炉内观察装置及具有该炉内观察装置的顶出柱塞的制作方法

专利名称：炉内观察装置及具有该炉内观察装置的顶出柱塞的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于观察高温炉内的炉内观察装置及适于焦炉炉内观察的带有炉内观察 装置的顶出柱塞(押出，厶)。
背景技术：
焦炉的结构是炭化炉和燃烧室沿炉团方向交替配置，煤从在焦炉炉上沿炉团方向行走 的装煤车装入炭化室内，通过将燃烧室的热量传递给炭化室，将装入的煤干馏，生产焦炭。
这种焦炉往往从筑炉开始经30年而老化，构筑炭化室壁面的耐火砖，反反复复进行 着附着在炉壁损伤部分上的炭因焦炭顶出或装煤而剥离、再损伤炉壁的循环，炉壁变形等、 妨碍作业(生产)的要因明显存在。
尤其，炭的附着状态在每天作业中也有微妙变化，为了获得稳定作业，观察炉壁状态
是非常重要的检査项目。
该炉内观察如图6所示那样在进行焦炭顶出时进行，具体地说，在卸下炉盖、利用柱 塞横杆52顶端的柱塞头53将炭化室50内干馏后的红热焦炭51顶出到炉外待机的导向车 (未图示)期间进行该炉内观察，通常从顶出机运行室54的位置通过操作工55目视来进行。
另外，在炉内观察中，往往受到这样的制约炉内温度是约1100摄氏度的高温，无法接 近炉；炉宽为450mm左右的狭窄，而进深长约为15m，视野不良；根据作业性能观察炉内 的时间被限制在约2 10分钟左右。
从这种情况看，即使是熟练的操作工55也无法依靠目视观察炉内整体。图中56表示 附着在炉壁上的炭，有附着在各装煤孔57下方的倾向。
因此，提出了如下一种方法将已水冷却或空气冷却的摄像机插入炉内，在配置于炉 外的监视器的图面上显出由该摄像机所拍摄的壁面图像，对损伤状态进行观察(例如参照 日本实开平5 — 27599号公报)。
如图7所示，这种炉内观察装置具有由外侧冷却筒60和内侧冷却筒61所构成的双层 筒状的冷却筒62，在该冷却筒62顶端部的一侧面设有耐热玻璃构成的观察窗63。
在冷却筒62内配置与该观察窗63相对的反射镜64，由反射镜64弯曲的光路被导向 到变焦透镜65，由此，经放大的炉壁可通过CCD摄像机66进行拍摄。
冷气水或者冷却空气F被导入至外侧冷却筒60与内侧冷却筒61之间的通路。
另外，在冷却筒62的内壁配设有发生珀耳帖效应的多个热电冷却元件67，对CCD摄 像机66等测定设备进行高温保护。
采用上述的炉内观察装置，即使不是熟练工也可观察到炉内的里部。但是，这种炉内 观察装置由于采用了使用反射镜64等来间接地观察炉壁的结构，因此稍微有振动，就会 发生监视器图面上所显示的图像模糊、焦点错位等不能正确观察炉内的情况。
另外，由于要将反射镜64至变焦透镜65的光路取长，故还有使炉内观察装置大型化 的问题。
用反射镜64间接观察炉内的理由是因为当在不构成双层筒状的观察窗63附近配置 CCD摄像机66时，CCD摄像机66会暴露在高温下而产生故障。
由于热电冷却元件67所进行的冷却为借助空气的间接冷却，故冷却速度迟缓，温度 控制很难。而且，由于是密闭室内的冷却，因此不搅拌空气就无法获得均匀的冷却效果和 必要的温度下降。即使欲提高该热电冷却元件67的冷却能力，但由于冷却筒62内的空间 受限制，因此不可能增大热电冷却元件67的尺寸。

发明内容
本发明是鉴于上述那种以往的炉内观察装置所存在的问题而作的，其第一目的在于提 供一种可精度良好地观察高温的炉内的炉内观察装置，第二目的在于提供一种通过谋求紧 凑化而可在柱塞横杆上设置炉内观察装置的带有炉内观察装置的顶出柱塞。
