[發(fā)明專利]加熱電纜的控制

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200580048729.5
• 申請(qǐng)日: 2005-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101138277A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-03-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 賈森·丹尼爾·哈羅德·奧康納
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電伴熱有限公司
• 主分類號(hào): H05B3/56
• 分類號(hào): H05B3/56
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 王新華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及加熱電纜的溫度依賴控制的方法和裝置。本發(fā)明的具體的方面適于但不限于控制向加熱的導(dǎo)管供熱，使得在導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)的流體被加熱。

背景技術(shù)

控制對(duì)加熱器的功率供應(yīng)是常見(jiàn)的要求?？梢酝ㄟ^(guò)周圍環(huán)境溫度、加熱器自身溫度或者被加熱的物體的溫度來(lái)確定功率供應(yīng)。對(duì)于包括暴露于外部環(huán)境的管線，通常有益的是用加熱器來(lái)供應(yīng)管線，以防止在管道中流動(dòng)的流體在受凍期間凝固。如果流體例如水凝固，則這會(huì)導(dǎo)致對(duì)管線的嚴(yán)重?fù)p壞。

這個(gè)問(wèn)題的公知解決方案是以加熱導(dǎo)管的形式供應(yīng)管線。沿著流體導(dǎo)管的長(zhǎng)度設(shè)置加熱電纜。整體由熱絕緣體包圍。加熱電纜連接到電源，當(dāng)電源導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)致加熱電纜變熱，從而將熱傳遞到導(dǎo)管，并最終傳遞到在導(dǎo)管內(nèi)流動(dòng)的流體。在第PCT/GB2003/003350號(hào)國(guó)際專利申請(qǐng)中描述了這類加熱導(dǎo)管的例子。加熱導(dǎo)管必須能夠供應(yīng)足夠的熱來(lái)防止流體在最低預(yù)期溫度凝固。在任何其它時(shí)候，將供應(yīng)比嚴(yán)格需要的熱更多的熱來(lái)加熱導(dǎo)管。這對(duì)電的使用效率低，因而是昂貴的。

自限制電加熱器是公知的，其中，電阻器是細(xì)長(zhǎng)的并沿著加熱元件的長(zhǎng)度延伸，從而響應(yīng)于加熱元件的整個(gè)長(zhǎng)度的溫度。在WO?86/01064中描述了這樣的加熱器。加熱元件和電阻器串聯(lián)連接，電阻器具有正溫度系數(shù)，從而當(dāng)在正常操作溫度時(shí)電阻器的電阻基本上小于加熱元件的電阻，但當(dāng)暴露于正常操作溫度之上的溫度時(shí)電阻器的電阻迅速增加。雖然這樣的電阻器適于確保加熱元件的溫度不顯著增加到正常操作溫度之上，但是不適于用作例如管道凝固應(yīng)用的加熱調(diào)節(jié)器。在這樣的應(yīng)用中，重要的是監(jiān)控周圍空氣溫度和流體溫度中的至少一個(gè)，從而防止流體凝固。

因此，這樣的加熱導(dǎo)管通常將連接到一定形式的控制裝置，以將導(dǎo)管的溫度保持在恒溫。通常，通過(guò)自動(dòng)調(diào)溫器來(lái)控制向加熱導(dǎo)管的電功率供應(yīng)。自動(dòng)調(diào)溫器通過(guò)具有溫度設(shè)置點(diǎn)來(lái)工作。當(dāng)溫度下降到設(shè)置點(diǎn)之下的預(yù)定水平時(shí)，接通加熱器。當(dāng)溫度上升到設(shè)置點(diǎn)之上的預(yù)定水平時(shí)，切斷加熱器。接通點(diǎn)和切斷點(diǎn)之間的溫度差稱為“切換差”。當(dāng)自動(dòng)調(diào)溫器的溫度在切換點(diǎn)之間時(shí)，全量電能被供應(yīng)到加熱器。

