(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
断熱容器内に収納した撮像装置で観察窓越しに、断熱容器の外側に配設した鏡面に映る炉壁表面を撮像して、相対する炉壁の表面を観察する炉壁観察装置において、
前記断熱容器は、前記撮像装置を設置した空間を囲んで、吸熱能力を有する液体を充填し、且つ上部に注入口、下部に排出口を有するジャケットと、その外側を覆う断熱材と、耐熱ガラスで構成した観察窓とを有し、炉内での炉壁観察中には液体を供給排出するための配管が接続されておらず、
前記撮像装置は２次元の画像信号を出力する２次元カメラであり、
前記鏡面は、内部に沸騰冷却する冷却水を収納する容器の表面に設けられた２枚の平らな鏡面であり、
該鏡面それぞれに相対する炉壁の各表面を映して、前記撮像装置で撮像することを特徴とする炉壁観察装置。
【請求項２】
前記断熱容器内は、ワイヤレス伝送送信機を収納し、断熱容器内の炉外側に向いた壁には伝送用の窓を有し、
炉外にはワイヤレス伝送受信機とデータ記録装置とを配置し、
前記撮像装置から出力された画像信号を前記ワイヤレス伝送送信機からワイヤレス伝送受信機に送信し、
撮像装置の炉内位置情報を前記画像信号とを併せて前記データ記録装置に記録することを特徴とする請求項１に記載の炉壁観察装置。
【請求項３】
前記データ記録装置は、記録装置と画像処理装置とを具備し、
該画像処理装置は、外部から入力される撮像現在位置データが設定された距離だけ増加するごとに、前記画像信号から得られた炉壁面の静止画像を取り込んで、次々に撮像される静止画像をつなぎ合わせて連続した１枚の炉壁面静止画像を導出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の炉壁観察装置。
【請求項４】
前記炉壁はコークス炉炭化室の炉壁であり、前記断熱容器及び鏡面はコークス炉の押出機に設置されており、
前記撮像装置は、前記押出機がコークス炉炭化室内の奥行き方向に移動するにつれて炉壁面を撮像して画像信号を出力し、
前記画像処理装置は、前記押出機の現在位置データに基づいて求められた撮像現在位置データに基づき所定の移動量ごとに、該所定の移動量よりも幅の広い前記炉壁面の静止画像を次々と取り込み、隣り合った静止画像の重複部分を用いてパターンマッチング処理を行い、静止画像の重なりについて微調整を行って、炭化室の奥行方向の静止画像として生成することを特徴とする請求項３に記載の炉壁観察装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉炭化室をはじめとする高温の炉壁を観察する炉壁観察装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉の炭化室をはじめとする高温の炉室においては、炉室を構成する炉壁が耐火物で構成され、該耐火物の劣化状況を的確に把握することが必要である。特にコークス炉の炭化室は、過酷な条件下で通常２０年以上の長期間にわたって連続操業されるものであり、炭化室を構成する耐火煉瓦は熱的、化学的および機械的要因によって徐々に劣化する。そのため耐火煉瓦の劣化に起因するコークスの押し詰まりが生じたり、耐火煉瓦が脱落したりする。このような耐火煉瓦の脱落などの事故が生じるとその補修は困難であり、操業に著しい影響が及ぼされる。従って、炭化室内の特に炉壁を構成する耐火煉瓦の状況を常時把握しておくことは、コークス炉操業管理上極めて重要である。
【０００３】
炭化室炉壁の比較的に小さな損傷部は耐火物を溶射して埋め、レンガ欠落部には耐火レンガをはめ込んで目地に耐火物を溶射して修復する。このため、炭化室内が赤熱している状況において、必要な解像度で表面を観察し、損傷を発見して位置を把握することが重要である。
【０００４】
操業の合間の短時間を利用してコークス炉窯口から炉内壁を観察する方法では、炉内が高温であるので窯口の外から内部を観察せざるをえず、炭化室は上述のように炉の奥行きが深いのに対して幅が狭いので、炉奥の内壁耐火物は遠方から浅い角度での観察となり、表面の観察は非常に難しい。
【０００５】
特開平３−１０５１９５号公報では、コークス炉炭化室の窯口よりカメラ（通常の２次元ＩＴＶカメラ）を搭載したカメラ搬送用ブームを炉内に挿入し、炉長方向に移動しながら炉内壁面を撮影する方法が開示されている。炭化室の幅は非常に狭いので、カメラを炭化室内壁に正対したのではカメラと内壁との距離が得られず、撮影範囲が狭くなって必要な範囲の画像が得られないので、カメラを壁面に対して斜めに取り付けて浅い角度で壁面を視野に入れて撮影する。特開２００１−３０５８公報に記載のものも、炉壁に対して斜めの方向からカメラで撮像している。特開２００１−１１４６５公報においては、断熱容器内に収容したビデオカメラを炉壁に垂直に向けて撮像を行っている。
【０００６】
上記特開２００１−３０５８公報及び特開２００１−１１４６５公報に記載のものは、撮像カメラやデータ収録装置を断熱容器の内部に収納している。炉外からの冷却水供給は行わず、従って冷却水配管を必要としない。測定及び得られた画像データや測定データの収録を断熱容器内の検査ユニットの内部にて完結せしめ、高温下にある炭化室内における信号線及び給電線等の配設を不要とし、これらの配線の水冷構造を必要としない簡素な構成にして壁面検査を実現する。
【０００７】
特開昭６１−１１４０８５号公報においては、水冷ボックス内にプリズムとテレビカメラを内蔵し、水冷ボックスの観察窓を通してプリズムに反射して映る炉内状況をテレビカメラに撮影する方法が開示されている。
【０００８】
