CN101287309A - 带有固态控制设备的金属套加热器及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种金属套加热器，包括允许金属套加热器更有效地运行的固态控制设备。控制设备根据特定的条件供给或终止到加热器的电力。进一步，控制设备使用预先确定的时间期间来控制到加热器的电力。因此，加热器不会被不必要地保持为开启。

Description

带有固态控制设备的金属套加热器及使用方法

技术领域

本发明涉及一种带有固态控制设备的金属套加热器，以及加热器和控制设备在特别是压缩机等的加热应用中的使用。

背景技术

金属套加热器的使用在本技术领域中已知。典型地，这些加热器使用电阻加热，其中电阻加热线或加热器电缆封闭在金属套内。金属套与待被加热的物体或材料接触。这些加热器经常称为腹带、曲轴箱、压缩机、机油箱加热器等。加热器用于加热制冷压缩机或空调压缩机。加热器可以使用标准软管夹或其他类型的夹紧设备用于连接到压缩机。标准软管夹切割为两件，每件固定(例如焊接)到加热器的金属套的相对端。

将加热器组装到压缩机通过将夹的两端按希望地接合且然后将组件围绕被选择的压缩机位置紧固而实现。此类型的加热器构造也可以用于加热例如桶、加热管等的容器。

腹带加热器具有被绝缘的电导线，该电导线在金属套的每端处出来。在使用这些加热器中经常要求的是将导线在标准金属管道中布线。进一步地，经常希望的是管道从每个导线离开加热器套的点到导线进入电接线盒或多个电接线盒处将导线包围。

图1示出了典型的金属套加热器或电腹带加热器，其由参考数字10指示且包括软管夹件1和3，和螺钉机构5。金属套7在两个件1和3之间延伸，使得软管夹件通过焊接等连接到套。金属套7封闭了被电绝缘的电阻加热线或加热器电缆9，且包括与要求加热的设备或材料形成界面的带沟槽的带部分8。

在此类型的金属套加热器中，在工业中已知的是加热器电缆由电阻线构成，该电阻线构造为绕由电绝缘并耐热的材料制成的柔性芯盘绕，该材料例如为玻璃纤维或其他合适的材料。此元件通常称为“加热器芯线”。在加热器芯线均匀地覆盖以具有足够的机械阻力和电阻的特性的绝缘材料以维持柔性但仍被电绝缘之后，它可以称为“加热器电缆”。绝缘材料经常是硅树脂或热固性塑料，它们带有足够的对于其意图的使用的热特性。

在将加热器电缆连接到导线中，小长度的绝缘体被从加热器电缆的每端剥离。将两根柔性的被电绝缘的绞合导线(从每个电线的一端处剥离小长度的绝缘体)通过将加热器电缆的剥离端压接或编接到导线的剥离端而电连接，加热器电缆的每端一根。

所使用的连接器是正确地选择的金属压接连接器，其带有足够的耐热性、耐腐蚀性、机械强度和可形成性，以形成可靠的电结合。参考图1，导线11使用连接件连接到加热器电缆，连接件又封闭在金属套内，如授予Kirby的公布的专利申请No.2005/0194377中所披露的，此申请由其受让人拥有。导线和加热器电缆之间的连接如果需要可以在金属套外侧进行。

这些类型的加热器例如在授予Kirby的美国专利No.6,844,531中披露，通过参考将其完整合并在此。这些类型的加热器的另一个特征是特殊的导线结合技术和调温设备，它们在以上所述的公布的专利申请No.2005/0194377以及授予Kirby的公布的专利申请No.2006/0191904中给出，通过参考将每个申请完整合并在此。

电阻压缩机加热器当安装在作为总系统或控制单元的部分的压缩机上时保持被恒定地通电而无论条件如何，只要加热器所服务的控制单元需要通电即可。在某些期间，发生这样的情况，即，即使控制单元要求加电而电阻压缩机加热器也不需要运行。作为结果，电能被消耗，这浪费了资源且增加了能量成本。正温度系数电阻加热器用于加热压缩机的使用仅部分地降低了电能的使用，且不是对于此问题的解决方案。因此，存在对于改进以上所披露的类型的加热器的运行控制的需要。

