(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱処理設備に設けられたバーナの燃焼状態を検査する自走式検査装置を備え、
前記自走式検査装置は、屋外又は屋内測位技術及び自己位置認識技術を用いて、装置本体を検査対象のバーナの近傍まで走行させる走行部と、走行ルート上の停止目標位置及び進行支障箇所に設置された信号源との間で情報通信を行う通信装置を用いて装置本体の位置を推定する位置推定部と、を備え、
前記装置本体は、前記バーナの燃焼排ガスの定量的情報を取得し、取得した定量的情報に基づいて前記バーナの燃焼状態の健全性を判定する検査部を備える
ことを特徴とする熱処理設備の燃焼管理システム。
【請求項２】
前記検査部は、取得した定量的情報とバーナの燃焼状態が健全である時の燃焼排ガスの定量的情報と比較することによって、バーナの燃焼状態の健全性を判定し、前記定量的情報には、燃焼排ガス中の酸素濃度及び一酸化炭素濃度と燃焼排ガスの温度とに関する情報が含まれることを特徴とする請求項１に記載の熱処理設備の燃焼管理システム。
【請求項３】
前記装置本体は、前記バーナの排ガス配管に設けられた排ガス取り出し口に前記燃焼排ガスを吸引する吸引手段を接続し、吸引手段によって吸引された燃焼排ガスを前記検査部に供給する吸引機構と、前記バーナの排ガス配管に設けられた排ガス検査口に前記燃料排ガスを検査する検査部品を装入し、検査部品の検査結果を前記検査部に出力する装入機構と、前記検査部によって判定されたバーナの燃焼状態に応じて、該バーナに供給される燃料ガス及び／又は燃焼空気の流量を調整する流調弁の開度を制御する調整機構と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の熱処理設備の燃焼管理システム。
【請求項４】
前記装置本体は、先端位置に前記吸引機構、前記装入機構、及び前記調整機構を着脱可能であり、該先端位置を移動可能な移動機構を備えることを特徴とする請求項３に記載の熱処理設備の燃焼管理システム。
【請求項５】
前記検査部は、検査結果を担当者に通知する機能及び検査結果を情報処理装置に記録する機能を備えることを特徴とする請求項１〜４のうち、いずれか１項に記載の熱処理設備の燃焼管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱処理設備の燃焼管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼生産プロセスに用いられる熱処理設備の加熱方式として、直火型及び間接型の加熱方式が知られている。直火型の加熱方式は、無酸化炉や合金炉等の熱処理設備に採用されることが多い。これに対して、間接型の加熱方式は、焼鈍炉等の熱処理設備に採用されることが多い。例えば連続焼鈍ライン（Continuous Annealing Line : CAL）や連続溶融亜鉛めっきライン（Continuous Galvanizing Line : CGL）等の焼鈍炉に使用されている間接型の加熱装置であるラジアントチューブ（輻射管）の本数は１炉あたり数十本から数百本に達する。
【０００３】
熱処理設備を通過する鋼材を適正に熱処理するためには、熱処理設備を加熱するバーナの燃焼状態が健全であることが必要である。このような背景から、バーナの燃焼状態を判定する技術が提案されている。
【０００４】
具体的には、特許文献１には、無酸化炉のバーナの燃焼状態を判定する技術が記載されている。詳しくは、特許文献１記載の技術は、無酸化炉の次に通過する還元炉出側における鋼帯の放射率が０．５に近づき、且つ、個々のバーナの燃料ガス及び空気の１次圧の標準圧からのずれが５％に近づき始めた時にバーナの燃焼状態が異常であるおそれがあると判定し、これら以上になった時にバーナの燃焼状態が異常であると判定する。
【０００５】
また、特許文献２には、焼鈍炉のラジアントチューブに設けられたバーナの燃焼状態を判定する技術が記載されている。詳しくは、特許文献２記載の技術は、バーナの予熱空気温度及び排ガス温度と、場合によっては燃料ガスの１次圧とに基づいてバーナの燃焼状態を判定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４１５９０２８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１２９２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１記載の技術は、無酸化炉に設けられたバーナの燃焼状態の異常を判定するためのパラメータとして還元炉出側における鋼帯の放射率を採用しているために、間接的な判定方法であり、且つ、還元炉を通過した鋼帯分のロスは不可避である。また、１次圧の標準圧からのずれが５％に近づいたとしても、必ずしもバーナの燃焼状態が異常であると断定することはできない。これは、何らかの原因で１次圧が標準圧からずれていても、バーナの燃焼状態は健全な状態で均衡している場合があるためである。