本发明是一种炉内观察装置，具有壳体，该壳体具有冷却用空气的导入部和使该冷 却用空气供冷却后被排出的排出部；以及摄像装置，该摄像装置收容在该壳体内的所述排 出部附近，所述摄像装置将下述部件一体化而成摄像元件；板状的热电冷却元件，该热 电冷却元件以其吸热面侧围住摄像元件本体周围的状态配置；导热体，该导热体填埋摄像 元件本体与热电冷却元件的吸热面侧之间的间隙；以及冷却翅片，该冷却翅片形成在热电
冷却元件的散热面。
在本发明中，若将所述摄像装置以收容在筒状的绝热部内的状态收容在壳体内，则在 该绝热部外壁与所述壳体内壁之间形成冷却用空气流动用的冷却通路，可将通过该冷却通 路进入壳体内的热量吸收并将其从排出部排出。另外，最好在所述壳体内壁上贴附有绝热材料。由此，可抑制从壳体进入冷却通路内 的热量。
另外，最好在所述壳体的前表面的与摄像元件的透镜相对的位置设置观察窗，由耐热 玻璃、红外线吸收滤光器、红外线反射滤光器的层叠体构成该观察窗。
另外，由所述筒状的绝热部围住所述冷却翅片的外周部，从而各冷却翅片的间隙形成 冷却空气流动用的第二冷却通路。在使冷却用空气通过所述冷却通路而抑制热量从壳体外 部进入的状态下，使冷却用空气通过第二冷却通路，可提高冷却翅片的冷却效率，由此可 使热电冷却元件稳定动作。
另外，在所述筒状绝热部的冷却用空气流动方向下游侧端部，可形成流动方向变更部， 用于将通过第二冷却通路的冷却用空气的流动方向朝观察窗侧变更。该方向转换后的冷却 用空气产生的作用是将附着在观察窗上的粉尘等吹走。
本发明是带有炉内观察装置的顶出柱塞，在配置于焦炉中的顶出柱塞的柱塞横杆上设 置有具有上述结构的炉内观察装置。
在上述带有炉内观察装置的顶出柱塞中，在敷设于柱塞横杆的绝热配管内可收容有 将冷却用空气供给到炉内观察装置的软管；将电源供给于摄像元件和热电冷却元件并将拍 摄图像予以输出用的电缆；以及将用于对热电冷却元件进行温度控制的控制信号予以输送 的电缆。
采用上述本发明的炉内观察装置，可精度良好地观察高温的炉内。
另外，采用上述本发明的带有炉内观察装置的顶出柱塞，可在柱塞横杆上设置炉内观 察装置以谋求紧凑化，可在每天的焦炭顶出作业中时常精度良好地观察炭化室内。


图1是表示本发明的炉内观察装置设置在顶出柱塞上状态的侧视图。 图2是图1所示的炉内观察装置的放大纵剖视图。
图3(a)是表示装入炉内观察装置的摄像机单元结构的具有局部缺口的立体图，图3(b) 是其主视图。
图4是表示图2所示的炉内观察装置的滤光器部分及其周边结构的主要部分放大图。
图5是表示炉内观察装置前表面侧结构的主视图。
图6是说明焦炭顶出作业时进行的以往炉内观察方法的侧视图。
图7是表示以往的炉内观察装置的内部结构的剖视图。
具体实施例方式
下面，根据附图所示的实施例详细说明本发明。
图1中，焦炭顶出机具有顶出柱塞3，该顶出柱塞3具有柱塞头1、用于使该柱塞头 1向水平方向往复移动的柱塞横杆2，利用柱塞头l，将焦炉内被干馏的红热焦炭顶出到炉 外。
在柱塞横杆2上靠近柱塞头1处立设有支承架4，在该支承架4上设有炉内观察装置5。
图中，A表示顶出柱塞3的顶出方向。而B表示炉内观察装置5所进行的观察方向， 9a表示搭载在炉内观察装置5上的CCD摄像机(后述)的视角。
炉内观察装置5的信号系统，通过从巻绕装置6的滚筒一侧(在滚筒轴上)拉出的信号 /电源电缆7而与未图示的顶出机运行室内的控制器连接，炉内的影像可在运行室内进行 观察。另外，必要的情况下，能够将该影像记录在记录装置中。
所谓上述信号系统，具体说包含将电源供给于CCD摄像机和热电冷却元件(珀耳帖元 件)的电源线、将CCD摄像机所拍摄的图像信号予以输出的输出线、以及用于对热电冷却 元件进行温度控制的控制信号线等。
