(57)【要約】【課題】高価なリレーレンズを必要としない燃焼炉における燃焼室内観察装置を提供する。【解決手段】燃焼炉の壁部に挿通される鏡筒装置１１を、外端部に赤外光用カメラ１２または可視光用カメラ１３が着脱自在にされるとともに内端近傍に光線を通過させ得る窓部材２３が設けられた第１筒状体２１と、この第１筒状体の内端の開口部中央に設けられた凸面鏡２５およびこの第１筒状体の内端部に設けられて上記凸面鏡からの反射光を当該第１筒状体の外端側に反射させるための凹面鏡２６と、上記第１筒状体の外周に環状空間Ｓを形成するように配置された第２筒状体２２と、上記各筒状体に接続されて第１筒状体内および上記環状空間内に冷却用ガスを供給する第１および第２ガス供給管２８，２９とを具備したものである。【選択図】図２
2007127359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼炉の壁部に挿通される鏡筒装置を、少なくとも、一端部にカメラ装置が着脱自在にされるとともに他端近傍に光線を通過させ得る窓部材が設けられた光線用筒状体と、この光線用筒状体の他端側の開口部中央に設けられた凸面鏡およびこの光線用筒状体の他端部に設けられて上記凸面鏡からの反射光を当該光線用筒状体の一端側に反射させるための凹面鏡と、上記光線用筒状体を冷却する冷却手段とから構成したことを特徴とする燃焼炉における燃焼室内観察装置。
【請求項２】
燃焼炉の壁部に挿通される鏡筒装置を、少なくとも、一端側にハーフミラーを介して光線の出射口が２個形成されるとともに他端近傍に光線を通過させ得る窓部材が設けられた光線用筒状体と、この光線用筒状体の他端側の開口部中央に設けられた凸面鏡およびこの光線用筒状体の他端部に設けられて上記凸面鏡からの反射光を当該光線用筒状体の一端側に反射させるための凹面鏡と、上記光線用筒状体を冷却する冷却手段とから構成したことを特徴とする燃焼炉における燃焼室内観察装置。
【請求項３】
冷却手段を、光線用筒状体の外周に環状空間を形成するように配置された冷却用筒状体と、この冷却用筒状体に接続されて上記環状空間内に冷却用ガスを供給するガス供給管とから構成したことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼炉における燃焼室内観察装置。
【請求項４】
冷却手段を、光線用筒状体の外周に環状空間を形成するように配置された冷却用筒状体と、光線用筒状体に接続されて当該光線用筒状体内に冷却用ガスを供給する第１ガス供給管と、上記冷却用筒状体に接続されて上記環状空間内に冷却用ガスを供給する第２ガス供給管とから構成し、
且つ上記光線用筒状体の窓部材の前後位置に、当該光線用筒状体内と環状空間とを連通させ得る開口部を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の燃焼炉における燃焼室内観察装置。
【請求項５】
冷却用筒状体の他端部に、環状空間から噴出される冷却用ガスを光線用筒状体の中心側に向かせるガイド部材を設けたことを特徴とする請求項３または４に記載の燃焼炉における燃焼室内観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばごみを燃焼させる燃焼炉における燃焼室内観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ごみなどの廃棄物を燃焼させる燃焼炉においては、適切な燃焼を行わせるために、廃棄物の燃焼状態、すなわち廃棄物表面での燃焼温度の状態を把握する必要がある。
ところで、燃焼炉における燃焼室内をカメラ装置により観察するためには、厚い炉壁を挿通する必要があるとともに高温の影響を避けるために、長い鏡筒を用いるとともに或る程度の視野を確保する関係上、リレーレンズを用いる必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、燃焼室内の温度を計測するのに、通常、赤外線を用いた赤外光用カメラが使用されるが、赤外光用カメラを設置する際の視野調整では、炉内が冷えているため、調整に必要となるデータを得ることが難しい。
【０００４】
