KR20220127171A - Heater bundles having variable power output within zones - Google Patents

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KR20220127171A
KR20220127171A KR1020220029622A KR20220029622A KR20220127171A KR 20220127171 A KR20220127171 A KR 20220127171A KR 1020220029622 A KR1020220029622 A KR 1020220029622A KR 20220029622 A KR20220029622 A KR 20220029622A KR 20220127171 A KR20220127171 A KR 20220127171A
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heater
power
heating
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assembly
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KR1020220029622A
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마크 에벌리
스캇 보머
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와틀로 일렉트릭 매뉴팩츄어링 컴파니
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Abstract

A heater system includes a heater bundle with heater assemblies. At least one of the heater assemblies has a plurality of heater units. At least one heater unit has an independently controlled heating zone. At least one heater assembly has a physical construction configured to deliver a variable output per unit length along the length of at least one heater assembly. A plurality of power conductors are electrically connected to the plurality of heater units, and the heater system further includes a means for determining temperature. A power supply device includes a controller configured to modulate power to the independently controlled heating zone through the power conductors based on a determined temperature to provide a desired output along the length of at least one heater assembly.

Description

구역들 내부에서 가변 출력을 가지는 히터 번들{HEATER BUNDLES HAVING VARIABLE POWER OUTPUT WITHIN ZONES}HEATER BUNDLES HAVING VARIABLE POWER OUTPUT WITHIN ZONES

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 열교환기와 같은 유체 흐름을 가열하기 위한 히터들에 관한 것이다.The present disclosure relates to electric heaters, and more particularly to heaters for heating a fluid stream, such as 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.

본 개시는 히터 번들(heater bundle)을 포함하는 히터 시스템을 제공하며, 상기 히터 번들은 복수의 히터 조립체들을 포함하며, 상기 히터 조립체들 중 적어도 하나는 복수의 히터 유닛들을 포함하고, 적어도 하나의 히터 유닛은 독립적으로 제어되는 가열 구역을 가지며, 상기 적어도 하나의 히터 조립체는 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 단위 길이당 가변 전력 출력을 전달하도록 구성된 물리적 구성(physical construction)을 포함한다. 복수의 전력 도체들은 상기 복수의 히터 유닛들에 전기적으로 연결되며, 상기 히터 시스템은 온도를 결정하기 위한 수단을 더 포함한다. 전력 공급 장치는, 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 원하는 전력 출력을 제공하기 위해 결정된 온도에 기초하여 상기 전력 도체들을 통해 상기 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 has an independently controlled heating zone, the at least one heater assembly including a physical construction configured to deliver a variable power output per unit length along a length of the at least one heater assembly. A plurality of power conductors are electrically connected to the plurality of heater units, the heater system further comprising means for determining a temperature. The power supply includes a controller configured to regulate power to the 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 물리적 구성은 적어도 하나의 히터 유닛 내부에 가변 피치(variable pitch)를 가진 저항성 가열 요소를 포함하고; 상기 가변 피치는 상기 저항성 가열 요소의 길이를 따라서 연속적으로 가변되며; 상기 물리적 구성은 적어도 하나의 히터 유닛 내부에 가변 단면적을 가진 저항성 가열 요소를 포함하고; 상기 물리적 구성은 적어도 하나의 히터 유닛 내부에 가변 단면적과 가변 피치를 가진 저항성 가열 요소를 포함하며; 상기 물리적 구성은 적어도 하나의 히터 유닛 내부에 복수의 병렬 회로들을 포함하고; 상기 물리적 구성은 상기 복수의 히터 유닛들 중 하나보다 많은 히터 유닛들에 제공되고; 상기 물리적 구성은, 인접한 히터 유닛 또는 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 단부에 근접하여 더 높은 전기 저항률을 가지며 반대쪽의 다른 인접한 히터 유닛에 근접하여 더 낮은 전기 저항률을 가지는 복합 가열 요소를 포함하고; 상기 물리적 구성은 상기 히터 조립체들 중 하나보다 많은 히터 조립체들에 제공되며; 상기 복수의 히터 조립체들 중 적어도 하나의 히터 조립체는 카트리지 히터이며; 상기 물리적 구성은 인접한 히터 유닛들과는 상이한 단면적을 가진 적어도 하나의 히터 유닛을 포함하고; 상기 히터 유닛들은 복수의 저항성 가열 요소들을 포함하며, 상기 저항성 가열 요소들 중 적어도 하나는 센서로서 기능하고; 상기 물리적 구성은 가변 전기 저항률을 가진 복합 가열 요소를 포함하며; 상기 가변 전기 저항률은 인접한 히터 유닛 또는 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 단부에 근접하여 더 높은 전기 저항률과 반대쪽의 인접한 히터 유닛에 근접하여 더 낮은 전기 저항률을 포함한다. In variants of this heater system, which may be implemented individually or in any combination: the physical configuration comprises a resistive heating element having a variable pitch inside at least one heater unit; the variable pitch continuously varies along the length of the resistive heating element; the physical configuration includes a resistive heating element having a variable cross-sectional area within the at least one heater unit; the physical configuration includes a resistive heating element having a variable cross-sectional area and a variable pitch within the at least one heater unit; the physical configuration includes a plurality of parallel circuits within at least one heater unit; the physical configuration is provided for more than one of the plurality of heater units; the physical configuration comprises an adjacent heater unit or composite heating element having a higher electrical resistivity proximate to an end of the at least one heater assembly and a lower electrical resistivity proximate to an opposing other adjacent heater unit; the physical configuration is provided for more than one of the heater assemblies; at least one heater assembly of the plurality of heater assemblies is a cartridge heater; the physical configuration includes at least one heater unit having a cross-sectional area different from adjacent heater units; the heater units include a plurality of resistive heating elements, at least one of the resistive heating elements functioning as a sensor; the physical configuration includes a composite heating element having a variable electrical resistivity; The variable electrical resistivity includes a higher electrical resistivity proximate to an adjacent heater unit or end of the at least one heater assembly and a lower electrical resistivity proximate to an opposite adjacent heater unit.

