СТЕКЛОВАРЕННАЯ ПЕЧЬ, ОСНАЩЕННАЯ ОПТИЧЕСКИМИ ВОЛОКНАМИ
GLASS-MELTING FURNACE EQUIPPED WITH OPTICAL FIBRES

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к стекловаренной печи, оснащенной по меньшей мере одним волноводом, предпочтительно оптическим волокном.
Уровень техники
Считывание температур в разных местах стекловаренной печи позволяет проверить ее состояние, в частности, детектировать горячие точки, соответствующие тепловым мостам. Это считывание обычно выполняется с помощью термопар. Однако внедрение термопар требует много времени и не позволяет осуществлять непрерывный мониторинг всей конструкции, поскольку количество измерений ограничено.
В качестве альтернативы, температуры измеряются с помощью инфракрасной термографии, но это возможно только в местах, которые визуально доступны для инфракрасной камеры, что, в частности, исключает изолированные части блоков и дно печи.
Следовательно, существует потребность в решении, которое облегчает считывание измерений температуры в многочисленных точках конструкции и обеспечивает возможность непрерывного и точного отслеживания их изменения.
Проблема, на решении которой направлено настоящее изобретение, заключается в удовлетворении этой потребности, по меньшей мере частично.
Раскрытие сущности изобретения
Согласно настоящему изобретению, указанная проблема решается посредством стекловаренной печи, содержащей:
- огнеупорную часть, определяющую горячую поверхность, контактирующую или предназначенную для контакта с расплавленным стеклом или с газовой средой, контактирующей с расплавленным стеклом, и холодную поверхность на расстоянии от указанной горячей поверхности, и
- устройство измерения температуры, содержащее:
- волновод, содержащий измерительную часть, содержащую по меньшей мере один датчик измерения температуры, выполненный с возможностью отправки ответного сигнала в ответ на подачу сигнала опроса в волновод; и
- опрашивающее устройство, соединенное с вводом волновода и выполненное с возможностью подачи сигнала опроса в указанный ввод для приема указанного ответного сигнала, возвращаемого датчиком в ответ на подачу указанного сигнала опроса, для анализа полученного ответного сигнала и передачи сообщения согласно указанному анализу.
В одном предпочтительном примере осуществления измерительная часть контактирует с указанной холодной поверхностью и, предпочтительно, проходит вплотную к холодной поверхности.
Измерительная часть также может быть частично или полностью включена в огнеупорную часть.
Как показано более подробно в оставшейся части описания, волновод является особенно эффективным и практичным средством. В частности, в один и тот же волновод может быть включено множество датчиков, и множество волноводов может быть подключено к одному и тому же опрашивающему устройству. Таким образом, можно легко построить сеть измерительных точек. Эта сеть может располагаться на месте так, чтобы обеспечить непрерывное измерение.
Печь согласно настоящему изобретению может также включать один или несколько из следующих опциональных признаков:
- волновод представляет собой оптическое волокно, предпочтительно из стекла или сапфира;
- датчик представляет собой брэгговскую решетку;
- волновод имеет диаметр менее 200 мкм;
- огнеупорная часть представляет собой сборку огнеупорных блоков, в частности боковую стенку или дно резервуара расплавленного стекла;
- измерительная часть волновода содержит множество указанных датчиков, предпочтительно более пяти, более восьми, более десяти, предпочтительно более двадцати датчиков;
- датчики расположены с равными промежутками вдоль волновода;
- опрашивающее устройство выполнено с возможностью определения, в соответствии с анализом ответного сигнала, уровня износа огнеупорной части и/или температуры горячей поверхности и/или изменения температуры горячей поверхности;
- волновод не проникает во внутреннюю часть огнеупорной части;
- по меньшей мере измерительная часть волновода проходит между указанной холодной поверхностью и теплоизоляционным слоем или внутри указанного теплоизоляционного слоя;
- теплоизоляционный слой состоит как минимум из двух элементарных изоляционных слоев;
- по меньшей мере измерительная часть волновода проходит между двумя последовательными элементарными изоляционными слоями указанного изоляционного слоя;
- по меньшей мере измерительная часть волновода проходит внутри одного из элементарных изоляционных слоев указанного изоляционного слоя;
- холодная поверхность противоположна и предпочтительно по существу параллельна горячей поверхности;
- волновод имеет общую форму волокна, измерительная часть которого предпочтительно является по существу прямолинейной;
- измерительная часть волновода проходит по меньшей мере частично, или даже полностью, параллельно горячей поверхности и/или холодной поверхности;
- измерительная часть проходит между указанной холодной поверхностью и теплоизоляционным слоем;