そのため、燃焼炉内で実際に燃焼させて視野調整を行うのが好ましいが、赤外線用のリレーレンズでは、可視光域での計測が不可能となるため、別途、同寸法、同視野の高価な光学系リレーレンズを有する可視光用カメラを準備する必要があり、その分、設備コストが高くなるとともに、燃焼炉の稼働中に、可視光画像と赤外線画像とを得るために、リレーレンズを交換する作業には危険が伴うという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、高価なリレーレンズを必要としない燃焼炉における燃焼室内観察装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る燃焼炉における燃焼室内観察装置は、燃焼炉の壁部に挿通される鏡筒装置を、少なくとも、一端部にカメラ装置が着脱自在にされるとともに他端近傍に光線を通過させ得る窓部材が設けられた光線用筒状体と、この光線用筒状体の他端側の開口部中央に設けられた凸面鏡およびこの光線用筒状体の他端部に設けられて上記凸面鏡からの反射光を当該光線用筒状体の一端側に反射させるための凹面鏡と、上記光線用筒状体を冷却する冷却手段とから構成したものである。
【０００７】
また、請求項２に係る燃焼炉における燃焼室内観察装置は、燃焼炉の壁部に挿通される鏡筒装置を、少なくとも、一端側にハーフミラーを介して光線の出射口が２個形成されるとともに他端近傍に光線を通過させ得る窓部材が設けられた光線用筒状体と、この光線用筒状体の他端側の開口部中央に設けられた凸面鏡およびこの光線用筒状体の他端部に設けられて上記凸面鏡からの反射光を当該光線用筒状体の一端側に反射させるための凹面鏡と、上記光線用筒状体を冷却する冷却手段とから構成したものである。
【０００８】
また、請求項３に係る燃焼炉における燃焼室内観察装置は、請求項１または２に記載の燃焼室内観察装置における冷却手段を、
光線用筒状体の外周に環状空間を形成するように配置された冷却用筒状体と、この冷却用筒状体に接続されて上記環状空間内に冷却用ガスを供給するガス供給管とから構成したものである。
【０００９】
また、請求項４に係る燃焼炉における燃焼室内観察装置は、請求項１または２に記載の燃焼室内観察装置における冷却手段を、
光線用筒状体の外周に環状空間を形成するように配置された冷却用筒状体と、光線用筒状体に接続されて当該光線用筒状体内に冷却用ガスを供給する第１ガス供給管と、上記冷却用筒状体に接続されて上記環状空間内に冷却用ガスを供給する第２ガス供給管とから構成し、
且つ上記光線用筒状体の窓部材の前後位置に、当該光線用筒状体内と環状空間とを連通させ得る開口部を形成したものである。
【００１０】
また、請求項５に係る燃焼炉における燃焼室内観察装置は、請求項３または４に記載の燃焼室内観察装置における冷却用筒状体の他端部に、環状空間から噴出される冷却用ガスを光線用筒状体の中心側に向かせるガイド部材を設けたものである。
【発明の効果】
【００１１】
上記の各構成によると、或る程度の長さと視野領域とを確保するための高価なリレーレンズを設ける代わりに、光線用筒状体の中心に凸面鏡を配置するとともにその外周端面に凹面鏡を配置することにより、安価な構成にて、或る程度の長さを有するとともに凸面鏡の外側に広がる広い視野領域における温度データおよび燃焼状態の撮影画像を得ることができる燃焼室内観察装置を提供することができる。また、光線用筒状体を冷却する冷却手段を設けたので、高温に対処することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
［実施の形態１］
以下、本発明の実施の形態１に係る燃焼炉における燃焼室内観察装置を、図１〜図３に基づき説明する。
【００１３】
本実施の形態においては、被燃焼物、例えばごみを燃焼させるためのごみ燃焼炉（ごみ焼却炉ともいう）の燃焼室内の温度および内部状態を観察し得る観察装置について説明する。
【００１４】
まず、ごみ燃焼炉の概略構成を図１に基づき説明する。
このごみ燃焼炉１は例えばストーカ炉であり、その炉本体２内には、火格子３が燃焼段および後燃焼段に亘って配置されてなる燃焼床４が設けられた燃焼室５が具備されるとともに、炉本体２の一端側には、ごみ投入ホッパ６が接続されたごみ投入口２ａが形成され、またその他端側には焼却残渣の排出口２ｂが形成されたものである。
【００１５】
そして、この炉本体２の燃焼室５の天井壁部２ｃには、燃焼室５内での状態を赤外線（以下、赤外光という）および可視光線（以下、可視光という）を用いて観察するための燃焼室内観察装置７が具備されている。
【００１６】
この燃焼室内観察装置７は、被燃焼物であるごみから発生する放射エネルギーを赤外線センサを用いて計測し得るとともに内部の状態を撮影し得るもので、赤外線撮影用のカメラ装置（以下、赤外光用カメラという）および可視光線撮影用のカメラ装置（以下、可視光用カメラという）のいずれでも、取り付けられるように（着脱自在に）されている。
