KR20200040666A - 가열 장치 및 가열 장치에서의 온도 검출을 위한 방법 - Google Patents

가열 장치 및 가열 장치에서의 온도 검출을 위한 방법 Download PDF

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콘라트 쇠네만
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에.게.오. 에렉트로-게래테바우 게엠베하
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Abstract

가열 장치는, 전기 전도성 지지체, 가열 전도체 및 지지체 상의 유전체 재료로 구성된 센서 층을 갖고, 센서 층은 가열 전도체 상방 또는 하방에 배열되고 상기 가열 전도체로부터 전기 절연되고 또한 온도-의존적 전기 전도율을 갖는다. 상기 센서 층의 전기 임피던스는 온도에 의존하여 변화한다. 지지체에서의 온도 검출을 위한 작동 디바이스 및 평가 디바이스가 제공되고, 작동 디바이스는 교류 전류를 가진 작동 신호를 생성하고, 평가 디바이스는 온도에 의존하여 센서 층에서의 작동 신호의 변화를 검출한다. 변압기는 1 차 측 및 2 차 측을 갖고, 1 차 측은 작동 디바이스에 및 평가 디바이스에 연결된다. 2 차 측은 제 1 커넥션 및 제 2 커넥션을 갖고, 제 1 커넥션 및 제 2 커넥션은 가열 전도체에, 전기 전도성 센서 전극에 또는 지지체에 연결되고, 2 개의 커넥션들은 센서 층의 양 측에 연결된다.

Description

가열 장치 및 가열 장치에서의 온도 검출을 위한 방법{Heating apparatus and method for temperature detection at a heating apparatus}
본 발명은, 지지체에 인접하는 매체, 특히 물을 가열하기 위한 지지체를 포함하는 가열 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 이러한 가열 장치에서의 온도 검출을 위한 방법에 관한 것이다.
이런 종류의 가열 장치들은 US 2017/086257 A1 및 DE 10 2013 200 277 A1 로부터 알려져 있으며, 여기서 상기 가열 장치들에는 온도 센서가 통합되어 있다. 상기 온도 센서는, 특히 표면-영역 온도 모니터링을 가능하게 하도록 의도된다. 온도-의존적 전기 전도율을 갖는, 유전체 재료로 구성된 센서 층이 알려져 있고 이 목적을 위해 제공된다. 상기 센서 층은 실온에서 전기 절연하고 있지만, 온도가 증가함에 따라 소위 누설 전류, 다시 말해서 증가하는 전류가 상기 센서 층을 통해 흐른다. 상기 전류의 크기는 센서 층에서의 및 따라서 또한 지지체에서의 온도를 결정하는데 사용될 수 있다. 다양한 가능성들이 이 목적을 위해 이용가능하며, 여기서 또한 보통 유전체 센서 층이 절연물 (insulation) 로서 기능하는 것이 바람직하다. 이것은 지지체가 금속으로 구성되고 상기 지지체에 인접하는 물이 상기 지지체에 의해 가열되도록 의도될 때 특히 중요하다.
본 발명은, 처음에 언급된 종류의 가열 장치 및 또한 처음에 언급된 종류의 방법을 제공하는 문제에 기초하고, 그것으로, 종래 기술의 가열 장치 및 방법 문제들이 해결될 수 있고, 특히, 간단한 방식으로 그리고 합리적인 비용으로 가열 장치를 생성하고 또한 특히 과도하게 높은 온도의 경우에도, 실질적이고 동작적으로 신뢰가능한 방식으로 상기 가열 장치를 동작 가능하도록 할 수 있다.
이 문제는, 청구항 1 의 특징들을 갖는 가열 장치에 의해, 그리고 또한 청구항 12 의 특징들을 갖는 방법에 의해 해결된다. 본 발명의 유리한 및 바람직한 개선들은 추가의 청구항들의 요지이며 아래에 더 상세히 설명될 것이다. 프로세스에서, 특징들의 일부는 가열 장치에 대해서만 또는 방법에 대해서만 설명될 것이다. 그러나, 이것과 관계없이, 그들은 자율적으로 그리고 서로 독립적으로 가열 장치와 방법 양자 모두에 적용 가능하도록 의도된다. 청구항들의 표현은 명백한 참조에 의해 설명에 통합된다.