- опрашивающее устройство и/или измерительная часть размещены в полости, выполненной на холодной поверхности или на изоляционном слое, или на элементарном изоляционном слое, в частности в форме углубления или «канавки», или через огнеупорную часть, изоляционный слой или элементарный изоляционный слой, предпочтительно в форме трубчатого отверстия, которое может быть прямолинейным или непрямолинейным, глухим или сквозным;
- опрашивающее устройство и/или измерительная часть прикреплены к огнеупорной части и/или, если это применимо, к изоляционному слою, посредством по меньшей мере одной точки прикрепления, при этом точка прикрепления вдоль измерительной части имеет длину предпочтительно более 1 мм, более 3 мм и/или предпочтительно менее 5 см, предпочтительно менее 3 см, 2 см, 1 см или 0,5 см;
- печь содержит лист, состоящий из группы измерительных частей указанных волноводов, проходящих по изогнутой или плоской, предпочтительно плоской, поверхности, предпочтительно по плоскости, параллельной горячей поверхности и/или холодной поверхности;
- указанные измерительные части листа проходят параллельно друг другу и/или пересекаются;
- измерительные части указанного листа не пересекаются и проходят предпочтительно параллельно друг другу, при этом они удалены друг от друга на расстояние более 1 см, более 5 см, более 10 см, более 20 см и/или менее 100 см, менее 80 см или менее 50 см;
- на по меньшей мере некоторых пересечениях между измерительными частями датчики расположены на каждой измерительной части;
- предпочтительно на более чем 50%, предпочтительно более чем 80%, предпочтительно более чем 90%, предпочтительно на 100% пересечений между измерительными частями каждая измерительная часть имеет датчик;
- на указанных пересечениях все измерительные части контактируют друг с другом;
- количество измерительных частей, пересекающихся в точке пересечения, больше двух, или даже больше трех или больше пяти;
- печь содержит, по меньшей мере первый и второй указанные листы, которые предпочтительно проходят параллельно друг другу;
- расстояние между первым и вторым листами больше 1 см, больше 3 см, больше 5 см и/или меньше 10 см;
- указанные измерительные части первого листа проходят параллельно друг другу;
- указанные измерительные части второго листа проходят параллельно друг другу, предпочтительно в направлении, отличном от направления измерительных частей первого листа, угол между указанными направлениями предпочтительно составляет больше, чем 45°, чем 60°, более 80° и/или менее 120°, предпочтительно менее 100°;
- когда первый и второй листы наблюдаются в направлении, перпендикулярном по меньшей мере одному из указанных первого и второго листов, указанные измерительные части первого листа пересекают указанные измерительные части второго листа и на предпочтительно более 50%, предпочтительно более 80%, предпочтительно более 90%, предпочтительно 100% пересечений, каждая измерительная часть имеет датчик;
- датчики листа распределены по паттерну, предпочтительно по правильному паттерну, предпочтительно с образованием квадратной или прямоугольной сетки;
- лист проходит под дном или между двумя элементарными изоляционными слоями дна;
- печь содержит множество указанных датчиков, которые могут контактировать или не контактировать, наложенных друг на друга в направлении, перпендикулярном горячей поверхности;
- каждый конец волновода соединен с соответствующим опрашивающим устройством.
Изобретение также относится к способу считывания измерений, относящихся к огнеупорной части стекловаренной печи, в соответствии с настоящим изобретением, причем указанный способ включает в себя следующие этапы:
а. изготовление стекловаренной печи согласно настоящему изобретению;
б. управление опрашивающим устройством так, чтобы оно подавало сигнал опроса во ввод волновода и принимало ответный сигнал от датчика;
с. анализ ответного сигнала для определения информации, зависящей от указанного ответного сигнала, и, в частности, относящийся к температуре огнеупорной части в области датчика.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества изобретения более очевидны из следующего подробного описания и при изучении прилагаемых чертежей, на которых:
- на фиг. 1 схематично показана боковая стенка одного предпочтительного примера осуществления печи согласно изобретению, показанная в перспективе;
- фиг. 2 (2a-2e) и фиг. 5 показывают поперечные сечения (фиг. 2a и 2b, фиг. 5) и виды сверху деталей боковой стенки с фиг. 1, причем показан изоляционный слой;
- фиг. 3 (3a-3d) иллюстрирует различные сигналы, используемые в устройстве согласно изобретению;
- фиг. 4 иллюстрирует расположение оптических волокон на боковой стенке печи в соответствии с изобретением.
На различных фигурах идентичные ссылочные обозначения используются для обозначения идентичных или аналогичных элементов.
Определения
Под «огнеупорной частью» подразумевается элемент печи, выполненной из огнеупорного материала. Огнеупорная часть может представлять собой блок, а также сборку блоков, например боковую стенку резервуара, или дно, в частности, сформированную литьем. Огнеупорная часть обычно изготавливается из расплавленного материала или из спеченного материала. Обычно изоляционный слой покрывает холодную поверхность огнеупорной части для ограничения теплообмена.
