JP2022526020A - 温度制限装置を備えた熱システム - Google Patents

Abstract

熱システムの温度制限装置は、熱システムの２線式ヒータに接続するように構成されたモジュラーユニットを含む。具体的には、モジュラーユニットは、熱システムの２線式ヒータに接続するように構成されたヒータインターフェースと、電力を受けるために電源に接続するように構成された電力インターフェースと、センサ回路を含むコントローラとを含む。センサ回路は、電圧、電流、又はそれらの組み合わせを含む、２線式ヒータの電気的特性を測定するように構成されている。コントローラは、測定された電気的特性に基づき熱システムの温度を計算し、その温度が温度設定値よりも高いかどうかを判断するように構成されている。【選択図】図１

Description

関連出願との相互参照

本出願は、２０１９年４月９日に出願された米国仮出願番号６２/８３１，６１９の優先権を主張するものである。上記出願の開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

本開示は、２線式ヒータの電力を制御する装置に関する。

本項の記述は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであり、先行技術を構成するものではない。

抵抗性ヒータは、負荷に熱を提供するために様々な用途で使用される。そのようなヒータは、層状ヒータ、管状ヒータ、カートリッジヒータ、又は他の適切なヒータを含むが、これらに限定されない。ヒータの適切な温度を決定するため、熱電対などのディスクリート温度センサがヒータの上又は近くに設置される。ヒータとその環境に個別の温度センサを追加すると、コストがかかり、加熱システム全体が複雑になる。

本項は、本開示の一般的な概要を提供するものであり、その全範囲又はその特徴の全てを包括的に開示するものではない。

本開示は、熱システムの温度制限装置を提供する。温度制限装置は、モジュラーユニットを具備する。モジュラーユニットは、熱システムの２線式ヒータに接続するように構成されたヒータインターフェースを含む。モジュラーユニットは、電力を受け取るために電源に接続するように構成された電力インターフェースを含む。モジュラーユニットは、センサ回路を含むコントローラを含む。センサ回路は、２線式ヒータの電気的特性を測定するように構成されており、電気的特性は、電圧、電流、又はそれらの組み合わせを含む。コントローラは、測定された電気的特性に基づき熱システムの温度を計算し、温度が温度設定値よりも高いかどうかを判断するように構成される。

いくつかの形態において、モジュラーユニットは、熱システムの電源スイッチに接続するための電源スイッチインターフェースをさらに含み、コントローラは、熱システムの温度が温度設定値よりも大きいことに応答して、２線式ヒータへの電力をオフにするように電源スイッチを操作するように構成される。

いくつかの形態において、モジュラーユニットは、電力インターフェースとヒータインターフェースとの間に電気的に結合され、２線式ヒータへの電力を制御するため、コントローラによって動作可能な電源スイッチをさらに備える。

いくつかの形態において、コントローラは、熱システムの温度が温度設定値よりも大きいことに応答して、電源スイッチを介して２線式ヒータへの電力をオフにするように構成される。

いくつかの形態において、コントローラは、２線式ヒータの温度値と２線式ヒータの性能特性測定値とを関連付ける予め定義されたヒータ情報を記憶しており、コントローラは、測定された電気特性に基づき性能特性を決定するように構成される。いくつかの形態において、コントローラは、決定された性能特性及び予め定義されたヒータ情報に基づき、熱システムの温度として、２線式ヒータの温度、２線式ヒータによって加熱される負荷の温度、又はそれらの組み合わせを決定するように構成される。

いくつかの形態において、２線式ヒータは、抵抗の温度係数が変化し、性能特性は、ある温度における２線式ヒータの抵抗値である。

いくつかの形態において、ヒータインターフェースは、ヒータでの温度感知ジャンクションを定義する温度感知パワーピンを介して２線式ヒータに接続され、センサ回路は温度感知ジャンクションでの電圧を測定し、性能特性は温度感知ジャンクションでの電圧の変化である。

いくつかの形態において、コントローラは、熱システムの温度として、２線式ヒータの温度、２線式ヒータによって加熱される負荷の温度、又はそれらの組み合わせを計算するように構成される。

本開示はまた、２つの端子を含む２線式ヒータを含む熱システムを提供する。熱システムは、１つ又は複数のディスクリートセンサからのデータに基づき２線式ヒータの熱性能を制御するように構成されたプロセスコントローラを含む。熱システムは、プロセスコントローラからの制御信号に基づき、２線式ヒータに電力を供給するように動作可能な電源スイッチを含む。熱システムは、プロセスコントローラとは別の温度制限装置を含み、温度制限装置は、モジュラーユニットを含む。モジュラーユニットは、熱システムの２線式ヒータに接続するように構成されたヒータインターフェースを含む。モジュラーユニットは、電力を受け取るため電源に接続するように構成された電力インターフェースを含む。モジュラーユニットは、センサ回路を含むコントローラを含む。センサ回路は、２線式ヒータの電気的特性を測定するように構成され、電気的特性は、電圧、電流、又はそれらの組み合わせを含む。コントローラは、測定された電気的特性に基づき熱システムの温度を計算し、温度が温度設定値よりも高いかどうかを判断するように構成される。コントローラは、熱システムの温度が温度設定値よりも高いことに応答して、２線式ヒータへの電力をオフにするように電源スイッチを操作するように構成される。

いくつかの形態において、温度制限装置のコントローラは、２線式ヒータの温度値と２線式ヒータの性能特性測定値とを関連付ける予め定義されたヒータ情報を記憶し、コントローラは、測定された電気特性に基づき性能特性を決定するように構成されている。いくつかの形態において、コントローラは、決定された性能特性及び予め定義されたヒータ情報に基づき、熱システムの温度として、２線式ヒータの温度、２線式ヒータによって加熱される負荷の温度、又はそれらの組み合わせを決定するように構成される。

いくつかの形態において、２線式ヒータは、抵抗の温度係数が変化し、性能特性は、２線式ヒータのある温度における抵抗値である。

いくつかの形態において、２線式ヒータの２つの端子は、温度感知ジャンクションを規定する温度感知パワーピンを含み、センサ回路は、温度感知ジャンクションでの電圧を測定するように構成され、性能特性は、温度感知ジャンクションでの電圧の変化として測定される。

いくつかの形態において、温度制限装置は、プロセスコントローラ及び電源スイッチと直列に接続され、温度制限装置は、プロセスコントローラから電源スイッチに制御信号を転送するように構成されている。

