BRPI0308186B1 - sistema e método para controlar a energização de um inflamador de resistência elétrica - Google Patents

Abstract

"sistemas para regular a voltagem para um inflamador de resistência elétrica". a invenção refere-se a sistemas e métodos para energizar um inflamador de resistência elétrica. os sistemas e métodos determinam a voltagem de linha para o sistema e controlam a voltagem que está sendo aplicada aos inflamadores de resistência elétrica de modo que uma primeira voltagem seja aplicada inicialmente e por um período de tempo e após isto uma segunda voltagem é aplicada, a segunda voltagem sendo a voltagem de operação para o inflamador. os sistemas e métodos diminuem a quantidade de tempo requerida para aquecer o inflamador de resistência elétrica a uma temperatura suficiente para inflamar o gás enquanto regula a voltagem de saída que está sendo fornecida para os inflamadores para impedir danos de sobrevoltagem aos inflamadores.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SISTEMA E MÉTODO PARA CONTROLAR A ENERGIZAÇÃO DE UM INFLAMADOR DE RESISTÊNCIA ELÉTRICA". A presente invenção refere-se a sistemas de controle para infla-madores de queimador de combustível e mais especificamente a sistemas de controle para os inflamadores do tipo de resistência elétrica para os queimadores de combustível e métodos para controlar a voltagem para os mesmos.

Existe um número de utensílios tais como os fogões de cozinha e as secadoras de roupas e aparelhos de aquecimento tais como as caldeiras e os fornos nos quais um material combustível, tal como um hidrocarbo-neto combustível (por exemplo, o propano, o gás natural, o óleo) é misturado com o ar (isto é, o oxigênio) e continuamente queimado dentro do utensílio ou do aparelho de aquecimento de modo a prover uma fonte contínua de energia de aquecimento. Esta fonte contínua de energia de aquecimento é utilizada por exemplo para cozinhar alimentos, aquecer água para suprir uma fonte de água quente corrente e aquecer o ar o a água para aquecer uma estrutura tal como uma casa.

Como a mistura de combustível e ar (isto é, a mistura de combustível / ar) não auto-inflama quando misturada, uma fonte de ignição deve ser provida para iniciar o processo de combustão e continuar operando até que o processo de combustão seja auto-sustentável. No passado não muito distante, a fonte de ignição que era comumente referida como um acendi-mento piloto no qual uma quantidade muito pequena do material combustível e de ar era misturada e continuamente queimada mesmo quando o aparelho de aquecimento ou o utensílio não estava em operação. Por um número de razões, a utilização de um acendimento piloto como uma fonte de ignição foi abandonada e um inflamador utilizado ao invés.

Um inflamador é um dispositivo que cria as condições requeridas para a ignição da mistura de combustível / ar sob demanda, que inclui os inflamadores do tipo de centelha tais como os inflamadores piezoelétricos e os inflamadores do tipo de superfície quente tais como os inflamadores de superfície quente de carbureto de silício. Os inflamadores do tipo de centelha que produzem uma centelha elétrica que inflama o gás, vantajosamente provêem uma ignição muito rápida, o que quer dizer, ignição dentro de poucos segundos. Os problemas com os inflamadores do tipo de centelha, no entanto, incluem entre outras coisas o ruído eletrônico e físico produzido pela centelha.

Com os inflamadores de superfície quente, tais como o inflama-dor de superfície quente de carbureto de silício, a ponte ou elemento de aquecimento é resistivamente aquecido por eletricidade até a temperatura requerida para a ignição da mistura de combustível / ar, assim quando a mistura de combustível / ar flui próxima do inflamador esta é inflamada. Este processo é repetido como quando necessário para atender as especificações de operação particulares para o aparelho / utensílio de aquecimento. Os inflamadores do tipo de superfície quente são vantajosos pelo fato de que estes produzem um ruído insignificante em comparação com os inflamadores do tipo de centelha. Os inflamadores do tipo de superfície quente, no entanto, podem requerer um tempo de ignição / aquecimento significativo para aquecer resistivamente o inflamador de resistência suficientemente até uma temperatura que inflamará o gás. Em algumas aplicações, este tempo de aquecimento pode variar entre aproximadamente 15 e aproximadamente 45 segundos.

Nos anos recentes, esforços foram feitos para desenvolver um inflamador robusto, de baixo ruído que possa inflamar o gás rapidamente, o que quer dizer dentro de poucos segundos. É encontrado na Patente U.S. Número 4.925.386 um sistema de controle para os inflamadores do tipo de resistência elétricos, e mais especificamente para os elementos de aquecedor de tungstênio embutidos em um isolador de nitreto de silício. A faixa de operação de temperatura relativamente estreita dos inflamadores de nitreto de silício necessita um tal sistema de controle. Realmente, a faixa de operação dos inflamadores de nitreto de silício deve permanecer entre a temperatura mais baixa que inflamará o gás e a temperatura na qual o inflamador falha, isto é, o elemento de aquecedor de tungstênio quebra.