다른 형태에서, 유체 가열 장치는 전술한 히터 시스템과 함께, 내부 챔버를 형성하며 유체 입구와 유체 출구를 가지는 밀봉된 하우징을 포함하며, 상기 히터 번들은 상기 하우징의 내부 챔버 내부에 배치된다. 상기 히터 번들은 상기 하우징 내부의 유체에 응답형 열 분포(responsive heat distribution)를 제공하도록 구성된다. In another aspect, a fluid heating device includes a sealed housing defining an inner chamber and having a fluid inlet and a fluid outlet, with the heater system described above, the heater bundle being disposed within the inner chamber of the housing. The heater bundle is configured to provide a responsive heat distribution to the fluid within the housing.

또 다른 형태에서, 히터 시스템은 복수의 히터 조립체들을 포함하는 히터 번들을 포함하며, 상기 히터 조립체들 중 적어도 하나는 복수의 히터 유닛들을 포함하고, 적어도 하나의 히터 유닛은 독립적으로 제어되는 가열 구역을 가지며, 상기 적어도 하나의 히터 조립체는 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 단위 길이당 가변 전력 출력을 전달하도록 구성된 물리적 구성(physical construction)을 포함한다. 복수의 전력 도체들은 상기 복수의 히터 유닛들에 전기적으로 연결되며, 가열 조건들(heating conditions)과 가열 요건들(heating requirements) 중 적어도 하나를 결정하기 위한 수단이 제공된다. 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 상기 독립적으로 제어되는 가열 구역에 대한 전력을 조절하도록 구성된 제어기를 포함한다. In yet another form, a heater system includes a heater bundle comprising a plurality of heater assemblies, wherein at least one of the heater assemblies comprises a plurality of heater units, wherein the at least one heater unit comprises an independently controlled heating zone. wherein the at least one heater assembly includes a physical construction configured to deliver a variable power output per unit length along a length of the at least one heater assembly. A plurality of power conductors are electrically connected to the plurality of heater units, and means are provided for determining at least one of heating conditions and heating requirements. A power supply is configured to provide power to the 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 at least one heater assembly. a controller configured to adjust the

개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있는 이 히터 시스템의 변형예들에서: 가열 조건들과 가열 요건들 중 적어도 하나는, 상기 히터 유닛들의 수명, 상기 히터 유닛들의 신뢰성, 상기 히터 유닛들의 크기, 상기 히터 유닛들의 비용, 히터 플럭스(heater flux), 상기 히터 유닛들의 특성들과 작동, 전력 출력, 전력 입력, 및 전체 전력 출력으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. In variants of this heater system, which may be implemented individually or in any combination: at least one of heating conditions and heating requirements is: the lifetime of the heater units, the reliability of the heater units, the size of the heater units; cost of the heater units, heater flux, characteristics and operation of the heater units, power output, power input, and total power output.

