KR100899611B1 - 복수 개의 가열 요소들을 구비하는 다단 전기 히터의 작동 방법 - Google Patents

복수 개의 가열 요소들을 구비하는 다단 전기 히터의 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본원에는 복수 개의 가열 요소들을 구비한 다단 전기 히터를 작동시키는 방법이 개시되어 있다. 종래의 다단 전기 히터들에서는, 개별 가열 요소들의 저항값이 분산되어 있다. 분산된 저항 값들에도 불구하고, 개별 가열 요소들이 동일한 출력, 특히 필요한 공칭 전력을 방출시키기 위하여, 개별 가열 요소들에 걸리는 전압은, 개별 가열 요소들의 최대 전기 저항을 기반으로 하여, 필요한 공칭 전력까지 개별적으로 조절되는데, 개별 가열 요소들의 최대 전기 저항에서는 전체적으로 인가된 작동 전압으로 개별 가열 요소들의 작동에 필요한 공칭 전력이 생성된다.

Description

복수 개의 가열 요소들을 구비하는 다단 전기 히터의 작동 방법{A method for operating a multi-stage electrical heater comprised of several heating elements}
본 발명은 복수 개의 가열 요소들을 구비하는 다단 전기 히터를 작동시키는 방법에 관한 것이다.
다단 전기 히터, 예를 들면 정(+) 저항 온도 계수(positive resistance temperature coefficient; PTC)를 가진 히터는 복수 개의 개별 요소들로 구성되며, 이러한 개별 요소들은 종종 가열 로드(heating rod)들로서 지칭되고, 그리고 전기적으로 병렬 연결된다. 각각의 가열 요소는 또한 복수 개의 서브 요소들, 즉, 개별 PTC 블록으로 구성될 수 있다.
각각의 개별 가열 요소는 스위치, 예를 들면 전자 스위치를 통해 동작되거나 또는 동작 해제될 수 있다. 가열 요소에서 소비되는 전력(PH), 즉 방출되는 열출력(thermal power)과 동등한 공급 전력은 미리 설정된 작동 전압(UB)의 동작점에서의 가열 요소의 전기 저항(RH)에 의존한다.
PH=(UB)2/RH
그러나, 가열 요소들의 전기 저항(RH)은 제조 공정에 기인하여 변동이 심하다. 그 결과로, 가열 요소들에 의해 방출되는 각각의 출력도 마찬가지로 분산된다. 예를 들면, 설정된 동작점에서 특정 전력을 갖게 하는 공기 조화 시스템 제조업자들의 요구를 충족시키기 위하여, 추가적인 수단들, 예를 들면, 보상 또는 분류가 동작점에 필요한 개별 가열 요소들의 전기 저항(RH)을 유지하는데 필요하다.
복수 개의 가열 요소들로 구성된 히터는 특정의 전체적인 출력에 대한 요구를 충족시킬 수 있지만, 개별 가열 요소들의 열 출력은 변화될 수 있다. 열 출력이 보다 넓은 표면에 걸쳐 전반적으로 방출되기 때문에, 히터의 외부로 흐르는 공기 의 온도층이 형성된다. 가열된 공기에는 방출 표면에 걸쳐서 현저한 온도차가 생긴다. 이것은 예를 들면 가열 또는 공기 조화 시스템에서 바람직스럽지 않은데, 이는 가열된 공간, 예를 들면 차량 내에서의 온도 제어가 불규칙하게 되기 때문이다. 따라서, 히터의 모든 개별 가열 요소들은 같은 전력을 소비하거나 방출하여야만 한다.
본 발명의 목적은 개별 가열 요소들이 다양한 저항 값들을 가질지라도 모든 가열 요소들이 같은 전력을 소비하거나, 변환시키거나, 또는 방출하는 것을 보장하는 서두에 언급된 종류의 방법을 제공하는 것이다.
상기의 목적은, 본 발명에 의하면, 개별 가열 요소들의 최대 전기 저항을 기반으로 하여, 개별 가열 요소들에 걸리는 전압이 필요한 공칭 전력까지 개별적으로 조절됨으로써 달성되는데, 개별 가열 요소들의 최대 전기 저항에서는 전체적으로 인가된 동작 전압으로 개별 가열 요소들이 작동에 필요한 공칭 전력이 생성된다.