炉内观察装置5的冷却系统，通过从该巻绕装置6的滚筒另一侧拉出的软管8而与储 存冷却用空气的气罐9连接，该气罐9连接着压縮机10，压縮机10用于将冷却用空气保 持成规定压力(可供给因配管等的压力损失所失去的压力，例如0.4 0.7MPa)。所述巻绕 装置6、气罐9及压縮机10搭载在顶出机上。
11是包含CCD摄像机(后述)用的图像变换装置和热电冷却元件(后述)的电源供给装 置在内的变换器 温度控制装置，配置在不受炉内热量影响的柱塞横杆2后端部上。
另外，信号/电源电缆7及软管8从柱塞横杆2后端部通过敷设在柱塞横杆2内的绝 热配管12内，与设置在柱塞横杆2顶端侧的炉内观察装置5连接。信号/电源电缆7采用 耐热电缆。
图2是将上述炉内观察装置5放大表示的图。在该图中，炉内观察装置5具有被绝热 的箱形的壳体13，该壳体13内收容有作为摄像装置的带有电子冷却装置的摄像机，该摄 像装置将CCD摄像机、热电冷却元件、温度管理用热电偶等必要最小限度的装置予以组合。
详细地说，壳体13包括方筒部13a;将该方筒部13a的后侧端面(相对于观察方向 B为后侧)予以封住的后面板13b;以及配置在前侧的前面板13c。在方筒部13a的内表面
和后面板13b的内表面分别贴附有陶瓷制的绝热材料14。
后面板13b上设有用于连接配管12的连接部15，冷却用空气ca通过配管12而被导 入壳体13内。另外，图像信号通过由信号/电源电缆7收容的拍摄电缆7a而输出，通过 控制电缆7b送出用于对热电冷却元件进行温度控制的控制信号。所述连接部15中的配管 12起到冷却用空气ca的导入部的功能。
图3(a)是用具有局部缺口的立体图来表示带有电子冷却装置的摄像机20结构的示 图，图3 (b)是表示其主视图的示图。
在图3(a)中，带有电子冷却装置的摄像机20具有将如下部件一体化的结构作为摄 像元件的CCD摄像机16;配置在该CCD摄像机16周围的导热体17(图2);配置在导热体 17外侧的热电冷却元件群18(图2);再配置在这些热电冷却元件群18外侧的冷却翅片群 19(图2)。
CCD摄像机16例如可采用搭载了有效像素为40万像素的1/2型CCD的小型彩色CCD 摄像机。CCD摄像机16的有效像素只要是40万像素左右就可观察炉内，当然，也可采用 具有40万以上像素的CCD摄像机。另外，在炉内安装有广角系的透镜以拍摄炉内左右壁 面，而在炉内壁面需要特写的场合，则可安装变焦透镜等符合目的的透镜来进行拍摄。
为围住该CCD摄像机16的本体，在其周围配置构成导热体17的四个铝制的导热块 17a 17d。但是，关于跟前侧的导热块17d，为便于说明内部结构而被取下。
热电冷却元件18a 18d(图中呈现18c和18d的一部分)分别以紧贴的状态配置在导 热块17a 17d的各自外表面，将导热块17a 17d的周围覆盖成笼状。
在图3(b)中，各热电冷却元件18a 18d通过层叠二块板状热电冷却元件而成，现以 热电冷却元件18a为例进行说明，将其吸热面18e朝向CCD摄像机16配置，将其散热面 18f朝向冷却翅片19a侧配置。
通过如此构成，CCD摄像机16本体的表面温度通过导热块17a 17d由热电冷却元件 群18来控制。
由导热块17a 17d围住、再由热电冷却元件群18围住的CCD摄像机16被收容在由 导热构件构成的方筒状的盒I9e内。在该盒19e的外壁各面上形成有构成冷却翅片群19 的冷却翅片19a 19d，对热电冷却元件群18的发热予以散热。
盒19e的内壁与导热块17a 17d四角落之间所产生的小间隙由绝热材料30封住，冷 却用空气ca就会不流向冷却翅片19a 19d以外。
这样，被单元化的带有电子冷却装置的摄像机(以下简称为摄像机单元)20配置在壳