【０００８】
また、特許文献２記載の技術は、一般的に焼鈍炉１炉あたり数百本にも及ぶラジアントチューブの全バーナに対して、温度測定器を２個（予熱空気温度測定用及び排ガス温度測定用）及び圧力測定器を１個（燃料ガスの１次圧測定用）設置する必要があるために、多額の初期投資及び維持費、さらには測定器の定期点検が必要となる。このため、特許文献２記載の技術は、現実的とは言いにくく、また特許文献１記載の技術と同様、バーナの燃焼状態を直接的に判定することができない。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、多くの労力及びコストを要することなく、熱処理設備に設けられたバーナの燃焼状態を直接的に精度高く判定可能な熱処理設備の燃焼管理システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る熱処理設備の燃焼管理システムは、熱処理設備に設けられたバーナの燃焼状態を検査する自走式検査装置を備え、前記自走式検査装置は、屋外又は屋内測位技術及び自己位置認識技術を用いて、装置本体を検査対象のバーナの近傍まで走行させる走行部を備え、前記装置本体は、前記バーナの燃焼排ガスの定量的情報を取得し、取得した定量的情報に基づいて前記バーナの燃焼状態の健全性を判定する検査部を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る熱処理設備の燃焼管理システムは、上記発明において、前記検査部は、取得した定量的情報とバーナの燃焼状態が健全である時の燃焼排ガスの定量的情報と比較することによって、バーナの燃焼状態の健全性を判定し、前記定量的情報には、燃焼排ガス中の酸素濃度及び一酸化炭素濃度と燃焼排ガスの温度とに関する情報が含まれることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る熱処理設備の燃焼管理システムは、上記発明において、前記装置本体は、前記バーナの排ガス配管に設けられた排ガス取り出し口に前記燃焼排ガスを吸引する吸引手段を接続し、吸引手段によって吸引された燃焼排ガスを前記検査部に供給する吸引機構と、前記バーナの排ガス配管に設けられた排ガス検査口に前記燃料排ガスを検査する検査部品を装入し、検査部品の検査結果を前記検査部に出力する装入機構と、前記検査部によって判定されたバーナの燃焼状態に応じて、該バーナに供給される燃料ガス及び／又は燃焼空気の流量を調整する流調弁の開度を制御する調整機構と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る熱処理設備の燃焼管理システムは、上記発明において、前記装置本体は、先端位置に前記吸引機構、前記装入機構、及び前記調整機構を着脱可能であり、該先端位置を移動可能な移動機構を備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る熱処理設備の燃焼管理システムは、上記発明において、前記検査部は、検査結果を担当者に通知する機能及び検査結果を情報処理装置に記録する機能を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る熱処理設備の燃焼管理システムによれば、多くの労力及びコストを要することなく、熱処理設備に設けられたバーナの燃焼状態を直接的に精度高く判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である自走式検査装置の検査対象である焼鈍炉の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示すラジアントチューブの構成を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態である自走式検査装置の構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態である自走式検査装置の構成を示す外観図である。
