JP6766483B2

JP6766483B2 - 高温部観察窓

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Publication number: JP6766483B2
Application number: JP2016134831A
Authority: JP
Inventors: 阿波　靖彦; 靖彦阿波
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-07-07
Filing date: 2016-07-07
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2036-07-07
Also published as: JP2018004215A

Description

本発明は高温部観察窓に関する。具体的には、たとえば、コークス炉補修装置やコークス詰り除去装置などに設置した観察装置により、１０００℃を超え最高１３００℃のコークス炉炭化室内の炉壁、もしくは赤熱コークスの観察に用いる観察装置の観察窓に関する。

たとえば、石炭を乾留して鉄鋼製錬に使用するためのコークスを製造するためのコークス炉は、耐火煉瓦により構成された炭化室と燃焼室が交互に配置される構成となっている。燃焼室で発生させた熱が、耐火煉瓦を通して炭化室に伝わり、炭化室内に装入したコークスの原料である石炭を加熱乾留してコークスが製造される。

このコークス炉の炭化室、燃焼室を構成する耐火煉瓦等の耐火物は、長年使用することにより、高温加熱を繰り返す熱負荷、高温の炉内雰囲気に耐える化学的負荷、建築物である炉を構成する機械構造物としての機械的負荷により劣化する。たとえば、１０００℃以上の高温で長時間保持されることで炉壁耐火物の一部が変質したり、炉内に装入した石炭の揮発成分等により炉壁耐火物が侵食されたり、原料である石炭の装入時や、乾留完成品であるコークスを取り出す際の押し出し時の衝撃により炉壁が損傷するので、炉壁耐火物が劣化する。

コークス炉等の炉構造物の炉壁の劣化は、放置すると生産効率の低下や、最も深刻な場合は、炉の損傷や倒壊を引き起こすため、炉壁の劣化等の状態について、内部を観察し、詳細に把握する必要がある。また、炉内の被加熱物（被処理物、コークス炉の場合は赤熱コークス）の状態を把握するためにも炉内を観察する必要がある。

たとえば、特許文献１〜３には、燃焼室の天井部に設けられた、開口径６０〜１２０ｍｍ程度のフリュー孔と呼ばれる孔から燃焼室内部をカメラで観察する技術が開示されている。

このように、コークス炉炭化室内の炉壁などの高温部をカメラで観察する際に、炉の内部から放射される熱や雰囲気からカメラを保護し、かつ明瞭な画像を得るために耐熱性、赤外線遮断などの特性を有したガラスでカメラの前面に観察窓を設ける。

特開２００７−３０８５３６号公報特表２００１−５０１７１９号公報特開２００７−０６３３００号公報特開２０１５−９９１７６号公報特開平６−５１２３５号公報

この観察窓にはホットミラーが使用されており、観察はホットミラーを通して行われる。ホットミラーは、赤外線のみを反射させ、可視光を透過させるため、観察窓にホットミラーを使用することにより、炉壁からの多量の赤外線による輻射伝熱を防ぎつつ、内部を観察することができる。
しかしながら、カメラと観察対象の高温部の距離が近い場合、放射される熱量が大きく、ホットミラーをその間に一枚設けても、一枚のホットミラーで減少できる赤外線には限界があるためカメラへの十分な断熱が行われない。そこで、ホットミラーを複数枚重ねて、赤外線による入熱を大幅に減少させる必要がある。

しかし、単にホットミラーを重ねるかパッキンをはさんで重ねても熱の滞留、蓄積でホットミラーの割れや赤外線反射用のコーティングがはがれるという問題が発生した。また、コークス詰り除去装置や、図７に示したコークス炉補修装置３４などに、観察窓およびカメラを内蔵する観察装置３２を設置する場合では、狭いスペースに観察装置３２を設置する必要があるため、高温部観察窓の構造を簡略化しコンパクトにする必要がある。
さらに、観察窓自体の断熱性および耐熱性が向上すれば、測定対象と観察窓、ひいてはカメラとの距離を近づけることができる。また、観察窓の厚さを薄く、構造を簡略化しコンパクトとすることによっても、観察窓が薄くなった分だけカメラを観察対象に近づけることができる。カメラを観察対象に近づけることができれば、正確な観察を行うことができ、観察視野の大きさを確保することもできる。

特許文献１〜３には、観察用のカメラを冷却する構造については開示されているものの、観察窓そのものの耐熱性を向上させることや、観察窓をコンパクトにする記載や示唆はされていない。そもそも、観察窓そのものの耐熱性や構造に関する課題も提示されていない。

