KR20170068405A

KR20170068405A - 고온로 내 열 촬상

Info

Publication number: KR20170068405A
Application number: KR1020160167494A
Authority: KR
Inventors: 얀 자오; 시안밍 지미 리
Original assignee: 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드
Priority date: 2015-12-09
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2017-06-19
Also published as: CA2950850C; CA2950850A1; US9967420B2; US20170171418A1; CN106949972B; CN106949972A

Abstract

노벽의 개구를 통한 고온로의 내부 공간의 열 촬상을 위한 장치 및 방법이 제공된다. 외부 하우징은 경질의 보어스코프의 적어도 일부를 수용한다. 외부 하우징은 경질의 보어스코프를 냉각하도록 외부 하우징을 통해 주변 공기를 흡입하고 상기 공기를 와부 하우징의 단부의 구멍을 통해 노 내로 통과시키는 포트를 포함한다. 경질의 보어스코프에 카메라가 작동적으로 접속되지만, 외부 하우징을 통과하는 공기로부터 단절되도록 위치된다.

Description

고온로 내 열 촬상{THERMAL IMAGING IN A HIGH TEMPERATURE FURNACE}

본 개시 내용은 고온로 내 온도 데이터 취득에 관한 것이다. 구체적으로, 본 개시 내용은 고온로 내 온도 데이터를 취득하기 위한 열 촬상 장치 및 방법에 관한 것이다.

고온 산업 공정의 에너지 효율은 중요하다. 수소 생성과 같은 많은 공정에 있어, 공정 효율은 노(爐) 내의 소정 온도를 모니터링/유지할 수 있는 능력과 관련되어 있다. 복잡한 형상부의 영역의 온도를 측정하는 것은 특별한 과제를 제공할 수 있다. 예를 들면, 해당 형상부의 특정 위치의 온도를 측정시, 형상부의 특정 위치의 측정시의 불일치로 인해 일관되지 않은 측정이 이루어질 수 있다. 형상부의 특정 위치의 온도의 더 정확한 모니터링은 공정 제어에 이용되는 데이터를 더 정확하게 함으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

노 운용을 개선하고 에너지 효율을 향상시키기 위해 업계에서는 열 화상의 취득이 요망된다.

종래 기술에서는 뷰포트(viewport)를 통해 디지털 카메라를 지향하여 고온로 내부의 "화상을 취득"하는 것으로써 디지털 화상을 획득하는 열 촬상 장치가 개시되어 있다. 카메라는 노의 열 방사에 순간적으로만 노출되므로 카메라에 대한 손상이 회피된다.

업계가 요망하는 열 촬상 장치는 해당 열 촬상 장치를 제거하지 않고 연장된 시간에 걸쳐 열 화상을 취득하도록 사용할 수 있는 장치이다.

업계가 요망하는 열 촬상 장치는 노 상의 다양한 위치에 적합하게 배치될 수 있는 장치이다.

업계가 요망하는 열 촬상 장치는 휴대 가능하고 완비된 장치이다.

또한, 종래 기술에서의 열 촬상 장치는 주로 물 또는 압축 공기에 의해 냉각된다. 수냉식 시스템은 열 촬상 장치에 물 공급원의 연결이 필요하다는 단점을 가진다. 압축 공기 냉각식 시스템은 열 촬상 장치에 압축 공기 공급원의 연결이 필요하다는 단점을 가진다.

업계에서 요망되는 열 촬상 장치는 압축 공기 냉각 또는 수냉 등으로 제공되는 것과 같이 능동적인 냉각을 요하지 않는 장치이다.

업계에서 요망되는 열 촬상 장치는 튼튼하고 노의 압력 변동을 포함하는 노의 운용의 변동을 견딜 수 있는 장치이다.

또한, 일부 종래 기술의 열 촬상 장치는 노 내에 추가적으로 구멍을 형성하는 것이 필요하다는 단점을 가진다.

업계에서 요망되는 열 촬상 장치는 노 내에 추가적으로 구멍을 형성할 필요 없이 고온로에 장착될 수 있는 장치이다.

업계에서 요망되는 열 촬상 장치는 최소한의 변형을 통해 고온로에 설치될 수 있는 장치이다.

본 발명의 다양한 양태가 아래와 같이 요약된다. 이하, 본 발명의 특정 양태들을 아래에 기술한다. 구문에 제시된 참조 번호와 표현들은 도면을 참조로 아래에 더 설명되는 예시적인 실시예를 나타내고 있다. 그러나, 참조 번호와 표현들은 단지 예시적인 것으로, 해당 예시적인 실시예의 소정의 특정 성분 또는 특징부에 양태를 한정하는 것은 아니다. 상기 양태들은 구문에 제시된 참조 번호와 표현들을 생략하거나 적절히 다른 것으로써 대체한 청구범위로서 정의될 수 있다.

제1 양태. 노벽(110) 내의 개구를 통한 고온로의 내부 공간(100)의 열 촬상 장치로서:

광학 센서를 포함하는 카메라(10)와;

경질의 보어스코프(20)와;

외부 하우징(30)과;

구획 부재(50)를 포함하며,

상기 보어스코프(20)는 관찰 단부(22)와 센서 단부(24)를 갖는 긴 하우징과, 해당 긴 하우징 내에 배치되고 상기 경질의 보어스코프(20)에 의해 관찰된 실상을 상기 카메라(10)로 전달하도록 적어도 2개의 광학부를 갖는 다중-요소 릴레이 렌즈 조립체를 포함하고, 상기 관찰 단부(22)는 렌즈를 포함하고, 상기 경질의 보어스코프(20)의 센서 단부(24)는 상기 카메라(10)에 작동적으로 접속되며,

상기 외부 하우징(30)은 센서측 단부(34)와 관찰측 단부(32)를 가지고 상기 외부 하우징(30) 내에 내부 공간을 형성하며, 상기 내부 공간은 상기 경질의 보어스코프(20)의 적어도 일부를 수용하며, 상기 외부 하우징(30)과 상기 경질의 보어스코프(20)의 상기 적어도 일부는 사이에 통로(35)를 형성하며, 상기 외부 하우징(30)의 센서측 단부(34)는 상기 경질의 보어스코프(20)의 센서 단부에 대응하고, 상기 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)는 상기 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)에 대응하며, 상기 관찰측 단부(32)는 상기 통로(35)와 유체 연통되는 구멍(25)을 형성하며, 상기 구멍(25)은 상기 실상이 상기 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)로 통과될 수 있도록 협력 배치되며, 상기 외부 하우징(30)은 상기 센서측 단부(34)와 상기 관찰측 단부(32) 사이에 작동적으로 배치된 포트(40)를 가지며, 상기 포트(40)는 상기 통로(35)와 유체 연통되며, 상기 카메라(10)는 상기 통로(35)의 외부에 그리고 상기 포트(40)의 외부에 작동적으로 배치되며,

상기 구획 부재(50)는 상기 통로(35)와 상기 카메라(10) 사이의 유체 연통을 방해하도록 작동적으로 배치된 것을 특징으로 하는 장치.

제2 양태. 제1 양태에 있어서, 상기 렌즈는 사파이어, 석영 및 불화칼슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 장치.

제3 양태. 제1 양태 또는 제2 양태에 있어서, 상기 경질의 보어스코프(20)의 긴 하우징은 외부면을 가지며, 상기 외부면은 향상된 열 전달을 위한 표면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 장치.

제4 양태. 제1~3 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 렌즈는 상기 외부 하우징(30)의 내부 공간 내에 작동적으로 배치된 것을 특징으로 하는 장치.

제5 양태. 제1~4 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 구획 부재(50)는 상기 외부 하우징(30)의 내부에 배치된 것을 특징으로 하는 장치.

제6 양태. 제5 양태에 있어서, 상기 구획 부재(50)는 상기 외부 하우징(30)의 내벽부와 상기 경질의 보어스코프(20)의 긴 하우징의 외벽부 사이에 유동 장벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.

제7 양태. 제1~6 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 외부 하우징(30)의 센서측 단부(34)에 작동적으로 접속된 용기(90)를 더 포함하며, 상기 용기(90)는 상기 카메라(10)를 수용하는 것을 특징으로 하는 장치.

제8 양태. 제7 양태에 있어서, 상기 카메라(10)에 전력을 공급하도록 상기 카메라에 작동적으로 접속된 배터리(60)를 더 포함하며, 상기 용기(90)는 상기 배터리(60)를 수용하는 것을 특징으로 하는 장치.