Ao longo do tempo, esta estreita faixa de temperaturas de operação é adicionalmente estreitada devido a um processo referido como "envelhecimento". Conforme os elementos de aquecedor de tungstênio são repetidamente aquecidos a temperaturas relativamente altas, os filamentos de tungstênio oxidam ou "envelhecem". O envelhecimento manifesta-se como uma mudança de seção transversal, isto é, uma diminuição, no filamento de tungstênio. Como um resultado as temperaturas de operação aceitáveis rotineiramente diminuem e continuam a diminuir com o envelhecimento adicional. O sistema de controle descrito inclui um microprocessador e uma rotina de instruções para controlar e modular um dispositivo de chaveamento de estado sólido de modo que o inflamador possa ser aquecido rapidamente e mantido em uma ou próximo de uma temperatura de ignição adequada, a qual está abaixo da temperatura de operação máxima. Mais ainda, a rotina de instruções descrita mantém a temperatura do inflamador logo acima da temperatura necessária para inflamar o gás, para prover uma rápida ignição, enquanto continuamente monitorando a temperatura máxima permissível para impedir danos ao inflamador.

Similarmente, é encontrado na Patente U.S. Número 5.725.368 um sistema de controle refinado que controla a energização de um inflamador de nitreto de silício que pretende permitir a ignição dentro de aproximadamente dois segundos. O sistema de controle descrito inclui um microcomputador em combinação com um triac em série com um inflamador e uma rotina de aprendizagem. O microcomputador determina o nível de potência a ser aplicada no inflamador como uma função da voltagem disponível para energizar o inflamador e a resistência do inflamador. O Triac fornece uma potência dependente de tempo para o inflamador utilizando uma sequência de disparo irregular.

Existem, no entanto, diversas desvantagens com estes dois sistemas de controle. Primeiramente, estes são projetados para um tipo específico de inflamador que está sujeito ao "envelhecimento". Como um resultado, os sistemas requerem um hardware e um software para habilitar a rotina de instruções. Estes também continuamente mantém a temperatura do in- flamador ligeiramente acima da temperatura de ignição mínima, por exemplo, aproximadamente 1200 graus Centígrados. Assim, seria desejável prover um sistema de controle robusto para energizar um inflamador do tipo de superfície quente de um tipo que não seja susceptível a um envelhecimento significativo, e não precise manter o inflamador continuamente a aproximadamente 1200 graus Centígrados. A presente invenção apresenta um sistema de controle para um inflamador do tipo de superfície quente, o sistema de controle compreendendo um dispositivo de controle que é configurado e disposto para monitorar continuamente a voltagem de linha para o sistema, para determinar o tempo que a voltagem de linha total deve ser aplicada ao inflamador do tipo de superfície quente como uma função da voltagem de linha medida, e regular a voltagem que está sendo aplicada ao inflamador de resistência elétrica para outro nível de voltagem. O sistema de controle também inclui um dispositivo de chaveamento que seletivamente controla a voltagem que está sendo aplicada no inflamador de resistência elétrica em resposta a sinais do dispositivo de controle. Em uma modalidade mais específica, o outro nível de voltagem é a voltagem de operação nominal para o inflamador de resistência elétrica.

Em modalidades mais específicas, o dispositivo de controle compreende um microprocessador e o dispositivo de chaveamento compreende um tiristor ou mais especificamente um triac. O microprocessador é qualquer um de um número de microprocessadores conhecidos daqueles versados na técnica incluindo uma unidade de processamento central (CPU), uma ou mais memórias, e um programa de aplicação para execução na CPU. Em uma modalidade mais específica a uma ou mais memórias compreende duas memórias: uma memória acessada pela CPU e a segunda memória do tipo não volátil para armazenar informações tais como as tabelas de consulta para determinar e ajustar a duração do tempo de "carga total" e tabelas de consulta para determinar um ciclo de trabalho que forneça uma voltagem contínua para o inflamador de resistência elétrica com base na voltagem de linha. Em modalidades adicionais, a CPU e a uma ou mais memórias estão dispostas em um único chip. 0 tiristor ou triac é operativamente acoplado ao dispositivo de controle e ao inflamador de resistência elétrica de modo a ser seletivamente controlado pelo dispositivo de controle e de modo a seletivamente controlar a voltagem que está sendo aplicada ao inflamador de resistência elétrica. Em modalidades mais específicas, o tiristor ou triac é controlado pelo dispositivo de controle de modo que uma voltagem de linha total seja aplicada por um período de tempo predeterminado e após o que o dispositivo de controle controla o tirisitor ou triac de modo que uma voltagem que corresponde a outro nível de voltagem seja aplicada. Em uma modalidade mais específica, o dispositivo de controle controla o tiristor ou triac pelo ciclagem da voltagem de linha de CA em incrementos de ciclo de meia-onda. Em ainda uma modalidade mais específica, o dispositivo de controle monitora a voltagem de linha e regula a voltagem que está sendo aplicada de modo que uma voltagem bastante constante seja aplicada no inflamador de resistência elétrica.