一方、光を透過させる目的で使用する光学透過体（レーザ加工機のレーザ発振機用レンズ）を冷却する構造として、特許文献４、５に開示の技術が公知である。
特許文献４には、レーザ装置に使用されるレンズホルダに関し、レンズを保持するレンズホルダ内のレンズ固定部の円周に設けられた所定角度の孔から冷却用空気を噴出する構造が記載されている。しかしながら、特許文献４の技術では、レンズホルダの厚さが必要であり、多数のレンズを長手方向に配置する場合は、かなりの長さが必要となり、コンパクトな構造にはできない。また、薄いガラスを狭い間隔で配置することができない。
特許文献５には、レーザ装置に使用されるレンズホルダに関し、孔から長手方向に空気を噴出す構造が記載されている。しかしながら、特許文献５の技術では、狭い間隔で配置したガラスの全面を冷却するには不向きである。

そもそも、高出力レーザを必ず透過させなければならない特許文献４、５に記載のレンズとは異なり、炉内から漏れ出る赤外線を防止する観察窓のホットミラーは、強制冷却の必要性や、ホットミラーの割れや赤外線反射用のコーティングがはがれるという課題自体が認識されていなかった。

本発明は、上記のようなことから、ホットミラーの本体およびホットミラーのコーティングを熱から保護し、狭い間隔で配置したホットミラーのガラスの全面の表面、裏面を冷却気体である空気が層流で流れるように冷却でき、構造を簡略化しコンパクトとした高温部観察窓を提供することを目的とする。

（１）金属製で筒状のガラスホルダーにおいて、
前記ガラスホルダーの筒状断面内に、ミラー面がカメラの視野軸の長手方向とほぼ垂直になるよう設けられ、赤外線のみを反射させ、可視光を透過させる２枚以上のホットミラーと、
前記ガラスホルダーの筒状断面内に、前記ホットミラーと交互に同数配置され、リング状で外周にギヤ状突起を有し、リング面がカメラの視野軸の長手方向とほぼ垂直になるよう設けられ、カメラの視野軸の長手方向に前記ギヤ状突起を一定角度折曲げた、前記ホットミラーを押えるホットミラー押え板と、
前記ガラスホルダーの筒状断面内に、ガラス面がカメラの視野軸の長手方向とほぼ垂直になるよう設けられ、前記ホットミラーおよび前記ホットミラー押え板よりも観察対象側に設けられた耐熱ガラスと、
前記ガラスホルダーの観察対象側の最外部に取り付けられた耐熱ガラス押え板と
を備え、
前記２枚以上のホットミラーの間には、前記ホットミラー押え板の前記ギヤ状突起により空間が設けられており、
前記ガラスホルダーには、冷却用の冷却気体供給口が設けられ、
前記ガラスホルダーの内壁には、
前記冷却気体供給口から冷却気体供給通路を経由して、最も観察側のホットミラーから耐熱ガラスが設けられた外側まで連通している冷却気体供給通路溝が設けられ、
前記ガラスホルダーの内壁の、前記冷却気体供給通路溝に対向する位置には、最も観察側のホットミラーから耐熱ガラスが設けられた外側まで連通している冷却用の冷却気体排出通路溝が設けられ、
前記冷却気体供給通路溝および前記冷却気体排出通路溝と、前記空間とは、それぞれ、前記ギヤ状突起間の開孔部により連通しており、
前記耐熱ガラス押え板は、前記冷却気体供給通路溝および前記冷却気体排出通路溝から、耐熱ガラスが設けられた外側まで流通した冷却気体の流れを、前記耐熱ガラス押え板にぶつけることにより冷却気体の流れを筒中心方向に変える機構を有する
ことを特徴とする高温部観察窓。
（２）前記耐熱ガラス押え板を最外部に取り付けることにより、ホットミラー押え板のギヤ状突起をガラスホルダー長手方向に弾性変形させた弾性力によりホットミラーと耐熱ガラスの動きが抑制されていることを特徴とする（１）に記載の高温部観察窓。
（３）前記ガラスホルダーは、
前記冷却気体供給通路から分岐し、前記冷却気体供給通路溝とは独立して前記耐熱ガラス押え板に前記冷却気体供給口から取り込んだ冷却気体を当てる横孔と、
前記冷却気体排出通路溝から分岐して前記耐熱ガラス押え板にホットミラーを冷却した冷却気体を当てる横孔とを有し、
前記耐熱ガラス押え板は、前記冷却気体の流れを筒中心方向に変える機構として、
前記冷却気体供給通路溝、前記冷却気体排出通路溝および前記横孔から、耐熱ガラスが設けられた外側まで流通した冷却気体の流れを、前記耐熱ガラス押え板に当てることより耐熱ガラスの観察対象側の面に向ける溝を有することを特徴とする（１）または（２）に記載の高温部観察窓。

本発明により、１０００℃を超え最高１３００℃のコークス炉炭化室内の炉壁、もしくは赤熱コークスを耐用温度４０℃程度のカメラでの観察をする場合に、ホットミラーを複数枚数重ねて、ミラーもしくは同表面のコーティングを壊すことなく使用できる。また、長さ５０ｍｍ程度の狭い空間で大容量の輻射伝熱を防ぐことができるので、コークス炉のみならず加熱炉をカメラで観察する場合に有効かつ、安価に実現可能である。