가열 장치가 상부 측에서 전기 절연하고 있거나 또는 전기 절연되고 열이 그의 하부 측에서 인접 매체를 가열하는 지지체를 갖는 것이 제공된다. 상기 매체는 유리하게는 액체 또는 물일 수 있다. 상부 측은 지지체 재료 그것 자체 때문에 전기 절연하고 있을 수 있거나, 또는 그것은 금속 등으로 구성된 지지체의 경우에 절연 층을 제공받을 수 있다. 유전체 재료로 구성된 센서 층 및 가열 전도체가 지지체에 적용되고, 여기서 그들이 적용되는 순서는, 센서 층이 가열 전도체 상방 또는 하방에 배열될 수 있고 특히 그의 고유 속성들 때문에 상기 가열 전도체로부터 전기 절연될 수 있도록, 원칙적으로 가변될 수 있다. 더욱이, 센서 층은, 특히 복소 전기 임피던스인, 상기 센서 층의 전기 임피던스가 센서 층에서의 온도 및 따라서 지지체 또는 가열 장치에서의 온도에 의존하여 변화하도록, 온도-의존적 전기 전도율을 갖는다. 더욱이, 지지체에서의 온도 검출을 위한 작동 디바이스 및 평가 디바이스가 제공된다. 작동 디바이스는 유리하게는, 그 자체로 관례적인 방식으로, 교류 전류를 가진 작동 신호를 생성하도록 설계된다. 평가 디바이스는 센서 층에서의 작동 신호의 변화를 검출하도록 설계되고, 여기서 이 변화는 센서 층의 온도 또는 온도-의존적 전기 전도율에 의존한다. 본 발명의 하나의 개선에서, 작동 디바이스 및 평가 디바이스는, 예를 들어 제어기, 마이크로제어기 등과 같은 하나의 제어 모듈에 공동으로 제공될 수 있다. 그러나, 꼭 이럴 필요는 없다; 그들은 또한 분리될 수 있다.
본 발명에 따르면, 가열 장치는 1 차 측 및 2 차 측을 갖는 변압기를 갖는다. 이 경우에, 1 차 측은 작동 디바이스에 그리고 또한 평가 디바이스에 연결된다. 2 차 측은 제 1 커넥션 및 제 2 커넥션을 갖는다. 이들 커넥션들은 가열 전도체에, 적어도 하나의 전기 전도성 센서 전극에 또는 지지체에 상이한 방식으로 연결되고, 각각의 경우에 커넥션들 중 하나는 상기 컴포넌트들 중 하나에 연결될 수 있지만, 2 개의 커넥션들은 임의의 환경들 하에서 서로 연결되지 않는다. 2 개의 커넥션들 중 하나가 지지체에 연결되면, 그것은 따라서 또한 전기 전도성이어야 하거나 또는 전기 전도성 재료로 이루어지거나 또는 적어도 전기 전도성 재료로 코팅되어야 하고, 예를 들어, 강철로 이루어져야 한다. 2 개의 커넥션들이 센서 층의 양 측에 연결되거나 또는 센서 층이 그들 사이에, 바람직하게는 정확히 그들 사이에 위치하여, 2 개의 커넥션들이 연결되는 전기 전도성 컴포넌트들이 센서 층에 대해 직접 지탱되고 원한다면 상기 센서 층과 전기 접촉하는 것이 중요하다.
적어도 하나의 센서 전극은, 종래 기술로부터 그 자체로 알려진 바와 같이, 바람직하게는 시트형 방식으로 또는 적어도 빗형 방식 또는 핑거형 방식으로, 층 구조로 지지체 상에 제공될 수 있다. 2 개의 커넥션들을, 각각의 경우에, 그들 사이에 직접 접촉으로 센서 층을 갖는 2 개의 상이한 센서 전극들 중 하나에 연결하는 것이 또한 가능하다.
따라서, 변압기에 의한 센서 층의 평가 때문에, 본 발명은 가열 장치에 특히 우수한 전기 절연을 제공할 가능성을 제공한다. 이것은, 특히 물이 상기 가열 장치에 의해 가열되도록 의도되는 매체이면, 가열 장치를 보호하는데 매우 유리하다. 층 구조에 대한 유리한 가능성들이 또한 사용될 수 있다.
변압기의 2 차 측에서의 온도-의존적 감쇠가 측정될 수 있으며, 상기 온도-의존적 감쇠는, 상기 지지체의 온도가 변화함에 따라 지지체에서의 센서 층의 임피던스 또는 복소 전기 임피던스가 변화할 때 발생한다. 변압기는, 말하자면 측정될 신호를 단지 디커플링하기만 하면 되기 때문에 비교적 간단한 설계일 수 있다. 상당한 방전 전류가 회로를 통해 흐르지 않고, 그 결과로서 전기 안전이 크게 개선된다. 더욱이, 가열 장치의 층 구조 조차 보다 유연한 방식으로 구성될 수 있다. 센서 층에 의해, 지지체에 대하여 또는 가열 전도체에 대하여, 가능하게는 또한 추가적으로 제공될 앞서 언급한 센서 전극에 대하여 측정이 수행될 수 있다.
