KR20220127174A - 열적 그래디언트 보상을 위한 가상 감지를 가진 히트 번들 - Google Patents
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Abstract
시스템은 복수의 히터 유닛을 가진 적어도 하나의 히터 조립체를 가진 히터 번들을 포함한다. 히터 유닛들중 적어도 하나는 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 정의하고, 복수의 전력 도전체는 히터 유닛들에 전기적으로 연결된다. 전원 공급 장치는 전력 도전체를 통해 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역에 대한 전력을 변조하도록 구성된 컨트롤러를 포함하고, 컨트롤러는 미리 정의된 모델 및 적어도 하나의 입력에 기초하여 적어도 하나의 히터 유닛 내의 온도를 계산하도록 구성됩니다. 제어기는 계산된 온도에 기초하여 적어도 하나의 히터 유닛에 대한 전력을 변조한다.
Description
관련 출원의 상호 참조
본 출원은, 미국 특허 출원 제15/058,838호(현재는 미국 특허 제10,247,445호; 출원일: 2016년 3월 2일)의 계속 출원인 미국 특허 출원 제16/272,668호(출원일: 2019년 2월 11일; 명칭: "Heater Bundle for Adaptive Control")의 일부 계속 출원이다. 이 개시들의 내용은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.
기술분야
본 개시는 전기 히터에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 열교환기 내부의 유체와 같은 유체를 가열하기 위한 히터에 관한 것이다.
이 섹션의 설명은 단지 본 개시와 관련된 배경 정보를 제공할 뿐이며, 선행 기술에 해당하지 않을 수 있다.
유체 히터는 카트리지 히터의 형태일 수 있으며, 이는 카트리지 히터의 외부 표면을 따라 또는 외부 표면을 지나서 흐르는 유체를 가열하기 위한 막대 구성(rod configuration)을 갖는다. 카트리지 히터는 열교환기를 통해 흐르는 유체를 가열하기 위해 열교환기 내부에 배치될 수 있다. 카트리지 히터가 적절하게 밀봉되지 않으면, 습기와 유체가 카트리지 히터로 들어가, 저항 가열 요소를 카트리지 히터의 금속 외피(outer metal sheath)로부터 전기적으로 절연시키는 절연 재료를 오염시켜, 절연 파괴(dielectric breakdown) 및 결과적으로 히터 고장을 일으킬 수 있다. 습기는 또한, 전력 전도체들과 외부 금속 외피 사이의 단락(short circuiting)을 유발할 수 있다. 카트리지 히터의 고장은, 카트리지 히터를 사용하는 장치들의 비용이 많이 드는 가동 휴지 시간(downtime)을 유발할 수 있다.
이 섹션은 본 개시의 일반적인 요약을 제공하며 그 전체 범위 또는 그 특징들 모두의 대한 포괄적인 개시가 아니다.
본 개시는 복수의 히터 유닛들을 갖는 적어도 하나의 히터 어셈블리(heater assembly)를 갖는 히터 다발(heater bundle)을 포함하는 히터 시스템(heater system)을 제공하고, 히터 유닛들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역(heating zone)을 한정(define)한다. 복수의 전력 전도체들(power conductors)은 히터 유닛들에 전기적으로 연결되고, 전력 공급 장치는 전력 전도체들을 통해 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역에 공급되는 전력을 조절(modulate)하도록 구성된 제어기를 포함한다. 제어기는 미리 정의된 모델 및 적어도 하나의 입력에 기초하여 적어도 하나의 히터 유닛 내의 온도를 계산하도록 구성되고, 제어기는 계산된 온도에 기초하여 적어도 하나의 히터 유닛에 공급하는 전력을 조절한다.
본 히터 시스템의 변형예들에서, 이 변형예들은 다음의 특징들의 임의의 조합으로 또는 이들 각각으로 구현될 수 있다: 적어도 하나의 히터 유닛은 단부 히터 유닛(end heater unit)이다; 적어도 하나의 입력은 히터 다발 내의 다른 위치에서의 온도를 포함하다; 적어도 하나의 입력은 복수의 히터 유닛들 중 적어도 하나의 적어도 하나의 온도를 포함한다; 적어도 하나의 입력은 히터 다발의 전력 소비량을 포함한다; 적어도 하나의 입력은 미리 결정된 시간 기간에 걸친 히터 다발의 평균 전력 소비량을 포함한다; 적어도 하나의 입력은 히터 다발의 전압 및/또는 히터 유닛들 중 적어도 하나의 전압을 포함한다; 적어도 하나의 입력은 히터 다발의 전류 및/또는 히터 유닛들 중 적어도 하나의 히터 유닛의 전류를 포함한다; 적어도 하나의 입력은 히터 다발의 전류 누설량(current leakage)를 포함한다; 적어도 하나의 입력은 히터 다발의 절연 저항을 포함한다; 적어도 하나의 입력은 유체 온도, 유체 속력(fluid speed), 유체 속도(fluid velocity), 및 유체 질량 유량(fluid mass flow rate) 중 적어도 하나를 포함한다; 제어기는, 복수의 히터 유닛들에 기지의 전류(known current)를 공급하는 단계, 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역의 전압을 측정하는 단계, 및 측정된 전압을 알려진 기지의 전류와 결부된 공칭 전압(nominal voltage)과 비교하여 전압 편차(voltage deviations) 및/또는 그에 상응하는 저항 편차(resistance deviations)를 확인하는 단계에 의해, 온도를 계산한다; 그리고 제어기는, 복수의 히터 유닛들에 기지의 전압을 공급하는 단계, 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역의 전류를 측정하는 단계, 및 측정된 전류를 기지의 전압과 결부된 공칭 전류와 비교하여 전류 편차 및/또는 그에 상응하는 저항 편차를 확인하는 단계에 의해, 온도를 계산한다.
이 히터 시스템의 다른 변형에서, 유체 가열 장치는 내부 챔버를 한정(define)하고 유체 입구 및 유체 출구를 한정하는 밀봉된 하우징(sealed housing)을 포함하며, 그리고 적어도 하나의 히터 어셈블리는 하우징의 내부 챔버 내에 배치된다. 적어도 하나의 히터 어셈블리는 하우징 내의 유체에 대해 반응형 열 분포(responsive heat distribution)를 제공하도록 적합화(adapted)된다. 열 분포는 본 명세서에 설명된 바와 같은 가상 감지의 구현을 기반으로 "반응형(responsive)"이다.
본 개시의 다른 형태에서, 히터 시스템은 복수의 히터 유닛들을 포함하는 히터 어셈블리를 포함하고, 적어도 하나의 히터 유닛은 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 한정한다. 복수의 전력 전도체들은 히터 유닛들에 전기적으로 연결되고, 전력 공급 장치는 전력 전도체들을 통해 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역에 공급되는 전력을 조절하도록 구성된 제어기를 포함한다. 제어기는, 미리 정의된 모델 및 적어도 하나의 입력에 기초하여, 적어도 하나의 히터 유닛 내의 온도를 계산하도록 구성되고, 제어기는, 계산된 온도에 기초하여, 적어도 하나의 히터 유닛에 공급되는 전력을 조절한다.
본 히터 시스템의 변형예들에서, 이 변형예들은 다음의 특징들의 임의의 조합으로 또는 이들 각각으로 구현될 수 있다: 적어도 하나의 히터 유닛은 단부 히터 유닛(end heater unit)이다; 제어기는, 복수의 히터 유닛들에 기지의 전류를 공급하는 단계, 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역의 전압을 측정하는 단계, 및 측정된 전압을 기지의 전류와 결부된 공칭 전압과 비교하여 전압 편차 및/또는 그에 상응하는 저항 편차를 확인하는 단계에 의해, 온도를 계산한다; 그리고 제어기는, 복수의 히터 유닛들에 기지의 전압을 공급하는 단계, 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역의 전류를 측정하는 단계, 및 측정된 전류를 기지의 전압과 결부된 공칭 전류와 비교하여 전류 편차 및/또는 그에 상응하는 저항 편차를 확인하는 단계에 의해, 온도를 계산한다. 또한, 히터 시스템의 이러한 변형들을 갖는 장치는 내부 챔버를 한정하고 유체 입구 및 유체 출구를 갖는 밀봉된 하우징을 포함한다. 히터 어셈블리는 하우징의 내부 챔버 내에 배치되고, 하우징 내의 유체에 반응형 열 분포를 제공하도록 적합화된다.
또 다른 형태에서, 히터 시스템은 복수의 히터 유닛들을 포함하는 히터 어셈블리를 포함하고, 복수의 히터 유닛들 중 하나 초과는 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 한정한다. 복수의 전력 전도체들은 히터 유닛들에 전기적으로 연결되고, 전력 공급 장치는 전력 전도체들을 통해 독립적으로 제어되는 가열 구역으로 공급되는 전력을 조절하도록 구성된 제어기를 포함한다. 제어기는 미리 정의된 모델 및 적어도 하나의 입력에 기초하여, 하나 초과의 히터 유닛들 내의 온도를 계산하도록 구성되고, 제어기는, 계산된 온도에 기초하여 하나 초과의 히터 유닛들에 공급되는 전력을 조절한다.