体13内部的前侧。
回到图2进行说明。
在壳体13内部的前侧，以与壳体13的方筒部13a各内壁空开规定间隙的状态收容有 小一圈的方筒状的分隔构件(筒状的绝热部)21，该分隔构件21由不锈钢制的薄板和陶瓷 构成。
上述间隙成为使冷却用空气ca的一部分c&沿壳体内壁流动用的冷却通路Pa。分隔 构件21与壳体内壁通过沿壳体长度方向配置的多个棒状构件(未图示)而局部连接。 上述摄像机单元20收容在该分隔构件21内。
在收容有摄像机单元20的状态下，冷却翅片群19的翅片外周端与分隔构件21的内 壁连接，在冷却翅片群19的各冷却翅片的间隙也流动着冷却用空气ca2。这些冷却翅片的 间隙构成第二冷却通路Pb(参照图3(a))。
但是，冷却翅片群19的各冷却翅片朝向分隔构件21的筒轴方向配置。
另外，所述分隔构件21的前侧端部(流动方向变更部)21a向与壳体13筒轴方向正交 的方向折弯规定长度以形成向内侧的L字状，其顶端形成为上下和左右都扩开成角度eb(参 照图4)的圆锥。该角度0b设定得比CCD摄像机16的透镜16a的视角9a稍宽些。
板状的滤光器支承构件22与该前侧端部21a平行地配置在摄像机单元20的前侧端 部，在穿设于该滤光器支承构件22中心的孔部配置有后述的滤光器群。
图中，30是将CCD摄像机16本体周围被覆的绝热材料，将通向冷却翅片群19的散 热路径以外予以绝热。
图4是将观察窗及其周边结构放大表示的示图。
在该图中，23是在耐热玻璃内侧对重叠有红外线反射滤光器的多层滤光器再进行层 叠后的耐热玻璃。
与该耐热玻璃23隔开间隙S、在其内侧通过隔板而组合(24 26)配置红外线吸收滤 光器 红外线反射滤光器 耐热玻璃，由此构成观察窗。CCD摄像机16的透镜16a与该耐 热玻璃26相对。
另外，由于前侧端部21a折弯成L字状，冷却用空气ca2在通过第二冷却通路Pb后其 方向变更90°，在滤光器支承构件22与前侧端部2la之间的间隙D进行流动并在耐热玻璃 23的中心合流，再向外侧从中央部开口 27放出(释放)到壳体13的外部。
另外，在滤光器支承构件22与前侧端部21之间的间隙内向上方流动的冷却用空气 ca3从耐热玻璃23的前后两侧分岔流动，与向下方流动的冷却用空气CA合流，由此，可
从耐热玻璃23的两面对耐热玻璃23有效地进行冷却，同时，可利用冷却用空气c&和ca4 将附着在耐热玻璃23外表面上的粉尘等吹走。
在冷却通路Pa中流动的冷却用空气c^从形成于前面板13c的狭槽状开口 13d(后述) 被放出到壳体13的外部。
图5是表示形成在前面板13c上的狭槽状幵口 13d的配置的示图。
在该图中，狭槽状开口 13d以分别在前面板13c的上下和左右合计四个部位列设有长 方形开口的状态配置。在各狭槽状开口 13d上具有遮盖件28，该遮盖件28由尺寸稍比狭 槽状开口尺寸大的带板状构件构成。
该遮盖件28通过放松螺钉29而可向与狭槽状开口 13d的长度方向正交的方向(箭头 C方向)移动，由此可调节从狭槽状开口 13d吹出的冷却用空气(^的流量。由此，在因长 期使用而使冷却空气量的平衡产生变化的场合，也可根据状况来调节平衡。冷却空气ca, 的吹出量的测定在观察前测定，并设定成规定的开度。
图4所示的中央部开口 27及上述狭槽状开口 13d，构成冷却用空气ca在供冷却后被 排出的排出部。
然而，在将冷却用空气ca供给于设置在柱塞横杆2顶端侧的炉内观察装置5时，即 使将供给冷却用空气ca的软管收容在绝热配管12内，在到达炉内观察装置5的时刻所供 给的冷却用空气ca的温度升温到100°C左右。