特開平３−１０５１９６号公報に記載のものは、コークス押出機の押出ラムヘッドに耐火性鏡面を配設し、鏡面に映される炭化室内壁面の映像を、ズームレンズをそなえた望遠テレビカメラで撮像する。望遠テレビカメラは炭化室の炉外に配設され、窯口を通して炉内の鏡面に映る映像を撮像する。押出ラムヘッドを炭化室の窯口から反対側窯口まで移動することにより、炭化室内全域壁面の状況を、画像情報として位置情報と合わせて収録することができる。鏡面とカメラとの間の距離に合わせてズームレンズの拡大率及び焦点を調整することができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
特開平３−１０５１９５号公報や特開２００１−３０５８公報に記載のものは、このようにして撮影した内壁の画像は、カメラを壁面に対して斜めに取り付けて浅い角度で壁面を視野に入れて撮影するので、カメラに近い側の画像は撮影範囲が狭く、反対にカメラから遠い側の画像は撮影範囲は広いが対象が小さくしか写らず、必要な解像度が得られない。また、このような撮影方法では、全視野にわたってフォーカスを合わせることは困難である。上記公報では、得られた斜視像を画像処理してあたかも炉壁に対して正対させて撮影したような正面画像に変換する発明が開示されているが、このような画像処理を行っても、遠方を撮影した部分の解像度が十分に得られない点、全視野にわたってフォーカスを合わせることが困難である点は変らない。さらに、このような斜め方向からの観察では、炉壁表面における縦方向の細い割れやレンガ間の目地開きが見えにくい。
【００１０】
特開２００１−１１４６５公報に記載のビデオカメラを炉壁に垂直に向けて撮像を行う方法においては、炭化室の左右炉壁間は間隔が極めて狭く、ビデオカメラのレンズと炉壁との距離を十分にとることができず、ビデオカメラ１視野で撮像できる炉壁表面の範囲が極めて狭くなる。
【００１１】
上記特開２００１−３０５８公報及び特開２００１−１１４６５公報に記載された、撮像カメラやデータ収録装置を断熱容器の内部に収納する方法においては、装置を軽量化して押出機等の移動装置に簡単に着脱できる利点を有する。一方、断熱容器内の装置は炉外の装置との間で信号の授受ができないので、得られた画像情報を撮像カメラの位置情報と結合することができず、画像情報から得られた損傷個所が炉内のどの位置に存在するのかを正確に把握することが難しい。また、収録したデータは断熱容器から取り出して再生する必要があるので、炉外に取り出した断熱容器が十分に冷却するまでデータを再生することができない。そのため、複数の炭化室を観察したい場合には作業効率が悪い。
【００１２】
また、断熱容器といえども単に断熱材によって熱を遮断するのみであるため、コークス炉のように高温状態の炉内に滞在できる時間はせいぜい３分程度である。コークス炉の押出機を炉内に挿入し炉内を１往復するだけでも通常は３分程度の時間を必要とする。従って、炉内に滞在できる時間が最大で３分では余裕時間が少なく、押出しに時間を要すと撮像装置等の電子機器が破損することも考えられる。
【００１３】
特開昭６１−１１４０８５号公報に記載された、ボックス内にプリズムとテレビカメラを内蔵する方法においては、十分に広い炉壁面領域を撮像しようとすると、ボックスに開口する観察窓の大きさを大きくする必要がある。水冷ボックスを用いずに上記断熱容器を用いる場合には、この大きな観察窓から浸入する熱による断熱容器内部の温度上昇が激しく、高温の炉内に観察に必要な時間だけ滞在することができなくなる。
【００１４】
特開平３−１０５１９６号公報に記載の、押出ラムヘッドに耐火性鏡面を配設し、炉外にそなえた望遠テレビカメラで鏡面に映る炉壁映像を撮像する方法においては、特にテレビカメラから遠い側の窯口付近を撮像する際には鏡面とテレビカメラとの間の距離が大きくなる。炭化室内は粉塵が多いので、鏡面に映る壁面の映像を炉外のカメラで撮像することは困難である。また、耐火性鏡面は、常温の炉外から高温の炉内に挿入する際の急激な昇温で変形を生じるので、挿入前に予熱装置で予熱しておく必要もある。また、高温の炉内雰囲気に曝されることにより、鏡面の表面に曇りが生じ、長期間にわたって光学的性能を維持することができない。
【００１５】
本発明は、コークス炉炭化室等の相対する炉壁の表面を観察する炉壁観察装置において、装置が小型軽量でかつ冷却水配管等を必要とせず、押出機等の移動装置に簡単に着脱でき、なおかつ壁面における必要な観察範囲を観察することができ、十分な耐久性を有する炉壁観察装置を提供することを第１の目的とする。
【００１６】
本発明はまた、小型軽量かつ簡便という利点を保持しつつ、撮像した炉壁画像情報と撮像位置情報とを結合することを可能にするとともに、撮像結果を迅速に利用して炉壁補修計画を立案することのできる炉壁観察装置を提供することを第２の目的とする。
【００１７】
本発明はさらに、小型軽量かつ簡便という利点を保持しつつ、高温の炉内滞在時間を十分に確保することのできる炉壁観察装置を提供することを第３の目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）断熱容器３内に収納した撮像装置８で観察窓越しに、断熱容器３の外側に配設した鏡面２に映る炉壁表面を撮像して、相対する炉壁４２の表面を観察する炉壁観察装置において、断熱容器３は、撮像装置８を設置した空間を囲んで、吸熱能力を有する液体を充填し、且つ上部に注入口、下部に排出口を有するジャケット５と、その外側を覆う断熱材と、耐熱ガラスで構成した観察窓とを有し、炉内での炉壁観察中には液体を供給排出するための配管が接続されておらず、撮像装置８は２次元の画像信号を出力する２次元カメラであり、鏡面２は、内部に沸騰冷却する冷却水を収納する容器の表面に設けられた２枚の平らな鏡面であり、鏡面２それぞれに相対する炉壁４２の各表面を映して、撮像装置８で撮像することを特徴とする炉壁観察装置。