추가 이점들은, 동일한 재료가 지지체 상에 제공될 수 있는 베이스 절연물, 및 센서 층에 사용될 수 있다는 것이다. 추가로, 가열 전도체는 상기 지지체로부터 비교적 멀리 떨어진 방식으로 지지체 상에 배열되는 것이 가능하다. 이 경우에, 센서 층, 앞서 언급한 베이스 절연물 및/또는 그것들 바로 아래의 센서 전극은 상기 가열 전도체와 상기 지지체 사이에 제공될 수 있다. 단지 커버링이 그 후 추가로 전기 절연을 위한 층 (그 층은 다른 층들보다 및 특히 가열 전도체보다도 상당히 낮은 온도들로 스토빙될 수 있다) 으로서 가열 전도체에 적용되어야 한다면, 가열 전도체의 스토빙 후 고온에서의 추가의 스토빙 프로세스는 더 이상 필요가 없을 수 있다. 그 결과, 상기 가열 전도체는 가열 전도체 자체에 대한 스토빙 프로세스 후의 추가의 스토빙 프로세스에 의해 더 이상 악영향을 받지 않거나 또는 최소의 범위로만 악영향을 받을 수 있고, 그 결과로서 상기 가열 전도체가 특히 정확히 조정될 수 있다.
본 발명에 따른 가열 장치는 작동 신호를, 교류 신호로서 또는 교류 전류 신호로서, 변압기의 1 차 측에서 2 차 측으로 유도 커플링하는데 사용될 수 있다. 이 2 차 측은, 그의 2 개의 커넥션들을 통해, 센서 층이 상기 2 개의 커넥션들 사이에 위치되는 것과 같은 방식으로 연결된다. 센서 층의 임피던스 (그 임피던스는 유리하게는 소위 복소 임피던스이다) 는, 센서 층에서의 및 따라서 또한 지지체에서의 온도에 의존하여 변화한다. 이 온도-의존적 변화는 변압기의 2 차 측의 온도-의존적 감쇠를 야기하고, 이것은 결국 변압기의 1 차 측에서 알려지고 용이하게 생각할 수 있는 방식으로 검출될 수 있다. 이것은, 단순한 평가로, 상기 1 차 측에 연결되는 평가 디바이스를 사용하여 온도의 또는 적어도 과도한 온도의 척도로서, 검출될 수 있다. 처음에 언급된 종래 기술로부터 알려진 바와 같이, 이 높은 온도는 그 후 또한 지지체 또는 센서 층의 작은 영역에만 적용될 수 있다. 따라서, 처음에 언급된 종래 기술과 비교하여 보다 용이한 이러한 가열 장치에서의 온도 검출 또는 온도 모니터링이 가능하다.
본 발명의 추가의 개선에서, 작동 신호가 1 MHz 미만의 주파수를 갖는 것이 제공될 수 있다. 주파수는 유리하게는 10 kHz 와 200 kHz 사이에 있을 수 있다. 상기 주파수는 특히 유리하게는 20 kHz 또는 25 kHz 와 80 kHz 사이에 있을 수 있고, 이 경우에 상기 주파수는 인간의 귀의 가청 범위보다 실질적으로 또는 전적으로 위에 있다. 따라서, 가능한 잡음들이 회피될 수 있다.
더욱이, 작동 신호는 50 V 보다 낮을 수 있는 비교적 낮은 전압을 가질 수 있다. 상기 전압은 유리하게는 3 V 와 20 V 사이, 특히 유리하게는 5 V 에 있다. 따라서, 보통 전자 회로에 사용되는 용이하게 이용가능한 전압이 사용될 수 있다.
본 발명의 유리한 개선에서, 분압기는 변압기의 1 차 측의 상류의 직렬 저항기와 함께 1 차 측에 형성될 수 있다. 작동 디바이스는, 이 직렬 저항기에, 다시 말해서 1 차 측 및 직렬 저항기의 직렬 커넥션에 의해 연결된다. 평가 디바이스는 결국, 앞서 언급한 온도-의존적 감쇠를 검출하기 위하여 단지 변압기의 1 차 측에 걸친 전압을 검출하기 위하여 1 차 측과 직렬 저항기 사이에 연결된다.
본 발명의 추가의 가능한 개선에서, 센서 층은 적층하여 (one on the other) 형성되는 복수의 부분 센서 층들로 이루어질 수 있다. 이 경우에, 상기 부분 센서 층들은 직접 적층하여 적용되고 각각의 경우에 스토빙된다. 후막 방법들이 이 목적에 특히 적합하다. 부분 센서 층들은 바람직하게는 동일한 표면 영역을 갖고 풀-표면 커버리지 또는 적어도 90% 초과의 커버리지를 제공한다.