与传感器(例如温度传感器)结合工作以调节由加热系统提供的电力的固态控制器是已知的。这样的设备在商用基础上可获得。然而，不存在已知为这样的用于控制电压缩机加热器的固态设备，即它监测情况且然后又切断加热器且然后再次接通加热器或调节加热器的电力输出以与要求匹配。

发明内容

本发明通过使用固态控制设备响应于改进能量利用和降低能源浪费的要求，该固态控制设备允许控制供给到加热器的电力，使得加热器在不需要加热时不浪费能量。

因此，本发明的实施例披露了用于金属套电阻加热器的固态控制设备，该控制设备包括电子模块，该电子模块的特征是可编程集成电路(IC)、光隔离器和三端双向可控硅开关元件或继电器开关设备。电子模块也可以在需要时包括定时器。

本发明的实施例也披露了使用固态控制设备的电阻压缩机加热器。组件由固态控制设备控制，该固态控制设备可以远程地连接到或安装到加热器。组件也可以具有被密封以防止湿气进入的固态控制设备。

所披露的组件也可以包括其中加热器的导线充分地压接到固态控制设备的导线的构造。导线可以具有足够的长度以与组件一起使用。固态控制设备也可以包括用于安装在组件内的装置。组件也包括了密封的接头，该接头是机械上坚固的、耐腐蚀的、电密封的、耐热的，且被密封以防止湿气的穿透。

密封可以由热激活粘合剂与机械上坚固的且耐腐蚀的覆盖件一起形成，该覆盖件是热缩管，也用作该热激活粘合剂的承载件。密封也可以由模制或灌封化合物和机械上坚固的且耐腐蚀的作为热缩管的覆盖件形成。进一步地，密封也可以由足够厚的、坚硬的、机械上坚固的且耐腐蚀的密封器或灌封材料形成。

本发明的组件也可以具有远程安装的固态控制设备。进一步地，组件可以包括此具有用于适当的到压缩机加热器的电连接或多个电连接的固态控制设备。替代地，本发明的组件也具有连接到加热器的固态控制设备以检测条件以激活。

因此，根据所披露的实施例，披露了加热设备器械。此器械包括具有带有金属套的用于加热材料的电阻线的加热器。器械也包括控制设备以基于一个条件终止到加热器的电力，且基于另一个条件在终止后供给电力。

根据所披露的实施例，也披露了加热材料的方法。方法包括通过使用控制设备检测第一条件而控制到具有被包围在金属套内的电阻线的加热器的电力。第一条件指示了不需要加热。方法也包括终止到加热器的电力。方法也包括在发生第二条件时供给电力到加热器用于加热材料。

根据所披露的实施例，披露了用于具有电阻线加热器的加热组件的控制设备。控制设备包括集成电路，该集成电路具有传感器接口以确定第一条件或第二条件。控制设备也包括继电器设备，该继电器设备用于在发生第一条件时终止到加热器的电力且在发生第二条件时向加热器供给电力。集成电路根据第一条件或第二条件触发继电器设备。

根据所披露的实施例，也披露了加热设备组件。加热设备组件包括用于加热材料的金属套电阻加热器。加热设备组件也包括控制设备，以基于第一条件终止到加热器的电力或基于第二条件向加热器供给电力。控制设备包括具有传感器接口的可编程集成电路。传感器接口基于第一条件或第二条件接收控制信号。控制设备也包括因为控制信号的存在或不存在而由可编程集成电路触发的继电器设备，以供给或终止到加热器的电力。控制设备也包括光隔离器以供给电压到继电器设备和可编程集成电路。加热设备组件也包括导线以将控制设备联接到加热器。导线向加热器输送电力。