いくつかの形態において、温度制限装置は、２線式ヒータの電気的特性を検出するために、電源スイッチと並列に配置される。

いくつかの形態において、モジュラーユニットは、電源スイッチを含む。

いくつかの形態において、２線式ヒータは、その中に流れる流体を加熱するインラインヒータである。いくつかの形態において、電源スイッチは、インラインヒータに配置され、インラインヒータ内を流れる流体に熱を伝達するためにインラインヒータと一体化されている。いくつかの形態において、温度制限装置は、２線式ヒータ及び電源スイッチとは別に配置され、モジュラーユニットは、電源スイッチに接続するための電源スイッチインターフェースを含む。

いくつかの態様において、熱システムは、２線式ヒータへの電力線に結合されたリレーを含む温度遮断回路を含む。いくつかの態様において、熱システムは、ディスクリートセンサを含む。２線式ヒータは、抵抗発熱層を有する層状ヒータである。ディスクリートセンサは、ヒータの温度を測定するように構成されている。温度遮断回路は、ヒータの温度が遮断温度設定値よりも大きい場合、リレーを介して２線式ヒータへの電力をオフにするように構成されている。

本開示は、熱システムの温度制限装置を提供する。温度制限装置は、モジュラーユニットを含む。モジュラーユニットは、熱システムの２線式ヒータに接続するように構成されたヒータインターフェースを含む。モジュラーユニットは、電源に接続して電力を受け取るように構成された電力インターフェースを含む。モジュラーユニットは、２線式ヒータへの電力を制御するために、ヒータインターフェースとパワーインターフェースの間に配置された電源スイッチを含む。モジュラーユニットは、センサ回路を含むコントローラを含み、センサ回路は、２線式ヒータの電気的特性を測定するように構成され、電気的特性は、電圧、電流、又はそれらの組み合わせを含む。コントローラは、測定された電気的特性及び予め定義されたヒータ情報に基づき熱システムの温度を計算し、温度が温度設定値よりも高いかどうかを判断し、熱システムの温度が温度設定値よりも高いことに応答して、電源スイッチを介して２線式ヒータへの電力をオフにするように構成される。

いくつかの形態において、コントローラは、２線式ヒータの温度、２線式ヒータによって加熱される負荷の温度、又はそれらの組み合わせを、熱システムの温度として計算するように構成される。

いくつかの形態において、コントローラは、熱システムの温度が温度設定値よりも高いときに２線式ヒータへの電力をオフにする温度制限モードで動作し、熱システムの温度を温度制御設定値に制御するために電源スイッチを介して２線式ヒータに電力を選択的に印加する温度制御モードで動作するように構成される。

適用可能なさらなる領域は、本明細書で提供される説明から明らかになるであろう。説明及び特定の例は、説明のみを目的としており、本開示の範囲を制限することを意図していないことを理解すべきである。

本開示がよく理解されるように、例として与えられたその様々な形態を、添付の図面を参照して説明する。

図１は、本開示の教示に従って、２線式ヒータのための温度制限装置を有する熱システムの第１の形態を示す。

図２は、本開示の教示に従って、熱遮断装置及び図１の温度制限装置を有する熱システムの第２の形態を示す。

図３は、本開示の教示に従って、外部電源スイッチに接続され、カスケードされたプロセスコントローラ及び温度制限装置を有する熱システムの第３の形態を示す。

図４は、本開示の教示に従って、インラインヒータに設けられた電源スイッチを有するインラインヒータを示す。

図５は、本開示の教示に従って、組合せプロセスコントローラ及び温度制限装置を備えた電源スイッチを有する熱システムの第４の形態を示す。

図６Ａは、２線式コントローラ及び電源スイッチを有する温度制限装置のブロック図である。

図６Ｂは、２線式コントローラを有する温度制限装置のブロック図である。

図７は、温度感知パワーピンを有するカートリッジヒータの一例である。

本明細書に記載されている図面は、説明を目的としたものであり、本開示の範囲をいかなる形でも限定することを意図していない。

以下の説明は、本質的に単に例示的なものであり、本開示、適用、又は用途を制限することを意図していない。図面全体を通して、対応する参照数字は、同様の又は対応する部品及び特徴を示すことを理解すべきである。

２線式熱システムは、熱を生成するためにヒータの抵抗発熱体に電力を供給するだけでなく、抵抗発熱体の性能特性（例えば、電流、電圧、抵抗、電力、及び／又は温度）を測定するために２本のワイヤ（すなわち、２本の電力線）を使用する２線式ヒータを含む。一形態において、「２線式」ヒータは、抵抗が温度によって変化する材料によって定義された１つ又は複数の抵抗発熱体を含む。材料の抵抗の温度係数（ＴＣＲ）は既知であり、信頼性の高い測定を可能にするために、広い温度範囲及び負荷サイクルに亘って大きく安定している必要がある。このような２線式システムは、本願と共通に所有する米国特許第７,１９６,２９５号に開示されており、その内容は参照により全体が本明細書に組み込まれる。このシステムは、ヒータの設計と、電力、抵抗、電圧、電流を組み込んだ制御とを融合させた適応型サーマルシステムであり、カスタマイズ可能なフィードバック制御システムにおいて、これらのパラメータ（すなわち、電力、抵抗、電圧、電流）の１つ以上を制限しながら、他のパラメータを制御する。

別の形態において、２線式ヒータは、２線式ヒータの抵抗発熱体に電力を供給し、また、温度感知パワーピンによって定義される熱電対を介して温度を測定する温度感知パワーピンを含んでもよい。温度検知用パワーピンの詳細は以下の通りである。以下では、２線式ヒータは、“Ｒ－Ｔヒータ”と称されることもある変化する抵抗－温度相関を有するヒータとして構成されてもよいし、“ＴＳＰＰヒータ”と称されることもある温度感知パワーピンを有するヒータとして構成されてもよい。

一態様において、本開示は、２線式ヒータの性能特性及び／又は熱システムの温度に基づき、２線式ヒータへの電力を制御するための温度制限装置を記載している。本開示の温度制限装置は、２線式ヒータを有する既存及び新規の熱システムで使用することができる適応可能な制御装置であるように構成される。温度制限装置は、以下のように構成される。２線式ヒータの温度が閾値を超えた場合に２線式ヒータへの電力をオフにすることと、ヒータへの電力のオン／オフを選択的に行うことにより、ヒータの温度を制御された温度設定値に制御することと、ヒータの１つ以上の性能特性がそれぞれの閾値を超えているかどうかを判断し、閾値を超えている場合に修正措置を行う診断制御を行うことと、二次安全機構と連携して安全関連装置として動作することと、既知のヒータ－負荷オフセットを用いて２線式ヒータで加熱されている負荷の温度を推定することと、クローズドループ制御を行うプロセスコントローラと共に動作し、熱システムの温度が閾値を超えた場合にヒータへの電力を遮断することと、ヒータと共に配置された温度制限装置によって動作可能な電源スイッチを有し、電源スイッチを冷却し、ヒータを流れる流体を加熱すること。特定の動作が挙げられているが、温度制限装置は、本明細書にさらに記載されているように、他の動作を行ってもよい。