（２）断熱容器３内は、ワイヤレス伝送送信機１８を収納し、断熱容器３内の炉外側に向いた壁には伝送用の窓１７を有し、炉外にはワイヤレス伝送受信機２１とデータ記録装置２２とを配置し、撮像装置８から出力された画像信号をワイヤレス伝送送信機１８からワイヤレス伝送受信機２１に送信し、撮像装置８の炉内位置情報を前記画像信号とを併せてデータ記録装置２２に記録することを特徴とする上記（１）に記載の炉壁観察装置。
（３）データ記録装置２２は、記録装置３０と画像処理装置３１とを具備し、
画像処理装置３１は、外部から入力される撮像現在位置データが設定された距離だけ増加するごとに、前記画像信号から得られた炉壁面の静止画像を取り込んで、次々に撮像される静止画像をつなぎ合わせて連続した１枚の炉壁面静止画像を導出することを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の炉壁観察装置。
（４）炉壁４２はコークス炉炭化室の炉壁であり、断熱容器３及び鏡面２はコークス炉の押出機４３に設置されており、撮像装置８は、押出機４３がコークス炉炭化室内の奥行き方向に移動するにつれて炉壁面を撮像して画像信号を出力し、画像処理装置３１は、押出機４３の現在位置データに基づいて求められた撮像現在位置データに基づき所定の移動量ごとに、該所定の移動量よりも幅の広い前記炉壁面の静止画像を次々と取り込み、隣り合った静止画像の重複部分を用いてパターンマッチング処理を行い、静止画像の重なりについて微調整を行って、炭化室の奥行方向の静止画像として生成することを特徴とする上記（３）に記載の炉壁観察装置。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明を図１〜図７に基づいて説明する。
本発明は、狭い間隔で相対する高温の炉壁４２を有する炉、例えばコークス炉炭化室４１の内部において使用する炉壁観察装置を対象とする。
【００２１】
撮像装置８としては、ＣＣＤカメラとそれを制御するカメラコントローラなどを用いることができる。撮像装置８の視野方向を図２、図４に示すように炉壁４２に平行に配置すると良い。そして、撮像装置８の視野方向に鏡面２を配置し、鏡面の角度は、撮像装置８の位置から観察したときに炉壁表面の映像が鏡面２に映るごとく調整する。通常は、図４に示すように、鏡面２と炉壁４２との角度を４５°とすれば、炉壁表面を垂直な方向から見た映像を得ることができるので好ましい。従来のように、炉壁を斜め方向から観察する方法においては、炉壁表面における縦方向の細い割れやレンガ間の目地開きが見えにくいという問題があったが、本発明は壁面を正面観察に近い状態で撮像することができるので、縦方向の細かい割れやレンガ間の目地開きを明確にとらえることができるようになる。もちろん、炉壁を斜めの方向から見た方が炉壁表面の凹凸を明瞭に観察できるような特別の場合には、鏡面と炉壁との角度を４５°以外の開度とすることによって対応することができる。
【００２２】
炉内観察中において、通常は撮像装置８と鏡面２との距離を一定とする。撮像装置８と鏡面２との距離を長くするほど、炉壁に平行な方向の有効鏡面長さを長くすることができ、鏡面を観察する撮像装置視野１３の範囲（長辺側長さ）を広くすることができる。一方、炉壁に垂直な方向、即ち幅方向の有効鏡面幅については、炉壁の間隔が狭いので広くすることができず、撮像装置視野１３の範囲（短辺側長さ）を広げることはできない。コークス炉炭化室の観察においては、炉壁表面での撮像装置視野１３の長辺側長さを５００〜６００ｍｍ程度とすると、一般的なＣＣＤカメラで損傷検出に十分な空間分解能約１ｍｍの観察ができる。炉壁表面での撮像装置視野１３の短辺側長さは、炉壁を垂直方向から観察する場合、１５０〜２００ｍｍ程度となる。
【００２３】
鏡面２の配置方向としては、図２〜４に示すように、鏡面の長手方向を炉の高さ方向、即ち炉の奥行方向と直角の方向とすると良い。炉の奥行方向は炉壁４２を観察しつつ炉壁観察装置１を移動する方向であり、移動しながら観察を行うことによって炉の奥行方向の炉壁観察結果を蓄積することができる。従って、鏡面の長手方向を炉の奥行方向（移動方向）と直角の方向とすることにより、炉壁表面の撮像情報を最大限に採取することができる。
【００２４】
本発明において、図１〜図５に示すように撮像装置８をはじめとする電子機器は断熱容器３内に収納し、鏡面２は断熱容器３の外側に配置する。断熱容器３に対しては、炉外からの冷却水の供給や電源配線・信号配線の接続を有しない。従って、炉内に設置する炉壁観察装置を軽量かつ小型化することができ、炉内に挿入し移動する構造物、例えばコークス炉炭化室４１のコークス押出機４３に容易に着脱することが可能である（図２）。図４に示すように、断熱容器３はその表面を断熱材４によって被覆し、短時間であれば高温の炉内に滞在して内部の電子機器を正常に作動させることができる。コークス炉炭化室４１であれば、炉内に３分間滞在することが可能であり、炉壁観察装置１を装着したコークス押出機４３を炉内に挿入し、炉の奥行方向全長を観察して炉外に抽出するための最低限の時間を確保することができる。断熱容器３を被覆する断熱材４としては、例えばセラミックファイバーボードまたはケイ酸カルシウムボード等を用いることができる。
【００２５】