제9 양태. 제8 양태에 있어서, 상기 배터리(60)에 작동적으로 접속된 솔라 패널(65)을 더 포함하며, 상기 솔라 패널은 상기 용기(90)의 외부에 배치된 것을 특징으로 하는 장치.

제10 양태. 제7~9 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 카메라(10)에 작동적으로 접속된 제어기(75)를 더 포함하며, 상기 용기(90)는 상기 제어기(75)를 수용하는 것을 특징으로 하는 장치.

제11 양태. 제7~10 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 카메라(10)로부터 컴퓨터로 화상을 전송하도록 상기 카메라(10)에 작동적으로 접속된 무선 송신기(70)를 더 포함하며, 상기 용기(90)는 상기 무선 송신기(70)를 수용하는 것을 특징으로 하는 장치.

제12 양태. 제7~11 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 카메라에 의해 촬상된 화상을 저장하도록 상기 카메라에 작동적으로 접속된 메모리 저장부를 더 포함하며, 상기 메모리 저장부는 상기 용기(90) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 장치.

제13 양태. 제7~12 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 구획 부재(50)는 상기 용기(90) 내에 배치된 것을 특징으로 하는 장치.

제14 양태. 제7~13 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 용기(90)는 내후성 용기(90)인 것을 특징으로 하는 장치.

제15 양태. 제7~14 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 용기(90)를 상기 외부 하우징(30)에 접속하는 커넥터(98)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제16 양태. 제15 양태에 있어서, 상기 구획 부재(50)는 상기 커넥터(98) 내에 배치된 것을 특징으로 하는 장치.

제17 양태. 제1~16 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 광학 센서와 상기 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22) 사이에 작동적으로 배치된 파장 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제18 양태. 제1~17 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 구획 부재(50)는 상기 통로(35)와 상기 카메라(10) 사이에 기밀한 분리를 제공하는 밀봉부를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제19 양태. 제1~17 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 구획 부재(50)는 체크 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제20 양태. 제1~19 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 경질의 보어스코프(20)의 긴 하우징은 상기 관찰 단부(22)에서 테이퍼지고 상기 렌즈에서 종료되는 것을 특징으로 하는 장치.

제21 양태. 제1~20 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 구멍(25)은 상기 통로(35)와 상기 고온로의 내부 공간(100) 사이에 유체 연통을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.

제22 양태. 제1~21 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 포트(40)는 상기 외부 하우징(30)의 외부 환경과 상기 통로(35) 사이에 유체 연통을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.

제23 양태. 제1~22 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 내화 블록(80)을 더 포함하며, 상기 내화 블록(80)은 관통 공동을 형성하며, 상기 내화 블록(80)의 공동 내에 상기 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)가 적어도 일부 배치되며, 상기 내화 블록(80)은 실상이 상기 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)로 통과되도록 협력 배치된 것을 특징으로 하는 장치.

제24 양태. 제23 양태에 있어서, 상기 노벽 내의 구멍은 뷰포트로서도 기능하며, 상기 장치는 뷰포트 도어 플레이트(82)를 더 포함하며, 상기 외부 하우징(30)은 상기 뷰포트 도어 플레이트(82)에 부착되며, 상기 외부 하우징(30)은 상기 뷰포트 도어 플레이트(82)를 통과하며, 상기 뷰포트 도어 플레이트(82)는 상기 포트(40)와 상기 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32) 사이에 배치되며, 상기 내화 블록(80)은 상기 뷰포트 도어 플레이트(82)에 부착된 것을 특징으로 하는 장치.

제25 양태. 제24 양태에 있어서, (상기 뷰포트 도어 플레이트를 개방하는 것에 의해 상기 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)가 상기 노벽 내의 개구로부터 제거될 수 있도록) 상기 고온로의 외벽(86)과 상기 뷰포트 도어 플레이트(82)에 부착된 힌지(84)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제26 양태. 제24 양태 또는 제25 양태에 있어서, 상기 외부 하우징(30)은 (상기 외부 하우징(30) 및 대응하는 보어스코프가 상기 뷰포트 도어 플레이트에 대해 상대 이동될 수 있도록 하는) 회전 커넥터를 사용하여 상기 뷰포트 도어 플레이트(82)에 부착된 것을 특징으로 하는 장치.

제27 양태. 제24 양태에 있어서, 상기 카메라(10)와 상기 경질의 보어스코프(20)는 서브 조립체로서 상기 외부 하우징(30)으로부터 제거 가능하며;

상기 서브 조립체는 제2 외부 하우징(130) 내에 설치 가능하며, 상기 제2 외부 하우징(130)은 센서측 단부(134)와 관찰측 단부(132)를 가지며, 상기 제2 외부 하우징(130)에 내부 공간을 형성하며,

상기 서브 조립체가 상기 제2 외부 하우징(130) 내에 설치시, 상기 제2 외부 하우징(130)의 내부 공간은 상기 경질의 보어스코프(20)의 적어도 일부를 수용하며, 상기 제2 외부 하우징(130)과 상기 경질의 보어스코프(20)의 적어도 일부는 그 사이에 통로(135)를 형성하며, 상기 제2 외부 하우징(130)의 센서측 단부(134)는 상기 경질의 보어스코프(20)의 센서 단부(24)에 대응하며, 상기 제2 외부 하우징(130)의 관찰측 단부(132)는 상기 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)에 대응하며, 상기 제2 외부 하우징(130)의 관찰측 단부(132)는 상기 제2 외부 하우징(130)의 통로(135)와 유체 연통되는 구멍(125)을 형성하며, 상기 구멍(125)은 실상이 상기 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)로 통과될 수 있도록 협력 배치되며, 상기 제2 외부 하우징(130)은 해당 제2 외부 하우징(130)의 센서측 단부(134)와 관찰측 단부(132) 사이에 작동적으로 배치된 포트(140)를 포함하며, 상기 제2 외부 하우징(130)의 포트(140)는 상기 제2 외부 하우징(130)의 통로(135)와 유체 연통되며, 상기 카메라(10)는 상기 제2 외부 하우징(130)의 통로(135) 외부에 그리고 상기 제2 외부 하우징(130)의 포트(140) 외부에 작동적으로 배치되며;

상기 제2 외부 하우징(130)은 제2 뷰포트 도어 플레이트(182)에 부착되며, 상기 제2 뷰포트 도어 플레이트(82)를 통해 상기 제2 외부 하우징(130)이 통과되며, 상기 제2 뷰포트 도어 플레이트(182)는 상기 제2 외부 하우징(130)의 포트(140)와 상기 제2 외부 하우징(130)의 관찰측 단부(132) 사이에 배치되며, 상기 제2 뷰포트 도어 플레이트(182)에는 제2 내화 블록(180)이 부착되며, 상기 제2 내화 블록(180)은 관통 공동을 형성하며, 상기 제2 외부 하우징(130)의 관찰측 단부(132)는 적어도 일부가 상기 제2 내화 블록(180)의 공동 내에 배치되며, 상기 제2 내화 블록(180)은 실상이 상기 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)로 통과될 수 있게 협력 배치된 것을 특징으로 하는 장치.

제28 양태. 제27 양태에 있어서, 상기 서브 조립체는 제6 양태의 용기(90)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제29 양태. 제27 양태 또는 제28 양태에 있어서, 상기 서브 조립체는 제7 양태의 배터리(60)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제30 양태. 제27~29 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 서브 조립체는 제8 양태의 솔라 패널(65)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제31 양태. 제27~30 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 서브 조립체는 제9 양태의 무선 송신기(70)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제32 양태. 제27~31 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 서브 조립체는 제10 양태의 메모리 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제33 양태. 제1~32 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 외부 하우징(30)의 포트(40)를 통해 유체의 유동을 조절하도록 작동적으로 배치된 유량 조절기(45)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.

제34 양태. 제33 양태에 있어서,

상기 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)의 온도와 연관될 수 있는 측정치를 취득하도록 구성되어 상기 측정치에 따라 전자 신호를 생성하는 온도 센서와;

계측기와 전자 제어기 중 적어도 하나를 포함하며,

(i) 상기 계측기는 상기 온도 센서에 작동적으로 접속되어 상기 전자 신호를 수신하고 해당 전자 신호에 상응하는 온도치를 표시하는 디스플레이를 가지며;

(ⅱ) 상기 전자 제어기는 상기 온도 센서와 상기 유량 조절기(45)에 작동적으로 접속되고, 상기 온도 센서로부터의 전자 신호에 응답하여 상기 포트(40)를 통한 유체의 유동을 조절하도록 상기 유량 조절기(45)를 제어하도록 구성된 것을 특징으로 하는 장치.