추가 변형예에서, 장치는 내부 챔버를 형성하며 유체 입구와 유체 출구를 가지는 밀봉된 하우징을 포함한다. 상기 히터 조립체는 상기 하우징의 내부 챔버 내부에 배치되고, 상기 히터 조립체는 상기 하우징 내부의 유체에 응답형 열 분포를 제공하도록 구성된다. In a further variant, the device comprises a sealed housing defining an inner chamber and having a fluid inlet and a fluid outlet. The heater assembly is disposed within an interior chamber of the housing and the heater assembly is configured to provide a responsive heat distribution to a fluid within the housing.

본 개시의 또 다른 형태에서, 히터 시스템은 복수의 히터 유닛들을 포함하는 히터 조립체를 포함하며, 적어도 하나의 히터 유닛은 독립적으로 제어되는 가열 구역을 가지며, 상기 히터 조립체는 상기 히터 조립체의 길이를 따라서 단위 길이당 가변 전력 출력을 전달하도록 구성된 물리적 구성(physical construction)을 포함한다. 복수의 전력 도체들은 상기 히터 유닛들에 전기적으로 연결되며, 전력 공급 장치는, 상기 히터 조립체의 길이를 따라서 원하는 전력 출력을 제공하기 위해 가열 조건들과 가열 요건들 중 적어도 하나에 기초하여 상기 전력 도체들을 통해 상기 독립적으로 제어되는 가열 구역에 대한 전력을 조절하도록 구성된 제어기를 포함한다. In another aspect of the present disclosure, a heater system includes a heater assembly comprising a plurality of heater units, wherein at least one heater unit has an independently controlled heating zone, the heater assembly extending along a length of the heater assembly and a physical construction configured to deliver a variable power output per unit length. A plurality of power conductors are electrically connected to the heater units, wherein the power supply is configured to provide a desired power output along a length of the heater assembly based on at least one of heating conditions and heating requirements. and a controller configured to regulate power to the independently controlled heating zone via

개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있는 이 히터 시스템의 변형예들에서: 온도를 결정하기 위한 수단이 제공되며, 가열 조건들 또는 가열 요건들을 결정하기 위한 수단이 제공된다. In variants of this heater system, which may be implemented individually or in any combination: means for determining a temperature are provided, and means for determining heating conditions or heating requirements are provided.

이 히터 시스템의 가른 형태에서, 유체 가열 장치는 내부 챔버를 형성하며 유체 입구와 유체 출구를 가지는 밀봉된 하우징과, 상기 하우징의 내부 챔버 내부에 배치된 히터 조립체를 포함한다. 상기 히터 조립체는 상기 하우징 내부의 유체에 응답형 열 분포를 제공하도록 구성된다. In another form of this heater system, a fluid heating device includes a sealed housing defining an inner chamber and having a fluid inlet and a fluid outlet, and a heater assembly disposed within the inner chamber of the housing. The heater assembly is configured to provide a responsive heat distribution to a fluid within the housing.

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 8a는 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 가변 전력 출력을 가지는 히터 유닛의 일 형태의 측면도이며;
도 8b는 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 가변 전력 출력을 가지는 히터 유닛의 다른 형태의 측면도이며;
도 8c는 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 가변 전력 출력을 가지는 히터 유닛의 또 다른 형태의 측면도이며;
도 8d는 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 가변 전력 출력을 가지는 히터 유닛의 또 다른 형태의 측면도이며;
도 8e는 본 개시내용의 교시에 따라 가변 전력 출력을 제공하기 위해 복수의 병렬 회로들을 가지는 히터 유닛의 다른 형태의 개략적인 측면도이며;
도 9는 상이한 단면적들을 가지며 본 개시내용의 교시에 따라 구성된 히터 유닛들의 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;
8A is a side view of one form of a heater unit having a variable power output configured in accordance with the teachings of this disclosure;
8B is a side view of another form of a heater unit having a variable power output constructed in accordance with the teachings of this disclosure;
8C is a side view of another form of a heater unit having a variable power output constructed in accordance with the teachings of this disclosure;
8D is a side view of another form of a heater unit having a variable power output configured in accordance with the teachings of this disclosure;
8E is a schematic side view of another form of a heater unit having a plurality of parallel circuits to provide a variable power output in accordance with the teachings of this disclosure;
9 is a perspective view of heater units having different cross-sectional areas and constructed 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 외부 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, 전력 출력, 전력 입력, 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, operation, power output, power input, and total 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.