本発明においては、鏡面２を断熱容器３の外側に配置するので、観察装置の視野を確保するための断熱容器３の観察窓１６を最小限の大きさに留めることができる。プリズムをボックス内に収納する従来技術においては、ボックスに設置する観察窓の大きさを大きくする必要があり、本発明のように断熱容器３を用いる場合には観察窓から容器内に浸入する輻射熱によって容器内の温度が急速に上昇する問題があったが、本発明のように鏡面２を断熱容器３の外側に配置した結果として、観察窓１６を小さくできるので、ここから浸入する輻射熱を最小限に留め、断熱容器内の温度上昇を防止することができる。観察窓１６には石英ガラス等の耐熱ガラスを装着する。耐熱ガラスは金属蒸着等の手段によって外部からの輻射熱を反射する機能を有することが好ましい。
【００２６】
本発明の鏡面２としては、図４（ａ）に示すように１枚の鏡面として一方の炉壁４２ａを観察することとしても良い。一方、上記の発明にあるように（図４（ｂ））、角度の異なった２枚の鏡面（２ａ、２ｂ）から構成され、各鏡面によって相対する炉壁（４２ａ、４２ｂ）の各表面が映し出されるようにすると好ましい。図２、図４（ｂ）に示す例においては、第１の鏡面２ａは第１の壁面４２ａ表面を映し出し、第２の鏡面２ｂは第２の壁面４２ｂ表面を映し出し、両者を単一の撮像装置８によって同時に撮像することができる。これにより、１台の撮像装置８を収納した炉壁観察装置を用い、炉の奥行方向に１回移動することにより、左右両側の炉壁表面観察結果を得ることができる。また、左右の炉壁を同時に見比べることが可能になる。さらに、左右の炉壁を１台の撮像装置８で観察できるので、断熱容器内に２台の撮像装置を収容する場合に比較し、断熱容器の観察窓１６の開口面積を小さくすることができ、輻射熱が断熱容器内に浸入して温度が上昇する割合が小さくなる。
【００２７】
本発明の鏡面２は断熱容器３の外側に配置されるので、鏡面２は炉内の高温雰囲気に直接曝される。本発明の上記においては、図４（ｂ）に示すように、内部に冷却水６を収容する容器１１の表面を鏡面２とする。本発明の炉壁観察装置が高温の炉内に滞在する時間は短時間であり、このような時間内であれば、容器１１内の冷却水６が温度上昇し沸騰して容器１１を沸騰冷却し、容器１１の温度を冷却水の沸点（水を用いた場合には１００℃）以下に保持することができ、容器表面に形成した鏡面２の光学的性能を長期間にわたって維持することができると共に、鏡面２の平面度を同じく長期間にわたって維持することができる。本発明は、鏡面２の冷却のために炉外から冷却水を供給する必要がなく、また鏡面の予熱装置を用いる必要がないので、コークス押出機等の移動装置に簡単に装着することが可能である。
【００２８】
内部に冷却水６を収容する容器１１は、図２、図４（ｂ）に示すように断面矩形の長い形状とし、４面の外面のうちの２面を鏡面２とし、残り２面については必要に応じて断熱材１２で断熱すると良い。容器１１そのものをステンレス鋼製としてその表面を研磨加工して鏡面仕上げにするのが簡単である。
【００２９】
断熱容器内の撮像装置８で撮像した映像は、データ記録装置に記録し、最終的に記録したデータを用いて炉壁の画像情報を作成することが必要である。データ記録装置２２は、本発明の上記にあるように断熱容器内に収納しても良い（図４）。一方、本発明の上記にあるように、断熱容器内にはワイヤレス伝送送信機１８を収納し、炉外にワイヤレス伝送受信機２１とデータ記録装置２２とを配置するとより好ましい（図５、図３）。撮像装置８で撮像した情報をワイヤレス伝送送信機１８からワイヤレス伝送受信機２１に送信し、データ記録装置２２に記録する。データ記録装置２２においては、記録用コンピュータなどの記録装置３０に記録すると同時に画像表示装置３１にて撮像画像を表示するようにすれば、炉壁観察装置を炉内に挿入して観察すると同時に観察結果を確認することができる。１０００℃の炉内から戻ってきた断熱容器は外側が高温になっているので、時間をおいてからでないと内部のデータを取り出すことができない。それに対し、本発明では炉壁観察装置を炉内から抽出して装置の冷却をまって画像データを取り出すという手間が必要ないので、迅速に炉壁の状況を確認することができる。また、炭化室炉内から抽出した炉壁観察装置を、すぐに次の炭化室の観察に使用することが可能になる。
【００３０】
炉内の断熱容器から炉外へのワイヤレス伝送については、電磁波を用いた無線送信、あるいは可視光や赤外線などの光を用いたワイヤレス伝送を用いることができる。ワイヤレス伝送を行う場合、断熱容器３の炉外側に向いた壁には伝送用の窓１７を設ける。窓１７には耐熱ガラスを装着し、伝送媒体として電磁波を用いる場合には、外部からの輻射熱侵入を防止するためのコーティングには金属膜コーティングは用いず、シリカコーティングのような非電導性材料のコーティングを行う。
【００３１】
図７に示すように、ワイヤレス伝送にデジタル信号を電波で伝送するデジタル無線送受信機（２７、２８）を採用することができる。撮像装置８からはアナログの画像信号が出力されるので、この信号をＡ／Ｄ変換器２６でデジタル信号とし、このデジタル信号をデジタル無線送信機２７で送信し、炉外のデジタル無線受信機２８で受信する。受信したデジタル信号はＤ／Ａ変換器２９でアナログ信号に変換して画像表示装置３１などの記録計に出力したり、あるいはデジタル信号のままで記録装置３０などに記録することができる。
【００３２】
断熱容器内にワイヤレス伝送送信機１８を配置した場合、撮像情報を断熱容器から外部のワイヤレス伝送受信機２１に伝送し、そのデータを外部のデータ記録装置２２に記録する。その際、本発明の上記にあるように、撮像情報とともに、撮像装置の炉内位置情報（炉内水平方向の撮像現在位置データ３５）を同時にデータ記録装置２２に記録することもできる。外部データ記録装置２２は炉外に配置されているので、撮像装置８を搭載した押出機４３の現在位置データから撮像装置８の撮像現在位置データ３５を算出して取り込むことができるからである。その結果、外部データ記録装置２２においてリアルタイムに水平方向の撮像位置と撮像データとを対応させることが可能になり、観察中において即座に炉内の損傷個所や要補修個所を特定することができる。