由于接通點(diǎn)的水平通常不低于設(shè)置點(diǎn)的水平很多，所以不是嚴(yán)格需要供應(yīng)加熱器全量電能。這可被認(rèn)為是浪費(fèi)的能量。此外，接通和之后切斷的效果導(dǎo)致加熱器連續(xù)形成加熱和冷卻循環(huán)。這導(dǎo)致加熱器和流體導(dǎo)管連續(xù)膨脹和收縮。這個(gè)連續(xù)的收縮膨脹會(huì)最終導(dǎo)致加熱器失效，或者損壞被加熱的物體。此外，切換本身可能處于高電流和高電壓。這會(huì)導(dǎo)致高能火花。這會(huì)危及安全，尤其是設(shè)備位于有潛在危險(xiǎn)的工廠或廠區(qū)中時(shí)。

浪費(fèi)能量的問(wèn)題會(huì)由于自動(dòng)調(diào)溫器的溫度傳感器的位置而加劇。對(duì)于設(shè)計(jì)成防止流體在冬季凝固的加熱導(dǎo)管，傳感器通常定位成感測(cè)周圍空氣溫度。通常，這設(shè)計(jì)成當(dāng)大氣溫度降至例如3攝氏度時(shí)接通加熱導(dǎo)管。然而，為加熱導(dǎo)管設(shè)計(jì)的將防止管線凝固的最低溫度通常低于管線凝固值幾十度。這是為了確保設(shè)備能夠應(yīng)對(duì)預(yù)期的最壞可能冬季環(huán)境。經(jīng)驗(yàn)證據(jù)表明能量浪費(fèi)可以高達(dá)90％，這是由于周圍溫度極少，如果有過(guò)的話，達(dá)到設(shè)計(jì)的最低溫度。

然而，選擇將溫度傳感器定位在流體導(dǎo)管自身上并不是沒(méi)有問(wèn)題的。溫度傳感器只能感測(cè)那個(gè)位置的溫度。沿著流體導(dǎo)管的其它地方會(huì)出現(xiàn)其它情況。這會(huì)導(dǎo)致加熱導(dǎo)管在太低的溫度被切斷，導(dǎo)致對(duì)管線的另一部分的損壞。顯然，大氣感測(cè)引起對(duì)導(dǎo)管的損壞的風(fēng)險(xiǎn)最小，但是效率巨低。感測(cè)導(dǎo)管溫度提供更大的能量效率，但對(duì)流體導(dǎo)管的損壞的風(fēng)險(xiǎn)更大。

在第GB2156098號(hào)英國(guó)專利中描述了適于將自動(dòng)調(diào)溫器的溫度傳感器定位成感測(cè)周圍溫度的改進(jìn)。電子裝置通過(guò)計(jì)算向加熱導(dǎo)管供應(yīng)電功率的時(shí)間百分比與周圍空氣溫度之間的關(guān)系來(lái)操作。在最小周圍空氣溫度上，在100％時(shí)間中將電功率供應(yīng)到加熱導(dǎo)管。隨著周圍溫度接近加熱導(dǎo)管的期望溫度，建立加熱器的迅速通-斷循環(huán)。通和斷之間的占空比與最小周圍溫度和加熱導(dǎo)管的期望溫度之間的溫差成比例。

循環(huán)頻率通常是高的，通常每秒切換多次。然而，高達(dá)一小時(shí)的切換周期是可能的。對(duì)于如此迅速的切換，功率可以被認(rèn)為以較平滑的方式供應(yīng)給加熱導(dǎo)管。由于降低了膨脹或收縮的時(shí)間間隔，所以加熱導(dǎo)管的膨脹和收縮的最壞影響被最小化。

相似地，幾乎消除了浪費(fèi)的能量。然而，這個(gè)技術(shù)仍然包括接通和切斷加熱器，雖然很快。最重要的是，加熱導(dǎo)管的這種形式的控制需要較復(fù)雜的電子電路。因而它是昂貴的解決方案。由于加熱導(dǎo)管通常是低成本項(xiàng)目，所以這是不受歡迎的。