KR20220127170A - Heater bundles for thermal gradient compensation - Google Patents

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KR20220127170A
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heating
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KR1020220029520A
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Inventor
마크 에벌리
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와틀로 일렉트릭 매뉴팩츄어링 컴파니
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Abstract

A heater bundle comprises: a plurality of heater assembling bodies. At least one among the heater assembling bodies includes a plurality of heater units. At least one among the heater units forms at least one heating section which is independently controlled. To compensate for uneven temperature inside the at least one heater unit, thermal provision is configured to modify thermal conductivity along a length of the at least one heater assembling body. The heater bundle includes a power supplying device including a controlling device which is configured to control power in the heating section which is independently controlled through power conductors based on a temperature determined to provide desired output along the length of the at least one heater assembling body.

Description

열구배 보상을 위한 히터 번들{HEATER BUNDLES FOR THERMAL GRADIENT COMPENSATION}HEATER BUNDLES FOR THERMAL GRADIENT COMPENSATION

관련 출원에 대한 상호 참조CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS

본 출원은, 2016년 3월 2일자로 출원된 미국 출원번호 15/058,838호, 이제 미국 특허번호 10,247,445호의 계속 출원으로서 2019년 2월 11일자로 출원된 "적응 제어를 위한 히터 번들"이라는 명칭의 미국 출원번호 16/272,668호의 일부 계속 출원이다. 상기 개시들의 내용은 그 전체가 여기에 참조로서 통합된다. This application is a continuation of U.S. Application Serial No. 15/058,838, filed March 2, 2016, and now U.S. Patent No. 10,247,445, entitled “Heater Bundles for Adaptive Control,” filed on February 11, 2019. It is a continuation-in-part of US Application No. 16/272,668. The contents of the above disclosures are incorporated herein by reference in their entirety.

본 개시내용은 전기 히터들에 관한 것으로, 보다 구체적으로 열교환기 내부의 유체와 같은 유체를 가열하기 위한 히터들에 관한 것이다.The present disclosure relates to electric heaters, and more particularly to heaters for heating a fluid, such as a fluid inside a heat exchanger.

이 섹션의 서술은 단지 본 개시와 관련된 배경 정보를 제공할 뿐이며 종래 기술을 구성하지 않을 수 있다.The description in this section merely provides background information related to the present disclosure and may not constitute prior art.

유체 히터는 카트리지 히터의 형태일 수 있으며, 이는 카트리지 히터의 외측 표면을 따라서 또는 이 표면을 지나서 흐르는 유체를 가열하기 위한 로드 구성을 가진다. 카트리지 히터는 열교환기를 통해 흐르는 유체를 가열하기 위해 열교환기 내부에 배치될 수 있다. 카트리지 히터가 제대로 밀봉되지 않으면, 습기와 유체가 카트리지 히터로 들어가 카트리지 히터의 금속 피복으로부터 저항 가열 요소를 전기적으로 절연시키는 절연 재료를 오염시켜 절연 파괴 및 결과적으로 히터 고장을 초래할 수 있다. 습기는 또한 전력 도체들과 외부 금속 피복 사이의 단락을 야기할 수 있다. 카트리지 히터의 고장은 카트리지 히터를 사용하는 장치를 정지시킬 수 있고, 이러한 정지 시간으로 인해 손실이 커진다. The fluid heater may be in the form of a cartridge heater, which has a rod configuration for heating fluid flowing along or past an outer surface of the cartridge heater. A cartridge heater may be disposed within the heat exchanger to heat a fluid flowing through the heat exchanger. If the cartridge heater is not properly sealed, moisture and fluid can enter the cartridge heater and contaminate the insulating material that electrically insulates the resistive heating element from the metal sheath of the cartridge heater, resulting in dielectric breakdown and consequent heater failure. Moisture can also cause short circuits between the power conductors and the outer metal sheath. Failure of the cartridge heater can stop the device using the cartridge heater, and the downtime is costly.

이 섹션은 본 개시의 일반적인 요약을 제공하며 그 전체 범위 또는 그 특징들 모두의 대한 포괄적인 개시가 아니다.This section provides a general summary of the disclosure and is not an exhaustive disclosure of its full scope or all of its features.

본 개시는 히터 번들(heater bundle)을 포함하는 히터 시스템을 제공하며, 상기 히터 번들은 복수의 히터 조립체들을 포함하고, 상기 히터 조립체들 중 적어도 하나는 복수의 히터 유닛들을 포함하며, 적어도 하나의 히터 유닛은 독립적으로 제어되는 가열 구역이다. 적어도 하나의 열적 수단(thermal provision)은 불균일한 온도를 보상하기 위해 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 열 전도도를 수정하도록 구성된다. 복수의 전력 도체들은 상기 히터 유닛들에 전기적으로 연결되며, 온도를 결정하기 위한 수단이 제공된다. 전력 공급 장치는, 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 원하는 전력 출력을 제공하기 위해 결정된 온도에 기초하여 상기 전력 도체들을 통해 독립적으로 제어되는 가열 구역에 대한 전력을 조절하도록 구성된 제어기를 포함한다. The present disclosure provides a heater system comprising a heater bundle, the heater bundle comprising a plurality of heater assemblies, at least one of the heater assemblies comprising a plurality of heater units, and at least one heater The unit is an independently controlled heating zone. At least one thermal provision is configured to modify the thermal conductivity along the length of the at least one heater assembly to compensate for temperature non-uniformity. A plurality of power conductors are electrically connected to the heater units, and means for determining a temperature are provided. The power supply includes a controller configured to regulate power to an independently controlled heating zone via the power conductors based on a temperature determined to provide a desired power output along a length of the at least one heater assembly.

개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있는 이 히터 시스템의 변형예들에서: 상기 적어도 하나의 히터 유닛은 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 단부에 배치된 단부 히터 유닛이며; 상기 열적 수단은 상기 적어도 하나의 히터 유닛 내에서 열 전도도를 증가시키고; 상기 적어도 하나의 열적 수단은 상기 적어도 하나의 히터 유닛의 저항성 가열 요소에 근접한 전도성 슬리브를 포함하며, 상기 전도성 슬리브는 상기 저항성 가열 요소를 둘러싸는 재료의 열전도율보다 더 높은 열전도율을 가지고; 상기 히터 유닛들 각각은 외부 피복(outer sheath)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 열적 수단은 인접 히터 유닛 외부 피복들보다 더 큰 두께를 가지는 외부 피복을 가진 적어도 하나의 히터 유닛을 포함하고; 상기 히터 유닛들 각각은 외부 피복을 포함하며, 적어도 하나의 열적 수단은 인접 히터 유닛 외부 피복들보다 더 높은 열전도율을 가지는 외부 피복을 가진 적어도 하나의 히터 유닛을 포함하고; 상기 적어도 하나의 열적 수단은 상기 적어도 하나의 히터 유닛에 작동적으로 연결된 적어도 두 개의 전력 도체들을 포함하며, 상기 두 개의 전력 도체들 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 히터 유닛에 근접하여 더 큰 두께를 가지고; 상기 적어도 하나의 열적 수단은 상기 적어도 하나의 히터 유닛에 작동적으로 연결된 적어도 두 개의 전력 도체들을 포함하며, 상기 두 개의 전력 도체들 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 히터 유닛에 근접하여 더 높은 열전도율을 가지고; 상기 적어도 하나의 열적 수단은 인접 히터 유닛들의 길이보다 짧은 상기 적어도 하나의 히터 유닛의 길이를 포함하며; 상기 적어도 하나의 히터 조립체는 인접한 히터 유닛들 사이에 간격들(spacings)을 형성하며, 상기 적어도 하나의 열적 수단은, 히터 유닛들 사이에서 상이한, 상기 간격들 중 적어도 하나의 간격을 포함하고; 인접한 히터 유닛들 사이에 스페이서들(spacers)이 배치되며, 상기 적어도 하나의 열적 수단은 상기 적어도 하나의 히터 유닛과 인접 히터 유닛 사이에 다른 스페이서들보다 더 두꺼운 스페이서를 포함하고; 상기 적어도 하나의 열적 수단은 공칭 단면적보다 인접 히터 유닛들 사이에서 더 작은 단면적을 가지는 복수의 전력 도체들을 포함하며; 상기 적어도 하나의 히터 조립체는 저항성 가열 요소들을 포함하며, 상기 저항성 가열 요소들 중 적어도 하나는 센서로서 기능하고; 상기 히터 유닛들 중 하나보다 많은 히터 유닛들은 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 형성한다. In variants of this heater system, which may be implemented individually or in any combination: the at least one heater unit is an end heater unit disposed at an end of the at least one heater assembly; the thermal means increase thermal conductivity within the at least one heater unit; the at least one thermal means comprises a conductive sleeve proximate to the resistive heating element of the at least one heater unit, the conductive sleeve having a higher thermal conductivity than a thermal conductivity of a material surrounding the resistive heating element; each of said heater units comprises an outer sheath, said at least one thermal means comprising at least one heater unit having an outer sheath having a greater thickness than adjacent heater unit outer sheaths; each of the heater units comprises an outer sheath, wherein the at least one thermal means comprises at least one heater unit having an outer sheath having a higher thermal conductivity than adjacent heater unit outer sheaths; the at least one thermal means comprises at least two power conductors operatively connected to the at least one heater unit, at least one of the two power conductors having a greater thickness in proximity to the at least one heater unit with; the at least one thermal means comprises at least two power conductors operatively connected to the at least one heater unit, at least one of the two power conductors having a higher thermal conductivity in proximity to the at least one heater unit with; said at least one thermal means comprises a length of said at least one heater unit that is shorter than a length of adjacent heater units; said at least one heater assembly defining spacings between adjacent heater units, said at least one thermal means comprising at least one of said spacings different between heater units; spacers are disposed between adjacent heater units, said at least one thermal means comprising a spacer between said at least one heater unit and adjacent heater units that is thicker than other spacers; said at least one thermal means comprising a plurality of power conductors having a cross-sectional area between adjacent heater units less than a nominal cross-sectional area; the at least one heater assembly includes resistive heating elements, wherein at least one of the resistive heating elements functions as a sensor; More than one of the heater units defines at least one independently controlled heating zone.

본 개시의 다른 형태에서, 히터 시스템은 히터 번들(heater bundle)을 포함하며, 상기 히터 번들은: 복수의 히터 조립체들로서, 상기 복수의 히터 조립체들 중 적어도 하나는 복수의 히터 유닛들을 포함하고, 적어도 하나의 히터 유닛은 독립적으로 제어되는 가열 구역인, 복수의 히터 조립체들; 불균일한 온도를 보상하기 위해 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 열 전도도를 수정하도록 구성된 적어도 하나의 열적 수단(thermal provision); 및 상기 복수의 히터 유닛들에 전기적으로 연결된 복수의 전력 도체들;을 포함한다. 가열 조건들(heating conditions)과 가열 요건들(heating requirements) 중 적어도 하나를 결정하기 위한 수단이 제공되며, 전력 공급 장치는, 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 원하는 전력 출력을 제공하기 위해 가열 조건들과 가열 요건들 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전력 도체들을 통해 독립적으로 제어되는 가열 구역에 대한 전력을 조절하도록 구성된 제어기를 포함한다. In another aspect of the present disclosure, a heater system includes a heater bundle, the heater bundle comprising: a plurality of heater assemblies, wherein at least one of the plurality of heater assemblies includes a plurality of heater units, and at least one heater unit is an independently controlled heating zone; a plurality of heater assemblies; at least one thermal provision configured to modify thermal conductivity along a length of the at least one heater assembly to compensate for temperature non-uniformity; and a plurality of power conductors electrically connected to the plurality of heater units. Means are provided for determining at least one of heating conditions and heating requirements, wherein the power supply is heated to provide a desired power output along a length of the at least one heater assembly. and a controller configured to regulate power to an independently controlled heating zone via the power conductors based on at least one of conditions and heating requirements.

개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있는 이 히터 시스템의 변형예들에서: 상기 적어도 하나의 히터 유닛은 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 단부에 배치된 단부 히터 유닛이며; 상기 열적 수단은 상기 적어도 하나의 히터 유닛 내에서 열 전도도를 증가시키고; 가열 조건들과 가열 요건들 중 적어도 하나는, 상기 히터 유닛들의 수명, 상기 히터 유닛들의 신뢰성, 상기 히터 유닛들의 크기, 상기 히터 유닛들의 비용, 국부적인 국부적인 히터 플럭스(heater flux), 상기 히터 유닛들의 특성들과 작동, 및 전체 전력 출력으로 이루어진 그룹으로부터 선택되며; 상기 히터 유닛들 중 하나보다 많은 히터 유닛들은 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 형성한다. In variants of this heater system, which may be implemented individually or in any combination: the at least one heater unit is an end heater unit disposed at an end of the at least one heater assembly; the thermal means increase thermal conductivity within the at least one heater unit; At least one of heating conditions and heating requirements is: a lifetime of the heater units, a reliability of the heater units, a size of the heater units, a cost of the heater units, a local local heater flux, the heater unit their characteristics and operation, and total power output; More than one of the heater units defines at least one independently controlled heating zone.

또 다른 형태에서, 복수의 히터 유닛들을 포함하는 히터 조립체로서, 적어도 하나의 히터 유닛은 독립적으로 제어되는 가열 구역인, 히터 조립체; 불균일한 온도를 보상하기 위해 상기 히터 조립체의 길이를 따라서 열 전도도를 수정하도록 구성된 적어도 하나의 열적 수단(thermal provision); 상기 복수의 히터 유닛들에 전기적으로 연결된 복수의 전력 도체들; 및 상기 히터 조립체의 길이를 따라서 원하는 전력 출력을 제공하기 위해 가열 조건들과 가열 요건들 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전력 도체들을 통해 독립적으로 제어되는 가열 구역에 대한 전력을 조절하도록 구성된 제어기를 포함하는 전력 공급 장치;를 포함하는 히터 시스템이 제공된다. In another aspect, there is provided a heater assembly comprising a plurality of heater units, wherein at least one heater unit is an independently controlled heating zone; at least one thermal provision configured to modify thermal conductivity along a length of the heater assembly to compensate for temperature non-uniformity; a plurality of power conductors electrically connected to the plurality of heater units; and a controller configured to regulate power to an independently controlled heating zone via the power conductors based on at least one of heating conditions and heating requirements to provide a desired power output along the length of the heater assembly. A heater system including a power supply device is provided.

