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特許7374922温度センシング電源ピン及び補助センシングジャンクションを備えた抵抗ヒータ
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-27
(45)【発行日】2023-11-07
(54)【発明の名称】温度センシング電源ピン及び補助センシングジャンクションを備えた抵抗ヒータ
(51)【国際特許分類】
H05B 3/10 20060101AFI20231030BHJP
G01K 7/02 20210101ALI20231030BHJP
H05B 3/00 20060101ALI20231030BHJP
H05B 3/44 20060101ALI20231030BHJP
G01K 1/14 20210101ALN20231030BHJP
【ＦＩ】
H05B3/10 A
G01K7/02 A
H05B3/00 310D
H05B3/44
G01K1/14 L
【請求項の数】
15
(21)【出願番号】P 2020555520
(86)(22)【出願日】2019-04-01
(65)【公表番号】
(43)【公表日】2021-08-26
(86)【国際出願番号】 US2019025106
(87)【国際公開番号】W WO2019199506
(87)【国際公開日】2019-10-17
【審査請求日】2022-03-30
(31)【優先権主張番号】15/950,358
(32)【優先日】2018-04-11
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】501162454
【氏名又は名称】ワットロー・エレクトリック・マニュファクチャリング・カンパニー
(74)【代理人】
【識別番号】110001737
【氏名又は名称】弁理士法人スズエ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】コルアワー、テリー
(72)【発明者】
【氏名】シェファー、ダグラス
(72)【発明者】
【氏名】オーセ、ジェレミー
(72)【発明者】
【氏名】バーニア、ジェィコブ
(72)【発明者】
【氏名】エリス、エリック
(72)【発明者】
【氏名】シュタインハウザー、ルイス・ピー
【審査官】杉浦 貴之
(56)【参考文献】
【文献】米国特許第０６０３４３６０（ＵＳ，Ａ）
【文献】特許第６０６０２８０（ＪＰ，Ｂ２）
【文献】国際公開第２０１６／１９６０５５（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開平１０－２６００８３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０５Ｂ ３／１０
Ｇ０１Ｋ ７／０２
Ｈ０５Ｂ ３／００
Ｈ０５Ｂ ３／４４
Ｇ０１Ｋ １／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヒータであって、抵抗加熱要素と、
前記抵抗加熱要素の第１の端部と第１のジャンクションを形成する第１の電源ピンと、
第２の電源ピンとを備え、前記第２の電源ピンは、
前記抵抗加熱要素の第２の端部と第２のジャンクションを形成し、第１の導電材を定める第１のリード線と、
第１の基準エリアで前記第１のリード線と主センシングジャンクションを形成する第２のリード線とを備え、前記第２のリード線は、前記主センシングジャンクションにより生成される電圧変化に基づいて、前記第１の基準エリアの温度を測定するために、前記主センシングジャンクションが熱電対として機能するように、前記第１の導電材と異なる第２の導電材を定め、
前記主センシングジャンクションにより測定される温度は、前記ヒータの全体的な温度を表す。
【請求項2】
前記第１の電源ピン、前記第２の電源ピンの前記第１のリード線、及び、前記抵抗加熱要素は、同じ材料で作られている、請求項１に記載のヒータ。
【請求項3】
前記第１の電源ピン、及び、前記第２の電源ピンの前記第１のリード線は、同じ材料で作られている、請求項１に記載のヒータ。
【請求項4】
前記第１の電源ピン及び前記第２の電源ピンと通信するコントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記抵抗加熱要素に電源を向けるための加熱モードと、前記第１の基準エリアの温度を判断するために前記主センシングジャンクションにより生成される電圧変化を測定するための測定モードとを切り替えるように構成される、請求項１に記載のヒータ。
【請求項5】
前記コントローラは、前記主センシングジャンクションにより測定された温度を使用して前記抵抗加熱要素を調整するように構成される、請求項４に記載のヒータ。
【請求項6】
前記抵抗加熱要素は、前記抵抗加熱要素に沿った第２の基準エリアの温度を検知するように機能し、前記コントローラは、前記第２の基準エリアの温度を判断するように、前記抵抗加熱要素の抵抗を測定する、請求項４に記載のヒータ。