De acordo com outro aspecto da presente invenção, é apresentado um método para controlar a energização de um ou mais inflamadores de resistência elétrica. Este método inclui determinar uma voltagem de linha; prover uma voltagem de linha total para o inflamador de resistência elétrica por um período de tempo de "carga total"; e regular a voltagem para o inflamador de resistência elétrica após a expiração do período de tempo de "carga total". Em uma modalidade mais específica o período de tempo "carga total" é determinado com base na voltagem de linha para o sistema quando o sistema deve energizar o um ou mais inflamadores de resistência elétrica. Ainda, a dita regulagem inclui regular a voltagem de modo que uma voltagem de operação nominal seja aplicada ao inflamador de resistência elétrica. Em modalidades mais específicas, a dita regulagem inclui a ciclagem da voltagem de linha de CA em incrementos de meia-onda. O sistema é método de controle da presente invenção provê um sistema de controle robusto e uma metodologia para energizar um ou mais inflamadores de superfície quente de um tipo que não seja susceptível a um envelhecimento significativo. Mais ainda, o sistema e método de controle da presente invenção provê um sistema de controle e uma metodologia que não mantém o inflamador continuamente a aproximadamente uma temperatura de ignição (por exemplo, 1200 graus Centígrados) mas ao contrário aquece resistivamente um ou mais inflamadores de superfície quente utilizando uma voltagem de linha total por um período predeterminado e após o que regula a voltagem de linha de entrada de modo que uma voltagem em outro nível de voltagem, uma voltagem de operação nominal para o inflamador, seja aplicada. É também apresentado um aparelho, dispositivo ou utensílio de aquecimento, que inclui um sistema de controle de inflamador de acordo com a presente invenção. Tal aparelho, dispositivo ou utensílio de aquecimento ainda inclui mecanismos para controlar e admitir o gás de combustão na proximidade do inflamador.

Outros aspectos e modalidades da invenção são abaixo discutidos.

Para uma compreensão mais completa da natureza e dos objetos desejados da presente invenção, é feita referência à descrição detalhada seguinte tomada em conjunto com as figuras de desenho acompanhantes em que os caracteres de referência iguais denotam as partes correspondentes através de todas as diversas vistas e em que: Figura 1 é uma vista esquemática de uma modalidade ilustrativa de um sistema de controle de inflamador de um sistema de acordo com a presente invenção;

Figura 2 é um fluxograma que ilustra uma modalidade de um método para energizar um inflamador de acordo com a presente invenção; e Figura 3 é uma vista esquemática simplificada de um instrumento ou aparelho de aquecimento que tem um inflamador e um sistema de controle de inflamador de acordo com a presente invenção.

Referindo agora às várias figuras do desenho em que os caracteres de referência iguais referem-se a partes iguais, é mostrada na Figura 1 uma vista esquemática de uma modalidade ilustrativa de um sistema de controle de inflamador 10 de acordo com a presente invenção que está ele- tricamente conectado a um inflamador de superfície elétrico 20 e a uma fonte de energia elétrica 4. O inflamador de superfície elétrico 20 é qualquer um de um número de inflamadores de superfície quente de resistência, mais especificamente inflamadores de superfície elétricos do tipo de cerâmica, conhecidos daqueles versados na técnica.