Обычно, «толщина» огнеупорной части стекловаренной печи является ее размером, измеренным в направлении, перпендикулярном к его горячей поверхности. Например, для бокового блока резервуара, контактирующего с расплавленным стеклом, толщина измеряется по существу в горизонтальном направлении к ванне с расплавленным стеклом. Для дна толщина измеряется в вертикальном направлении.
«Горячая поверхность» представляет собой поверхность огнеупорной части, открытую по отношению к пространству печи, вмещающему расплавленное стекло, или предназначенное для вмещения расплавленного стекла. Горячая поверхность может контактировать или быть предназначенной для контакта с расплавленным стеклом и/или с газовой средой, распространенной над расплавленным стеклом. Горячая поверхность, таким образом, представляет собой поверхность огнеупорной части, которая подвергается или предназначена подвергаться самым высоким температурам. Все горячие поверхности блоков боковой стенки резервуара плавления стекла совместно могут квалифицироваться как «горячая поверхность». Верхнюю поверхность дна также могут квалифицироваться как «горячая поверхность».
Если не указано иное, «глубина» измеряется перпендикулярно к горячей поверхности, по направлению к внутренней части огнеупорной части.
Прилагательное «горячий» используется для целей ясности. До ввода печи в работу «горячая» поверхность - это поверхность, которая должна подвергаться воздействию самых высоких температур после ввода в эксплуатацию.
«Холодная поверхность» представляет собой поверхность огнеупорной части, которая не открыта пространству печи, вмещающему расплавленное стекло или предназначенному для вмещения расплавленного стекла, то есть которая изолирована от этого пространства посредством материала огнеупорной части. Холодная поверхность, напротив горячей поверхности, это поверхность, наиболее удаленная от указанного пространства. Обычно холодная поверхность, напротив горячей поверхности, представляет собой поверхность, которая в процессе эксплуатации подвергается или предназначена подвергаться самым низким температурам. Холодная поверхность может быть параллельна горячей поверхности.
Под «волноводом» подразумеваются любые средства, отличные от огнеупорной части, для направления электромагнитной волны, и, в частности, волны в видимых частотах.
Измерительная часть «проходит» внутри слоя (изоляционного слоя, элементарного изоляционного слоя, огнеупорной части кожуха печи) или между двумя слоями, когда она по существу полностью проходит внутри указанного слоя или между указанными двумя слоями.
Чтобы оценить, пересекаются ли две измерительные части, эти измерительные части предпочтительно наблюдают перпендикулярно горячей поверхности.
«Включает», «имеет» или «содержит» следует толковать в широком смысле, без ограничения.
Осуществление изобретения
В целом, кожух стекловаренной печи содержит огнеупорную часть и изоляционный слой 18, примыкающий к холодной поверхности огнеупорной части и предназначенный для ограничения теплообмена теплопроводностью между внутренней и внешней частью печи.
Таким образом, огнеупорная часть составляет первый слой кожуха от внутренней части печи. Это может быть стенка резервуара или дно.
Обычно он состоит из сборки блоков. Эти блоки обычно имеют форму огнеупорных плит, формирующих дно. Можно использовать любой огнеупорный блок, используемый в обычных стекловаренных печах, потенциально в форме плиты. В частности, каждый блок может быть изготовлен из расплавленного материала.
2
2
3
2
2
3
2
3
2
2
2
3
2
2
3
2
2
2
2
2
2
3
2
2
2
3
Огнеупорная часть, в частности блок, может состоять из материала, состоящего из более чем на 90% из одного или нескольких оксидов, выбранных из группы, состоящей из ZrO, AlO, SiO, CrO, YO, и CeO. Этот материал предпочтительно содержит более 90% ZrO, AlO и SiO. В одном примере осуществления этот материал представляет собой алюмо-циркониевый-силикат (АЦС) (то есть продукт, предпочтительно расплавленный, большинство составляющих которого по массе представляют собой AlO, ZrO и SiO) и содержит более 15% ZrO, предпочтительно от 26 до 95% ZrO. Его состав обычно составляет более 90%, предпочтительно более 95%: от 26 до 40% ZrO; от 40 до 60% AlO; от 5 до 35% SiO. Стекловидная фаза составляет приблизительно от 5 до 50%, предпочтительно от 10 до 40%. Предпочтительно, эта стекловидная фаза представляет собой силикатную фазу, массовая доля NaO в которой составляет менее 20%, предпочтительно менее 10% и/или массовая доля AlO составляет менее 30%.
