具有智能功能的智能加熱電纜及制造該智能加熱電纜的方法
【專利摘要】根據(jù)本發(fā)明，一種加熱電纜具有混合結構，其中光纜傳感器被結合到該加熱電纜上以實現(xiàn)用于感知物體和該加熱電纜溫度的傳感器的功能，從而提供能夠隨著溫度的變化調整該加熱電纜輸出的積極的熱量供應源。為此，本發(fā)明的智能加熱電纜為伴熱系統(tǒng)的使用提供智能加熱。所述光纜包括加熱元件和形成在加熱元件外部表面的絕緣層和以光纜合并為溫度傳感器為特點。
【專利說明】具有智能功能的智能加熱電纜及制造該智能加熱電纜的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明在一種或多種實施例中涉及提供智能加熱的智能加熱電纜以及制造該智能加熱電纜的方法，更具體地，本發(fā)明涉及一種提供智能加熱的智能加熱電纜，其中，光纜傳感器(optical cable sensor)嵌在伴熱系統(tǒng)的加熱電纜上，以至于所述加熱電纜具有感知所述伴熱系統(tǒng)溫度的功能以精細地測量所述伴熱系統(tǒng)中不易感知溫度部分的溫度，從而適當?shù)乜刂扑黾訜犭娎|的輸出，因此減少了不必要的能量消耗或防止了由于熱量供應不足對所述加熱系統(tǒng)的損害，以及一種制造所述智能加熱電纜的方法。
【背景技術】
[0002]一般地，伴熱系統(tǒng)是用來補償由一個設備或物體，如管道或罐體，引起的熱量損失的，或給物體提供均勻的熱量，因此，可以防止物體因凍結而破裂或均勻地保持物體的溫度。另外，伴熱系統(tǒng)能夠防止在混凝土板上形成霜凍或清除道路的積雪或者作為室內地板采暖系統(tǒng)被安裝。
[0003]在伴熱系統(tǒng)中，加熱電纜是用來為安裝有該系統(tǒng)的物體供應熱量所必須的，加熱電纜被構造成具有包括產(chǎn)生熱量的加熱元件的多層結構，用于保護加熱元件的絕緣層和外部保護套，在該伴熱系統(tǒng)中，加熱電纜基于測量系統(tǒng)或物體的溫度工作。例如，為了防止管道或罐體因凍結而破裂，當該系統(tǒng)的測量溫度低于作為防止管道或者罐體因凍結而破裂的臨界溫度的基準溫度時，接通伴熱系統(tǒng)的電源以通過加熱電纜給管道或罐體供應熱量。
[0004]當測量的溫度超過基準溫度時，伴熱系統(tǒng)斷電從而中斷加熱電纜的工作，因此減少不必要的能量消耗。如果安裝加熱電纜以維持管道或罐體的溫度，假如測量溫度超過了預定溫度范圍的上限，加熱電纜斷電而中斷供應熱量。另一方面，如果測量溫度低于預定溫度范圍的下限，加熱電纜通電對物體供應熱量。加熱電纜的操作規(guī)則也適用于用于防止霜凍或冷凍或者加熱房間。
[0005]為了有效和正確地操作伴熱系統(tǒng)中的加熱電纜，需要考慮加熱能力適當?shù)卦O計加熱電纜，且需要及時并準確地測量伴熱系統(tǒng)的溫度。
[0006]常規(guī)的加熱電纜包括加熱元件、用于保護加熱元件的絕緣層和外部外部保護套?；谕ㄟ^外部溫度傳感器感知的溫度變化以適當?shù)卣{整加熱電纜的輸出，來控制加熱電纜的供電。由于控制給加熱電纜供電的必要溫度被安裝在物體上的溫度傳感器所測量，如罐體或者管道，所以，傳感器的位置是至關重要的。