Em uma modalidade especificamente ilustrativa, o inflamador 20 é um inflamador de superfície quente de cerâmica / intermetálico tal como os Norton Mini Igniters® fabricados pela St. Gobain Industrial Ceramics Norton Igniter Products. Tal dispositivo de ignição tipicamente inclui um elemento de aquecimento que estende-se para fora de uma extremidade da base na qual este está preso. Isto não deverá ser limitante já que a presente invenção pode ser utilizada com outros tipos de inflamadores de superfície quente assim como outros tipos de dispositivos de ignição ou inflamadores, tais como por exemplo os Norton CRYSTAR Igniters®. Em modalidades exemplares específicas, o inflamador de superfície elétrico 20 é um inflamador de resistência elétrica que tem uma voltagem de operação nominal de 18, 60, 70, 80, ou 150 volts (V) CA, no entanto, deve ser reconhecido que a presente invenção não está especificamente limitada a estas voltagens de operação nominais exemplares. A fonte de alimentação 4 para o inflamador de superfície quente de resistência 20 e o sistema de controle 10 tem uma capacidade suficiente para aquecer o elemento de aquecimento do inflamador até a temperatura requerida para a ignição da mistura combustível assim como para a operação das várias funcionalidades do sistema de controle. A fonte de energia elétrica 4 é qualquer uma de um número de fontes de energia elétrica conhecidas daqueles versados na técnica. Em uma modalidade exemplar, a fonte de energia elétrica 4 é da fiação elétrica do prédio ou estrutura no qual está localizado o dispositivo de aquecimento 100 (Figura 3), cuja fiação elétrica está interconectada através de uma caixa de fusíveis ou similar no sistema de distribuição elétrica de uma empresa de eletricidade. Como aqui indicado, a voltagem de operação de um tal sistema de distribuição elétrico pode variar ao longo de uma faixa de voltagens assim como sendo depen- dente do país ou da região que produz a energia. O sistema de controle 10 de acordo com um aspecto da presente invenção é configurado e disposto de modo a controlar a operação, incluindo a energização, do inflamador de superfície elétrico 20. O sistema de controle 10 de acordo com a presente invenção inclui um tiristor 12, um circuito de cruzamento zero 14, uma fonte de alimentação 16, um aparelho de medição de voltagem de linha 18 e um microcontrolador 30. O circuito de cruzamento zero 14 está eletricamente acoplado à fonte de energia 4 para monitorar a voltagem de linha da fonte de energia e está operativamente acoplado ao microcontrolador 30. O circuito de cruzamento zero 14 é qualquer um de um número de circuitos conhecidos daqueles versados na técnica que é configurado e disposto de modo a ser capaz de detectar ou determinar quando a voltagem de linha de CA cruza o eixo geométrico de tempo, em outras palavras passa através da voltagem zero. O circuito de cruzamento zero 14 também está configurado e disposto de modo a prover um sinal de saída para o microcontrolador 30 quando a voltagem de linha de CA passa através da voltagem zero. Em uma modalidade exemplar, os sinais de saída são sinais digitais. A fonte de alimentação 16 é eletricamente acoplada à fonte de energia 4 e ao microcontrolador 30. A fonte de alimentação 16 é qualquer uma de um número de fontes de alimentação conhecidas daqueles versados na técnica configurada e disposta para prover a voltagem e a corrente apropriadas requeridas para a operação do microcontrolador 30. Em uma modalidade exemplar, a fonte de alimentação 16 inclui um capacitor e um diodo zener conectados em série que diminui a voltagem de linha para a voltagem de operação do microcontrolador 30. O aparelho de medição de voltagem de linha 18 está eletricamente acoplado na fonte de energia 4 e está operativamente acoplado no microcontrolador 30. O aparelho de medição de voltagem de linha 18 inclui qualquer um de um número de circuitos de medição de voltagem de linha conhecidos daqueles versados na técnica que está configurado e disposto para monitorar e determinar a voltagem de linha da fonte de energia 4 e pro- ver sinais de saída representativos da voltagem de linha determinada. Mais especificamente, tais circuitos estão configurados e dispostos de modo a serem capazes de rapidamente determinar a voltagem de linha e prover tais sinais de saída para o microcontrolador 30. Em uma modalidade mais específica, o aparelho de medição de voltagem de linha 18 compreende um circuito de filtro divisor de resistor convencionai. Em uma modalidade exemplar, os sinais de saída são sinais analógicos, no entanto, o circuito pode ser configurado de modo a prover sinais de saída digitais. O microcontrolador 30 inclui uma unidade de processamento 32, uma memória de acesso randômico 34, uma memória não volátil 36 e um programa de aplicação para execução na unidade de processamento. O programa de aplicação inclui instruções e critérios para receber e processar os vários sinais que estão sendo inseridos no microcontrolador 30 do aparelho de medição de voltagem de linha 18 e do circuito de cruzamento zero 14 e prover sinais de controle de saída para o tiristor 12, por meio disto controlando a energização do inflamador de superfície quente 20. O programa de aplicação, que inclui as suas instruções e critérios, é abaixo discutido em conexão com as Figuras 2-3. A unidade de processamento 32 é qualquer um de um número de microprocessadores conhecidos daqueles versados na técnica para executar as funções aqui descritas e operar o ambiente pretendido. Em uma modalidade exemplar, a unidade de processamento 32 é a Samsung S3C9444 ou o Microchip 12C671. A memória de acesso randômico (RAM) 34 e a memória não volátil 36 são qualquer um de um número de tais dispositivos de memória, chips de memória, ou similares como é conhecido daqueles versados na técnica. A memória não volátil 36 mais especificamente pode compreender ou uma memória instantânea ou do tipo de rotação. Em modalidades ilustrativas mais específicas, a memória não volátil 36 inclui uma memória de acesso randômico não volátil (NVRAM), uma memória somente de leitura (ROM) tal como uma EPROM. Em uma modalidade específica, a unidade de processamento 32, a RAM 34 e a memória não volátil 36 estão dispostas / arranjadas de modo a ficarem co-localizadas em um único chip integrado. Isto não é especificamente limitante já que estes componentes podem ser configurados e dispostos em qualquer um de um número de modos conhecidos daqueles versados na técnica. O tiristor 12 é um retificador o qual bloqueia a corrente tanto na direção para frente quanto inversa. Em uma modalidade mais específica, o tiristor 12 é um triac como é conhecido daqueles versados na técnica que bloqueia a corrente em qualquer direção até que este receba um pulso de porta vindo do microcontrolador 30. Quando do recebimento do pulso de porta, a corrente flui através do triac. O tiristor 12 ou triac está eletricamente acoplado na fonte de energia 4 e ao inflamador de superfície quente 20 de modo a controlar o fluxo de corrente da fonte de energia através do inflamador de superfície quente. Assim, no caso onde o tiristor 12 ou triac está bloqueando o fluxo de corrente, o inflamador de superfície quente 20 está de-senergizado. No caso onde o tiristor 12 ou triac recebeu um pulso de porta, a corrente flui através do inflamador de superfície quente 20 por meio disto energizando o inflamador e fazendo-o ser aquecido. A operação do sistema de controle de inflamador 10 é melhor compreendida da discussão seguinte e com referência à Figura 2. Referência também deve ser feita à Figura 1 e à discussão acima para as características e funcionalidades do sistema de controle de outro modo não providas ou discutidas aqui após. Como acima notado, o seguinte também descreve as funções assim como as instruções e os critérios do programa de aplicação que está sendo executado no processador 32 do microcontrolador 30.

Como mais especificamente abaixo descrito em conexão com a Figura 3, o sistema de controle de inflamador 10 é operado de modo que o inflamador de superfície quente 20 fique desenergizado durante aqueles períodos quando a energia de aquecimento não deve ser produzida pelo utensílio ou dispositivo de aquecimento 100 (Figura 3). Como tal, durante tais períodos de não produção de calor o sistema de controle de inflamador 10 fica em um estado de repouso, etapa 202. Em uma modalidade mais específica, o sistema de controle de inflamador 10 está configurado e disposto de modo a desligar quando no estado de repouso. Quando a energia de aque- cimento deve ser produzida pelo instrumento ou dispositivo de aquecimento 100, um sinal de entrada é provido para o microcontrolador 30 do sistema de controle de inflamador 10, tal sinal corresponde a um sinal para energizar um ou mais inflamadores de superfície quente 20 do dispositivo de aquecimento, etapa 204. Alternativamente, no caso onde o sistema de controle de inflamador 10 está desligado no estado de repouso, tal sinal pode ser manifestado pela restauração da energia para o sistema de controle.