제35 양태. 제1~34 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 통로(35)는 유동 단면적을 가지며, 상기 구멍(25)은 유동 단면적으로 가지며, 상기 포트(40)로부터 상기 구멍(25) 측으로 그리고 상기 구멍(25)을 통해 유동하는 유체의 유속을 증가시키는 것에 의해 상기 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)의 냉각을 향상시키도록 상기 구멍(25)의 유동 단면적은 상기 통로(35)의 유동 단면적보다 작은 것을 특징으로 하는 장치.

제36 양태. 연장된 기간에 걸쳐 고온로 내의 열 화상을 취득하는 방법으로서:

광학 센서를 포함하는 카메라(10)와;

경질의 보어스코프(20)로서, 관찰 단부(22)와 센서 단부(24)를 갖는 긴 하우징과, 해당 긴 하우징 내에 배치되고 상기 경질의 보어스코프(20)에 의해 관찰된 실상을 상기 카메라(10)로 전달하도록 적어도 2개의 광학부를 갖는 다중-요소 릴레이 렌즈 조립체를 포함하고, 상기 관찰 단부(22)는 렌즈를 포함하고, 상기 경질의 보어스코프(20)의 센서 단부(24)는 상기 카메라에 작동적으로 접속된, 경질의 보어스코프(20)와;

외부 하우징(30)으로서, 센서측 단부와 관찰측 단부(32)를 가지고 상기 외부 하우징(30) 내에 내부 공간을 형성하며, 상기 내부 공간은 상기 경질의 보어스코프(20)의 적어도 일부를 수용하며, 상기 외부 하우징(30)과 상기 경질의 보어스코프(20)의 상기 적어도 일부는 사이에 통로(35)를 형성하며, 상기 외부 하우징(30)의 센서측 단부는 상기 경질의 보어스코프(20)의 센서 단부(24)에 대응하고, 상기 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)는 상기 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)에 대응하며, 상기 관찰측 단부(32)는 상기 통로와 유체 연통되는 구멍을 형성하며, 상기 구멍은 상기 실상이 상기 보어스코프의 관찰 단부(22)로 통과될 수 있도록 협력 배치되며, 상기 외부 하우징(30)은 상기 센서측 단부와 상기 관찰측 단부(32) 사이에 작동적으로 배치된 포트(40)를 가지며, 상기 포트(40)는 상기 통로(35)와 유체 연통되며, 상기 카메라(10)는 상기 통로(35)의 외부에 그리고 상기 포트(40)의 외부에 작동적으로 배치된, 외부 하우징(30)

을 포함하는 열 촬상용 조립체를 상기 고온로 상에 설치하는 단계와;

상기 외부 하우징(30)의 외부로부터 상기 외부 하우징(30) 내의 포트(40) 내로 (주변) 공기를 흡입하고, 해당 공기를 상기 포트로부터 상기 통로를 통해 상기 경질의 보어스코프(20)의 긴 하우징의 외부면 위로 통과시키고, 해당 공기를 상기 통로로부터 렌즈 위로 상기 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)의 구멍 외부로 그리고 고온로 내로 통과시키는 단계로서, 상기 공기는 상기 포트로부터 고온로로 통과시 상기 카메라(10) 위로 통과되지 않는, 단계와;

온도 정보를 측정하는 단계로서:

상기 경질의 보어스코프(20)에 의해 관찰된 복수의 실상을 상기 카메라(10)로 전달하고;

상기 복수의 실상에 대응하고 각각 화소 데이터를 포함하는 복수의 화상을 촬상하고;

상기 화소 데이터를 처리하여 상기 복수의 화상 각각에 대한 온도 정보를 획득하는 것

에 의해 행해지는 온도 정보 측정 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

제37 양태. 제36 양태에 있어서, 상기 렌즈는 사파이어, 석영 및 불화칼슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.

제38 양태. 제36 양태 또는 제37 양태에 있어서, 배터리(60)를 이용하여 상기 카메라(10)에 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

제39 양태. 제37 양태에 있어서, 솔라 패널(65)을 이용하여 상기 배터리(60)에 전력을 공급하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

제40 양태. 제36~39 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 화소 데이터를 컴퓨터로 무선 전송하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

제41 양태. 제36~40 양태 중 어느 한 양태에 있어서,

상기 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)의 온도에 연관 가능한 측정치를 획득하는 단계와;

상기 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)의 온도에 연관 가능한 상기 측정치에 따라 상기 통로를 통한 공기 유량을 조절하는 단계

를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.

제42 양태. 제36~41 양태 중 어느 한 양태에 있어서, 상기 주변 공기는 상기 포트(40) 내로 흡입되며, 상기 주변 공기는 상기 노에 인접한 외부 공간이면서 상기 외부 하우징에 인접한 외부 공간인 밀폐되지 않은 공간 내에 있는 공기이며, 상기 주변 공기는 압력을 가지며;

상기 노는 적어도 상기 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32) 근처가 상기 노와 상기 외부 하우징(30) 외부의 주변 공기의 압력보다 작은 압력으로 작동되는 것을 특징으로 하는 방법.

도 1은 노벽 내의 개구를 통한 고온로의 내부 공간의 열 촬상 장치의 개략도이다.
도 2는 장치의 부분 조립체를 제2 개구로 재배치한 경우의 해당 노벽의 제2 개구를 통한 고온로의 내부 공간의 열 촬상 장치의 개략도이다.

이하의 상세한 설명은 단지 바람직한 예시적인 실시예만을 제공하는 것으로, 본 발명의 범위, 용도 또는 구성을 한정하고자 의도된 것이 아니다. 엄밀하게, 바람직한 예시적인 실시예의 이하의 상세한 설명은 당업자에게 본 발명의 바람직한 예시적인 실시예를 구현할 수 있게 하는 설명을 제공하게 되며, 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 여러 구성 요소의 기능 및 배열에 다양한 변경을 행할 수 있는 것으로 이해된다.

여기에 사용되는 단수형 표현은 명세서 및 청구범위에 기술되는 본 발명의 여러 실시예의 소정의 특징부에 적용시 하나 이상을 의미한다. 단수형 표현의 사용은 구체적으로 언급되지 않는 한 단수의 특징부로 그 의미를 한정하지 않는다. "특정의" 단수 또는 복수의 표현은 특정된 특징부 또는 특정된 특징부들을 지시하며, 사용되는 문맥에 따라 단수 또는 복수의 의미를 내포할 수 있다.

"임의의 또는 소정의"라는 표현은 어떤 수량 중 하나, 일부 또는 모든 것을 구별없이 의미한다.

제1 개체와 제2 개체 사이에 표현된 "및/또는"이란 표현은 (1) 제1 개체만, (2) 제2 개체만, (3) 제1 개체와 제2 개체; 중 임의의 것을 포함한다. 3개 이상의 개체의 리스트 중 마지막 2개의 개체 사이에 표현된 "및/또는"이란 표현은 리스트 내의 개체의 임의의 특정 조합을 포함하는 리스트 내의 개체 중 적어도 하나를 의미한다. 예를 들면, "A, B 및/또는 C"는 "A 및/또는 B 및/또는 C"와 같은 의미이며, (1) A만, (2) B만, (3) C만, (4) A와 B이지만 C는 아님, (5) A와 C이지만 B는 아님, (6) B와 C이지만 A는 아님, (7) A와 B와 C;라는 A, B, C의 조합을 포함한다.

소정 특징부 또는 개체의 선행 리스트 중 "적어도 하나"라는 표현은, 필수적인 것은 아니지만, 개체 리스트 중 구체적으로 열거된 각각의 개체 또는 매 개체 중 적어도 하나를 포함하고, 개체 리스트 중 개체의 임의의 조합을 배제하지 않는, 개체의 리스트 중 하나 또는 그 이상의 특징부 또는 개체를 의미한다. 예를 들면, "A, B 또는 C 중 적어도 하나"(또는 동등한 표현으로 "A, B 및 C 중 적어도 하나", "A, B 및/또는 C 중 적어도 하나")는 "A 및/또는 B 및/또는 C"와 같은 의미이며, (1) A만, (2) B만, (3) C만, (4) A와 B이지만 C는 아님, (5) A와 C이지만 B는 아님, (6) B와 C이지만 A는 아님, (7) A와 B와 C;라는 A, B, C의 조합을 포함한다.

"복수의"라는 표현은 "2개 또는 2개보다 많음"을 의미한다.