Все проценты обычно являются массовыми в расчете на оксиды. Предпочтительно, огнеупорные оксиды составляют более 90%, предпочтительно более 95%, предпочтительно более 98% веса огнеупорного блока.
Огнеупорная часть предпочтительно изготовлена из материала, устойчивого к температурам выше 500°C, или даже 600°C, или даже 1000°C, или даже 1400°C.
1
В примере осуществления, показанном на фиг. 1, стекловаренная печь согласно настоящему изобретению содержит огнеупорную часть печи в виде сборки огнеупорных блоков 10, волновод, в данном случае оптическое волокно 12, и первое опросное устройство 14. Сборка огнеупорных блоков может представлять собой боковую стенку резервуара стекловаренной печи, однако изобретение не ограничено такой боковой стенкой. На фиг. 1 изображена боковая стенка с четырьмя вертикальными плоскостями.
Форма боковой стенки раскрыта без ограничения.
c
f
c
В показанном примере осуществления она состоит из огнеупорных блоков, имеющих общую форму прямоугольного параллелепипеда, и определяет горячую поверхность 16 и холодную поверхность 16, противоположную горячей поверхности 16.
Теплоизоляционный слой 18, который не показан на фиг. 1, расположен вплотную к холодной поверхности огнеупорной части, предпочтительно на боковой стенке или дне. В частности, изоляционный слой может окружать боковую стенку резервуара расплавленного стекла печи или проходить под всей поверхностью холодной поверхности дна.
Предпочтительно толщина изоляционного слоя 18 составляет более 10 см, предпочтительно более 20 см, предпочтительно более 30 см.
Изоляционный слой 18 может быть цельным, в частности, когда огнеупорная часть представляет собой дно. В частности, он может состоять из слоя бетона, который проходит под плитами, образующими дно. Таким образом, предпочтительно, чтобы он выполнял функцию уплотнения.
В качестве альтернативы, изоляционный слой может представлять собой набор из множества изоляционных блоков или, предпочтительно, из множества элементарных изоляционных слоев, которые сами по себе могут представлять собой сборки блоков.
1
2
На фиг. 5 показана, например, сборка из множества смежных элементарных изоляционных слоев 18, 18.
Для ясности в настоящем описании сделано различие между «элементарным изоляционным слоем» и «изоляционным слоем». «Изоляционный слой» может состоять из одного слоя или множества «элементарных изоляционных слоев».
-1
-1
-1
-1
Изоляционный слой 18 может состоять из слоя, выполненного из одного материала. Предпочтительно, элементарный изоляционный слой 18 имеет теплопроводность ниже 1,3 Вт⋅м·K. или даже ниже 1,0 Вт⋅м·K.
В одном примере осуществления, изоляционный слой 18 состоит из силикатно-глиноземистого огнеупорного материала, в частности керамического продукта.
1
2
Изоляционный слой 18 может состоять из множества различных материалов. В частности, он может быть сформирован путем наложения множества элементарных изоляционных слоев 18, 18, изготовленных из разных материалов.
-1
-1
-1
-1
2
2
3
2
2
3
2
3
2
2
2
3
2
Предпочтительно последний элементарный изоляционный слой, то есть наиболее внешний слой по отношению к внутреннему пространству печи, имеет теплопроводность ниже 1,3 Вт⋅м⋅K или даже ниже 1,0 Вт⋅м·K. Можно использовать все обычные изоляционные материалы. Один или несколько элементарных изоляционных слоев, расположенных в непосредственной близости от холодной поверхности, могут состоять из материала, состоящего более чем на 90% от своего веса из одного или нескольких оксидов, выбранных из группы, состоящей из ZrO, AlO, SiO, CrO, YO, и CeO. Этот материал предпочтительно содержит более 90% ZrO+AlO+SiO.
В одном примере осуществления, по меньшей мере один изоляционный слой состоит из силикатно-глиноземистого огнеупорного материала, в частности керамического продукта. Когда огнеупорная часть представляет собой дно, этот материал выполнен в целом в виде огнеупорного бетона, в частности, на основе АЦС зерен, в частности, на основе электроплавленых АЦС зерен. Один или несколько элементарных изоляционных слоев, состоящих из этого материала, обеспечивают герметизирующую функцию по отношению к расплавленному стеклу.
По крайней мере один из элементарных изоляционных слоев может состоять из силикатно-глиноземистого огнеупорного материала, в частности керамического продукта.
Оптическое волокно и датчики
Оптическое волокно 12 предпочтительно изготовлено из стекла или сапфира. Оптическое волокно из сапфира хорошо подходит для областей с высокими температурами.