Após o recebimento deste sinal, o microcontrolador 30 emite um sinal (por exemplo, um pulso de porta) para o triac ou tiristor 12 para disparar o tiristor de modo que a corrente da fonte de energia 4 flua através do um ou mais inflamadores de superfície quente 20. Mais especificamente, o microcontrolador 30 controla o triac ou tiristor 12 de modo que tal corrente flui continuamente e assim uma voltagem de "carga total" é suprida para o(s) inflamador(es) de superfície quente 20, etapa 206. Isto tipicamente produz uma condição de "sobrevoltagem", isto é a voltagem desenvolvida através do(s) inflamador(es) de superfície quente 20 é maior do que a voltagem de operação nominal para o(s) inflamador(es). Conseqüentemente o(s) inflama-dor(es) de superfície quente 20 aquecem mais rápido até uma dada temperatura e também produzirão mais energia no(s) inflamador(es).

Como acima indicado, o aparelho de medição de voltagem de linha 18 monitora a voltagem de linha da fonte de energia 4 e provê sinais de saída representativos da voltagem de linha para o microcontrolador. Após receber tal sinal de energização, o microcontrolador 30 processa os sinais de saída do aparelho de medição de voltagem de linha 18 para determinar a amplitude da voltagem de linha, etapa 220. Nos Estados Unidos onde a voltagem de linha especificada é de 220 VCA, a voltagem de linha nominal tipicamente varia entre aproximadamente 208 VCA e aproximadamente 240 VCA. Na Europa e em outras partes do mundo onde a voltagem de linha especificada é de 230 VCA, a voltagem de linha nominal tipicamente varia entre aproximadamente 220 VCA e aproximadamente 240 VCA. Assim, a vari-ância da voltagem de linha universalmente pode variar em qualquer lugar entre aproximadamente 176 VCA e aproximadamente 264 VCA. Nos Esta- dos Unidos, existem casos onde outras voltagens de linha nominais são encontradas; em um caso a voltagem de linha nominal é de 110 VCA, com variações entre 102 VCA e 132 VCA e em outros casos a voltagem de linha nominal e de 24 VCA, a qual varia entre 20 VCA e 26 VCA. O microcontrolador 30 avalia a voltagem de linha determinada ou medida para determinar o período de tempo durante o qual a voltagem "de linha total" deve ser aplicada ou fornecida para o(s) inflamador(es) de superfície quente 20, etapa 222. Este período de tempo é aqui após referido como período de tempo de "carga total". Mais especificamente, o processador 32 compara a voltagem de linha determinada com uma tabela de consulta para determinar o período de tempo de "carga total" apropriado para a voltagem de linha determinada. Em uma modalidade mais específica, a tabela de consulta fica armazenada na memória não volátil 36. Em uma modalidade exemplar, este processo para determinar o período de tempo de "carga total" é completado dentro de aproximadamente um segundo após o sinal para energizaro inflamador é recebido pelo microcontrolador 30.

Conseqüentemente, o processador 32 ajusta o período de tempo de "carga total" cada vez que o microcontrolador 30 recebe um sinal de entrada para energizar o(s) inflamador(es) de superfície quente 20 com base na voltagem de linha que está sendo medida cada vez. Em outras palavras, o tempo que a voltagem de "carga total" será aplicada ou fornecida para o(s) inflamador(es) de superfície quente 20 variará dependendo da voltagem de linha que está sendo medida cada vez que o(s) inflamador(es) deve(m) ser energizado(s). Por exemplo, se a voltagem medida estiver na extremidade inferior de uma dada faixa de voltagem, então o período de tempo de "carga total" seria ajustado para compensar por isto pela aplicação da voltagem de "carga total" por um período de tempo mais longo. Similarmente, se a voltagem medida estiver na extremidade superior de uma dada faixa de voltagem, então o período de tempo de "carga total" seria ajustado para compensar por isto pela aplicação da voltagem de "carga total" por um tempo relativamente mais curto do que aquele para a voltagem de linha de extremidade baixa.

Após determinar o período de tempo de "carga total", o proces- sador 32 continuamente determina se este tempo expirou, etapa 208. Se for determinado que este período de tempo não expirou (NÃO, etapa 208), então o microcontrolador 30, mais especificamente o processador 32, controla o triac ou tiristor 12 de modo que a voltagem de "carga total" continue a ser aplicada ou fornecida para o(s) inflamador(es) de superfície quente 20, etapa 206. Se for determinado que o período de tempo expirou (SIM, etapa 224), então o processador 32 controla o triac ou tiristor 12 para regular a voltagem que está sendo aplicada no triac ou tiristor, etapa 210.