[0007]在常規(guī)的伴熱系統(tǒng)中，測量該系統(tǒng)溫度的傳感器通常被安裝在代表該系統(tǒng)溫度的點上或暴露在嚴酷條件下的點上，測得的溫度是用作控制加熱電纜的操作的參考或用作檢查該系統(tǒng)狀態(tài)的基礎數(shù)據(jù)。為此，該系統(tǒng)溫度的測量是對系統(tǒng)有效的操作至關重要的以及，因此，在各個點上測量該系統(tǒng)的溫度并基于此而操作系統(tǒng)是合理和適當?shù)摹?br> [0008]由于，在大多數(shù)情況下，溫度傳感器被安裝在一個點上，例如代表物體的溫度的點或暴露在嚴酷條件下的點，該溫度傳感器不能代表物體的整體溫度。[0009]雖然所描述的常規(guī)方法能夠提供一種伴熱系統(tǒng)的簡單構造，但是它并沒有考慮到測量整個物體的溫度，而是將隨后假定為整體溫度的單個選定點作為用于控制系統(tǒng)的基礎。通過這樣做，能夠實現(xiàn)簡單的和常規(guī)的溫度測量，然而不能提供物體的整體溫度。然而，如果基于精確的物體的溫度測量，必須控制熱量供應，常規(guī)的方法提供這種適當?shù)目刂剖菬o效的。
[0010]如果物體具有不均勻的溫度分布，不能在所有的點配置傳感器來測量物體的溫度。因此，基于有限數(shù)量的點上測量的溫度來調整加熱電纜的熱容量(thermal capacity)是低效和不恰當?shù)摹?br> [0011]在伴熱系統(tǒng)的多個點上配置傳感器并測量該伴熱系統(tǒng)的點上的溫度花費較高，另夕卜，為了準確地測量整個系統(tǒng)的溫度花費也較高。

【發(fā)明內容】

[0012]技術問題
[0013]因此，本發(fā)明致力于有效地解決上述缺陷并提供一種結合有光纜傳感器的加熱電纜，所述加熱電纜能夠該加熱電纜本身的溫度，這是常規(guī)的加熱電纜無法實現(xiàn)的。因此，本發(fā)明提供了一種提供智能加熱和對額外有效熱量供應系統(tǒng)的自我診斷的智能加熱電纜以及一種制造該智能加熱電纜的方法。
[0014]技術方案
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，用在智能加熱系統(tǒng)中的智能加熱電纜包括加熱元件和在所述加熱元件外表面的絕緣外層。所述加熱電纜具有與所述加熱電纜相結合的光纜作為傳感器的混合結構。
[0016]所述加熱元件可以選自表現(xiàn)出電阻正溫度系數(shù)(PTC)特性的聚合物加熱元件(polymeric heating element),所述聚合物加熱元件利用電能產(chǎn)生熱量,金屬電阻合金導體和銅導體中的任何一種。
[0017]所述聚合物加熱元件可以包括,在組成所述加熱元件的聚合物材料中，選自炭黑，金屬粉末和碳纖維中的任何一種，作為表現(xiàn)出導電性的導電材料。
[0018]所述金屬電阻合金導體可以包括選自銅-鎳，鎳-鉻和鐵-鎳作為主要成分中的任何一種。
[0019]所述銅導體可以包括選自未電鍍銅，鍍錫銅，鍍銀銅和鍍鎳銅中的任何一種。
[0020]所述光纜可以由光纖，如玻璃光纖(glass optic fiber)或塑料光纖制備。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，制造智能加熱電纜的方法包括通過利用擠壓成型形成，在加熱電纜的加熱元件的外部表面上，構造絕緣層以保護該加熱電纜；在絕緣的加熱元件上結合具有溫度傳感器作用的光纜傳感器；通過銅絲編織或棉編織固定光纜傳感器到絕緣的加熱元件上，以及擠壓外部保護套和實施后處理工藝。
[0022]有益效果