【図５】図５は、バーナの燃焼状態が健全な状態である時の設定空気比と燃焼排ガス中の酸素濃度との関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態である自走式検査装置を含むヒストリカルトレンドによる熱処理設備の燃焼管理システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明に係る熱処理設備の燃焼管理システムは、熱処理設備である焼鈍炉に設けられたバーナの燃焼状態を検査する自走式検査装置を備える。以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である自走式検査装置について説明する。
〔焼鈍炉の構成〕
始めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である自走式検査装置の検査対象である焼鈍炉の構成について説明する。
【００１８】
図１は、本発明の一実施形態である自走式検査装置の検査対象である焼鈍炉の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である自走式検査装置の検査対象である焼鈍炉１は、冷延・表面処理工場に設けられるラジアントチューブ炉である。ラジアントチューブ炉には、処理対象である鋼板の通板方向に沿って配列された複数個のラジアントチューブ１０が設けられており、操業管理や設備メンテナンス等のために複数のフロアデッキ（本例は５フロア）が炉体外側に設置されている。本実施形態では、ラジアントチューブ１０は、ラジアントチューブ炉の両壁に１ｍ間隔で３０本ずつ、焼鈍炉１全体では３００本（＝３０（本）×２（両壁）×５（フロア））設けられている。
【００１９】
本発明の一実施形態である自走式検査装置は、焼鈍炉１に設けられたエレベータ２又は図示しない階段を利用して各フロアデッキに自律的に移動し、ラジアントチューブ炉の入側から出側に向かって移動しながらラジアントチューブ１０のバーナの燃焼状態を順に検査する。
【００２０】
〔ラジアントチューブの構成〕
次に、図２を参照して、ラジアントチューブ１０の構成について説明する。
【００２１】
図２は、図１に示すラジアントチューブの構成を示す模式図である。図２に示すように、ラジアントチューブ１０は、略Ｗ字状に湾曲した配管によって構成され、その両端部はラジアントチューブ炉の炉壁１１の外部に位置するように固定されている。ラジアントチューブ１０の端部１０ａ及び端部１０ｂにはそれぞれ、バーナ１２及びレキュペレーター１３が装着されている。
【００２２】
バーナ１２は、パイロットバーナ１２ａと、メインバーナ１２ｂと、燃焼筒１２ｃと、覗き窓１２ｄと、を備えている。パイロットバーナ１２ａは、燃料ガスを供給する図示しない燃料ガス配管と、燃焼空気を供給する図示しない燃焼空気配管と、燃料ガス配管から供給された燃料ガスと燃焼空気配管から供給された燃焼空気との混合気体に点火して着火用の種火を生成する図示しない点火装置と、を備えている。
【００２３】
メインバーナ１２ｂは、燃焼筒１２ｃ内に燃料ガスを供給する図示しない燃料ガス配管を備えている。燃焼筒１２ｃ内に供給された燃料ガスと燃焼筒１２ｃ内の燃焼空気との混合気体はパイロットバーナ１２ａが生成した種火によって燃焼して火炎（燃焼火炎）を形成する。ラジアントチューブ１０の内部は、燃焼筒１２ｃ内の火炎による輝炎輻射及び燃焼排ガスによる強制対流によって加熱され、ラジアントチューブ１０の外表面から放射される放射熱によってラジアントチューブ炉の内部及び鋼板Ｓが加熱される。燃焼筒１２ｃ内の火炎は、ラジアントチューブ１０の端部１０ａに設けられた覗き窓１２ｄから視認することができる。
【００２４】
メインバーナ１２ｂに供給される燃料ガスの流量は、メインバーナ１２ｂと燃料ガスが流通する燃料ガス本管１４とを繋ぐ配管１５に設けられた流量調整弁１６、遮断弁１７、及び個別流調弁１８の開度を制御することによって制御される。配管１５には、燃料ガスの流量を測定するためのオリフィス流量計１９が設けられている。
【００２５】
レキュペレーター１３は、燃焼筒１２ｃから排出される燃焼排ガスの排熱を回収し、回収した排熱を利用して予熱空気配管２０を介して燃焼筒１２ｃ内に供給される燃焼空気を予熱する。燃焼排ガスの排熱を燃焼筒１２ｃ内に供給される燃焼空気の予熱に利用することによって、ラジアントチューブ炉の熱効率を向上させることができる。燃焼排ガスは、排ガス配管２１を介して炉外に排出される。排ガス配管２１には、燃焼排ガスを検査する検査部品を装入可能な排ガス検査口２１ａと、燃焼排ガスをサンプリングするための開閉弁（排ガス取り出し口）２２が設けられている。レキュペレーター１３は、二重管構造であるものを例示しているが、これに限らず、単管であってもよい。
【００２６】