若将如此升温后的冷却用空气ca导入壳体13内，则使CCD摄像机16的表面温度上 升。CCD摄像机16的动作温度范围通常是0 +40°C，因此必须使升温到100°C的冷却用空 气ca的温度下降60。C左右。
对于以往的炉内观察装置，存在有在观察装置内配设多个热电冷却元件作为冷却手段 的装置，这种观察装置只将热电冷却元件安装在装置内壁上，先对配置有CCD摄像机的装 置内的空间进行冷却，利用冷却后的环境间接地冷却CCD摄像机，因此下降60。C左右是不 可能的。
相对于此，在本发明的炉内观察装置5中，通过导热体17使热电冷却元件群18的吸 热侧紧贴在CCD摄像机16上，在该热电冷却元件群18的散热侧安装冷却翅片群19而进 行一体化，由此使热电冷却元件群18高效率地进行冷却动作。
构成上述热电冷却元件群18的热电冷却元件18a 18d起到小型热泵的功能，由精密 的可进行局部温度调节的电子元件构成。该结构由二块陶瓷板和配置在两陶瓷板之间的使 n型和p型成对的多个半导体元件构成，若通过导线通电，陶瓷板的一个面就吸热(冷却)，
而相反的面就散热(加热)。
在本实施例中，为提高冷却效果，将二个热电冷却元件层叠来使用。另外，以各热电 冷却元件18a 18a的外形尺寸(LxWxH)为例，使用40x40x7mm、吸热面与散热面的最大温 度差为60°C以上的热电冷却元件。
现具体说明冷却动作，用热电偶监视CCD摄像机16的表面温度，在超过40。C时，使 热电冷却元件群18接通进行动作。若使热电冷却元件群18接通进行动作时，散热侧温度 变成与始终被维持在规定温度的冷却用空气ca的温度大致相同的温度，因此，热电冷却 元件群18可稳定地冷却CCD摄像机16。由此，可将CCD摄像机16的表面温度保持在40°C 以下，可使CCD摄像机16稳定动作。
另外，在图2中，从壳体13外部进入炉内观察装置5内的热量，先由贴附在壳体13 内壁上的绝热材料14阻断， 一部分热量即使通过该绝热材料14，其几乎也由冷却通路Pa 中流动的冷却用空气ca,吸收。因此，很少影响到通过配置于第二冷却通路Pb的冷却翅片 群19的冷却用空气ca2。
下面说明具有上述结构的炉内观察装置5的动作。
在将炭化室干馏后的红热焦炭51顶出到炉外的顶出作业中， 一旦将炉盖卸下，图l 所示的顶出柱塞3就被插入到炭化室内，红热焦炭被柱塞横杆2顶端的柱塞头1顶出。
当顶出柱塞3在炭化室内移动时，与顶出柱塞3的插入方向反向设置的炉内观察装置 5就从顶出机侧向导向车侧对炭化室的炉壁进行拍摄，使其图像信号与顶出柱塞3的位置 信号信息相关联并输出到控制器。
冷却用空气ca通过配管12而始终供给于炉内观察装置5，供给炉内观察装置5的冷 却用空气ca如图2所示，分开为冷却用通路Pa和第二冷却用通路Pb地在壳体13内流动。
冷却通路Pa中流动的冷却用空气ca"吸收通过贴附在壳体13内壁上的绝热材料14 进入壳体13内的热量，供热交换的冷却用空气ca,从设在前面板13c上的狭槽状开口 13d 而放出到壳体13外部。
由于摄像机单元20内的CCD摄像机16通过配设在其周围的导热块17a 17d而与热 电冷却元件18a 18d的吸热侧接触，故通过温度控制而可冷却热电冷却元件18a 18d。
另外，热电冷却元件18a 18d的发热被传递到冷却翅片19a 19d，在配置有这些冷 却翅片19a 19d的第二冷却通路Pb中通常流动着冷却用空气ca2，因此热电冷却元件 18a 18d所产生的发热由该冷却用空气ca散热。
通过第二冷却通路Pb供热交换的冷却用空气ca2，再在分隔构件21前侧端部与滤光 器支承构件22之间的间隙D(参照图4)内流动，由此冷却用空气ca2的流动方向变换成集 中在耐热玻璃23的方向，防止粉尘等附着在耐热玻璃23的表面上。