[0023]根據(jù)如上所述的本發(fā)明，提供智能加熱的智能加熱電纜被應用從而顯著提高伴熱系統(tǒng)的能量效率。另外，無法預料的嚴重危險，如火災或爆炸，這些危險可能是在加熱電纜使用過程中由加熱電纜引起到系統(tǒng)的，能夠被監(jiān)控。此外，能夠實時監(jiān)控所述伴熱系統(tǒng)的性能變化，這可能發(fā)生在安裝在所述伴熱系統(tǒng)中的所述加熱電纜上，從而改善和保障所述伴熱系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0024]根據(jù)如上所述的本發(fā)明，光纜被用作實時測量所述加熱電纜或使用所述光纜的周圍環(huán)境的溫度變化和準確監(jiān)控整個區(qū)域的溫度變化和溫度分布的傳感器，所述加熱電纜放置在所述光纜中。由于這種智能加熱，所述伴熱系統(tǒng)中不容易感知溫度的部分的溫度能夠被精細地檢查從而有效地供應設備必須的熱量和減少能量消耗。
[0025]由于能夠實時監(jiān)控所述加熱電纜的整個區(qū)域的溫度變化，如上所述的本發(fā)明提供了所述加熱電纜操作的方便和隨時檢查?；陔S著時間推移的溫度變化，發(fā)生在系統(tǒng)內的異常能夠被觀察和解決，由于不可預料的內部或外部情況或可能隨著時間推移逐漸發(fā)生的降解現(xiàn)象而將在所述加熱電纜設置在該系統(tǒng)內。另外，能夠準確地檢查和維修異常點從而實現(xiàn)簡單的維修和進一步降低維修成本。
[0026]根據(jù)本發(fā)明所述的具有自我溫度測量功能的所述智能加熱電纜具有如下效果，這些效果是常規(guī)的加熱電纜無法提供的。
[0027]1.能夠準確地實時地檢查整個系統(tǒng)的溫度變化和溫度分布；
[0028]2.實現(xiàn)高效節(jié)能；
[0029]3.能夠準確觀察由于熱量過?；驘崃坎蛔愣鸬漠惓｜c；以及
[0030]4.能夠容易地發(fā)現(xiàn)異常點，從而降低維修成本。
[0031]同時，根據(jù)如上 所述的本發(fā)明，除了智能加熱，還能夠實時測量設備和整個加熱電纜的溫度，從而優(yōu)化所述伴熱系統(tǒng)的能量效率。另外，如上所述的本發(fā)明具有通過實時跟蹤所述加熱電纜的溫度變化監(jiān)控所述伴熱系統(tǒng)是否異常的有益效果。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1示出的是根據(jù)本發(fā)明至少一種實施例的具有安裝在伴熱系統(tǒng)中的提供智能加熱的智能加熱電纜的伴熱系統(tǒng)的結構示意圖；
[0033]圖2示出的是根據(jù)本發(fā)明的至少一種實施例的提供智能加熱的加熱電纜的結構圖；
[0034]圖3示出的是根據(jù)本發(fā)明的至少一種實施例的使用提供智能加熱的智能加熱電纜來對整個長度加熱電纜的溫度測定的結果圖。
[0035]圖4到圖6示出的是根據(jù)本發(fā)明的至少一種實施例的提供智能加熱的智能加熱電纜的說明類型圖；以及
[0036]圖7和圖8是本發(fā)明至少一種實施例中使用的測量裝置的示意圖。
[0037]標號說明
[0038]10，20，30，40，70:加熱電纜
[0039]21，32，41:加熱元件23，33，43:光纜傳感器
[0040]50:溫度控制單元60:水浴
[0041]80:溫度控制室
[0042]詳細說明