【００３３】
上記とは逆に、断熱容器内にデータ記録装置２２とワイヤレス伝送受信機を設置し、外部から断熱容器に対して断熱容器の炉内挿入時刻および炉内水平方向の撮像現在位置データ３５を常時ワイヤレス送信し、撮像データと炉内水平方向の撮像現在位置データ３５を同時に断熱容器内のデータ記録装置２２に記録することもできる。
【００３４】
ワイヤレス伝送送信機１８及びワイヤレス伝送受信機２１には、送信と受信の両方の機能を兼ね備えた送受信機を用いても良い。
【００３５】
断熱容器３は、本発明の上記にあるように（図１）、吸熱能力を有する液体７を充填したジャケット５と、さらにその外側を覆う断熱材４とを有することとすると好ましい。一般に、液体は質量・体積あたりの熱容量の大きいものを選択することができる。工業的に最も容易に入手できかつ吸熱材料として最適な液体として、水を用いることが好ましい。断熱容器３を高温の炉内に挿入した際、断熱容器の外側を断熱材４が覆っているので、断熱材４を通過して内部に浸入する熱量を小さくすることができる。さらに、断熱材４の内側には吸熱能力を有する液体７を充填したジャケット５が存在するので、内部に浸入した熱はまずこの液体７、例えば水の温度を上昇するのに費やされる。水は熱容量が大きいため、断熱容器内部の温度上昇を遅らせることができる。更に、水の温度が１００℃に達すると沸騰により大量の気化熱を奪うため、断熱容器内部の温度が１００℃を超えることはない。水の温度が１００℃に到達して沸騰を開始した際の水蒸気を放出するため、断熱容器３の上部には開放口を設けるかあるいは安全弁を設けると良い。本発明の炉壁観察装置においては、炉内での炉壁観察中には液体を供給排出するための配管が接続されていない点が特徴である。
【００３６】
コークス炉の炉幅は通常４００ｍｍ程度であり、本発明の炉壁観察装置はこのスペースに余裕を持って挿入可能な寸法とする必要がある。吸熱液体として水を用いる場合、水を収納するジャケットは炉幅方向で水の占める幅を左右それぞれ４０ｍｍ程度とする。断熱容器外周の断熱材４としては、例えばセラミックファイバーボードを用い、断熱材４の厚さを３０ｍｍ程度とすることができる。炉壁観察装置の外部寸法をＬ５００ｍｍ×Ｗ３００ｍｍ×Ｈ５００ｍｍとしたとき、炉壁観察装置を収納する内部空間はＬ３８０ｍｍ×Ｗ１６０ｍｍ×Ｈ３００ｍｍ程度となる。
【００３７】
このような形状を有する炉壁観察装置を炉内温度１０００℃のコークス炉炭化室４１に挿入したとき、炉壁観察装置を収納する内部空間の温度は、挿入後経過時間ごとに、３分後２５℃、５分後４０℃、７分後５５℃となる。断熱容器内に収容する各種電子機器の通常使用温度上限は５０℃であるから、高温の炉内に５分間は滞在することが可能である。
【００３８】
本発明の炉壁観察装置によるコークス炉炭化室の炉壁観察においては、例えばコークス押出機４３に本発明の炉壁観察装置１を搭載して測定を行う場合、押出機はレールの上を移動しながら乾留が完了した炭化室のコークスを押し出す作業を５〜１０分間隔で連続して次々と繰り返していき、この作業の中で多数の炭化室の炉壁観察を行うこととなる。１回の炭化室挿入によって断熱容器内の液体は温度が上昇しているので、時間をおかずにこのまま次の炭化室に挿入しての測定を行うと、断熱容器内の液体７の温度は逐次上昇し、炉内滞在可能時間が短くなる。図６に示すように、本発明の断熱容器３の下部に内部の液体を排出するための排出口２３を設けておき、炉壁観察が完了する毎に温度が上昇した内部の液体を排出して温度が低い新しい液体を投入することにより、液体の温度上昇を防止できる。新しい液体投入時に注入口２４から冷えた液体を供給しつつ排出口２３からの排出を継続すれば、断熱容器自身の温度も低下させることができる。この結果、各回毎に十分な炉内滞在時間を確保することができる。
【００３９】
断熱容器内にワイヤレス伝送送信機１８を配置した場合、さらに図７に示すように断熱容器内に断熱容器の温度やジャケット内の液体温度を測定する温度計３６を設置し、測定した温度をワイヤレス伝送送信機１８によって炉外に送信することもできる。これにより、炉外において現時点の炉壁観察装置の温度を把握することができ、温度が管理上限に近づいたときには測定を中止して炉壁観察装置を炉外に引き出すことにより、異常高温による炉壁観察装置の損傷を未然に防ぐこともできる。
【００４０】
本発明の炉壁観察装置は、予め炉内の観察位置を定め、当該位置の炉壁を静止画として撮像しても良い。これにより、損傷の発生が予測された炉壁位置の状況を画像としてとらえることができる。
【００４１】
一方、本発明の上記にあるように、撮像装置８を炉の奥行方向に移動しつつ撮像を行い、撮像データをデータ記録装置２２に記録することとするとより好ましい。撮像装置８の炉奥行方向移動は、例えば図３に示すように、撮像装置８を収納した断熱容器３をコークス炉炭化室４１のコークス押出機４３に装着し、ラム駆動装置４６の動作によってコークス押出機４３を一定速度で炉内に挿入しあるいは抽出する動作によって行う。連続的に撮像を行いつつ撮像装置８を移動し、撮像結果を動画として観察することが可能である。
【００４２】