이제, 도 8a - 8d를 참조하면, 전술한 바와 같은 적어도 하나의 히터 조립체(50)가 적어도 하나의 히터 조립체(50)의 길이를 따라서 단위 길이당 가변 전력 출력(variable power output)을 전달하도록 구성된 물리적 구성을 가지는 본 개시내용의 추가적인 형태들이 도시된다. 이러한 가변 전력 출력은 다양한 방식들로, 그리고 다양한 조합들로 구현될 수 있으며, 그 중 몇몇은 여기에서 예들로서 도시되고 설명된다. 아래에서 설명되는 물리적 구성들은 하나 이상의 히터 유닛들(52) 내에, 그리고 임의의 조합으로 하나 이상의 히터 조립체들(50) 내에 제공될 수 있다. 또한, 가변 전력 출력에 대한 여기에서의 추가적인 교시들은, 본 개시의 범위 내에 남아 있으면서, 개별적으로 또는 임의의 조합으로든 간에 본 개시의 이전에 설명된 형태들 중 임의의 것과 결합될 수 있다.Referring now to FIGS. 8A - 8D , at least one heater assembly 50 as described above is configured to deliver a variable power output per unit length along the length of the at least one heater assembly 50 . Additional forms of the present disclosure having a physical configuration are shown. This variable power output may be implemented in various ways and in various combinations, some of which are shown and described herein as examples. The physical configurations described below may be provided within one or more heater units 52 , and within one or more heater assemblies 50 in any combination. Further, the additional teachings herein of variable power output may be combined with any of the previously described forms of the present disclosure, either individually or in any combination, while remaining within the scope of the present disclosure.

도 8a에 도시된 일 형태에서, 가변 전력 출력은 가변 피치(variable pitch)를 가진 저항성 가열 요소(120)의 물리적 구성에 의해 제공된다. 여기에서 사용될 때, 용어 "피치(pitch)"는, 이 예에서 P1, P2 및 P3으로 표시된 바와 같이, 길이 방향(X)를 따라서 저항성 가열 요소(120)의 연속적인 권선들(windings)의 중심점 사이의 간격을 지칭한다. 이 예에서 도시된 바와 같이, 히터 유닛(52)은 상이한 피치들(P1, P2, P3)를 가진 3개의 별개의 구역들을 가진다. In one form illustrated in FIG. 8A , the variable power output is provided by the physical configuration of the resistive heating element 120 having a variable pitch. As used herein, the term “pitch” refers to the central point of successive windings of resistive heating element 120 along longitudinal direction X, as indicated in this example by P1 , P2 and P3 . refers to the spacing between As shown in this example, the heater unit 52 has three distinct zones with different pitches P1 , P2 , P3 .

도 8b에 도시된 다른 형태에서, 피치는 저항성 가열 요소(120)의 길이를 따라서, 또는 길이 방향(X)을 따라서 연속적으로 가변된다. 보다 구체적으로, 권선들 각각의 사이의 피치는 길이를 따라 연속적으로 변하거나, 다시 말해서, 인접한 권선들 사이의 피치는 하나의 권선으로부터 다음 권선까지 연속적으로 상이하다. 이 예에서, P1 ≠ P2 ≠ P3 ≠ P4 ≠ P5 ≠ P6 ≠ P7 ≠ P8이다. 그러나, 하나의 권선으로부터 다음 권선까지 연속적인 가변 피치를 위해 인접한 권선들 사이의 피치들이 상이하다면, P4와 같은 피치는 피치 P7과 동일할 수 있다. In another configuration shown in FIG. 8B , the pitch is continuously varied along the length of the resistive heating element 120 , or along the longitudinal direction X. More specifically, the pitch between each of the windings varies continuously along the length, or in other words, the pitch between adjacent windings is continuously different from one winding to the next. In this example, P1 ≠ P2 ≠ P3 ≠ P4 ≠ P5 ≠ P6 ≠ P7 ≠ P8. However, if the pitches between adjacent windings are different for a continuous variable pitch from one winding to the next, a pitch equal to P4 may be equal to a pitch P7.