図１を参照すると、熱システム１００は、温度制限装置１０２と、負荷１０８を加熱するための１つ又は複数の抵抗発熱体１０６を有する２線式ヒータ１０４とを含んでいる。一形態において、温度制限装置１０２は、温度制限装置１０２及び２線式ヒータ１０４に電力を供給する電源１１０（例えば、２３０ＶＡＣ）に接続されている。温度制限装置１０２は、２線式コントローラ（ＴＷＣ）１１２と、２線式ヒータ１０４への電力を遮断するためにＴＷＣ１１２によって操作可能な電源スイッチ１１４とを含んでいる。一態様において、電源スイッチ１１４は、サイリスタ（例えば、ＴＲＩＡＣ）であってもよい。本明細書で提供されるように、電源スイッチ１１４は、図１に示されるように、温度制限装置１０２の一部として配置され、統合されてもよい。あるいは、電源スイッチ１１４は、温度制限装置１０２の外部に配置されてもよい。

一態様において、ＴＷＣ１１２は、電流及び／又は電圧などの抵抗発熱体１０６の電気的特性に基づき、熱システム１００の温度を監視するように構成される。一態様において、熱システム１００の温度は、２線式ヒータ１０４（すなわち、抵抗発熱体１０６）の温度、及び／又は、負荷１０８の温度を含んでもよい。一態様において、抵抗発熱体１０６の電気特性及び予め定義されたヒータ情報に基づき、ＴＷＣ１１２は、抵抗発熱体１０６（すなわち、２線式ヒータ１０４）の性能特性を決定するように構成され、これは、次に、熱システム１００の温度に決定するために使用される。予め定義されたヒータ情報は、２線式ヒータ１０４の温度値と２線式ヒータ１０４の性能特性測定値とを関連付ける情報を含む。例えば、Ｒ－Ｔヒータのための性能特性は、抵抗及び／又は温度を含み、ヒータ情報は、計算された抵抗、抵抗発熱体１０６を定義する材料のＴＣＲ、及び／又は予め定義されたアルゴリズムに基づき、２線式ヒータ１０４の温度を決定するためのＲ－Ｔ曲線／ルックアップテーブルを含んでもよい。ＴＳＰＰヒータの場合、ＴＷＣ１１２によって決定される性能特性は、電圧及び／又は電圧変化を含み、ヒータ情報は、電圧／電圧変化と２線式ヒータ１０４の温度とを関連付ける情報を含む。

負荷１０８の温度を決定するために、ヒータ情報は、熱オフセットをさらに含んでもよい。すなわち、抵抗発熱体１０６又は２線式ヒータ１０４の表面の温度は、典型的には負荷１０８の温度よりも高い。この２つの温度の差は、熱オフセットとして提供され、これは、様々な制御された実験に基づき予め定義され、熱システム１００の温度として、負荷１０８の温度を決定するために使用され得る。熱オフセットが提供される場合、ＴＷＣ１１２は、２線式ヒータ１０４の計算された温度から熱オフセットを減算することによって、負荷１０８の温度を推定してもよい（すなわち、Ｔ_Ｌ＝Ｔ_Ｈ－Ｔ_Ｏ、Ｔ_Ｌは熱負荷温度、Ｔ_Ｈはヒータ温度、Ｔ_Ｏは熱オフセット）。したがって、一態様において、ＴＷＣ１１２は、ヒータ温度及び／又は熱負荷温度に基づき、２線式ヒータ１０４への電力をオフにしてもよい。

一例として、Ｒ－Ｔヒータの場合、ＴＷＣ１１２は、抵抗発熱体１０６に印加される電圧及び／又は電流を、電気特性として測定するように構成されている。測定された電気的特性と、抵抗発熱体１０６の予め定義された抵抗－温度情報とに基づき、ＴＷＣ１１２は、性能特性として、抵抗発熱体１０６の抵抗値を決定し、次に温度を決定する。温度制限処理の一環として、ＴＷＣ１１２は、その後、抵抗発熱体１０６の温度が温度設定値（すなわち、温度制限設定値）を超えているかどうかを判断する。そうであれば、ＴＷＣ１１２は、電源スイッチ１１４を介して、抵抗発熱体１０６への電力をオフとする。そうでなければ、温度制限装置１０２は、抵抗発熱体１０６への電力供給を継続する。あるいは、ＴＷＣ１１２は、予め定義されたサーマルオフセットに基づき負荷１０８の温度を判断し、負荷１０８の温度に基づき２線式ヒータ１０４への電力を制御してもよい。これにより、温度制限装置１０２は、２線式ヒータ１０４の異常な性能（例えば、２線式ヒータ１０４の損傷を抑制するために設定された閾値より高い又は低い温度）が発生した場合、２線式ヒータ１０４の損傷を抑制又は低減するための安全機構として動作する。以下では、本明細書で説明する温度制限処理を行うことで、ＴＷＣ１１２は温度制限モードで動作する。

一態様において、ＴＷＣ１１２は、ＴＷＣ１１２が２線式ヒータ１０４の温度が制御された温度設定値に維持する温度制御プロセス（すなわち、温度制御モードでの動作）を実行するように構成される。このような構成において、ＴＷＣ１１２は、上述したように熱システム１００の温度を決定し、温度が制御された温度設定値を超えたときに抵抗発熱体１０６への電力をオフにするが、熱システム１００の温度を定常的に監視する。例えば、Ｒ－Ｔヒータの場合、ＴＷＣ１１２は、正の正弦波における抵抗発熱体１０６の抵抗値を算出するように構成されている。抵抗値と予め定義されたヒータ情報（例えば、Ｒ－Ｔ曲線／ルックテーブル、ＴＣＲ特性）を用いて、ＴＷＣ１１２は、抵抗発熱体１０６の温度を決定し、制御された温度設定値と比較する。抵抗発熱体１０６の温度が温度制御設定値を超えると、ＶＡＣのゼロクロスで２線式ヒータ１０４への電力がオフとされる。温度が制御された温度設定値より低い値になると、ＴＷＣ１１２は抵抗発熱体１０６に電力を印加して熱を発生させる。