附图说明

附图被包括以提供对本发明的实施例的进一步理解，且合并在此说明书中并形成说明书的部分。附图与描述一起用于解释本发明的实施例的原理。各图为：

图1图示了现有技术的金属套电加热器的透视图。

图2图示了带有根据本发明的控制设备的加热器组件。

图3A和图3B图示了根据本发明的加热器组件当连接到压缩机时的不同的构造。

图4图示了方框图，该方框图图示了根据所披露的实施例的控制设备的部件。

具体实施方式

现在详细参考本发明的优选实施例。优选实施例的例子在附图中图示。

图2图示了本发明的与金属套加热器一起使用的固态控制设备的实施例。本发明的设备可以与例如压缩机加热器(TUTCO，Inc的CH型压缩机加热器)的电阻加热器组合，在本领域中已熟知本发明的设备通过机械高强度的、耐腐蚀的、耐潮湿的电绝缘接头或通过一些其他方式而电连接到压缩机加热器。

参考图2，示出了加热器组件200。加热器组件200包括如以上在图1中披露的加热器10。在图1中披露的加热器10的特征具有相同的参考数字，除非另外地指出。优选地，加热器10包括具有金属套的电阻线用于对材料加热。

加热器组件200也包括连接到加热器10的控制设备30。通过导线15和17，控制设备30调节到加热器10的输出电力。来自控制设备30的导线15终止在端子16内。端子16将导线15连接到电源。导线17将控制设备30连接到加热器10。

导线17通过接头202连接到加热器电缆9。接头202可以位于金属套7的内部或外侧。接头202的部件可以在以上所述的专利申请No.2005/0194337中发现。其他方式可以用于覆盖接头202。一个例子是首先将接头202以防水、耐热、电阻密封或灌封材料密封，然后使用如以上所述地其内侧表面上带有或不带有粘合剂的热缩管覆盖接头202。另外，可以使用足够厚、防水、耐热、具有电阻、机械高强度的密封或灌封材料覆盖接头202。

因此，电力通过控制设备30供给到加热器10。当端子16连接到电源时，控制设备30允许通过导线17输出电力到加热器10。如在下文中更详细地披露的，控制设备30也在某些条件下终止到加热器10的输出电力，使得没有电力提供到加热器电缆9。因此，加热器10不处于连续的“打开”状态而浪费地供热或当在不需要时而浪费地供热。

例如，控制设备30基于检测到的条件终止到加热器10的电力。检测到的条件可以是时间点、温度等。因此，由于在加热器电缆9处不从控制设备30接收输出电力，所以加热器10关闭一段时间。在另一个检测到的条件下，因为需要加热，所以控制设备30向加热器10供给输出电力。第一检测到的条件和第二检测到的条件可以相互对应，例如时间值或温度读数。

图3A和图3B描绘了加热器组件200在连接到压缩机302时的不同的构造。金属套加热器10也可以与一些其他用于放置和支承的结构组合。结构，或由该结构保持的材料要求使用金属套加热器10加热。

加热器组件200的导线15和17应足够长以允许控制设备30定位为到达加热器10而不受压缩机302的不利的影响。例如，参照图3A，导线17允许控制设备30位于距压缩机302一定距离处。优选地，距离不长。导线15也足够长以到达电源304。电源304可以供给输入电力，如在本领域中已知的。例如，电源304可以是墙壁插口、电池、发电机等。

进一步地，控制设备30可以装配有合适的装置以在给定的安装中按要求安装。控制设备30可以实际上安装在与正被加热的结构连接的任何位置处，例如用于正被加热的结构的周围支承件。参考图3A，控制设备30可以安装在墙壁、柱、架或压缩机302附近的台上的座上。

例如，用于控制设备30的安装件可以包括板以保持通过螺钉、钉子、粘合剂、胶等连接的控制设备30。替代地，控制设备30可以使用螺钉、钉子、粘合剂、胶、围绕柱的线等直接连接到墙壁或柱。为在台、架等上使用，保持器可以支持控制设备30到直立的位置以更容易观察。保持器也可以使用以上所述的任何装置连接到台、架等。