본 히터 시스템의 변형예들에서, 이 변형예들은 다음의 특징들의 임의의 조합으로 또는 이들 각각으로 구현될 수 있다: 적어도 하나의 히터 유닛은 단부 히터 유닛이다; 제어기는, 복수의 히터 유닛들에 기지의 전류를 공급하는 단계, 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역의 전압을 측정하는 단계, 및 측정된 전압을 기지의 전류와 결부된 공칭 전압과 비교하여 전압 편차 및/또는 그에 상응하는 저항 편차를 확인하는 단계에 의해, 온도를 계산한다; 그리고 제어기는, 복수의 히터 유닛들에 기지의 전압을 공급하는 단계, 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역의 전류를 측정하는 단계, 및 측정된 전류를 기지의 전압과 결부된 공칭 전류와 비교하여 전류 편차 및/또는 그에 상응하는 저항 편차를 확인하는 단계에 의해, 온도를 계산한다.
적용 가능성의 추가 영역들은 본 명세서에서 제공된 설명으로부터 명백해질 것이다. 이해되어 하는 바와 같이, 설명 및 특정 예들은 단지 예시의 목적을 위한 것이며, 본 개시의 범위를 제한하려는 의도가 아니다.
본 개시가 잘 이해될 수 있도록, 첨부 도면을 참조하여, 예시로서 제공되는 다양한 형태들이 이하에서 설명될 것이다.
도 1은 본 개시의 가르침에 따라 구성된 히터 다발의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 가르침에 따른 도 1의 히터 다발의 히터 어셈블리의 사시도이다.
도 3은 본 개시의 가르침에 따른 도 1의 히터 다발의 히터 어셈블리의 변형예의 사시도이다.
도 4는 본 개시의 가르침에 따른 도 3의 히터 어셈블리의 사시도이며, 여기서 히터 어셈블리의 외피(outer sheath)는 명확성을 위해 생략되어 있다.
도 5는 본 개시의 가르침에 따른 도 3의 히터 어셈블리의 코어 몸체의 사시도이다.
도 6은 본 개시의 가르침에 따른 도 1의 히터 다발을 포함하는 열교환기의 사시도이며, 여기서 히터 다발은, 예시 목적으로 히터 다발을 노출시키기 위해, 열교환기로부터 부분적으로 분해되어 있다.
도 7은 본 개시의 가르침에 따라 구성된 히터 다발을 포함하는 히터 시스템을 작동시키는 방법의 블록 다이어그램이다.
도 8은 본 개시의 교시에 따른 열 공급 장치를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이며;
도 9는 본 개시의 교시에 따른, 도 8의 9-9 선을 따른 히터 어셈블리의 단면도이며;
도 10은 본 개시의 교시에 따른, 도 8의 10-10 선을 따른 히터 어셈블리의 단면도이며;
도 11은 본 개시의 교시에 따른 다른 열 공급 장치를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이며;
도 12는 본 개시의 교시에 따른, 도 11의 12-12 선을 따른 히터 어셈블리의 단면도이며;
도 13은 본 개시의 교시에 따른, 도 11의 13-13 선을 따른 히터 어셈블리의 단면도이며,
도 14는 본 개시의 교시에 따른 다른 열 공급 장치를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이며;
도 15는 본 개시의 교시에 따른 도 14의 히터 어셈블리의 열 공급 장치의 측면도이며;
도 16은 본 개시의 교시에 따른 열 공급 장치를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이며;
도 17은 본 개시의 교시에 따른 열 공급 장치를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이며;
도 18은 본 개시의 교시에 따른, 도 17의 18-18 선을 따른 히터 어셈블리의 단면도이며;
도 19는 본 개시의 교시에 따른, 도 17의 19-19 선을 따른 히터 어셈블리의 단면도이며;
도 20은 본 개시의 교시에 따른 열 공급 장치를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이다.
여기에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이며, 어떤 식으로든 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
도 1은 본 개시의 가르침에 따라 구성된 히터 다발의 사시도이다.
도 2는 본 개시의 가르침에 따른 도 1의 히터 다발의 히터 어셈블리의 사시도이다.
도 3은 본 개시의 가르침에 따른 도 1의 히터 다발의 히터 어셈블리의 변형예의 사시도이다.
도 4는 본 개시의 가르침에 따른 도 3의 히터 어셈블리의 사시도이며, 여기서 히터 어셈블리의 외피(outer sheath)는 명확성을 위해 생략되어 있다.
도 5는 본 개시의 가르침에 따른 도 3의 히터 어셈블리의 코어 몸체의 사시도이다.
도 6은 본 개시의 가르침에 따른 도 1의 히터 다발을 포함하는 열교환기의 사시도이며, 여기서 히터 다발은, 예시 목적으로 히터 다발을 노출시키기 위해, 열교환기로부터 부분적으로 분해되어 있다.
도 7은 본 개시의 가르침에 따라 구성된 히터 다발을 포함하는 히터 시스템을 작동시키는 방법의 블록 다이어그램이다.
도 8은 본 개시의 교시에 따른 열 공급 장치를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이며;
도 9는 본 개시의 교시에 따른, 도 8의 9-9 선을 따른 히터 어셈블리의 단면도이며;
도 10은 본 개시의 교시에 따른, 도 8의 10-10 선을 따른 히터 어셈블리의 단면도이며;
도 11은 본 개시의 교시에 따른 다른 열 공급 장치를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이며;
도 12는 본 개시의 교시에 따른, 도 11의 12-12 선을 따른 히터 어셈블리의 단면도이며;
도 13은 본 개시의 교시에 따른, 도 11의 13-13 선을 따른 히터 어셈블리의 단면도이며,
도 14는 본 개시의 교시에 따른 다른 열 공급 장치를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이며;
도 15는 본 개시의 교시에 따른 도 14의 히터 어셈블리의 열 공급 장치의 측면도이며;
도 16은 본 개시의 교시에 따른 열 공급 장치를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이며;
도 17은 본 개시의 교시에 따른 열 공급 장치를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이며;
도 18은 본 개시의 교시에 따른, 도 17의 18-18 선을 따른 히터 어셈블리의 단면도이며;
도 19는 본 개시의 교시에 따른, 도 17의 19-19 선을 따른 히터 어셈블리의 단면도이며;
도 20은 본 개시의 교시에 따른 열 공급 장치를 포함하는 히터 어셈블리의 사시도이다.
여기에 설명된 도면들은 단지 예시의 목적을 위한 것이며, 어떤 식으로든 본 개시의 범위를 제한하도록 의도되지 않는다.
다음의 설명은 단지 본질적인 예시일 뿐이며, 본 개시, 적용 또는 사용을 제한하려는 것은 아니다.
도 1를 참조하면, 본 개시의 가르침에 따라 구성된 히터 시스템은 전반적으로 지시 번호 10으로 표시된다. 히터 시스템(10)은 히터 다발(12) 및 히터 다발(12)에 전기적으로 연결된 전력 공급 장치(14)를 포함한다. 전력 공급 장치(14)는 히터 다발(12)에 대한 전력 공급을 제어하기 위한 제어기(15)를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 "히터 다발(heater bundle)"은, 독립적으로 제어될 수 있는 물리적으로 구별되는 둘 이상의 가열 장치들을 포함하는 히터 장치를 지칭한다. 따라서, 히터 다발의 가열 장치들 중 하나가 고장나거나 또는 성능이 저하될 때, 히터 다발(12)의 나머지 가열 장치들은 계속 작동할 수 있다.
일 형태에서, 히터 다발(12)은 장착 플랜지(mounting flange)(16) 및 장착 플랜지(16)에 고정된 복수의 히터 어셈블리들(18)을 포함한다. 장착 플랜지(16)는 히터 어셈블리들(18)이 관통하여 연장하는 복수의 개구부들(20)을 포함한다. 히터 어셈블리들(18)은 이러한 형태에서 평행하도록 배열되지만, 히터 어셈블리들(18)의 대안적인 위치들/배열들은 본 개시의 범위 내에 있다는 것을 이해해야 한다.
추가적으로 도시된 바와 같이, 장착 플랜지(16)는 복수의 장착 개구부들(mounting holes)(22)을 포함한다. 장착 개구부들(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. 히터 어셈블리들(18)의 적어도 일 부분은 본 개시의 이러한 형태로 유체를 가열하기 위해 용기 또는 파이프 내부의 유체 내에 침지(immersed)된다.