개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있는 이 히터 시스템의 변형예들에서: 상기 적어도 하나의 히터 유닛은 상기 히터 조립체의 단부에 배치된 단부 히터 유닛이며; 온도를 결정하기 위한 수단이 제공되고; 가열 조건들과 가열 요건들을 결정하기 위한 수단이 제공되며; 상기 히터 유닛들 중 하나보다 많은 히터 유닛들은 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 형성하며; 상기 적어도 하나의 히터 조립체는 저항성 가열 요소들을 포함하며, 상기 저항성 가열 요소들 중 적어도 하나는 센서로서 기능한다. In variants of this heater system, which may be implemented individually or in any combination: the at least one heater unit is an end heater unit disposed at an end of the heater assembly; means for determining the temperature are provided; means are provided for determining heating conditions and heating requirements; more than one of the heater units defines at least one independently controlled heating zone; The at least one heater assembly includes resistive heating elements, wherein at least one of the resistive heating elements functions as a sensor.

또 다른 변형에서, 상기 히터 시스템은 유체 가열 장치 내에 포함된다. 상기 장치는 내부 챔버를 형성하며 유체 입구와 유체 출구를 가지는 밀봉된 하우징과, 상기 하우징의 내부 챔버 내부에 배치된 히터 조립체를 포함한다. 상기 히터 조립체는 응답형 열 분포(responsive heat distribution)를 상기 하우징 내부의 유체에 제공하도록 구성된다. 상기 열 분포는, 여기에서 도시되고 설명된 바와 같이, 상기 열적 수단들의 구현에 기초하여 응답한다. In yet another variation, the heater system is included in a fluid heating device. The apparatus includes a sealed housing defining an interior chamber and having a fluid inlet and a fluid outlet, and a heater assembly disposed within the interior chamber of the housing. The heater assembly is configured to provide a responsive heat distribution to the fluid within the housing. The heat distribution is responsive based on the implementation of the thermal means, as shown and described herein.

적용 가능한 추가 영역들은 여기에 제공된 설명으로부터 명백하게 될 것이다. 설명 및 특정 예들은 오직 예시를 위한 것이며 본 개시내용의 범위를 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다.Additional areas of applicability will become apparent from the description provided herein. It is to be understood that the description and specific examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present disclosure.

본 개시내용이 잘 이해될 수 있도록, 이제 첨부된 도면들을 참조하여 예로서 주어지는 다양한 형태들이 설명될 것이다.
도 1은 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 히터 번들의 사시도이며;
도 2는 본 개시내용의 교시에 따른 도 1의 히터 번들의 히터 조립체의 사시도이며;
도 3은 본 개시내용의 교시에 따른 도 1의 히터 번들의 히터 조립체의 변형예의 사시도이며;
도 4는 본 개시내용의 교시에 따른 도 3의 히터 조립체의 사시도로서, 명료성을 위해 히터 조립체의 외부 피복이 제거되어 있으며;
도 5는 본 개시내용의 교시에 따른 도 3의 히터 조립체의 코어 몸체의 사시도이며;
도 6은 본 개시내용의 교시에 따른 도 1의 히터 번들을 포함하는 열교환기의 사시도로서, 도시의 목적으로 히터 번들을 노출시키기 위해 히터 번들이 열교환기로부터 부분적으로 분해되어 있으며;
도 7은 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 히터 번들을 포함하는 히터 시스템을 작동시키는 방법의 블록도이며;
도 8은 본 개시내용의 교시에 따른 열적 수단을 포함하는 히터 조립체의 사시도이며;
도 9는 본 개시내용의 교시에 따른, 도 8의 9-9 선을 따른 히터 조립체의 단면도이며;
도 10은 본 개시내용의 교시에 따른, 도 8의 10-10 선을 따른 히터 조립체의 단면도이며;
도 11은 본 개시내용의 교시에 따른 다른 열적 수단을 포함하는 히터 조립체의 사시도이며;
도 12는 본 개시내용의 교시에 따른, 도 11의 12-12 선을 따른 히터 조립체의 단면도이며;
도 13은 본 개시내용의 교시에 따른, 도 11의 13-13 선을 따른 히터 조립체의 단면도이며,
도 14는 본 개시내용의 교시에 따른 다른 열적 수단을 포함하는 히터 조립체의 사시도이며;
도 15는 본 개시내용의 교시에 따른 도 14의 히터 조립체의 열적 수단의 측면도이며;
도 16은 본 개시내용의 교시에 따른 열적 수단을 포함하는 히터 조립체의 사시도이며;
도 17은 본 개시내용의 교시에 따른 열적 수단을 포함하는 히터 조립체의 사시도이며;
도 18은 본 개시내용의 교시에 따른, 도 17의 18-18 선을 따른 히터 조립체의 단면도이며;
도 19는 본 개시내용의 교시에 따른, 도 17의 19-19 선을 따른 히터 조립체의 단면도이며;
도 20은 본 개시내용의 교시에 따른 열적 수단을 포함하는 히터 조립체의 사시도이다.
여기에서 설명된 도면들은 단지 보여주기 위한 것이며 본 개시내용의 범위를 어떤 식으로든 제한하도록 의도된 것은 아니다.
In order that the present disclosure may be better understood, various forms, given by way of example, will now be described with reference to the accompanying drawings.
1 is a perspective view of a heater bundle constructed in accordance with the teachings of the present disclosure;
2 is a perspective view of a heater assembly of the heater bundle of FIG. 1 in accordance with the teachings of the present disclosure;
3 is a perspective view of a variant of the heater assembly of the heater bundle of FIG. 1 in accordance with the teachings of the present disclosure;
FIG. 4 is a perspective view of the heater assembly of FIG. 3 in accordance with the teachings of the present disclosure, with the outer covering of the heater assembly removed for clarity;
5 is a perspective view of the core body of the heater assembly of FIG. 3 in accordance with the teachings of the present disclosure;
6 is a perspective view of a heat exchanger including the heater bundle of FIG. 1 in accordance with the teachings of the present disclosure, wherein the heater bundle is partially disassembled from the heat exchanger to expose the heater bundle for illustration purposes;
7 is a block diagram of a method of operating a heater system including a heater bundle constructed in accordance with the teachings of the present disclosure;
8 is a perspective view of a heater assembly including thermal means in accordance with the teachings of the present disclosure;
9 is a cross-sectional view of a heater assembly along lines 9-9 of FIG. 8, in accordance with the teachings of this disclosure;
10 is a cross-sectional view of a heater assembly along line 10-10 of FIG. 8, in accordance with the teachings of this disclosure;
11 is a perspective view of a heater assembly including another thermal means in accordance with the teachings of the present disclosure;
12 is a cross-sectional view of a heater assembly along line 12-12 of FIG. 11 in accordance with the teachings of this disclosure;
13 is a cross-sectional view of a heater assembly along line 13-13 of FIG. 11 in accordance with the teachings of the present disclosure;
14 is a perspective view of a heater assembly including another thermal means in accordance with the teachings of the present disclosure;
15 is a side view of a thermal means of the heater assembly of FIG. 14 in accordance with the teachings of the present disclosure;
16 is a perspective view of a heater assembly including thermal means in accordance with the teachings of the present disclosure;
17 is a perspective view of a heater assembly including thermal means in accordance with the teachings of the present disclosure;
18 is a cross-sectional view of a heater assembly along lines 18-18 of FIG. 17, in accordance with the teachings of this disclosure;
19 is a cross-sectional view of a heater assembly along line 19-19 of FIG. 17, in accordance with the teachings of this disclosure;
20 is a perspective view of a heater assembly including thermal means in accordance with the teachings of the present disclosure.
The drawings described herein are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present disclosure in any way.

다음의 설명은 단지 본질적으로 예시일 뿐이며 본 개시, 적용 또는 사용을 제한하도록 의도된 것은 아니다. The following description is merely illustrative in nature and is not intended to limit the disclosure, application or use of the present disclosure.

도 1을 참조하면, 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 히터 시스템은 일반적으로 참조 번호 10으로 표시된다. 상기 히터 시스템(10)은 히터 번들(heater bundle)(12)과, 상기 히터 번들(12)에 전기적으로 연결된 전력 공급 장치(14)를 포함한다. 상기 전력 공급 장치(14)는 히터 번들(12)에 대한 전력 공급을 제어하기 위한 제어기(15)를 포함한다. "히터 번들"은, 본 개시에서 사용될 때, 독립적으로 제어될 수 있는 2개 이상의 물리적으로 구별되는 가열 장치들을 포함하는 히터 장치를 지칭한다. 따라서, 상기 히터 번들 내의 가열 장치들 중 하나가 고장나거나 열화된 때, 상기 히터 번들(12) 내의 나머지 가열 장치들은 계속 작동할 수 있다.1 , a heater system constructed in accordance with the teachings of this disclosure is indicated generally by reference numeral 10 . The heater system 10 includes a heater bundle 12 and a power supply 14 electrically connected to the heater bundle 12 . The power supply 14 includes a controller 15 for controlling the power supply to the heater bundle 12 . “Heater bundle”, as used in this disclosure, refers to a heater device comprising two or more physically distinct heating devices that can be controlled independently. Thus, when one of the heating devices in the heater bundle fails or deteriorates, the remaining heating devices in the heater bundle 12 can continue to operate.

하나의 형태에서, 상기 히터 번들(12)은 장착 플랜지(16)와, 상기 장착 플랜지(16)에 고정된 복수의 히터 조립체들(18)을 포함한다. 상기 장착 플랜지(16)는 히터 조립체들(18)이 관통하여 연장되는 복수의 개구들(20)을 포함한다. 상기 히터 조립체들(18)은 이러한 형태에서 평행하도록 배치되지만, 히터 조립체들(18)의 대체 가능한 위치들/배치들은 본 개시내용의 범위 내에 있다는 것을 이해해야 한다.In one form, the heater bundle 12 includes a mounting flange 16 and a plurality of heater assemblies 18 secured to the mounting flange 16 . The mounting flange 16 includes a plurality of openings 20 through which the heater assemblies 18 extend. Although the heater assemblies 18 are arranged parallel in this configuration, it should be understood that alternative positions/dispositions of the heater assemblies 18 are within the scope of the present disclosure.

추가로 도시된 바와 같이, 상기 장착 플랜지(16)는 복수의 장착 구멍들(22)을 포함한다. 상기 장착 구멍들(22)을 통해 나사 또는 볼트(미도시)를 사용함으로써, 장착 플랜지(16)는 가열될 유체를 운반하는 용기 또는 파이프(미도시)의 벽에 조립될 수 있다. 상기 히터 조립체들(18)의 적어도 일부는 본 개시내용의 이러한 형태에서 유체를 가열하기 위해 용기 또는 파이프 내부의 유체 내에 침지된다. As further shown, the mounting flange 16 includes a plurality of mounting holes 22 . By using screws or bolts (not shown) through the mounting holes 22, the mounting flange 16 can be assembled to the wall of a vessel or pipe (not shown) carrying the fluid to be heated. At least a portion of the heater assemblies 18 is immersed in a fluid within a vessel or pipe to heat the fluid in this form of the present disclosure.

도 2를 참조하면, 하나의 형태에 따른 히터 조립체들(18)은 카트리지 히터(30)의 형태일 수 있다. 상기 카트리지 히터(30)는 일반적으로 코어 몸체(32), 상기 코어 몸체(32) 둘레에 감긴 저항성 가열 와이어(34), 상기 코어 몸체(32)와 저항성 가열 와이어(34)를 둘러싸는 금속 피복(36), 및 상기 저항성 가열 와이어(34)를 금속 피복(36)으로부터 절연시키고 저항성 가열 와이어(34)로부터의 열을 금속 피복(36)으로 열전도시키기 위해 상기 금속 피복(36) 내의 공간 내에 채워진 절연 재료(38)를 포함하는 튜브-형상의 히터이다. 상기 코어 몸체(32)는 세라믹으로 만들어질 수 있다. 상기 절연 재료(38)는 압축된 산화마그네슘(MgO)일 수 있다. 복수의 전력 도체들(42)은 길이 방향을 따라서 코어 몸체(32)를 통해 연장되고 저항성 가열 와이어(34)에 전기적으로 연결된다. 상기 전력 도체들(42)은 또한 금속 피복(36)을 밀봉하는 엔드 피스(end piece)(44)를 통해 연장된다. 상기 전력 도체들(42)은 전력 공급 장치(14)(도 1에 도시됨)에 연결되어 전력 공급 장치(14)로부터 저항성 가열 와이어(34)로 전력을 공급한다. 도 2는 엔드 피스(44)를 통해 연장되는 2개의 전력 도체들(42)만을 조여주지만, 2개보다 많은 전력 도체들(42)이 엔드 피스(44)를 통해 연장될 수 있다. 상기 전력 도체들(42)은 전도성 핀들(conductive pins)의 형태일 수 있다. 카트리지 히터들의 다양한 구성들 및 추가적인 구조적 및 전기적 세부사항들은 미국 특허 제2,831,951호 및 제3,970,822호에 더 상세하게 제시되어 있으며, 이 특허들은 본 출원과 함께 공동으로 소속되고 그 내용은 그 전체가 여기에 참조로 통합된다. 따라서, 여기에 도시된 형태는 단지 예시에 불과하며 본 개시내용의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다.Referring to FIG. 2 , the heater assemblies 18 according to one form may be in the form of a cartridge heater 30 . The cartridge heater 30 generally includes a core body 32, a resistive heating wire 34 wound around the core body 32, and a metal sheath surrounding the core body 32 and the resistive heating wire 34 ( 36 ), and insulation filled in the space within the metal sheath 36 to insulate the resistive heating wire 34 from the metal sheath 36 and conduct heat from the resistive heating wire 34 to the metal sheath 36 . A tube-shaped heater comprising material 38 . The core body 32 may be made of ceramic. The insulating material 38 may be compressed magnesium oxide (MgO). A plurality of power conductors 42 extend through the core body 32 along the longitudinal direction and are electrically connected to the resistive heating wire 34 . The power conductors 42 also extend through an end piece 44 sealing the metal sheath 36 . The power conductors 42 are connected to a power supply 14 (shown in FIG. 1 ) to provide power from the power supply 14 to the resistive heating wire 34 . Although FIG. 2 tightens only two power conductors 42 extending through the end piece 44 , more than two power conductors 42 may extend through the end piece 44 . The power conductors 42 may be in the form of conductive pins. Various configurations of cartridge heaters and additional structural and electrical details are set forth in greater detail in US Pat. Nos. 2,831,951 and 3,970,822, which are jointly incorporated herein by reference, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. incorporated by reference. Accordingly, the forms shown herein are illustrative only and should not be construed as limiting the scope of the present disclosure.