レキュペレーター１３に供給される燃焼空気の流量は、レキュペレーター１３と燃焼空気が流通する燃焼空気本管２３とを繋ぐ配管２４に設けられた流量調整弁２５、遮断弁２６、及び個別流調弁２７の開度を制御することによって制御される。配管２４には、燃焼空気の流量を測定するためのオリフィス流量計２８が設けられている。
【００２７】
〔自走式検査装置の構成〕
次に、図３及び図４を参照して、本発明の一実施形態である自走式検査装置の構成について説明する。
【００２８】
図３は、本発明の一実施形態である自走式検査装置の構成を示すブロック図である。図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態である自走式検査装置の構成を示す外観図である。図３に示すように、本発明の一実施形態である自走式検査装置１００は、装置本体１１０、走行部１２０、吸引機構１３０、装入機構１４０、及び調整機構１５０を備えている。
【００２９】
装置本体１１０は、第１位置推定部１１１、第２位置推定部１１２、検査部１１３、情報記憶部１１４、及び制御部１１５を主な構成要素として備えている。
【００３０】
第１位置推定部１１１は、通信装置１１１ａと、演算処理装置１１１ｂと、を備えている。通信装置１１１ａは、周囲に明確なランドマークが存在しないエリアに設置された複数の信号源との間で情報通信を行う装置である。通信装置１１１ａが情報通信を行う信号源としては、自走式検査装置１００が屋内に位置する場合、室内位置測定システム（ｉＧＰＳ：indoor Global Positioning System）トランスミッタやその他、超広帯域無線通信（ＵＷＢ：Ultra Wide Band）等の無線信号発信源、ＬＥＤ等の光源を利用した可視光通信装置等を例示することができる。また、自走式検査装置１００が屋外に位置する場合には、これらの信号源に加えて、衛星航法システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）の信号発信源を用いることができる。
【００３１】
演算処理装置１１１ｂは、通信装置１１１ａによる信号源との間の情報通信の結果を用いて自走式検査装置１００の位置情報を算出する装置である。具体的には、信号源としてｉＧＰＳトランスミッタを用いる場合、ｉＧＰＳトランスミッタは、回転ファンビーム（扇型ビーム）を射出している。回転ファンビームは、レーザファンビームであってもよく、他の光放射手段であってもよい。通信装置１１１ａは、ｉＧＰＳトランスミッタから射出される回転ファンビームを受信し、複数のｉＧＰＳトランスミッタからの相対的位置を把握できるようになっている。このとき、回転ファンビームは所定の角度でずれており、これを受信する通信装置１１１ａの座標値、すなわち位置若しくは高さを測定することができる。通信装置１１１ａが受信した情報は演算処理装置１１１ｂに送られ、演算処理装置１１１ｂは三角測量の原理に従って装置本体１１０、すなわち自走式検査装置１００の位置情報を算出する。ｉＧＰＳの詳細については、例えば米国特許第６５０１５４３号明細書を参照のこと。
【００３２】
なお、自走式検査装置１００が屋外に位置する場合、演算処理装置１１１ｂは、通信装置１１１ａがＧＰＳ信号源からの信号を受信可能な範囲ではＧＰＳ信号源との間の情報通信の結果を用いて自走式検査装置１００の位置情報を算出する。また、設備の近傍等の通信装置１１１ａがＧＰＳ信号源からの信号を受信することは困難であるが、ｉＧＰＳトランスミッタからの信号を受信可能な範囲では、演算処理装置１１１ｂは、ｉＧＰＳトランスミッタとの間の情報通信の結果を用いて自走式検査装置１００の位置情報を算出するようにしてもよい。
【００３３】
第２位置推定部１１２は、通信装置１１２ａと、演算処理装置１１２ｂと、センサ１１２ｃと、を備えている。通信装置１１２ａは、焼鈍炉１の点検作業におけるルート上の停止目標位置、進行支障箇所に設置された信号源との間で情報通信を行う装置である。停止目標位置としては、各フロアデッキ上の各バーナ位置を例示することができる。進行支障箇所としては、設備の影、狭隘路、及び粉塵や水蒸気が多いエリア等の第１位置推定部１１１の通信装置１１１ａが信号源と情報通信を行うことが困難なエリアや、階段、段差等の床面が平らでないエリア等を例示することができる。
【００３４】
通信装置１１２ａは、停止目標位置、進行支障箇所の入口及び出口、進行支障箇所内の要所に配された信号源と通信する装置である。通信装置１１２ａが情報通信を行う手段としては、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）機器やレーザ通信装置等を例示することができる。
【００３５】
