MXPA04003832A - Material de calentamiento multiplexado. - Google Patents

Abstract

Se describe un sustrato de calentamiento multiple que tiene una pluralidad e zonas de calentamiento, incluyendo cada zona de calentamiento un elemento de calentamiento, y un controlador multiplexor adaptado para aplicar alternadamente energia a cada zona de calentamiento en el transcurso del tiempo, de modo que no todas las zonas esten recibiendo energia en cualquier punto determinado del tiempo.

Description

MATERIAL DE CALENTAMIENTO MULTIPLEXADO ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Campo de la descripción Esta descripción se refiere a materiales de calentamiento, como mantas eléctricas y similares, que tienen múltiples zonas de calentamiento que pueden calentarse automáticamente en forma alternada.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA Los sustratos calentados típicos en la técnica incluyen mantas eléctricas, telas calentadas eléctricamente, camas calentadas eléctricamente y camas de agua, y otros sustratos de tela calentados eléctricamente. El calentamiento de tales sustratos requiere cierto gasto de energía considerable. Por ejemplo, una manta eléctrica típica consumirá aproximadamente 180 Watts de energía durante la operación normal . Sin embargo, en general la energía aplicada a las telas eléctricas raramente se aplica sobre una base continua. Por el contrario, se usa un esquema de ciclo de trabajo, en donde la totalidad de la energía se aplica durante un tiempo de "encendido" específico y después se desconecta por un tiempo de "apagado" específico, en un ciclo continuo. La intensidad del calentamiento se determina por el porcentaje de tiempo "encendido" durante un ciclo de "encendido-apagado" completo y ese porcentaje puede controlarse a través de un ajuste de calor hecho por el usuario. Un problema con este tipo de sustratos eléctricos es que para las grandes cantidades de energía involucradas se requieren alambres calentadores de calibre relativamente grueso. Tales alambres son caros e incómodos, ya que normalmente pueden sentirse dentro de la tela. Lo que se necesita es una manera de reducir la energía liberada a los alambres calentadores para así poder reducir el calibre del alambre, pero sin perder la efectividad de calentamiento del sustrato calentado.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Se describe un dispositivo de calentamiento multiplexado, que comprende una pluralidad de zonas de calentamiento, teniendo cada zona de calentamiento un elemento de calentamiento, y un controlador multiplexor adaptado para aplicar alternadamente energía a cada zona de calentamiento en el transcurso del tiempo, de modo que no todas las zonas estén recibiendo energía en cualquier punto determinado del tiempo . Otro aspecto del aparato incluye además un sustrato de tela al que se sujetan los elementos de calentamiento. Otro aspecto del aparato incluye además un sustrato de tela en el que se tejen los elementos de calentamiento. En otro aspecto del aparato los elementos de calentamiento incluyen elementos de calentamiento de coeficiente de temperatura positivo {PTC, positive temperature coefficient) . En otro aspecto del aparato los elementos de calentamiento incluyen hilos recubiertos con un material conductor. En otro aspecto del aparato los elementos de calentamiento incluyen hilos impregnados con un material conductor. Otro aspecto del aparato incluye además un detector de temperatura. En otro aspecto del aparato, el detector de temperatura incluye un material de PTC que cruza las zonas de calentamiento. En otro aspecto del aparato, el multiplexor incluye un microprocesador. Se describe una tela de calentamiento, que incluye un sustrato de tela que tiene una pluralidad de zonas de calentamiento, teniendo cada zona de calentamiento un elemento de calentamiento, un detector de temperatura y un controlador multiplexor adaptado para recibir los datos de temperatura del detector de temperatura y adaptado para aplicar alternadamente energía a cada zona de calentamiento en el transcurso del tiempo, de modo que no todas las zonas estén recibiendo energía en cualquier punto determinado del tiempo. En otro aspecto de la tela de calentamiento, los elementos de calentamiento se sujetan al sustrato de tela. En otro aspecto de la tela de calentamiento, los elementos de calentamiento se tejen para formar el sustrato de tela. En otro aspecto de la tela de calentamiento, los elementos de calentamiento son elementos de calentamiento de PTC. En otro aspecto de la tela de calentamiento, el detector de temperatura incluye un material de PTC. En otro aspecto de la tela de calentamiento, el multiplexor incluye un microprocesador. Se describe un dispositivo de calentamiento, que incluye un sustrato que define una pluralidad de zonas de calentamiento, incluyendo cada zona de calentamiento un elemento de calentamiento para generar calor de energía eléctrica, un detector de temperatura