"적어도 일부"라는 표현은 "일부 또는 전부"를 의미한다.

본 발명은 도면을 참조로 설명되는 데, 도면 전체에 걸쳐 유사 참조 번호는 유사 구성 요소를 지칭한다.

본 발명은 노벽(110) 내의 뷰포트 등의 개구를 통해 열 화상을 획득하는 것으로써 고온로의 내부 공간(100)의 열 촬상을 위한 장치에 관한 것이다.

장치는 광학 센서를 포함하는 카메라(10)를 포함한다. 열 화상을 취득하기에 적합한 어떤 카메라도 사용될 수 있다. 적절한 소비자 등급의 카메라는 예컨대, 대응하는 보어스코프 마운트 방식용의 변환 어댑터를 갖는 니콘 F 마운트 카메라와 소니 E 마운트 카메라를 포함한다. 적절한 산업용/과학용 카메라는 예컨대, Andor Technology, Basler, JAI 등을 포함한다. 소비자 등급의 카메라가 사용되는 경우, 신호 카운트와 측정된 방사 강도를 연관시키기 위해 RAW 포맷 출력을 사용할 수 있다. RAW 포맷 화상은 보다 넓은 온도 측정 범위를 위한 광역의 동적 범위와 신호 카운트와 목표 온도 간의 보다 신뢰성 있는 상관 관계를 제공한다.

장치는 카메라의 광학 센서와 경질의 보어스코프의 관찰 단부(viewing end) 사이에 작동적으로 배치된 파장 필터 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 필터는 예컨대 보어스코프 내와 같이 광로의 임의의 위치에 배치될 수 있다. 리포머(reformer) 튜브와 내화물과 같은 표면의 열 촬상을 위해 이용되는 통상적인 고온 측정(pyrometry) 파장은 약 0.9 ㎛, 1.6 ㎛, 3.9 ㎛의 좁은 대역일 수 있다. 카메라 광학 센서 칩 스펙트럼 응답과 결합시, 상기 파장 범위를 획득하기 위해 장파장 통과 광학 필터 또는 대역 통과 광학 필터를 선택할 수 있다. 파장 필터를 노 내의 기체 성분의 흡수 및 방출 대역을 회피하는 데 사용함으로써 신호를 거의 또는 전혀 보정하지 않고 표면 온도와 연관시킬 수 있다.

장치는 경질의 보어스코프(20)를 포함하다. 경질의 보어스코프(20)는 관찰 단부(22)와 센서 단부(24)를 갖는 긴 하우징을 포함한다. 경질의 보어스코프(20)는 해당 보어스코프(20)에서 관찰된 실상(real image)을 카메라(10)로 전달하기 위해 적어도 2개의 부분으로 된 긴 하우징 내에 다중-요소 릴레이 렌즈 조립체를 포함한다.

경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)는 렌즈를 포함한다. 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)의 렌즈는 예컨대, 사파이어, 석영 및 불화칼슘으로 이루어진 그룹 중에서 선택된 재료와 같이 고온 운용에 적합한 임의의 렌즈 재료로 구성될 수 있다. 경질의 보어스코프(20)의 센서 단부(24)는 카메라(10)에 작동적으로 연결된다.

경질의 보어스코프(20)의 길이는 카메라와 다른 전자 부품이 고온로로부터 원하는 거리에 이격 배치될 수 있도록 약 0.3 m보다 길 수 있다. 경질의 보어스코프(20)의 최대 길이는 예컨대 1 m와 같이 임의의 실제 길이 또는 희망 길이일 수 있다.

경질의 보어스코프(20)의 긴 하우징은 관찰 단부(22)가 테이퍼질 수 있다. 관찰 단부(22)가 테이퍼진 긴 하우징은 고온로로부터 긴 하우징의 관찰 단부(22)까지 복사열의 전달을 감소시키는 데 도움이 된다.

보어스코프는 당업계에 공지된 것이다. 예컨대, Marshall Electronics의 V-PL OL 시리즈의 고온 렌즈와 같은 임의의 적절한 보어스코프를 사용할 수 있다. 이러한 보어스코프는 렌즈에서 370℃의 온도와 보어스코프의 본체 전체에 걸쳐 200℃의 온도를 연속 내열할 수 있다.

장치는 내부 공간을 형성하는 외부 하우징(30)을 포함한다. 내부 공간은 경질의 보어스코프(20)의 적어도 일부를 포함한다. 외부 하우징(30)과 경질의 보어스코프(20)의 적어도 일부는 외부 하우징(30)과 경질의 보어스코프(20)의 적어도 일부 사이에 통로(35)를 형성한다. 외부 하우징(30)은 센서측 단부(34)와 관찰측 단부(32)를 가진다. 센서측 단부(34)는 경질의 보어스코프(20)의 센서 단부(24)에 대응하고, 관찰측 단부(32)는 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)에 대응한다.

외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)는 통로(35)와 유체 연통되는 구멍(25)을 형성한다. 구멍(25)의 협력 배치에 따라 실상이 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)로 통과될 수 있다. 경질의 보어스코프의 렌즈는 외부 하우징(30)의 내부 공간 내에 작동적으로 배치된다. 즉, 해당 렌즈는 구멍(25)으로부터 오목하게 형성된다. 렌즈를 갖는 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)는 외부 하우징(30)의 구멍(25)으로부터 오목하게 형성됨으로써 경질의 보어스코프(20)의 단부로의 복사열의 전달을 감소시킨다. 작동 중, 구멍(25)은 통로(35)와 고온로의 내부 공간(100) 사이의 유체 연통을 제공한다.

구멍(25)은 흡입 공기(후술됨)를 통해 냉각을 증대하면서 노로부터의 복사에 기인한 보어스코프 렌즈의 가열을 제한하는 크기를 가진다. 구멍(25)을 통해 유동되는 공기의 속도 증가에 따라 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)의 냉각을 향상시키기 위해, 통로(35)의 유동 단면적이 구멍(25)의 유동 단면적보다 큰 것이 바람직할 수 있다.

외부 하우징(30)은 외부 하우징(30)의 센서측 단부(34)와 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32) 사이에 작동적으로 배치된 포트(40)를 포함한다. 포트(40)는 통로(35)와 유체 연통된다. 포트(40)는 외부 하우징(30)의 외부 환경과 통로(35) 사이의 유체 연통을 제공한다.

장치는 증기-탄화수소 개질(reforming) 노와 같이 부압에서 동작하는 노에 사용되도록 의도된 것이다.

포트(40)는 외부 하우징(30)의 외부로부터 포트(40) 내로 통로(35)와 구멍(25)을 통해 노의 내부 공간(100) 내로 주변 공기의 흡입을 허용하도록 설계되어 있다. 통로(35)를 통한 주변 공기의 흡입은 경질의 보어스코프(20)를 냉각시키는 작용을 한다. 통로(35)를 통해 흡입된 주변 공기는 보어스코프의 관찰 단부의 렌즈를 냉각하고 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)를 냉각시키는 작용도 한다. 경질의 보어스코프의 냉각을 돕기 위해, 경질의 보어스코프(20)의 긴 하우징의 외부면은 개선된 열전달을 위한 표면 형상을 가질 수 있다. 외부면은 통로(35) 내에서 와류를 발생시키는 형상을 가질 수 있다.

흡입 공기의 이용은 압축 공기 또는 냉각수를 위한 외부 냉각 라인을 필요로 하지 않는다는 이점을 제공한다.

포트(40)를 통한 흡입 공기의 흐름은 유량 조절기(45)로 조절된다. 유량 조절기(45)는 포트(40)를 통한 흡입 공기의 흐름을 조절할 수 있게 하는 임의의 조정 가능한 유동 제한일 수 있다. 유량 조절기(45)는 예시된 바와 같이 포트(40) 내에 또는 통로(35) 내에(도시 생략) 배치될 수 있다.

장치는 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)의 온도와 연관될 수 있는 측정치를 취득하도록 구성되어 해당 측정치에 따라 전자 신호를 생성하는, 예컨대 열전쌍 등의 온도 센서(도시 생략)와 해당 온도 센서에 작동적으로 접속되어 상기 전자 신호를 수신하고 해당 전자 신호에 상응하는 온도치를 표시하는 디스플레이를 갖는 계측기(도시 생략)를 포함할 수 있다. 온도 센서 탐침은 와이어가 외부 하우징(30)의 센서측 단부(34) 측의 커넥터에서 종료되도록 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)에 고정될 수 있다. 커넥터는 계기와의 적절한 접속을 위해 하우징 외부에 있을 수 있다. 계측기는 휴대 가능할 수 있다.