替代的构造是将控制设备30安装到正被加热的结构，且在通过常规端子装置的应用中将控制设备30连接到加热器10。参考图3B，加热器组件200构造为带有安装在压缩机302上的控制设备30。安装件312固定控制设备30。安装件312可以是在本领域中已知的任何已知的安装设备。例如，安装件312可以是在其背部上具有粘合剂带以连接到压缩机302的板。替代地，安装件312可以是带有条的塑料或金属保持器，或带，该带围绕压缩机302或通过以胶或粘合剂连接到压缩机302的销等保持到位。导线15和17包括分别到达电源304和加热器10的长度。

在加热器10长期或永久地连接到压缩机302时，此构造可以是希望的。控制设备30保持足够接近加热器10和压缩机302以具有精确的读数，用于确定是否通过导线17供给电力。进一步地，控制设备30位于将手动开启和关闭的位置中。

图4描绘了方框图，该方框图图示了根据所披露的实施例的控制设备30的部件。根据优选实施例，控制设备30是固态控制设备。控制设备30可以包括用作开关的固态继电器部件。控制设备30类似于开关起作用，该开关使用低压来从输入电力切换到向加热器10的输出电力。在此实施例中，控制设备30在运行中不具有移动零件或机械触点，且比机械继电器更快地“接通”和“关闭”。

参考图4，固态控制设备30包括光电绝缘器31、继电器设备33和具有传感器接口36的可编程集成电路(IC)35。优选地，继电器设备33是三端双向可控硅开关元件，但可以使用能以继电器性能工作的任何类型的设备，包括固态设备或机电设备。

也已知为光学耦合器或光耦合器的光电绝缘器31是半导体设备，它允许信号在电路或系统之间传递，同时保持这些电路或系统相互电绝缘。光电绝缘器使用在大范围的通讯、控制和监控系统中。

在离线供给件37处，电力供给到控制设备30，且到金属套加热器10的输出电力指示为负载39。输入电力包括供给件37处的电压，该电压可以是交流电(AC)。优选地，输入电力的电压分量大约为5伏特。供给到负载39或加热器10的输出电力401包括大约240伏特的电压分量。

在一个模式中，可编程集成电路(IC)35包括定时器。可编程IC 35由离线供给件37驱动，该离线供给件37与可编程IC 35电隔离且其控制信号通过光电绝缘器31输入。可编程IC 35由到传感器接口36的控制电压输入38的解除激活而初始化。传感器接口36适于基于检测到的条件接收控制信号38。可编程IC 35使用60个循环以获得精确的时基。

在压缩机302关闭时，具有典型的取消激活动作或失去控制电压输入动作。在定时器达到希望的延迟量后，可编程IC 35触发板上的三端双向可控硅开关元件或继电器33，从而将电流供给到负载39且驱动加热器10。到负载39的输出电力401维持激活，直至IC 35的定时器和继电器33都通过控制输入信号38的应用而复位的时间，即压缩机再次被驱动。只要控制信号38存在，例如压缩机开启，则到负载39的输出电力401将维持取消激活。

替代地，供给到传感器接口36和可编程IC 35的控制信号38的不存在意味着压缩机关闭，使得加热器应开启。一旦压缩机被关闭且经过特定时间期间，则控制电压信号的连续的不存在触发继电器33以向加热器10供给输出电力401。

用于固态控制设备30的特定的应用的例子是在金属套加热器10用于加热压缩机302时。当压缩机302开启时，不需要运行加热器10。为实现此目的，传感器接口36接收信号38，该信号38表示压缩机302处于“开启”条件或状态。当此条件存在时，信号38由传感器接口36接收且导致可编程IC 35又触发继电器33以终止到加热器10的输出电力401。如果压缩机302关闭，则信号38将消失，因此根据定时器次序(如果存在)向加热器10再供给输出电力401。

虽然本发明图示为使得控制信号38的不存在将加热器10开启，但可以布置为使得控制信号的存在(压缩机关闭)将加热器10开启，且控制信号的不存在(压缩机开启)将加热器10关闭。

同样，用于驱动加热器10的时间期间可以从无时间滞后到任何预先确定的时间期间变化。换言之，加热器10可以根据指令立即被驱动，或预先确定的期间可以允许经过一段时间。当驱动加热器10时计时继电器的一个用途是能量效率。如以上所述，一旦压缩机302关闭，经过时间期间直至加热器10被加电。此时间期间使用了压缩机302在冷却时其内固有的热，而非由加热器10供给的热，以保证制冷剂不向机油转移。