Оптическое волокно предпочтительно имеет диаметр менее 200 мкм, предпочтительно менее 150 мкм. Преимущественно, его присутствие не оказывает существенного влияния на эффективность изоляционного слоя 18.
p
d
p
1
Оптическое волокно 12 проходит между проксимальным концом 12 и дистальным концом 12. Проксимальный конец 12 или «ввод» оптического волокна 12 соединен с первым опрашивающим устройством 14.
d
2
Дистальный конец 12 может быть свободным или быть соединен со вторым опрашивающим устройством 14.
f
Часть оптического волокна 12, называемая «измерительной частью» 20, проходит в огнеупорную часть или, предпочтительно, контактирует с поверхностью огнеупорной части, предпочтительно вплотную к холодной поверхности 16. Измерительная часть - это часть, на которой установлены датчики, предназначенные для считывания температур. Остальная часть оптического волокна используется для передачи сигналов, в частности, между одним или несколькими опрашивающими устройствами и измерительной частью.
Измерительная часть 20 прикреплена к огнеупорной части посредством одной или более точки 21 прикрепления, предпочтительно выполненной из огнеупорного цемента, причем каждая точка прикрепления вдоль измерительной части имеет длину предпочтительно меньше чем 5 см, 3 см, 2 см, 1 см или 0,5 см.
В одном примере осуществления измерительная часть 20 является непрямолинейной между двумя точками прикрепления при температуре окружающей среды. Предпочтительно, длина оптического волокна между двумя последовательными точками прикрепления превышает в более чем в 1,05 раза, предпочтительно в более чем 1,1 раза и/или предпочтительно менее 1,5 раза, предпочтительно менее 1,4 раза, предпочтительно менее 1,3 раза расстояние между указанными точками прикрепления. Предпочтительно, оптическое волокно, таким образом, может адаптироваться к размерным изменениям в огнеупорной части, к которой оно прикреплено.
i
i
Измерительная часть 20 содержит один, предпочтительно множество, датчиков 22, индекс «i» обозначает номер, идентифицирующий датчик. Расстояние между двумя последовательными датчиками 22 вдоль оптического волокна 12 может быть постоянным или переменным. Оно предпочтительно меньше 50 см, 30 см, 20 см, 10 см, 5 см или даже меньше 3 см или 1 см. Таким образом, обеспечивается повышение точности информации, предоставленной опрашивающим устройством.
Предпочтительно, датчик, предпочтительно каждый датчик, представляет собой локальную модификацию структуры оптического волокна, которая отражает, по меньшей мере, часть сигнала, получаемого от опрашивающего устройства.
В одном примере осуществления оптическое волокно содержит множество датчиков, каждый из которых отражает часть сигнала I опроса и обеспечивает прохождение другой части так, что она может достигнуть одного или нескольких других датчиков, расположенных далее. Таким образом, каждый действующий датчик реагирует на сигнал опроса, что позволяет, при использовании одного оптического волокна, получать информацию от разных областей огнеупорной части.
Чтобы определить источник сигнала ответа, опрашивающее устройство может использовать разницу между временем передачи сигнала опроса и временем приема ответного сигнала.
i
i
i
Как показано на фиг. 3, каждый датчик может также отражать только часть спектра частот (частоты λ на фиг. 3a) сигнала I опроса, подаваемого опрашивающим устройством 14 (на фиг. 3a, 3b и 3c, "P" обозначает мощность сигналов). Таким образом, простой анализ частот полученных сигналов позволяет определить происхождение ответных сигналов. На фиг. 3b каждый датчик 22i, таким образом, возвратил спектр частот с центром на частоте λ, которая является для него специфичной. Следовательно, опрашивающее устройство может определить, что пик с центром на частоте λ вызван датчиком 22.
Предпочтительно датчик выполнен с возможностью возврата ответного сигнала, который изменяется в зависимости от температуры.
i
i
Датчик 22, предпочтительно каждый датчик 22, представляет собой брэгговскую решетку.
Известны применения оптических волокон с брэгговскими решетками не только в стекловаренных печах.
i
i
В ответ на сигнал I опроса, подаваемый опрашивающим устройством 14 через проксимальный конец оптического волокна, каждая брэгговская решетка 22 возвращает ответный сигнал R, специфичный для нее. Таким образом, брэгговская решетка предпочтительно может служить средством для детектирования ситуации, в которой брэгговская решетка подвергается воздействию температуры, превышающей пороговое значение, то есть, вызывая ее разрушение. Таким образом, множество брэгговских решеток оптического волокна ориентированы таким образом, чтобы отходить от горячей поверхности огнеупорной части, что обеспечивает возможность измерения, поэтапно, износа этой огнеупорной части.