도 8c에 도시된 또 다른 형태에서, 가변 전력 출력은 가변 단면적을 가진 저항성 가열 요소(120)에 의해 제공된다. 이러한 가변 단면적은, 도시된 바와 같이 상이한 와이어 직경들(D1, D2, D3)을 가지는 저항성 가열 요소(120)에 의해, 또는 와이어 직경 자체가 그 길이를 따라서 연속적으로 가변될 수 있는 저항성 가열 요소(미도시)에 의해 제공될 수 있다. 도시되지 않은 다른 예에서, 저항성 가열 요소(120)가 적층 공정에 의해 형성되는 경우, 그 두께 및/또는 폭은 가변 전력 출력을 위해 변할 수 있다. 이러한 구성은 "가변 전력 밀도 적층 히터 시스템"이라는 명칭의 미국 특허 제7,132,628호에 더 상세하게 설명되어 있으며, 이 특허는 본 출원과 함께 공동으로 소유되며 그 내용은 그 전체가 여기에 참조로 통합된다. 상기 저항성 가열 요소(120)에 가변 단면적을 제공하는 이러한 변형 및 다른 변형들은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 해석되어야 함을 이해해야 한다.In another form shown in FIG. 8C , the variable power output is provided by a resistive heating element 120 having a variable cross-sectional area. This variable cross-sectional area is provided by a resistive heating element 120 having different wire diameters D1, D2, D3 as shown, or a resistive heating element in which the wire diameter itself can be continuously varied along its length ( not shown) may be provided. In another example, not shown, when resistive heating element 120 is formed by a lamination process, its thickness and/or width may vary for variable power output. This configuration is described in greater detail in U.S. Patent No. 7,132,628 entitled "Variable Power Density Laminar Heater System," which is jointly owned with this application, the contents of which are incorporated herein by reference in their entirety. . It should be understood that these and other variations that provide a variable cross-sectional area to the resistive heating element 120 should be construed as falling within the scope of the present disclosure.

도 8d의 추가적인 예를 참조하면, 가변 전력 출력은 가변 단면적과 가변 피치를 모두 가진 저항성 가열 요소(120)에 의해 제공될 수 있다. 이 예에서, 3개의 상이한 단면적들은 직경들(D1, D2 및 D3)로 표시되며, 3개의 상이한 피치들은 피치들(P1, P2 및 P3)로 표시된다. 각각의 히터 유닛(52) 내부에 가변 전력 출력을 제공하기 위한 상이한 단면적들과 피치들의 이러한 예들 및 다른 조합들은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 해석되어야 한다.Referring to a further example of FIG. 8D , a variable power output may be provided by a resistive heating element 120 having both a variable cross-sectional area and a variable pitch. In this example, three different cross-sectional areas are denoted by diameters D1 , D2 and D3 , and three different pitches are denoted by pitches P1 , P2 and P3 . These examples and other combinations of different cross-sectional areas and pitches for providing variable power output within each heater unit 52 should be construed as being within the scope of the present disclosure.

이제, 도 8e를 참조하면, 히터 유닛들(52) 중 적어도 하나는, 또 다른 형태에서, 가변 전력 출력을 제공하기 위해 각각의 저항성 가열 요소(120)에 대해 상이한 저항값들(R1, R2, R3, R4, 및 R5)을 가지는 복수의 병렬 회로를 포함한다. 이 형태에서, 각각의 저항 가열 요소(120)는 전력 도체들(42)을 가로질러 전기적으로 병렬로 연결된다. 다른 형태에서, 저항성 가열 요소들(120)을 병렬로 연결하기 위해 버스 바들(bus bars)(미도시)이 사용될 수 있으며, 상기 버스 바들은 그 다음에 전력 도체들(42)과 전기적으로 통신된다. 임의의 수의 저항성 가열 요소들(120)과 상이한 저항값들은 본 개시내용의 범위 내에 남아 있으면서 여기에서 도시된 것 이외에도 채용될 수 있음을 이해해야 한다. 상이한 저항 값들에 대해, 이는, 예를 들어, 무엇보다도 상이한 재료 조성들과 상이한 단면적들을 포함하는 다양한 방식으로 달성될 수 있다.Referring now to FIG. 8E , at least one of the heater units 52 , in another form, has different resistance values R1 , R2 , R1 , R2 , for each resistive heating element 120 to provide a variable power output. a plurality of parallel circuits having R3, R4, and R5). In this configuration, each resistive heating element 120 is electrically connected across power conductors 42 in parallel. In another form, bus bars (not shown) may be used to connect the resistive heating elements 120 in parallel, which bus bars are then in electrical communication with the power conductors 42 . . It should be understood that any number of resistive heating elements 120 and different resistance values may be employed other than those shown herein while remaining within the scope of the present disclosure. For different resistance values, this can be achieved in a variety of ways, including, for example, different material compositions and different cross-sectional areas, among others.