より好ましくは、本発明の上記にあるように、撮像装置８を炉の奥行方向に移動しつつ撮像を行い、データ記録装置２２に記録した撮像データを加工して結合することにより、炉の奥行方向の広い範囲を１枚の静止画像として取り出すことも可能である。例えばコークス押出機の移動速度が３００ｍｍ／秒であって、撮像装置の静止画像撮像間隔が１／３０秒の場合、１枚の静止画像撮像から次の静止画像撮像までの間に撮像装置は１０ｍｍ移動する。従って、１枚の静止画像の幅方向（炉の奥行方向）の撮像範囲を１０ｍｍとし、次々と撮像する静止画をつなぎ合わせれば、コークス押出機を移動する全長にわたって、炉壁表面画像を連続した１枚の静止画像として入手することができる。あるいは、幅方向の撮像範囲を１００ｍｍとし、静止画像撮像間隔を１／３秒として撮像することもできる。図９には、隣り合った８枚の静止画像を画像接合位置１５において接合し、広い領域の画像１４とした炉壁画面を示す。このデータ処理は、データ記録装置２２において行うことができる。
【００４３】
断熱容器内にワイヤレス伝送送信機１８を配置した場合であって、撮像情報を断熱容器から外部のワイヤレス伝送受信機２１に伝送し、そのデータを外部のデータ記録装置２２に記録するとともに、撮像装置の炉内位置情報（炉内水平方向の撮像現在位置データ３５）を同時にデータ記録装置２２に記録する本発明においては、撮像装置８を炉の奥行方向に移動しつつ撮像を行い、炉内位置情報に基づいて静止画像を選択することができる。幅方向１００ｍｍピッチで静止画像を採取し、この静止画像をつなぎ合わせて炉の奥行方向広い範囲の炉壁画像を作成する場合を例にとって説明する。撮像した静止画像を例えば１／３０秒ピッチで順次外部のデータ記録装置に伝送する。炉外のデータ記録装置２２では、炉内位置情報に基づき、撮像装置が１００ｍｍピッチの静止画像採取位置に到達する毎に、その時点で受信した静止画像を選択する。これにより、結果として幅方向１００ｍｍピッチで静止画像を採取し、この静止画像をつなぎ合わせることによって炉の奥行方向広い範囲の炉壁画像を作成することが可能である。この方法であれば、断熱容器を搭載したコークス押出機の走行速度がたとえ変動したとしても、等間隔で静止画像を入手することができる。
【００４４】
断熱容器内にはワイヤレス伝送受信機を配置し、炉内位置情報を炉外から断熱容器に伝送する場合においては、断熱容器内で上記と同様のデータ処理を行うこととすればよい。また、断熱容器内と炉外の両方に送受信を行うことのできるワイヤレス伝送送受信機を配置した場合であれば、炉内位置情報を炉外から断熱容器に伝送し、断熱容器内において一定間隔毎に静止画像を選択し、選択した静止画像のみを炉外にワイヤレス伝送送信することもできる。
【００４５】
撮像装置８を炉の奥行方向に移動しつつ撮像を行って静止画像を採取し、この静止画像をつなぎ合わせて炉の奥行方向広い範囲の炉壁画像を作成する本発明において、隣り合った静止画像同士の間に重複部分が生じるように撮像を行うこともできる。例えば、幅方向で概略１００ｍｍピッチで撮像を行い、各静止画像の幅方向サイズを１５０ｍｍとしておけば、５０ｍｍの重複部分が生じる。重複部分においては、炉壁の同じ部分を撮像しているので、炉壁の映像に基づいてパターンマッチング処理によって２つの画像を正確に位置合わせして一致させることができる。この手法を用いれば、各静止画像を撮像した炉内位置情報に若干のずれがあったとしても、そのずれを自動的に修正して正確な炉の奥行方向広い範囲の炉壁画像を作成することができる。さらには、炉内位置情報を用いることができない場合においても、隣り合う画像で重複部分がある時系列採取した画像群に対して、画像の重なり代をパターンマッチング処理で決定して次々と連結し、正確な炉壁画像を作成することが可能である。
【００４６】
例えばコークス炉炭化室を観察する場合においては、炉壁は高温のため自発光しており、撮像装置はこの自発光光を撮像することによって炉壁を観察することができる。そして、撮像装置として通常のＣＣＤカメラを用いた場合、シャッタースピードを１／１０００秒程度として撮像することができる。この程度の速いシャッタースピードであれば、コークス押出機の移動速度３００ｍｍ／秒においてもカメラぶれのない鮮明な画像を得ることが可能である。
【００４７】
以上のように、炉の奥行方向については、撮像装置を移動装置と共に移動することによってその全長にわたる炉壁表面を１枚の静止画に収めることができる。一方、炉の高さ方向については、鏡面と撮像装置との距離にもよるが、通常は５００〜６００ｍｍ程度の範囲が撮像範囲となる。従って、炉の高さ方向については１回あたりに撮像できる範囲は限定される。一方、例えばコークス炉炭化室においては、炉壁耐火物の損傷が特に激しいのは、例えば炉高方向の石炭装入ライン近傍に限定される。従って、本発明の炉壁観察装置の設置位置を、石炭装入ライン近傍を観察することのできる位置とすれば、たとえ炉高方向の観察範囲が限定されるにしても十分に有用なデータを得ることができる。もちろん、コークス押出機に高さ方向に複数の炉壁観察装置を設置することにより、１回当たりに炉高方向広い範囲で炉壁を観察することも可能である。
【００４８】
本発明の炉壁観察装置は形状がコンパクトかつ軽量であり、冷却配管等の設置が不要なので、押出機に取り付ける高さは任意に変更することが容易であり、所定の各高さ毎に取り付け位置を変えて測定を行うことにより、炉高全体の炉壁観察データを得ることも可能である。
【００４９】
本発明の炉壁観察装置は測定中は外部から動作電源を供給することができないので、断熱容器内には電源装置１０を有する。撮像装置８やデータ記録装置２２、ワイヤレス伝送送信機１８はこの電源装置１０から供給される電力によって作動する。電源装置１０としては、乾電池、充電式蓄電池等を用いることができる。
【００５０】