대안으로서, 다수의 저항성 가열 와이어들(34)과 다수의 전력 도체들(42) 쌍들은 카트리지 히터(30)의 신뢰성을 향상시키기 위해 독립적으로 제어될 수 있는 다수의 가열 회로들을 형성하는 데 사용될 수 있다. 따라서, 상기 저항성 가열 와이어들(34) 중 하나가 고장났을 때, 나머지 저항성 가열 와이어들(34)은 전체 카트리지 히터(30)의 고장을 초래하지 않고 값비싼 기계 정지 시간을 유발하지 않으면서 계속 열을 발생시킬 수 있다. Alternatively, multiple pairs of resistive heating wires 34 and multiple power conductors 42 can be used to form multiple heating circuits that can be independently controlled to improve the reliability of cartridge heater 30 . have. Thus, when one of the resistive heating wires 34 fails, the remaining resistive heating wires 34 continue to heat without causing failure of the entire cartridge heater 30 and costly machine downtime. can cause

도 3 내지 도 5를 참조하면, 상기 히터 조립체들(50)은 사용되는 코어 몸체들의 수와 전력 도체들의 수를 제외하고 도 2와 유사한 구성을 가지는 카트리지 히터의 형태일 수 있다. 3 to 5 , the heater assemblies 50 may be in the form of a cartridge heater having a configuration similar to that of FIG. 2 except for the number of core bodies and the number of power conductors used.

보다 구체적으로, 히터 조립체들(50) 각각은 복수의 히터 유닛들(52), 및 복수의 전력 도체들(56)과 함께 복수의 히터 유닛들(52)을 둘러싸는 외측 금속 피복(54)을 포함한다. 절연 재료(도 3 내지 5에 미도시)는 상기 복수의 히터 유닛들(52)과 외측 금속 피복(54) 사이에 제공되어 히터 유닛들(52)을 외측 금속 피복(54)으로부터 전기적으로 절연시킨다. 상기 복수의 히터 유닛들(52)은 각각 코어 몸체(58)와, 상기 코어 몸체(58)를 둘러싸는 저항성 가열 요소(60)를 포함한다. 각각의 히터 유닛(52)의 저항성 가열 요소(60)는 하나 이상의 가열 구역들(62)을 형성하기 위해 하나 이상의 가열 회로들을 형성할 수 있다. More specifically, each of the heater assemblies 50 has an outer metal sheath 54 surrounding the plurality of heater units 52 together with the plurality of heater units 52 and the plurality of power conductors 56 . include An insulating material (not shown in FIGS. 3-5 ) is provided between the plurality of heater units 52 and the outer metal sheath 54 to electrically insulate the heater units 52 from the outer metal sheath 54 . . The plurality of heater units 52 each include a core body 58 and a resistive heating element 60 surrounding the core body 58 . The resistive heating element 60 of each heater unit 52 may form one or more heating circuits to form one or more heating zones 62 .

본 형태에서, 각각의 히터 유닛(52)은 하나의 가열 구역(62)을 형성하고 각각의 히터 조립체(50) 내의 복수의 히터 유닛들(52)은 길이 방향(X)를 따라서 정렬된다. 따라서, 각각의 히터 조립체(50)는 길이 방향(X)를 따라서 정렬된 복수의 가열 구역들(62)을 형성한다. 각각의 히터 유닛(52)의 코어 몸체(58)는 복수의 관통 구멍들/개구들(64)을 형성하여 전력 도체들(56)이 이들을 통해 연장되도록 한다. 상기 히터 유닛들(52)의 저항성 가열 요소들(60)은 전력 도체들(56)에 연결되고, 이는 결국 전력 공급 장치(14)에 연결된다. 상기 전력 도체들(56)은 전력 공급 장치(14)로부터 복수의 히터 유닛들(52)로 전력을 공급한다. 상기 전력 도체들(56)을 저항성 가열 요소들(60)에 적절하게 연결함으로써, 복수의 히터 유닛들(52)의 저항성 가열 요소들(60)은 전력 공급 장치(14)의 제어기(15)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다. 이와 같이, 특정 가열 구역(62)에 대한 하나의 저항성 가열 요소(60)의 고장은 나머지 가열 구역들(62)에 대한 나머지 저항성 가열 요소들(60)의 적절한 기능에 영향을 미치지 않을 것이다. 또한, 상기 히터 유닛들(52)과 히터 조립체들(50)은 보수 또는 조립의 용이성을 위해 교체가능할 수 있다.In this form, each heater unit 52 forms one heating zone 62 and a plurality of heater units 52 in each heater assembly 50 are aligned along the longitudinal direction X. Thus, each heater assembly 50 defines a plurality of heating zones 62 aligned along the longitudinal direction X. The core body 58 of each heater unit 52 defines a plurality of through holes/openings 64 through which the power conductors 56 extend. The resistive heating elements 60 of the heater units 52 are connected to power conductors 56 , which in turn are connected to a power supply 14 . The power conductors 56 supply power from the power supply 14 to the plurality of heater units 52 . By properly connecting the power conductors 56 to the resistive heating elements 60 , the resistive heating elements 60 of the plurality of heater units 52 are connected to the controller 15 of the power supply 14 . can be independently controlled by As such, failure of one resistive heating element 60 for a particular heating zone 62 will not affect the proper functioning of the remaining resistive heating elements 60 for the other heating zones 62 . In addition, the heater units 52 and the heater assemblies 50 may be interchangeable for ease of maintenance or assembly.

본 형태에서, 6개의 전력 도체들(56)은 5개의 히터 유닛들(52) 상의 5개의 독립적인 전기적 가열 회로들에 전력을 공급하기 위해 각각의 히터 조립체(50)에 사용된다. 대안으로서, 6개의 전력 도체들(56)은 5개의 히터 유닛들(52)에 3개의 완전히 독립적인 회로들을 형성하는 방식으로 저항성 가열 요소들(60)에 연결될 수 있다. 임의의 수의 독립적으로 제어되는 가열 회로들과 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62)을 형성하기 위해 임의의 수의 전력 도체들(56)을 가질 수 있다. 예를 들어, 6개의 가열 구역들(62)을 제공하기 위해 7개의 전력 도체들(56)이 사용될 수 있다. 7개의 가열 구역들(62)을 제공하기 위해 8개의 전력 도체들(56)이 사용될 수 있다.In this form, six power conductors 56 are used in each heater assembly 50 to power five independent electrical heating circuits on the five heater units 52 . Alternatively, the six power conductors 56 may be connected to the resistive heating elements 60 in a manner that forms three completely independent circuits in the five heater units 52 . It may have any number of power conductors 56 to form any number of independently controlled heating circuits and independently controlled heating zones 62 . For example, seven power conductors 56 may be used to provide six heating zones 62 . Eight power conductors 56 may be used to provide seven heating zones 62 .

상기 전력 도체들(56)은 복수의 전력 공급 및 전력 복귀 도체들, 복수의 전력 복귀 도체들 및 단일의 전력 공급 도체, 또는 복수의 전력 공급 도체들 및 단일의 전력 복귀 도체를 포함할 수 있다. 가열 구역들의 수가 n인 경우에, 전력 공급 및 복귀 도체들의 수는 n+1이다.The power conductors 56 may include a plurality of power supply and power return conductors, a plurality of power return conductors and a single power supply conductor, or a plurality of power supply conductors and a single power return conductor. When the number of heating zones is n, the number of power supply and return conductors is n+1.

대안으로서, 전력 공급 장치(14)의 제어기(15)에 의한 다중화(multiplexing), 극성 감응 스위칭(polarity sensitive switching), 및 다른 회로 토폴로지들(topologies)을 통해 더 많은 수의 전기적으로 구별되는 가열 구역들(62)이 생성될 수 있다. 주어진 수의 전력 도체들에 대한 카트리지 히터(30) 내부의 가열 구역들의 수(예컨대, 15개 또는 30개의 구역들에 대해 6개의 전력 도체들을 가진 카트리지 히터)의 수를 증가시키기 위해 열적 어레이들(thermal arrays)의 다양한 배치들 또는 다중화의 사용은 미국 특허 제9,123,755호, 제9,123,756호, 제9,177,840호, 제9,196,513호, 및 이들의 관련 출원들에 개시되어 있으며, 이들은 본 출원과 함께 공동으로 소속되고 이들의 내용은 그 전체가 여기에 참조로 통합된다. Alternatively, a greater number of electrically distinct heating zones via multiplexing, polarity sensitive switching, and other circuit topologies by the controller 15 of the power supply 14 Fields 62 may be created. Thermal arrays ( The use of various arrangements or multiplexing of thermal arrays is disclosed in US Pat. Nos. 9,123,755, 9,123,756, 9,177,840, 9,196,513, and related applications thereof, which are jointly incorporated herein by reference. Their contents are hereby incorporated by reference in their entirety.

이러한 구조에 의해, 각각의 히터 조립체(50)는 히터 조립체(50)의 길이를 따라서 전력 출력 또는 열 분포를 변화시키도록 독립적으로 제어될 수 있는 복수의 가열 구역들(62)을 포함한다. 상기 히터 번들(12)은 이러한 복수의 히터 조립체들(50)을 포함한다. 따라서, 상기 히터 번들(12)은 히터 번들(12)을 통해 흐르는 유체를 가열하기 위한 복수의 가열 구역들(62)과 맞춤형 열 분포를 제공하여 특정 애플리케이션들에 적합화 되도록 한다. 상기 전력 공급 장치(14)는 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62) 각각에 대한 전력을 조절하도록 구성될 수 있다.With this structure, each heater assembly 50 includes a plurality of heating zones 62 that can be independently controlled to vary the power output or heat distribution along the length of the heater assembly 50 . The heater bundle 12 includes a plurality of such heater assemblies 50 . Accordingly, the heater bundle 12 provides a plurality of heating zones 62 for heating the fluid flowing through the heater bundle 12 and a tailored heat distribution to be tailored to specific applications. The power supply 14 may be configured to regulate power to each of the independently controlled heating zones 62 .

예를 들어, 히터 조립체(50)는 "m"개의 가열 구역들을 형성할 수 있으며, 히터 번들은 "k"개의 히터 조립체들(50)을 포함할 수 있다. 따라서, 상기 히터 번들(12)은 m*k개의 가열 구역들을 형성할 수 있다. 상기 히터 번들(12) 내의 복수의 가열 구역들(62)은, 개별 히터 유닛들(52)의 수명과 신뢰성, 히터 유닛들(52)의 크기와 비용, 국부적인 히터 플럭스, 히터 유닛들(52)의 특성들과 작동, 및 전체 전력 출력을 포함하지만 이에 한정되지는 않는 가열 조건들 및/또는 가열 요건들에 응답하여 개별적이고 동적으로 제어될 수 있다. For example, the heater assembly 50 may define “m” heating zones, and the heater bundle may include “k” heater assemblies 50 . Thus, the heater bundle 12 can form m*k heating zones. The plurality of heating zones 62 in the heater bundle 12 are based on the lifetime and reliability of the individual heater units 52 , the size and cost of the heater units 52 , the local heater flux, and the heater units 52 . ) can be individually and dynamically controlled in response to heating conditions and/or heating requirements including, but not limited to, characteristics and operation, and overall power output.

각각의 회로, 또는 선택된 가열 구역은 전력 및/또는 온도 분포가 시스템 파라미터들의 변화(예컨대, 제조 변동/공차, 변화하는 환경 조건들, 입구 온도, 입구 온도 분포, 흐름 속도, 속도 분포, 유체 조성, 유체 열용량, 등과 같은 입구 흐름 조건들의 변화)에 적응하도록 원하는 온도 또는 원하는 전력 레벨로 개별적으로 제어된다. 보다 구체적으로, 상기 히터 유닛들(52)은 제조 변동 및 시간에 따른 히터 열화 정도의 변화로 인해 동일한 전력 레벨에서 작동될 때 동일한 열 출력을 생성하지 않을 수 있다. 상기 히터 유닛들(52)은 원하는 열 분포에 따라 열 출력을 조절하도록 독립적으로 제어될 수 있다. 상기 히터 시스템 구성요소들의 개별 제조 공차들과 히터 시스템 조립 공차들은 전력 공급 장치의 조절된 전력에 따라 증가하게 되며, 다시 말해서, 히터 제어의 정확도가 높기 때문에, 개별 구성요소들의 제조 공차가 엄격하거나 좁을 필요는 없다.Each circuit, or selected heating zone, is dependent on the power and/or temperature distribution of changes in system parameters (e.g., manufacturing variations/tolerances, changing environmental conditions, inlet temperature, inlet temperature distribution, flow rate, velocity distribution, fluid composition, individually controlled to a desired temperature or desired power level to adapt to changes in inlet flow conditions such as fluid heat capacity, etc.). More specifically, the heater units 52 may not generate the same heat output when operated at the same power level due to manufacturing variations and variations in the degree of heater deterioration over time. The heater units 52 may be independently controlled to adjust the heat output according to a desired heat distribution. The individual manufacturing tolerances of the heater system components and the heater system assembly tolerances increase according to the regulated power of the power supply, in other words, because the accuracy of heater control is high, the manufacturing tolerances of individual components may be tight or narrow. No need.

상기 히터 유닛들(52)은 각각 히터 유닛들(52)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 히터 유닛들(52) 내에 핫 스폿(hot spot)이 검출된 때, 상기 전력 공급 장치(14)는 특정 히터 유닛(52)의 과열 또는 고장을 피하기 위해 핫 스폿이 검출된 특정 히터 유닛(52)에 공급되는 전력을 감소시키거나 차단한다. 상기 전역 공급 장치(14)는 특정 히터 유닛(52)으로부터 감소된 열 출력을 보상하기 위해 비활성화된 히터 유닛(52)에 인접한 히터 유닛들(52)에 공급되는 전력을 조절할 수 있다.Each of the heater units 52 may include a temperature sensor (not shown) for measuring the temperature of the heater units 52 . When a hot spot is detected in the heater units 52 , the power supply device 14 controls the specific heater unit 52 where the hot spot is detected in order to avoid overheating or failure of the specific heater unit 52 . ) to reduce or cut off the power supplied to The global supply 14 may regulate the power supplied to the heater units 52 adjacent the deactivated heater unit 52 to compensate for the reduced heat output from the particular heater unit 52 .