（Ａ）本発明の高温部観察窓を構成する各部品を組み立てた際の側面断面図、（Ｂ）Ｂ−Ｂ矢視部分断面図、（Ｃ）Ｃ−Ｃ矢視部分断面図本発明の高温部観察窓を構成する各部品の形状および配置を示す分解透視図、および冷却気体の流れを示した図本発明のホットミラー押え板９の形状を示した図本発明の耐熱ガラス押え板１１の形状を示した図（Ａ）本発明の別の態様の高温部観察窓を構成する各部品を組み立てた際の側面断面図、（Ｂ）Ｂ−Ｂ矢視部分断面図、（Ｃ）Ｃ−Ｃ矢視部分断面図本発明の別の態様の高温部観察窓を構成する各部品の形状および配置を示す分解透視図、および冷却気体の流れを示した図補修装置に観察装置を設置して使用する使用例を示した図

本発明の高温部観察窓について具体的に述べる。
本発明における高温部観察窓とは、カメラの耐熱温度以上となる部分を観察するための窓である。カメラの耐熱温度とは、現在通常使用されるＣＣＤ等のデジタルカメラやカメラレンズの耐熱温度である４０℃程度とする。また、カメラにより観察する観察窓だけでなく、目視により観察する観察窓も本発明を適用できる。典型的な高温部観察窓は加熱炉内部の観察窓である。観察窓は炉に直接設置してもよいし、所定の高温部観察用の観察装置に取り付けてもよい。

図１〜４を参照し、本発明の高温部観察窓３３の必須構成を説明する。図１（Ａ）は、本発明の高温部観察窓３３を構成する各部品の形状、配置、および、矢印により内部を流れる冷却気体の流れ１９を示した断面図である。冷却気体は典型的には空気であるが、窒素ガス等不活性ガスであってもよい。図１（Ｂ）、図１（Ｃ）は、それぞれ、図１（Ａ）のＢ−Ｂ矢視部分断面図、Ｃ−Ｃ矢視部分断面図である。また、図２（Ａ）は、本発明の高温部観察窓３３を構成する各部品の形状、配置を示す分解透視図、図２（Ｂ）は、冷却気体の流れ１９をホットミラー８、ホットミラー押え板９、耐熱ガラス押え板１１で示した図である。なお、図２（Ａ）は、各部品の形状を理解しやすいように、ガラスホルダー１を長手方向に引き伸ばした図であり、ガラスホルダー１の実際の長手方向の長さは短い。１１については、図２（Ａ）、図４において、ガラスホルダー１に取り付けられる側から見た図とその反対側から見た図の両方を示している。また、図２（Ａ）は、ホットミラー８と、ホットミラー押え板９の形状が理解しやすいようにそれぞれ引き離して表記しているが、使用時には各々密着している。図３は、ホットミラー押え板９の構造を示した図面、そのうち図３（Ｂ）の左図はＢ−Ｂ矢視部分断面図、右はその拡大図、図４は、耐熱ガラス押え板１１の構造を示した図面、そのうち、図４（Ａ）はガラスホルダー１に取り付けられる側から見た斜視図、図４（Ｂ）はその反対側から見た斜視図、図４（Ｃ）は、ガラスホルダー１に取り付けられる側から見た平面図である。
ガラスホルダー１の開口部のカメラ１８を設置する側、あるいは観察者が窓を覗く側を観察側２９、炉内内部等の観察したい対象がある側を観察対象側２８と呼ぶことにする。

本発明の高温部観察窓３３は、図１（Ａ）に示したように、ガラスホルダー１の内部に、観察側２９から、耐熱パッキン７、複数のホットミラー８、ホットミラー８と交互に同数でホットミラー押え板９、耐熱ガラス１０を備える。また、ガラスホルダー１の観察対象側２８の最外面には、耐熱ガラス押え板１１を備える。
以下、各々の部品とその配置について説明する。