另外，通过第二冷却通路Pb的一部分冷却用空气ca2也在设于耐热玻璃23与红外线 吸收滤光器24(参照图4)之间的间隙内流动，由此，效率良好地对耐热玻璃23进行冷却。
另外，所述炉内观察装置5既可在顶出柱塞3进行焦炭顶出时(仅单向)产生动作，而 且也可在焦炭顶出时和顶出柱塞3返回时(双向)产生动作。
产业上的可利用性
本发明的炉内观察装置可适用于对焦炉、转炉、烧结炉、焚烧锅炉、发电用锅炉和其 它高温的炉内进行观察的场合。
权利要求
1. 一种炉内观察装置，其特征在于，具有壳体，该壳体具有冷却用空气的导入部和该冷却用空气供冷却后被排出的排出部；以及摄像装置，该摄像装置收容在该壳体内的所述排出部附近，所述摄像装置将下述部件一体化而成摄像元件；板状的热电冷却元件，该热电冷却元件以其吸热面侧围住所述摄像元件本体周围的状态进行配置；导热体，该导热体填埋所述摄像元件本体与所述热电冷却元件的吸热面侧之间的间隙；以及冷却翅片，该冷却翅片形成在所述热电冷却元件的散热面侧。
2. 如权利要求1所述的炉内观察装置，其特征在于，所述摄像装置以收容在筒状的绝 热部内的状态收容在所述壳体内，在所述绝热部外壁与所述壳体内壁之间形成使冷却用空 气流动用的冷却通路。
3. 如权利要求2所述的炉内观察装置，其特征在于，在所述壳体内壁上贴附有绝热材料。
4. 如权利要求1所述的炉内观察装置，其特征在于，在所述壳体的前表面的与所述摄 像元件的透镜相对的位置设置有观察窗，该观察窗由耐热玻璃、红外线吸收滤光器和红外 线反射滤光器的层叠体构成。
5. 如权利要求2所述的炉内观察装置，其特征在于，所述冷却翅片的外周部由所述筒 状的绝热部包围，各冷却翅片的间隙构成使冷却空气流动用的第二冷却通路。
6. 如权利要求5所述的炉内观察装置，其特征在于，在所述筒状的绝热部的冷却用空 气流动方向下游侧端部形成有流动方向变更部，将通过所述第二冷却通路的冷却用空气的 流动方向朝所述观察窗侧变更。
7. —种带有炉内观察装置的顶出柱塞，其特征在于，在配置于焦炉的顶出柱塞的柱塞 横杆上设置有权利要求1 6中任一项所述的炉内观察装置。
8. 如权利要求7所述的带有炉内观察装置的顶出柱塞，其特征在于，在敷设于所述柱 塞横杆的绝热配管内收容有将冷却用空气供给到所述炉内观察装置的软管；将电源供给于所述摄像元件和所述热电冷却元件并将拍摄图像予以输出用的电缆；以及将用于对所述 热电冷却元件进行温度控制的控制信号予以输送的电缆。
9.如权利要求8所述的带有炉内观察装置的顶出柱塞，其特征在于，在所述顶出柱塞 上搭载有用于储存所述冷却用空气的气罐、将该气罐内的冷却用空气保持为规定压力的压 縮机。
全文摘要
一种炉内观察装置，具有壳体(13)，该壳体具有冷却用空气的导入部和该冷却用空气供冷却后被排出的排出部；以及摄像装置(20)，该摄像装置收容在该壳体(13)内的所述排出部附近，该摄像装置(20)将如下部件一体化而成摄像元件(16)；板状的热电冷却元件(18a～18d)，该热电冷却元件以其吸热面侧包围所述摄像元件本体周围的状态进行配置；导热体(17a～17d)，该导热体填埋所述摄像元件本体与热电冷却元件(18a～18d)的吸热面侧之间的间隙；以及冷却翅片(19a～19d)，该冷却翅片形成在所述热电冷却元件的散热面侧。采用本发明，可精度良好地观察高温的炉内。
文档编号C10B29/00GK101389917SQ20078000671
公开日2009年3月18日 申请日期2007年1月12日 优先权日2006年2月27日
发明者仲田清, 佐藤学, 吉本圭司, 稻益裕修 申请人:关西热化学株式会社;住重机器系统株式会社