DE69306013T2

DE69306013T2 - Aufbau einer Brennsaum-Überwachungskamera

Info

Publication number: DE69306013T2
Application number: DE69306013T
Authority: DE
Inventors: Juhani Hirvonen; Kari Ikonen; Pekka Kohola; Matti Takala
Original assignee: Imatran Voima Oy
Current assignee: Imatran Voima Oy
Priority date: 1992-02-25
Filing date: 1993-02-23
Publication date: 1997-04-30
Anticipated expiration: 2013-02-24
Also published as: FI920826A0; DK0558278T3; PL170713B1; ATE145483T1; CZ282572B6; EP0558278B1; FI920826A; PL297823A1; FI90469B; DE69306013D1; FI90469C; US5592217A; EP0558278A1; CZ25893A3; ES2095004T3

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Brennraum-Überwachungskamera gemäß dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1.
Die Funktion des Brenners in Verbrennungs-Verarbeitungsanlagen wird mittels Brennraumkameras überwacht. Der Verbrennungsprozeß in dem Brennraum wird dadurch überwacht, daß die Spitze des optischen Aufbaus der Kamera in den Brennraum eingeführt wird. Die Ablagerung von Abfallstoffen auf der Vorderlinse des optischen Aufbaus der Kamera kann ein ernstes Problem darstellen, was die Verfügbarkeit der Kamera einschränkt. Unter schwierigen Bedingungen muß die Vorderlinse täglich gereinigt werden.
Die GB-A-2,127,174 beschreibt einen periskopartigen Aufbau zur Überwachung von unter Druck stehenden Brennräumen. Das verwendete optische System ist keine Anordnung, die zur Erzeugung eines Bildes für eine Kamera geeignet ist, sondern vielmehr ein Aufbau, der dazu angepaßt ist, ein Bild auf die Retina eines Auges abzubilden. In einer derartigen Ausführungsform wird das Linsensystem mittels eines externen Luftstromes gekühlt, der über eirke relativ große Öffnung in der Raumwand eingeblasen wird, um eine Verunreinigung der Linse zu verhindern. In einer derartigen Anordnung sind die Löcher vor den Linsen jedoch unzweckmäßig groß und für das gewünschte Endergebnis axial nicht richtig angeordnet. Einerseits sind die Löcher für das Sichtfeld ein begrenzender Faktor und andererseits führt ein großer Lochdurchmesser die Ablagerung von Debris an denlinsen.
Die US-P-4,432,286 beschreibt eine Lösung eine Kontamination zu verhindern, die auf dem Kameraprinzip mit kleinem Loch beruht. In einer derartigen Anordnung wird der Linsenaufbau dazu verwendet, die Bildebene weiter weg von der Brennkamera zu bewegen. Die Bildebene ist in der hintersten Fokusebene des optischen Systems angeordnet, so daß das kleine Loch als bildgebendes Element dient und die Linsen ohne Loch kein Bild des Objektes aus jeglicher Entfernung des Objektes von dem Bild / der Bildebene bilden können. Das verwendete optische Linsensystem ist daher kein bilderzeugendes optisches System. Die optische Auflösung einer derartigen Anordnung wird durch den Durchmesser des kleinen Loches bestinnnt. Soll die Schärfe des Bildes verbessert werden, dann muß der Durchmesser des kleinen Loches verringert werden. Ein kleinerer Durchmesser des kleinen Loches führt zu einer verringerten relativen Apertur. In der in der angegebenen Veröffentlichung beschriebenen Ausführungsform ist das Gesichtsfeld begrenzt, etwa 30º.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Nachteile der vorstehend beschriebenen Technologie zu beseitigen und einen völlig neuen Aufbau für eine Brennraum-Überwachungskamera zu liefern.
Die Erfindung beruht darauf, daß der Aufbau mit einer Ablenkscheibe versehen ist, die das optische System vor Ruß und herausgeschleuderten Flüssigkeitsteilchen schützen kann, wobei die Ablenkscheibe ein Loch enthält, das mit der Zentrumsachse des optischen Systems am Fokuspunkt des optischen Systems auf der Objektraumseite konzentrisch ist, und wobei die Anordnung mit Kanälen zum Zuführen von Luft in die Verbrennungskammer versehen ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere durch den kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gekennzeichnet.
Die Erfindung liefert erhebliche Vorteile.
Die vorteilhafte Anordnung des Loches der Ablenkscheibe in der Trägerstruktur vermeidet optische Störungen. Die durch das Loch in die Verbrennungskammer geblasene Luft verhindert eine Verunreinigung der Vorderlinse durch Ruß. Aufgrund der vorteilhaften Anordnung des Ablenkscheiben-Loches kann dessen Durchmesser ohne Beschränkungen verändert werden. Da das Loch nicht als bildgebendes Element dient, kann mittels eines zweckorientierten optischen Linsensystems ein hochqualitatives Bild erhalten werden.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe der in den beiliegenden Zeichnungen beispielhaft erläuterten Ausführungen näher beschrieben, in denen
Fig. 1 das optische System der Verbrennungskammer-Überwachungskamera im Querschnitt zeigt;
Fig. 2 den mechanischen Aufbau der Verbrennungskammer-Überwachungskamera im Querschnitt zeigt.