ガラスホルダー１は、図２（Ａ）に示したように金属製の筒状である。この筒状となる断面の外形および内形の形状は、図１（Ｂ）、図２（Ａ）においては円形であるが、円形、楕円形、角形、矩形等、特に制限されない。内形は、ガラスホルダー１内部を通して観察対象を観察できる形状および大きさであればよい。この内形断面形状は、ホットミラー８、耐熱ガラス１０の外形と一部を除いて略同一である。この略同一でない一部は後述するが、ガラスホルダー内部壁２０内に設けられた冷却気体供給通路溝１６および冷却気体排出通路溝１７の部分である。
図１（Ａ）、図２（Ａ）に示したように、ガラスホルダー１には、冷却気体を導入する冷却気体供給口２が観察側２９に設けられ、冷却気体供給口２より連通して、冷却気体供給通路３が設けられている。さらに、ガラスホルダー内部壁２０には、冷却気体供給通路溝１６および冷却気体排出通路溝１７が設けられている。冷却気体供給通路溝１６は、冷却気体供給通路３と連通し、最も観察側のホットミラー設置位置から耐熱ガラスが設けられた外側の冷却気体供給通路溝出口５まで連通している。一方、冷却気体排出通路溝１７は、冷却気体供給通路溝１６の点対称側のガラスホルダー内部壁２０に設けられ、最も観察側のホットミラー設置位置から耐熱ガラスが設けられた外側の冷却気体排出通路溝出口６まで連通している。これら冷却気体供給通路溝１６、冷却気体排出通路溝１７は、ホットミラー８、耐熱ガラス１０をガラスホルダー内部壁２０にはめ込むことにより、図１（Ｂ）の１６、１７として示したように、ホットミラー８、耐熱ガラス１０とガラスホルダー内部壁２０の間に冷却気体の通る隙間を形成する。冷却気体供給通路溝１６および冷却気体排出通路溝１７同士を対向した位置に配置するのは、両者の位置を離すためであり、冷却気体供給と排出の位置が近いと、１６から１７へと短絡した経路で、冷却気体が排出されてホットミラー８の冷却が不十分になるためである。また、対向した、とは、ほぼ点対称に配置することであり、円形の場合は中心点を対称点とするものであり、円形以外の場合は、断面図形の重心を対称点とするものである。
なお、図１（Ｂ）では、冷却気体供給通路溝１６、冷却気体供給通路溝出口５、冷却気体排出通路溝１７、冷却気体排出通路溝出口６の溝断面は半月状であるが、断面形状は半月状に限られるものではない。また、図１（Ａ）、図２（Ａ）において、冷却気体供給通路溝１６、冷却気体排出通路溝１７は長手方向に直線的に設けてあるが、らせん状等、溝を曲げて形成しても構わない。その場合、一方の溝のらせん形状に対応するように点対称に他方の溝をらせん形状に形成する。

図１（Ａ）、図２（Ａ）に示したように、ガラスホルダー１の筒状断面内部には、カメラ１８のある観察側２９から順に、耐熱パッキン７、ホットミラー８、ホットミラー押え板９、ホットミラー８、ホットミラー押え板９、耐熱ガラス１０が配置される。これらのうち、ホットミラー８、耐熱ガラス１０は、各々の外縁が、冷却気体供給通路溝１６、冷却気体排出通路溝１７以外の場所ではガラスホルダー内部壁２０に密着するように設ける。ホットミラー８、耐熱ガラス１０は、それぞれ、ミラー面、ガラス面がカメラの視野軸の長手方向と略垂直になるよう設けられ、ホットミラー押え板９は、リング面２３がカメラの視野軸の長手方向と略垂直になるよう設けられる。ホットミラー押え板９は、各々、両側に配置されるホットミラー８、耐熱ガラス１０に両側で密着している。また、ガラスホルダー１の観察対象側２８の最外部には、耐熱ガラス押え板１１が設けられ、観察対象側の最外部側面からガラスホルダー１に耐熱ガラス押え板のボルト孔１４を通してガラスホルダーの雌ネジ部にボルトを用いてネジ止めすることで固定される。

耐熱パッキン７は、最も観察側に配置されたホットミラー８とガラスホルダー１のガラスホルダー内部壁２０とのシーリングのために設けられる。耐熱パッキン７の位置は十分に観察対象の高温部から断熱されているため、シーリングできれば、通常の物でもよくパッキンの材質は特に耐熱性に優れたものに限定されるものではない。しかしながら、使用寿命の観点からは耐熱性に優れたシリコンゴムを用いることが好ましい。

ホットミラー８は、赤外線を反射し、可視光を透過するガラスで構成されている。可視光を透過することで、ホットミラー８を通しての高温部の観察が可能となり、赤外線を反射することで、高温部の熱がカメラ１８に達することを防止できる。ホットミラー８としては、ガラスに赤外線反射膜をコーティングした市販のものを用いればよい。