도 2를 참조하면, 일 형태에 따른 히터 어셈블리들(18)은 카트리지 히터(30)의 형태일 수 있다. 카트리지 히터(30)는 튜브 형상의 히터이며, 튜브 형상의 히터는 통상적으로 코어 몸체(32), 코어 몸체(32) 주위를 감싸는 저항성 가열 와이어(resistive heating wire)(34), 내부에 코어 몸체(32) 및 저항성 가열 와이어(34)를 둘러싸는 금속 피복(metal sheath)(36), 및 금속 피복(36) 내의 공간을 충전하는 절연체 재료(38)를 포함하여, 저항 가열 와이어(34)를 금속 외피(36)로부터 전기적으로 절연시키고, 열을 저항성 가열 와이어(34)로부터 금속 외피(36)로 열적으로 전도한다. 코어 몸체(core body)(32)는 세라믹으로 만들어질 수 있다. 절연 재료(38)는 압축된 마그네슘 옥사이드(MgO)로 채워질 수 있다. 복수의 전력 전도체들(42)는 종방향을 따라 코어 몸체(32)를 통해 연장되며, 저항성 가열 와이어들(34)에 전기적으로 연결된다. 전력 전도체들(42)은 또한, 금속 피복(36)을 밀봉하는 단부 피스(end piece)(44)를 통해 연장된다. 전력 전도체들(42)은 전력을 전력 공급 장치(14)로부터 저항성 가열 와이어(34)로 공급하기 위해 전력 공급 장치(14)(도 1에 도시됨)에 연결된다. 도 2는 단부 피스(44)를 통해 연장하는 오직 2개의 전력 전도체들(42)만을 도시하지만, 2개 초과의 전력 전도체들(42)이 단부 피스(44)를 통해 연장될 수 있다. 전력 전도체들(42)은 전도성 핀(conductive pins)의 형태일 수 있다. 카트리지 히터들의 다양한 구성 및 추가 구조적 및 전기적 세부사항은 미국 특허 제2,831,951호 및 미국 특허 제3,970,822호에 더 자세히 설명되어 있으며, 이 미국 특허들은 본 출원과 함께 공동 양도되었고, 그 내용은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 통합된다. 따라서, 본 명세서에서 예시된 형태는 단지 예시에 불과하며, 본 개시의 범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
대안적으로, 다수의 저항성 가열 와이어들(34)과 다수의 전력 전도체들(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.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 히터 어셈블리들(50)은 사용되는 코어 몸체들의 수와 전력 전도체들의 수를 제외하고 도 2와 유사한 구성을 가지는 카트리지 히터의 형태일 수 있다. 보다 구체적으로, 히터 어셈블리들(50) 각각은 복수의 히터 유닛들(52), 및 복수의 전력 전도체들(56)과 함께 복수의 히터 유닛들(52)을 둘러싸는 금속 외피(54)를 포함한다. 절연 재료(도 3 내지 5에 미도시)는 복수의 히터 유닛들(52)과 금속 외피(54) 사이에 제공되어 히터 유닛들(52)을 금속 외피(54)로부터 전기적으로 절연시킨다. 복수의 히터 유닛들(52)은 각각 코어 몸체(58)와, 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 한정하기 위해 하나 이상의 가열 회로들을 한정할 수 있다.
본 형태에서, 각각의 히터 유닛(52)은 하나의 가열 구역(62)을 한정하고 각각의 히터 어셈블리(50) 내의 복수의 히터 유닛들(52)은 길이 방향(X)를 따라서 정렬된다. 따라서, 각각의 히터 어셈블리(50)는 길이 방향(X)를 따라서 정렬된 복수의 가열 구역들(62)을 한정한다. 각각의 히터 유닛(52)의 코어 몸체(58)는 복수의 관통 구멍들/개구들(64)을 한정하여 전력 전도체들(56)이 이들을 통해 연장되도록 한다. 히터 유닛들(52)의 저항성 가열 요소들(60)은 전력 전도체들(56)에 연결되고, 이는 차례로 전력 공급 장치(14)에 연결된다. 전력 전도체들(56)은 전력 공급 장치(14)로부터 복수의 히터 유닛들(52)로 전력을 공급한다. 전력 전도체들(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, 히터 유닛들(52)과 히터 어셈블리들(50)은 보수 또는 조립의 용이성을 위해 상호교체가능할 수 있다.
본 형태에서, 6개의 전력 전도체들(56)이 각각의 히터 어셈블리(50)에 사용되어, 5개의 히터 유닛들(52) 상의 5개의 독립적인 전기 가열 회로들에 전력을 공급한다. 대안적으로, 6개의 전력 전도체들(56)은 5개의 히터 유닛들(52) 상에 3개의 완전히 독립적인 회로들을 한정하는 방식으로 저항성 가열 요소들(60)에 연결될 수 있다. 임의의 개수의 독립적으로 제어되는 가열 회로들 및 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62)을 형성하도록, 임의의 개수의 전력 전도체들(56)을 갖는 것이 가능하다. 예를 들어, 7개의 전력 전도체들(56)이 6개의 가열 구역들(62)을 제공하는 데 사용될 수 있다. 8개의 전력 전도체들(56)이 7개의 가열 구역들(62)을 제공하는 데 사용될 수 있다.
전력 전도체들(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.
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 전도체들에 대한 카트리지 히터(30) 내부의 가열 구역들의 수(예컨대, 15개 또는 30개의 구역들에 대해 6개의 전력 전도체들을 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.
이러한 구조를 사용하여, 각각의 히터 어셈블리(50)는 히터 어셈블리(50)의 길이를 따라 전력 출력 또는 열 분포를 변화시키도록 독립적으로 제어될 수 있는 복수의 가열 구역들(62)을 포함한다. 히터 다발(12)은 복수의 이러한 히터 어셈블리들(50)을 포함한다. 따라서, 히터 다발(12)은 복수의 가열 구역들(62) 및 히터 다발(12)을 통해 흐르는 유체를 가열하기 위한 맞춤형 열 분포를 제공하여, 특정 응용분야들에 적합화된다. 전력 공급 장치(14)는 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62)의 각각에 공급되는 전력을 조절하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 히터 어셈블리(50)는 "m"개의 가열 구역들을 한정할 수 있으며, 히터 다발은 "k"개의 히터 어셈블리들(50)을 포함할 수 있다. 따라서, 히터 다발(12)은 m*k개의 가열 구역들을 한정할 수 있다. 히터 다발(12) 내의 복수의 가열 구역들(62)은, 개별 히터 유닛들(52)의 수명과 신뢰성, 히터 유닛들(52)의 크기와 비용, 국부적인 히터 플럭스, 히터 유닛들(52)의 특성들과 작동, 및 전체 전력 출력을 포함하지만 이에 한정되지는 않는 가열 조건들 및/또는 가열 요건들에 응답하여 개별적이고 동적으로 제어될 수 있다.
각각의 회로는 온도 및/또는 전력 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 목적하는 온도 또는 목적하는 전력 수준으로 개별적으로 제어된다. 더욱 특히, 히터 유닛들(52)은 제조 변동뿐만 아니라 시간 경과에 따른 히터 열화의 변화 정도로 인해 동일한 전력 수준 하에서 작동될 때 동일한 열 출력을 발생시키지 않을 수 있다. 히터 유닛들(52)은 목적하는 열 분포에 따라 열 출력을 조절(adjust)하도록 독립적으로 제어될 수 있다. 히터 시스템의 구성요소들의 개별 제조 공차들 및 히터 시스템 조립 공차들은, 전력 공급 장치의 조절된 전력의 함수로 증가한다. 또는 다시 말해서, 히터 제어의 충실도가 높기 때문에, 개별 구성요소들의 제조 공차는 엄격하거나 좁을 필요는 없다.
히터 유닛들(52)은 히터 유닛들(52)의 온도를 측정하기 위한 온도 센서(미도시됨)를 각각 포함할 수 있다. 히터 유닛들(52)에서 열점(hot spot)이 감지되면, 전력 공급 장치(14)는 특정 히터 유닛(52)의 과열 또는 고장을 피하기 위해 열점이 감지된 특정 히터 유닛(52)에 공급되는 전력을 줄이거나 끌 수 있다. 전력 공급 장치(14)는 특정 히터 유닛(52)으로부터 출력되는 감소된 열을 보상하기 위해 불활성화된(disabled)) 히터 유닛(52)에 인접한 히터 유닛(52)에 공급되는 전력을 조절(modulate)할 수 있다.
전력 공급 장치(14)는, 임의의 특정 구역에 전달되는 전력 수준을 끄거나 낮추고, 불활성화되고 열 출력이 감소된 특정 가열 구역에 인접한 가열 구역들에 공급하는 전력을 증가시키기 위한, 다구역 알고리즘(multi-zone algorithms)을 포함할 수 있다. 각각의 가열 구역에 공급하는 전력을 신중하게 조절함으로써, 시스템의 전반적인 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 열점을 감지하고 그에 따라 전력 공급을 제어함으로써, 히터 시스템(10)은 향상된 안전성을 갖는다.