Брэгговская решетка также имеет то преимущество, что посылает ответный сигнал, зависящий от температуры, которой она подвергается. Конкретнее, каждая брэгговская решетка действует как оптический отражатель на специфичной для нее длине волны. Однако нагрев брэгговской решетки вызывает изменение этой длины волны. Конечно, длины волн, специфичные для различных брэгговских решеток, определяются таким образом, чтобы избежать какой-либо двусмысленности в отношении брэгговской решетки, являющейся источником ответного сигнала. После определения этой являющейся источником брэгговской решетки, опрашивающее устройство может определить изменение длины волны или, эквивалентным образом, изменение частоты, чтобы определить температуру являющейся источником брэгговской решетки или изменение этой температуры.
i
i
i
i
i
i
На фиг. 3с показан предпочтительный частный случай, когда датчики представляют собой брэгговские решетки. В ответ на сигнал опроса они могут возвращать ответные сигналы с центром на частотах λ при температуре окружающей среды (фиг. 2b) и на частотах λ', сдвинутых относительно частот λ, соответственно, причем сдвиг зависит от температуры датчика 22. На фиг. 3c пики с центром на частотах λ показаны пунктирными линиями, а пики с центром на частотах λ' показаны сплошными линиями.
Особенно эффективно использование оптического волокна с брэгговскими решетками. В частности, такое оптическое волокно не является громоздким, может включать в себя множество брэгговских решеток, и, следовательно, может использоваться для измерения температур в различных местах, не подвержено влиянию электромагнитной среды и, поскольку оно обычно изготовлено из стекла, не загрязняет ванну расплавленного стекла в случае разрушения.
Таким образом, брэгговская решетка может служить средством измерения локальной температуры или изменения этой температуры.
Расположение волноводов
Измерительная часть оптического волокна может проходить по существу параллельно горячей поверхности. Когда огнеупорная часть является боковой стенкой резервуара, измерительная часть оптического волокна может, в частности, проходить в направлении высоты резервуара, предпочтительно по существу вертикально, предпочтительнее по существу по всей высоте резервуара, как на фиг. 1.
Предпочтительно имеется сеть оптических волокон, предпочтительно в виде одной или более групп волокон, измерительные части которых параллельны (фиг. 1 и 4), например, в виде двух групп 32 и 34, измерительные части которых ориентированы под прямыми углами, как показано на фиг. 4.
Для ясности на фиг. 1 подробно проиллюстрировано только одно волокно 12.
Предпочтительно плотность датчиков больше трех, предпочтительно больше 10, предпочтительно больше 50, предпочтительно больше 100 датчиков на м² горячей поверхности огнеупорной части.
В одном примере осуществления сеть оптических волокон проходит по всей длине вокруг боковой стенки резервуара, предпочтительно закономерным образом, так что брэгговские решетки указанных оптических волокон предпочтительно распределены по существу однородным образом.
Предпочтительно измерительные части оптических волокон проходят в виде одного или нескольких, в частности плоских, листов.
В одном примере осуществления датчики расположены на каждом оптическом волокне на пересечении оптических волокон. Таким образом, сеть датчиков имеет избыточность.
Избыточность преимущественно обеспечивает возможность проверки правильности работы наложенных друг на друга датчиков, сравнивая измерения, которые они предоставляют.
Некоторые оптические волокна могут быть расположены на разной глубине, в частности, в виде наложенных друг на друга листов оптических волокон. Глубину обычно измеряют от горячей поверхности, перпендикулярно горячей поверхности.
Количество наложенных друг на друга листов не является ограничивающим, и плотность листов может быть больше чем один, или даже больше чем два листа на 10 см толщины (измеренных в направлении глубины) огнеупорной части.
В одном предпочтительном примере осуществления измерительная часть проходит, по меньшей мере частично, предпочтительно полностью, снаружи огнеупорной части, и, предпочтительно, вплотную к его холодной поверхности. В частности, она может быть расположена между боковой стенкой резервуара и теплоизоляционным слоем 18, в контакте с холодной поверхностью боковой стенки (фиг. 2c и 2d).
Предпочтительно она размещена в углублении 23 (фиг. 2c), предпочтительно в канавке, выполненной на холодной поверхности боковой стенки или на горячей поверхности изоляционного слоя 18 или на одной из поверхностей элементарного изоляционного слоя, предпочтительно так, чтобы не выступать оттуда.
Измерительная часть 20 может также проходить сквозь изоляционный слой 18 (фиг. 2e).
В одном предпочтительном примере осуществления она проходит между двумя последовательными элементарными изоляционными слоями указанного изоляционного слоя 18, как показано на фиг. 5. Этот пример осуществления особенно преимущественен для увеличения срока службы измерительной части, обеспечивая при этом надежные измерения.
Измерительная часть может, в частности, проходить внутри изоляционного слоя или внутри одного элементарного изоляционного слоя, то есть исключительно в этом слое.