一旦压缩机302在足够长的时间内冷却，则加热器10需要加电以保证制冷剂不向机油转移。预先确定的时间期间可以取决于使用加热器加热的材料大范围变化。一个例子是从压缩机302关闭到加热器10起动的120分钟的延迟。在其中能量效率不重要的情形中，或冷却期间和环境条件可以使得在压缩机302关闭时立即对加热器加电的情形中，可编程IC 35可以在控制信号38存在或不存在时立即触发继电器33。因此，可编程IC 35包括定时器以指示继电器设备33在从传感器接口36检测到控制信号38不存在或存在的时间起经过设定的时间期间后向加热器10供给输出电力401。

可编程IC 35内的定时器可以将控制设备30置于“开启”或“关闭”状态。进一步地，可编程IC 35内的定时器可以在控制设备30上经过预先确定的时间期间以触发继电器设备33以基于周期性或重复性而激活加热器10。替代地，可编程IC 35内的定时器可以触发继电器设备33特定的时间量，直至压缩机302不需要再加热。在此点，继电器设备33可以接收来自定时器的指令以终止向加热器10的输出电力。

虽然压缩机运行是控制加热器运行的条件的一个例子，但其他条件也可以使用。例如，可以测量环境温度，且一旦检测到指示不需要加热的特定温度时，继电器33将被触发以终止到加热器的电力。如上所述，基于第二温度的触发可基于控制信号的存在或不存在。也可以使用如在本领域中已知的其他条件来控制金属套加热器10的加热功能。

虽然光隔离器31示出为控制到可编程IC的电压，但可以使用其他的从输入电力向可编程IC 35提供例如5伏特的必须的和低电压的固态设备。类似地，任何类型的可编程IC可以具有检测和接收输入控制信号且触发继电器设备从而控制到加热器的输出电力的供给的能力，以及具有以上所述的定时功能。

本发明提供了在金属套加热器领域中的显著的改进，包括加热器自身的改进和它们的使用方法的改进。通过使用本发明，在金属套加热器运行中实现关于能量使用的改进。

因此，结合以上所述的本发明，本发明的特征包括：

1.用于金属套电阻加热器的固态控制设备。

2.根据1的固态控制设备，包括电子模块，该电子模块的特征是需要时带有选择的定时器的可编程IC，光隔离器和三端双向可控硅开关元件或继电器开关设备。

3.使用固态控制设备的电阻压缩机加热器组件。

4.根据3的组件，该组件由根据2的固态控制器控制。

5.根据4的组件，带有相连的固态控制器。

6.根据5的组件，带有远程安装到加热器的固态控制器。

7.根据5的组件，带有被密封以防止湿气进入的固态控制设备。

8.根据7的组件，带有充分地压接到固态控制设备的导线的加热器的导线。

9.根据8的组件，带有用于应用的足够长的导线。

10.根据9的组件，带有具有用于安装在应用中的装置的固态控制器。

11.根据10的组件，带有被密封的接头，该接头是机械上坚固的、耐腐蚀的、电密封的、耐热的，且被密封以防止湿气穿透。

12.根据11的组件，带有由热激活的粘合剂与机械上坚固的且耐腐蚀的覆盖件一起形成的密封件，该覆盖件作为热缩管也作为热激活粘合剂的承载件。

13.根据12的组件，带有由模制或灌封化合物形成的密封件，且机械上坚固的且耐腐蚀的覆盖件是热缩管。

14.根据13的组件，带有由足够厚的、坚硬的、机械上坚固的且耐腐蚀的密封器或灌封材料形成的密封件。

15.根据4的组件，带有远程地安装的固态控制器。

16.根据15的组件，带有固态控制器，其具有用于合适地电连接到压缩机加热器的装置。

17.根据5的组件，带有连接到加热器以检测例如温度的环境条件的固态控制器，加热器或邻近部件。

因此，本发明根据其实现如在上文中阐明的本发明的目的的每个和每一个的优选实施例已披露，且提供了新的和改进的金属套加热器及使用方法。

当然，本领域一般技术人员可以构思对本发明的教示的多种改变、修改和变化而不偏离本发明的精神和范围。意图于本发明仅由附带的权利要求限制。

Claims (22)