온도 센서와 계측기의 사용을 통해, 포트(40)를 통한 흡입 공기의 흐름을 조절함으로써 흡입 공기의 과잉 유동을 최소화하면서 원하는 정도로 냉각을 제공할 수 있다. 고온로 내로 흡입되는 공기는 노의 효율을 저하시킬 것이므로, 보어스코프와 렌즈의 냉각을 위해 과잉 유동 없이 적절한 흡입 공기의 흐름을 제공하는 것이 바람직하다.

장치가 통로(35) 내에(도시 생략) 또는 포트(40) 내에 배치된 유량 조절기(45)와 온도 센서를 포함하는 실시예에서, 장치는 유량 조절기(45)에 의해 그리고 온도 센서로부터 수신된 전자 신호에 응답하여 포트(40)를 통한 흡입 공기의 유량을 제어하기 위해 온도 센서와 유량 조절기(45)에 작동적으로 접속된 전자 제어기를 더 포함할 수 있다. 온도 센서에 의해 결정된 관찰 단부(22)의 온도가 정해진 최대 임계치보다 높은 경우, 제어기는 유량 조절기(45)를 제어하여 통로(35)를 통한 흡입 공기의 유량을 증가시키도록 할 수 있다. 온도 센서에 의해 결정된 관찰 단부(22)의 온도가 정해진 최소 임계치보다 낮은 경우, 제어기는 유량 조절기를 제어하여 통로(35)를 통한 흡입 공기의 유량을 감소시키도록 할 수 있다.

카메라(10)는 통로(35)의 외부와 포트(40)의 외부에 작동적으로 배치된다. 외부 하우징(30)의 외부의 포트(40), 통로(35) 및 외부 하우징(30)의 관찰 단부(22)의 구멍(25)은 노의 내부 공간(100) 내로 포트(40)를 통해 구멍(25)으로 통과되는 유체가 카메라(10) 위로 통과되지 않도록 카메라(10)에 대해 배치된다. 카메라(10)는 포트(40)를 통해 노의 내부 공간(100)으로 통과되는 흡입 공기의 본류로부터 격리되어 있다. 포트(40)로부터 노의 내부 공간(100)으로 흡입되는 주변 공기가 카메라(10) 위로 통과되지 않는 위치에 카메라(10)를 배치하는 것은 특별한 장점을 가진다. 전술한 바와 같이, 장치는 부압에서 동작하는 고온로에 사용되도록 의도된 것이다. 고온로는 부압에서 동작하도록 설계될 수 있지만, 노의 압력은 돌발적으로 정압(positive)으로 될 수 있다. 이러한 경우, 고온로의 내부 공간(100)으로부터의 노 기체가 구멍(25)을 통과하여 통로(35) 내로 그리고 포트(40) 외부로, 즉 반대 유동 상태로 통과될 것이다. 경질의 보어스코프(20)는 고온에서 짧은 시간을 견딜 수 있다. 카메라(10)의 경우, 동일한 것으로 말할 수 없다. 카메라(10)가 통로(35) 또는 포트(40) 내에 위치된 경우, 고온로의 기체는 카메라(10)에 손상을 입힐 수 있다.

장치는 특히 통로(35) 내에서 반대 유동 상태에 있는 동안 카메라(10)를 통로(35)로부터 단절시키기 위해 통로(35)와 카메라(10) 사이의 유체 연통을 방해하도록 작동적으로 배치된 구획 부재(50)를 포함한다. 구획 부재(50)는 통로(35)로부터 카메라(10)로의 흐름을 차단한다.

구획 부재(50)는 도 1에 예시된 바와 같이 외부 하우징(30) 내에 배치될 수 있다. 구획 부재(50)는 외부 하우징(30)과 일체이거나 부싱처럼 별개 부분일 수 있다. 구획 부재는 경질의 보어스코프(20)의 긴 하우징과 짝을 이루는 밀봉부를 포함할 수 있고, 통로(35)와 카메라(10) 간의 기밀한 분리를 제공한다.

장치는 외부 하우징(30)의 센서측 단부(34)에 작동적으로 접속되는 용기(90)를 포함할 수 있다. 용기(90)는 카메라(10)와 후술하는 다른 전자 부품을 수용할 수 있다. 용기(90)는 내후성 용기일 수 있다. 용기(90)는 해당 용기를 외부 하우징(30)에 접속하는 장착 부재(95)를 포함할 수 있다. 장착 부재(95)와 외부 하우징의 센서측 단부(34)는 각각 플랜지에서 종료될 수 있다.

구획 부재(50)는 용기(90) 내에 배치될 수 있다. 구획 부재(50)는 용기(90)의 장착 부재(95) 내에 배치될 수 있다.

장치는 용기(90)를 외부 하우징(30)의 센서 단부(34)에 접속하기 위한 커넥터(98)를 포함할 수 있다. 커넥터(98)는 임의의 공지된 순간 분리 커플링일 수 있다. 구획 부재(50)는 커넥터(98) 내에 배치될 수 있다.

구획 부재(50)는 체크 밸브(도시 생략)를 포함할 수 있다. 체크 밸브는 역행 방지 밸브, 역류 방지 밸브 및 일방 밸브로도 알려져 있다. 체크 밸브는 기체가 일방향으로만 유동되도록 한다. 임의의 적절한 체크 밸브를 사용할 수 있다. 체크 밸브는 노를 부압 하에서 운용시 정상 유동 상태에 있는 동안 공기 세정류가 용기(90) 내의 카메라와 다른 전자 부품 위로 통로(35) 내로 통과되게 하도록 구성될 수 있다. 공기 세정류는 연소성 기체가 용기(90) 내에 모아지지 않도록 요구될 수 있다. 노의 정압에 기인한 반대 유동의 경우, 노 내 기체 모두가 포트(40)를 통해 유도되는 데, 이는 체크 밸브에 의해 노 내 기체가 카메라(10)와 다른 전자 부품에 접촉되는 것이 방지되기 때문이다.

장치는 카메라(10)에 전력을 제공하도록 카메라(10)에 작동적으로 접속된 배터리(60)를 포함할 수 있다. 배터리(60)는 카메라(10)와 일체일 수 있다. 배터리(60)는 카메라(10)와 별개일 수 있다. 배터리는 용기(90) 내에 수용될 수 있다.

장치는 배터리(60)에 작동적으로 접속된 솔라 패널(65)을 포함할 수 있다. 솔라 패널(65)은 전기로 변환되는 광 에너지를 받도록 용기(90) 외부에 배치될 수 있다. 솔라 패널(65)은 배터리(60)의 충전에 사용될 수 있다.

솔라 패널(65)을 대체하거나 추가로, 열전 발전기를 사용할 수 있는 데, 이는 고온로로부터 나오는 열 에너지를 용이하게 활용할 수 있기 때문이다.

장치는 카메라(10)로부터 컴퓨터(도시 생략)로 화상을 전송하기 위해 카메라(10)에 작동적으로 접속된 무선 송신기(70)를 포함할 수 있다. 무선 송신기(70)는 용기(90) 내에 수용될 수 있다. 무선 송신기(70)는 예컨대, 블루투스, 와이-파이, 무선 네트워크 등의 임의의 공지된 무선 송신 프로토콜을 이용하여 송신을 행할 수 있다. 무선 송신기(70)는 배터리(60)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 배터리와 함께 무선 송신기(70)를 사용함으로써 외부 배선이 필요치 않다는 이점이 제공된다.

장치는 제어기(75)를 포함할 수 있다. 제어기(75)는 컴퓨터일 수 있다. 제어기는 iPad^?, Microsoft Surface Pro^TM 등의 태블릿형 컴퓨터일 수 있다. 제어기(75)는 용기(90) 내에 수용될 수 있다.

장치는 카메라에 의해 촬상된 화상을 저장하기 위해 카메라에 작동적으로 접속된 메모리 저장부를 포함할 수 있다. 메모리 저장부는 카메라와 일체일 수 있다. 메모리 저장부는 제어기(75)와 일체일 수 있다. 메모리 저장부는 용기(90) 내에 수용될 수 있다. 메모리 저장부는 SD 카드, USB 드라이브, 또는 업계에 알려진 임의의 공지된 메모리 저장부일 수 있다.

원하는 경우 조작자가 메모리 저장부를 이용하여 검색을 행하는 열 촬상 시스템에 상기 취득된 화상의 데이터가 현지 저장될 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, 데이터는 조작자에 의한 리뷰를 위해 뷰포트로부터 떨어진 수신자에게 무선 전송될 수 있다.