상기 전력 공급 장치(14)는, 임의의 특정 구역에 전달되는 전력 레벨을 차단하거나 감소시키기 위해, 그리고 비활성화되고 감소된 열 출력을 가지는 특정 가열 구역에 인접한 가열 구역들로의 전력을 증가시키기 위해, 다중-구역 알고리즘들을 포함할 수 있다. 각각의 가열 구역에 대한 전력을 신중하게 조절함으로써, 시스템의 전체적인 신뢰성이 향상될 수 있다. 핫 스폿을 검출하고 이에 따라 전력 공급을 제어함으로써, 상기 히터 시스템(10)은 향상된 안전성을 가진다. The power supply 14 is configured to block or reduce the level of power delivered to any specific zone, and to increase power to heating zones adjacent to the specific heating zone that is deactivated and has reduced heat output; It may include multi-zone algorithms. By carefully adjusting the power to each heating zone, the overall reliability of the system can be improved. By detecting hot spots and controlling the power supply accordingly, the heater system 10 has improved safety.

다수의 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62)을 가지는 히터 번들(12)은 향상된 가열을 성취할 수 있다. 예를 들어, 히터 유닛(52)의 몇몇 회로들은 100%보다 작은 공칭(또는 "전형적인") 듀티 사이클(duty cycle)로(또는 선간 전압(line voltage)이 가해진 히터에 의해 생성될 전력의 부분인 평균 전력 레벨로) 작동될 수 있다. 더 낮은 듀티 사이클들은 더 큰 직경을 가진 저항성 가열 와이어들을 사용할 수 있게 하며, 이에 의해 신뢰성을 향상시킨다. A heater bundle 12 having multiple independently controlled heating zones 62 can achieve improved heating. For example, some circuits in the heater unit 52 may have a nominal (or “typical”) duty cycle of less than 100% (or line voltage being a fraction of the power to be generated by the applied heater). at an average power level). Lower duty cycles allow the use of larger diameter resistive heating wires, thereby improving reliability.

일반적으로, 더 작은 구역들은 주어진 저항을 달성하기 위해 더 미세한 와이어 크기를 채택할 것이다. 가변 전력 제어는 더 큰 와이어 크기가 사용될 수 있게 하며, 히터의 전력 소산 용량에 관련된 듀티 사이클 제한에 의해 과부하로부터 히터를 보호하면서, 더 낮은 저항 값이 수용될 수 있다. In general, smaller regions will employ finer wire sizes to achieve a given resistance. Variable power control allows larger wire sizes to be used and lower resistance values can be accommodated while protecting the heater from overload by a duty cycle limit related to the power dissipation capacity of the heater.

계수 인자(scaling factor)의 사용은 히터 유닛들(52) 또는 가열 구역(62)의 용량에 관련될 수 있다. 다수의 가열 구역들(62)은 히터 번들(12)의 보다 정확한 결정 및 제어를 허용한다. 특정 가열 회로/구역에 대해 특정 계수 인자의 사용은 거의 모든 구역들에서 더 공격적인(즉, 더 높은) 온도(또는 전력 레벨)를 허용할 것이며, 이는 결국, 히터 번들(12)에 대해 더 작고 더 값싼 설계로 이어진다. 이러한 계수 인자와 방법은 미국 특허 제7,257,464호에 개시되어 있으며, 이 특허는 본 출원과 함께 공동으로 소속되고 그 내용은 그 전체가 여기에 참조로 통합된다. The use of a scaling factor may be related to the capacity of the heater units 52 or heating zone 62 . Multiple heating zones 62 allow more accurate determination and control of heater bundle 12 . The use of a specific coefficient factor for a particular heating circuit/zone will allow for a more aggressive (ie, higher) temperature (or power level) in almost all zones, which in turn will result in a smaller and more Leads to cheap design. Such counting factors and methods are disclosed in US Pat. No. 7,257,464, which is incorporated herein by reference, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

개별 회로들에 의해 제어되는 가열 구역들의 크기들은 온도 또는 전력의 분포를 원하는 정확도로 제어하는 데 필요한 구역들의 총수를 감소시키기 위해 동일하거나 상이하게 만들어질 수 있다.The sizes of the heating zones controlled by the individual circuits can be made the same or different to reduce the total number of zones needed to control the distribution of temperature or power with a desired accuracy.

다시 도 1을 참조하면, 히터 조립체들(18)은 단일 단부형 히터로 도시되어 있으며, 즉, 전도성 핀은 히터 조립체들(18)의 오직 하나의 길이방향 단부를 통해서만 연장된다. 상기 히터 조립체(18)는 장착 플랜지(16) 또는 격벽(미도시)을 통해 연장될 수 있으며, 플랜지(16) 또는 격벽(bulkhead)에 밀봉된다. 이와 같이, 상기 히터 조립체들(18)은 용기 또는 튜브로부터 장착 플랜지(16)를 제거하지 않고 개별적으로 제거 및 교체될 수 있다.Referring again to FIG. 1 , the heater assemblies 18 are shown as a single ended heater, ie, the conductive fin extends through only one longitudinal end of the heater assemblies 18 . The heater assembly 18 may extend through a mounting flange 16 or bulkhead (not shown) and is sealed to the flange 16 or bulkhead. As such, the heater assemblies 18 can be individually removed and replaced without removing the mounting flange 16 from the vessel or tube.

대안으로서, 상기 히터 조립체(18)는 "양단부형(double ended)" 히터일 수 있다. 양단부형 히터에서, 금속 피복의 길이방향 양단부들이 플랜지 또는 격벽을 통과하고 플랜지 또는 격벽에 밀봉되도록 금속 피복은 헤어핀 형상으로 굽혀지고 전력 도체들은 금속 피복의 길이방향 양단부들을 통과한다. 이 구조에서, 플랜지 또는 격벽은 개별 히터 조립체(18)를 교체할 수 있기 전에 하우징 또는 용기로부터 제거될 필요가 있다. Alternatively, the heater assembly 18 may be a “double ended” heater. In a double-ended heater, the metal sheath is bent into a hairpin shape so that both longitudinal ends of the metal sheath pass through the flange or partition wall and are sealed to the flange or partition wall, and the power conductors pass through both longitudinal ends of the metal sheath. In this construction, the flange or septum needs to be removed from the housing or vessel before the individual heater assemblies 18 can be replaced.

도 6을 참조하면, 히터 번들(12)은 열교환기(70) 내에 통합된다. 상기 열교환기(70)는 내부 챔버(미도시)를 형성하는 밀봉된 하우징(72), 상기 하우징(72)의 내부 챔버 내부에 배치된 히터 번들(12)을 포함한다. 상기 밀봉된 하우징(72)은 유체 입구(76)와 유체 출구(78)를 포함하며, 이들을 통해 유체가 밀봉된 하우징(72)의 내부 챔버 내부로 그리고 밖으로 안내된다. 유체는 밀봉된 하우징(72) 내에 배치된 히터 번들(12)에 의해 가열된다. 상기 히터 번들(12)은 교차류(cross-flow) 또는 그 길이에 평행한 흐름을 위해 배치될 수 있다. Referring to FIG. 6 , the heater bundle 12 is integrated into the heat exchanger 70 . The heat exchanger 70 includes a sealed housing 72 defining an inner chamber (not shown), and a heater bundle 12 disposed within the inner chamber of the housing 72 . The sealed housing 72 includes a fluid inlet 76 and a fluid outlet 78 through which fluid is guided into and out of the inner chamber of the sealed housing 72 . The fluid is heated by a heater bundle 12 disposed within a sealed housing 72 . The heater bundle 12 may be arranged for cross-flow or flow parallel to its length.

상기 히터 번들(12)은 전력 공급 장치(14)에 연결되며, 이는 개별 구역에 공급되는 전력을 조절하기 위해, 스위칭 수단 또는 가변 변압기와 같은 전력을 조절하는 수단을 포함할 수 있다. 전력 조절은 시간의 함수로서 또는 각 가열 구역의 검출된 온도에 기초하여 수행될 수 있다.The heater bundle 12 is connected to a power supply 14, which may include means for regulating power, such as switching means or a variable transformer, to regulate the power supplied to the individual zones. Power regulation may be performed as a function of time or based on the detected temperature of each heating zone.

상기 저항성 가열 와이어는 또한, 저항성 와이어의 온도를 측정하기 위해 저항성 와이어의 저항을 사용하며 온도 측정 정보를 전력 공급 장치(14)로 전송하기 위해 동일한 전력 도체들을 사용하는 센서로서 기능할 수 있다. 각각의 구역에 대한 온도 감지 수단은 상기 히터 번들(12) 내의 각각의 히터 조립체(18)의 길이를 따라서 (개별 구역의 분해능(resolution)까지) 온도의 제어를 허용할 것이다. 따라서, 추가적인 온도 감지 회로들과 감지 수단들이 생략될 수 있으며, 이에 의해 제조 비용을 감소시킨다. 히터 회로 온도의 직접 측정은 별도의 센서 사용과 관련된 많은 측정 오류를 제거하거나 최소화하기 때문에 시스템에 대해 원하는 신뢰성 수준을 유지하면서 주어진 회로 내에 열유속(heat flux)을 최대화하고자 할 때 분명한 이점이 된다. 상기 가열 요소 온도는 히터 신뢰성에 가장 큰 영향을 미치는 특성이다. 히터와 센서 모두로서 기능하기 위해 저항성 요소를 사용하는 것은 미국 특허 제7,196,295호에 개시되어 있으며, 이 특허는 본 출원과 함께 공동으로 소속되고 그 내용은 그 전체가 여기에 참조로 통합된다. The resistive heating wire can also function as a sensor that uses the resistance of the resistive wire to measure the temperature of the resistive wire and uses the same power conductors to transmit the temperature measurement information to the power supply 14 . The temperature sensing means for each zone will allow control of the temperature (up to the resolution of the individual zone) along the length of each heater assembly 18 in the heater bundle 12 . Accordingly, additional temperature sensing circuits and sensing means can be omitted, thereby reducing manufacturing cost. Direct measurement of heater circuit temperature is a clear advantage when trying to maximize heat flux within a given circuit while maintaining the desired level of reliability for the system, as it eliminates or minimizes many of the measurement errors associated with using separate sensors. The heating element temperature is the characteristic that has the greatest influence on heater reliability. The use of resistive elements to function as both a heater and a sensor is disclosed in US Pat. No. 7,196,295, which is incorporated herein by reference, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

대안으로서, 유사하지 않은 금속들의 전력 도체들(56)이 저항성 가열 요소들의 온도를 측정하기 위한 열전대(thermocouple)를 생성할 수 있도록 상기 전력 도체들(56)은 유사하지 않은 금속들로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 및 전력 복귀 도체의 적어도 하나의 세트는 상이한 재료들을 포함할 수 있어서, 상이한 재료들과 히터 유닛의 저항성 가열 요소 사이에 접합부가 형성되고 이 접합부가 하나 이상의 구역들의 온도를 결정하기 위해 사용되도록 할 수 있다. "통합된" 그리고 "매우 열적으로 결합된" 감지(sensing)의 사용은, 예컨대 히터에 대해 상이한 금속들의 사용은 열전대와 같은 신호의 생성으로 이어진다. 온도 측정을 위해 통합된 그리고 결합된 전력 도체들의 사용은 미국 출원 번호 제14/725,537호에 개시되어 있으며, 이 출원은 본 출원과 함께 공동으로 소속되고 그 내용은 그 전체가 여기에 참조로 통합된다. Alternatively, the power conductors 56 of dissimilar metals may be made of dissimilar metals such that the power conductors 56 can create a thermocouple for measuring the temperature of the resistive heating elements. have. For example, the at least one set of power supply and power return conductors may include different materials such that a junction is formed between the different materials and the resistive heating element of the heater unit and the junction determines the temperature of the one or more zones. can be used to do so. The use of “integrated” and “very thermally coupled” sensing, eg the use of different metals for a heater, leads to the generation of a thermocouple-like signal. The use of integrated and coupled power conductors for temperature measurement is disclosed in US Application Serial No. 14/725,537, which is jointly incorporated herein by reference, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. .

각각의 구역에 전달되는 전력을 조절하기 위한 제어기(15)는 폐루프(closed-loop) 자동 제어 시스템일 수 있다. 상기 폐루프 자동 제어 시스템은 각각의 구역으로부터 온도 피드백을 수신하고 각각의 구역으로의 전력 공급을 자동 및 동적으로 제어하며, 이에 의해 연속적인 또는 빈번한 인간의 모니터링 및 조절 없이 히터 번들(12) 내의 각각의 히터 조립체(18)의 길이를 따라서 전력 분배 및 온도를 자동 및 동적으로 제어한다. The controller 15 for regulating the power delivered to each zone may be a closed-loop automatic control system. The closed-loop automatic control system receives temperature feedback from each zone and automatically and dynamically controls the power supply to each zone, thereby providing each in the heater bundle 12 without continuous or frequent human monitoring and adjustment. Automatically and dynamically control power distribution and temperature along the length of the heater assembly 18 of

여기에 개시된 히터 유닛들(52)은 또한 그 저항을 계산하기 위해 각각의 히터 유닛(52)에 전력을 공급하고 샘플링하는 것을 포함하지만 이에 한정되지는 않는 다양한 방법들을 사용하여 교정될 수 있다. 그 다음, 계산된 저항은 저항비(resistance ratio)를 결정하기 위해 교정된 저항과 비교되거나, 실제 히터 유닛 온도를 결정하기 위해 값과 비교될 수 있다. 예시적인 방법들은 미국 특허 제5,280,422호 및 제5,552,998호에 개시되어 있으며, 이 특허들은 본 출원과 함께 공동으로 소속되며 그 내용은 그 전체가 여기에 참조로 포함된다.The heater units 52 disclosed herein may also be calibrated using a variety of methods including, but not limited to, energizing and sampling each heater unit 52 to calculate its resistance. The calculated resistance may then be compared to the calibrated resistance to determine a resistance ratio, or compared to a value to determine the actual heater unit temperature. Exemplary methods are disclosed in US Pat. Nos. 5,280,422 and 5,552,998, which are incorporated herein by reference, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety.

교정(calibration)의 한 형태는, 적어도 하나의 작동 모드에서 히터 시스템(10)을 작동하는 것, 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62) 중 적어도 하나에 대해 원하는 온도를 생성하도록 히터 시스템(10)을 제어하는 것, 작동 모드에 대해 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역(62)에 대한 데이터를 수집하고 기록하는 것, 그 다음에 감소된 수의 독립적으로 제어되는 가열 구역들을 가지는 가열 시스템에 대한 작동 사양을 결정하기 위해 기록된 데이터에 액세스하는 것, 그 다음에 감소된 수의 독립적으로 제어되는 가열 구역들을 가진 가열 시스템을 사용하는 것 포함한다. 상기 데이터는, 예를 들어, 그 데이터가 수집되고 기록된 히터 시스템(10)으로부터의 다른 작동 데이터 중에서, 전력 레벨 및/또는 온도 정보를 포함할 수 있다.One form of calibration is to operate the heater system 10 in at least one mode of operation, the heater system 10 to produce a desired temperature for at least one of the independently controlled heating zones 62 . control, collecting and recording data for at least one independently controlled heating zone 62 for the mode of operation, then for a heating system having a reduced number of independently controlled heating zones accessing recorded data to determine operating specifications, then using a heating system with a reduced number of independently controlled heating zones. The data may include, for example, power level and/or temperature information, among other operational data from the heater system 10 for which the data was collected and recorded.