센서 층 또는 상기 부분 센서 층들이 유리하게는 가열 전도체가 적용되기 전에 적용되었다면, 상기 센서 층 또는 상기 부분 센서 층들은 또한 상기 가열 전도체가 적용되기 전에 스토빙될 수 있다. 따라서, 특히 상기 센서 층이 적층하여 위치한 복수의 부분 센서 층들로부터 형성되기 때문에 보다 두꺼운 센서 층이 가능하고, 수 회 필요한 스토빙 때문에, 단지 그 후에 적용될 가열 전도체는 악영향을 받지 않을 것이다.
본 발명의 유리한 개선은, 금속 재료, 유리하게는 강철로 구성된 지지체에 직접 적용되는 상기 언급한 유전체 재료로 구성된 시트형 센서 층을 제공한다. 전기 전도성 재료로 구성된 센서 전극은 가능하게는 상기 시트형 센서 층에 적용될 수 있고, 그 센서 전극은 그 후 이 경우 지지체에 대한 센서 층에 의한 측정을 위해 가열 전도체 대신에 사용될 수 있다. 베이스 절연 층은 시트형 센서 층 상방에, 다시 말해서 바로 상기 시트형 센서 층에 또는 앞서 언급한 센서 전극에 적용된다. 상기 베이스 절연 층은 또한 여전히 충분한 전기 절연을 제공하거나 또는 보다 높은 온도 및 심지어 가열 장치의 최대 연속 동작 온도보다 높은 100℃ 내지 300℃ 에서 가능한 한 잘 전기 절연을 제공해야 한다. 가열 전도체는 그 후 이 베이스 절연 층에 적용되고, 그 가열 전도체는 유리하게는 서로 연결되는 복수의 가늘고 긴 섹션들을 가질 수 있다. 가열 전도체의 구성에 관해서는 처음에 언급된 종래 기술을 참조한다. 서로 전기적으로 격리되고 따라서 개별적으로 또는 원하는 대로 작동될 수 있는 복수의 가열 전도체들이 또한 가열 장치 상에 제공될 수 있다. 결국, 시트형 전기 절연 커버링 층은 가열 전도체에 적용되고, 그 커버링 층은 말하자면 맨 위에서 층 구조를 완성시킨다. 이 커버링 층은, 앞서 언급한 베이스 절연 층 처럼, 또한 전기 충격 보호 등으로서 가열 장치의 공칭 동작 온도보다 높은 온도들에서 전기 절연을 제공할 것이다.
검출된 온도 또는 초과되는 특정 온도의 척도로서 신호를 출력 또는 생성하는 평가 디바이스 대신에, 별개의 전자 시스템이 또한 변압기의 1 차 측에 연결될 수 있다. 간단한 개선에서, 상기 별개의 전자 시스템은 특히 유리하게는, 가열 장치에서 과도하게 높은 온도에 대응하는 과도하게 강한 또는 과도하게 약한 감쇠의 이벤트에서, 온도를 다시 감소시키기 위하여 가열 장치를 적어도 부분적으로 스위치 오프하는 릴레이 (relay) 일 수 있다. 처음에 설명된 바와 같이, 온도를 감소시킬 목적으로 일부가 스위치 오프되는, 별도로 작동될 수 있는 가열 전도체들이 이 목적에 유리할 수 있다.
본 발명은, 그 중에서도, 상기 센서 층의 온도가 증가함에 따라 증가하는 센서 층의 전기 전도율에 기초한다. 따라서, 증가하는 전류는 변압기의 2 차 측으로부터, 센서 층을 통해, 가열 전도체로, 지지체로 또는 가능하게는 제공되는 센서 전극으로 흘러갈 수 있다. 이렇게 하여, 더 많은 에너지가 변압기로부터 송신되고, 그 결과로서 1 차 측에 대한 감쇠가 증가한다. 이것은 심지어, 상기 설명된 바와 같이, 매우 간단한 방식으로, 평가 디바이스에 의해, 또는 별개의 전자 시스템에 의해 검출될 수 있다. 상기 별개의 전자 시스템이 간단한 구성의 앞서 언급한 릴레이이면, 릴레이는 특정 포인트에서 시작하여 직접 스위칭될 수 있다. 이렇게 하여, 가열 장치의 가열 출력은 가열 장치에서 위험할 정도로 높은 온도를 감소시키기 위하여 감소 또는 스위치 오프될 수 있다.