一態様において、ＴＷＣ１１２は、温度、電圧、電流、電力、及び／又は抵抗を含む１つ又は複数の性能特性に基づき、２線式ヒータ１０４への電力を制御する診断プロセスを実行するように構成される。具体的には、決定された性能特性がそれぞれの診断閾値を超えた場合、ＴＷＣ１１２は、２線式ヒータ１０４の性能が異常であると判断し、２線式ヒータ１０４への電力をオフにする。例えば、２線式ヒータ１０４の電圧及び／又は電流が関連する診断閾値を超えた場合、温度制限装置１０２は、修正補正として、２線式ヒータ１０４への電力をオフにする。それぞれの性能特性に対する診断閾値（複数可）は、単一の予め定義された値であってもよいし、実行されるプロセスに基づき設定されてもよい。例えば２線式ヒータ１０４がウォームアップ中の定常バーズで動作しているときに、異なる診断閾値を設定してもよい。このように、ＴＷＣ１１２は、温度制限モードに加えて、又は温度制限モードに代えて、上述の動作を実行する診断モードを含んでもよい。温度制限モード及び温度制御モードと同様に、診断モードは、ユーザが利用可能かつ選択可能な標準モードであってもよい。さらに、温度制限モード、温度制御モード、及び診断モードで使用される様々な設定値／閾値は、同じであっても異なっていてもよい。

一態様において、ＴＷＣ１１２は、ユーザがヒューマン・マシン・インタフェース（例えば、コンピューティングデバイス）を介してＴＷＣ１１２と通信してヒータ情報を較正する較正プロセス（すなわち、較正モードでの動作）を実行するように構成される。具体的には、ＴＷＣ１１２に提供されるヒータ情報は、新しいヒータ情報をＴＷＣ１１２にアップロードすることによって、又はＴＷＣ１１２に提供されるヒータ情報を手動で較正することによって更新されてもよい。一例では、手動校正のために、赤外線カメラなどのディスクリート温度センサを使用して、２線式ヒータ１０４の温度、より具体的には、２線式ヒータ１０４の表面温度を測定する。ＴＷＣ１１２は、上述のようにヒータの温度を算出し、算出した温度とディスクリート温度センサで測定された温度とを比較する。ＴＷＣ１１２は、このような動作を１つ又は複数の温度校正設定値に対して行ってもよい。具体的には、ＴＷＣ１１２は、２線式ヒータ１０４に電力を供給し、２線式ヒータ１０４の温度を計算する。温度が選択された温度較正設定値と等しくなると、ＴＷＣ１１２は、ディスクリート温度センサによって測定された温度を取得する。温度の差に基づき、ＴＷＣ１１２は、温度を決定するために使用されるＲ－Ｔ曲線又はＴＣＲ特性を更新するなど、ヒータ情報を調整する。

上記のように、ＴＷＣ１１２は、温度制限モード、温度制御モード、診断モード、及び／又は較正モードを含む１つ又は複数の動作モードを含むように構成されてもよい。一変形例において、ＴＷＣ１１２は、動作中に、温度制限プロセス及び温度制御プロセスの両方を実行するように構成されてもよい。別の変形例において、ＴＷＣ１１２は、１つ以上のモードを動作させるように構成されてもよく、複数のモードが利用可能な場合、ユーザは、温度制限装置１０２と通信するヒューマン・マシン・インタフェースを介して、実行するモードを選択してもよい。

本開示の温度制限装置１０２は、温度制限装置１０２が抵抗発熱体１０６の温度を直接測定して制限するため、ディスクリートセンサを有する熱システムと比較して、２線式ヒータ１０４への電力を遮断するための応答時間を改善することができる。逆に、ディスクリートセンサを有する熱システムでは、センサ・データがプロセスコントローラによって処理されることが依然として必要であり、これによって電源遮断が遅れる可能性がある。さらに、温度制限装置１０２は、熱ループ全体が知られていない、あるいは詳細に定義されていないアプリケーションにおいても、高ワット密度、高性能の発熱体を使用することができる。すなわち、２線式ヒータが実装されているときに、既存のプロセスコントローラを交換する代わりに、本開示の温度制限装置１０２を既存の熱システム１００にプラグインすることができる。温度制限装置１０２が厳しい条件／故障（例えば火災）を抑制するための安全関連装置として使用される場合、温度制限装置１０２は、二次安全機構などの特別な要件を満たすための追加のハードウェア及び／又はソフトウェアを含んでもよい。

二次安全機構を含む熱システムの一例が、図２に提供されている。一態様において、熱システム２００は、温度制限装置１０２と、ヒータ２０２と、熱遮断（ＴＣＯ）装置２０４とを含んでいる。一態様において、ヒータ２０２は、１つ又は複数の抵抗発熱体２０６を定義する抵抗加熱層と、センサ装置２０８を定義するセンサ層とを有する層状ヒータである。このような層状ヒータは、本願と共通に譲渡され、その内容が参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第９，０７８，２９３号に記載されている。このような層状ヒータの場合、センサ装置２０８は、５００ｐｐｍ／℃などの比較的低い値から１０，０００ｐｐｍ／℃などの比較的高い値までのＴＣＲを有する材料からなるセンサ層として設けられ、負荷２１０の温度を測定するために使用される。また、グラファイトなどの負のＴＣＲを有する材料を使用してもよいことを理解すべきである。センサ装置２０８は、抵抗発熱体２０６及び／又は負荷２１０の温度を測定するように構成されてもよい。センサ層の代わりに、センサ装置２０８は、熱負荷及び／又はヒータ２０２の温度を測定するための、熱電対、抵抗温度検出器、又は赤外線画像などのディスクリート温度センサであってもよい。

ＴＣＯ装置２０４は、センサ装置２０８に結合されており、センサ装置２０８によって測定された温度が定義された温度閾値を超えた場合に、ヒータ２０２への電力をオフにし、この温度閾値は、温度制限装置１０２によって制御される温度設定値と同じであっても異なっていてもよい。一態様において、ＴＣＯ装置２０４は、米国特許９，０７８，２９３号に記載されている過温検出回路であり、ヒータ２０２への電力をオフにするための分圧回路(divider circuit)とリレーを含むものである。別の例において、ＴＣＯ装置２０４は、ハードウェアとソフトウェアの組み合わせを用いて実装され、負荷／ヒータの温度を測定し、温度を閾値と比較し、温度閾値を超えた場合にリレーを動作させるようにしてもよい。したがって、本開示の温度制限装置１０２及びＴＣＯ装置２０４により、熱システム２００は、２つの安全機構を含むように構成される。

本開示の温度制限装置は、様々なタイプの熱システムに適応可能であり、いくつかの形態において、熱システムに設けられた既存の電源スイッチを利用してもよい。具体的には、図３を参照すると、熱システム３００は、プロセス温度コントローラ３０６と電源スイッチ３０８とでカスケードされたＴＷＣ３０４を含む温度制限装置３０２を含む。熱システムは、さらに、ヒータ２０２及びＴＣＯデバイス２０４を含んでいる。