【請求項7】
前記コントローラは、前記第１の基準エリア及び前記第２の基準エリアの温度、前記ヒータの形状、並びに、ヒータ要素に供給される電力に基づいて、第３の基準エリアの温度を演算するように構成される、請求項６に記載のヒータ。
【請求項8】
前記第１及び第２の電源ピンと通信し、前記抵抗加熱要素への電力を遮断せずに前記主センシングジャンクションにより生成される電圧変化を測定するように構成されたコントローラをさらに備える、請求項１に記載のヒータ。
【請求項9】
前記第１の電源ピン、前記第２の電源ピンの前記第１のリード線、及び、前記抵抗加熱要素のゼーベック係数は、実質的に同じである、請求項１に記載のヒータ。
【請求項10】
前記主センシングジャンクションは、前記抵抗加熱要素の前記第１の端部と前記第２の端部の間の前記抵抗加熱要素に沿って配置される、請求項１に記載のヒータ。
【請求項11】
前記主センシングジャンクションは、前記ヒータの外側に配置される、請求項１に記載のヒータ。
【請求項12】
前記第１の電源ピンは、前記第１のジャンクションを形成するように前記抵抗加熱要素の前記第１の端部に接続される第３のリード線であり、前記第１の導電材を定める前記第３のリード線と、
前記第１の基準エリアに隣接して近接する第２の基準エリアで前記第３のリード線と第２の主センシングジャンクションを形成する第４のリード線であり、前記第１及び第２の基準エリア間の温度を判断するために前記主センシングジャンクションと共同で使用され、熱電対として機能するために、前記第１の導電材及び前記第２の導電材と異なる第３の導電材を定める前記第４のリード線とを備える、請求項１に記載のヒータ。
【請求項13】
前記第２の電源ピンの前記第１のリード線、前記第１の電源ピンの前記第３のリード線、及び、前記抵抗加熱要素のゼーベック係数は、実質的に同じである、請求項１２に記載のヒータ。
【請求項14】
前記主センシングジャンクションの周りに配置された熱ディフューザをさらに備える、請求項１に記載のヒータ。
【請求項15】
近位端部及び遠位端部を定める非導電部であり、前記非導電部は、少なくとも前記近位端部を貫通する第１及び第２の開口を有し、前記第１及び第２の電源ピンは、前記第１及び第２の開口内に配置され、周囲に前記抵抗加熱要素が配置された前記非導電部と、前記非導電部を取り囲むシースと
前記非導電部の前記近位端部部分に配置され、少なくとも部分的に前記シース内に延びるシーリング部材とをさらに備える、請求項１に記載のヒータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、抵抗ヒータ及び熱電対などの温度センシングデバイスに関する。
【背景技術】
【0002】
このセクションの記述は、単に本開示に関連する背景情報を提供するものであり、先行技術を構成しないことがある。
【0003】
抵抗ヒータは、ターゲット及び／又は環境に熱を供給するために様々な用途で使用される。当技術分野で知られる抵抗ヒータの１つのタイプはカートリッジヒータであり、これは、通常、セラミックコアの周りに巻かれた抵抗線加熱要素からなる。標準的なセラミックコアは、電源／端子ピンが中に配置された２つの長手方向のボアを定める。抵抗線の第１の端部は１つの電源ピンに電気的に接続され、抵抗線の他方の端部は他方の電源ピンに電気的に接続される。次に、このアセンブリは、オープン端部とクローズ端部、又は、２つのオープン端部を有するより大きな直径の管状金属シースに挿入され、このようにして、シースと抵抗線／コアアセンブリとの間に環状スペースを作り出す。抵抗線とシースの内面との間の環状スペースを充填するように、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などの絶縁材料がシースのオープン端部に注がれる。
【0004】
シースのオープン端部は、例えば、ポッティングコンパウンド及び／又は個別のシーリング部材を使用することにより密閉される。次に、シースの直径が減少して、ＭｇＯがコンパクトにされて圧縮され、良好な電気的接触及び熱移動を確保するために、ピンの周りのコアを潰すように、セラミックコアを少なくとも部分的に押し潰すために、スエージング又は他の適切なプロセスにより、アセンブリ全体がコンパクトにされ又は圧縮される。圧縮されたＭｇＯは、加熱要素とシースの間に比較的良好な熱伝導経路を与え、かつ、シースを加熱要素から電気的に絶縁もする。
【0005】
ヒータが動作すべき適切な温度を判断するために、個別の温度センサ、例えば熱電対が、ヒータの上又は近くに配置される。ヒータとその環境に個別の温度センサを追加すると、コストが掛かり、かつ、加熱システム全体の複雑さが増す可能性がある。
【発明の概要】
【0006】
このセクションは、開示の一般的な概要を提供するものであり、その全範囲又はその特徴の全ての包括的な開示ではない。
【0007】