이들 및 추가의 특징들은 청구항들로부터 뿐만 아니라 상세한 설명 및 도면들로부터 수집될 수 있고, 여기서 개개의 특징들은 각각의 경우에 본 발명의 실시형태에서 및 다른 분야들에서 서브조합의 형태로 독자적으로 또는 복수로서 실현될 수 있고, 유리하고 그 자체로 보호가능하고 보호가 여기서 주장되는 실시형태들을 구성할 수 있다. 개별의 섹션들 및 부제들로의 애플리케이션의 서브분할은 그들의 일반적인 타당성 면에서 그것들 하에 이루어진 서술들을 제한하지 않는다.
본 발명의 예시적인 실시형태들이 도면들에 예시되고 아래에 더 상세히 설명될 것이다.
도 1 은 온도 모니터링을 위해 변압기에 의해 작동을 하는 본 발명에 따른 가열 장치의 회로 다이어그램을 도시한다.
도 2 는 가열 장치의 지지체 상의 센서 층의 복소 임피던스를 예시하기 위한 기본 회로 다이어그램을 도시한다.
도 3 은 도 1 로부터의 가열 장치의 지지체 상의 층 구조를 도시한다.
도 4 는 도 1 로부터의 가열 장치와 유사하고 도 3 으로부터의 층 구조 및 인터리빙된 방식으로 러닝되는 2 개의 가열 전도체들을 가진 가열 장치의 추가의 개선의 평면도를 도시한다.
도 1 은 본 발명에 따른 가열 장치 (11) 를 예시한다. 지지체 (13) 및 상기 지지체 상의 층 구조를 가진 가열 장치 (11) 의 실제 액티브 부분이 오른쪽 영역에 도시된다. 작동 디바이스 (28) 및 평가 디바이스 (30) 를 가진 상기 설명된 변압기 (32) 가 왼쪽 영역에 예시된다.
직렬 저항기 (RV) 는 변압기 (32) 의 1 차 측 (34) 과 직렬로 연결된다. 평가 디바이스 (30), 유리하게는 제어기 또는 마이크로제어기에 대한 커넥션이 상기 직렬 저항기와 상기 1 차 측 사이에 제공된다. 작동 디바이스 (28) 의 작동 전압 (UA) 은 직렬 저항기 (RV) 및 1 차 측 (34) 을 포함하는 직렬 회로에 걸쳐서 인가된다. 작동 전압 (UA) 은 구형파 (square waveform) 를 가진 교류 신호일 수 있다. 전압은 대략 5 V 일 수 있고, 측정 주파수는 매우 일반적으로는 1 kHz 와 10 MHz 사이에, 유리하게는, 낮은 킬로헤르츠 범위에, 예를 들어, 50 kHz 에 있을 수 있다. 전기-충격 보호는, 낮은 신호 전압에 대응하는 이것만큼 낮은 전압이 주어지면 비교적 문제 없이 제공된다.
말하자면 2 차 측 (35) 에 의해 송신되는 복소 임피던스 (XL) 는, 1 차 측을 위해 예시된다. 복소 임피던스 (XL) 는 온도-의존적인 전기 임피던스와 처음에 언급된 유전체 속성들을 갖는 센서 층 (17) 의 속성들 때문에 발생한다. 이런 종류의 센서 층 (17) 에 관한 추가의 상세들에 관해서는 앞서 언급한 종래 기술을 참조한다. 센서 층 (17) 은 금속 지지체 (13) 의 상부 측 (15) 에 적용된다. 도 3 에 따라 유리하게는 물 (12) 일 수 있는 가열될 매체가 지지체 (13) 의 하부 측 (14) 상에 위치된다. 이하에 설명된 층 구조에 관해서는 도 3 의 확대된 예시를 또한 참조하며, 상기 확대된 예시는 상기 층 구조를 보다 분명히 도시한다.
센서 전극 (19) 은 센서 층 (17) 상에 위치된다. 상기 센서 전극은 시트형 설계일 수 있지만, 그것은 또한, 유리한 것으로 고려되는 것에 의존하여, 빗형 방식으로 또는 가늘고 긴 핑거들로 설계될 수 있다. 센서 전극 (19) 은 변압기 (32) 의 2 차 측 (35) 에 연결되는 그 자신의 콘택 (20) 을 가질 수 있다. 2 차 측 (35) 의 다른 커넥션은 여기서 바로 지지체 (13) 에 패스된다.
베이스 절연물 (21) 이 센서 전극 (19) 에 적용된다. 베이스 절연물 (21) 은 금속 지지체 (13) 로부터의 신뢰가능한 전기 절연이 제공됨을 보장한다. 가열 전도체 (23) 가 이 베이스 절연물 (21) 에 적용된다. 상기 가열 전도체의 구성에 관해서는, 처음에 언급된 종래 기술을 참조하지만, 더욱이 또한 도 4 를 참조한다. 가열 전도체 (23) 는 센서 층 (17) 의 온도 또는 온도-의존적 전도율과 관계없이, 항상 지지체 (13) 로부터 전기 절연되는 것이 중요하다. 이 점에 있어서, 베이스 절연물 (21) 은 매우 두꺼운 설계일 수 있다. 상기 베이스 절연물은 또한, 원하는 속성들을 얻기 위하여 복수의 층들로부터 구성될 수 있다.