1.一种加热设备器械，包括：

具有用于加热材料的用金属覆套的电阻线的加热器；和

控制设备，用于在第一条件时终止到所述加热器的电力，并且在终止后基于第二条件供给电力。

2.根据权利要求1所述的加热设备器械，其中所述控制设备用导线联接到所述加热器。

3.根据权利要求1所述的加热设备器械，其中在所述控制设备处接收的电力小于供给到所述加热器的电力。

4.根据权利要求1所述的加热设备器械，其中所述控制设备包括光隔离器、继电器设备和具有传感器接口的可编程集成电路。

5.根据权利要求4所述的加热设备器械，其中所述可编程集成电路包括定时器。

6.根据权利要求4所述的加热设备器械，其中所述光隔离器将电压输送到所述可编程集成电路。

7.根据权利要求4所述的加热设备器械，其中所述传感器接口适于基于所述第一条件或第二条件接收控制信号。

8.根据权利要求7所述的加热设备器械，其中所述控制信号的存在或不存在使得所述可编程集成电路触发所述继电器设备。

9.根据权利要求8所述的加热设备器械，其中所述继电器设备将电力供给到所述加热器或终止到所述加热器的电力。

10.根据权利要求8所述的加热设备器械，其中所述可编程集成电路具有定时器，用于指示在从所述传感器接口检测所述控制信号的不存在或存在的时间起经过设定的时间期间后，所述继电器设备将向所述加热器供给电力。

11.根据权利要求1所述的加热设备器械，其中正被加热的材料与压缩机相关联。

12.一种加热材料的方法，所述方法包括：

通过使用控制设备检测第一条件而控制到加热器的电力，该加热器具有被包围在金属套中的电阻线，其中所述第一条件指示不需要加热；

终止到所述加热器的电力；和

在出现第二条件时供给电力到所述加热器，用于加热所述材料。

13.根据权利要求12所述的方法，其中正被加热的材料与压缩机相关联。

14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述压缩机运行时出现所述第一条件，且在所述压缩机不运行时出现所述第二条件。

15.根据权利要求12所述的方法，进一步包括在供给步骤前经过预先确定的时间期间。

16.根据权利要求12所述的方法，其中所述控制设备包括固态控制设备。

17.根据权利要求16所述的方法，进一步包括在所述固态控制设备处接收电力。

18.一种用于具有电阻线加热器的加热组件的控制设备，所述控制设备包括：

集成电路，该集成电路具有传感器接口，以确定第一条件和第二条件；和

继电器设备，用于在出现所述第一条件时终止到所述加热器的电力且在出现第二条件时向所述加热器供给电力，其中，所述集成电路根据所述第一条件或所述第二条件触发所述继电器设备。

19.根据权利要求18所述的加热组件，进一步包括所述集成电路内的定时器，用于在触发所述继电器设备前经过预先确定的时间期间。

20.根据权利要求18所述的加热组件，进一步包括用于在所述固态控制设备处接收电力的装置。

21.一种加热设备组件，包括：

金属套电阻加热器，用于加热材料；

控制设备，用于基于第一条件终止到所述加热器的电力或基于第二条件向所述加热器供给电力，其中，所述控制设备包括：

具有传感器接口的可编程集成电路，其中所述传感器接口基于所述第一条件或所述第二条件接收控制信号，

继电器设备，由于所述控制信号的存在或不存在而由所述可编程集成电路触发该继电器设备，以将电力供给到所述加热器或终止到所述加热器的电力，和

光隔离器，用于供给电压到所述继电器设备和所述可编程集成电路；以及

导线，用于将所述控制设备联接到所述加热器，其中所述导线将电力输送到所述加热器。

22.根据权利要求21所述的加热设备组件，其中所述可编程集成电路包括定时器。

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