一態様において、プロセス温度コントローラ３０６は、１つ又は複数のディスクリートセンサからのデータに基づき、ヒータ２０２の熱性能を制御するように構成される。ディスクリートセンサは、ヒータ２０２に設けられた温度センサ３１０のように、熱システム３００全体に設けられ得る。熱性能は、抵抗発熱体２０６及び／又は負荷２１０の温度、ヒータ２０２の熱プロファイル、及び／又はヒータ２０２の冷却速度及び／又は加熱速度を制御することを含み得るが、これに限定されない。一態様において、プロセス温度コントローラ３０６は、温度センサ３１０を含むディスクリートセンサからのデータを使用して、ヒータ２０２及び／又は負荷２１０の温度を決定する比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラである。制御ループの状態及び制御パラメータに応じて、プロセス温度コントローラ３０６は、制御信号（例えば、０～１０Ｖ、０～２０ｍＡ、スイッチドＤＣ、オープンコレクタなど）を出力し、この信号はＴＷＣ３０４に供給される。ＴＷＣ３０４は、制御信号を電源スイッチ３０８に転送し、温度制限装置３０２を介して供給される供給電圧（すなわち、電源１１０からの電力）上の制御信号を変調する。

ＴＷＣ３０４は、ＴＷＣ１１２と同様に動作して、熱システム３００の温度を測定するように構成されている。ＴＷＣ３０４は、熱システムの温度が温度設定値よりも高いことに応答して、ヒータ２０２への電力をオフにするために、プロセスコントローラからの制御信号の代わりに、電源スイッチに電力制御信号を提供するように構成される。

温度制限装置３０２は、電源スイッチを有する熱システムと適応可能である。具体的には、温度制限装置３０２は、プロセス温度コントローラ３０６によって実行されている制御ループに干渉しない。しかし、温度設定値を超えた場合、温度制限装置３０２は、ヒータ２０２、ひいては抵抗発熱体２０６への電力をオフにし、それによって高限界コントローラとして機能する。

図３の熱システム３００において、温度制限装置３０２は別個のコンポーネントであり、したがって、閉ループ制御を実行する既存のプロセス温度コントローラ３０６をアップグレードするために使用することができる。温度制限装置３０２が別個のコンポーネントであることにより、プロセス温度コントローラ３０６とＴＷＣ３０４との間の制御信号は互換性があるべきであり、電源スイッチ３０８は、抵抗発熱体２０６から導出される電圧－電流要件と互換性があるべきである。

温度制限装置１０２と同様に、温度制限装置３０２は、抵抗発熱体（単数又は複数）２０６の温度を直接測定し、したがって、ディスクリートセンサを有するシステムと比較して、温度制限装置３０２の応答時間を増加させる。さらに、温度制限装置３０２は、厳しい状態／故障（例えば、火災）を抑制するための安全関連装置として使用される。温度制限モードに加えて、温度制限装置３０２は、上述したように、較正モード及び／又は診断モードを含むように構成されてもよい。

一変形例において、温度制限装置３０２及び別個の電源スイッチ３０８の代わりに、熱システム３００は、上述の温度制限装置１０２を含んでもよい。別の変形例において、熱システム３００は、二次安全機構を提供するためのＴＣＯデバイス２０４及びセンサデバイス２０８を含まなくてもよい。さらに別の変形例において、図１及び図２の熱システム１００及び２００は、それぞれ、温度制限装置３０２及び別の電源スイッチ３０８を含んでもよい。そのような構成において、ＴＷＣ３０４は、電源スイッチ３０８に電源制御信号を送信して、ヒータ２０２への電力を活性化又は非活性化する。さらに、ＴＷＣ３０４は、ＴＷＣ１１２に関して上述した温度制御スキームを含んでもよい。

一態様において、電源スイッチは、ヒータと一体化していてもよい。より具体的には、図４を参照すると、点線で表すように、１つ又は複数の抵抗発熱体（図示せず）を含むインラインヒータ４００が、ヒータ４００を流れる流体を加熱するように構成されている。電源スイッチ（ＰＳ）４０２は、インラインヒータ４００に配置され、インラインヒータ４００内を流れる流体に熱を伝達するためにインラインヒータ４００と一体化されている。ＴＣＯ装置のためのセンサ装置４０４がインラインヒータ４００に設けられている。

一態様において、電源スイッチ４０２は、インラインヒータ４００の入口金具に設けられている。流体の流れは、電源スイッチ４０２を冷却し、したがって、追加のヒートシンクの必要性を低減する。すなわち、電源スイッチ４０２の熱損失は、電源スイッチ４０２を冷却するだけではなく、インラインヒータ４００を通る流体を予熱するために取り入れられる。

一態様において、熱システム３００の一部としてヒータ４００及び電源スイッチ４０２を使用する際に、プロセス温度コントローラ３０６は、ヒータ４００の流路に沿って及び／又は出口に配置された温度センサ３１０などのディスクリートセンサを使用して、インラインヒータ４００を流れる流体（液体又は気体）の温度を測定する。制御ループの状態及び制御パラメータに応じて、プロセス温度コントローラ３０６は、ＴＷＣ３０４に提供される制御信号（例えば、０～１０Ｖ、０～２０ｍＡ、スイッチドＤＣ、オープンコレクタなど）を出力する。ＴＷＣ３０４は、熱システム３００の温度を監視し、温度限界設定値を超えていなければ、ＴＷＣ３０４は、制御信号を電源スイッチ４０２に転送し、電源スイッチ４０２は、供給電圧上のこの信号を変調する。

一態様において、本開示の温度制限装置は、プロセスコントローラ及び電源スイッチがユニットとして提供され、温度制限装置は、ヒータへの電力線に電気的に結合され、電源スイッチと並列に配置される熱システムでの使用に適応可能である。より具体的には、図５は、プロセスコントローラ５０４及び電源スイッチ５０６によって形成された第１ユニット５０２と、２線式ヒータ１０４、抵抗発熱体１０６、及びディスクリートセンサ５０８によって形成された第２ユニット５０７と、温度制限装置５１２によって形成された第３ユニット５１０とを含む熱システム５００を示している。第１ユニット５０２、第２ユニット５０７、及び第３ユニット５１０は、概して点線で識別される。

プロセスコントローラ５０４は、ディスクリートセンサ５０８などのディスクリートセンサからのデータに基づき制御信号を決定するために、プロセス温度コントローラ３０６と同様の方法で構成される。プロセス温度コントローラ３０６とは異なり、プロセスコントローラ５０４は、温度制限装置５１２によって操作可能なスイッチ５１４を介して、制御信号を電源スイッチ５０６に送信する。一態様において、スイッチ５１４は、通常は閉状態になるように構成されたトランジスタ又はリレーであり、温度制限装置５１２によって動作可能であり、プロセスコントローラ５０４と電源スイッチ５０６とを切り離して制御信号の送信を阻止する。