para detectar la temperatura del medio de sustrato y un controlador multiplexor para recibir los datos de temperatura del detector de temperatura y para aplicar energía a cada zona de calentamiento en el transcurso del tiempo, de modo que no todas las zonas estén recibiendo energía en cualquier punto determinado del tiempo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 muestra una vista en planta superior esquemática de una modalidad del sustrato de la descripción que tiene dos zonas de calentamiento arregladas de acuerdo con la invención. La Figura 2 muestra una modalidad de un controlador multiplexor para uso con el sustrato de la Figura 1. La Figura 3 muestra la modalidad de la Figura 1 con un detector de temperatura, en donde los elementos de calentamiento están ocultos, para mayor claridad. La Figura 4 muestra la modalidad de la Figura 1 proporcionada con tanto con los elementos de calentamiento como con el detector de temperatura.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Refiriéndose a la Figura 1, se muestra una modalidad del material de calentamiento multiplexado (10) construido de acuerdo con la invención, que tiene una primera zona de calentamiento (la) y una segunda zona, de calentamiento (Ib) . Cada zona de calentamiento se define por un elemento de calentamiento (5a, 5b) que corre a través de cada zona de calentamiento (la y Ib) respectivamente, de preferencia en forma sinusoidal o en cualquier otro patrón apropiado para distribuir uniformemente el calor sobre el área de su zona de calentamiento (1) . Un enchufe de salida (3) que tiene una pluralidad de conectores (4) se proporciona para permitir la comunicación eléctrica con los elementos de calentamiento. Cada elemento de calentamiento puede tener dos conectores (4) si se desea, pero una solución preferida es ahorrar conectores proporcionando un conector común (4) para la tierra, en cada elemento de calentamiento (la, Ib) . Los elementos de calentamiento (5). en general se incrustan en un sustrato de material (7) . Para las mantas de calentamiento, ropa y similares, se tratará típicamente de una tela (7) . Los alambres pueden coserse a un respaldo de tela (7) o intercalarse entre dos hojas de tela, que se unen mediante puntadas (8) para sellar o mantener a los elementos de calentamiento (5) adentro. Por supuesto, pueden usarse métodos alternativos a las puntadas, por ejemplo sellado térmico o adhesivo. Otro método para proporcionar los elementos de calentamiento (5) a un sustrato de tela (7) es coser los elementos de calentamiento en la propia tela, tal como se describe en la solicitud de patente copendiente cedida en forma mancomunada serie No. , presentada en , titulada Vía Conductora Serpentina para Sustratos Tejidos. Refiriéndose a la Figura 2, se muestra una modalidad de un controlador multiplexor (20) para controlar el material de calentamiento de la Figura 1. Se proporciona una fuente de energía (21) , como una clavija de conexión doméstica, desde la cual la energía se dirige por un multiplexor (22) hacia un controlador de salida (25) a cada elemento de calentamiento (5a, 5b) (de la Figura 1) . En una modalidad preferida, la energía se suministra al controlador de salida (25) , que será preferentemente una pluralidad de tiristores bidireccionales, y la circuitería de multiplexor lógico controlará cuál tiristor o tiristores bidireccionales se activan. Para los propósitos de la Figura 2, todo esto se incorpora en la caja del multiplexor (22) como se representa. También como parte del multiplexor, en la Figura 2, se encuentra cualquier circuitería para convertir la fuente de energía (21) a niveles de circuito lógico (por ejemplo, corriente directa de 5 Volts) . Se necesita un medio para dirigir el multiplexor para controlar el calentamiento, de modo que se proporcionan uno o más controles de usuario (23) y/o un detector de d temperatura (24) . El detector de temperatura (24) puede recibir su entrada de un detector de temperatura en el material de calentamiento (10) , o de un detector de temperatura fuera de la manta de calentamiento, que mide la temperatura ambiente (tal como el propio detector (24) ) o ambos . Puede proporcionarse una conexión a tierra común (28) . El controlador multiplexor (20) se conecta al material de calentamiento por medio de un cable (26) y un enchufe multiplexor (3) que se conecta al enchufe (3) de la Figura 1. Refiriéndose a las Figuras 1 y 2 , puede observarse ahora cómo es posible proporcionar la misma cantidad de calor, percibida por un usuario, en forma de una manta de calentamiento convencional, mientras que no se proporciona la misma cantidad de energía. Esto se logra controlando el ciclo de trabajo. En lugar de proporcionar, por ejemplo, 180 Watts a ambos elementos de calentamiento (5a y 5b) , los ciclos de trabajo se conmutan o alternan de modo que el elemento de calentamiento (5a) está "encendido" cuando el elemento de calentamiento (5b) está "apagado" y viceversa.