В одном примере осуществления измерительная часть 20 проходит, по меньшей мере, частично, предпочтительно полностью, внутри огнеупорной части. Этот пример осуществления хорошо подходит для случая, когда огнеупорная часть представляет собой блок, например боковой блок резервуара печи.
Для включения измерительной части в огнеупорную часть могут использоваться различные методы.
В одном примере осуществления огнеупорная часть, или изоляционный слой 18, или элементарный изоляционный слой, сформирован(а) вокруг измерительной части. Тем не менее термостойкость оптического волокна ограничена. Таким образом, этот способ хорошо подходит для случаев, когда огнеупорную часть, или изоляционный слой 18, или элементарный изоляционный слой получают спеканием, в частности спеканием при низкой температуре, обычно при температурах выдержки ниже 1200°C. Такой способ может, в частности, включать следующие этапы:
а) размещение оптического волокна так, чтобы измерительная часть проходила в форму;
б) подготовка исходного сырья и введение указанного исходного сырья в форму так, чтобы указанная измерительная часть была встроена в нее, и, опционально, компрессирование исходного сырья для получения заготовки;
c) спекание заготовки при температуре предпочтительно от 400°C до 1200°C.
Такой способ предпочтительно обеспечивает тесный контакт между измерительной частью и огнеупорной частью или изоляционным слоем 18, или указанным элементарным изоляционным слоем, что обеспечивает хороший теплообмен.
В одном примере осуществления оптическое волокно вставляют после изготовления огнеупорной части, или изоляционного слоя 18, или элементарного изоляционного слоя, в полость, выполненную в указанной огнеупорной части или изоляционном слое 18, или указанном элементарном изоляционном слое, соответственно. Полость предпочтительно представляет собой удлиненное отверстие, которое может быть прямолинейным или непрямолинейным, глухим или сквозным, и предпочтительно имеет внутренний диаметр, который по существу идентичен диаметру оптического волокна, но немного больше, чтобы обеспечить возможность вставки оптического волокна.
d
В одном примере осуществления полость, которая предпочтительно является глухой, не проходит, в направлении толщины, сквозь огнеупорную часть или указанный изоляционный слой 18 или указанный элементарный изоляционный слой. После вставки в полость, дистальный конец 12, таким образом, не выходит из указанной огнеупорной части, или указанного изоляционного слоя 18, или указанного элементарного изоляционного слоя.
В другом примере осуществления полость проходит сквозь огнеупорную часть, между двумя поверхностями, предпочтительно между двумя боковыми поверхностями (противолежащими поверхностями смежных блоков, когда огнеупорная часть представляет собой блок) или между верхней поверхностью и нижней поверхностью огнеупорной части.
Полость может также проходить сквозь изоляционный слой 18 или указанный элементарный изоляционный слой между их двумя большими поверхностями.
Предпочтительно разница между внешним диаметром полости и диаметром оптического волокна составляет менее 20%, предпочтительно менее 10% диаметра оптического волокна.
Полость может быть изготовлена способом, включающим следующие этапы:
а') размещение проволоки внутри формы;
b') формирование огнеупорной части в форме;
с') удаление проволоки, что оставляет полость.
В частности, на этапе b') ванна с расплавленным материалом может быть налита в форму для получения расплавленного продукта.
Проволока может проходить через форму так, что после удаления из изготовленной огнеупорной части, изоляционного слоя или элементарного изоляционного слоя формируется глухое отверстие или сквозное отверстие.
Проволока может быть, например, изготовлена из молибдена. Предпочтительно, она покрыта антипригарным покрытием, что облегчает ее удаление из огнеупорной части, или изоляционного слоя, или элементарного изоляционного слоя, соответственно.
Преимущественно, когда огнеупорная часть изготовлена из расплавленного материала, она сжимается во время охлаждения, что облегчает потенциальное отсоединение проволоки.
Проволока может также быть «жертвенной», то есть сделанной из материала, который может быть разрушен после изготовления огнеупорной части или изоляционного слоя, или элементарного изоляционного слоя, в котором она была расположена, например, посредством механического или химического воздействия.
Опрашивающее устройство
Каждое опрашивающее устройство обычно содержит приемопередатчик 26 и модуль 28 управления (фиг. 1).
i
i
Приемопередатчик 26 выполнен с возможностью передачи, в качестве ввода в оптическое волокно 12, сигнала I опроса, например светового сигнала, и приема одного или нескольких ответных сигналов R, полученных от одного или нескольких датчиков 22.
Модуль 28 управления обычно содержит процессор и память, в которую загружена компьютерная программа. Используя эту компьютерную программу, процессор может управлять передачей сигнала опроса и анализировать полученные сигналы для идентификации сигналов ответивших датчиков.