본 개시내용의 변형예에서, 상기 히터 시스템은, 히터 번들(12) 내의 복수의 히터 조립체들보다는, 단일의 히터 조립체(18)를 포함할 수 있다. 단일의 히터 조립체(18)는 복수의 히터 유닛들(52)을 포함할 것이며, 각각의 히터 유닛(52)은 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 형성한다. 유사하게, 전력 도체들(56)은 각각의 히터 유닛(52) 내의 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62) 각각에 전기적으로 연결되며, 전력 공급 장치는 전력 도체들(56)을 통해 히터 유닛들의 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62) 각각에 대한 전력을 조절하도록 구성된다. In variations of the present disclosure, the heater system may include a single heater assembly 18 , rather than a plurality of heater assemblies in a heater bundle 12 . A single heater assembly 18 will include a plurality of heater units 52 , each heater unit 52 defining at least one independently controlled heating zone. Similarly, power conductors 56 are electrically connected to each of the independently controlled heating zones 62 within each heater unit 52 , and a power supply is provided via the power conductors 56 to each of the heater units. configured to regulate power to each of the independently controlled heating zones 62 .

도 7을 참조하면, 히터 시스템을 제어하는 방법(100)은, 단계(102)에서, 복수의 히터 조립체들을 포함하는 히터 번들을 제공하는 단계를 포함한다. 각각의 히터 조립체는 복수의 히터 유닛들을 포함한다. 각각의 히터 유닛은 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 회로(및 결과적으로 가열 구역)를 형성한다. 단계(104)에서, 상기 히터 유닛들 각각에 대한 전력은 히터 유닛들 각각의 독립적으로 제어되는 가열 구역들 각각에 전기적으로 연결된 전력 도체들을 통해 공급된다. 단계(106)에서, 상기 구역들 각각의 내부의 온도가 검출된다. 온도는 히터 유닛들 중 적어도 하나의 저항성 가열 요소의 저항 변화를 사용하여 결정될 수 있다. 구역 온도는 구역 저항을 측정함으로써(또는, 적합한 재료들이 사용된 경우, 회로 전압의 측정에 의해) 초기에 결정될 수 있다. Referring to FIG. 7 , a method 100 of controlling a heater system includes, at step 102 , providing a heater bundle comprising a plurality of heater assemblies. Each heater assembly includes a plurality of heater units. Each heater unit defines at least one independently controlled heating circuit (and consequently a heating zone). In step 104 , power to each of the heater units is supplied via power conductors electrically connected to each of the independently controlled heating zones of each of the heater units. In step 106, the temperature inside each of the zones is detected. The temperature may be determined using a change in resistance of the resistive heating element of at least one of the heater units. The zone temperature can be initially determined by measuring the zone resistance (or by measuring the circuit voltage, if suitable materials are used).

온도 값들은 디지털화될 수 있다. 신호들은 마이크로프로세서로 전달될 수 있다. 단계(108)에서, 측정된(검출된) 온도 값들은 각각의 구역에 대한 목표(원하는) 온도와 비교될 수 있다. 단계(110)에서, 목표 온도들을 달성하기 위해, 히터 유닛들 각각에 공급되는 전력은 측정된 온도에 기초하여 조절될 수 있다. The temperature values can be digitized. Signals may be passed to a microprocessor. In step 108 , the measured (detected) temperature values may be compared to a target (desired) temperature for each zone. In step 110 , in order to achieve target temperatures, the power supplied to each of the heater units may be adjusted based on the measured temperature.

선택적으로, 상기 방법은 변조 전력을 조절하기 위해 계수 인자(scaling factor)를 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 계수 인자는 각각의 가열 구역의 가열 용량(heating capacity)의 함수일 수 있다. 상기 제어기(15)는, 다음 업데이트까지 (듀티 사이클, 위상각 파이어링(phase angle firing), 전압 변조 또는 유사한 기술들을 통해) 각각의 구역에 제공될 전력의 양을 결정하기 위해, (시스템의 업데이트 시간에 대한 지식을 포함하는) 시스템의 동적 거동의 계수 인자 및/또는 수학적 모델을 잠재적으로 포함하는 알고리즘을 포함할 수 있다. 원하는 전력은 신호로 변환될 수 있으며, 이 신호는 개별 가열 구역들로의 전력 출력을 제어하기 위한 스위치 또는 다른 전력 조절 장치로 전송된다. Optionally, the method may further comprise using a scaling factor to adjust the modulation power. The coefficient factor may be a function of the heating capacity of each heating zone. The controller 15 controls (updating the system) to determine the amount of power to be provided to each zone (via duty cycle, phase angle firing, voltage modulation or similar techniques) until the next update. Algorithms potentially including mathematical models and/or coefficient factors of the dynamic behavior of the system (including knowledge of time). The desired power can be converted into a signal, which is sent to a switch or other power conditioning device to control the power output to the individual heating zones.

본 형태에서, 적어도 하나의 가열 구역이 이상 조건으로 인해 꺼질 때, 나머지 영역들은 고장 없이 원하는 전력량을 계속 제공한다. 전력은, 적어도 하나의 가열 구역에서 이상 조건이 감지될 때, 원하는 전력량을 제공하기 위해 가동되는 가열 구역에 대해 조절된다. 결정된 온도에 따라 하나 이상의 가열 구역이 꺼질 때, 나머지 구역들은 원하는 전력량을 계속해서 제공한다. 전력은 수신된 신호들, 모델 중 적어도 하나의 함수로서, 그리고 시간의 함수로서 가열 구역들 각각에 대해 조절된다.In this aspect, when at least one heating zone is turned off due to an abnormal condition, the remaining zones continue to provide the desired amount of power without failure. Power is regulated for the activated heating zone to provide a desired amount of power when an abnormal condition is detected in the at least one heating zone. When one or more heating zones are turned off according to the determined temperature, the remaining zones continue to provide the desired amount of power. Power is adjusted for each of the heating zones as a function of at least one of the received signals, the model, and as a function of time.

안전 또는 공정 제어의 이유로, 전형적인 히터들은 일반적으로 히터의 특정 위치가 특정 위치에서 원하지 않는 화학적 또는 물리적 반응(예컨대, 연소/점화/산화, 코크스 비등, 등)으로 인해 주어진 온도를 초과하는 것을 방지하기 위해 최대 허용 온도 아래에서 작동된다. 따라서, 이는 일반적으로 보수적인 히터 설계(예컨대, 전력 밀도가 낮고 표면적의 대부분이 가능한 것보다 훨씬 낮은 열유속으로 로딩되는 대형 히터)에 의해 수용된다.For safety or process control reasons, typical heaters are generally required to prevent a specific location of the heater from exceeding a given temperature due to undesired chemical or physical reactions (eg, combustion/ignition/oxidation, coke boiling, etc.) at that specific location. to operate below the maximum permissible temperature. Thus, this is generally accommodated by conservative heater designs (eg, large heaters with low power densities and with most of the surface area loaded at a much lower heat flux than is possible).

그러나, 본 개시의 히터 번들에 의해, 개별 가열 구역들의 크기에 대한 분해능까지 히터 내부의 임의의 위치의 온도를 측정하고 제한하는 것이 가능하다. 개별 회로의 온도에 영향을 줄 만큼 충분히 큰 핫 스폿은 검출될 수 있다. However, with the heater bundle of the present disclosure, it is possible to measure and limit the temperature at any location inside the heater to a resolution for the size of the individual heating zones. Hot spots large enough to affect the temperature of the individual circuit can be detected.

개별 가열 구역들의 온도가 자동으로 조절되고 결과적으로 제한될 수 있기 때문에, 각각의 구역 내의 온도의 동적 및 자동 제한은 임의의 구역에서 원하는 온도 제한을 초과할 위험 없이 이 구역과 다른 모든 구역들이 최적의 전력/열유속 레벨에서 작동되도록 유지할 것이다. 이는 별도의 열전대를 번들 내의 요소들 중 하나의 피복에 클램핑하는 현재 관행보다 높은 한계 온도 측정 정확도에서 이점을 제공한다. 감소된 마진과 개별 구역들에 대한 전력을 조절하는 능력은 전체 히터 조립체에 적용되는 것보다는, 선택적으로 개별적으로, 가열 구역들에 선택적으로 적용될 수 있으며, 이에 의해 미리 결정된 온도 한계를 초과할 위험을 감소시킨다. Because the temperature of the individual heating zones can be automatically adjusted and consequently limited, the dynamic and automatic limiting of the temperature within each zone ensures that this zone and all other zones are optimally controlled without the risk of exceeding the desired temperature limit in any zone. It will keep operating at the power/heat flux level. This provides an advantage in limiting temperature measurement accuracy over the current practice of clamping a separate thermocouple to the sheath of one of the elements in the bundle. The reduced margin and ability to regulate power to individual zones can be selectively applied to heating zones, individually, rather than to the entire heater assembly, thereby reducing the risk of exceeding a predetermined temperature limit. Reduce.

카트리지 히터의 특성은 시간에 따라 변할 수 있다. 이 시간에 따라 변하는 특성은 그렇지 않으면 카트리지 히터가 단일의 선택된(더 나쁜 경우) 흐름 상태(flow regime)에 대해 설계될 것을 요구할 것이며, 이에 따라 카트리지 히터는 다른 흐름 상태들에 대해 최적에 못 미치는(sub-optimum) 상태에서 작동할 것이다. The characteristics of a cartridge heater can change over time. This time-varying nature would otherwise require the cartridge heater to be designed for a single selected (worse case) flow regime, so that the cartridge heater would not be suboptimal for other flow conditions. sub-optimum) will work.

그러나, 상기 히터 조립체에 제공된 다수의 가열 유닛들로 인해 코어 크기의 분해능까지 전체 번들에 대한 전력 분배의 동적 제어에 의해, 다양한 흐름 상태들에 대한 최적화된 전력 분배가 달성될 수 있으며, 이는 일반적인 카트리지 히터에서 단 하나의 흐름 상태에 대응되는 단 하나의 전력 분배와는 대조적이다. 따라서, 본 출원의 히터 번들은 다른 모든 흐름 상태들에 대한 총 열유속의 증가를 허용한다.However, by dynamic control of the power distribution for the entire bundle up to a core-sized resolution due to the multiple heating units provided in the heater assembly, optimized power distribution for various flow conditions can be achieved, which is typical of a cartridge In contrast to only one power distribution corresponding to only one flow state in the heater. Thus, the heater bundle of the present application allows for an increase in the total heat flux for all other flow conditions.

또한, 가변 전력 제어는 히터 설계의 유연성을 증가시킬 수 있다. 전압은 히터 설계에서 저항으로부터 (상당한 정도로) 분리될 수 있으며, 히터들은 히터에 장착될 수 있는 최대 와이어 직경을 가지도록 설계될 수 있다. 이는 주어진 히터 크기와 신뢰성 수준(또는 히터 수명)에 대해 증가된 전력 소산 용량을 허용하며, 주어진 전체 전력 수준에 대한 번들의 크기가 감소될 수 있도록 허용한다. 이러한 구성에서 전력은 현재 사용 가능하거나 개발 중인 가변 전력량 제어기들의 일부인 가변 듀티 사이클에 의해 조절될 수 있다. 상기 히터 번들은 히터 번들의 "과부하"를 방지하기 위해 주어진 구역에 대한 듀티 사이클에 대해 프로그래밍 가능한(또는 원하는 경우 미리 프로그래밍된) 제한에 의해 보호될 수 있다. In addition, variable power control can increase the flexibility of heater design. Voltage can be decoupled (to a significant extent) from the resistance in the heater design, and the heaters can be designed to have the largest wire diameter that can be mounted to the heater. This allows for increased power dissipation capacity for a given heater size and reliability level (or heater life), and allows the size of the bundle to be reduced for a given overall power level. In this configuration, power may be regulated by variable duty cycle, which is part of variable wattage controllers currently available or in development. The heater bundle may be protected by a programmable (or pre-programmed, if desired) limit on the duty cycle for a given zone to prevent "overload" of the heater bundle.

도 8을 참조하면, 열적 수단(thermal provision)을 가진 히터 조립체(50)의 사시도가 도시되어 있다. 일반적으로, 열적 수단은 불균일한 온도를 보상하기 위해 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 열 전도도(thermal conductance)를 수정하도록 구성된다. 불균일한 온도들은 예를 들어 후술하는 바와 같은 단부 히터 유닛과 같은 적어도 하나의 히터 유닛 내부에 있을 수 있다. 대안으로서, 불균일한 온도는 히터 조립체의 인접한 히터 유닛들 사이에 있을 수 있다. 이 열적 수단은 아래에 더 상세하게 제시되는 다양한 형태를 취할 수 있으며, 상기 히터 유닛들 중 하나 이상에서 구현될 수 있다.Referring to FIG. 8 , a perspective view of a heater assembly 50 with thermal provision is shown. Generally, the thermal means is configured to modify the thermal conductance along the length of the at least one heater assembly to compensate for the non-uniform temperature. Non-uniform temperatures may be within at least one heater unit, for example an end heater unit as described below. Alternatively, the non-uniform temperature may be between adjacent heater units of the heater assembly. This thermal means may take a variety of forms, which are presented in greater detail below, and may be embodied in one or more of the heater units.