ホットミラー押え板９について、図３に示し説明する。
ホットミラー押え板９は、リング状であり、リングの外周部にギヤ状突起２２を有している。このギヤ状突起２２は、ギヤ状突起２２の根本において、リングの外周円に沿ってリング面２３から一定の角度で折り曲げられている（図３の側面図、Ａ部詳細参照）。二つのホットミラー８の間にホットミラー押え板９を設けてガラスホルダー１を組み立てた際には、片側のホットミラー８には、ギヤ状突起２２の先が接し、反対側のホットミラー８には、リング面２３が接する。そのため、ホットミラー押え板９を挟んだ二つのホットミラー８の間には、ホットミラー押え板９のギヤ状突起２２のために空間が設けられ、また、ギヤ状突起開孔部２１のために円周方向に穴の空いた空間を設けられる。冷却気体供給通路溝１６より、冷却気体が供給されると、このギヤ状突起開孔部２１を通じて、８と９の間の空間に導入されてホットミラー８を冷却できる。冷却済みの冷却気体は、冷却気体供給通路溝１６とは点対称側のギヤ状突起開孔部２１を通じて冷却気体排出通路溝１７へと排出することができる（図１（Ａ）、図２（Ｂ）参照）。この冷却気体を流通させることができるためにホットミラー８の熱による損傷を防止することができる。また、ホットミラー押え板９を、このような形状とすることにより、狭い間隔で配置したホットミラー８のガラスの全面の表面、裏面を冷却気体が層流で流れるので、冷却気体の流れに遅滞がなく、効率よく冷却できる。

ホットミラー抑え板９は、ある程度の耐熱性を有することが好ましい。また、折り曲げたギヤ状突起２２、ホットミラー抑え板９は、リング面垂直方向に押し込んだ際にある程度の弾性力を有することが好ましい。これは、測定する際に観察側からの熱により、高温部観察窓３３が観察時に熱で熱膨張し、ホットミラー８や耐熱ガラス１０がガラスホルダー１より緩むことがあるが、予め、弾性力を付与して取り付けておけば、その弾性力により付勢され、保持されるためである。以上のような性質を付与するためには、ホットミラー抑え板９は、金属で構成することが好ましい。特に、耐熱性と強度を兼備するステンレス製が好ましい。

冷却気体を流通させる都合上、ギヤ状突起２２の突起長さ２５（折り曲げた根本地点から先端までの長さ）は、３〜１０ｍｍが好ましく、ギヤ状突起２２の幅およびギヤ状突起開孔部２１の幅（ギヤ状突起２２の間隔）は、４〜１２ｍｍが好ましい。また、ギヤ状突起２２の折り曲げ幅２４は、ホットミラー押え板９を設置した際に、ホットミラー８同士に２〜５ｍｍの間隔を設けられるよう折り曲げることが好ましい。また、ホットミラー押え板９自体の板の厚さは、省スペースの観点からは、薄いほどよいが、強度や材質との兼ね合いで、適宜決定できる。好ましい厚さは、０．１〜１ｍｍである。リングの孔は、視野が広くなるので、大きいほど好ましい。
ホットミラー８とホットミラー押え板９は、交互に同数で二組以上配置され、図２（Ａ）には二組しか図示されておらず、図１（Ａ）においては５組であるが、３〜７組程度が好ましい。少なすぎると耐熱、断熱性が不十分となり、多すぎるとスペースが必要となり高温部観察窓３３をコンパクトにすることができない。

耐熱ガラス１０は、高温の観察対象側から対流してくる熱から、ホットミラー８を保護するために設けられる。材質としては、たとえば、１０００℃での耐熱性を有する石英ガラスを用いることができる。また、耐熱ガラス１０は、内部を観察できるよう、透明もしくは無色透明である。

耐熱ガラス押え板１１について、図４に示し説明する。
耐熱ガラス押え板１１は、リング状であり、リングの孔の大きさは、ガラスホルダー１の内径よりもやや小さく、耐熱ガラス押え板１１の内径が、ガラスホルダー１に組み付けた際に筒の中心方向に張り出しているよう構成されている。この張り出しにより、耐熱ガラス１０が外れるのを抑える。また、耐熱ガラス押え板１１は、ガラスホルダー１に組み立てた際に観察側（耐熱ガラス側）となる面に、冷却気体供給通路溝出口５、冷却気体排出通路溝出口６から流出してくる冷却気体がぶつかって流れを筒中心方向に変える機構を有する。具体的には、耐熱ガラス押え板溝Ａ（１２）、耐熱ガラス押え板溝Ｂ（１３）が設けられている。耐熱ガラス押え板溝Ａ（１２）、耐熱ガラス押え板溝Ｂ（１３）は、それぞれ、ガラスホルダー１に組み付けた際に、冷却気体供給通路溝出口５、冷却気体排出通路溝出口６から流出してくる冷却気体の流れが当たる位置に設けられている。そして、流出してくる冷却気体の流れを直角方向に変更する形状、位置となっている。冷却気体の流れにより、耐熱ガラス１０の前面に冷却気体膜を設けられるので、高温部からの熱風等が耐熱ガラス１０へと当たることを防止することができる。また、流出した冷却気体が、耐熱ガラス１０表面に吹き付けられることにより耐熱ガラス１０を冷却するとともに、耐熱ガラス表面に付着した異物を排除することができる。溝１２、１３の形状としては、必ずしも限定されるものではないが、冷却気体供給通路溝出口５、冷却気体排出通路溝出口６の位置から、扇状に広がる形状が好ましく、冷却気体供給通路溝出口５、冷却気体排出通路溝出口６の位置から深くなるよう形成することが好ましい。扇状とすることで、耐熱ガラス１０の面全体に冷却気体が広がり、熱風を遮断することができる。
なお、冷却気体供給通路溝出口５、冷却気体排出通路溝出口６から流出してくる冷却気体がぶつかって流れを筒中心方向に変える機構は、溝を例示したが、冷却気体の流れを筒中心方向に変えられればどのような機構でもよく、角度をつけた板等であってもよい。さらに、溝がなくとも位置関係や、耐熱ガラス押え板１１の大きさから、耐熱ガラス押え板１１に冷却気体がぶつかって中心方向に流れを変えられるのであれば、必ずしも溝は必要ない。