より具体的には、温度制限装置５１２は、２線式ヒータ１０４に供給される電力線に電気的に結合され、２線式ヒータ１０４の電気特性を測定するＴＷＣ５１６を含む。ＴＷＣ５１６は、熱システム５００の温度に基づき２線式ヒータ１０４への電力をオフにする温度制限装置として構成されている。例えば、熱システム５００の温度が温度制限設定値を超えると、ＴＷＣ５１６は、スイッチ信号（例えば、５Ｖ）を介してスイッチ５１４を動作させ、電源スイッチ５０６への制御信号の送信を阻止する。

一変形例において、スイッチ５１４の代わりに、ＴＷＣ５１６は、プロセスコントローラ５０４に通信可能に結合され、熱システム５００の温度が温度制限設定値を超えていること、及び２線式ヒータ１０４への電力を停止することをプロセスコントローラ５０４に通知する。別の変形例では、温度制限装置５１２を２線式ヒータ１０４に備えることができる。したがって、スイッチ５１４へのスイッチ制御信号や、プロセスコントローラ５０４への通知は、既存のシステム構成要素（例えば、第１ユニット５０２）に適合するように構成されている。熱システム５００は、温度制限装置５１２の一部として統合された電源スイッチを必要とせず、したがって、温度制限装置５１２のコスト及び複雑さを低減する。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、温度制限装置の例示的なブロック図が示されている。図６Ａは、ＴＷＣ６０２と、ＴＷＣ６０２によって動作可能な電源スイッチ６０４とを含むモジュラーユニット６０１を含む温度制限装置６００を示している。モジュラーユニット６０１は、熱システムのヒータ（例えば、２線式ヒータ１０４、２０２、又は４００）とのインターフェースに適応可能な構成要素である。一態様において、モジュラーユニット６０１は、ヒータインターフェース６０６、電力インターフェース６０８、及び入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェース６１０を含んでいる。ヒータインターフェース６０６は、２線式ヒータに接続するように構成され、電力インターフェース６０８は、２線式ヒータのための電力及びモジュラーユニット６０１内の電子機器のための電力を受け取るために、電源に接続するように構成される。

ＴＷＣ６０２は、Ｉ／Ｏインターフェース６１０を介して、プロセッサコントローラ（例えば、プロセス温度コントローラ３０６）、１つ又は複数のヒューマン・マシン・インタフェース（ＨＭＩ（ｓ））などの外部デバイスと通信するように構成される。ＨＭＩは、ユーザがＴＷＣ６０２と通信することを可能にし、キーボード、コンピューティングデバイス（例えば、ラップトップ、タブレット、スマートフォンなど）、マウス、及び／又はディスプレイを含むことができるが、これらに限定されない。ＨＭＩ（複数可）によって、ユーザは、例えば、温度制限装置６００の動作モード（例えば、温度制御モード又は温度制限器モード）を選択し、ヒータ情報を提供し、及び／又はヒータ情報の較正などの他のタスクを実行することができる。ＴＷＣ６０２は、熱システムのＨＭＩ（複数）及び／又はプロセスコントローラと通信する必要がないことを容易に理解すべきである。さらに、外部装置との通信が必要でない場合、モジュラーユニット６０１は、Ｉ／Ｏインターフェース６１０を含まなくてもよい。

一態様において、ＴＷＣ６０２は、マイクロプロセッサ６１２と、マイクロプロセッサ６１２によって実行可能なソフトウェアプログラム（すなわち、コンピュータ読み取り可能命令）を格納するメモリ６１４と、上述したように、熱システムの温度及び／又はヒータの性能特性を決定するために使用されるヒータ情報６１８を格納するデータベース６１６とを含むように構成される。メモリ６１４は、ＴＷＣ６０２を温度制御モードで動作させるための温度（temp.）制御プロセス６２０Ａと、ＴＷＣ６０２を温度制限モードで動作させるための温度制限プロセス６２０Ｂと、ＴＷＣ６０２を較正モードで動作させるための較正プロセス６２０Ｃと、ＴＷＣ６０２を診断モードで動作させるための診断プロセス６２０Ｄとを含む。ＴＷＣ６０２は、プロセス６２０Ａ～６２０Ｄの全てを含む必要はなく、本明細書に記載されたプロセスの１つ以上を含むようにカスタマイズ可能であることを容易に理解すべきである。

ＴＷＣ６０２はさらに、ヒータインターフェース６０６を介してヒータに電気的に結合され、ヒータの電気的特性、より詳細には抵抗発熱体の電気的特性を測定するセンサ回路６２０を含む。一態様において、ヒータがＲ－Ｔヒータである場合、センサ回路６２０は、抵抗発熱体に印加される電流及び電圧を測定するための電流センサ及び／又は電圧センサを含んでもよい。ヒータがＴＳＰＰ－ヒータである場合、センサ回路６２０は、温度感知ジャンクションにおける電圧の変化を測定するための電圧センサを含んでもよい。したがって、センサ回路は、２線式ヒータに基づき様々な適切な方法で構成されてもよい。

温度制限装置６００は、ＴＷＣ６０２からの信号に基づき、ヒータへの電力を制御する統合された電源スイッチ６０４を含んでいる。一態様において、電源スイッチ６０４は、ヒータインターフェース６０６と電力インターフェース６０８との間に配置される。温度制限装置１０２は、温度制限装置６００として構成されてもよい。

図６Ｂは、ＴＷＣ６５４、Ｉ／Ｏインターフェース６１０、ヒータインターフェース６０６、及び電力インターフェース６０８を含むモジュラーユニット６５２を含む温度制限装置６５０を示す。ここでは、温度制限装置６５０は、外部のスイッチ（例えば、電源スイッチ３０８、電源スイッチ４０２、スイッチ５１４）を介して、ヒータへの電力を制御する。一態様において、ＴＷＣ６５４は、Ｉ／Ｏインターフェース６１０の一部、又はヒータインターフェース６０６及び電力インターフェース６０８と同様の個別のインターフェースとすることができる電源スイッチインターフェースを介して、外部スイッチと通信するように構成される。したがって、ＴＷＣ６５４は、プロセスコントローラと外部電源スイッチ（例えば、図５の熱システム５００）及び／又は外部電源スイッチ（例えば、図３の熱システム３００又は熱システム３００と図４の電源スイッチ４０２との組み合わせ）との間の通信を制御するためのスイッチとも通信することができる。このように、温度制限装置３０２及び５１２は、温度制限装置６５０として構成されてもよい。