가열 전도체 (23) 는 그 후 원하는 형태로, 유리하게는 후막 방법을 사용하여 그리고 종래 기술로부터 알려진 바와 같이, 원칙적으로 임의의 원하는 형태로 베이스 절연물 (21) 에 적용된다. 다층 구조가 또한 여기서 만들어질 수 있다.
가열 전도체 (23) 의 적용 다음에는 추가로 커버링 층 (25) 의 적용이 후속된다. 상기 커버링 층은 상부까지, 그리고 각각 외부까지 전기 절연을 보장한다. 처음에 설명된 바와 같이, 가열 전도체 (23) 가 커버링 층 (25) 의 적용 및 특히 그의 스토빙에 의해 더 이상 실질적으로 악영향을 받지 않음을 보장하기 위하여, 더 낮은 스토빙 온도가 이 목적을 위해 제공되어야 한다. 따라서, 지지체 (13) 에 대한 가열 장치 (11) 의 층 구조에 관한 본 발명의 실질적인 이점은, 가열 전도체 (23) 가 단지 비교적 늦게 그리고 특히 높은 스토빙 온도를 보통 요구하는 층들 다음에만 적용되어야 한다는 것이다.
도 2 는 커패시터 (C) 및 비-리액티브 저항기 (R) 의 직렬 회로들로 이루어지는 센서 층 (17) 의 복소 임피던스를 도시하고, 그 직렬 회로들은 병렬로 연결된다. 이 병렬 회로는 2 차 측 (35), 또는 변압기 (32) 와 지지체 (13) 사이의 공급 라인 (37) 과, 지지체 (13) 자체 사이에 적용된다. 공급 라인 (37) 은 관례적인 라인일 수 있고 비교적 길 수 있다. 따라서, 작동 배열체, 평가 배열체 및 특히 변압기 (32) 를 가진 왼쪽 부분은 지지체 (13) 자체에 너무 가깝지 않아야 한다. 이 경우에, 적어도 비-리액티브 저항기 (R) 는 그의 임피던스 값의 온도 의존성을 보이고, 그 온도 의존성은, 알려진 바와 같이, 온도 검출을 위해 또는 적어도 온도 모니터링을 위해 사용된다.
변압기 (32) 의 2 차 측 (35) 이 센서 전극 (19) 에 그리고 지지체 뿐만 아니라, 오히려 예를 들어, 센서 전극 (19) 대신에 가열 전도체 (23) 에 연결되어야 하거나 또는 연결될 수 있다는 것을 도 1 및 도 3 에서 분명히 알 수 있다. 센서 전극 (19) 은 그 후 더 이상 전혀 요구되지 않는다. 그러나, 이 경우에, 베이스 절연물 (21) 은, 전류가 실제로 상기 베이스 절연물을 통해 흐르지 않을 것이고, 약간의 누설 전류도 흐르지 않을 것이기 때문에 문제가 있을 것이다.
도 4 는 평탄하거나 또는 튜브일 수 있는 가열 장치 (111) 의 평면도를 예시하고, 따라서 도 3 은 이 경우에 있어서의 감겨 있지 않은 지지체를 도시한다. 2 개의 가열 전도체들 (123), 구체적으로는 제 1 가열 전도체 (123a) 및 제 2 가열 전도체 (123b) 는 지지체 (113) 에 적용된다. 제 1 가열 전도체 (123a) 는 부분 가열 회로를 형성하고 제 2 가열 전도체 (123b) 는 부분 가열 회로를 형성한다. 2 개의 가열 전도체들 (123a 및 123b) 은, 그들이 개별적으로 동작될 때 및 그들이 어느 경우든 함께 동작될 때 그들이 궁극적으로 지지체 (113) 의 동일한 영역을 가열하도록, 하나를 다른 것 안으로 곡류형 방식으로 러닝되거나 또는 인터리빙된다. 따라서, 상기 가열 장치 내의 가열 장치 (111) 의 가열 출력의 상이한 분포가 말하자면 가능하다. 최대 원하는 가열 출력에서, 2 개의 가열 전도체들 (123a 및 123b) 은 병렬로 동작된다. 최소 원하는 가열 출력에서, 상기 가열 전도체들 (123a 및 123b) 은 직렬로 연결된 방식으로 동작된다. 상기 최대 및 최소 원하는 가열 출력들 사이의 원하는 가열 출력이 주어진다고 하면, 가열 전도체들 (123a 또는 123b) 중 하나가 동작된다. 상기 가열 전도체들이 상이한 전력 값들을 가지면, 적절한 전력이 각 개별의 동작에 의해 생성될 수 있다.