以上の部品を組み立てた本発明の高温部観察窓３３の側面断面図が図１（Ａ）である。また、図１（Ａ）、図２（Ｂ）には、冷却用冷却気体の流れ１９を矢印で示した。図１（Ａ）の例では、ホットミラー８とホットミラー押え板９は、５組であり、最も観察対象側２８のホットミラー押え板９は、耐熱ガラス１０に接している。

高温部観察窓３３を使用する際には、ガラスホルダー１には、冷却用の冷却気体が冷却気体供給口２から導入され、冷却気体供給通路３を経て、冷却気体の流れ１９は、冷却気体供給通路溝１６へと通じる。冷却気体供給通路溝１６に通じた冷却気体の流れ１９は、図１（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、冷却気体供給通路溝１６をそのままガラスホルダー１の長手方向（カメラの視野軸の長手方向）に流れるものと、ホットミラー押え板９のギヤ状突起開孔部２１を通じてガラスホルダー１の筒中心方向に流れるものに枝分かれ（分岐）する。

冷却気体供給通路溝１６をそのままカメラの視野軸の長手方向に流れた冷却気体の流れ１９は、冷却気体供給通路溝出口５まで達して、耐熱ガラス１０の外に排出される。冷却気体供給通路溝出口５から排出された冷却気体の流れ１９は、耐熱ガラス押え板１１の耐熱ガラス押え板溝Ａ（１２）にぶつかって方向を変え、ガラスホルダー１の筒中心方向に流れる。この冷却気体の流れにより、高温部からの熱から耐熱ガラス１０を保護する。

一方、冷却気体供給通路溝１６から、各々のホットミラー押え板９のギヤ状突起開孔部２１を通じてガラスホルダー１の筒中心方向に流れた各々の冷却気体の流れ１９は、各々のホットミラー８を冷却し、冷却気体排出通路溝１７へと排出されて再び合流する。冷却気体排出通路溝１７で合流した冷却気体の流れ１９は、冷却気体排出通路溝出口６まで達して、耐熱ガラス１０の外に排出される。冷却気体排出通路溝出口６から排出された冷却気体の流れ１９は、耐熱ガラス押え板１１の耐熱ガラス押え板溝Ｂ（１３）にぶつかって方向を変え、ガラスホルダー１の筒中心方向に流れる。この冷却気体の流れにより、高温部からの熱をパージし、耐熱ガラス１０を保護する。

冷却気体の流れ１９の動きをわかりやすくするため、ホットミラー８、ホットミラー押え板９、耐熱ガラス押え板１１以外を省略すると図２（Ｂ）のようになる。本発明の構成とすることにより、層流となり、このような冷却気体の流れ１９を生み出し、各々のホットミラー８を冷却用冷却気体で冷却できるので、温度上昇によるホットミラーのコーティングやホットミラー８自体の損傷を防止できる。また、冷却気体供給通路溝１６、冷却気体排出通路溝１７は、ガラスホルダー１の内部に溝を形成するだけで、はめ込んだホットミラー８と、耐熱ガラス１０により冷却気体の流路を形成できるので、ガラスホルダー１自体に複雑な流路を設けることを必要としない。さらに、ホットミラー８の固定や位置決め、ホットミラー８表面の冷却通路確保は、ホットミラー押え板９をホットミラー８同士、ホットミラー８と耐熱ガラス１０の間に挟み込むだけで行える。このため、ガラスホルダー１自体にホットミラーを固定するための機構や仕組みを必要としないため、観察窓を簡略化、コンパクトに省スペース化でき、長手方向の長さも短くすることができる。
また、冷却気体供給通路溝出口５、冷却気体排出通路溝出口６から流出した冷却気体の方向を変えて、耐熱ガラスの表面を２方向からパージ、冷却することも可能とした。