電源装置１０として充電できない電池を用いると、電池交換のたびに断熱容器を開放する必要がある。また電源装置１０として充電可能な電源を用いる場合においても、充電ケーブル接続プラグが断熱容器内部に位置する場合には充電のたびに断熱容器を開放することが必要となる。電源装置として充電可能な電源を用い、さらに図６に示すように充電ケーブル接続プラグ２５を断熱容器３の外部に備えることにより、断熱容器を開放せずに充電することが可能になり、作業性を改善することができる。充電ケーブル接続プラグ２５は、炉内挿入時には断熱材蓋３４でその外部を覆い、充電時に断熱材蓋３４のみを取り外して充電ケーブルを接続するようにしても良い。
【００５１】
【実施例】
コークス炉炭化室の炉壁の表面を観察する目的で、図１に示す炉壁観察装置を用いた。炉壁観察装置１の外形寸法は、高さ５００ｍｍ、幅３００ｍｍ、長さ５００ｍｍであり、総重量は約５０ｋｇである。
【００５２】
炉壁観察装置の断熱容器３としては、外周に断熱材４としてセラミックファイバーボードを用い、断熱材４の厚さは３０ｍｍとした。断熱材４の内側には、ステンレス鋼製のジャケット５を配置した。ジャケット内には合計３０リットルの水７を充填した。断熱容器３の炉壁に面する部分において、水７の層の厚さは４０ｍｍである。
【００５３】
断熱容器３の内部には撮像装置８としてＣＣＤカメラを配置した。撮像装置８で撮像した画像信号は、ワイヤレス伝送送信機１８によって炉外に送信される。断熱容器３及び断熱材４には観察窓１６及び伝送窓１７を配置し、観察窓１６には金属蒸着を行った石英ガラスをはめ込んでいる。また、電源装置１０として充電式蓄電池を配置し、撮像装置８、ワイヤレス伝送送信機１８及びそれらを制御する制御装置に対する供給電源とした。
【００５４】
断熱容器の前方には図１に示すように鏡面２を配置する。鏡面２の長手方向は炉の高さ方向とし、２枚の鏡面２は炉壁４２との角度を４５°とし、左右の炉壁４２を同時に撮像装置８の視野にとらえることができる。撮像装置視野１３は、左右の炉壁毎に長辺側長さが６００ｍｍ、短辺側長さが２００ｍｍとなるように鏡面を配置した。鏡面２は内部に冷却水６を収容するステンレス鋼板製の容器１１の表面を鏡面研磨したものを用いた。容器１１は、図２に示すように断面矩形の長い形状とし、４面の外面のうちの２面を鏡面２とし、残り２面については断熱材１２で断熱する構造とした。
【００５５】
炉壁観察装置１と鏡面２を押出機４３に取り付けた。炉壁観察装置１の総重量が約５０ｋｇと比較的軽量であり、更に冷却水配管や信号ケーブルを配置する必要がないので、押し出しラム１４の高さ方向の任意の位置に容易に取り付けることが可能である。本実施例においては、図２に示すように、押し出しラム１４の後面の炉壁観察装置１の位置に支持装置１５を用いて取り付けるか、あるいはラムビーム４７の上の炉壁観察装置１’の位置に取り付け位置を設定し、各高さにおいて順次炉幅測定を実施することにより、広い範囲の炉幅測定データを採取することができた。
【００５６】
ワイヤレス伝送にはデジタル信号の電波を用いた無線通信を採用している。撮像装置８の出力及び測定ユニット内の温度を測定する温度計３６の出力をＡ／Ｄ変換器２６によってディジタル信号に変換し、デジタル信号無線送信機２７に送る。デジタル信号無線送信機２７がワイヤレス伝送送信機１８として機能し、ワイヤレス伝送信号１９を炉外のワイヤレス伝送受信機２１に送る。断熱容器３の電波が通過する部分には伝送窓１７を設け、シリカコーティングを施した石英ガラスを配置している。シリカコーティングによって炉からの輻射熱を遮断し、かつ金属コーティングではないので電波の伝搬を阻害することがない。
【００５７】
炉外にはワイヤレス伝送受信機２１としてデジタル信号無線受信機２８が配置され、データ記録装置２２として記録装置３０及び画像処理装置３１が配置される。デジタル信号無線受信機２８で受信したデジタル信号をＤ／Ａ変換器２９及び記録装置３０に伝送する。記録装置３０に送られたデータはコンピュータ内に記録され、Ｄ／Ａ変換器２９から出力するアナログ信号は画像処理装置３１に送られ、リアルタイムに測定された撮像信号を解析しやすい画像情報として加工する。データ記録装置２２には押し出しラム１４の現在位置データに基づいて求められた撮像現在位置データ３５も送られてきているので、このデータも記録装置３０と画像処理装置３１に送られる。画像処理装置３１においては、各時刻に撮像された撮像情報を撮像現在位置３５に基づいて並べ、炭化室の奥行方向全長を１枚の静止画像として生成することができ、炉壁損傷の発生個所を特定することができる。具体的には、押出機４３の移動に伴い、撮像現在位置データ３５が１５０ｍｍ増加する毎に、伝送された静止画像を画像処理装置３１に取り込む。静止画像の炉幅方向（短辺側）長さは２００ｍｍなので、隣り合った画像は５０ｍｍの重複部分を有する。この重複部分を用いてパターンマッチング処理を行い、画像の重なりについて微調整を行うことができる。このようにして炭化室の奥行方向全長を１枚の静止画像として生成する。
【００５８】
炉壁観察結果の一例を図８に示す。図８（ａ）は、撮像装置全体視野９において、鏡面２ａに映った炉壁４２ａの映像、及び鏡面２ｂに映った炉壁４２ｂの映像である。いずれにおいても、レンガ４８の目地４９が明確に識別されている。図８（ｂ）は炉壁４２に損傷が発生している箇所の観察結果である。正常な目地４９以外に目地開き５０が観察される。また、炉壁縦割れ５１が観察される。さらに、図８（ｃ）に示すように、炉壁のカーボン付着５２も観察することができる。さらに、押出機４３の移動に伴って連続的に取得した静止画像を結合することにより、炉の奥行方向広い領域の炉壁画像を得ることができる。図９には、隣り合った８枚の静止画像を画像接合位置１５において接合し、広い領域の画像１４とした炉壁画面を示す。全長画像は損傷部位の特定が容易であり、さらに全体的な損傷状況が一見して把握できるので、炉体診断・管理を行う上で有用である。