시스템의 전자 부품은 시스템의 전력 소비를 제한하도록 선택될 수 있다. 일반적으로, 전체 전자 시스템은 낮은 전력 소비(예컨대, 작동 모드에서 수 W이고 대기 또는 슬립 모드에서 약 1 W)를 달성하도록 설계되어 있어서, 배터리와 현지 발전으로도 충분히 열 촬상 시스템에 전력을 공급할 수 있다. 바람직하게는, 외부 공급원을 필요로 하지 않고 솔라 패널 및/또는 열전체 및 배터리로 시스템 전력을 제공할 수 있다. 카메라(10)와 제어기(75)는 화상과 공정 데이터를 획득하기 위해 간헐적으로 "자동 활성화(wake up)"하도록 구성될 수 있다.

시스템은 전자 부품은 Class I Division 2에 적합하도록 선택될 수 있다. 이것은 예컨대, 기밀 밀봉 또는 폭발 방지 덮개를 사용하거나 ISA-RP12.12.03의 PEP-1 또는 PEP-2 요건을 만족하는 것으로 달성될 수 있다.

장치는 내화 블록(80)을 더 포함할 수 있는 데, 내화 블록은 관통 공동을 형성한다. 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)는 적어도 일부가 내화 블록(80)의 공동 내에 배치될 수 있다. 내화 블록(80)은 실상이 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)로 전달될 수 있도록 협력 배치된다. 내화 블록(80)은 예컨대, 알루미나, 실리카 및 마그네시아와 같은 임의의 적절한 내화 재료로 구성될 수 있다. 내화 블록(80)은 외부 하우징(30)에 부착될 수 있다.

노벽(110) 내의 개구는 뷰포트로서도 기능할 수 있다. 장치는 뷰포트 도어 플레이트(82)를 더 포함할 수 있다. 외부 하우징(30)은 예컨대, 용접으로 뷰포트 도어 플레이트(82)에 부착될 수 있는 데, 이 뷰포트 도어 플레이트(82)를 통해 외부 하우징(30)이 통과된다. 뷰포트 도어 플레이트(82)는 포트(40)와 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32) 사이에 배치될 수 있다. 외부 하우징(30)은 회전 커넥터로 뷰포트 도어 플레이트(82)에 부착될 수 있다. 회전 커넥터는 외부 하우징(30) 및 대응하는 경질의 보어스코프(20)를 뷰포트 도어 플레이트(82)에 대해 상대 이동되게 허용할 수 있다. 회전 커넥터의 사용으로, 경질의 보어스코프(20)는 노 내의 다른 영역을 관찰할 수 있게 된다. 내화 블록(80)은 뷰포트 도어 플레이트(82)에 부착될 수 있다.

노 내의 다른 영역의 관찰을 위한 회전 커넥터의 대체물로서, 장치는 광학 센서를 갖는 제2 카메라(도시 생략)와 제2 경질 보어스코프(도시 생략)를 포함할 수 있다. 제2 경질 보어스코프는 관찰 단부와 센서 단부를 갖는 긴 하우징과, 긴 하우징 내에 배치되어 제2 경질 보어스코프에 의해 관찰된 실상을 제2 카메라로 전달하기 위해 적어도 2개의 광학부를 갖는 다중-요소 릴레이 렌즈 조립체를 포함할 수 있다. 경질 보어스코프의 관찰 단부는 존재한다면 렌즈를 포함한다. 존재한다면, 제2 경질 보어스코프의 센서 단부는 존재하는 경우의 제2 카메라에 작동적으로 접속된다. 외부 하우징(30)의 내부 공간은 제2 경질 보어스코프의 적어도 일부를 수용할 수 있다. 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)는 통로(35)와 유체 연통된 제2 구멍(도시 생략)을 형성할 수 있는 데, 해당 제2 구멍은 제2 경질 보어스코프의 관찰 단부로 제2 실상이 전달될 수 있게 협력 배치된다. 제2 카메라는 용기(90) 내에 배치될 수 있다.

장치는 뷰포트 도어 플레이트(82)에 부착된 힌지(84)를 포함할 수 있다. 힌지는 뷰포트 도어 플레이트(82)를 개방하는 것에 의해 노벽(110) 내의 구멍으로부터 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)를 쉽게 분리할 수 있게 허용한다.

카메라(10)와 경질의 보어스코프(20)는 서브 조립체로서 외부 하우징(30)으로부터 공동으로 분리될 수 있다. 서브 조립체는 용기(90), 배터리(60), 솔라 패널(65), 무선 송신기(70) 및 메모리 저장부 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 이것은 서브 조립체가 도 2에 예시된 바와 같이 적절히 구성된 다른 뷰포트에서 쉽게 재배치될 수 있는 이점을 제공한다.

서브 조립체는 제2 외부 하우징(130) 내에 설치될 수 있는 데, 해당 제2 외부 하우징(130)은 센서측 단부(134)와 관찰측 단부(132)를 가지며, 제2 외부 하우징(130)에 내부 공간을 형성하고 있다.

서브 조립체가 임의의 외부 하우징(30, 130)으로부터 분리되면, 외부 하우징의 센서측 단부(34, 134)는 피복될 수 있다.

서브 조립체가 제2 외부 하우징(130) 내에 설치시, 제2 외부 하우징(130)의 내부 공간은 경질의 보어스코프(20)의 적어도 일부를 수용한다. 제2 외부 하우징(130)과 경질의 보어스코프(20)의 적어도 일부는 그 사이에 통로(135)를 형성한다. 제2 외부 하우징(130)의 센서측 단부(134)는 경질의 보어스코프(20)의 센서 단부(24)에 대응한다. 제2 외부 하우징(130)의 관찰측 단부(132)는 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)에 대응한다. 제2 외부 하우징(130)의 관찰측 단부(132)는 제2 외부 하우징(130)의 통로(135)와 유체 연통되는 구멍(125)을 형성한다. 구멍(125)은 실상이 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)로 전달될 수 있도록 협력 배치된다. 제2 외부 하우징(130)은 해당 제2 외부 하우징(130)의 센서측 단부(134)와 관찰측 단부(132) 사이에 작동적으로 배치된 포트(140)를 포함한다. 제2 외부 하우징(130)의 포트(140)는 제2 외부 하우징(130)의 통로(135)와 유체 연통된다. 카메라(10)는 제2 외부 하우징(130)의 통로(135) 외부에 그리고 제2 외부 하우징(130)의 포트(140) 외부에 작동적으로 배치된다.

제2 외부 하우징(130)은 제2 뷰포트 도어 플레이트(182)에 부착될 수 있는 데, 이 제2 뷰포트 도어 플레이트(82)를 통해 제2 외부 하우징(130)이 통과된다. 제2 뷰포트 도어 플레이트(182)는 제2 외부 하우징(130)의 포트(140)와 제2 외부 하우징(130)의 관찰측 단부(132) 사이에 배치될 수 있다. 제2 뷰포트 도어 플레이트(182)에는 제2 내화 블록(180)이 부착될 수 있는 데, 이 제2 내화 블록(180)은 관통 공동을 형성하고 있다. 제2 외부 하우징(130)의 관찰측 단부(132)는 적어도 일부가 제2 내화 블록(180)의 공동 내에 배치될 수 있으며, 제2 내화 블록(180)은 실상이 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)로 전달될 수 있게 협력 배치된다.

또한, 본 발명은 연장된 기간에 걸쳐 측정치가 얻어지는 고온로 내의 열 화상 취득 방법에 관한 것이다.

방법은 임의의 선택적인 특징부를 구비하거나 구비하지 않은 전술한 바와 같은 장치를 고온로 상에 설치하는 단계를 포함한다.

방법은 외부 하우징(30)의 외부로부터 외부 하우징(30) 내의 포트(40) 내로 (주변) 공기를 흡입하고, 해당 공기를 포트(40)로부터 통로(35)를 통해 경질의 보어스코프(20)의 긴 하우징의 외부면 위로 통과시키고, 해당 공기를 통로(35)로부터 렌즈 위로 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32)의 구멍(25) 외부로 그리고 고온로 내로 통과시키는 단계를 포함한다. 장치의 구성 상, 공기는 포트(40)로부터 내부 공간(100) 내로 고온로로 통과시 카메라(10) 위로 통과되지 않는다.