本発明の別の態様として、高温部観察窓３３の各部品の形状、配置を示す断面図を図５（Ａ）に、分解透視図を図６（Ａ）に示した。この態様の特徴としては、横孔Ａ（４）と、横孔Ｂ（１５）が設けられている点である。横孔Ａ（４）は、冷却気体供給通路３から、冷却気体供給通路溝１６と分岐してほぼ平行に、ガラスホルダー１の観察対象側の側面の横孔Ａ出口２６まで貫通して設けられている。横孔Ｂ（１５）は、冷却気体排出通路溝１７から分岐してほぼ平行に、ガラスホルダー１の観察対象側の側面の横孔Ｂ出口２７まで貫通して設けられている。この横孔Ａ（４）、Ｂ（１５）を設けた際の冷却気体の流れを図６（Ｂ）に示す。横孔Ａ（４）、Ｂ（１５）の内部を流れる横孔Ａ、Ｂによる冷却気体の流れ１９１は、それぞれ、横孔Ａ出口２６、横孔Ｂ出口２７から出て、それぞれ、耐熱ガラス押え板溝Ａ（１２）、耐熱ガラス押え板溝Ｂ（１３）にぶつかる。その後、横孔Ａ出口２６から出て耐熱ガラス押え板溝Ａにぶつかった冷却気体は、冷却気体供給通路溝出口５から出て耐熱ガラス押え板溝Ａ（１２）にぶつかった冷却気体と同様に方向を筒中心方向に流れを変え、耐熱ガラス１０の表面を熱から遮断する。同様に、横孔Ｂ出口２７から出て耐熱ガラス押え板溝Ｂにぶつかった冷却気体は、冷却気体排出通路溝出口６から出て耐熱ガラス押え板溝Ｂ（１３）にぶつかった冷却気体と同様に方向を筒中心方向に流れを変え、耐熱ガラス１０の表面を熱から遮断する。このように、横孔Ａ（４）、Ｂ（１５）を設けることにより、耐熱ガラス１０表面の断熱、冷却機能を向上させることができる。なお、図５では、横孔Ａ（４）、Ｂ（１５）は、冷却気体供給通路溝１６、冷却気体排出通路溝１７とほぼ平行に設けられているが、必ずしも平行である必要はなく、耐熱ガラス押え板１１にぶつけて冷却気体の流れを筒中心方向に変えて、耐熱ガラス１０表面を冷却気体で熱から保護できれば、どこに横孔Ａ出口２６、横孔Ｂ出口２７を設けてもよい。その場合、耐熱ガラス押え板１１において、横孔Ａ出口２６、横孔Ｂ出口２７の対応する場所に、２６、２７から流出してくる冷却気体がぶつかって流れを筒中心方向に変える機構を設ける。

１０００℃を超え最高１３００℃の高温場所として、図７のように、コークス炉炭化室３０内の炉壁３１を、カメラを熱から保護する図５に示した本発明の高温部観察窓を備えた補修装置用観察装置３２を使って観察した。ガラスホルダー１は内径約１００ｍｍの金属製の略円筒状で、外径１００ｍｍの円形、３ｍｍ厚のホットミラー８がはめ込まれた。ホットミラー８とホットミラー押え板９は、５セット使用した。ホットミラー押え板９は、材質をステンレス、厚さ０．５ｍｍで、ギヤ状突起２２の折り曲げ幅２４を３ｍｍ、突起長さ２５を５ｍｍ、ギヤ状突起開孔部の幅を８ｍｍとした。ガラスホルダー１の観察対象側に耐熱ガラス１０を配置し、耐熱ガラス押え板１１を最外部に取り付けてホットミラー押え板９のギヤ状突起２２を圧縮力で折り曲げ幅２４を３ｍｍからわずかに変形させホットミラー８と耐熱ガラス１０の動きを抑制した。ガラスホルダー内部壁２０に設けた一定幅の冷却用の冷却気体供給通路溝１６からホットミラー押え板９のギヤ状突起２２のギヤ状突起開孔部２１からホットミラー８と耐熱ガラス１０の表面にあらかじめ除湿、冷却した冷却用の空気（補修装置用観察装置３２の場合は２０℃）を流し、冷却気体供給通路溝１６のほぼ点対称位置に設けた冷却気体排出通路溝１７に流した。ガラスホルダー１の冷却用の冷却気体供給口２からは、冷却気体供給通路溝１６のほかに直接、耐熱ガラス押え板１１に向かう横孔Ａ（４）と横孔Ｂ（１５）にも冷却用の空気を流し、耐熱ガラス押え板１１の耐熱ガラス１０側に点対称に作られた耐熱ガラス押え板溝Ａ（１２）と耐熱ガラス押え板溝Ｂ（１３）に冷却気体供給通路溝出口５と冷却気体排出通路溝出口６からも冷却用の空気が合流して、耐熱ガラス１０の表面を２方向からパージ、冷却した。
その結果、補修装置による補修中、カメラやホットミラーの損傷は見られず、十分な観察を行うことができた。
なお、実施例において、本発明の高温部観察窓を、コークス炉の炉内観察に適用しているが、断熱性、耐熱性が高く、小型化可能であるから、コークス炉に限られるものではなく、高温部を観察するあらゆる観察窓において、適用することができる。