【００５９】
測定中にデータ記録装置２２に逐次データが伝送されるので、測定完了後に断熱容器３を開ける必要がなく、測定の作業性を大幅に向上することができた。また測定中にリアルタイムで炉壁損傷をキャッチし、当該損傷の発生個所も正確に特定することができるので、遅滞なく当該炭化室の補修計画を立案することができた。
【００６０】
一つの炭化室の炉壁観察を完了した後に続けて次の炭化室の炉壁観察を行う前に、断熱容器下部の排出口２３を開き、温度が上昇した冷却水７を排出すると同時に上部の注入口２４から常温の水を注水した。１５リットルの水を注水して断熱容器３の温度を低下させた後、断熱容器下部の排出口２３を閉じ、断熱容器内に水７を充填した。このように毎回断熱容器３と断熱容器内の水７の温度を十分に下げてから次の測定を行ったので、連続して炭化室の炉壁観察を行う際にも毎回５分以上の測定時間を確保することができた。
【００６１】
測定ユニット内の電源装置１０として用いる充電式蓄電池は、連続して５室の炭化室の炉幅測定が可能な容量を有している。充電に際しては、断熱容器外部に配置した充電ケーブル接続プラグ２５に充電ケーブルを接続して行うことができるので、充電のために断熱容器を開放する必要がなく、良好な作業性のもとで充電を行うことができた。
【００６２】
【発明の効果】
本発明は、コークス炉炭化室等の相対する炉壁の表面を観察する炉壁観察装置において、断熱容器内に撮像装置を収納し、断熱容器の外側に鏡面を配置し、鏡面に反射して映る炉壁表面の映像を前記撮像装置によって撮像することにより、装置が小型軽量でかつ冷却水配管等を必要とせず、押出機等の移動装置に簡単に着脱でき、かつ壁面における必要な観察範囲を観察することができる。内部に冷却水を収容する容器の表面に鏡面を形成することにより、鏡面は十分な耐久性を有する。
【００６３】
本発明はまた、ワイヤレス伝送送受信機を用いて炉外にてデータを記録することにより、小型軽量かつ簡便という利点を保持しつつ、撮像した炉壁画像情報と撮像位置情報とを結合することを可能にするとともに、撮像結果を迅速に利用して炉壁補修計画を立案することができる。
【００６４】
本発明はさらに、連続して採取した静止画像をつなぎ合わせることによって炉の奥行方向広い領域の炉壁画像を得ることができ、広い領域の画像は損傷部位の特定が容易であり、さらに全体的な損傷状況が一見して把握できるので、炉体診断・管理を行う上で有用である。
【００６５】
本発明はさらに、吸熱能力を有する液体を充填したジャケットと、さらにその外側を覆う断熱材とを有する断熱容器を用いることにより、小型軽量かつ簡便という利点を保持しつつ、高温の炉内滞在時間を十分に確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】液体を充填したジャケットを有する本発明の炉壁観察装置を示す平面断面図である。
【図２】本発明の炉壁観察装置を示す斜視図である。
【図３】コークス押出機に設置した本発明の炉壁観察装置を示す側面図である。
【図４】本発明の炉壁観察装置を示す平面断面図であり、（ａ）は１枚の鏡面を有する場合、（ｂ）は２枚の鏡面を有する場合の図である。
【図５】ワイヤレス伝送送信機を有する本発明の炉壁観察装置を示す平面断面図である。
【図６】液体を充填したジャケットを有する本発明の断熱容器を示す側面断面図である。
【図７】ワイヤレス伝送送受信機を有する本発明の機器接続状況を示す概念図である。
【図８】本発明の炉壁観察装置での観察結果例を示す図である。
【図９】本発明の炉壁観察装置での観察結果例を示す図である。
【符号の説明】
１  炉壁観察装置
２  鏡面
３  断熱容器
４  断熱材
５  ジャケット
６  冷却水
７  水（液体）
８  撮像装置
９  撮像装置全体視野
１０  電源装置
１１  容器
１２  断熱材
１３  撮像装置視野
１４  広い領域の画像
１５  画像接合位置
１６  観測窓
１７  伝送窓
１８  ワイヤレス伝送送信機
１９  ワイヤレス伝送信号
２１  ワイヤレス伝送受信機
２２  データ記録装置
２３  排出口
２４  注入口
２５  充電ケーブル接続プラグ
２６  Ａ／Ｄ変換器
２７  デジタル信号無線送信機
２８  デジタル信号無線受信機
２９  Ｄ／Ａ変換器
３０  記録装置
３１  画像処理装置
３４  断熱材蓋
３５  撮像現在位置データ
３６  温度計
３７  フィルター
４１  コークス炉炭化室
４２  炉壁
４３  押出機
４４  押出ラム
４５  支持装置
４６  ラム駆動装置
４７  ラムビーム
４８  レンガ
４９  目地
５０  目地開き
５１  炉壁縦割れ
５２  カーボン付着
【図１】
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【図２】
0003996813.tif 000003
【図３】
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【図４】
0003996813.tif 000005
【図５】
0003996813.tif 000006
【図６】
0003996813.tif 000007
【図７】
0003996813.tif 000008
【図８】
0003996813.tif 000009
【図９】
0003996813.tif 000010