주변 공기는 노에 인접한 외부 공간이면서 외부 하우징(30)에 인접한 외부 공간인 밀폐되지 않은 공간 내에 있는 공기이다. "밀폐되지 않은 공간"이란 표현은 노의 설치 장치의 외부 환경에 개방되고 유체 연통되는 공간을 말한다. 이 외부 환경은 특히 밀폐되지 않은 공간을 구성할 수 있다. 주변 공기는 압력을 가진다. 노는 적어도 외부 하우징(30)의 관찰측 단부(32) 근처가 부압으로, 즉 노와 외부 하우징(30)의 외부의 주변 공기의 압력보다 낮은 압력으로 작동된다.

방법은 경질의 보어스코프(20)에 의해 관찰된 복수의 실상을 카메라(10)로 전달하고, 상기 복수의 실상에 대응하고 각각 화소 데이터를 포함하는 복수의 화상을 촬상하고, 상기 화소 데이터를 처리하여 상기 복수의 화상 각각에 대한 온도 정보를 획득하는 것에 의해 온도 정보를 측정하는 단계를 포함한다.

방법은 배터리(60)를 이용하여 카메라(10)에 전력을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.

방법은 솔라 패널(65)을 이용하여 배터리(60)에 전력을 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다.

방법은 화소 데이터를 컴퓨터로 무선 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.

방법은 용기(90) 내로 공기 세정류를 도입하고, 해당 공기 세정류를 구획 부재(50) 내의 체크 밸브를 통해 통로(35) 내로 그리고 통로(35)로부터 구멍(25)을 통해 노의 내부 공간(100) 내로 통과시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

방법은 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)의 온도에 연관 가능한 측정치를 획득하고, 경질의 보어스코프(20)의 관찰 단부(22)의 온도에 연관 가능한 상기 측정치에 따라 통로를 통한 공기 유량을 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

실시예

본 발명에 따른 열 촬상 조립체는 복수의 촉매-함유 개질 튜브를 수용하는 증기-탄화수소 개질로(reformer furnace) 내의 열 화상을 획득하여 연장된 시간에 걸쳐 튜브의 온도를 모니터링하도록 구성 및 배치하였다.

경질의 보어스코프는 Marshall Electronics V-PL-HITEMP-452를 사용하였다. 카메라는 광학 센서 칩 상의 내부 IR 차단 필터를 제거하여 개조한 소비자 등급의 Nikon D600 카메라를 사용하였다. 보어스코프와 카메라는 보어스코프 상의 CS 마운트를 Nikon 카메라 상의 F 마운트에 접속하는 Marshall Electronics의 어댑터를 사용하여 결합하였다. 복사의 가시적 경계(visible end)를 차단하기 위해 780 ㎚의 장파장 통과 필터를 추가하였다.

보어스코프의 하우징과 외부 하우징 사이의 통로는 약 15 ㎠의 단면적을 가진 것이었다. 외부 하우징의 단부의 구멍은 약 20 ㎠의 면적을 가진 것이었다. 외부 하우징의 포트는 약 3 ㎠의 단면적을 가진 것이었다.

로는 약 -1 인치의 물의 부압 조건(101.076 ㎪)에서 운용하였다.

포트와 외부 하우징을 통해 개질 노 내부로 주변 공기를 흡입하였다. 수동적인 주변 공기 냉각 설계에 따라, 보어스코프의 단부의 렌즈의 온도는 정상적인 조작 조건에서 약 149℃로 측정되었다.

수개월의 기간에 걸쳐 수백 개의 화상을 취득할 수 있도록 외부 배터리 팩을 사용하였다. 시간 간격을 둔 촬상 모드를 이용하여 화상을 촬상하였고, 화상은 1~6 시간의 범위의 간격으로 촬상하였다.

RAW 화상은 SD 카드에 저장하였다.

열 촬상 조립체는 상이한 노 운전 조건에서 시간에 걸친 미묘한 개질 튜브 온도 변화의 장면을 제공하였다. 튜브 온도 정보는 다른 플랜트 공정 운용 변수 정보와 결합하여, 측정 불가였을 수 있는 개질 튜브의 반응 조건을 추정하였다.