본 개시의 일 형태에서, 각각의 히터 유닛(52)은 주어진 히터 조립체(50) 내의 인접한 히터 유닛들과는 상이한 전력 분배를 가진다. 다른 형태에서, 적어도 하나의 히터 유닛(52)은 하나보다 많은 히터 조립체(50)에서 가변 전력 출력을 가지는 독립적으로 제어되는 가열 구역을 가진다. 가변 전력 출력에 대해 여기에서 도시된 다른 변형들 중에서, 이들은 본 개시의 범위 내에 유지되면서 히터 번들들 및 히터 조립체들과 함께 채택될 수 있으며 여기에서 도시되고 설명될 수 있음을 이해해야 한다. In one form of the present disclosure, each heater unit 52 has a different power distribution than adjacent heater units in a given heater assembly 50 . In another aspect, at least one heater unit 52 has independently controlled heating zones with variable power output in more than one heater assembly 50 . It should be understood that, among other variations shown herein for variable power output, these may be employed with heater bundles and heater assemblies and shown and described herein while remaining within the scope of the present disclosure.

또 다른 형태에서, 가변 전력 출력은 복합 가열 요소를 사용함으로써 달성될 수 있다. 상기 복합 가열 요소는 그 길이를 따라서 가변 전기 저항률을 가지는 재료를 포함하는 재료로 만들어지며, 따라서 가변 전력 출력을 전달하도록 구성된다. 예를 들어, 히터 유닛의 복합 가열 요소는 일단부(인접한 히터 유닛 근처 또는 히터 조립체의 단부 근처)에서 더 높은 전기 저항률을 가지며, 타단부(반대쪽의 다른 인접한 히터 유닛 근처)에서 더 낮은 전기 저항률을 가진다. In yet another form, variable power output may be achieved by using a composite heating element. The composite heating element is made of a material comprising a material having a variable electrical resistivity along its length and is thus configured to deliver a variable power output. For example, a composite heating element of a heater unit has a higher electrical resistivity at one end (near an adjacent heater unit or near the end of a heater assembly) and a lower electrical resistivity at the other end (near another adjacent heater unit on the opposite side). have

도 9를 참조하면, 본 개시의 다른 변형예에서, 물리적 구성은 인접 히터 유닛들과 상이한 단면적을 가지는 적어도 하나의 히터 유닛(52)을 포함한다. 하나보다 많은 히터 유닛(52)이 다른 것들과는 상이한 단면적을 가질 수 있으며, 하나 이상의 히터 조립체들(50)이 상이한 단면적들을 가진 히터 유닛들(52)을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다. 위에서 제시한 바와 같은 독립적으로 제어되는 가열 영역들에 대한 전력의 조절과 결합하여, 이러한 가변 단면적들은(여기에서 설명된 다른 물리적 구성들에 추가하여), 독립적으로 제어되는 구역들의 단위 면적당 전력 값들로부터 가변 전력 출력을 제공하는 물리적 구성들을 분리시키면서, 히터 조립체들(50)의 길이를 따라서 전력 출력에서 더 큰 차이를 발생시키는 또 다른 방법이다. Referring to FIG. 9 , in another variation of the present disclosure, the physical configuration includes at least one heater unit 52 having a cross-sectional area different from adjacent heater units. It should be understood that more than one heater unit 52 may have a different cross-sectional area than others, and that one or more heater assemblies 50 may have heater units 52 having different cross-sectional areas. Combined with the modulation of power to the independently controlled heating zones as presented above, these variable cross-sectional areas (in addition to the other physical configurations described herein) can be derived from the power values per unit area of independently controlled zones. Another way to create a greater difference in power output along the length of the heater assemblies 50 while decoupling the physical components that provide a variable power output.

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. 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.