Предпочтительно, компьютерная программа обеспечивает возможность, когда датчики представляют собой брэгговские решетки, измерять сдвиг частоты, возникающий в результате локальной температуры брэгговской решетки, и, таким образом, оценивать температуру и/или изменение температуры относительно предыдущих измерений, и затем отправлять сообщение M, содержащее информацию об этой оценке. Это сообщение может быть отправлено на центральный компьютер и/или представлено оператору, например, на экране и/или посредством активации светового сигнала и/или испускания звукового сигнала.
Каждое опрашивающее устройство предпочтительно расположено на расстоянии от горячей поверхности огнеупорной части, более предпочтительно на расстоянии от холодной поверхности огнеупорной части. Оно может быть, в частности, расположено между холодной поверхностью огнеупорной части и горячей поверхностью изоляционного слоя 18, в контакте с холодной поверхностью огнеупорной части.
В одном примере осуществления каждое опрашивающее устройство находится вне изоляционного слоя 18, то есть на стороне холодной поверхности изоляционного слоя, которая противоположна горячей поверхности изоляционного слоя. Таким образом, опрашивающее устройство предпочтительно хорошо защищено от высоких температур.
1
2
p
d
1
2
Предпочтительно, первое и второе опрашивающие устройства 14 и 14 расположены на вводе и выводе каждого волокна, то есть на их проксимальном 12 и дистальном 12 концах соответственно. Для ясности на фиг. 1 и 4 показаны только первое и второе опрашивающие устройства 14 и 14 первого волокна.
Таким образом, второе опрашивающее устройство принимает части сигнала I опроса, поданные первым опрашивающим устройством, которые не были отражены различными датчиками оптического волокна. Например, если оптическое волокно содержит только три датчика и если сигнал опроса и ответные сигналы соответствуют сигналам, показанным на фиг. 3a и 3b, второе опрашивающее устройство принимает сигнал, показанный на фиг. 3d.
Таким образом, два опрашивающих устройства имеют сигнал, который обеспечивает возможность идентифицировать ответившие датчики и, следовательно, оценивать температуру или изменение температуры для каждого датчика.
Второе опрашивающее устройство также может посылать сигнал опроса.
В частности, если оптическое волокно повреждено так, что сигнал от первого опрашивающего устройства не может достичь второго опрашивающего устройства, например, из-за того, что оптоволокно было повреждено, первое опрашивающее устройство больше не получает никакой информации от датчиков, расположенных после повреждения, то есть между повреждением и вторым опрашивающим устройством. Затем второе опрашивающее устройство может опрашивать эти нижележащие датчики, подавая сигнал опроса и анализируя сигнал, возвращаемый этими нижележащими датчиками. Первое опрашивающее устройство может продолжать опрашивать вышележащие датчики, подавая сигнал опроса и анализируя сигнал, возвращаемый этими вышележащими датчиками. Таким образом, разрушение датчика оказывает ограниченное влияние на работу оптического волокна.
Наличие двух опрашивающих устройств позволяет в случае разрыва оптического волокна получать информацию, относящуюся к датчикам, по обе стороны от области разрыва. Таким образом, это повышает надежность устройства.
Как теперь ясно видно, изобретение обеспечивает решение, которое обеспечивает возможность точно и в режиме реального времени оценивать большое количество температур в стекловаренной печи.
Конечно, изобретение не ограничивается описанными и показанными примерами осуществления, предоставленными только для иллюстрации.
В частности, изобретение не ограничивается оптическим волокном в качестве волновода. Стеклянное оптическое волокно является предпочтительным, поскольку оно исключает риск загрязнения расплавленного стекла. Однако можно предусмотреть и другие волноводы. Волновод предпочтительно имеет форму волокна, которое предпочтительно имеет диаметр менее 200 микрометров.
Все признаки, применимые к оптическому волокну и описанные в настоящем описании, применимы к другому типу волновода.
Количество волноводов для огнеупорной части или изоляционного слоя или элементарного изоляционного слоя, количество волноводов, соединенных с опрашивающим устройством и форма огнеупорной части, изоляционного слоя или указанных элементарных изоляционных слоев не являются ограничивающими. К одному опрашивающему устройству может быть подключено множество волноводов.
Горячая поверхность блока не обязательно полностью контактирует с ванной расплавленного стекла. Она может даже не контактировать с расплавленным стеклом, а только подвергаться воздействию газовой среды над этой ванной.
Изобретение также не ограничивается только резервуаром стекловаренной печи. Огнеупорная часть может представлять собой, например, блок питателя, часть верхнего корпуса (фигурный огнеупорный блок кладки, верхний блок и т.д.), формирующую часть (выступ и т.д.) или горловинный блок.