センサ１１２ｃは、自走式検査装置１００が自身の位置を推定するために必要なデータを取得する装置である。センサ１１２ｃとしては、画像処理用のＣＣＤカメラ、赤外線カメラ、レーザ測域センサ等を例示することができる。センサ１１２ｃが取得したデータは、自走式検査装置１００の位置を推定するために演算処理装置１１２ｂで処理される。
【００３６】
演算処理装置１１２ｂは、センサ１１２ｃが取得したデータを用いて自走式検査装置１００の位置情報を推定する。具体的には、演算処理装置１１２ｂは、センサ１１２ｃが取得した画像や距離のデータから自走式検査装置１００の位置を算出し、地図情報とマッチングすることによって自走式検査装置１００の位置を推定する。演算処理装置１１２ｂは、進行支障箇所内の要所に設置された信号源との間で通信装置１１２ａが行った通信情報や進行支障箇所内の特定の形状を認識し、適宜自走式検査装置１００の位置の計算に反映させるようにしてもよい。また、演算処理装置１１２ｂは、装置本体１１０に設けられた撮像装置によって撮影された画像を処理することによって撮影画像中に含まれる設備を認識することにより、自走式検査装置１００の位置を推定してもよい。
【００３７】
検査部１１３は、情報記憶部１１４に記憶されている焼鈍炉１の検査項目に関する情報を含む検査情報１１４ｄに従って焼鈍炉１の検査作業を行う装置である。具体的には、検査部１１３は、排ガス配管２１を流通する燃焼排ガスの定量的情報を取得し、取得した定量的情報に基づいてバーナ１２の燃焼状態の健全性を検査する装置によって構成されている。燃焼排ガスの定量的情報としては、燃焼排ガスの酸素濃度及び一酸化炭素濃度や温度を例示することができる。検査部１１３は、検査情報１１４ｄに従って検査対象のバーナ１２の燃焼状態の健全性を検査し、検査対象のバーナ１２に関する情報と検査結果に関する情報とを紐付けして情報記憶部１１４に記憶する。
【００３８】
情報記憶部１１４は、地図情報１１４ａ、進路情報１１４ｂ、目的地情報１１４ｃ、検査情報１１４ｄ、及び検査結果・履歴情報１１４ｅ等の自走式検査装置１００による焼鈍炉１の検査作業に必要な情報や検査結果に関する情報を記憶している。地図情報１１４ａは、焼鈍炉１の識別情報及びその位置情報を含む。進路情報１１４ｂは、焼鈍炉１の検査作業における自走式検査装置１００の移動経路に関する情報を含む。目的地情報１１４ｃは、検査部１１３による検査作業を行う焼鈍炉１の識別情報に関する情報を含む。検査情報１１４ｄは、焼鈍炉１毎の検査項目に関する情報を含む。検査結果・履歴情報１１４ｅは、検査部１１３による焼鈍炉１の検査結果に関する情報及び自走式検査装置１００が移動した経路等の履歴に関する情報を含む。
【００３９】
制御部１１５は、演算処理装置によって構成され、自走式検査装置１００全体の動作を制御する。具体的には、制御部１１５は、自走式検査装置１００の位置情報を取得する手段を第１位置推定部１１１と第２位置推定部１１２との間で切り替え、取得した自走式検査装置１００の位置情報及び情報記憶部１１４に記憶されている地図情報１１４ａ、進路情報１１４ｂ、及び目的地情報１１４ｃに基づいて走行部１２０を制御することによって装置本体１１０を所定のルートに沿って進行させると共に、検査情報１１４ｄに基づいて検査部１１３を制御することによって検査対象のバーナ１２の燃焼状態の検査を実行させる。
【００４０】
例えば、制御部１１５は、第２位置推定部１１２が進行支障箇所の入口側に設けられた所定の信号源（入口側信号源）からの信号を受信したタイミングで、自走式検査装置１００の位置情報を取得する手段を第１位置推定部１１１から第２位置推定部１１２に切り替える。そして、制御部１１５は、第２位置推定部１１２が進行支障箇所の出口側に設けられた所定の信号源（出口側信号源）からの信号を受信したタイミングで、自走式検査装置１００の位置情報を取得する手段を第２位置推定部１１２から第１位置推定部１１１に切り替える。
【００４１】
なお、自走式検査装置１００の位置情報を取得する手段を第１位置推定部１１１から第２位置推定部１１２に切り替えた際、第２位置推定部１１２は、入口側信号源から進行支障箇所に関する情報を取得することが望ましい。進行支障箇所に関する情報としては、例えば進行支障箇所が階段である場合、階段の高さや段数、進行支障箇所が狭隘路である場合には、狭隘路の幅や長さ等を例示することができる。進行支障箇所に関する情報を取得することによって、自走式検査装置１００は進行支障箇所を安全、且つ、確実に通過することができる。
【００４２】