【００１７】
すなわち、この燃焼室内観察装置７には、図２に示すように、天井壁部２ｃに挿通されて赤外光または可視光を通過させ得る鏡筒装置１１と、この鏡筒装置１１の外端（一端）側に着脱自在（所謂、交換自在）に設けられる赤外光用カメラ１２および通常の光学式の可視光用カメラ１３とが具備されており、さらに赤外光用カメラ１２にて撮影された計測データを用いて、燃焼室５内のごみの燃焼温度を検出するための温度検出装置１４と、可視光用カメラ１３にて撮影された撮影データを用いて、燃焼室５内のごみの燃焼状態を検出するための状態検出装置１５とが具備されている。
【００１８】
上記鏡筒装置１１は、小径の第１筒状体（光線用筒状体）２１と、この第１筒状体２１の外側に所定高さの環状空間Ｓを有して二重管構造にて配置された大径の第２筒状体（冷却用筒状体）２２と、上記第１筒状体２１の燃焼室５内に突出する先端（他端）寄り内側に設けられた透明材料（例えば、サファイヤガラスが用いられる）からなる窓部材２３と、この窓部材２３にステー２４を介して当該第１筒状体２１の先端中央に他端側に頂点が向くように取り付けられた円錐形状の反射面を有する凸面鏡２５と、上記第１筒状体２１の先端で且つ上記凸面鏡２５に対向する位置で環状に取り付けられた截頭円錐形状の反射面を有する凹面鏡２６と、上記第２筒状体２２の先端面に環状で且つ内方に傾斜するように設けられた環状ガイド部材２７と、上記第１筒状体２１に接続された第１ガス供給管２８と、上記第２筒状体２２に接続された第２ガス供給管２９とから構成されている。なお、通常、これら各ガス供給管２８，２９は、図示しないが、各筒状体２１，２２に設けられたノズル部に接続される。
【００１９】
そして、上記各ガス供給管２８，２９には、各筒状体２１，２２を冷却するとともに、各筒状体２１，２２内に燃焼ガス中に浮遊する塵埃が入り込むのを防止するために冷却用ガス（パージ用ガスとも言い、例えば空気が用いられ、この意味では、ガス供給管は空気供給管と言うこともできる）が供給されて、それぞれの内端である先端から燃焼室５内に噴出するようにされている。なお、第１筒状体２１の窓部材２３の前後位置には、この第１筒状体２１内に供給されたガスを当該窓部材２３を避けて通過させるための後方開口部２１ａおよび前方開口部２１ｂが形成されている。また、内方に傾斜されたガイド部材２７により、環状空間Ｓから噴出されるガスが絞られて流速が早められる。
【００２０】
したがって、ごみ表面からの光線は、図２の矢印ａにて示すように、中央の凸面鏡２５にて凹面鏡２６に向かって反射された後、この凹面鏡２６にて第１筒状体２１内に反射されて、その外端側に取り付けられた赤外光用または可視光用カメラ１２，１３に入射されることになる。すなわち、凸面鏡２５と凹面鏡２６とから成る簡単な構成により、広い視野領域での撮影（観察）が可能となる。
【００２１】
そして、ごみ燃焼炉１の稼働中においては、第１および第２ガス供給管２８，２９から冷却用ガスが第１筒状体２１内および第２筒状体２２内（環状空間Ｓ）に供給されて両筒状体２１，２２が冷却され、また第２筒状体２２の先端から噴出される冷却用ガスはガイド部材２７により凹面鏡２６側に向かって噴出されるとともに、第１筒状体２１内に供給された冷却用ガスは、後方開口部２１ａから環状空間Ｓを経て前方開口部２１から再度第１筒状体２１内に入り（勿論、第２ガス供給管２９から供給された冷却用ガスの一部も前方開口部２１ｂから入ることになる）、凸面鏡２５と凹面鏡２６との間から燃焼室５内に噴出される。すなわち、少なくとも、鏡筒装置１１の本体部である第１筒状体２１の冷却が行われるとともに、各筒状体２１，２２内に燃焼室５内の塵埃が入るのが防止される。
【００２２】
次に、上記温度検出装置１４および状態検出装置１５を図３に基づき簡単に説明しておく。