Após o tempo de voltagem de "carga total" ter expirado (SIM, etapa 208), o microprocessador 32 controla o triac ou tiristor 12 para regular a voltagem que está sendo aplicada ou fornecida para o(s) inflamador(es) de superfície quente 20 para manter a voltagem aproximadamente a voltagem de operação nominal para o inflamador. Em uma modalidade exemplar, o microprocessador 32 controla o triac ou tiristor 12 de modo a regular a voltagem que está sendo aplicada pelo ciclo ativo da voltagem de linha de CA em incrementos de ciclo de meia-onda. Mais especificamente, o microprocessador 32 utiliza os sinais de saída do circuito de cruzamento zero 14 para controlar a operação do triac ou tiristor 12 nestes incrementos de ciclos de meia-onda. Em modalidades mais específicas, o método de regulação que está sendo implementado pelo microprocessador 32 regula a voltagem que está sendo aplicada pelo ciclo ativo da voltagem de linha de CA em incrementos de ciclo de meia-onda com um período de aproximadamente 50 ciclos de meia-onda que são adicionalmente divididos em subperíodos de aproximadamente 5 ciclos de meia-onda cada um para minimizar a oscilação. O exemplo seguinte ilustra a aplicação deste método de regulação no caso onde uma voltagem nominal de 150 VCA é aplicada no(s) infla-mador(es) de superfície quente 20. Se for determinado que 32 dos 50 ciclos de meia-onda são necessários para regular a voltagem que está sendo aplicada de modo a manter uma voltagem nominal de 150 VCA, então os meios ciclos serão distribuídos nos subperíodos como segue: oito dos 10 subperíodos no ciclo ativo teriam três ciclos de meia-onda (8 x 3 = 24) e os dois subperíodos restantes teriam quatro ciclos de meia-onda (2x4 = 8). Assumindo que os dois subperíodos com quatro ciclos de meia-onda são o primeiro e o segundo subperíodos (SP-1 e SP-2, respectivamente), o microprocessador 32 regula a voltagem de saída do(s) inflamador(es) de superfície quente 20 ligando o triac ou tiristor 12 por quatro ciclos de meia-onda e desligando-o por um ciclo de meia-onda durante o primeiro subperíodo (SP-1); ligando-o por outros quatro ciclos de meia-onda (SP-2); desligando-o por um ciclo de meia-onda; ligando-o por três ciclos de meia-onda (SP-3); e assim por diante até o décimo subperíodo (SP-10).

Em modalidades mais específicas, a memória não-volátil 36 ainda inclui uma segunda tabela de consulta que associa a voltagem de linha da fonte de energia com o número de ciclos de meia-onda necessários para regular a voltagem que está sendo aplicada no inflamador de superfície quente 20 de modo que a voltagem que está sendo aplicada seja mantida na ou aproximadamente na voltagem de operação nominal para o inflamador. Aqueles versados na técnica podem apreciar que o período do ciclo de meia-onda, o número de subperíodos, e/ou o número de ciclos de meia-onda por subperíodo podem ser modificados daqueles aqui descritos e tal modificação está dentro do escopo e do espírito da presente invenção.

Em modalidades adicionais, o microcontrolador 30 avalia a voltagem de linha determinada ou medida e periodicamente faz ajustes no ciclo ativo de modo que a voltagem que está sendo aplicada no inflamador de superfície quente 20 seja mantida de modo que o inflamador de superfície quente 20 mantenha uma temperatura bastante consistente. Mais especificamente, o microprocessador 32 compara a voltagem de linha recentemente determinada ou medida com a segunda tabela de consulta e determina o número de ciclos de meia-onda necessários para regular a voltagem que está sendo aplicada no inflamador de superfície quente 20 de modo que a voltagem que está sendo aplicada seja mantida na ou aproximadamente na voltagem de operação nominal para o inflamador. O microprocessador 32 determina continuamente se o ciclo de energização do inflamador de superfície quente 20 está completo ou feito, etapa 212. Tipicamente, o microprocessador 32 recebe um sinal de entrada de um sensor ou chave externo que indica que o processo de aquecimento deve ser terminado ou que um processo de combustão estável foi estabelecido dentro de um dispositivo de aquecimento de modo que uma fonte de ignição não é mais requerida. Se for determinado que o ciclo de energização está completo (SIM, etapa 212), então o microprocessador 32 provê as saídas apropriadas que bloqueiam o fluxo de corrente através do triac ou tiristor 12 e determina para o sistema de controle para a condição de repouso (etapa 202). Se for determinado que o ciclo de energização não está completo (NÃO, etapa 212), então o microprocessador 32 continua a regular a voltagem que está sendo aplicada no inflamador de superfície quente etapa 210. O sistema de controle de inflamador 10 de acordo com a presente invenção gera um sistema de controle que permite que o(s) inflama-dor(es) de superfície quente 20 seja(m) aquecido(s) mais rapidamente e assim encurte o tempo de ignição para o dispositivo ou aparelho de aquecimento. Este sistema de controle, após um período de tempo predeterminado ter expirado, também reduz e regula a voltagem que está sendo aplicada após isto de modo que o inflamador de superfície quente mantenha uma temperatura de operação bastante consistente e de modo a não encurtai indevidamente a vida operacional do(s) inflamador(es) de superfície quente Em modalidades adicionais, a metodologia para regular a voltagem tambérr gera um método que provê a menor quantidade de emissões elétricas, de ta modo que um filtro de linha pode não ser provido, por meio disto reduzindc as necessidades de hardware assim como os custos associados tais comc para a fabricação.

Agora referindo-se à Figura 3, é mostrada uma vista esquemáti-ca simplificada de um dispositivo de aquecimento 100, que compreende urr de um instrumento ou um aparelho de aquecimento, que tem um inflamadoi de superfície quente 20 e um sistema de controle de inflamador 10 de acordo com a metodologia e os dispositivos da presente invenção. O dispositivc de aquecimento 100 que está sendo ilustrado é aqui após descrito comc sendo utilizado com um hidrocarboneto gasoso (tal como o gás natural, c propano) como o material a ser queimado no mesmo para produzir a energic de aquecimento. Isto não deve ser considerado como uma limitação já que os materiais utilizados para a combustão não estão limitados aos hidrocar-bonetos gasosos mas também incluem os hidrocarbonetos líquidos e outros gases combustíveis (por exemplo, o hidrogênio) e os líquidos que queimam continuamente uma vez que estes são inflamados.