다수의 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62)을 갖는 히터 다발(12)은 향상된 가열을 달성할 수 있다. 예를 들어, 히터 유닛들(52)의 일부 회로들은, 100% 미만의 공칭(nominal)(또는, "전형적(typical)") 듀티 사이클(duty cycle)에서(또는, 라인 전압(line voltage)이 인가된 상태에서 히터에 의해 생성될 전력의 일 부분(fraction)인 평균 전력 수준에서), 작동될 수 있다. 더 낮은 듀티 사이클들은 더 큰 직경을 갖는 저항성 가열 와이어들이 사용될 수 있게 하여, 신뢰성을 향상시킨다.
통상적으로, 더 작은 구역들은 주어진 저항을 달성하기 위해 더 미세한 와이어 크기를 사용한다. 가변 전력 제어를 통해, 더 큰 와이어 크기를 사용할 수 있고, 더 낮은 저항 값을 수용할 수 있으며, 동시에, 히터의 전력 소산 용량(power dissipation capacity)에 결부된 듀티 사이클 제한을 사용하여, 과부하로부터 히터를 보호할 수 있다.
스케일링 팩터(scaling factor)의 사용은 히터 유닛들(52) 또는 가열 구역(62)의 용량과 연관(tied)될 수 있다. 다수의 가열 구역들(62)은 히터 다발(12)의 더 정확한 측정 및 제어를 허용한다. 특정 가열 회로/구역에 대한 특정 스케일링 팩터를 사용하면, 거의 모든 구역들에서 더 공격적인(즉, 더 높은) 온도(또는, 전력 수준)를 허용할 것이며, 이는 차례로, 더 작고 비용이 적게 드는 히터 다발(12)의 설계로 이어진다. 이러한 스케일링 팩터 및 방법은 미국 특허 제7,257,464호에 개시되어 있으며, 이 미국 특허는 본 출원과 공동으로 양도되었고, 그 내용은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.
개별 회로들에 의해 제어되는 가열 구역들의 크기는, 온도 또는 전력 분포를 목적하는 정확도로 제어하는 데 필요한 구역들의 총 개수를 줄이기 위해 같거나 또는 다르게 만들 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 히터 어셈블리들(18)은 단일 단부 히터(single end heater)인 것으로 도시되어 있으며, 즉 전도성 핀(conductive pin)은 히터 어셈블리들(18)의 단지 하나의 길이 방향 단부를 통해 연장된다. 히터 어셈블리(18)는 장착 플랜지(16) 또는 격벽(bulkhead)(미도시됨)을 통해 연장될 수 있고, 장착 플랜지(16) 또는 격벽에 밀봉될 수 있다. 따라서, 히터 어셈블리들(18)은, 장착 플랜지(16)를 용기 또는 튜브로부터 제거하지 않은 채, 개별적으로 제거 및 교체될 수 있다.
대안으로서, 히터 어셈블리(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 전도체들은 금속 피복의 길이방향 양단부들을 통과한다. 이 구조에서, 플랜지 또는 격벽은 개별 히터 어셈블리(18)를 교체할 수 있기 전에 하우징 또는 용기로부터 제거될 필요가 있다.
도 6를 참조하면, 히터 다발(12)은 열교환기(70)에 통합된다. 열교환기(70)는 내부 챔버(미도시)를 한정하는 밀봉된 하우징(72), 하우징(72)의 내부 챔버 내에 배치된 히터 다발(12)을 포함한다. 밀봉된 하우징(72)은 유체 입구(76) 및 유체 출구(78)를 포함하며, 유체 입구(76) 및 유체 출구(78)를 통해 밀봉된 하우징(72)의 내부 챔버의 안팎으로 유체가 안내된다. 유체는 밀봉된 하우징(72)에 배치된 히터 다발(12)에 의해 가열된다. 히터 다발(12)은 교차 흐름(cross-flow) 또는 다발의 길이에 평행한 흐름을 위해 배열될 수 있다.
히터 다발(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 감지된 온도에 기초하여 수행될 수 있다.
저항성 가열 와이어는, 저항성 와이어의 저항을 사용하여 저항성 와이어의 온도를 측정하고 또한 동일한 전력 전도체들을 사용하여 전력 공급 장치(14)에 온도 측정 정보를 전송하는 센서로서 기능할 수도 있다. 각각의 구역에 대한 온도를 감지하는 수단은, 히터 다발(12) 내의 각각의 히터 어셈블리(18)의 길이를 따라 (개별 구역의 분해능까지) 온도를 제어하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 추가적인 온도 감지 회로 및 감지 수단이 생략될 수 있으며, 그에 따라, 제조 비용을 절감할 수 있다. 히터 회로 온도의 직접 측정은, 별도의 센서 사용과 관련된 많은 측정 오차를 제거하거나 최소화하기 때문에, 시스템에 대해 목적하는 신뢰성 수준을 유지하면서도 주어진 회로 내에서의 열속(heat flux)을 최대화하려고 시도할 때 뚜렷한 이점이다. 가열 요소 온도는 히터 신뢰성에 가장 큰 영향을 미치는 특성이다. 미국 특허 제7,196,295호(이는 본 출원과 함께 공동으로 양도되었고, 그 내용은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 통합된다)에는, 히터 및 센서 둘 다로서 기능하도록 저항 요소를 사용하는 것이 개시되어 있다.
대안적으로, 전력 전도체들(56)은, 비유사한 금속들의 전력 전도체들(56)이 저항성 가열 요소들의 온도를 측정하기 위한 열전쌍을 형성할 수 있도록, 비유사한 금속들로 만들어질 수 있다. 예를 들어, 전력 공급 장치 및 전력 회송 전도체의 적어도 하나의 세트는, 접합부가 히터 유닛의 저항성 가열 요소와 다른 재료 사이에 형성되어 하나 이상의 구역들의 온도를 측정하는 데 사용되도록, 상이한 재료들을 포함할 수 있다. "통합된(integrated)" 그리고 "고열 결합된(highly thermally coupled)" 감지를 사용하는 것은, 예를 들어 히터에 대해 상이한 금속들을 사용하는 것은, 열전쌍 유형 신호의 발생을 가져온다. 온도 측정을 위한 통합된 그리고 결합된 전력 전도체들의 사용은 미국 출원 제14/725,537호(이는 본 출원과 함께 공동으로 양도되었고, 그 내용은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 통합된다)에 개시되어 있다.
각각의 구역에 전달되는 전력을 조절하는 제어기(15)는 폐루프 자동 제어 시스템일 수 있다. 폐루프 자동 제어 시스템은 각각의 구역으로부터 온도 피드백을 수신하고, 각각의 구역으로의 전력 공급을 자동으로 그리고 동적으로 제어하며, 그에 따라, 지속적이거나 빈번한 사람의 모니터링 및 조정 없이, 히터 다발(12) 내의 각각의 히터 어셈블리(18)의 길이를 따라 전력 분포 및 온도를 자동으로 그리고 동적으로 제어한다.
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 교정된 저항과 비교되어 저항비(resistance ratio), 또는 그 값을 결정한 다음, 실제 히터 유닛 온도를 결정할 수 있다. 예시적인 방법들은 미국 특허 제5,280,422호 및 제5,552,998호에 개시되어 있으며, 이 특허들은 본 출원과 함께 공동으로 양도되었으며 그 내용은 그 전체가 본 명세서에 인용에 의해 포함된다.
교정의 일 형태는 다음 단계들을 포함한다: 적어도 하나의 작동 모드에서 히터 시스템(10)을 작동시키는 단계; 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62) 중 적어도 하나에 대한 목적하는 온도를 발생시키도록 히터 시스템(10)을 제어하는 단계; 해당 작동 모드에 대해, 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62)에 대한 데이터를 수집하고 기록하는 단계; 그 다음, 감소된 개수의 독립적으로 제어되는 가열 구역들을 갖는 가열 시스템에 대한 작동 사양을 결정하기 위해 기록된 데이터에 접근하는 단계; 및, 그 다음, 상기 감소된 개수의 독립적으로 제어되는 가열 구역들을 갖는 가열 시스템을 사용하는 단계. 데이터는, 수집되고 기록된 그것의 데이터를 갖는 히터 시스템(10)으로부터의 다른 작동 데이터 중에서, 예를 들어, 전력 수준 및/또는 온도 정보를 포함할 수 있다.