走行部１２０は、制御部１１５からの制御信号に従って、装置本体１１０を走行させる装置である。走行装置としては、図４（ａ）〜（ｃ）に示すような左右位置に履帯を備えるクローラタイプの走行装置や四輪台車等を例示することができるが、移動経路に階段や段差等を含む場合は四輪台車での移動は困難なため、一般的に複数フロアがありフロア間の移動に階段を使用する焼鈍炉１のバーナ１２の燃焼状態を点検するためにはクローラタイプの走行装置の採用が妥当であると想定される。
【００４３】
図３に戻る。吸引機構１３０は、制御部１１５からの制御信号に従って、排ガス配管２１に設けられた開閉弁２２に燃焼排ガスを吸引する吸引ホースの一方の端部を接続する機構である。吸引ホースの他方の端部は、検査部１１３に接続されている。吸引機構１３０は、開閉弁２２を閉状態から開状態に切り換えることによって、吸引ホースを介して排ガス配管２１内を流通する燃焼排ガスを検査部１１３内に供給する。検査部１１３内には、検査部品として燃焼排ガスの酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出するガス分析センサや燃焼排ガスの温度を検出する熱電対温度計等のセンサを備えていてもよい。
【００４４】
装入機構１４０は制御部１１５からの制御信号に従って、排ガス配管２１に設けられた排ガス検査口２１ａに燃焼排ガスの定量的情報を取得する検査部品を装入する機構である。検査部品としては、燃焼排ガスの酸素濃度及び一酸化炭素濃度を検出するガス分析センサや燃焼排ガスの温度を検出する熱電対温度計等のセンサを例示することができる。
【００４５】
調整機構１５０は、制御部１１５からの制御信号に従って、個別流調弁１８，２７の開度を制御することによって各バーナ１２に個別に供給される燃料ガスや燃焼空気の流量を調整することにより、各バーナ１２の燃焼状態を調整する機構である。調整機構１５０は、個別流調弁１８，２７の開度を調整するハンドル又はレバーを把持・拘束できる形状を有し、ハンドル又はレバーを把持・拘束しながら回転させる機能を有している。
【００４６】
図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、検査部１１３は、先端位置１１３ａにセンサ１１２ｃ、吸引機構１３０、装入機構１４０、及び調整機構１５０を着脱し、先端位置１１３ａを任意の位置に移動可能なアーム機構等の移動機構１１３ｂを備えている。その結果、例えばセンサ１１２ｃとしてレーザ測域センサを用いて周囲形状を認識することにより、検査部１１３は、排ガス配管２１に設けられた開閉弁２２、排ガス検査口２１ａ、及び個別流調弁１８，２７を認識し、吸引機構１３０又は装入機構１４０を所定位置に移動して固定できる。そして、その後、調整機構１５０によって個別流調弁１８，２７の開度を調整してバーナ１２の燃焼状態を調整できる。センサ１１２ｃ、吸引機構１３０、装入機構１４０、及び調整機構１５０は、自走式検査装置１００に搭載しておき順次付け替えればよいが、可能な範囲で移動機構の先端位置に同時に付けておいてもよい。
【００４７】
〔自走式検査装置の制御方法〕
次に、自走式検査装置１００の制御方法について説明する。
【００４８】
自走式検査装置１００を用いて焼鈍炉１のバーナ１２の燃焼状態の健全性を検査する際には、始めに、作業員が、検査作業を実行するために必要な情報を自走式検査装置１００の情報記憶部１１４に入力する。次に、情報の入力が完了すると、自走式検査装置１００は第１位置推定部１１１を利用して検査対象の装置や設備に向けて移動する。
【００４９】
前述のとおり、自走式検査装置１００は、第１位置推定部１１１を介して周囲の信号源と通信することにより、自己位置を認識することができる。これにより、自走式検査装置１００は、情報記憶部１１４に記憶された地図情報１１４ａ及び進路情報１１４ｂを参照して自己位置を確認しながら焼鈍炉１の各フロアに向けて自律的に移動する。
【００５０】
焼鈍炉１の各フロアに向かう経路中に存在する狭隘路、階段、段差等の進行支障箇所の情報は、情報記憶部１１４に記憶されているので、自走式検査装置１００は、周囲の信号源との通信を通して進行支障箇所に接近したことを認識できる。そして、第２位置推定部１１２が進行支障箇所の入口側信号源からの信号を受信すると、自走式検査装置１００は、進行支障箇所に接近したと判断し、位置情報を取得する手段を第１位置推定部１１１から進行支障箇所を通過するための第２位置推定部１１２に切り替え、第２位置推定部１１２を利用して検査対象のバーナ１２に向けて接近する。
【００５１】