ヒータが独立して制御される複数の加熱素子を含む場合、モジュラーユニット６０１、６５２は、本明細書に記載された動作を実行するための複数のヒータインターフェース６０６、電源スイッチ６０４、及びセンサ回路６２０を含んでもよい。さらに、温度制限モードの間、ＴＷＣ６０２、６５４は、全ての発熱体への電力をオフにするか、又はそれぞれの閾値を超える発熱体だけへの電力をオフにするように構成されてもよい。特定の構成要素が提供されているが、モジュラーユニット６０１及び６５２は、新規及び既存の熱システムに設置可能な適応型デバイスを提供するための他の構成要素を含んでもよい。例えば、モジュラーユニット６０１は、１つ又は複数のハウジング、配線、及び／又は回路などを含んでもよい。一態様において、モジュラーユニット６０１及び６５２は、モジュラーユニット内の電子部品のための電源から電力を低減するための電力回路を含んでもよい。

上で提供したように、ヒータ１０４、２０２、４００は、電力を供給し、ヒータの温度を測定するための温度感知パワーピンを有してもよい。例えば、図７を参照すると、ヒータは、２つの端部７０４、７０６を有する抵抗発熱体７０２を含むカートリッジヒータ７００であってもよい。一態様において、抵抗発熱体７０２は、例示的にニクロム材料などの金属線の形態であり、シース７０９によって囲まれた非導電性部分（又はコア７０８）の周りに巻かれているか、又は配置されている。コア７０８は、近位端７１０及び遠位端７１２を規定し、さらに、少なくとも近位端７１０を通って延びる第１及び第２開口部７１４及び７１６を規定する。

カートリッジヒータ７００は、第１導電材料で作られた第１電源ピン７１８と、第１電源ピン７１８の第１導電材料とは異種の（すなわち、第１及び第２導電材料は異なるゼーベック係数を有する）第２導電材料で作られた第２電源ピン７２０とをさらに備える。さらに、抵抗発熱体７０２は、第１及び第２電源ピン７１８、７２０の第１及び第２導電材料とは異なる材料で作られており、端部７０４で第１電源ピン７１８との第１接合部７２２を形成し、その他端部７０６で第２電源ピン７２０との第２接合部７２４を形成する。抵抗発熱体７０２は、第１接合部７２２では第１電源ピン７１８とは異なる材料であり、第２接合部７２４では第２電源ピン７２０とは異なる材料であるため（すなわち、第１及び第２導電材料は抵抗発熱体とは異なるゼーベック係数を有する）、熱電対接合が効果的に形成される。したがって、第１及び第２接合部７２２、７２４における電圧の変化が検出され、別個／個別の温度センサを使用することなく、カートリッジヒータ７００の平均温度が決定される。

温度感知パワーピンに関する追加の詳細は、２０１５年５月２９日に出願され、“RESISTIVE HEATER WITH TEMPERATURE SENSING POWER PINS”と題された米国シリアル番号１４／７２５，５３７と、２０１８年４月１１日に出願され、“RESISTIVE HEATER WITH TEMPERATURE SENSING POWER PINS AND AUXILIARY SENSING JUNCTION”と題された米国シリアル番号１５／９５０，３５８と、を有する出願人の共同係属中の出願に記載されている。これらの出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれており、抵抗発熱体の温度を測定するための熱電対感知ピンとして機能するパワーピンに接続された１つ以上の抵抗発熱体を有するヒータを開示している。したがって、ＴＳＰＰヒータの場合、温度制限装置１０２、３０２、５１２のＴＷＣ１１２、３０４、５１６は、ヒータの抵抗発熱体とパワーピンによって形成される接合部の電圧（ｍＶ）の変化を測定し、抵抗発熱体の平均温度を計算するように構成されている。例えば、ルックアップテーブル及び／又は予め定義されたアルゴリズムを使用して、ＴＷＣ１１２、３０４、５１６は、熱カップル変換（ｍＶ ｔｏ Ｔｅｍｐ．）、及び／又は冷接点補償を実行して、発熱体の温度を決定してもよい。温度が閾値を超えた場合、ＴＷＣ１１２、３０４、５１６は、本明細書に記載された様々な方法を用いて、発熱体への電力をオフにすることができる。温度感知パワーピンは、流体ラインヒーター（複数可）、流体浸漬ヒータ（複数可）、又は他の適切なヒータなどの他のヒータで使用されてもよく、カートリッジヒータに限定されるべきではない。

本開示のプロセスコントローラは、ＰＩＤコントローラとして説明されているが、コントローラは、モデルベースコントローラ、オープンループコントローラなどの他の適切なコントローラとして構成されてもよい。モデルベースコントローラとして構成される場合、プロセスコントローラは、電力、レート制御、熱プロファイル、ヒータ－負荷相関を用いたブースト制御、及び他の適切なパラメータなどで、これらに限定されない様々なパラメータに基づき、ヒータの動作を制御する。

本開示の説明は、本質的に単なる例示的なものであり、したがって、本開示の実質から逸脱しない変形は、本開示の範囲内であることが意図される。そのような変形は、本開示の精神及び範囲から逸脱するものとはみなされない。

本明細書では、特に明示しない限り、機械的／熱的特性、組成割合、寸法及び／又は公差、又はその他の特性を示す全ての数値は、本開示の範囲を説明する際に、「約」又は「およそ」という言葉で変形されたものとして理解される。この変形は、産業上の慣習、製造技術、及び試験能力を含む様々な理由から望まれる。

本明細書で使用されるように、Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つというフレーズは、非排他的な論理的ＯＲを使用して、論理的（Ａ ＯＲ Ｂ ＯＲ Ｃ）を意味するように解釈されるべきであり、“Ａのうちの少なくとも１つ、Ｂのうちの少なくとも１つ、及びＣのうちの少なくとも１つ”を意味するように解釈されるべきではない。

図において、矢印の方向は、矢尻によって示されるように、一般的に、図解の関心事である情報（データ又は命令など）の流れを示している。例えば、要素Ａと要素Ｂが様々な情報を交換するが、要素Ａから要素Ｂに送信される情報が図に関連する場合、矢印は要素Ａから要素Ｂを指してもよい。この一方向矢印は、要素Ｂから要素Ａに他の情報が送信されないことを意味するものではない。さらに、要素Ａから要素Ｂに送信される情報について、要素Ｂはその情報の要求又は受信確認を要素Ａに送信してもよい。

本願では、「コントローラ」という用語を「回路」という用語に置き換えてもよい。コントローラは、その一部であってもよいし、以下のものを含んでもよい。ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、デジタル、アナログ、又はアナログ／デジタル混在のディスクリート回路、デジタル、アナログ、又はアナログ／デジタル混在の集積回路、組合せ論理回路、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、コードを実行するプロセッサ回路（共有、専用、又はグループ）、プロセッサ回路によって実行されたコードを格納するメモリ回路（共有、専用、又はグループ）、記載された機能を提供する他の適切なハードウェアコンポーネント、又はシステムオンチップのような上記のいくつか又は全ての組み合わせ。