본 개시의 변형예에서, 상기 히터 시스템은, 히터 다발(12) 내의 복수의 히터 어셈블리들이 아니라, 단일의 히터 어셈블리(18)를 포함할 수 있다. 단일의 히터 어셈블리(18)는 복수의 히터 유닛들(52)을 포함할 것이며, 각각의 히터 유닛(52)은 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 한정한다. 유사하게, 전력 전도체들(56)은 각각의 히터 유닛(52) 내의 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62) 각각에 전기적으로 연결되며, 전력 공급 장치는 전력 전도체들(56)을 통해 히터 유닛들의 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62) 각각에 대한 전력을 조절하도록 구성된다.
도 7을 참조하면, 히터 시스템을 제어하는 방법(100)은 단계(102)에서 복수의 히터 어셈블리들을 포함하는 히터 다발을 제공하는 단계를 포함한다. 각각의 히터 어셈블리는 복수의 히터 유닛들을 포함한다. 각각의 히터 유닛은 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 회로(및 결과적으로 가열 구역)를 한정(define)한다. 히터 유닛들 각각에 대한 전력은 단계(104)에서 각각의 히터 유닛들 내의 독립적으로 제어되는 가열 구역들 각각에 전기적으로 연결된 전력 전도체들을 통해 공급된다. 각각의 구역 내의 온도는 단계(106)에서 감지된다. 온도는 히터 유닛들 중 적어도 하나의 저항성 가열 요소의 저항 변화를 사용하여 측정될 수 있다. 구역 온도는 초기에, 구역 저항을 측정하여(또는, 적절한 재료가 사용되는 경우, 회로 전압을 측정하여), 측정될 수 있다.
온도 값은 디지탈화될 수 있다. 신호는 마이크로프로세서에 통신될 수 있다. 측정된(감지된) 온도 값은 단계(108)에서 각각의 구역에 대한 목표(목적하는) 온도와 비교될 수 있다. 히터 유닛들 각각에 공급되는 전력은, 단계(110)에서, 측정된 온도에 기초하여 조절되어, 목표 온도를 달성할 수 있다.
선택적으로(optionally), 본 방법은 조절 전력(modulating power)을 조정하기 위해 스케일링 인자(scaling factor)를 사용하는 단계를 더 포함할 수 있다. 스케일링 인자는 각각의 가열 구역의 가열 용량의 함수일 수 있다. 제어기(15)는, 다음 업데이트까지 각각의 구역에 (듀티 사이클(duty cycle), 위상각 점호(phase angle firing), 전압 변조(voltage modulation), 또는 유사한 기술을 통해) 제공되는 전력량을 측정하기 위한, 가능하게는 스케일링 인자 및/또는 시스템의 동적 거동의 수학적 모델(시스템의 업데이트 시간에 대한 지식을 포함함)을 포함하는, 알고리즘을 포함할 수 있다. 목적하는 전력은 신호로 변환될 수 있으며, 이 신호는 개별 가열 구역들로 공급되는 전력 출력을 제어하기 위한 스위치 또는 기타 전력 조절 장치로 보내진다.
본 형태에서, 이상 조건(anomalous condition)으로 인해 적어도 하나의 가열 구역이 꺼질 때, 나머지 구역들은 실패 없이 목적하는 와트수를 계속 제공한다. 적어도 하나의 가열 구역에서 이상 조건이 감지될 때, 전력은 제기능을 하는 가열 구역(functional heating zone)으로 조절되어 들어가서 목적하는 와트수를 제공한다. 측정된 온도에 기초하여 적어도 하나의 가열 구역이 꺼질 때, 나머지 구역들은 목적하는 와트수를 계속 제공한다. 전력은, 수신된 신호들 중 적어도 하나의 함수로서, 모델의 함수로서, 그리고 시간의 함수로서, 가열 구역들 각각에 조절되어 들어간다.
안전 또는 공정 제어 상의 이유로, 전형적인 히터들은 통상적으로 최대 허용 온도 미만이 되도록 작동됨으로써, 연소/화재/산화, 코크화 비등(coking boiling), 등과 같은, 특정 위치에서의 원하지 않는 화학적 또는 물리적 반응들로 인해 히터의 특정 위치가 주어진 온도를 초과하는 것을 방지하도록 한다. 따라서, 이는 통상적으로, 보수적인 히터 설계(conservative heater design)(예를 들어, 전력 밀도가 낮고, 표면적의 많은 부분에 그렇지 않은 경우에 가능한 것보다 훨씬 더 낮은 열속(heat flux)이 걸리는 대형 히터)에 의해 수용된다.
그러나, 본 개시의 히터 다발을 사용하면, 개별 가열 구역들의 크기 정도의 분해능(resolution)까지, 히터 내의 임의의 위치의 온도를 측정하고 제한하는 것이 가능하다. 개별 회로의 온도에 영향을 줄 만큼 충분히 큰 열점(hot spot)이 감지될 수 있다.
개별 가열 구역들의 온도가 자동으로 조정되고 결과적으로 제한될 수 있기 때문에, 각각의 구역 내의 온도의 동적 자동 제한(dynamic and automatic limitation)은, 이 구역과 다른 모든 구역이, 어떤 구역에서든 목적하는 온도 제한을 초과할 염려 없이, 최적의 전력/열속 수준에서 작동되는 것을 유지할 것이다. 이는, 다발에 있는 요소들 중 하나의 피복에 별도의 열전쌍을 고정하는 현재 관행에 비해, 높은-한계 온도 측정 정확도에서 이점을 제공한다. 개별 구역들에 대한 전력을 조절하는 능력, 및 감소된 허용범위(margin)는, 전체 히터 어셈블리에 적용되는 것이 아니라, 선택적으로(selectively) 및 개별적으로(individually), 가열 구역들에 선택적으로(selectively) 적용될 수 있으며, 그에 따라, 미리 결정된 온도 한계를 초과할 위험을 줄일 수 있다.
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.
그러나, 히터 어셈블리에 제공된 다수의 가열 유닛들로 인해 코어 크기의 분해능까지의 전체 다발에 걸친 전력 분포의 동적 제어가 이루어짐으로써, 다양한 흐름 상태들에 대해 최적화된 전력 분포가 달성될 수 있으며, 이는 전형적인 카트리지 히터에서 단 하나의 흐름 상태에 해당하는 단 하나의 전력 분포의 경우와 상반된다. 따라서, 본 출원의 히터 다발은 모든 다른 흐름 상태들에 대한 총 열속의 증가를 가능하게 한다.
또한, 가변 전력 제어는 히터 설계 유연성을 증가시킬 수 있다. 전압은 히터 설계에서 (큰 정도로) 저항으로부터 분리될(de-coupled) 수 있으며, 히터는 히터 내에 장착될 수 있는 최대 와이어 직경을 갖도록 설계될 수 있다. 이는, 주어진 히터 크기 및 신뢰성 수준(또는, 히터 수명)에 대해, 전력 소산을 위한 증가된 용량을 가능하게 하고, 주어진 전체 전력 수준에 대해, 다발의 크기가 감소되는 것을 가능하게 한다. 이 배열에서의 전력은, 현재 입수가능하거나 개발 중인 가변 와트수 제어기의 일부인 가변 듀티 사이클에 의해 조절될 수 있다. 히터 다발은, 히터 다발에 "과부하를 거는 것(overloading)"을 방지하기 위해, 주어진 구역에 대한 듀티 사이클에 대한 프로그래밍가능한(또는, 원하는 경우 미리 프로그래밍된) 제한에 의해 보호될 수 있다.
도 8을 참조하면, 열 공급 장치(thermal provision)를 구비한 히터 어셈블리(50)의 사시도가 도시되어 있다. 통상적으로, 열 공급 장치는 적어도 하나의 히터 유닛 내의 불균일한 온도를 보상하기 위해 적어도 하나의 히터 어셈블리의 길이를 따라 열 전도도(thermal conductance)를 수정하도록 구성된다. 이 열 공급 장치는 아래에 더 자세히 설명되는 바와 같이 다양한 형태들을 취할 수 있다.
위에서 언급한 바와 같이, 히터 어셈블리들(50)은 각각 복수의 히터 유닛들(52)을 포함한다. 각각의 히터 유닛(52)은 단부 히터 유닛(52-1) 및 인접한 히터 유닛들(52-2) 중 하나를 한정한다. 도 9 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 단부 히터 유닛들(52-1) 및 인접한 히터 유닛들(52-2)의 각각은 코어 몸체(58) 및 코어 몸체(58)를 둘러싸는 저항성 가열 요소(resistive heating element)(60)를 포함한다. 각각의 단부 히터 유닛(52-1)의 저항성 가열 요소(60)는 하나 이상의 단부 가열 구역들(62-1)을 한정하고, 각각의 인접한 히터 유닛(52-2)의 저항성 가열 요소(60)는 하나 이상의 인접한 가열 구역들(62-2)을 한정한다.