Gemäß Fig. 1 beginnt der Objektraum 26 der Verbrennungskammer-Überwachungskamera bei der äußersten Linse 4 und erstreckt sich gegen das Objekt 2. Zusätzlich zu der außen gelegenen Linse enthält das optische System bildverstärkende Elemente und eine hinten gelegene Linse 36, hinter denen sich die Bildebene 5 befindet. Im vorliegenden Fall ist die Bildebene die photoempfindliche Oberfläche der Kamera. Das optische System erzeugt Zwischenbilder 3 und 3' des Objektes. Der Bildraum 28 beginnt bei der hinten gelegenen Linse 36 und erstreckt sich gegen die Bildebene. Am Ende der Trägerröhre 22 in Richtung der Fokusebene des optischen Systems ist eine Ablenkscheibe 38 angeordnet, die verhindert, daß Ruß und herausgeschleuderte Flüssigkeitsteilchen die Vorderlinse 4 erreicht. Damit Licht in das optische System eintreten kann, befindet sich in der Ablenkscheibe 38 am Fokuspunkt 24 des gesamten optischen Systems 20 ein Loch 1. Das Loch 1 ist vorzugsweise ringförmig mit einem vorteilhaften Durchmesser von etwa 1 mm. Die Abmessungen des Loches 1 sind jedoch nicht kritisch, da das Loch am Fokuspunkt lediglich als beschränkendes Element für den Lichteintritt dient (telezentrische Aperturbegrenzung). Das Gesichtsfeld ist daher sogar bei Verwendung einer Aperturbegrenzung mit kleinem Durchmesser nicht eingeschränkt. Wenn das Loch 1 als Aperturbegrenzung dient, dann muß dessen Durchmesser ausreichend klein sein.
Gemäß Fig. 2 enthält das optische System 20 der Verbrennungskammer-Überwachungskamera ein bildverstärkendes optisches System, das in der vorliegenden Ausführungsform ein Boreoskop ist. Das gesamte optische System ist in dieser Figur nur schematisch gezeigt. Das optische System 20 ist durch die schützende Trägerröhre 22 eingeschlossen, deren Ende auf der Seite der Verbrennungskammer durch die Ablenkplatte 38 gebildet ist, die in der durch den Fokuspunkt 24 bestimmten Ebene angeordnet ist. In der Fokusebene des gesamten optischen Systems, konzentrisch mit deren Zentrumsachse, d.h. am Fokuspunkt 24 des optischen Systems angeordnet, befindet sich ein Loch 1, das gewöhnlich als optische Aperturbegrenzung dient. Zwischen dem optischen System 20 und der schützenden Trägerröhre 22 befindet sich ein Kanal 32, über den Luft in Richtung der Verbrennungskammer gebracht wird. Der Strom eingeblasener Luft tritt über das Loch 1 aus, wobei verhindert wird, daß sich auf der Oberfläche der Vorderlinse Abfallstoffe absetzen. Das Äußere der Trägerröhre 22 ist mit einer thermischen Schildstruktur 40 versehen, das an dessen Ende ein keramisches Wärmeschild 12 aufweist. Das keramische Schild 12 spielt in dieser Ausführungsform aufgrund seiner hohen Wärmewiderstandsfähigkeit eine besonders vorteilhafte Rolle, wobei eine hohe Oberflächentemperatur erreicht wird und angehäuftes Material von der Schildoberfläche weggebrannt wird. Das Wärmeschild 12 weist daher eine bestimmte Selbstreinigungs-Eigenschaft auf. Das Loch in dem Keramikschild 12 muß daher weit genug bemessen sein, um das Gesichtsfeld der Kamera nicht zu beschränken, und wirkt daher als Gesichtsfeldbeschränkung. Zwischen der Trägerröhre 22 und der Rahmenstruktur befindet sich ein Kanal 34 für einen kühlenden Luftstrom, um die gesamte Konstruktion zu kühlen. Die kühlende Luft wird auf die Verbrennungskammer zugeblasen.
Die in Fig. 1 erläuterte Ausführungsform kann in eine alternative Ausführungsform verändert werden, die eine Bildebene 5 aufweist, die sich am Zwischenbild 3 befindet. Die photoempfindliche Oberfläche der Kamera, wie ein CCD-Element, ist dann in der Ebene des Zwischenbildes 3' ausgerichtet. In einer derartigen Ausführungsform enthält das gesamte optische System eine Linse 4, und da der Fokuspunkt der Linse 4 in einer Foküslängen-Entfernung f&sub1; von der Linse angeordnet ist, muß auch das Loch 1 mit dem Fokuspunkt des erfindungsgemäßen optischen Systems zusammenfallend angeordnet werden.
Obwohl sich die optimale Lage des Loches 1 im Fokuspunkt 24 des gesamten optischen Systems 20 auf der Objektraumseite befindet, kann das Loch mit einer geringen Toleranz in der unmittelbaren Nachbarschaft des Fokuspunktes 34 leicht versetzt sein.
Der Durchmesser des Loches 1 kann gewöhnlich im Bereich von 0,2 - 2 mm variiert werden.
Obwohl das Loch 1 in den vorstehend beschriebenen, alternativen Ausführungsformen in der Ablenkplatte 38 integral mit der Trägerstruktur 22 ausgebildet ist, kann die Ablenkplatte 38 alternativ vollständig getrennt von der Trägerstruktur 22 vorliegen und an beispielsweise der Wärmeschildstruktur 40 angebracht sein. In einer derartigen Konstruktion kann der Kanal 34 auch dazu verwendet werden, Luft gegen die Verbrennungskammer zu bringen. Die wesentliche erfindungsgemäße Eigenschaft betrifft die Anordnung des Loches 1, nicht das Verfahren der Anbringung der Ablenkplatte 38. Die Ablenkplatte muß auch nicht planar sein. Ablenkplatten mit konvexer und konkaver Form, usw. können ebenfalls verwendet werden. Die erfindungsgemäße Ausführungsform erfordert lediglich, daß das Loch 1 der Ablenkplatte 38 hinsichtlich des optischen Systems zweckmäßig angeordnet ist, d.h. im Fokuspunkt des gesamten optischen Systems oder in der unmittelbaren Nachbarschaft davon. Die Ablenkplatte 38 muß fest sein, um den Luftstrom über das Loch 1 gegen die Verbrennungskammer zu richten.
Das bildverstärkende optische System 20 kann beispielsweise durch ein bildübertragendes optisches Faserbündel ersetzt werden.