温度検出装置１４は、赤外光用カメラ１２に具備されたごみ表面からの放射エネルギー（赤外線エネルギーである）を入力し電気エネルギーに変換する二次元センサ部（有指向性の赤外線センサが縦横に複数個ずつ配置されたもの）により検出された検出信号（計測データであり、具体的には、電気信号である）を所定時間置きに入力して（所謂、サンプリングである）Ａ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換手段３１と、このＡ／Ｄ変換手段３１で変換されてなる各センサの計測データ（放射エネルギー量に対応するセンサ出力値である）を入力して各センサの計測データを凸面鏡２５の位置で撮影したかのように配置変換（センサの座標変換）を行う座標変換手段（座標取得手段でもある）３２と、この座標変換手段３２からの計測データであるセンサ出力値を入力して公知の変換式（例えば、変換テーブルを用いることもできる）に基づきこの放射量エネルギー量に対応する計測データを温度に変換するための温度変換手段３３と、この温度変換手段３３で得られた温度データを入力して所定の温度幅に対応付けされた色情報を参照し当該温度変換手段３３より入力された温度データを変換して二次元の温度分布画像を作成する温度分布画像作成手段３４と、上記温度変換手段３３および温度分布画像作成手段３４にて得られた温度などのデータを、例えば外部からの要求に応じて（必要に応じて）入力し、表示装置、計測結果蓄積装置または出力データ線（以下、表示装置等という）に対して出力するための出力手段３５とから構成されている。
【００２３】
また、上記状態検出装置１５は、可視光用カメラ１３に具備された二次元画像センサ（図示しないが、例えばＣＣＤが用いられたもの）にて検出された検出信号（電荷量である）を所定時間置きに入力して（所謂、サンプリングである）Ａ／Ｄ変換を行うＡ／Ｄ変換手段４１と、このＡ／Ｄ変換手段４１で変換された検出データを入力して各センサの検出データを凸面鏡２５の位置で撮影したかのように配置変換（センサの座標変換）を行う座標変換手段（座標取得手段でもある）４２と、この座標変換手段４２にて得られた座標位置と検出データを、例えば外部からの要求に応じて（必要に応じて）入力し、表示装置または出力データ線（以下、表示装置等という）に対して出力するための出力手段４３とから構成されている。なお、上記第１筒状体２１、第１ガス供給管２８、上記第２筒状体２２および第２ガス供給管２９により冷却手段が構成されているが、少なくとも、第２筒状体２２および第２ガス供給管２９により、環状空間Ｓ内に冷却用ガスを供給できればよい。
【００２４】
上記構成において、燃焼室５内の燃焼状態を観察する場合、鏡筒装置１１の外端側に可視光用カメラ１３を取り付けるとともに、各ガス供給管２８，２９から冷却用ガスを各筒状体２１，２２内に供給して冷却を行う。
【００２５】
そして、この状態で、可視光用カメラ１３にてごみ表面を撮影する。
すなわち、ごみ燃焼領域からの光は凸面鏡２５にて外側に反射され、そして凹面鏡２６で第１筒状体２１内に且つ窓部材２３を介して導かれて可視光用カメラ２３に入力される。
【００２６】
この可視光用カメラ２３で得られた画像データは、状態検出装置１５のＡ／Ｄ変換手段４１に入力され、ここで所定の電気信号に変換された後、座標変換手段４２に入力される。そして、この座標変換手段４２で燃焼領域に対応する座標位置が求められ、したがってその画像データとこれに対応する座標位置とが一緒に出力手段４３に入力され、ここから、例えば画像表示装置に出力される。すなわち、広い視野領域での画像データが得られる。
【００２７】
次に、炉内の燃焼温度を計測する場合には、可視光用カメラ１３を取り外し、赤外光用カメラ１２を取り付けるとともに、この赤外光用カメラ１２を温度検出装置１４側に接続する。勿論、この場合も、冷却用ガスが各供給管２８，２９より供給されて、鏡筒装置１１の冷却が行われている。
【００２８】
そして、ごみ表面からの放射エネルギーは凸面鏡２５にて反射され、凹面鏡２６で第１筒状体２１の内部に反射され、赤外光用カメラ１２に入力される。
この赤外光用カメラ１２で得られた計測データは、Ａ／Ｄ変換手段３１で電気信号に変換されるとともに、座標変換手段３２で燃焼領域に対応する座標位置が求められた後、計測データとこれに対応する座標位置とが温度変換手段３３に入力されて、当該計測データ（放射エネルギー）から温度に換算される。
【００２９】
この温度データは温度分布画像作成手段３４に入力されて、予め、定められた温度幅に対応付けられた色データの情報を参照し各センサで検出された温度データを、そのセンサの配置（座標）とその座標位置における色データに変換し、温度分布画像データが作成される。
【００３０】
次に、上記得られた温度データ、および温度分布画像データが出力手段３５に入力されて、必要（要求）に応じて表示装置等に対して出力される。