단부 히터 유닛들(52-1) 및 인접한 히터 유닛들(52-2)의 저항성 가열 요소들(60)은 전력 전도체들(56)에 연결되고, 이는, 차례로, 전력 공급 장치(14)에 연결된다. 전력 전도체들(56)은 전력 공급 장치(14)로부터의 전력을 단부 히터 유닛들(52-1) 및 인접하는 히터 유닛들(52-2)에 공급한다. 전력 전도체들(56)을 저항성 가열 요소들(60)에 선택적으로(selectively) 연결함으로써, 단부 히터 유닛들(52-1) 및 인접한 히터 유닛들(52-2)의 저항성 가열 요소들(60)은 전력 공급 장치(14)의 제어기(15)에 의해 독립적으로 제어될 수 있다.
일 형태에서, 히터 어셈블리(50)의 열 공급 장치는 전도성 슬리브(120)에 의해 구현된다. 일례로서, 도 10을 참조하면, 전도성 슬리브(120)는 단부 히터 유닛(52-1)의 저항성 가열 요소(60)에 근접하게 배치된다. 일 형태에서, 전도성 슬리브(120)는 저항성 가열 요소(60)와 및 코어 몸체(58)를 둘러싸며, 전도성 슬리브(120)는 금속 외피(54)와 저항성 가열 요소(60) 사이에 배치된다. 전도성 슬리브(120)는 다른 형태들에서는 저항성 가열 요소(60)와 코어 몸체(58)를 완전히 둘러싸지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 전도성 슬리브(120)는 다른 형태들에서 저항성 가열 요소(60)와 금속 외피(54) 사이에 배치되지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다.
일 형태에서, 전도성 슬리브(120)는 금속 외피(54)의 열 전도율보다 더 큰 열 전도율을 가진다. 따라서, 전도성 슬리브(120)는 인접한 히터 유닛들(52-2)에 비해 단부 히터 유닛(52-1)의 전도도를 증가시키도록 구성되며, 이에 의해 히터 어셈블리(50)를 따라서 바람직하지 않은 온도 구배를 억제한다.
도 11을 참조하면, 다른 예시적인 열 공급 장치를 갖는 히터 어셈블리조(50)의 사시도가 도시되어 있다. 일 형태에서, 히터 어셈블리(50)의 열 공급 장치는 외피 열 공급 장치(outer sheath thermal provision)(130)에 의해 구현된다. 더욱 특히, 그리고 도 12 내지 도 13을 참조하면, 히터 어셈블리(50)는 단부 금속 외피들(end outer metal sheaths)(54-1) 및 인접한 금속 외피들(54-2)을 각각 포함한다. 단부 금속 외피들(54-1) 및 인접한 금속 외피들(54-2)은 집합적으로 금속 외피(54)를 형성하고, 외피 열 공급 장치(outer sheath thermal provision)(130)는 단부 금속 외피들(54-2)에 의해 구현된다.
일 형태에서, 단부 금속 외피들(54-1)과 인접한 금속 외피들(54-2)은 상이한 두께들 및/또는 열 전도율들을 가진다. 일례로서, 단부 금속 외피(54-1)는 인접한 금속 외피(54-2)에 비해 더 큰 두께들과 더 높은 열 전도율들을 가진다. 따라서, 단부 금속 외피(54-1)는 인접한 히터 유닛들(52-2)에 비해 단부 히터 유닛(52-1)의 전도도를 증가시키고, 이에 의해 히터 어셈블리(50)를 따라서 바람직하지 않은 온도 구배를 억제하도록 구성된다. 단부 금속 외피(54-1)와 인접한 금속 외피(54-2)는 히터 어셈블리(50)를 따라 열 구배를 선택적으로 제어하기 위해 다른 변형들에서 변하는 두께들 및/또는 열 전도율들을 가질 수 있는 것이 이해되어야 한다.
도 14를 참조하면, 다른 예시적인 열 공급 장치를 가진 히터 어셈블리(50)의 사시도가 도시되어 있다. 이 형태에서, 히터 어셈블리(50)의 열 공급 장치는 전력 전도체 열 공급 장치(140)에 의해 구현된다. 전력 전도체 열 공급 장치(140)는 단부 전력 전도체들(56-1) 및 인접한 전력 전도체들(56-2)에 의해 구현된다. 일 형태에서, 단부 전력 전도체들(56-1) 및 인접한 전력 전도체들(56-2)은 집합적으로 복수의 전력 전도체들(56)을 형성한다. 단부 전력 전도체들(56-1)은 단부 히터 유닛들(52-1)의 저항성 가열 요소들(60)에 연결되고, 인접한 전력 전도체들(56-2)은 인접한 히터 유닛들(52-2)의 저항성 가열 요소들(60)에 연결된다.
몇몇 형태들에서, 도 14 내지 도 15를 참조하면, 단부 전력 전도체들(56-1)및 인접한 전력 전도체들(56-2)은 상이한 두께들, 상이한 단면적들, 및/또는 상이한 열전도율들을 갖는다. 예를 들어, 단부 전력 전도체들(56-1)은 인접한 전력 전도체들(56-2)의 두께(T2) 및 단면적(이는 이 형태에서 두께(T2)에 비례함)보다 더 큰 두께(T1) 및 단면적(이는 이 형태에서 두께(T1)에 비례함)을 갖는다. 따라서, 단부 전력 전도체들(56-1)은 인접한 히터 유닛들(52-2)에 비해 단부 히터 유닛(52-1)의 전도도를 증가시키도록 구성되며, 이에 의해 히터 어셈블리(50)에 따른 바람직하지 않은 온도 구배를 억제한다. 단부 전력 전도체들(56-1) 및 인접한 전력 전도체들(56-2)은 히터 어셈블리(50)에 따른 열 구배들을 선택적으로(selectively) 제어하기 위해 다른 형태들에서 변하는 두께들, 단면적들, 및/또는 열전도율들을 가질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 16을 참조하면, 다른 예시적인 열 공급 장치를 갖는 히터 어셈블리(50)의 사시도가 도시되어 있다. 일 형태에서, 히터 어셈블리(50)는 단부 간격들(end spacings)(150) 및 인접한 간격들(152)을 포함하며, 히터 어셈블리(50)의 열 공급 장치는 단부 간격들(150)에 의해 한정된다. 본 명세서에서 사용될 때, "간격(spacing)"은 연속적인 히터 유닛들(52) 사이의 갭(gap)을 지칭한다. 일례로서, 단부 간격들(150)은 단부 히터 유닛들(52-1)과 인접한 히터 유닛(52-2) 사이의 갭들을 지칭하며, 인접한 간격들(152)은 인접한 히터 유닛들(52-2) 사이의 갭들을 지칭한다. 일 형태에서, 길이 방향(X)의 단부 간격들(150)의 폭(W1)은 길이 방향(X)의 인접한 간격들(152)(W2)의 폭보다 크다.
도 16에 도시된 단부 간격들(150)의 폭(W1)은 동일하지만, 단부 간격들(150)의 폭(W1)은 다른 형태들에서 동일하지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 마찬가지로, 도 15에 도시된 인접한 간격들(152)의 폭(W2)은 동일하지만, 인접한 간격들(152)의 폭(W2)은 다른 형태들에서 동일하지 않을 수 있음을 이해해야 한다. 일 형태에서, 단부 간격들(150)의 폭(W1)은 인접 간격들(152)의 폭(W2)보다 작거나 동일하다. 단부 간격들(150)의 폭(W1)과 인접한 간격들(152)의 폭(W2)을 선택적으로(selectively) 설계함으로써, 인접한 히터 유닛들(52-2)에 비해 단부 히터 유닛들(52-1)의 전도도는 히터 어셈블리(50)의 길이에 따른 바람직하지 않은 온도 구배들을 억제하도록 증가될 수 있다.
도 17을 참조하면, 다른 예시적인 열 공급 장치를 갖는 히터 어셈블리(50)의 사시도가 도시되어 있다. 몇몇 형태들에서, 히터 어셈블리(50)는 단부 스페이서들(end spacers)(160) 및 인접한 스페이서들(162)을 포함하며, 히터 어셈블리(50)의 열 공급 장치는 단부 스페이서들(160)에 의해 구현된다. 단부 스페이서들(160)은 단부 히터 유닛들(52-1)과 인접한 히터 유닛(52-2) 사이에 배치되며, 인접한 스페이서들(162)은 인접한 히터 유닛들(52-2) 사이에 배치된다. 단부 스페이서들(160) 및 인접한 스페이서들(162)은, 세라믹 재료(예를 들어, 알루미늄 니트라이드, 보론 니트라이드, 폴리우레탄, 및 보로실리케이트 유리, 아크릴 유리, 유리섬유, 등과 같은 유리-기반 재료)와 같은 더 낮은 열전도율들을 가진 다양한 재료들에 의해 구현될 수 있다.