第２位置推定部１１２が進行支障箇所で自走式検査装置１００の位置を推定する手段としては、例えばＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）技術を例示できる。ＳＬＡＭ技術を利用することにより、画像データやセンサ１１２ｃが取得したデータに基づいて進行支障箇所の環境地図を作成すると同時に自走式検査装置１００の位置を推定しながら進行支障箇所を移動することができる。なお、ＳＬＡＭ技術によって得られた環境地図は、次回以降の検査作業の際に活用でき、また検査作業の度に随時更新されていく。また、第２位置推定部１１２として、ＳＬＡＭ技術だけでなく他の誘導方式、例えば事前に設置された誘導標識を認識し、認識した誘導標識に従って移動していくような方法を利用してもよい。または、自走式検査装置１００の移動ルートに磁気テープ等を設置しておき、センサ１１２ｃで磁気テープを検出しながら移動していく方法、さらには自走式検査装置１００がレール等の軌道上を移動していく方法を利用してもよい。場合によっては、自走式検査装置１００の移動ルートに目立つ色のテープ等を設置、若しくは目立つ色のペンキ等を塗布しておき、センサ１１２ｃで画像認識しながら移動していく方法としてもよい。
【００５２】
また、進行支障箇所の入口が明確に認識できる場合、入口側信号源は無くてもよい。この場合、進行支障箇所付近の特徴ある設備の形状や入口付近に設置された進行支障箇所の入口であることを示す特徴あるマーク等を画像処理技術によって認識する等の方法が考えられる。なお、特徴ある設備やマーク等は、地図情報１１４ａや進路情報１１４ｂの一部として記憶される。各バーナ１２には個別にＲＦＩＤタグ等を設置しておけばなおよく、自走式検査装置１００はＲＦＩＤタグからの信号を受信してバーナ１２前で停止し、バーナ１２に関する情報を入手することが可能になる。そして、検査対象のバーナ１２に到着すると、自走式検査装置１００は、移動機構１１３ｂの先端位置１１３ａに装着されたレーザ測域センサにより周囲形状を認識することにより、排ガス配管２１に設けられた開閉弁２２及び排ガス検査口２１ａの位置を正確に把握できる。その後、例えば吸引機構１３０を利用して、排ガス配管２１に設けられた開閉弁２２に吸引機構１３０の吸引ホースの一方の端部を接続し、開閉弁２２を閉状態から開状態に切り換えることによって、吸引ホースを介して排ガス配管２１内の燃焼排ガスを検査部１１３に供給する。
【００５３】
検査部１１３は、吸引機構１３０から供給された燃焼排ガスの定量的情報を測定、記録する。検査部１１３は、装入機構１４０を利用して、排ガス配管２１に設けられた排ガス検査口２１ａに検査部品を装入することによって、燃焼排ガスの定量的情報を測定、記録してもよい。そして、検査部１１３は、バーナ１２の燃焼状態が健全な状態である時の燃焼排ガスの定量的情報と比較することによって、バーナ１２の燃焼状態が健全であるか否かを判定する。例えば、図５は、燃焼計算により求められたラジアントチューブバーナにおいてある組成の気体燃料が燃焼した際の設定空気比と燃焼排ガス中の酸素濃度との関係を示す図である。一般に、設定空気比は、一酸化炭素等の未燃ガスを発生させない燃焼安全性及び燃料の省エネ性を考慮して、１．１０〜１．２０程度の範囲内に設定されることが多く、その際、燃焼が計算通りであれば燃焼排ガス中の酸素濃度は１．７〜３．１％程度となる。検査部１１３は、図５に示すようなバーナの設定空気比と燃焼燃焼排ガス中の酸素濃度との関係を情報記憶部１１４から読み出し、設定空気比に対応する目標酸素濃度と測定された実績酸素濃度とを比較することによってバーナ１２の燃焼状態が健全な状態であるか否かを判定する。
【００５４】
バーナ１２の燃焼状態が健全な状態でないと判定された場合、例えば燃焼排ガス中の酸素濃度が０％であり、且つ、一酸化炭素が発生している場合は、供給している燃焼空気量に対し燃料ガス量が過剰であり、空気比が１以下となるガスリッチな不完全な燃焼状態である。その結果、場合によっては、発生した一酸化炭素が排ガス系統内で再着火し、周囲の設備や装置を傷める可能性がある。また、万が一発生した一酸化炭素が排ガス系統のいずれかの箇所から外部に漏洩した場合、人に対するガス中毒の原因になる可能性があるため、安全上の観点からその燃焼状態は速やかに是正されなければならない。一方、燃焼排ガス中の酸素濃度が例えば４％を超える等、必要以上に高い場合は、供給している燃焼空気量が燃料ガス量に対して過剰であり、空気比が１．３以上となるエアリッチな燃焼状態である。その結果、過剰な燃焼空気を昇温させるために燃料ガスが余分に消費されることになるので、省エネの観点からその燃焼状態は速やかに是正されることが望ましい。
【００５５】