Um tal dispositivo de aquecimento inclui um dispositivo inflama-dor 20, um tubo queimador 104, um circuito de controle do dispositivo 106, uma válvula de admissão de combustível 108 e um sistema de controle de inflamador 10. O circuito de controle do dispositivo 106 está eletricamente interconectado na válvula de admissão de combustível 108 e no sistema de controle de inflamador de modo que cada um possa ser seletivamente operado para produzir energia de aquecimento como aqui anteriormente descrito. A válvula de admissão de combustível 108 é fluidamente interconecta-da utilizando um encanamento ou tubulação a uma fonte 2 de um matéria combustível como o combustível para o dispositivo de aquecimento 100. Na modalidade ilustrada, o encanamento ou tubulação está interconectado a uma fonte de um hidrocarboneto gasoso tal como o gás natural ou o propa-no. A fonte de combustível pode ser uma de um tanque externo ou um sistema de tubulação de gás natural subterrâneo como é conhecido daqueles versados na técnica. O circuito de controle 106 está eletricamente interconectado a um dispositivo de chave externo 190 que provê os sinais apropriados para c circuito de controle para uma operação apropriada do dispositivo de aquecimento 100. Por exemplo, se o dispositivo de aquecimento 100 for uma fornalha para aquecer uma estrutura de prédio ou um aquecedor de água quente então o dispositivo de chave externo 190 é um termostato como é conhecido daqueles versados na técnica que detecta uma temperatura bruta dentro da estrutura do prédio ou da água quente dentro do tanque. Corr base nas temperaturas detectadas o termostato emite sinais para o circuite de controle 106 ligar e desligar a fornalha ou o aquecedor de água quente. Se o dispositivo de aquecimento 100 for um utensílio de aquecimento ta como um fogão, então o dispositivo de chave externo 190 tipicamente é ums chave do tipo mecânico e/ou eletrônico. A chave emite sinais para o dispositivo de controle pelos quais um usuário pode ligar e desligar o dispositivo de aquecimento 100 (por exemplo, o queimador do fogão, o forno) e também regular ou ajustar a quantidade de energia de aquecimento a ser desenvolvida pelo dispositivo de aquecimento.

Em uso, o circuito de controle 106 recebe um sinal do dispositivo de chave externo 190 solicitando que o dispositivo de aquecimento 100 (por exemplo, o queimador do fogão, o forno, o aquecedor de água quente, a fornalha, etc.) seja ligado. Em resposta a um tal sinal, o circuito de controle 106 provê um sinal para o sistema de controle de inflamador 10 para energizar c inflamador de superfície quente 20, e por meio disto fazer com que a eletricidade flua através do elemento de aquecimento do inflamador 20 para aquecer o elemento de aquecimento até as temperaturas desejadas para fazei com que uma mistura de combustível / ar inflame. Estes processos para a energização e o aquecimento do inflamador são como acima descritos em conexão com a Figura 2. Após o elemento de aquecimento do inflamador sei aquecido até a temperatura desejada, o circuito de controle 106 atua a válvula de admissão de combustível 108 de modo que o combustível flua através do tubo queimador 104 para o elemento de aquecimento do inflamador Como é conhecido na técnica, o ar é misturado com o combustível que é apresentado para o elemento de aquecimento do inflamador de modo que uma mistura combustível seja por meio disto criada e inflamada pelo elemento de aquecimento do infamador. Esta mistura de combustível / ar inflamada é passada para a área de combustão 114 de modo que a energia de aquecimento utilizável possa ser extraída e utilizada para o propósito pretendido do dispositivo de aquecimento (por exemplo, aquecer a comida ou e água). Apesar de um único tubo queimador 104 ser ilustrado, e como é conhecido daqueles versados na técnica, o dispositivo de aquecimento 10C pode ser configurado com uma pluralidade ou uma multiplicidade ou mais de tubos queimadores para gerar uma emissão de calor desejada e com ume ou mais válvulas de admissão 108. Tipicamente, no entanto, um da pluralidade ou da multiplicidade ou mais de tubos queimadores está disposto corr o inflamador de superfície quente 20.

Um sensor 112 está tipicamente localizado mais próximo do inflamador de superfície quente para utilização na determinação da presença de combustão contínua da mistura de combustível / ar. Em uma modalidade, o sensor 112 é um tipo de sensor de termopilha que detecta a temperatura da área na qual a mistura de combustível / ar está sendo queimada. Em outra modalidade, o sensor 112 está configurado e disposto de modo a incorporar o método ou técnica de retificação de chama. O sensor 112 está inter-conectado com o circuito de controle 106 de modo que se o sensor não emitir, por exemplo, um sinal para o circuito de controle indicando a ignição segura e contínua da mistura de combustível / ar dentro de um período de tempo preajustado, o circuito de controle fecha a válvula de admissão de combustível 108. Como é conhecido daqueles versados na técnica, em certas aplicações o circuito de controle 106 também pode estar configurado e disposto para repetir esta tentativa de inflamar a mistura de combustível / ar para iniciar o processo de aquecimento para o dispositivo de aquecimento 100 ou o utensílio uma ou mais vezes. Tipicamente, a energia elétrica para o inflamador de superfície quente 20 também é interrompida em tais casos.