몇몇 형태들에서, 길이 방향(X)의 스페이서들(160)의 폭(W3)은 길이 방향(X)의 인접한 스페이서들(162)의 폭(W4)보다 더 크다. 도 17에 도시된 단부 스페이서들(160)의 폭(W3)은 동일하지만, 단부 스페이서들(160)의 폭(W3)은 다른 형태들에서 동일하지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 마찬가지로, 도 15에 도시된 인접한 스페이서들(162)의 폭(W4)은 동일하지만, 인접한 스페이서들(162)의 폭(W4)은 다른 형태들에서 동일하지 않을 수 있다는 것을 이해해야 한다. 일 형태에서, 단부 스페이서들(160)의 폭(W3)은 인접한 스페이서들(162)의 폭(W4)보다 작거나 동일하다. 단부 스페이서들(160)의 폭(W3) 및 인접한 스페이서들(162)의 폭(W4)을 선택적으로(selectively) 설계함으로써, 인접한 히터 유닛들(52-2)에 비해 단부 히터 유닛들(52-1)의 전도도는 증가되어, 히터 어셈블리(50)의 길이를 따라 발생하는 바람직하지 않은 온도 구배를 억제할 수 있다.
일 형태에서, 도 14 내지 도 15에 관하여 위에서 설명된 전력 전도체 열 공급 장치(140), 및 단부 스페이서들(160)은, 집합적으로 열 공급 장치를 형성하기 위해 조합된다. 일례로서, 도 18 내지 도 19에 도시된 바와 같이, 단부 전력 전도체들(56-1)은, 단부 전력 전도체들(56-1)이 그에 상응하는 단부 스페이서(160) 내부에 그리고 그에 상응하는 단부 히터 유닛(52-1)(미도시) 내부에 배치되도록, 길이 방향(X)으로 히터 어셈블리(50)를 따라서 연장된다. 마찬가지로, 인접한 전력 전도체들(56-2)은, 인접 전력 전도체들(56-2)이 그에 상응하는 인접한 스페이서(162) 내부에 그리고 그에 상응하는 인접한 히터 유닛(52-2)(미도시) 내부에 배치되도록, 길이 방향(X)으로 히터 어셈블리(50)를 따라서 연장된다. 일부 형태들에서, 단부 스페이서(160) 내부에 배치된 단부 전력 전도체들(56-1)은 인접한 스페이서들(162) 내부에 배치된 인접한 전력 전도체들(56-2)보다 더 큰 단면적을 갖는다. 이해되어야 하는 바와 같이, 단부 스페이서(160) 내부에 배치된 단부 전력 전도체들(56-1)은, 다른 형태들에서, 인접한 스페이서들(162) 내부에 배치된 인접한 전력 전도체들(56-2)의 단면적보다 작거나 동일한 단면적을 가질 수 있다.
도 20을 참조하면, 다른 예시적인 열 공급 장치를 갖는 히터 어셈블리(50)의 사시도가 도시되어 있다. 일 형태에서, 히터 어셈블리(50)의 열 공급 장치는 가변적인 폭(variable width)의 열 공급 장치(170)에 의해 구현된다. 가변적인 폭의 열 공급 장치(170)는 단부 히터 유닛들(52-1) 중 적어도 하나를 포함한다. 일부 형태들에서, 길이 방향(X)의 단부 히터 유닛들(52-1)의 폭(W5)은, 길이 방향(X)의 인접한 히터 유닛들(52-2)의 폭(W6)보다 더 크다. 이해되어야 하는 바와 같이, 다른 형태들에서, 단부 히터 유닛들(52-1)의 폭(W5)은, 인접한 히터 유닛들(52-2)의 폭(W6)보다 작거나 동일할 수 있다. 단부 히터 유닛들(52-1)의 폭(W5) 및 인접한 히터 유닛들(52-2)의 폭(W6)을 선택적으로(selectively) 설계함으로써, 인접한 히터 유닛들(52-2)에 비해 단부 히터 유닛들(52-1)의 전도도는 중가되어 히터 어셈블리(50)를 따라서 발생하는 바람직하지 않은 온도 구배를 억제할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 쉽게 이해되어야 하는 바와 같이, 히터 유닛들(52)을 위한 전력 전도체들은, 인접한 히터 유닛들(52-2)을 통해 단부 히터 유닛들(52-1) 사이에서 연장된다.
도 8 내지 도 20을 참조하면, 제어기(15)는, 미리 정의된 모델(예를 들어, 특히, 히터 시스템(10)의 다양한 구성요소들 및/또는 동적 거동을 나타내는 수학적 모델) 및 적어도 하나의 입력에 기초하여, 단부 히터 유닛(52-1)과 같은, 히터 유닛들(52) 중 적어도 하나 내의 온도를 계산하도록 구성된다(이 통상적인 접근 방식은 온도가 측정되는 것이 아니라 계산되기 때문에 "가상 감지(virtual sensing)"라고도 할 수 있다). 일 형태에서, 적어도 하나의 입력에는, 히터 다발(12) 내의 다른 위치에서의 온도, 다른 히터 유닛(52)의 온도, 히터 어셈블리(18) 상에 배치된 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62) 중 어느 하나의 온도, 히터 다발(12) 및/또는 히터 유닛들(52) 중 어느 하나의 전력 소비량, 및/또는 히터 다발(12) 및/또는 히터 유닛들(52) 중 어느 하나의 미리 결정된 시간 기간에 걸친 평균 전력 소비량이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다. 일 형태에서, 적어도 하나의 입력에는, 히터 다발(12) 및/또는 히터 유닛들(52) 중 어느 하나의 전압, 히터 다발(12) 및/또는 히터 유닛들(52) 중 어느 하나의 하나의 전류, 히터 다발(12) 및/또는 히터 유닛들(52) 중 어느 하나의 전류 누설량, 및/또는 히터 다발(12)의 절연 저항이 포함되지만 이에 국한되지는 않는다. 본 명세서에서 설명된 기능을 수행하기 위해, 제어기(15)는 적어도 하나의 입력을 얻기 위한 하나 이상의 전기 회로들/구성요소들(예를 들어, 히터 유닛들(52)의 전력을 측정하기 위한 하나 이상의 감지 회로들)을 포함한다.
예를 들어, 제어기(15)는, 기지의 전류를 히터 유닛들(52)에 초기에 공급하고, 단부 히터 유닛(52-1)의 전압을 측정함으로써, 단부 히터 유닛(52-1) 내의 온도를 계산하도록 구성된다. 그 다음, 제어기(15)는, 측정된 전압을 기지의 전류와 결부된 공칭 전압과 비교하여 전압 편차 및/또는 그에 상응하는 저항 편차를 확인한다. 그 후, 제어기(15)는, 미리 정의된 모델을 사용하여, 전압 편차 및/또는 그에 상응하는 저항 편차에 기초하여, 단부 히터 유닛(52-1)의 온도를 계산한다. 전술한 바와 같이, 그 다음, 제어기(15)는, 단부 히터 유닛(52-1)의 온도에 기초하여, 전력 전도체들(56)을 통해 독립적으로 제어되는 가열 구역들(62)에 공급되는 전력을 조절한다. 본 명세서에서 설명된 기능을 수행하기 위해, 제어기(15)는, 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및/또는 읽기 전용 메모리(ROM)와 같은, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체에 저장된 명령들을 실행하도록 구성된 하나 이상의 프로세서들을 포함한다. 대안적으로, 제어기(15)는, 복수의 히터 유닛들(52)에 기지의 전압을 공급하는 단계, 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가역 구역(62)의 전류를 측정하는 단계, 및 측정된 전류를 기지의 전압와 결부된 공칭 전류과 비교하여 전류 편차 및/또는 그에 상응하는 저항 편차를 확인하는 단계에 의해, 온도를 계산한다.
본 명세서에서 달리 명시적으로 표시되지 않는 한, 기계적/열적 특성, 조성 백분율, 치수 및/또는 허용오차, 또는 기타 특성을 나타내는 모든 수치는, 본 개시의 범위를 기술함에 있어서, "약(about)" 또는 "대략(approximately)"이라는 단어에 의해 수식된 것으로 이해되어야 한다. 이러한 수식은 산업 실무, 재료, 제조, 및 조립 공차, 및 시험 능력을 포함한 다양한 이유에 의해 소구된다.