本発明の高温部観察窓により、高温部を観察する際に、小さなスペースで、熱をカメラから断熱できるので、観察装置を小型化することができる。また、簡略化したコンパクトな構成なので、冷却効率の高い高温部観察窓を容易に製造することができる。

１…ガラスホルダー
２…冷却気体供給口
３…冷却気体供給通路
４…横孔Ａ
５…冷却気体供給通路溝出口
６…冷却気体排出通路溝出口
７…耐熱パッキン
８…ホットミラー
９…ホットミラー押え板
１０…耐熱ガラス
１１…耐熱ガラス押え板
１２…耐熱ガラス押え板溝Ａ
１３…耐熱ガラス押え板溝Ｂ
１４…耐熱ガラス押え板ボルト孔
１５…横孔Ｂ
１６…冷却気体供給通路溝
１７…冷却気体排出通路溝
１８…カメラ
１９…冷却気体の流れ
１９１…横孔Ａ、Ｂによる冷却気体の流れ
２０…ガラスホルダー内部壁
２１…ギヤ状突起開孔部
２２…ギヤ状突起
２３…リング面
２４…折り曲げ幅
２５…突起長さ
２６…横孔Ａ出口
２７…横孔Ｂ出口
２８…観察対象側
２９…観察側
３０…炭化室
３１…炉壁
３２…補修装置用観察装置
３３…観察窓
３４…コークス炉補修装置
３５…プッシャーサイド炉口
３６…コークスサイド炉口
３７…炉頂
３８…炉床
３９…観察視野

Claims

金属製で筒状のガラスホルダーにおいて、
前記ガラスホルダーの筒状断面内に、ミラー面がカメラの視野軸の長手方向とほぼ垂直になるよう設けられ、赤外線のみを反射させ、可視光を透過させる２枚以上のホットミラーと、
前記ガラスホルダーの筒状断面内に、前記ホットミラーと交互に同数配置され、リング状で外周にギヤ状突起を有し、リング面がカメラの視野軸の長手方向とほぼ垂直になるよう設けられ、カメラの視野軸の長手方向に前記ギヤ状突起を一定角度折曲げた、前記ホットミラーを押えるホットミラー押え板と、
前記ガラスホルダーの筒状断面内に、ガラス面がカメラの視野軸の長手方向とほぼ垂直になるよう設けられ、前記ホットミラーおよび前記ホットミラー押え板よりも観察対象側に設けられた耐熱ガラスと、
前記ガラスホルダーの観察対象側の最外部に取り付けられた耐熱ガラス押え板と
を備え、
前記２枚以上のホットミラーの間には、前記ホットミラー押え板の前記ギヤ状突起により空間が設けられており、
前記ガラスホルダーには、冷却用の冷却気体供給口が設けられ、
前記ガラスホルダーの内壁には、
前記冷却気体供給口から冷却気体供給通路を経由して、最も観察側のホットミラーから耐熱ガラスが設けられた外側まで連通している冷却気体供給通路溝が設けられ、
前記ガラスホルダーの内壁の、前記冷却気体供給通路溝に対向する位置には、最も観察側のホットミラーから耐熱ガラスが設けられた外側まで連通している冷却用の冷却気体排出通路溝が設けられ、
前記冷却気体供給通路溝および前記冷却気体排出通路溝と、前記空間とは、それぞれ、前記ギヤ状突起間の開孔部により連通しており、
前記耐熱ガラス押え板は、前記冷却気体供給通路溝および前記冷却気体排出通路溝から、耐熱ガラスが設けられた外側まで流通した冷却気体の流れを、前記耐熱ガラス押え板にぶつけることにより冷却気体の流れを筒中心方向に変える機構を有する
ことを特徴とする高温部観察窓。
前記耐熱ガラス押え板を最外部に取り付けることにより、ホットミラー押え板のギヤ状突起をガラスホルダー長手方向に弾性変形させた弾性力によりホットミラーと耐熱ガラスの動きが抑制されていることを特徴とする請求項１に記載の高温部観察窓。
前記ガラスホルダーは、
前記冷却気体供給通路から分岐し、前記冷却気体供給通路溝とは独立して前記耐熱ガラス押え板に前記冷却気体供給口から取り込んだ冷却気体を当てる横孔と、
前記冷却気体排出通路溝から分岐して前記耐熱ガラス押え板にホットミラーを冷却した冷却気体を当てる横孔とを有し、
前記耐熱ガラス押え板は、前記冷却気体の流れを筒中心方向に変える機構として、
前記冷却気体供給通路溝、前記冷却気体排出通路溝および前記横孔から、耐熱ガラスが設けられた外側まで流通した冷却気体の流れを、前記耐熱ガラス押え板に当てることより耐熱ガラスの観察対象側の面に向ける溝を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の高温部観察窓。