Quando a função de aquecimento for completada, o circuito de controle 106 novamente recebe um sinal do dispositivo de chave externo 190 solicitando que o dispositivo de aquecimento seja desligado. Em resposta a um tal sinal, o circuito de controle 106 fecha a válvula de admissão de combustível 108 para interromper o fluxo de combustível, por meio disto parando o processo de combustão. Além disso, e como acima indicado, o sistema de controle do inflamador seria colocado na condição de repouso ou de espera (etapa 202, Figura 2) pelo menos quando a função de aquecimento for completada.

Apesar de um número de modalidades da presente invenção terem sido descritas, ficará óbvio para aqueles versados na técnica que outras modalidades e/ou modificações, combinações, e substituições da presente invenção são possíveis todas as quais estão dentro do escopo e do espírito da invenção descrita.

REIVINDICAÇÕES

Claims (17)

1. Sistema de controle para controlar a energização de um ou mais inflamadores de resistência elétrica (20) a partir de uma fonte de energia elétrica (16), o sistema de controle sendo conectado ao um ou mais inflamadores de resistência elétrica (20) e à fonte de energia elétrica (16), em que o sistema de controle compreende: uma chave (12) operacionalmente conectada entre a fonte de energia elétrica (16) e o um ou mais inflamadores de resistência elétrica; caracterizado por um dispositivo de controle (30; 106) operacionalmente acoplado à chave, um dispositivo de medição de tensão (18), o dispositivo de medição de tensão (18) sendo operacionalmente acoplado à fonte de energia elétrica (16), de modo a medir uma tensão de saída da fonte de energia e sendo operacionalmente acoplado ao dispositivo de controle (30) de modo a prover uma saída da tensão de saída medida para o dispositivo de controle (30); em que o dispositivo de controle (30) é configurado e disposto para controlar seletivamente a chave e por meio disto a aplicação de uma tensão ao um ou mais inflamadores de resistência elétrica; e em que o dispositivo de controle (30) é configurado e disposto, de modo que a tensão aplicada inicialmente é uma primeira tensão, de modo que a primeira tensão é aplicada por um período de tempo de carga total e, logo em seguida, a tensão média aplicada é uma segunda tensão que mantém o um ou mais inflamadores de resistência elétrica (20) em uma tensão de operação nominal, sendo que o dispositivo de controle (30) é configurado e disposto para determinar o período de tempo de carga total com base na tensão de saída medida.

2. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira tensão é a tensão de linha total da fonte de energia.

3. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 1, caracte- rizado pelo fato de que o dispositivo de controle (30) é configurado e disposto de modo a prover uma tensão bastante constante como a segunda tensão.

4. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle (30) é configurado e disposto para regular a segunda tensão de modo a prover uma tensão bastante constante com base na tensão de saída medida.

5. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende um dispositivo de armazenamento (36), no qual é armazenada uma multiplicidade de valores de período de tempo e voltagens de saída relativas; e em que o dispositivo de controle (30) é configurado e disposto para selecionar um da multiplicidade de valores de período de tempo armazenados como o período de tempo de carga total com base na tensão de saída medida.

6. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle (30) é configurado e disposto para operar seletivamente a chave de modo a regular a segunda tensão.

7. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a chave é um triac (12).

8. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle (30) é configurado e disposto para operar seletivamente o triac (12) de modo a regular a segunda tensão pela ciclagem da tensão de saída da fonte de energia em incrementos de ciclos de meia-onda.

9. Sistema de controle de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de controle (30) inclui um microprocessador e um programa de aplicações para execução no microprocessador, o programa de aplicações incluindo instruções e critérios para controlar a funcionalidade do dispositivo de controle (30) e chave.

10. Método para controlar a energização de um inflamador de resistência elétrica de uma fonte de energia, o método de controle caracterizado por compreender as etapas de: aplicar (206) a tensão de linha da fonte de energia no inflamador de resistência elétrica por um período de tempo de carga total, sendo que a etapa de aplicar a tensão de linha por um período de tempo de carga total compreende ainda medir (220) a tensão de saída da fonte de energia e determinar (222) o período de tempo de carga total com base na tensão de saída medida; e aplicar (210) uma segunda tensão no inflamador de resistência elétrica em seguida, em que a segunda tensão é uma tensão operacional nominal.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a dita medição é executada quando a tensão de linha é inicialmente aplicada ao inflamador de resistência elétrica.

12. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a dita determinação inclui selecionar um de uma multiplicidade de valores de período de tempo como o período de tempo de carga total com base na tensão de saída medida.

13. Método de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a medição é executada quando a tensão de linha é inicialmente aplicada ao inflamador de resistência elétrica.

14. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a aplicação de uma segunda tensão inclui regular uma tensão substancialmente constante para o inflamador de resistência elétrica.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a regulação inclui regular a tensão substancialmente constante com base na tensão de saída medida da fonte de energia.

16. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a dita regulação inclui ciclagem de uma tensão de linha de CA da fonte de energia em incrementos de ciclo de meia-onda.

17. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que ainda compreende as etapas de: acoplar operacional mente uma chave entre a fonte de energia e o inflamador de resistência elétrica de modo que a chave controla seletiva- mente a tensão que está sendo aplicada ao inflamador de resistência elétrica; e em que a aplicação de uma segunda tensão inclui controlar seletivamente a chave de modo que uma tensão substancialmente constante seja aplicada ao inflamador de resistência elétrica.