요소들 간의 공간적 및 기능적 관계는, "연결된(connected)", "체결된(“engaged)", "결합된(coupled)", "인접한(adjacent)", "옆에(next to)", "상에(on top of)", "위에(above)", "아래에(below)", 및 "배치된(disposed)"을 포함하는 다양한 용어들을 사용하여 기술된다. "직접적"이라고 명시적으로 기술되지 않는 한, 본 개시에서, 제1 구성요소와 제2 구성요소 간의 관계를 기술할 때, 그러한 관계는 제1 요소와 제2 요소 사이에 다른 개재 요소가 존재하지 않는 직접적인 관계일 수 있거나, 또는, 하나 이상의 개재 요소들이 제1 요소와 제2 요소 사이에(공간적으로 또는 기능적으로) 존재하는 간접적인 관계일 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, A, B, 및 C 중 적어도 하나라는 어구는 비배타적 논리 OR을 사용하여 논리(A OR B OR C)를 의미하는 것으로 해석되어야 하며, "A의 적어도 하나, B의 적어도 하나, 및 C의 적어도 하나"를 의미하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 개시의 설명은 본질적으로 예시일 뿐이며, 따라서 본 개시의 요지를 벗어나지 않는 변형은 본 개시의 범위 내에 있는 것으로 의도된다. 이러한 변형들은 본 개시의 사상 및 범위에서 벗어나는 것으로 간주되어서는 안 된다. 또한, 여기에서 설명된 시스템, 장치, 및 방법의 형태들에서 다양한 생략, 대체, 조합 및 변경들은, 상기 생략, 대체, 조합, 및 변경들이 명시적으로 설명되거나 본 개시의 도면들에 도시되어 있지 않은 경우에도, 본 개시의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.
Claims (23)
- 히터 시스템(heater system)으로서, 상기 히터 시스템은:
히터 다발(heater bundle)로서, 상기 히터 다발은:
복수의 히터 유닛들을 포함하는 적어도 하나의 히터 어셈블리(heater assembly)로서, 상기 복수의 히터 유닛들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역(heating zone)을 한정(define)하는, 적어도 하나의 히터 어셈블리; 및
상기 히터 유닛들과 전기적으로 연결된 복수의 전력 전도체들(power conductors);을 포함하는,
히터 다발; 및
상기 전력 전도체들을 통해 상기 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역에 공급되는 전력을 조절(modulate)하도록 구성된 제어기를 포함하는 전력 공급 장치;를 포함하고,
상기 제어기는, 미리 정의된 모델 및 적어도 하나의 입력에 기초하여, 상기 적어도 하나의 히터 유닛 내의 온도를 계산하도록 구성되고, 또한 상기 제어기는, 계산된 상기 온도에 기초하여, 상기 적어도 하나의 히터 유닛에 공급되는 전력을 조절하는,
히터 시스템. - 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 히터 유닛은 단부 히터 유닛(end heater unit)인, 히터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입력은 상기 히터 다발 내의 다른 위치에서의 온도를 포함하는, 히터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입력은 상기 복수의 히터 유닛들 중 적어도 하나의 히터 유닛의 적어도 하나의 온도를 포함하는, 히터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입력은 상기 히터 다발의 전력 소비량을 포함하는, 히터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입력은 미리 결정된 시간 기간에 걸친 상기 히터 다발의 평균 전력 소비량을 포함하는, 히터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입력은 상기 히터 다발의 전압 및/또는 상기 히터 유닛들 중 적어도 하나의 히터 유닛의 전압을 포함하는, 히터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입력은 상기 히터 다발의 전류 및/또는 상기 히터 유닛들 중 적어도 하나의 히터 유닛의 전류를 포함하는, 히터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입력은 상기 히터 다발의 전류 누설량을 포함하는, 히터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입력은 상기 히터 다발의 절연 저항을 포함하는, 히터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 입력은, 유체 온도, 유체 속력, 유체 속도, 및 유체 질량 유량 중 적어도 하나를 포함하는, 히터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 복수의 히터 유닛들에 기지의 전류(known current)를 공급하는 단계, 상기 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역의 전압을 측정하는 단계, 및 측정된 상기 전압을 상기 기지의 전류와 결부된 공칭 전압과 비교하여 전압 편차(voltage deviations) 및/또는 그에 상응하는 저항 편차(resistance deviations)를 확인하는 단계에 의해, 온도를 계산하는, 히터 시스템.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 복수의 히터 유닛들에 기지의 전압을 공급하는 단계, 상기 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역의 전류를 측정하는 단계, 및 측정된 상기 전류를 상기 기지의 전압과 결부된 공칭 전류와 비교하여 전류 편차 및/또는 그에 상응하는 저항 편차를 확인하는 단계에 의해, 온도를 계산하는, 히터 시스템.
- 유체 가열 장치로서, 상기 유체 가열 장치는:
내부 챔버를 한정(define)하고 유체 입구 및 유체 출구를 갖는 밀봉된 하우징(sealed housing); 및
제 1 항에 따른 히터 시스템으로서, 상기 적어도 하나의 히터 어셈블리는 상기 하우징의 상기 내부 챔버 내에 배치된, 히터 시스템;을 포함하고,
상기 적어도 하나의 히터 어셈블리는 상기 하우징 내의 유체에 대해 반응형 열 분포(responsive heat distribution)를 제공하도록 적합화된(adapted),
유체 가열 장치. - 히터 시스템으로서, 상기 히터 시스템은:
복수의 히터 유닛들을 포함하는 히터 어셈블리로서, 상기 히터 유닛들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 한정(define)하는, 히터 어셈블리;
상기 히터 유닛들과 전기적으로 연결된 복수의 전력 전도체들; 및
상기 전력 전도체들을 통해 상기 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역에 공급되는 전력을 조절하도록 구성된 제어기를 포함하는 전력 공급 장치;를 포함하고,
상기 제어기는, 미리 정의된 모델 및 적어도 하나의 입력에 기초하여, 상기 적어도 하나의 히터 유닛 내의 온도를 계산하도록 구성되고, 또한 상기 제어기는, 계산된 상기 온도에 기초하여, 상기 적어도 하나의 히터 유닛에 공급되는 전력을 조절하는,
히터 시스템. - 제 15 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 히터 유닛은 단부 히터 유닛(end heater unit)인, 히터 시스템.
- 유체 가열 장치로서, 상기 유체 가열 장치는:
내부 챔버를 한정(define)하고 유체 입구 및 유체 출구를 갖는 밀봉된 하우징; 및
제 15 항에 따른 히터 시스템으로서, 상기 히터 어셈블리는 상기 하우징의 상기 내부 챔버 내에 배치된, 히터 시스템;을 포함하고,
상기 히터 어셈블리는 상기 하우징 내의 유체에 대해 반응형 열 분포를 제공하도록 적합화된,
유체 가열 장치. - 제 15 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 복수의 히터 유닛들에 기지의 전류를 공급하는 단계, 상기 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역의 전압을 측정하는 단계, 및 측정된 상기 전압을 상기 기지의 전류와 결부된 공칭 전압과 비교하여 전압 편차 및/또는 그에 상응하는 저항 편차를 확인하는 단계에 의해, 온도를 계산하는, 히터 시스템.
- 제 15 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 복수의 히터 유닛들에 기지의 전압을 공급하는 단계, 상기 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역의 전류를 측정하는 단계, 및 측정된 상기 전류를 상기 기지의 전압과 결부된 공칭 전류와 비교하여 전류 편차 및/또는 그에 상응하는 저항 편차를 확인하는 단계에 의해, 온도를 계산하는, 히터 시스템.
- 히터 시스템으로서, 상기 히터 시스템은:
복수의 히터 유닛들을 포함하는 히터 어셈블리로서, 상기 복수의 히터 유닛들 중 하나 초과는 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역을 한정(define)하는, 히터 어셈블리;
상기 히터 유닛들에 전기적으로 연결된 복수의 전력 전도체들; 및
상기 전력 전도체들을 통해 상기 독립적으로 제어되는 가열 구역들에 공급되는 전력을 조절하도록 구성된 제어기를 포함하는 전력 공급 장치;를 포함하고,
상기 제어기는, 미리 정의된 모델 및 적어도 하나의 입력에 기초하여, 상기 하나 초과의 히터 유닛들 내의 온도를 계산하도록 구성되고, 또한 상기 제어기는, 계산된 상기 온도에 기초하여, 상기 하나 초과의 히터 유닛들에 공급되는 전력을 조절하는,
히터 시스템. - 제 20 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 히터 유닛은 단부 히터 유닛인, 히터 시스템.
- 제 20 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 복수의 히터 유닛들에 기지의 전류를 공급하는 단계, 상기 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역의 전압을 측정하는 단계, 및 측정된 상기 전압을 상기 기지의 전류와 결부된 공칭 전압과 비교하여 전압 편차 및/또는 이에 상응하는 저항 편차를 확인하는 단계에 의해, 온도를 계산하는, 히터 시스템.
- 제 20 항에 있어서, 상기 제어기는, 상기 복수의 히터 유닛들에 기지의 전압을 공급하는 단계, 상기 적어도 하나의 독립적으로 제어되는 가열 구역의 전류를 측정하는 단계, 및 측정된 상기 전류를 상기 기지의 전압과 결부된 공칭 전류와 비교하여 전류 편차 및/또는 이에 상응하는 저항 편차를 식별하는 단계에 의해, 온도를 계산하는, 히터 시스템.
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