Claims (22)

히터 번들(heater bundle), 온도를 결정하기 위한 수단, 및 전력 공급 장치를 포함하는 히터 시스템으로서,
상기 히터 번들은:
복수의 히터 조립체들로서, 상기 히터 조립체들 중 적어도 하나는 복수의 히터 유닛들을 포함하고, 적어도 하나의 히터 유닛은 독립적으로 제어되는 가열 구역을 가지며, 상기 적어도 하나의 히터 조립체는 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 단위 길이당 가변 전력 출력을 전달하도록 구성된 물리적 구성(physical construction)을 포함하는, 복수의 히터 조립체들; 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 상기 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 heater assemblies comprises a plurality of heater units, the at least one heater unit having an independently controlled heating zone, the at least one heater assembly comprising the at least one heater assembly a plurality of heater assemblies comprising a physical construction configured to deliver a variable power output per unit length along a length of ; and
a plurality of power conductors electrically connected to the plurality of heater units; and
The power supply includes a controller configured to regulate power to the 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. which, heater system.
제1항에 있어서,
상기 물리적 구성은 적어도 하나의 히터 유닛 내부에 가변 피치(variable pitch)를 가진 저항성 가열 요소를 포함하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein the physical configuration includes a resistive heating element having a variable pitch within at least one heater unit.
제2항에 있어서,
상기 가변 피치는 상기 저항성 가열 요소의 길이를 따라서 연속적으로 가변되는, 히터 시스템.
3. The method of claim 2,
and the variable pitch is continuously variable along the length of the resistive heating element.
제1항에 있어서,
상기 물리적 구성은 적어도 하나의 히터 유닛 내부에 가변 단면적을 가진 저항성 가열 요소를 포함하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein the physical configuration includes a resistive heating element having a variable cross-sectional area within at least one heater unit.
제1항에 있어서,
상기 물리적 구성은 적어도 하나의 히터 유닛 내부에 가변 단면적과 가변 피치를 가진 저항성 가열 요소를 포함하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein the physical configuration includes a resistive heating element having a variable cross-sectional area and a variable pitch within the at least one heater unit.
제1항에 있어서,
상기 물리적 구성은 적어도 하나의 히터 유닛 내부에 복수의 병렬 회로들을 포함하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein the physical configuration includes a plurality of parallel circuits within at least one heater unit.
제1항에 있어서,
상기 물리적 구성은 상기 복수의 히터 유닛들 중 하나보다 많은 히터 유닛들에 제공되는, 히터 시스템.
According to claim 1,
and the physical configuration is provided for more than one of the plurality of heater units.
제1항에 있어서,
상기 물리적 구성은, 인접한 히터 유닛 또는 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 단부에 근접하여 더 높은 전기 저항률을 가지며 반대쪽의 다른 인접한 히터 유닛에 근접하여 더 낮은 전기 저항률을 가지는 복합 가열 요소를 포함하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein the physical configuration includes an adjacent heater unit or composite heating element having a higher electrical resistivity proximate to an end of the at least one heater assembly and a lower electrical resistivity proximate to an opposing other adjacent heater unit. .
제1항에 있어서,
상기 물리적 구성은 상기 히터 조립체들 중 하나보다 많은 히터 조립체들에 제공되는, 히터 시스템.
According to claim 1,
and the physical configuration is provided for more than one of the heater assemblies.
제1항에 있어서,
상기 복수의 히터 조립체들 중 적어도 하나의 히터 조립체는 카트리지 히터인, 히터 시스템.
According to claim 1,
at least one heater assembly of the plurality of heater assemblies is a cartridge heater.
제1항에 있어서,
상기 물리적 구성은 인접한 히터 유닛들과는 상이한 단면적을 가진 적어도 하나의 히터 유닛을 포함하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein the physical configuration includes at least one heater unit having a different cross-sectional area than adjacent heater units.
제1항에 있어서,
상기 히터 유닛들은 복수의 저항성 가열 요소들을 포함하며, 상기 저항성 가열 요소들 중 적어도 하나는 센서로서 기능하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein the heater units include a plurality of resistive heating elements, at least one of the resistive heating elements functioning as a sensor.
제1항에 있어서,
상기 물리적 구성은 가변 전기 저항률을 가진 복합 가열 요소를 포함하는, 히터 시스템.
According to claim 1,
wherein the physical configuration includes a composite heating element having a variable electrical resistivity.
제13항에 있어서,