Claims

고온로의 벽 내의 개구를 통한 고온로의 내부 공간의 열 촬상 장치로서:
광학 센서를 포함하는 카메라;
경질의 보어스코프;
외부 하우징;
구획 부재를 포함하며,
상기 보어스코프는 관찰 단부와 센서 단부를 갖는 긴 하우징과, 상기 긴 하우징 내에 배치되고 상기 경질의 보어스코프에 의해 관찰된 실상을 상기 카메라로 전달하도록 적어도 2개의 광학부를 갖는 다중-요소 릴레이 렌즈 조립체를 포함하고, 상기 관찰 단부는 렌즈를 포함하고, 상기 경질의 보어스코프의 센서 단부는 상기 카메라에 작동적으로 접속되는 것이며,
상기 외부 하우징은 센서측 단부와 관찰측 단부를 가지고 상기 외부 하우징 내에 내부 공간을 형성하며, 상기 내부 공간은 상기 경질의 보어스코프의 적어도 일부를 수용하며, 상기 외부 하우징과 상기 경질의 보어스코프의 상기 적어도 일부는 사이에 통로를 형성하며, 상기 외부 하우징의 센서측 단부는 상기 경질의 보어스코프의 센서 단부에 대응하고, 상기 외부 하우징의 관찰측 단부는 상기 보어스코프의 관찰 단부에 대응하며, 상기 관찰측 단부는 상기 통로와 유체 연통되는 구멍을 형성하며, 상기 구멍은 상기 실상이 상기 경질의 보어스코프의 관찰 단부로 통과될 수 있도록 협력 배치되며, 상기 외부 하우징은 상기 센서측 단부와 상기 관찰측 단부 사이에 작동적으로 배치된 포트를 가지며, 상기 포트는 상기 통로와 유체 연통되며, 상기 카메라는 상기 통로의 외부에 그리고 상기 포트의 외부에 작동적으로 배치되는 것이며,
상기 구획 부재는 상기 통로와 상기 카메라 사이의 유체 연통을 방해하도록 작동적으로 배치되는 것인 열 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 렌즈는 사파이어, 석영 및 불화칼슘으로 이루어진 그룹에서 선택된 재료로 제조되는 것인 열 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 구획 부재는 상기 외부 하우징의 내부에 배치된 것인 열 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 외부 하우징의 센서측 단부에 작동적으로 접속되고, 상기 카메라를 수용하는 용기와;
상기 카메라에 전력을 공급하도록 상기 카메라에 작동적으로 접속되고, 상기 용기 내에 수용되는 배터리를 더 포함하는 것인 열 촬상 장치.
제4항에 있어서, 상기 배터리에 작동적으로 접속된 솔라 패널을 더 포함하며, 상기 솔라 패널은 상기 용기의 외부에 배치된 것인 열 촬상 장치.
제4항에 있어서, 상기 카메라에 작동적으로 접속된 제어기를 더 포함하며, 상기 용기는 상기 제어기를 수용하는 것인 열 촬상 장치.
제4항에 있어서, 상기 카메라로부터 컴퓨터로 화상을 전송하도록 상기 카메라에 작동적으로 접속된 무선 송신기를 더 포함하며, 상기 용기는 상기 무선 송신기를 수용하는 것인 열 촬상 장치.
제4항에 있어서, 상기 카메라에 의해 촬상된 화상을 저장하도록 상기 카메라에 작동적으로 접속된 메모리 저장부를 더 포함하며, 상기 메모리 저장부는 상기 용기 내에 수용되는 것인 열 촬상 장치.
제4항에 있어서, 상기 구획 부재는 상기 용기 내에 배치되는 것인 열 촬상 장치.
제4항에 있어서, 상기 용기를 상기 외부 하우징에 접속하는 커넥터를 더 포함하는 것인 열 촬상 장치.
제10항에 있어서, 상기 구획 부재는 상기 커넥터 내에 배치되는 것인 열 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 경질의 보어스코프의 긴 하우징은 상기 관찰 단부에서 테이퍼지고 상기 렌즈에서 종료되는 것인 열 촬상 장치.
제1항에 있어서, 내화 블록; 및
뷰포트 도어 플레이트를 더 포함하며,
상기 내화 블록은 관통 공동을 형성하며, 상기 내화 블록의 공동 내에 상기 외부 하우징의 관찰측 단부가 적어도 일부 배치되며, 상기 내화 블록은 실상이 상기 경질의 보어스코프의 관찰 단부로 통과되도록 협력 배치되며,
상기 외부 하우징은 상기 뷰포트 도어 플레이트에 부착되며, 상기 외부 하우징은 상기 뷰포트 도어 플레이트를 통과하며, 상기 뷰포트 도어 플레이트는 상기 포트와 상기 외부 하우징의 관찰측 단부 사이에 배치되며, 상기 내화 블록은 상기 뷰포트 도어 플레이트에 부착되는 것인 열 촬상 장치.
제13항에 있어서, 상기 카메라와 상기 경질의 보어스코프는 서브 조립체로서 상기 외부 하우징으로부터 제거 가능하며;
상기 서브 조립체는 제2 외부 하우징 내에 설치 가능하며, 상기 제2 외부 하우징은 센서측 단부와 관찰측 단부를 가지며, 상기 제2 외부 하우징 내에 내부 공간을 형성하며,
상기 서브 조립체가 상기 제2 외부 하우징 내에 설치시, 상기 제2 외부 하우징의 내부 공간은 상기 경질의 보어스코프의 적어도 일부를 수용하며, 상기 제2 외부 하우징과 상기 경질의 보어스코프의 적어도 일부는 그 사이에 통로를 형성하며, 상기 제2 외부 하우징의 센서측 단부는 상기 경질의 보어스코프의 센서 단부에 대응하며, 상기 제2 외부 하우징의 관찰측 단부는 상기 보어스코프의 관찰 단부에 대응하며, 상기 제2 외부 하우징의 관찰측 단부는 상기 제2 외부 하우징의 통로와 유체 연통되는 구멍을 형성하며, 상기 구멍은 실상이 상기 보어스코프의 관찰 단부로 통과될 수 있도록 협력 배치되며, 상기 제2 외부 하우징은 상기 제2 외부 하우징의 센서측 단부와 관찰측 단부 사이에 작동적으로 배치된 포트를 포함하며, 상기 제2 외부 하우징의 포트는 상기 제2 외부 하우징의 통로와 유체 연통되며, 상기 카메라는 상기 제2 외부 하우징의 통로 외부에 그리고 상기 제2 외부 하우징의 포트 외부에 작동적으로 배치되며;
상기 제2 외부 하우징은 제2 뷰포트 도어 플레이트에 부착되며, 상기 제2 뷰포트 도어 플레이트를 통해 상기 제2 외부 하우징이 통과되며, 상기 제2 뷰포트 도어 플레이트는 상기 제2 외부 하우징의 포트와 상기 제2 외부 하우징의 관찰측 단부 사이에 배치되며, 상기 제2 뷰포트 도어 플레이트에 제2 내화 블록이 부착되며, 상기 제2 내화 블록은 관통 공동을 형성하며, 상기 제2 외부 하우징의 관찰측 단부는 적어도 일부가 상기 제2 내화 블록의 공동 내에 배치되며, 상기 제2 내화 블록은 실상이 상기 경질의 보어스코프의 관찰 단부로 통과될 수 있게 협력 배치되는 것인 열 촬상 장치.
제14항에 있어서, 상기 서브 조립체는:
상기 외부 하우징의 센서측 단부에 작동적으로 접속되고, 상기 카메라를 수용하는 용기;
상기 카메라에 전력을 공급하도록 상기 카메라에 작동적으로 접속되고, 상기 용기 내에 수용되는 배터리;
상기 배터리에 작동적으로 접속되고, 상기 용기의 외부에 배치된 솔라 패널;
상기 카메라로부터 컴퓨터로 화상을 전송하도록 상기 카메라에 작동적으로 접속되고, 상기 용기 내에 수용되는 무선 송신기;
상기 카메라에 작동적으로 접속되고, 상기 용기 내에 수용되는 제어기
를 더 포함하는 것인 열 촬상 장치.
제1항에 있어서, 상기 외부 하우징의 포트를 통해 유체의 유동을 조절하도록 작동적으로 배치된 유량 조절기를 더 포함하는 것인 열 촬상 장치.
제16항에 있어서, 상기 경질의 보어스코프의 관찰 단부의 온도와 연관될 수 있는 측정치를 취득하도록 구성되어 상기 측정치에 따라 전자 신호를 생성하는 온도 센서; 및
계측기와 전자 제어기 중 적어도 하나를 더 포함하며,
(i) 상기 계측기는, 상기 온도 센서에 작동적으로 접속되어 상기 전자 신호를 수신하고 상기 전자 신호에 상응하는 온도치를 표시하는 디스플레이를 가지며;
(ⅱ) 상기 전자 제어기는, 상기 온도 센서와 상기 유량 조절기에 작동적으로 접속되고, 상기 온도 센서로부터의 전자 신호에 응답하여 상기 포트를 통한 유체의 유동을 조절하도록 상기 유량 조절기를 제어하도록 구성된 것인 열 촬상 장치.
연장된 기간에 걸쳐 고온로 내의 열 화상을 취득하는 방법으로서:
광학 센서를 포함하는 카메라;
경질의 보어스코프로서, 관찰 단부와 센서 단부를 갖는 긴 하우징과, 상기 긴 하우징 내에 배치되고 상기 경질의 보어스코프에 의해 관찰된 실상을 상기 카메라로 전달하도록 적어도 2개의 광학부를 갖는 다중-요소 릴레이 렌즈 조립체를 포함하고, 상기 관찰 단부는 렌즈를 포함하고, 상기 경질의 보어스코프의 센서 단부는 상기 카메라에 작동적으로 접속된 것인, 경질의 보어스코프;
외부 하우징으로서, 센서측 단부와 관찰측 단부를 가지고 상기 외부 하우징 내에 내부 공간을 형성하며, 상기 내부 공간은 상기 경질의 보어스코프의 적어도 일부를 수용하며, 상기 외부 하우징과 상기 경질의 보어스코프의 상기 적어도 일부는 사이에 통로를 형성하며, 상기 외부 하우징의 센서측 단부는 상기 경질의 보어스코프의 센서 단부에 대응하고, 상기 외부 하우징의 관찰측 단부는 상기 보어스코프의 관찰 단부에 대응하며, 상기 관찰측 단부는 상기 통로와 유체 연통되는 구멍을 형성하며, 상기 구멍은 상기 실상이 상기 보어스코프의 관찰 단부로 통과될 수 있도록 협력 배치되며, 상기 외부 하우징은 상기 센서측 단부와 상기 관찰측 단부 사이에 작동적으로 배치된 포트를 가지며, 상기 포트는 상기 통로와 유체 연통되며, 상기 카메라는 상기 통로의 외부에 그리고 상기 포트의 외부에 작동적으로 배치된 것인, 외부 하우징
을 포함하는 열 촬상용 조립체를 상기 고온로 상에 설치하는 단계;
상기 외부 하우징의 외부로부터 상기 외부 하우징 내의 포트 내로 공기를 흡입하고, 상기 공기를 상기 포트로부터 상기 통로를 통해 상기 경질의 보어스코프의 긴 하우징의 외부면 위로 통과시키고, 상기 공기를 상기 통로로부터 렌즈 위로 상기 외부 하우징의 관찰측 단부의 구멍 외부로 그리고 고온로 내로 통과시키는 단계로서, 상기 공기는 상기 포트로부터 고온로로 통과시 상기 카메라 위로 통과되지 않는 것인 단계;
온도 정보를 측정하는 단계로서:
상기 경질의 보어스코프에 의해 관찰된 복수의 실상을 상기 카메라로 전달하고;
상기 복수의 실상에 대응하고 각각 화소 데이터를 포함하는 복수의 화상을 촬상하고;
상기 화소 데이터를 처리하여 상기 복수의 화상 각각에 대한 온도 정보를 획득하는 것에 의해 행해지는 것인 온도 정보 측정 단계
를 포함하는 열 화상 취득 방법.
제18항에 있어서, 상기 경질의 보어스코프의 관찰 단부의 온도에 연관 가능한 측정치를 획득하는 단계;
상기 경질의 보어스코프의 관찰 단부의 온도에 연관 가능한 상기 측정치에 따라 상기 통로를 통한 공기 유량을 조절하는 단계를 더 포함하는 것인 열 화상 방법.
제18항에 있어서, 상기 주변 공기는 상기 포트 내로 흡입되며, 상기 주변 공기는 상기 노에 인접한 외부 공간이면서 상기 외부 하우징에 인접한 외부 공간인 밀폐되지 않은 공간 내에 있는 공기이며, 상기 주변 공기는 압력을 가지며;
상기 노는, 적어도 상기 외부 하우징의 관찰측 단부 근처가 상기 노와 상기 외부 하우징 외부의 주변 공기의 압력보다 작은 압력으로 작동되는 것인 열 화상 방법.