能を容易に得られる。また、繰り返し使用にも耐える耐久性を実現できる。断熱材層２４の厚さなどの形状パラメータは、所望の断熱性能に応じて計算やシミュレーションにより設定できる。

図３は、ガラスフィルタ１４の構成を示す側面図である。ガラスフィルタ１４は、炉内を撮像可能な程度の光透過性と、耐熱性、断熱性を備えることが望ましい。このため、ガラスフィルタ１４は、積層された複数の透光板１４ｂ〜１４ｆにより構成されてもよい。

図１に示すように、ハウジング１８は、さらにフレーム３２を有する。フレーム３２は、ハウジング１８を外側から支持する骨格として機能する。フレーム３２は、耐火材層３０を着脱可能に支持する。

図１、図４、図５を参照してフレーム３２を説明する。図４、図５はフレーム３２と耐火材層３０とを示す側面図である。図４は組み立てられた状態を示し、図５は分解された状態を示す。本実施形態では、フレーム３２は、底部３２ｂと、４つの縦枠３２ｃと、天井部３２ｄとを含む。底部３２ｂと天井部３２ｄとは平面視で矩形を呈する。４つの縦枠３２ｃは、底部３２ｂの四隅からハウジング１８の各稜に沿って垂直に延びる。４つの縦枠３２ｃの下端は、底部３２ｂに固定される。天井部３２ｄは、ボルト等のファスナ（不図示）により４つの縦枠３２ｃの上部に固定される。天井部３２ｄは、ファスナを外すことにより、縦枠３２ｃから容易に取り外し可能に構成される。

図１に示すように、本実施形態の天井部３２ｄにはハンドル部３６が設けられる。炉内観察装置１００は、ハンドル部３６を手で持ち上げて持ち運び可能に構成されている。ハンドル部３６の形状に制限はないが、この例では、ハンドル部３６は、水平に延びる棒材の両側を下方に折曲げた形状を有する。

これらの図に示すように、天井部３２ｄを外すことにより、６枚の耐火材板３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅは、互いに分離して取り外すことができる。上述したように、石膏板は、結晶水を失うと再使用できないので、メンテナンスの際に、所定の回数または所定の時間使用した耐火材層３０は、新たな別の耐火材層３０に交換される。炉内観察装置１００では、使用済みの耐火材層３０を容易に取外しでき、新たな別の耐火材層３０を容易に装着できる。特に、図５に示すように、耐火材板３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅは、人手によって容易に分解され、フレーム３２から取り外すことができる。また、図４に示すように、分解された耐火材板３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅは、人手によりフレーム３２に装着することによって容易に組み立てることができる。

図６は、炉内観察装置１００が押出ラム５０に装着された状態を示す側面図である。この図に示すように、炉内観察装置１００は、押出ラム５０に装着され、押出ラム５０とともにコークス炉６０の炉内に押し入れられ、その状態で炉内を撮像する。炉内を撮像した炉内観察装置１００は、押出ラム５０とともに炉外に引出される。このため、炉内観察装置１００は、観察対象のコークス炉６０に押し入れられる直前に押出ラム５０に装着され、炉外に引出された直後に押出ラム５０から取外されてもよい。

図７は、炉内観察装置１００の装着部３４と、押出ラム５０のラム側装着部５２ｂとを示す側面図である。装着部３４は、炉内観察装置１００を、押出ラム５０に着脱自在に装着するための部分である。本実施形態の装着部３４は、フレーム３２の底部３２ｂの四隅から下方に伸びる４つの脚状の部分である。

押出ラム５０には、炉内観察装置１００を載置するための載置台５２が設けられている。載置台５２には、装着部３４に対応する位置に４つのラム側装着部５２ｂが設けられる。ラム側装着部５２ｂは、載置台５２から上方に突出して、装着部３４と互いに係合可能な形状を有する。炉内観察装置１００が載置台５２に載置された状態で、ラム側装着部５２ｂの外側面は、装着部３４の内側面と接触する。ラム側装着部５２ｂは、載置された炉内観察装置１００の水平方向への移動を規制し、炉内観察装置１００の上方への移動を制限しないものであってもよい。例えば、ラム側装着部５２ｂは、ラム側装着部５２ｂの内側面が、装着部３４の外側面と接触するように配置されてもよい。炉内観察装置１００は、ラム側装着部５２ｂに載せられることで取付けられ、上方に持上げられることで取外しされる。つまり、炉内観察装置１００は、ボルトなどの追加の固定具を用いず、ラム側装着部５２ｂと装着部３４が直接係合することで固定されているため、工具を用いることなく、押出ラム５０に着脱可能に構成されている。