[0043]本發(fā)明提供了一種具有在所述加熱電纜內結合光纜傳感器的混合結構的新加熱電纜以通過使用所述光纜傳感器來測定在其中安裝有所述加熱電纜的系統(tǒng)的溫度和產(chǎn)生熱量，從而基于測得的溫度進行有效和適當?shù)牟僮?。[0044]圖1示出的是根據(jù)本發(fā)明至少一種實施例的具有安裝在伴熱系統(tǒng)中的提供智能加熱的智能加熱電纜的伴熱系統(tǒng)的結構示意圖。圖1 (b)示出的是本發(fā)明至少一種實施例的伴熱系統(tǒng)的結構示意圖；圖1 (a)示出的是與本發(fā)明至少一種實施例的所述伴熱系統(tǒng)相比的常規(guī)伴熱系統(tǒng)的結構示意圖。
[0045]如圖1所示，在新的伴熱系統(tǒng)中，其中安裝有根據(jù)本發(fā)明至少一種實施例的加熱電纜，加熱電纜10本身具有溫度傳感器的功能。因此，能夠安裝該溫度傳感器并能夠測定加熱電纜10的任何一點的溫度，從而在該系統(tǒng)中準確地定位薄弱部分。
[0046]因此，基于該系統(tǒng)中的薄弱部分，能夠控制該加熱電纜的操作以實現(xiàn)高效操作和節(jié)能兼具的系統(tǒng)。
[0047]在圖1 (b)中，標號A表不溫度測量區(qū)域而標號B表不該系統(tǒng)中的薄弱部分。
[0048]在一個常規(guī)伴熱系統(tǒng)的例子中，如圖1 (a)所示，在安裝有溫度傳感器的點5處測定溫度，但是，點5可能與薄弱部分3不同，在一種情況下，安裝有溫度傳感器的點5與薄弱部分3不同，所以很難有效地操作加熱電纜I。標號7表示溫度測量區(qū)域。
[0049]圖2示出的是根據(jù)本發(fā)明的至少一種實施例的提供智能加熱的加熱電纜的結構圖；
[0050]如圖2所示，利用通過與加熱電纜IOa相結合的光纜(optical cable)10b傳輸?shù)墓庑盘柕淖兓?，根?jù)本發(fā)明實施例的提供智能加熱的加熱電纜10具有作為用于測量溫度的傳感器的功能。
[0051]因此，能夠連續(xù)實時地測量嵌有加熱電纜IOa的整個系統(tǒng)的溫度。這種溫度測定功能的一種典型例子如圖3所示。
[0052]圖3示出的是利用根據(jù)本發(fā)明的至少一種實施例的提供智能加熱的加熱電纜測得的溫度分布圖。
[0053]正如從圖3可以看出的，能夠測量該加熱電纜的所有點的溫度從而獲得一個準確的溫度分布曲線(temperature distribution profile)。因此,利用該溫度分布曲線能夠適當?shù)乜刂萍訜犭娎|的操作。
[0054]同時，圖4到圖6示出的是根據(jù)本發(fā)明的至少一種實施例的提供智能加熱的加熱電纜的說明類型圖。
[0055]圖4是使用表現(xiàn)出電阻正溫度系數(shù)(PTC)特性的聚合物加熱元件的智能加熱電纜的示例圖。
[0056]圖5示出的是使用金屬電阻合金導體制得的加熱元件的智能加熱電纜的圖。
[0057]圖6示出的是使用合金導體或銅導體作為加熱元件的智能加熱電纜的圖。
[0058]在圖4的提供智能加熱的加熱電纜20和20’中，標號21表示表現(xiàn)出PTC特性的聚合物加熱兀件和標號23表不光纜傳感器。
[0059]在圖5的提供智能加熱的加熱電纜30和30’中，標號31表示由金屬電阻合金導體制得的加熱元件和標號33表示光纜傳感器。
[0060]在圖6的提供智能加熱的加熱電纜40中，標號41表示由金屬電阻合金導體或銅導體制得的加熱元件和標號43表示光纜傳感器。