이하, 본 발명에 따른 방법을 특히 바람직한 구현예에 기초하여 상세하게 설명하기로 한다.
다단 전기 히터에서, 결과적으로는 각각의 가열 요소에서 소비되고 변환되는 전력은 전력 소비를 조절함으로써 미리 설정된 값(PHset)에서 유지된다. n-단 히터에서는, 각각의 가열 요소가 미리 설정된 값(PHset/n)에서 유지된다. 이러한 미리 설정된 값은 가변적일 수 있으며, 따라서 히터에 의해서 방출된 출력이 설정될 수 있다.
각각의 개별 가열 요소는 개별적으로 조절되며, 그에 의해서 개별 가열 요소들의 치수 마춤(dimensioning)을 실질적으로 단순화시킨다. 개별 가열 요소들의 전기 저항(RH)의 변동 또는 분산이 값(RHmax)을 초과하지 않는 것을 보장할 필요가 있다. 이와 같이 가정된 최대 저항값에서, 전체 작동 전압(UB)이 인가되는 경우에 가열 요소는 동작점에서 필요한 공칭 전력(nominal power)에 도달한다.
PK = (UB)2 /RHmax
개별 가열 요소의 저항(RH)이 값(RHmax)보다 작은 경우에, 가열 요소에 걸린 전압, 결과적으로는 가열 요소의 전력 소비는 예를 들면 작동 전압(operating voltage)을 사이클링시킴으로써, 특히 펄스 폭 변조를 통해서 필요한 값(Pk)까지 감소된다. 가열 요소의 전력 소비는 인가된 전압 및, 흡수된 전류를 측정함으로써 결정된다.
이러한 방식으로 개별 가열 요소들을 필요한 공칭 전력으로 조절하는 다른 장점은 가열 요소들의 저항(RH)의 변동이 보상될 수 있을 뿐만 아니라, 작동 전압(UB)이 최소값(UBmin) 아래로 강하하지 않는 한, 작동 전압(UB)에서의 변동도 조절될 수 있다는 점이다. 다음은 여기에 적용된다.
UBmin = (PH * RH)1/2
본 발명에 따른 방법의 장점은, 가열 요소들의 저항에서의 변동 또는 분산에도 불구하고, 동작점에서 요구되는 공칭 전력이 유지될 수 있으며, 공기의 배출 흐름이 어디에서나 동일한 온도를 가지고, 즉, 온도층이 형성되지 않으며, 가열 요소들을 자신들의 전기 저항과 관련하여 분류하는 비용이 실질적으로 감소되어, 그것이 불량품을 감소시키거나 또는 심지어는 없게 한다는 점이다. 변동의 범위에 따라서, 분류는 완전히 생략될 수도 있다. 분류된 개별 가열 요소들은 다른 공칭 전력을 갖는 히터에 사용될 수 있다.

Claims (2)

  1. 복수 개의 가열 요소들을 구비한 다단 전기 히터를 작동하는 방법으로서, 각각의 가열 요소의 작동 전압이 전체적인 작동 전압 범위에서 개별적으로 조절가능한 다단 전기 히터의 작동 방법에 있어서,
    개별 가열 요소들의 최대 전기 저항에 대하여 개별 가열 요소들의 작동에 필요한 전체적인 작동 전압을 먼저 인가하는 단계; 및
    상기 히터에 필요한 전력 범위가 초과되는 개별 가열 요소들 각각에 대한 전압을, 개별 가열 요소들 각각의 실제 저항에 기초하여 상기 히터에 필요한 공칭 전력까지 개별적으로 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다단 전기 히터의 작동 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가열 요소들이 개별적으로 조절가능한 범위의 상한값이 상기 개별 가열 요소들의 최대 전기 저항값인 것을 특징으로 하는 다단 전기 히터의 작동 방법.
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