次に、このように構成された炉内観察装置１００の使用可能時間を説明する。炉内観察装置１００では、耐火材層３０の昇温抑制効果は、蒸発により結晶水が失われるにつれて低下し、相変化材層２０の昇温抑制効果は、吸熱した熱量が増加するにつれて低下する。これらの理由により、炉内観察装置１００の累積使用時間が一定時間を過ぎると、その昇温抑制効果は大幅に低下する。

昇温抑制効果が低下し、収容空間の温度が撮像装置１０の許容上限温度に達すると、その炉内観察装置１００は使用できなくなる。炉内観察装置１００の使用可能時間は、耐火材層３０の結晶水の含有量、相変化材層２０の潜熱量、炉内温度、許容上限温度などをパラメータとして計算やシミュレーションによって算出できる。炉内観察装置１００は、このように算出された使用可能時間の範囲で使用されることが望ましい。なお、炉内観察装置１００は、耐火材層３０を交換し、相変化材層２０を冷ますことによって再使用できる。

次に、炉内観察装置１００の使用方法の一例を説明する。この説明では、多数（例えば、１００門）の炉が連設されたコークス炉において、炉内観察装置１００を使用可能時間の範囲で使用する例を示す。すべての炉を観察対象とすることも考えられるが、この例では所定の割合（例えば、１０％）で抜き出された炉を観察対象とする。この場合に、累積使用時間が使用可能時間内となるように、観察対象の炉数を設定してもよい。

（１）先ず、メモリ装置１２が装着された炉内観察装置１００を準備する。
（２）観察対象の炉について、コークスを押出すために挿入される前の押出ラム５０に、炉内観察装置１００を装着する。
（３）炉内観察装置１００を押出ラム５０と一体的に炉内に押し入れ、炉内を撮像し、撮像結果をメモリ装置１２に記憶する。

（４）炉外に引出された炉内観察装置１００を押出ラム５０から取外す。
（５）残りの観察対象の炉について、（２）〜（４）の工程を繰り返す。
（６）観察対象の炉の炉内観察が終了したら、炉内観察装置１００からメモリ装置１２を取出し、記憶された撮像結果を分析する。
（７）使用済みの炉内観察装置１００について所定のメンテナンスを行う。
これらの手順はあくまでも一例であり、他の工程を追加したり、一部の工程を変更または削除したり、工程の順序を入れ替えて使用してもよい。

次に、このように構成された本実施形態の作用・効果を説明する。

炉内観察装置１００は、内部を観察するためにコークス炉に出し入れ可能な炉内観測装置であって、撮像装置１０と、撮像装置１０を覆う相変化材層２０と、相変化材層２０を覆う耐火材層３０と、を備え、耐火材層３０は石膏を含む。

この構成によれば、相変化材層２０と石膏を含む耐火材層３０とを有するから、外部から冷却空気などの冷媒を導入する配管や電子冷却用のケーブル配線を使用しなくても、撮像装置１０の温度上昇を抑制できる。配管や配線がないので、これらの付帯設備も省略でき、構成を簡素化できる。

相変化材層２０と、耐火材層３０との間に断熱材層２４が設けられてもよい。この場合、耐火材層３０から収容空間への水蒸気の侵入を低減できる。また、耐火材層３０と相変化材層２０との間の断熱性能を向上できる。この結果、炉内観察装置１００の使用可能時間を長くできる。

炉内観察装置１００は、耐火材層３０を着脱可能に支持するフレーム３２を有してもよい。この場合、耐火材層３０を容易に交換できる。また、炉内観察装置１００の再使用が容易になる。

炉内観察装置１００を、押出ラム５０に着脱自在に装着する装着部３４を有してもよい。この場合、押出ラム５０によって炉内観察装置１００を炉内に出し入れできる。また、炉内観察装置１００の取り付け取り外しを短時間で行うことができる。また、炉内観察装置１００の着脱に必要な押出ラム５０の停止時間を短くできる。