상술한 바와 같이, 히터 조립체들(50)은 각각 복수의 히터 유닛들(52)을 포함한다. 각각의 히터 유닛(52)은 단부 히터 유닛(52-1)과 인접한 히터 유닛들(52-2) 중 하나를 형성한다. 도 9-10에 도시된 바와 같이, 상기 단부 히터 유닛들(52-1)과 인접한 히터 유닛들(52-2) 각각은 코어 몸(58)와, 상기 코어 몸체(58)를 둘러싸는 저항성 가열 요소(60)를 포함한다. 각각의 단부 히터 유닛(52-1)의 저항성 가열 요소(60)는 하나 이상의 단부 가열 구역들(62-1)을 형성하며, 각각의 인접한 히터 유닛(52-2)의 저항성 가열 요소(60)는 하나 이상의 인접한 가열 구역들(62-2)을 형성한다. 상기 단부 히터 유닛들(52-1)과 인접 히터 유닛들(52-2)의 저항성 가열 요소들(60)은 전력 도체들(56)에 연결되며, 이는 결국, 전력 공급 장치(14)에 연결된다. 상기 전력 도체들(56)은 전력 공급 장치(14)로부터 단부 히터 유닛들(52-1)과 인접 히터 유닛들(52-2)로 전력을 공급한다. 상기 전력 도체들(56)을 저항성 가열 요소들(60)에 선택적으로 연결함으로써, 단부 히터 유닛들(52-1)과 인접 히터 유닛들(52-2)의 저항성 가열 요소들(60)은 전력 공급 장치(14)의 제어기(15)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다.As described above, the heater assemblies 50 each include a plurality of heater units 52 . Each heater unit 52 forms an end heater unit 52-1 and one of adjacent heater units 52-2. 9-10, each of the heater units 52-2 adjacent to the end heater units 52-1 includes a core body 58 and resistive heating surrounding the core body 58. element 60 . The resistive heating element 60 of each end heater unit 52-1 defines one or more end heating zones 62-1, the resistive heating element 60 of each adjacent heater unit 52-2. forms one or more adjacent heating zones 62-2. The end heater units 52-1 and the resistive heating elements 60 of adjacent heater units 52-2 are connected to power conductors 56, which in turn are connected to a power supply 14. do. The power conductors 56 supply power from the power supply 14 to the end heater units 52-1 and adjacent heater units 52-2. By selectively connecting the power conductors 56 to the resistive heating elements 60 , the resistive heating elements 60 of the end heater units 52-1 and adjacent heater units 52-2 are powered It can be independently controlled by the controller 15 of the supply device 14 .

일 형태에서, 히터 조립체(50)의 열적 수단은 전도성 슬리브(120)에 의해 구현된다. 일례로서, 도 10을 참조하면, 상기 전도성 슬리브(120)는 단부 히터 유닛(52-1)의 저항성 가열 요소(60)에 근접하게 배치된다. 일 형태에서, 상기 전도성 슬리브(120)는 저항성 가열 요소(60)와 및 코어 몸체(58)를 둘러싸며, 전도성 슬리브(120)는 외부 금속 피복(54)과 저항성 가열 요소(60) 사이에 배치된다. 상기 전도성 슬리브(120)는 다른 형태들에서는 저항성 가열 요소(60)와 코어 몸체(58)를 완전히 둘러싸지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 상기 전도성 슬리브(120)는 다른 형태들에서 저항성 가열 요소(60)와 외부 금속 피복(54) 사이에 배치되지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다.In one form, the thermal means of the heater assembly 50 is implemented by a conductive sleeve 120 . As an example, referring to FIG. 10 , the conductive sleeve 120 is disposed proximate the resistive heating element 60 of the end heater unit 52-1. In one form, the conductive sleeve 120 surrounds the resistive heating element 60 and the core body 58 , the conductive sleeve 120 being disposed between the outer metal sheath 54 and the resistive heating element 60 . do. It should be understood that the conductive sleeve 120 may not completely enclose the resistive heating element 60 and the core body 58 in other configurations. It should also be understood that the conductive sleeve 120 may not be disposed between the resistive heating element 60 and the outer metal sheath 54 in other configurations.

일 형태에서, 상기 전도성 슬리브(120)는 외부 금속 피복(54)의 열 전도율보다 더 큰 열 전도율을 가진다. 따라서, 상기 전도성 슬리브(120)는 인접한 히터 유닛들(52-2)에 비해 단부 히터 유닛(52-1)의 전도도를 증가시키도록 구성되며, 이에 의해 히터 조립체(50)를 따라서 바람직하지 않은 온도 구배를 억제한다.In one form, the conductive sleeve 120 has a thermal conductivity greater than that of the outer metal sheath 54 . Accordingly, the conductive sleeve 120 is configured to increase the conductivity of the end heater unit 52-1 relative to adjacent heater units 52-2, thereby resulting in an undesirable temperature along the heater assembly 50. Suppress the gradient.

도 11을 참조하면, 다른 예시적인 열적 수단을 가진 히터 조립체(50)의 사시도가 도시되어 있다. 일 형태에서, 상기 히터 조립체(50)의 열적 수단은 외부 피복 열적 수단(130)에 의해 구현된다. 보다 구체적으로, 도 12-13을 참조하면, 상기 히터 조립체(50)는 단부 외부 금속 피복들(54-1)과 인접 외부 금속 피복들(54-2)을 각각 포함한다. 상기 단부 외부 금속 피복들(54-1)과 인접 외부 금속 피복들(54-2)은 집합적으로 외부 금속 피복(54)을 형성하며, 상기 외부 피복 열적 수단(130)은 일 형태에서 단부 외부 금속 피복들(54-1)에 의해 구현된다. 그러나, 상기 외부 피복 열적 수단(130)은 임의의 히터 유닛에 의해 구현될 수 있으며, 이에 따라 단부 히터 유닛들(52-1)로 제한되지 않는다는 것을 이해해야 한다.Referring to FIG. 11 , a perspective view of a heater assembly 50 with another exemplary thermal means is shown. In one form, the thermal means of the heater assembly 50 is implemented by an outer sheathing thermal means 130 . More specifically, referring to FIGS. 12-13 , the heater assembly 50 includes end outer metallic sheaths 54-1 and adjacent outer metallic sheaths 54-2, respectively. The end outer metal sheaths 54 - 1 and adjacent outer metal sheaths 54 - 2 collectively form an outer metal sheath 54 , wherein the outer sheath thermal means 130 is, in one form, external to the end. It is implemented by metal sheaths 54-1. However, it should be understood that the outer covering thermal means 130 may be implemented by any heater unit, and thus is not limited to the end heater units 52-1.

일 형태에서, 상기 단부 외부 금속 피복들(54-1)과 인접 외부 금속 피복들(54-2)은 상이한 두께들 및/또는 열 전도율들을 가진다. 일례로서, 단부 외부 금속 피복(54-1)은 인접 외부 금속 피복(54-2)에 비해 더 큰 두께들과 더 높은 열 전도율들을 가진다. 따라서, 단부 외부 금속 피복(54-1)은 인접 히터 유닛들(52-2)에 비해 단부 히터 유닛(52-1)의 전도도를 증가시키고, 이에 의해 히터 조립체(50)를 따라서 바람직하지 않은 온도 구배를 억제하도록 구성된다. 상기 단부 외부 금속 피복(54-1)과 인접 외부 금속 피복(54-2)은 히터 조립체(50)를 따라 열 구배를 선택적으로 제어하기 위해 다른 변형들에서 변하는 두께들 및/또는 열 전도율들 가질 수 있다.In one form, the end outer metal sheaths 54 - 1 and adjacent outer metal sheaths 54 - 2 have different thicknesses and/or thermal conductivity. As an example, the end outer metallization 54-1 has greater thicknesses and higher thermal conductivity compared to the adjacent outer metallization 54-2. Thus, the outer end metal sheath 54-1 increases the conductivity of the end heater unit 52-1 relative to the adjacent heater units 52-2, thereby causing an undesirable temperature along the heater assembly 50. configured to suppress the gradient. The end outer metallization 54-1 and adjacent outer metallization 54-2 may have varying thicknesses and/or thermal conductivities in different variations to selectively control the thermal gradient along the heater assembly 50. can

도 14를 참조하면, 다른 예시적인 열적 수단을 가진 히터 조립체(50)의 사시도가 도시되어 있다. 이 형태에서, 히터 조립체(50)의 열적 수단은 전력 도체 열적 수단(140)에 의해 구현된다. 상기 전력 도체 열적 수단(140)은 전력 도체들(56-1)(이는 일 형태에서 도시된 바와 같이 단부에 있을 수 있거나, 또는 히터 조립체(50)를 따라서 임의의 다른 위치에 있을 수 있음)과 인접 전력 도체들(56-2)에 의해 구현된다. 일 형태에서, 상기 전력 도체들(56-1)과 인접 전력 도체들(56-2)은 집합적으로 복수의 전력 도체들(56)을 형성한다. 상기 전력 도체들(56-1)은 단부 히터 유닛들(52-1)의 저항성 가열 요소들(60)에 연결되고, 인접 전력 도체들(56-2)은 인접 히터 유닛들(52-2)의 저항성 가열 요소들(60)에 연결된다.Referring to FIG. 14 , a perspective view of a heater assembly 50 with another exemplary thermal means is shown. In this form, the thermal means of the heater assembly 50 are implemented by the power conductor thermal means 140 . The power conductor thermal means 140 includes power conductors 56-1 (which may be at the end as shown in one form, or at any other location along the heater assembly 50) and It is implemented by adjacent power conductors 56 - 2 . In one form, the power conductors 56 - 1 and adjacent power conductors 56 - 2 collectively form a plurality of power conductors 56 . The power conductors 56-1 are connected to the resistive heating elements 60 of the end heater units 52-1, and the adjacent power conductors 56-2 are connected to the adjacent heater units 52-2. connected to the resistive heating elements 60 of

몇몇 형태들에서, 도 14-15를 참조하면, 전력 도체들(56-1)과 인접 전력 도체들(56-2)은 상이한 두께들, 단면적들, 및/또는 열전도율들을 가진다. 예를 들어, 상기 전력 도체들(56-1)은 인접 전력 도체들(56-2)의 두께(T2) 및 단면적(이는 이 형태에서 두께(T2)에 비례함)보다 더 큰 두께(T1) 및 단면적(이는 이 형태에서 두께(T1)에 비례함)을 가진다. 따라서, 상기 전력 도체들(56-1)은 인접 히터 유닛들(52-2)에 비해 단부 히터 유닛(52-1)의 전도도를 증가시키도록 구성되며, 이에 의해 히터 조립체(50)를 따라서 바람직하지 않은 온도 구배를 억제한다. 상기 단부 전력 도체들(56-1)과 인접 전력 도체들(56-2)은 히터 조립체(50)를 따라서 열 구배를 선택적으로 제어하기 위해 다른 형태들에서 변하는 두께들, 단면적들 및/또는 열전도율들을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다.In some forms, referring to FIGS. 14-15 , power conductors 56-1 and adjacent power conductors 56-2 have different thicknesses, cross-sectional areas, and/or thermal conductivity. For example, the power conductors 56-1 have a thickness T1 that is greater than the thickness T2 and cross-sectional area of the adjacent power conductors 56-2 (which is proportional to the thickness T2 in this form). and a cross-sectional area, which in this form is proportional to the thickness T1. Accordingly, the power conductors 56 - 1 are configured to increase the conductivity of the end heater unit 52-1 relative to adjacent heater units 52 - 2 , thereby advantageously along the heater assembly 50 . Suppresses undesirable temperature gradients. The end power conductors 56 - 1 and adjacent power conductors 56 - 2 have varying thicknesses, cross-sectional areas and/or thermal conductivity in different forms to selectively control a thermal gradient along the heater assembly 50 . You have to understand that you can have them.

도 16을 참조하면, 다른 예시적인 열적 수단을 가진 히터 조립체(50)의 사시도가 도시되어 있다. 일 형태에서, 상기 히터 조립체(50)는 간격들(150) 및 인접 간격들(152)을 포함하며, 상기 히터 조립체(50)의 열적 수단은 상기 간격들(150)(이는 일 형태에서 도시된 바와 같이 단부에 있을 수 있거나, 또는 히터 조립체(50)를 따라서 임의의 다른 위치에 있을 수 있음)에 의해 형성된다. 여기에서 사용될 때, "간격(spacing)"은 연속적인 히터 유닛들(52) 사이의 갭을 지칭한다. 일례로서, 상기 간격(150)은 단부 히터 유닛들(52-1)과 인접 히터 유닛(52-2) 사이의 갭들을 지칭하며, 인접 간격들(152)은 인접 히터 유닛들(52-2) 사이의 갭들을 지칭한다. 일 형태에서, 길이 방향(X)으로 단부 간격들(150)의 폭(W1)은 길이 방향(X)으로 인접 간격들(152)(W2)의 폭보다 크다.Referring to FIG. 16 , a perspective view of a heater assembly 50 with another exemplary thermal means is shown. In one form, the heater assembly 50 includes gaps 150 and adjacent gaps 152 , wherein the thermal means of the heater assembly 50 includes the gaps 150 (which is shown in one form). may be at the end as shown, or at any other location along the heater assembly 50). As used herein, “spacing” refers to the gap between successive heater units 52 . As an example, the gap 150 refers to gaps between the end heater units 52-1 and the adjacent heater unit 52-2, and the adjacent gaps 152 are the adjacent heater units 52-2. gaps between them. In one form, the width W1 of the end gaps 150 in the longitudinal direction X is greater than the width of the adjacent gaps 152 ( W2 ) in the longitudinal direction X .

한편, 도 16에 도시된 간격들(150)의 폭(W1)은 동일하지만, 상기 간격들(150)의 폭(W1)은 다른 형태들에서 동일하지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 마찬가지로, 도 16에 도시된 인접 간격들(152)의 폭(W2)은 동일하지만, 인접 간격들(152)의 폭(W2)은 다른 형태들에서 동일하지 않을 수 있음을 이해해야 한다. 일 형태에서, 단부 간격들(150)의 폭(W1)은 인접 간격들(152)의 폭(W2)보다 작거나 동일하다. 상기 간격들(150)의 폭(W1)과 인접 간격들(152)의 폭(W2)을 선택적으로 지정함으로써, 인접 히터 유닛들(52-2)에 비해 단부 히터 유닛들(52-1)(또는 히터 조립체(50)의 길이를 따라서 임의의 다른 히터 유닛)의 전도도는 히터 조립체(50)의 길이를 따라서 바람직하지 않은 온도 구배를 억제하도록 증가될 수 있다. On the other hand, although the width W1 of the gaps 150 shown in FIG. 16 is the same, it should be understood that the width W1 of the gaps 150 may not be the same in other forms. Likewise, while the width W2 of adjacent spacings 152 shown in FIG. 16 is the same, it should be understood that the width W2 of adjacent spacings 152 may not be the same in other configurations. In one form, the width W1 of the end gaps 150 is less than or equal to the width W2 of the adjacent gaps 152 . By selectively specifying the width W1 of the gaps 150 and the width W2 of the adjacent gaps 152, the end heater units 52-1 ( Alternatively, the conductivity of any other heater unit along the length of the heater assembly 50 may be increased to suppress undesirable temperature gradients along the length of the heater assembly 50 .