このため、制御部１１５は、燃焼排ガスの定量的情報の計測を継続しながら、調整機構１５０を制御することによってバーナ１２に供給される燃料ガスや燃焼空気の流量を調整することにより、バーナ１２の燃焼状態が健全な状態になるように調整する。燃焼状態がガスリッチだった場合、まずは調整機構１５０にて燃焼空気の個別流調弁２７の弁開度を全開にすることによって一時的にエアリッチな状態にする。その後、個別流調弁２７の弁開度を少しずつ小さくしながら燃焼排ガス中の酸素濃度が１．７〜３．１％の範囲内、すなわち燃焼空気比が１．１０〜１．２０の範囲内に入るように調整する。また、何らかの理由により個別流調弁２７の弁開度を全開にしても燃焼空気比が目標空気比未満にしか到達しない場合には、個別流調弁２７の弁開度を全開のまま燃料ガスの個別流調弁１８の弁開度を少しずつ小さくしながら燃焼排ガス中の酸素濃度が１．７〜３．１％の範囲内、すなわち燃焼空気比が１．１０〜１．２０の範囲内に入るように調整する。
【００５６】
但し、燃料ガスの個別流調弁１８の弁開度があまり小さくなると、燃焼空気によって火炎自体が吹き消えてしまい、未燃の燃料ガスが排ガス系統に流出する可能性があり危険である。このため、個別流調弁１８の弁開度に何らかの閾値を設定しておき、弁開度が閾値を下回ったらそのバーナ１２については安全性確保の観点から燃焼そのものを停止、すなわち個別流調弁１８及び個別流調弁２７の弁開度を共にゼロにすることが好ましい。また、燃焼状態がエアリッチだった場合、個別流調弁１８の弁開度が閾値以上であることを確認の上、個別流調弁２７の弁開度を少しずつ小さくしながら燃焼排ガス中の酸素濃度が１．７〜３．１％の範囲内、すなわち燃焼空気比が１．１０〜１．２０の範囲内に入るように調整する。検査部１１３は、検査結果を検査結果・履歴情報１１４ｅとして情報記憶部１１４に記憶する。
【００５７】
検査作業終了後、次の検査対象のバーナ１２に移動する場合、自走式検査装置１００は、情報記憶部１１４に記憶されている情報を利用して検査対象のバーナ１２に向けて移動し、全ての検査対象のバーナ１２の検査作業が終了した場合には、基地に帰還する。
【００５８】
図６（ａ），（ｂ）は、本発明の一実施形態である自走式検査装置を含むヒストリカルトレンドによる熱処理設備の燃焼管理システムの構成を示す図である。図６（ａ）に示すように、基地に帰還後、自走式検査装置１００は、情報記憶部１１４に記憶されている情報をWi-Fi（登録商標）等の無線通信にて担当者ＯのＰＣや端末等に即時送付すると共に、外部ＰＣ２００のデータベースにも転送・蓄積する。その結果、担当者Ｏは点検結果をすぐに知ることができ、また、データベースにアクセスすれば、図６（ｂ）に示すように中長期のヒストリカルトレンドによる同一のバーナ１２の燃焼管理・設備管理を実施することができ、今後の状態予測・補修計画にも役立てることが可能となる。ヒストリカルトレンドにおいて現在の検査値又は今後予測される予測検査値が設定した閾値を下回る又は上回ったらアラーム等にて担当者に注意喚起を促せばなおよい。
【００５９】
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である自走式検査装置１００は、装置本体１１０と、屋外又は屋内測位技術及び自己位置認識技術を用いて、装置本体１１０を検査対象のバーナ１２の近傍まで走行させる走行部１２０と、を備え、装置本体１１０は、バーナ１２の燃焼排ガスの定量的情報を取得し、取得した定量的情報に基づいてバーナ１２の燃焼状態の健全性を判定する検査部１１３を備えるので、多くの労力及びコストを要することなく、焼鈍炉１に設けられたバーナ１２の燃焼状態を直接的に精度高く判定することができる。
【００６０】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００６１】
１  焼鈍炉
２  エレベータ
１０  ラジアントチューブ
１１  炉壁
１２  バーナ
１２ａ  パイロットバーナ
１２ｂ  メインバーナ
１２ｃ  燃焼筒
１２ｄ  覗き窓
１３  レキュペレーター
１４  燃料ガス本管
１５  配管
１６  流量調整弁
１７  遮断弁
１８  個別流調弁
１９  オリフィス流量計
２０  予熱空気配管
２１  排ガス配管
２１ａ  排ガス検査口
２２  開閉弁（排ガス取出口）
２３  燃焼空気本管
２４  配管
２５  流量調整弁
２６  遮断弁
２７  個別流調弁
２８  オリフィス流量計
１００  自走式検査装置
１１０  装置本体
１１１  第１位置推定部
１１２  第２位置推定部
１１３  検査部
１１４  情報記憶部
１１５  制御部
１２０  走行部
１３０  吸引機構
１４０  装入機構
１５０  調整機構
Ｓ  鋼板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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