このように、ごみ表面から或る程度の長さと視野領域とを確保するための高価なリレーレンズを設ける代わりに、第１筒状体２１の中心に凸面鏡２５を配置するとともにその外周端面に凹面鏡２６を配置することにより、安価な構成にて、或る程度の長さを有するとともに凸面鏡２５の外側に広がる広い視野領域における温度データおよび燃焼状態の撮影画像を得ることができる。また、各筒状体２１，２２に冷却用ガスを供給するようにしたので、少なくとも、鏡筒装置本体部である第１筒状体２１を高温から保護することができる。
［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２に係る燃焼炉における燃焼室内観察装置を、図４に基づき説明する。
【００３１】
上記実施の形態１においては、鏡筒装置に対して、光学用カメラと赤外光用カメラとを交換するものとして説明したが、本実施の形態２においては、光学用カメラと赤外光用カメラとを一緒に取り付けるようにしたものであり、したがって実施の形態１と同一の構成部材については、同一の部材番号を用いて説明する。
【００３２】
すなわち、図４に示すように、鏡筒装置１１の外端部、特に、第１筒状体２１の外端部に、互いに９０度異なる方向でもって光線を取り出し得る第１光線出力用開口部（出射口）２１ｃおよび第２光線出力用開口部（出射口）２１ｄが設けられるとともに、これら両開口部２１ｃ，２１ｄの交差部に相当する位置にハーフミラー５１が設けられ、さらに第１筒状体２１の軸心ｂ上に配置される上記第１光線出力用開口部２１ｃに赤外光用カメラ１２が取り付けられるとともに、第１筒状体２１の軸心ｂと直交する方向に配置された上記第２光線出力用開口部２１ｄに可視光用カメラ１３が取り付けられたものである。
【００３３】
したがって、燃焼室５のごみ表面からの赤外光はハーフミラー５１をそのまま通過して赤外光用カメラ１２に入射されて温度検出装置１４で温度が検出される。一方、ごみ表面からの可視光はハーフミラー５１で９０度その入射方向が変更されて可視光用カメラ１３に入射されて状態検出装置１５で撮影画像が得られる。なお、この可視光の場合には、ハーフミラー５１で画像が反射されて上下または左右が反対になった画像が得られるため、座標変換手段４２にて、正しい画像となるように変換される。
【００３４】
この構成によると、赤外光用カメラ１２および可視光用カメラ１３が鏡筒装置１１に装着された状態であるため、上述した実施の形態１のように、観察する対象（温度、燃焼状態）に応じて、カメラを交換する必要がなくなる。
【００３５】
ところで、上記各実施の形態においては、赤外光用カメラからの計測データに基づき温度を検出する温度検出装置と、可視光用カメラからの画像データに基づき燃焼状態を検出する状態検出装置とを別個に設けたが、これら両装置を合体させてもよく、この場合には、カメラで得られたデータのＡ／Ｄ変換手段と座標変換手段とを共用させて、データの種類（内容も）に応じて変換するパラメータを切り替えるようにしてもよい。
【００３６】
また、上記各実施の形態においては、鏡筒装置の冷却手段として、冷却用ガスを用いた構成としたが、例えば冷却水を用いた構成にしてもよく、またヒートパイプ、ペルチェ素子などを用いた構成にすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１に係るごみ燃焼炉の概略構成を示す断面図である。
【図２】同ごみ燃焼炉における燃焼室内観察装置の要部部分断面図である。
【図３】同燃焼室内観察装置における検出装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るごみ燃焼炉における燃焼室内観察装置の要部部分断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      ごみ燃焼炉
２      炉本体
５      燃焼室
７      燃焼室内観察装置
１１      鏡筒装置
１２      赤外線式カメラ装置
１３      光学式カメラ装置
１４      温度検出装置
１５      状態検出装置
２１      第１筒状体
２１ａ    後方開口部
２１ｂ    前方開口部
２１ｃ    第１光線出力用開口部
２１ｄ    第２光線出力用開口部
２２      第２筒状体
２３      窓部材
２５      凸面鏡
２６      凹面鏡
２７      ガイド部材
２８      第１ガス供給管
２９      第２ガス供給管
５１      ハーフミラー
【図１】
2007127359.tif 000003
【図２】
2007127359.tif 000004
【図３】
2007127359.tif 000005
【図４】
2007127359.tif 000006