상기 가변 전기 저항률은 인접한 히터 유닛 또는 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 단부에 근접하여 더 높은 전기 저항률과 반대쪽의 인접한 히터 유닛에 근접하여 더 낮은 전기 저항률을 포함하는, 히터 시스템.
14. The method of claim 13,
wherein the variable electrical resistivity includes a higher electrical resistivity proximate to an end of an adjacent heater unit or at least one heater assembly and a lower electrical resistivity proximate an opposite adjacent heater unit.
유체 가열 장치로서:
내부 챔버를 형성하며 유체 입구와 유체 출구를 가지는 밀봉된 하우징; 및
제1항에 따른 히터 시스템;을 포함하며,
상기 히터 번들은 상기 하우징의 내부 챔버 내부에 배치되고,
상기 히터 번들은 상기 하우징 내부의 유체에 응답형 열 분포(responsive heat distribution)를 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 1;
the heater bundle is disposed inside the inner chamber of the housing;
wherein the heater bundle is configured to provide a responsive heat distribution to the fluid within the housing.
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 히터 조립체들 중 적어도 하나는 복수의 히터 유닛들을 포함하고, 적어도 하나의 히터 유닛은 독립적으로 제어되는 가열 구역을 가지며, 상기 적어도 하나의 히터 조립체는 상기 적어도 하나의 히터 조립체의 길이를 따라서 단위 길이당 가변 전력 출력을 전달하도록 구성된 물리적 구성(physical construction)을 포함하는, 복수의 히터 조립체들; 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 상기 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 heater assemblies comprises a plurality of heater units, the at least one heater unit having an independently controlled heating zone, the at least one heater assembly comprising the at least one heater assembly a plurality of heater assemblies comprising a physical construction configured to deliver a variable power output per unit length along a length of ; and
a plurality of power conductors electrically connected to the plurality of heater units; and
The power supply is configured to provide a power output to the 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 at least one heater assembly. A heater system comprising a controller configured to regulate power.
제16항에 있어서,
가열 조건들과 가열 요건들 중 적어도 하나는, 상기 히터 유닛들의 수명, 상기 히터 유닛들의 신뢰성, 상기 히터 유닛들의 크기, 상기 히터 유닛들의 비용, 히터 플럭스(heater flux), 상기 히터 유닛들의 특성들과 작동, 전력 출력, 전력 입력, 및 전체 전력 출력으로 이루어진 그룹으로부터 선택되는, 히터 시스템.
17. The method of claim 16,
At least one of heating conditions and heating requirements is determined by the lifetime of the heater units, the reliability of the heater units, the size of the heater units, the cost of the heater units, heater flux, characteristics of the heater units, and A heater system selected from the group consisting of actuation, power output, power input, and total power output.
유체 가열 장치로서:
내부 챔버를 형성하며 유체 입구와 유체 출구를 가지는 밀봉된 하우징; 및
제16항에 따른 히터 시스템;을 포함하며,
상기 히터 조립체는 상기 하우징의 내부 챔버 내부에 배치되고,
상기 히터 조립체는 상기 하우징 내부의 유체에 응답형 열 분포를 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 16;
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.
복수의 히터 유닛들을 포함하는 히터 조립체로서, 적어도 하나의 히터 유닛은 독립적으로 제어되는 가열 구역을 가지며, 상기 히터 조립체는 상기 히터 조립체의 길이를 따라서 단위 길이당 가변 전력 출력을 전달하도록 구성된 물리적 구성(physical construction)을 포함하는, 히터 조립체;
상기 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 상기 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 has an independently controlled heating zone, the heater assembly having a physical configuration configured to deliver a variable power output per unit length along a length of the heater assembly; a heater assembly, including physical construction;
a plurality of power conductors electrically connected to the heater units; and
a controller configured to regulate power to the 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 power supply.
제19항에 있어서,
온도를 결정하기 위한 수단을 더 포함하는, 히터 시스템.
20. The method of claim 19,
and means for determining the temperature.
제19항에 있어서,
가열 조건들 또는 가열 요건들을 결정하기 위한 수단을 더 포함하는, 히터 시스템.
20. The method of claim 19,
and means for determining heating conditions or heating requirements.
유체 가열 장치로서:
내부 챔버를 형성하며 유체 입구와 유체 출구를 가지는 밀봉된 하우징; 및
제19항에 따른 히터 시스템;을 포함하며,
상기 히터 조립체는 상기 하우징의 내부 챔버 내부에 배치되고,
상기 히터 조립체는 상기 하우징 내부의 유체에 응답형 열 분포를 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 19;
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.
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