Por esto, sólo pueden suministrarse 90 Watts a cada elemento de calentamiento a la vez. La menor potencia en watts permite el uso de un alambre de menor calibre. También, por lo menos existirán algunos ahorros de energía debido a que muchos componentes electrónicos son simplemente más eficientes a un rendimiento de potencia inferior. El dispositivo no necesita limitarse a dos zonas de calentamiento (1) . Por ejemplo, se puede optar por tres zonas de calentamiento de 90 Watts cada una, donde el multiplexor aplique alternadamente energía a cada una, a la vez. Alternativamente, un sistema de tres zonas de calentamiento puede activar dos zonas de calentamiento en cualquier momento a 45 Watts cada una. Por esto, si se tuvieran las tres zonas de calentamiento (la, Ib y le) , el multiplexor podría someterse a un ciclo por medio de un patrón de la y Ib, después Ib y le, después le y la, etcétera y de esta manera se proporcionan aún más distribución de calor. Esto es aplicable a cualquier numero superior de zonas de calentamiento, en donde el multiplexor aplica alternadamente energía a cada zona de calentamiento en el trascurso del tiempo, de modo que no todas las zonas estén recibiendo energía en cualquier punto determinado del tiempo . El multiplexor puede ser un circuito lógico o anaógico simple, pero también puede comprender un microprocesador. Un microprocesador permitiría flexibilidad en el control de las zonas de calentamiento en respuesta a las mediciones de temperatura. El usuario, por ejemplo, puede seleccionar entre varios algoritmos para determinar cuánto calor suministx-ar en respuesta a la temperatura. El usuario también puede seleccionar la secuencia en la que las zonas de calentamiento se calientan alternadamente, o incluso elegir una secuencia aleatoria. Además, un microprocesador permite actualizaciones de software , en caso de problemas con el diseño de los elementos de programación originales. Refiriéndose a la Figura 3 se muestra una modalidad preferida de un detector de temperatura interno (30) . Los elementos de calentamiento se han eliminado de este dibujo para claridad. Como se indicó anteriormente, el detector de temperatura (24) de la Figura. 2 puede, recibir datos de un detector de temperatura (30) dentro del material de calentamiento. Este puede ser un termistor tradicional, pero para los artículos tales como mantas de calentamiento y tela calentada, es deseable evitar objetos duros dentro del material pues causarían incomodidad al usuario. También, es deseable medir la temperatura sobre una .gran área. Un detector de temperatura preferido es un material de coeficiente de temperatura positivo (PTC, positive ¦ temperature coefficient) . La resistencia eléctrica de estos materiales aumenta con la temperatura. Serpenteando al detector de PTC (30) sobre todas las zonas de calentamiento (la, Ib) se obtiene una lectura de temperatura promedio para el área total . Esto es debido a que un cambio en la resistencia en cualquier parte del detector (30) afecta el flujo de corriente a través de todo el hilo del material de PTC. El material de PTC también se prefiere para los elementos de calentamiento (5) , cuando no se tejen directamente en un sustrato de tela. Típicamente, el elemento de calentamiento (5) de PTC incluirá un par de alambres en paralelo, acoplados en un hilo o filamento o cable y espaciados mediante el material de PTC. El cable de esta manera formado puede revestirse con un aislante eléctrico. Típicamente, el material de PTC será un polímero, como polietileno, infundido con un material conductor, como polvo de carbón, como se describe en la patente de EE.UU. 4,277,673, de Kelly presentada el 7 de julio de 1981, titulada Artículo Auto-Regulador Elécticamente Conductor, la descripción de la cual se incorpora por referencia en la presente . Los elementos de calentamiento de PTC no se usarán generalmente cuando los elementos de calentamiento (5) se tejen directamente en una tela. En tales casos, se usará alambre resistivo o hilo recubierto o impregnado con un material conductor (hilo recubierto con plata o hilo impregnado con carbón) . Deberá observarse que el sustrato de tela puede ser el propio articulo sellable, es decir una manta eléctrica, bolsa para dormir, colchón, ropa, etc., o puede estar en forma de un inserto. Los insertos se usan en conjunto con un forro de tela exterior en el que se inserta el inserto. Las ventajas de los materiales de PTC para artículos plegables como mantas de calentamiento, bolsas para dormir calentadas y ropa, por ejemplo, es que tales elementos de calentamiento (5) se autorregulan térmica y eléctricamente. Por ejemplo, si una persona está durmiendo bajo una manta de calentamiento y se da una vuelta, una sección de la manta de calentamiento se dobla encima de otra sección. Con una manta de calentamiento convencional, tal área llegarla a ser muy caliente. Sin embargo, con