2 개의 가열 전도체들 (123a 및 123b) 은 동일한 길이를 갖고 각각은 4 개의 종단면 (longitudinal section) 들을 갖는다. 상기 2 개의 가열 전도체들은 또한, 알려진 방식으로, 서로 바로 옆에 위치하는 2 개의 종단면들 상에 콘택 브리지들에 의해 형성된 인터럽션들을 갖는다. 따라서, 가열 출력은 국부적으로 소정의 범위로 낮춰질 수 있다. 가열 전도체들 (123a 및 123b) 사이의 전기 콘택-커넥션이 콘택 영역들에 의하여 이루어진다. 센서 전극 (119) 은 센서 콘택 (120) 에 의하여 연결될 수 있다. 상기 도면은 또한, 유리하게는 앞서 언급한 문헌 US 2017/086257 A1 에 따라, 콘택 영역들에 또는 지지체 (13) 에 피팅되는, 플러그-타입 커넥션 (122) 을 개략적으로 도시한다.
도 4 에 따른 가열 장치 (111) 내의 층 구조는 도 3 으로부터의 것에 대응할 것이다. 이 경우에, 센서 전극 (119) 은 첫째로, 말하자면, 지지체 (113) 의 다른 전기 콘택과 함께, 전체 표면 영역에 걸쳐 평균화 또는 인테그레이팅되는 온도 검출 또는 온도 모니터링을 제공하기 위하여, 시트형 설계일 수 있다. 대안으로서, 복수의 별도의 센서 전극들 (119) 이 또한 제공될 수 있고, 그 센서 전극들은 그 후 각각의 경우에 그들의 영역에서의 별도의 온도 검출을 허용한다. 더욱이, 2 개의 가열 컨덕터들 (123a 및 123b) 이 이렇게 하여 인터리빙된 방식으로 러닝되지 않고 오히려 각각이 말하자면 지지체 (113) 의 그 자신의 영역 또는 그 자신의 절반에서 러닝되는 것이 도 4 에 따른 가열 장치 (111) 의 경우에서 또한 제공될 수 있다. 표면 영역에 의해 각각 적응되고 온도 검출이 그 후 가열 전도체들의 각각에 대해 별도로 가능한 센서 전극 (119) 은 그 후 이들 영역 또는 이들 가열 전도체들의 각각에 대해 제공될 수 있다. 그러나, 이것은 원칙적으로 종래 기술로부터 당업자에게 알려져 있다. 복수의 센서 전극들이 여러 별도의 온도 검출 동작들을 위해 제공되면, 전용 변압기가 각각의 센서 전극 또는 각각의 온도 검출 동작을 위해 요구된다.
2 차 측에서의 가변 감쇠 (그 감쇠는 온도에 의존한다) 는, 단순히 도 2 에 따라 센서 층 (17) 의 복소 임피던스의 온도-의존적 변화로부터 발생한다. 이 가변 감쇠는 변압기 (32) 에 직렬 저항기 (RV) 및 1 차 권선 (34) 을 포함하는 분압기에서의 가변 전압 강하를 야기한다. 이 가변 전압 강하는 결국 평가 디바이스 (30) 에 의해 또는 대응하는 마이크로제어기에 의해 평가될 수 있다. 이에 대한 대안으로서, 별개의 전자 시스템이 전압 강하에 의해 작동될 수 있고, 상기 별개의 전자 시스템은 예를 들어, 릴레이와 같은 전자기 스위치를 직접 스위칭한다. 따라서, 가열 출력이 스위칭 또는 인플루언싱될 수 있고, 이것은 당업자가 용이하게 생각할 수 있다.