コードという用語は、ソフトウェア、ファームウェア、及び／又はマイクロコードを含み、プログラム、ルーチン、関数、クラス、データ構造、及び／又はオブジェクトを指すことがある。メモリ回路という用語は、コンピュータ読み取り可能媒体という用語のサブセットである。本明細書で使用されるコンピュータ読み取り可能媒体という用語は、（搬送波上などの）媒体を伝搬する一過性の電気信号又は電磁信号を包含せず、したがって、コンピュータ読み取り可能媒体という用語は、有形かつ非一過性のものと考えられる。

Claims (15)

1. 熱システムのための温度制限装置であって、
   モジュラーユニットは、
   前記熱システムの２線式ヒータに接続するように構成されたヒータインターフェースと、
   電力を受けるため電源に接続するように構成された電力インターフェースと、
   センサ回路を含むコントローラと、を具備し、
   前記センサ回路は、前記２線式ヒータの電気的特性を測定するように構成されており、前記電気的特性は、電圧、電流、又はそれらの組み合わせを含み、
   前記コントローラは、前記測定された電気的特性に基づき前記熱システムの温度を計算し、前記温度が温度設定値よりも高いかどうかを判断するように構成されている温度制限装置。
2. 前記モジュラーユニットは、前記熱システムの電源スイッチに接続するための電源スイッチインターフェースをさらに備え、
   前記コントローラは、前記熱システムの温度が前記温度設定値よりも高いことに応答して、前記ヒータへの電力をオフにするように前記電源スイッチを操作するように構成されている、請求項１に記載の温度制限装置。
3. 前記モジュラーユニットは、前記電力インターフェースと前記ヒータインターフェースとの間に電気的に結合され、前記ヒータへの電力を制御するため、前記コントローラによって動作可能な電源スイッチをさらに備える請求項１に記載の温度制限装置。
4. 前記コントローラは、前記熱システムの温度が前記温度設定値よりも高いことに応答して、前記電源スイッチを介して前記ヒータへの電力をオフにするように構成されている請求項３に記載の温度制限装置。
5. 前記コントローラは、前記２線式ヒータの温度値と前記２線式ヒータの性能特性の測定値とを関連付ける予め定義されたヒータ情報を記憶しており、前記コントローラは、前記測定された電気特性に基づき性能特性を決定するように構成され、
   前記コントローラは、前記決定された性能特性と前記予め定義されたヒータ情報に基づき、前記熱システムの温度として、前記２線式ヒータの温度、前記２線式ヒータで加熱される負荷の温度、又はそれらの組み合わせを決定するように構成されている請求項１に記載の温度制限装置。
6. 前記２線式ヒータは、抵抗の温度係数が変化し、前記性能特性は、ある温度における前記ヒータの抵抗値である請求項５に記載の温度制限装置。
7. 前記ヒータインターフェースは、前記ヒータでの温度感知ジャンクションを規定する温度感知パワーピンを介して前記２線式ヒータに接続され、前記センサ回路は、前記温度感知ジャンクションでの電圧を測定し、前記性能特性は、前記温度感知ジャンクションでの電圧の変化である請求項５に記載の温度制限装置。
8. 前記コントローラは、前記熱システムの温度として、前記２線式ヒータの温度、前記２線式ヒータによって加熱される負荷の温度、又はそれらの組み合わせを計算するように構成される請求項１に記載の温度制限装置。
9. 熱システムであって、
   ２つの端子を含む２線式ヒータと、
   １つ又は複数のディスクリートセンサからのデータに基づき前記２線式ヒータの熱性能を制御するように構成されたプロセスコントローラと、
   前記プロセスコントローラからの制御信号に基づき前記２線式ヒータに電力を供給するように動作可能な電源スイッチと、
   前記プロセスとは別の温度制限装置とを具備し、
   モジュラーユニットは、
   前記熱システムの２線式ヒータに接続するように構成されたヒータインターフェースと、
   電力を受けるため電源に接続されるように構成された電力インターフェースと、
   センサ回路を含むコントローラと、を具備し、
   前記センサ回路は、前記２線式ヒータの電気的特性を測定するように構成され、前記電気的特性は、電圧、電流、又はそれらの組み合わせを含み、
   前記コントローラは、前記測定された電気的特性に基づき前記熱システムの温度を計算し、前記温度が温度設定値よりも高いかどうかを判断するように構成され、
   前記コントローラは、前記熱システムの前記温度が前記温度設定値よりも高いことに応答して、前記ヒータへの電力をオフにするように前記電源スイッチを操作するように構成されている、
   前記温度制限装置を具備する熱システム。
10. 前記温度制限装置の前記コントローラは、前記２線式ヒータの温度値と前記２線式ヒータの性能特性の測定値とを関連付ける予め定義されたヒータ情報を記憶し、前記コントローラは、前記測定された電気特性に基づき性能特性を決定するように構成され、
    前記コントローラは、前記決定された性能特性と前記予め定義されたヒータ情報とに基づき、前記熱システムの温度として、前記２線式ヒータの温度、前記２線式ヒータによって加熱される負荷の温度、又はそれらの組み合わせを決定するように構成されている請求項９に記載の熱システム。
11. 前記２線式ヒータは、抵抗の温度係数が変化し、前記性能特性は、前記２線式ヒータの温度における抵抗値である請求項１０に記載の熱システム。
12. 前記２線式ヒータの２つの端子は、温度検知ジャンクションを定義する温度検知パワーピンを含み、
    前記センサ回路は、前記温度検知ジャンクションでの電圧を測定するように構成され、前記性能特性は、前記温度検知ジャンクションでの電圧の変化である請求項１０に記載の熱システム。
13. 前記温度制限装置は、前記電源スイッチと並列に配置され、前記ヒータの電気的特性を検出する請求項９に記載の熱システム。
14. 前記モジュラーユニットは、前記電源スイッチを含む請求項９に記載の熱システム。
15. 前記２線式ヒータは、その中に流れる流体を加熱するインラインヒータであり、
    前記電源スイッチは、前記インラインヒータに配置され、前記インラインヒータ内を流れる前記流体に熱を伝達するために前記インラインヒータと一体化されており、
    前記温度制限装置は、前記２線式ヒータ及び前記電源スイッチとは別に配置され、前記モジュラーユニットは、前記電源スイッチに接続するための電源スイッチインターフェースを含む請求項９に記載の熱システム。

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