una manta calentada por alambre con PTC, el aumento en la temperatura en la zona de mayor temperatura causa que la resistencia del elemento de calentamiento (5) aumente, reduciendo asi el flujo de corriente y el calor, sin que el usuario tenga que ajustar nada. Refiriéndose a la Figura 4, se muestra el material de calentamiento (10) construido de acuerdo con la invención y que tiene a los elementos de calentamiento (5) y al detector de temperatura (30) . Mientras que varios valores, escalas y otros, pueden describirse en la presente, se entenderá que éstos no son valores exactos, sino que deben interpretarse como "aproximaciones" de tales valores, a menos que se establezca explícitamente lo contrario. Además, el uso de un modificador tal como "aproximado" o "aproximadamente" en esta especificación con respecto a cualquier valor no implica que la ausencia de tal modificador con respecto a otro valor indique que por ende éste ultimo es exacto. Pueden hacerse cambios y modificaciones por los expertos en la técnica a las modalidades que se describen en la presente y los ejemplos, ilustraciones y teorías de la presente tienen propósitos ilustrativos y no se pretende con ellos limitar el alcance de las reivindicaciones. Además, el resumen de esta descripción se proporciona para el único propósito de cumplir con las reglas que requieren de un resumen para permitir que un investigador u otro lector verifique rápidamente la materia de las descripciones contenidas en la presente, y se presenta con el entendimiento explícito que no se usará para interpretar o limitar el alcance o el significado de las reivindicaciones.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES : 1. Un dispositivo de calentamiento multiplexado, que comprende : una pluralidad de zonas de calentamiento, cada zona de calentamiento comprende un elemento de calentamiento; y un controlador multiplexor adaptado para aplicar alternadamente energía a cada zona de calentamiento en el transcurso del tiempo, de modo que no todas las zonas estén recibiendo energía en cualquier punto determinado del tiempo . 2. El aparato según la reivindicación 1, que comprende además un sustrato de tela al que se sujetan los elementos de calentamiento. 3. El aparato según la reivindicación 1, que comprende además un sustrato de tela en el que los elementos de calentamiento están tejidos. 4. El aparato según la reivindicación 1, en donde los elementos de calentamiento comprenden elementos de calentamiento de material de PTC. 5. El aparato según la reivindicación 1, en donde los elementos de calentamiento comprenden hilos recubiertos con un material conductor. 6. El aparato según la reivindicación 1, en donde los elementos de calentamiento comprenden hilos impregnados con un material conductor. 7. El aparato según la reivindicación 1, que comprende además un detector de temperatura. 8. El aparato según la .reivindicación 7, en donde el detector de temperatura comprende un material de PTC que cruza las zonas de calentamiento . 9. El aparato según la reivindicación 1, en donde el multiplexor comprende un microprocesador. 10. Una tela de calentamiento, que comprende: un sustrato de tela que comprende: una pluralidad de zonas de calentamiento, cada zona de calentamiento comprende un elemento de calentamiento ; un detector de temperatura; y un controlador multiplexor adaptado para recibir datos de temperatura del detector de temperatura y adaptado para aplicar alternadamente energía a cada zona de calentamiento en el transcurso del tiempo, de modo que no todas las zonas estén recibiendo energía en cualquier punto determinado del tiempo. 11. La tela de calentamiento según la reivindicación 10, en donde los elementos de calentamiento están sujetos al sustrato de tela. 12'. La tela de calentamiento según -la reivindicación 10, en donde los elementos de calentamiento están tejidos en el sustrato de tela. 13. La tela de calentamiento según la reivindicación 10, en donde los elementos de calentamiento son elementos de calentamiento de material de PTC. 14. La tela de calentamiento según la reivindicación 10, en donde el detector de temperatura comprende un material de PTC. 15. La * tela de calentamiento según la reivindicación 10, en donde el multiplexor comprende un microprocesador. 16. Un dispositivo de calentamiento, que comprende : un medios, de sustrato que definen una pluralidad de zonas de calentamiento; cada zona de calentamiento comprende medios de elemento de calentamiento para generar calor de energía eléctrica; medios detectores de temperatura para detectar la temperatura de los medios de sustrato; y medios controladores de multiplexor para recibir los datos de temperatura de los medios detectores de temperatura y aplicar energía a cada zona de calentamiento en el transcurso del tiempo, de modo que no todas las zonas estén recibiendo energía en cualquier punto determinado del tiempo .