도 17을 참조하면, 다른 예시적인 열적 수단을 가진 히터 조립체(50)의 사시도가 도시되어 있다. 몇몇 형태들에서, 상기 히터 조립체(50)는 스페이서들(spacers)(160)(이는 일 형태에서 도시된 바와 같이 단부에 있을 수 있거나, 히터 조립체(50)를 따라서 임의의 다른 위치에 있을 수 있음)과 인접 스페이서들(162)을 포함하며, 히터 조립체(50)의 열적 수단은 상기 스페이서들(160)에 의해 구현된다. 상기 스페이서들(160)은 단부 히터 유닛(52-1)과 인접 히터 유닛(52-2) 사이에 배치되며, 인접 스페이서들(162)은 인접 히터 유닛들(52-2) 사이에 배치된다. 상기 스페이서들(160)과 인접 스페이서들(162)은, 세라믹 재료(예컨대, 질화알루미늄, 질화붕소, 폴리우레탄, 및 붕규산 유리, 아크릴 유리, 유리섬유, 등과 같은 유리-기반 재료)와 같은 낮은 열전도율을 가진 다양한 재료들에 의해 구현될 수 있다. Referring to FIG. 17 , a perspective view of a heater assembly 50 with another exemplary thermal means is shown. In some forms, the heater assembly 50 has spacers 160 (which may be at the ends as shown in one form, or may be at any other location along the heater assembly 50 ). ) and adjacent spacers 162 , and the thermal means of the heater assembly 50 is implemented by the spacers 160 . The spacers 160 are disposed between the end heater unit 52-1 and the adjacent heater unit 52-2, and the adjacent spacers 162 are disposed between the adjacent heater units 52-2. The spacers 160 and adjacent spacers 162 have a low thermal conductivity, such as a ceramic material (eg, aluminum nitride, boron nitride, polyurethane, and a glass-based material such as borosilicate glass, acrylic glass, fiberglass, etc.). It can be implemented by various materials with

몇몇 형태들에서, 길이 방향(X)으로 스페이서들(160)의 폭(W3)은 길이 방향(X)으로 인접 스페이서들(162)의 폭(W4)보다 더 크다. 한편, 도 17에 도시된 스페이서들(160)의 폭(W3)은 동일하지만, 스페이서들(160)의 폭(W3)은 다른 형태들에서 동일하지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일 형태에서, 상기 스페이서들(160)의 폭(W3)은 인접 스페이서들(162)의 폭(W4)보다 작거나 동일하다. 상기 스페이서들(160)의 폭(W3)과 인접 스페이서들(162)의 폭(W4)을 선택적으로 지정함으로써, 단부 히터 유닛(52-1) 또는 히터 조립체(50)의 길이를 따라서 임의의 다른 히터 유닛의 전도도는, 히터 조립체(50)를 따라서 바람직하지 않은 온도 구배를 억제하기 위해, 인접 히터 유닛들(52-2)에 비해 증가될 수 있다. In some aspects, the width W3 of the spacers 160 in the longitudinal direction X is greater than the width W4 of the adjacent spacers 162 in the longitudinal direction X. Meanwhile, it should be understood that although the width W3 of the spacers 160 shown in FIG. 17 is the same, the width W3 of the spacers 160 may not be the same in other shapes. In one embodiment, the width W3 of the spacers 160 is less than or equal to the width W4 of the adjacent spacers 162 . By selectively specifying the width W3 of the spacers 160 and the width W4 of adjacent spacers 162 , the end heater unit 52-1 or any other along the length of the heater assembly 50 . The conductivity of the heater unit may be increased relative to adjacent heater units 52 - 2 to suppress undesirable temperature gradients along the heater assembly 50 .

일 형태에서, 도 14-15에 관하여 위에서 설명된 전력 도체 열적 수단(140)과 상기 스페이서들(160)은 집합적으로 열적 수단을 형성하기 위해 조합된다. 일례로서, 도 18-19에 도시된 바와 같이, 전력 도체들(56-1)은 전력 도체들(56-1)이 대응되는 스페이서(160) 내부에 그리고 대응되는 단부 히터 유닛(52-1)(미도시) 내부에 배치되도록 길이 방향(X)으로 히터 조립체(50)를 따라서 연장된다. 마찬가지로, 인접 전력 도체들(56-2)은 인접 전력 도체들(56-2)이 대응되는 인접 스페이서(162) 내부에 그리고 대응되는 인접 히터 유닛(52-2)(미도시) 내부에 배치되도록 길이 방향(X)으로 히터 조립체(50)를 따라서 연장된다. 몇몇 형태들에서, 스페이서(160) 내부에 배치된 전력 도체들(56-1)은 인접 스페이서들(162) 내부에 배치된 인접 전력 도체들(56-2)보다 더 큰 단면적을 가진다. 상기 스페이서(160) 내부에 배치된 전력 도체들(56-1)은 다른 형태들에서 인접 스페이서들(162) 내부에 배치된 인접 전력 도체들(56-2)의 단면적보다 작거나 동일한 단면적을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. In one form, the power conductor thermal means 140 and the spacers 160 described above with respect to FIGS. 14-15 are combined to collectively form a thermal means. As an example, as shown in FIGS. 18-19 , the power conductors 56-1 are placed inside the spacer 160 to which the power conductors 56-1 correspond and the corresponding end heater unit 52-1. It extends along the heater assembly 50 in the longitudinal direction (X) to be disposed therein (not shown). Similarly, adjacent power conductors 56-2 are arranged such that adjacent power conductors 56-2 are disposed inside a corresponding adjacent spacer 162 and inside a corresponding adjacent heater unit 52-2 (not shown). It extends along the heater assembly 50 in the longitudinal direction (X). In some forms, power conductors 56 - 1 disposed inside spacer 160 have a greater cross-sectional area than adjacent power conductors 56 - 2 disposed inside adjacent spacers 162 . The power conductors 56-1 disposed inside the spacer 160 may have a cross-sectional area that is less than or equal to the cross-sectional area of the adjacent power conductors 56-2 disposed inside the adjacent spacers 162 in other forms. You have to understand that you can.

도 20을 참조하면, 다른 예시적인 열적 수단을 가진 히터 조립체(50)의 사시도가 도시되어 있다. 일 형태에서, 히터 조립체(50)의 열적 수단은 가변 폭(variable width) 열적 수단(170)에 의해 구현된다. 상기 가변 폭 열적 수단(170)은 단부 히터 유닛들(52-1) 중 적어도 하나(또는 히터 조립체(50)의 길이를 따라서 임의의 다른 히터 유닛)를 포함한다. 몇몇 형태들에서, 길이 방향(X)으로 단부 히터 유닛들(52-1)의 폭(W5)은 길이 방향(X)으로 인접 히터 유닛들(52-2)의 폭(W6)보다 더 크다. 다른 형태들에서, 단부 히터 유닛들(52-1)의 폭(W5)은 인접 히터 유닛들(52-2)의 폭(W6)보다 작거나 동일할 수 있음을 이해해야 한다. 단부 히터 유닛들(52-1)의 폭(W5)과 인접 히터 유닛들(52-2)의 폭(W6)을 선택적으로 지정함으로써, 인접 히터 유닛들(52-2)에 비해 단부 히터 유닛들(52-1)의 전도도는 히터 조립체(50)를 따라서 바람직하지 않은 온도 구배를 억제하도록 증가될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 히터 유닛들(52)을 위한 전력 도체들은 인접 히터 유닛들(52-2)을 통해 단부 히터 유닛들(52-1) 사이에서 연장된다는 것을 쉽게 이해해야 한다.Referring to FIG. 20 , a perspective view of a heater assembly 50 with another exemplary thermal means is shown. In one form, the thermal means of the heater assembly 50 is implemented by a variable width thermal means 170 . The variable width thermal means 170 includes at least one of the end heater units 52-1 (or any other heater unit along the length of the heater assembly 50). In some forms, the width W5 of the end heater units 52-1 in the longitudinal direction X is greater than the width W6 of the adjacent heater units 52-2 in the longitudinal direction X. It should be understood that in other forms, the width W5 of the end heater units 52-1 may be less than or equal to the width W6 of the adjacent heater units 52-2. By selectively specifying the width W5 of the end heater units 52-1 and the width W6 of the adjacent heater units 52-2, the end heater units compared to the adjacent heater units 52-2 The conductivity of 52-1 may be increased to suppress undesirable temperature gradients along the heater assembly 50 . Although not shown, it should be readily understood that the power conductors for the heater units 52 extend between the end heater units 52-1 through adjacent heater units 52-2.

도 8-20을 참조하면, 상기 제어기(15)는 미리 정의된 모델(예컨대, 히터 시스템(10)의 다양한 구성요소들 및/또는 동적 거동들을 나타내는 수학적 모델)과 적어도 하나의 입력에 기초하여 단부 히터 유닛들(52-1) 내부의 온도를 계산하도록 구성된다. 일 형태에서, 상기 적어도 하나의 입력은 히터 번들(12) 내부의 다른 위치에서의 온도, 히터 유닛(52)의 평균 온도, 히터 조립체(18)에 위치한 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62) 중 임의의 하나의 평균 온도, 히터 번들(12) 및/또는 히터 유닛들(52) 중 임의의 하나의 전력 소비, 및/또는 히터 번들(12) 및/또는 히터 유닛들(52) 중 임의의 하나의 미리 결정된 시간 기간에 걸친 평균 전력 소비를 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 일 형태에서, 상기 적어도 하나의 입력은 히터 번들(12) 및/또는 히터 유닛들(52) 중 임의의 하나의 전압, 히터 번들(12) 및/또는 히터 유닛들(52) 중 임의의 하나의 전류, 히터 번들(12) 및/또는 히터 유닛들(52) 중 임의의 하나의 전류 누설, 및/또는 히터 번들(12)의 절연 저항을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 여기에서 설명된 기능을 수행하기 위해, 상기 제어기(15)는 적어도 하나의 입력을 얻기 위해 하나 이상의 전기 회로들/구성요소들(예컨대, 히터 유닛들(52)의 전력을 측정하기 위한 하나 이상의 감지 회로들)을 포함한다. 8-20 , the controller 15 is configured to end based on a predefined model (eg, a mathematical model representing the various components and/or dynamic behaviors of the heater system 10 ) and at least one input. configured to calculate the temperature inside the heater units 52-1. In one form, the at least one input is a temperature at another location within the heater bundle 12 , an average temperature of the heater unit 52 , one of independently controlled heating zones 62 located in the heater assembly 18 . average temperature of any one, power consumption of any one of heater bundle 12 and/or heater units 52 , and/or power consumption of any one of heater bundle 12 and/or heater units 52 . average power consumption over a predetermined time period of In one form, the at least one input is a voltage of any one of the heater bundle 12 and/or heater units 52 , the voltage of any one of the heater bundle 12 and/or heater units 52 . current, current leakage of the heater bundle 12 and/or any one of the heater units 52 , and/or the insulation resistance of the heater bundle 12 . To perform the functions described herein, the controller 15 may have one or more sensing to measure the power of one or more electrical circuits/components (eg, heater units 52 ) to obtain at least one input. circuits).

일례로서, 상기 제어기(15)는 초기에 알려진 전류를 단부 히터 유닛(52-1)에 공급하고 단부 히터 유닛(52-1)의 전압을 측정함으로써 단부 히터 유닛(52-1) 내부의 온도를 계산하도록 구성된다. 그 다음, 제어기(15)는 전압 편차 및/또는 대응되는 저항 편차를 확인하기 위해 측정된 전압을 알려진 전류와 관련된 공칭 전압과 비교한다. 이후에, 제어기(15)는 미리 정의된 모델을 사용하여 전압 편차 및/또는 대응되는 저항 편차에 기초하여 단부 히터 유닛(52-1)의 온도를 계산한다. 전술한 바와 같이, 제어기(15)는 그 다음에 단부 히터 유닛(52-1)의 온도에 기초하여 전력 도체들(56)을 통해 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62)에 대한 전력을 조절한다. 여기에서 설명된 기능을 수행하기 위해, 제어기(15)는 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및/또는 읽기 전용 메모리(ROM)와 같은 비일시적 컴퓨터 판독 가능 매체 내에 저장된 명령들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. As an example, the controller 15 controls the temperature inside the end heater unit 52-1 by supplying an initially known current to the end heater unit 52-1 and measuring the voltage of the end heater unit 52-1. configured to calculate. The controller 15 then compares the measured voltage with a nominal voltage associated with a known current to identify voltage deviations and/or corresponding resistance deviations. Then, the controller 15 calculates the temperature of the end heater unit 52-1 based on the voltage deviation and/or the corresponding resistance deviation using the predefined model. As described above, the controller 15 then regulates the power to the independently controlled heating zones 62 via the power conductors 56 based on the temperature of the end heater unit 52-1. . To perform the functions described herein, the controller 15 includes one or more processors configured to execute instructions stored in a non-transitory computer-readable medium, such as random access memory (RAM) and/or read-only memory (ROM). do.

여기에서 달리 명시적으로 나타나 있지 않은 한, 기계적/열적 특성들, 조성 백분율, 치수 및/또는 허용오차, 또는 다른 특성들을 나타내는 모든 수치들은 본 개시내용의 범위를 설명할 때 "약" 또는 "대략"이라는 단어에 의해 수정되는 것으로서 이해되어야 합니다. 이러한 수정은 산업 관행, 재료, 제조, 및 조립 공차, 및 시험 능력을 포함하는 다양한 이유로 바람직하다. .Unless expressly indicated otherwise herein, all numerical values representing mechanical/thermal properties, composition percentages, dimensions and/or tolerances, or other properties are referred to as “about” or “approximately” when describing the scope of the present disclosure. It should be understood as being modified by the word " Such modifications are desirable for a variety of reasons including industry practice, materials, manufacturing, and assembly tolerances, and testing capabilities. .

요소들 사이의 공간적 및 기능적 관계는, "연결된", "맞물린", "결합된", "인접한", "옆에", "위에", "위", "아래', 및 “배치된"을 포함하는 다양한 용어들을 사용하여 설명된다. "직접적인" 것으로 명시적으로 기술되지 않는 한, 본 개시에서 제1 및 제2 요소들 사이의 관계가 설명될 때, 그 관계는 제1 및 제2 요소들 사이에 다른 중간 요소들이 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있으며, 또한 하나 이상의 중간 요소가 (공간적으로 또는 기능적으로) 제1 요소와 제2 요소 사이에 존재하는 간접적인 관계일 수 있다. 여기에서 사용될 때, A, B, 및 C 중 적어도 하나라는 문구는, 비배타적 논리 OR을 사용하여, 논리(A OR B OR C)를 의미하는 것으로 해석되어야 하며, "A 중 적어도 하나, B 중 적어도 하나, 및 C 중 적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석되어서는 안된다. Spatial and functional relationships between elements include "connected", "interlocked", "coupled", "adjacent", "next to", "above", "above", "below", and "disposed". described using a variety of terms, including Unless explicitly stated as “direct,” when a relationship between first and second elements is described in the present disclosure, the relationship is a direct relationship between the first and second elements in which no other intermediate elements exist. relationship, and may also be an indirect relationship in which one or more intermediate elements exist (spatially or functionally) between the first element and the second element. As used herein, the phrase at least one of A, B, and C is to be construed to mean logical (A OR B OR C), using a non-exclusive logical OR, "at least one of A, B of at least one, and at least one of C."