Claims

1. Vorrichtung für eine Brennkammer-Überwachungskamera, welche umfaßt

ein bildformendes optisches System (20), dessen Objelctraum (26) eine zu überwachende Verbrennungskannner ist und dessen Bildebene (5) sich mit dem lichtempfindlichen Element der Kamera deckt und dessen Brennpunkt (24) auf der Objektraumseite außerhalb des optischen Systems (20) angeordnet ist, und

eine Konstruktion (22, 40), die das optische System beinhaltet,

dadurch gekennzeichnet, daß

auf der Objektraumseite des optischen Systems (20) eine feste Ablenkscheibe (38) angeordnet ist, die ein Loch (1) aufweist, das mit der Mittelachse des optischen Systems (20) konzentrisch ist und am Brennpunkt (24) des gesamten optischen Systems auf der Objektraumseite angeordnet ist, oder in der Nähe davon, und

die Konstruktion (22,40) das optische System (20) in einer solchen Art und Weise umschließt, daß entlang eines Kanals (32,34), der zwischen dem optischen System (20) und der dieses umgebenden Konstruktion (22,40) gebildet ist, durch das Loch (1) Spülluft in die Verbrennungskammer eingebracht werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkscheibe (38) an der Trägerkonstruktion (22) des optischen Systems angebracht ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ablenkscheibe (38) an einer thermischen Abschirmkonstruktion (40) des optischen Systems (20) angebracht ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein keramisches Schild (12) an das Verbrennungskammerende der Konstruktion (40), die das optische System beinhaltet, angepaßt ist.

Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Loch (1) einen ausreichend kleinen Durchmesser aufweist, damit das Loch als eine Aperturbegrenzung wirken kann.