Claims (14)

  1. 가열 장치로서,
    - 상부 측에서 전기 절연하고 있고 그의 하부 측에서 인접 매체를 가열하는 지지체,
    - 상기 지지체 상의 가열 전도체,
    - 상기 지지체 상의 유전체 재료로 구성된 센서 층으로서, 상기 센서 층은,
    - 상기 가열 전도체 상방 또는 하방에 배열되고 상기 가열 전도체로부터 전기 절연되고,
    - 온도-의존적 전기 전도율을 갖고 상기 센서 층의 전기 임피던스는 상기 센서 층에서의 온도에 의존하여 변화하는, 상기 센서 층,
    - 상기 지지체에서의 온도 검출을 위한 작동 디바이스 및 평가 디바이스를 포함하고,
    상기 작동 디바이스는 교류 전류를 가진 작동 신호를 생성하도록 설계되고,
    상기 평가 디바이스는 상기 센서 층의 온도 또는 상기 온도-의존적 전기 전도율에 의존하여 상기 센서 층에서의 상기 작동 신호의 변화를 검출하도록 설계되고,
    - 상기 가열 장치는 1 차 측 및 2 차 측을 가진 변압기를 갖고,
    - 상기 1 차 측은 상기 작동 디바이스에 연결되고 상기 평가 디바이스에 연결되고,
    - 상기 2 차 측은 제 1 커넥션 및 제 2 커넥션을 갖고,
    - 상기 제 1 커넥션 및 상기 제 2 커넥션은 상기 가열 전도체에, 전기 전도성 센서 전극에 또는 상기 지지체에 상이한 방식으로 연결되고,
    - 상기 지지체는 상기 2 개의 커넥션들 중 하나가 연결되어 있는 경우에 전기 전도성이 있고,
    - 상기 2 개의 커넥션들은 상기 센서 층의 양 측에 연결되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지체는 전기 전도성이 있고, 상기 지지체는 그의 표면 상에 베이스 절연물 (base insulation) 또는 전기 절연 센서 층을 갖고, 이 표면은 전기 전도성이 있는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 지지체는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동 신호는 10 kHz 와 200 kHz 사이의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 작동 신호는 20 kHz 와 80 kHz 사이의 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 작동 신호는 3 V 와 20 V 사이의 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 1 차 측 및 직렬 저항기의 분압기는 상기 1 차 측에서 상기 작동 신호에 연결되고, 상기 평가 디바이스는 상기 1 차 측과 상기 직렬 저항기 사이에 연결되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 층은 복수의 부분 센서 층들로부터 적층하여 형성되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 센서 층은, 후막 방법을 사용하여 적용되는 복수의 부분 센서 층들로부터 적층하여 형성되고, 각각의 부분 센서 층의 적용 후에 스토빙 프로세스가 수행된 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 장치는, 상기 유전체 재료로 구성된 시트형 센서 층이 직접 적용되는 금속 지지체를 갖고, 전기 전도성 재료로 구성된 센서 전극이 상기 시트형 센서 층에 적용되고, 베이스 절연 층이 상기 센서 전극에 적용되고, 가열 전도체가 상기 베이스 절연 층에 적용되고, 시트형 전기 절연 커버링 층이 상기 가열 전도체에 적용되는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가열 전도체는 서로 연결되는 복수의 가늘고 긴 섹션들을 갖는 것을 특징으로 하는 가열 장치.
  12. 제 1 항에 기재된 가열 장치에서의 온도 검출을 위한 방법으로서,
    상기 변압기의 상기 1 차 측에서, 교류 전류를 가진 상기 작동 신호가 상기 2 차 측에 커플링되고, 그 2 차 측은 상기 센서 층의 양 측에 상기 2 개의 커넥션들에 의해 연결되고, 상기 센서 층의 복소 임피던스는 상기 센서 층에서의 상기 온도에 의존하여 변화하고, 이 온도-의존적 변화는 상기 변압기의 상기 2 차 측의 온도-의존적 감쇠를 야기하고, 그 온도-의존적 감쇠는 상기 1 차 측에서 검출되고 상기 온도의 척도로서 상기 평가 디바이스에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 가열 장치에서의 온도 검출을 위한 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 1 차 측 및 직렬 저항기의 분압기는 상기 1 차 측에서 상기 작동 신호에 연결되고, 상기 평가 디바이스는 상기 1 차 측과 상기 직렬 저항기 사이에 연결되고, 상기 1 차 측에서의 상기 온도-의존적 감쇠는 상기 분압기에서의 가변 전압 강하를 야기하고, 그 전압 강하는 상기 평가 디바이스에 의해 직접 평가되거나, 또는 그 전압 강하는 별개의 전자 시스템을 작동시키는 것을 특징으로 하는 가열 장치에서의 온도 검출을 위한 방법.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서 층의 상기 전기 전도율은 상기 센서 층의 상기 온도가 증가함에 따라 증가하고 증가하는 전류가 상기 변압기의 상기 2 차 측으로부터, 상기 센서 층을 통해, 상기 가열 전도체로, 상기 지지체로 또는 상기 센서 전극으로 흘러가고, 그 결과로서 더 많은 에너지가 상기 변압기로부터 상기 가열 장치로 송신되고 그 결과 상기 1 차 측에서의 상기 감쇠가 증가하고, 이것은 상기 온도의 척도로서 상기 평가 디바이스에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 가열 장치에서의 온도 검출을 위한 방법.
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