본 개시내용의 설명은 본질적으로 예시일 뿐이며, 따라서 본 개시내용의 요지를 벗어나지 않는 변형은 본 개시내용의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 이러한 변형들은 본 개시의 사상 및 범위에서 벗어나는 것으로 간주되어서는 안 된다. 또한, 여기에서 설명된 시스템, 장치, 및 방법의 형태들에서 다양한 생략, 대체, 조합 및 변경들은, 상기 생략, 대체, 조합, 및 변경들이 명시적으로 설명되거나 본 개시의 도면들에 도시되어 있지 않은 경우에도, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. The description of the present disclosure is merely exemplary in nature, and thus, modifications that do not depart from the gist of the present disclosure are intended to be within the scope of the present disclosure. Such modifications should not be considered as a departure from the spirit and scope of the present disclosure. In addition, various omissions, substitutions, combinations, and variations in the forms of the systems, apparatus, and methods described herein, such omissions, substitutions, combinations, and variations are not expressly described or shown in the drawings of this disclosure. Even if not, it may be made without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

Claims (26)

히터 번들(heater bundle), 온도를 결정하기 위한 수단, 및 전력 공급 장치를 포함하는 히터 시스템으로서,
상기 히터 번들은:
복수의 히터 조립체들로서, 상기 복수의 히터 조립체들 중 적어도 하나는 복수의 히터 유닛들을 포함하고, 적어도 하나의 히터 유닛은 독립적으로 제어되는 가열 구역인, 복수의 히터 조립체들;
불균일한 온도를 보상하기 위해 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 열 전도도를 수정하도록 구성된 적어도 하나의 열적 수단(thermal provision); 및
상기 복수의 히터 유닛들에 전기적으로 연결된 복수의 전력 도체들;을 포함하며,
상기 전력 공급 장치는, 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 원하는 전력 출력을 제공하기 위해 결정된 온도에 기초하여 상기 전력 도체들을 통해 독립적으로 제어되는 가열 구역에 대한 전력을 조절하도록 구성된 제어기를 포함하는, 히터 시스템.
A heater system comprising a heater bundle, means for determining a temperature, and a power supply, comprising:
The heater bundle includes:
a plurality of heater assemblies, wherein at least one of the plurality of heater assemblies comprises a plurality of heater units, wherein the at least one heater unit is an independently controlled heating zone;
at least one thermal provision configured to modify thermal conductivity along a length of the at least one heater assembly to compensate for temperature non-uniformity; and
a plurality of power conductors electrically connected to the plurality of heater units; and
wherein the power supply includes a controller configured to regulate power to an independently controlled heating zone via the power conductors based on a temperature determined to provide a desired power output along a length of the at least one heater assembly. , heater system.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 히터 유닛은 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 단부에 배치된 단부 히터 유닛인, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein the at least one heater unit is an end heater unit disposed at an end of the at least one heater assembly.
제1항에 있어서,
상기 열적 수단은 상기 적어도 하나의 히터 유닛 내에서 열 전도도를 증가시키는, 히터 시스템.
According to claim 1,
and the thermal means increase thermal conductivity within the at least one heater unit.
제3항에 있어서,
상기 적어도 하나의 열적 수단은 상기 적어도 하나의 히터 유닛의 저항성 가열 요소에 근접한 전도성 슬리브를 포함하며, 상기 전도성 슬리브는 상기 저항성 가열 요소를 둘러싸는 재료의 열전도율보다 더 높은 열전도율을 가지는, 히터 시스템.
4. The method of claim 3,
wherein the at least one thermal means comprises a conductive sleeve proximate to the resistive heating element of the at least one heater unit, the conductive sleeve having a higher thermal conductivity than a thermal conductivity of a material surrounding the resistive heating element.
제3항에 있어서,
상기 히터 유닛들 각각은 외부 피복(outer sheath)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 열적 수단은 인접 히터 유닛 외부 피복들보다 더 큰 두께를 가지는 외부 피복을 가진 적어도 하나의 히터 유닛을 포함하는, 히터 시스템.
4. The method of claim 3,
wherein each of the heater units comprises an outer sheath and the at least one thermal means comprises at least one heater unit having an outer sheath having a greater thickness than adjacent heater unit outer sheaths. .
제3항에 있어서,
상기 히터 유닛들 각각은 외부 피복을 포함하며, 적어도 하나의 열적 수단은 인접 히터 유닛 외부 피복들보다 더 높은 열전도율을 가지는 외부 피복을 가진 적어도 하나의 히터 유닛을 포함하는, 히터 시스템.
4. The method of claim 3,
wherein each of the heater units comprises an outer sheath and the at least one thermal means comprises at least one heater unit having an outer sheath having a higher thermal conductivity than adjacent heater unit outer sheaths.
제3항에 있어서,
상기 적어도 하나의 열적 수단은 상기 적어도 하나의 히터 유닛에 작동적으로 연결된 적어도 두 개의 전력 도체들을 포함하며, 상기 두 개의 전력 도체들 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 히터 유닛에 근접하여 더 큰 두께를 가지는, 히터 시스템.
4. The method of claim 3,
the at least one thermal means comprises at least two power conductors operatively connected to the at least one heater unit, at least one of the two power conductors having a greater thickness in proximity to the at least one heater unit Eggplant, heater system.
제3항에 있어서,
상기 적어도 하나의 열적 수단은 상기 적어도 하나의 히터 유닛에 작동적으로 연결된 적어도 두 개의 전력 도체들을 포함하며, 상기 두 개의 전력 도체들 중 적어도 하나는 상기 적어도 하나의 히터 유닛에 근접하여 더 높은 열전도율을 가지는, 히터 시스템.
4. The method of claim 3,
the at least one thermal means comprises at least two power conductors operatively connected to the at least one heater unit, at least one of the two power conductors having a higher thermal conductivity in proximity to the at least one heater unit Eggplant, heater system.
제3항에 있어서,
상기 적어도 하나의 열적 수단은 인접 히터 유닛들의 길이보다 짧은 상기 적어도 하나의 히터 유닛의 길이를 포함하는, 히터 시스템.
4. The method of claim 3,
and the at least one thermal means comprises a length of the at least one heater unit that is less than a length of adjacent heater units.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 히터 조립체는 인접한 히터 유닛들 사이에 간격들(spacings)을 형성하며, 상기 적어도 하나의 열적 수단은, 히터 유닛들 사이에서 상이한, 상기 간격들 중 적어도 하나의 간격을 포함하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein said at least one heater assembly defines spacings between adjacent heater units, said at least one thermal means comprising at least one of said spacings different between heater units. system.
제1항에 있어서,
인접한 히터 유닛들 사이에 스페이서들(spacers)이 배치되며, 상기 적어도 하나의 열적 수단은 상기 적어도 하나의 히터 유닛과 인접 히터 유닛 사이에 다른 스페이서들보다 더 두꺼운 스페이서를 포함하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
Spacers are disposed between adjacent heater units, and wherein the at least one thermal means comprises a spacer between the at least one heater unit and an adjacent heater unit that is thicker than other spacers.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 열적 수단은 공칭 단면적보다 인접 히터 유닛들 사이에서 더 작은 단면적을 가지는 복수의 전력 도체들을 포함하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein the at least one thermal means comprises a plurality of power conductors having a smaller cross-sectional area between adjacent heater units than a nominal cross-sectional area.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나의 히터 조립체는 저항성 가열 요소들을 포함하며, 상기 저항성 가열 요소들 중 적어도 하나는 센서로서 기능하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein the at least one heater assembly includes resistive heating elements, wherein at least one of the resistive heating elements functions as a sensor.
제1항에 있어서,
상기 히터 유닛들 중 하나보다 많은 히터 유닛들은 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 형성하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein more than one of the heater units form at least one independently controlled heating zone.
히터 번들(heater bundle), 가열 조건들(heating conditions)과 가열 요건들(heating requirements) 중 적어도 하나를 결정하기 위한 수단, 및 전력 공급 장치를 포함하는 히터 시스템으로서,
상기 히터 번들은:
복수의 히터 조립체들로서, 상기 복수의 히터 조립체들 중 적어도 하나는 복수의 히터 유닛들을 포함하고, 적어도 하나의 히터 유닛은 독립적으로 제어되는 가열 구역인, 복수의 히터 조립체들;
불균일한 온도를 보상하기 위해 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 열 전도도를 수정하도록 구성된 적어도 하나의 열적 수단(thermal provision); 및
상기 복수의 히터 유닛들에 전기적으로 연결된 복수의 전력 도체들;을 포함하며,
상기 전력 공급 장치는, 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 원하는 전력 출력을 제공하기 위해 가열 조건들과 가열 요건들 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전력 도체들을 통해 독립적으로 제어되는 가열 구역에 대한 전력을 조절하도록 구성된 제어기를 포함하는, 히터 시스템.
A heater system comprising a heater bundle, means for determining at least one of heating conditions and heating requirements, and a power supply;
The heater bundle includes:
a plurality of heater assemblies, wherein at least one of the plurality of heater assemblies comprises a plurality of heater units, wherein the at least one heater unit is an independently controlled heating zone;
at least one thermal provision configured to modify thermal conductivity along a length of the at least one heater assembly to compensate for temperature non-uniformity; and
a plurality of power conductors electrically connected to the plurality of heater units; and
The power supply is configured to provide power to a heating zone independently controlled via the power conductors based on at least one of heating conditions and heating requirements to provide a desired power output along the length of the at least one heater assembly. A heater system comprising a controller configured to regulate
제15항에 있어서,
상기 적어도 하나의 히터 유닛은 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 단부에 배치된 단부 히터 유닛인, 히터 시스템.
16. The method of claim 15,
wherein the at least one heater unit is an end heater unit disposed at an end of the at least one heater assembly.
제15항에 있어서,
상기 열적 수단은 상기 적어도 하나의 히터 유닛 내에서 열 전도도를 증가시키는, 히터 시스템.
16. The method of claim 15,
and the thermal means increase thermal conductivity within the at least one heater unit.
제15항에 있어서,
가열 조건들과 가열 요건들 중 적어도 하나는, 상기 히터 유닛들의 수명, 상기 히터 유닛들의 신뢰성, 상기 히터 유닛들의 크기, 상기 히터 유닛들의 비용, 국부적인 국부적인 히터 플럭스(heater flux), 상기 히터 유닛들의 특성들과 작동, 및 전체 전력 출력으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 히터 시스템.
16. The method of claim 15,
At least one of heating conditions and heating requirements is: a lifetime of the heater units, a reliability of the heater units, a size of the heater units, a cost of the heater units, a local local heater flux, the heater unit a heater system selected from the group consisting of their characteristics and operation, and total power output.
제15항에 있어서,
상기 히터 유닛들 중 하나보다 많은 히터 유닛들은 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 형성하는, 히터 시스템.
16. The method of claim 15,
wherein more than one of the heater units form at least one independently controlled heating zone.
복수의 히터 유닛들을 포함하는 히터 조립체로서, 적어도 하나의 히터 유닛은 독립적으로 제어되는 가열 구역인, 히터 조립체;
불균일한 온도를 보상하기 위해 상기 히터 조립체의 길이를 따라서 열 전도도를 수정하도록 구성된 적어도 하나의 열적 수단(thermal provision);
상기 복수의 히터 유닛들에 전기적으로 연결된 복수의 전력 도체들; 및
상기 히터 조립체의 길이를 따라서 원하는 전력 출력을 제공하기 위해 가열 조건들과 가열 요건들 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전력 도체들을 통해 독립적으로 제어되는 가열 구역에 대한 전력을 조절하도록 구성된 제어기를 포함하는 전력 공급 장치;를 포함하는 히터 시스템.
a heater assembly comprising a plurality of heater units, wherein at least one heater unit is an independently controlled heating zone;
at least one thermal provision configured to modify thermal conductivity along a length of the heater assembly to compensate for temperature non-uniformity;
a plurality of power conductors electrically connected to the plurality of heater units; and
power comprising a controller configured to regulate power to an independently controlled heating zone via the power conductors based on at least one of heating conditions and heating requirements to provide a desired power output along the length of the heater assembly. A heater system comprising a supply device.
제20항에 있어서,
상기 적어도 하나의 히터 유닛은 상기 히터 조립체의 단부에 배치된 단부 히터 유닛인, 히터 시스템.
21. The method of claim 20,
wherein the at least one heater unit is an end heater unit disposed at an end of the heater assembly.
제20항에 있어서,
온도를 결정하기 위한 수단을 더 포함하는, 히터 시스템.
21. The method of claim 20,
and means for determining the temperature.
제20항에 있어서,
가열 조건들과 가열 요건들을 결정하기 위한 수단을 더 포함하는, 히터 시스템.
21. The method of claim 20,
and means for determining heating conditions and heating requirements.
제20항에 있어서,
상기 히터 유닛들 중 하나보다 많은 히터 유닛들은 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 형성하는, 히터 시스템.
21. The method of claim 20,
wherein more than one of the heater units form at least one independently controlled heating zone.
유체 가열 장치로서:
내부 챔버를 형성하며 유체 입구와 유체 출구를 가지는 밀봉된 하우징; 및
제20항에 따른 히터 시스템;을 포함하며,
상기 히터 조립체는 상기 하우징의 내부 챔버 내부에 배치되고,
상기 히터 조립체는 응답형 열 분포(responsive heat distribution)를 상기 하우징 내부의 유체에 제공하도록 구성되는, 유체 가열 장치.
As a fluid heating device:
a sealed housing defining an inner chamber and having a fluid inlet and a fluid outlet; and
The heater system according to claim 20;
the heater assembly is disposed inside the inner chamber of the housing;
wherein the heater assembly is configured to provide a responsive heat distribution to the fluid within the housing.
제20항에 있어서,
상기 히터 조립체는 저항성 가열 요소들을 포함하며, 상기 저항성 가열 요소들 중 적어도 하나는 센서로서 기능하는, 히터 시스템.
21. The method of claim 20,
wherein the heater assembly includes resistive heating elements, wherein at least one of the resistive heating elements functions as a sensor.
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