炉内観察装置１００は、工具を用いることなく押出ラム５０に固定可能に構成されてもよい。この場合、炉内観察装置１００の着脱を一層短時間で行うことができる。

相変化材層２０で覆われた空間には、撮像装置１０の撮像結果を記憶するためのメモリ装置１２が着脱自在に設けられてもよい。この場合、ケーブル配線を介して撮像結果を出力する場合と比べて、配線がない分構成を簡素化できる。また、配線がないので、それだけ炉内観察装置１００の着脱作業を軽減できる。また、相変化材層２０で覆われた空間でメモリ装置１２を用いるので、耐熱温度が高くない汎用の記憶素子を使用できる。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態の説明では、第１実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。第１実施形態と重複する説明を適宜省略し、第１実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

本発明の第２実施形態は、炉内観察装置１００のメンテナンス方法である。この方法は、炉内観察装置１００から使用済みの耐火材層３０を外す工程と、使用済みの耐火材層３０を外した炉内観察装置１００に別の耐火材層３０を装着する工程と、を含む。

第２実施形態によれば、炉内観察装置１００を容易にメンテナンスし再使用できる。本実施形態は、相変化材層２０を冷ます工程を含んでもよい。この場合、耐火材層３０を脱着する作業が容易になり、短時間でメンテナンスできる。

以上、本発明の実施形態の例について詳細に説明した。上述した実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体例を示したものにすぎない。実施形態の内容は、本発明の技術的範囲を限定するものではなく、請求の範囲に規定された発明の思想を逸脱しない範囲において、構成要素の変更、追加、削除等の多くの設計変更が可能である。上述の実施形態では、このような設計変更が可能な内容に関して、「実施形態の」「実施形態では」等との表記を付して説明しているが、そのような表記のない内容に設計変更が許容されないわけではない。また、図面の断面に付したハッチングは、ハッチングを付した対象の材質を限定するものではない。

以下、変形例を説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

実施形態の説明では、ハウジング１８が、３層の昇温抑制部材を備える例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ハウジングの昇温抑制部材は２層であってもよいし、４層以上であってもよい。ハウジングの構成は、所望の昇温抑制性能に応じて変更されてもよい。

実施形態の説明では、断熱材層２４にシリカ質の多孔質複合材を用いる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、断熱材層は、真空断熱構造などの種々の原理に基づく断熱手段を含んでもよい。

実施形態の説明では、炉内観察装置１００が押出ラム５０によって炉内に出し入れされる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、炉内観察装置１００は、押出ラム５０とは別の機構により炉内に出し入れされてもよい。

上述の各変形例は上述の実施形態と同様の作用・効果を奏する。

上述した実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１０・・撮像装置、 １２・・メモリ装置、 １４・・ガラスフィルタ、 １６・・透光窓、 １８・・ハウジング、 ２０・・相変化材層、 ２４・・断熱材層、 ３０・・耐火材層、 ３２・・フレーム、 ３４・・装着部、 ３６・・ハンドル部、 ５０・・押出ラム、 ６０・・コークス炉、 １００・・炉内観察装置。

Claims (7)

1. 内部を観察するためにコークス炉に出し入れ可能な炉内観測装置であって、
   撮像装置と、
   前記撮像装置を覆う相変化材層と、
   前記相変化材層を覆う耐火材層と、を備え、
   前記耐火材層は石膏を含むことを特徴とする炉内観察装置。
2. 前記相変化材層と、前記耐火材層との間に断熱材層が設けられることを特徴とする請求項１に記載の炉内観察装置。
3. 前記耐火材層を着脱可能に支持するフレームを有することを特徴とする請求項１または２に記載の炉内観察装置。
4. 本炉内観察装置を押出ラムに着脱自在に装着する装着部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の炉内観察装置。
5. 本炉内観察装置は、工具を用いることなく前記押出ラムに固定可能に構成されることを特徴とする請求項４に記載の炉内観察装置。
6. 前記相変化材層に覆われた空間には、前記撮像装置の撮像結果を記憶するためのメモリ装置が着脱自在に設けられることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の炉内観察装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の炉内観察装置のメンテナンス方法であって、
   炉内観察装置から使用済みの耐火材層を外す工程と、
   使用済みの耐火材層を外した炉内観察装置に別の耐火材層を装着する工程と、
   を含むことを特徴とする炉内観察装置のメンテナンス方法。

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