[0061]如上述附圖所示，通過使用各種加熱元件，如聚合物加熱元件，由金屬電阻合金導體制得的加熱元件和由銅導體制得的加熱元件，能夠形成根據(jù)本發(fā)明實施例的提供智能加熱的所述加熱電纜。
[0062]在下文中，描述了根據(jù)本發(fā)明實施例的提供智能加熱的智能加熱電纜的制造方法。
[0063]所述加熱電纜是通過如下的方法制造的。
[0064]通過擠壓成型在加熱電纜的加熱元件的外部表面形成絕緣層用于保護該加熱電纜，本文中所用的加熱元件可以包括選自為特殊用途設計的加熱元件中的任何一種，如表現(xiàn)出PTC特性的聚合物加熱元件，由金屬電阻合金導體制得的加熱元件和由銅導體制得的加熱元件，如上圖所示。
[0065]光纜結合在絕緣的加熱元件上，光纜具有溫度傳感器的功能。然后，通過銅絲編織或棉編織固定光纜傳感器到絕緣的加熱元件上。
[0066]在完成的編織上擠壓外部保護套和實施后處理以獲得具有智能加熱特性的加熱電纜。
[0067]通過使用如上所述的具有聚合物加熱元件和金屬電阻合金導體的加熱電纜，現(xiàn)在描述該加熱電纜的溫度測定的實施例。
[0068]<實施例1>
[0069]首先，通過擠壓在表現(xiàn)出PCT特性的聚合物加熱元件上形成絕緣層，光纜傳感器結合在絕緣的加熱元件上，通過銅絲編織固定光纜傳感器，以及擠壓外部保護套以制造加熱電纜的測試樣品。
[0070]將制得的測試樣品放置在如圖7所示的具有不同溫度區(qū)域的裝置內，當改變測試樣品的各個部分的溫度時，測量光纜傳感器的溫度和該加熱電纜的輸出，其結果如下表1所示。
[0071]表1
[0072]具有表現(xiàn)出PCT特性的聚合物加熱元件的加熱電纜的溫度變化
[0073]
【權利要求】
1.一種用于伴熱系統(tǒng)中的智能加熱電纜，所述智能加熱電纜包括: 加熱元件和在所述加熱元件外部表面形成的絕緣層，其中， 所述加熱電纜具有與所述加熱電纜相結合的光纜作為傳感器的混合結構。
2.根據(jù)權利要求1所述的智能加熱電纜，其中，所述加熱元件選自表現(xiàn)出電阻正溫度系數(shù)(PTC)特性的聚合物加熱元件，所述聚合物加熱元件利用電能產(chǎn)生熱量，金屬電阻合金導體和銅導體中的任何一種。
3.根據(jù)權利要求2所述的智能加熱電纜，其中，所述聚合物加熱元件包括，在組成所述加熱元件的聚合物材料中，選自炭黑，金屬粉末和碳纖維中的任何一種，作為表現(xiàn)出導電性的導電材料。
4.根據(jù)權利要求2所述的智能加熱電纜，其中，所述金屬電阻合金導體包括選自銅-鎳，鎳-鉻和鐵-鎳作為主要成分中的任何一種。
5.根據(jù)權利要求2所述的智能加熱電纜，其中，所述銅導體包括選自未電鍍銅，鍍錫銅，鍍銀銅和鍍鎳銅中的任何一種。
6.根據(jù)權利要求1所述的智能加熱電纜，其中，所述光纜由光纖，如玻璃光纖或塑料光纖制備。
7.—種制造智能加熱電纜的方法，該方法包括:通過利用擠壓成型形成，在加熱電纜的加熱元件的外部表面上，構造絕緣層以保護該加熱電纜； 在絕緣的加熱元件上結合具有溫度傳感器作用的光纜傳感器； 通過銅絲編織或棉編織固定光纜傳感器到絕緣的加熱元件上；以及擠壓外部保護套和實施后處理工藝。
【文檔編號】H01B7/17GK103814623SQ201280043795
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年9月7日 優(yōu)先權日:2011年9月8日
【發(fā)明者】李完洙 申請人:李完洙