一形態では、本開示は、抵抗加熱要素、第１の電源ピン、及び、第２の電源ピンを含むヒータに向けられる。第１の電源ピンは、抵抗加熱要素の第１の端部と第１のジャンクションを形成する。第２の電源ピンは、第１のリード線及び第２のリード線を含む。第１のリード線は、抵抗加熱要素の第２の端部と第２のジャンクションを形成し、第１の導電材を定める。第２のリード線は、第１の基準エリアで第１のリード線と主センシングジャンクションを形成する。第２のリード線は、主センシングジャンクションにより生成される電圧変化に基づいて、第１の基準エリアの温度を測定するために、第１の導電材と異なる第２の導電材を定める。
【0008】
別の形態では、第１の電源ピン、第２の電源ピンの第１のリード線、及び、抵抗加熱要素は、同じ材料で作られる。
【0009】
さらに別の形態では、第１及び第２のリード線は、異なるニッケル合金である。
【0010】
一形態では、第１の電源ピン及び第２の電源ピンの第１のリード線は、同じ材料で作られる。
【0011】
別の形態では、ヒータは、第１の電源ピン及び第２の電源ピンと通信するコントローラをさらに含む。コントローラは、抵抗加熱要素に電源を向けるための加熱モードと、第１の基準エリアの温度を判断するために、主センシングジャンクションにより生成される電圧変化を測定するための測定モードとを切り替えるように構成される。
【0012】
さらに別の形態では、ヒータは、第１及び第２の電源ピンと通信し、抵抗加熱要素への電力を遮断することなく、第１及び第２のジャンクションでの電圧の変化を測定するように構成されたコントローラをさらに含む。
【0013】
一形態では、第１の電源ピン、第２の電源ピンの第１のリード線、及び、抵抗加熱要素のゼーベック係数は、実質的に同じである。
【0014】
別の形態では、主センシングジャンクションは、抵抗加熱要素の第１の端部と第２の端部の間で、抵抗加熱要素に沿って配置される。
【0015】
さらに別の形態では、主センシングジャンクションは、ヒータの外側に配置される。
【0016】
一形態では、第１の電源ピンは、第３のリード線及び第４のリード線を含む。第３のリード線は、第１のジャンクションを形成するように、抵抗加熱要素の第１の端部に接続され、第１の導電材を定める。第４のリード線は、第１の基準エリアに隣接して近接する第２の基準エリアで第３のリード線と第２の主センシングジャンクションを形成する。第４のリード線は、熱電対として機能するように第１の導電材及び第２の導電材と異なり、かつ、第１と第２の基準エリアの間の温度を判断するために主センシングジャンクションと共に使用される第３の導電材を定める。
【0017】
一形態では、第２の電源ピンの第１のリード線、第１の電源ピンの第３のリード線、及び、抵抗加熱要素のゼーベック係数は、実質的に同じである。
【0018】
別の形態では、ヒータは、主センシングジャンクションの周りに配置された熱ディフューザをさらに含む。
【0019】
さらに別の形態では、ヒータは、非導電部、シース、及び、シーリング部材をさらに含む。非導電部は、近位端部及び遠位端部を定める。非導電部は、少なくとも近位端部を貫通する第１及び第２の開口を有する。第１及び第２の電源ピンは、第１及び第２の開口内に配置され、抵抗加熱要素は、非導電部の周りに配置される。シースは、非導電部を取り囲み、シーリング部材は、非導電部の近位端部に配置され、少なくとも部分的にシース内に延びている。
【0020】
一形態では、本開示は、抵抗加熱要素、第１の電源ピン、及び、第２の電源ピンを含むヒータに向けられる。抵抗加熱要素は、加熱モード及び測定モードで動作可能である。測定モードでは、抵抗加熱要素は、抵抗加熱要素に沿った第１の基準エリアで温度を検知する。第１の電源ピンは、抵抗加熱要素の第１の端部と第１のジャンクションを形成する。第２の電源ピンは、第１のリード線及び第２のリード線を含む。第１のリード線は、抵抗加熱要素の第２の端部と第２のジャンクションを形成し、第１の導電材を定める。第２のリード線は、第２の基準エリアで第１のリード線と主センシングジャンクションを形成する。第２のリード線は、主センシングジャンクションにより生成される電圧変化に基づいて、第２の基準エリアの温度を測定するために、第１の導電材と異なる第２の導電材を定める。
【0021】
別の形態では、ヒータは、第１の電源ピン及び第２の電源ピンと通信するコントローラをさらに含む。コントローラは、抵抗加熱要素に電源を向けるための加熱モードと、第１の基準で温度を判断するために抵抗加熱要素の抵抗を測定するため、及び、第２の基準エリアで温度を判断するために主センシングジャンクションにより生成される電圧の変化を測定するための測定モードとを切り替えるように構成される。コントローラは、第１の基準エリアの温度、第２の基準エリアの温度、ヒータの形状、及び、加熱要素に供給される電力に基づいて、第３の基準エリアの温度を演算するように構成される。
【0022】
一形態では、コントローラは、主センシングジャンクションにより測定された温度を用いて加熱要素を調整するように構成される。
【0023】
さらに別の形態では、主センシングジャンクションは、加熱要素のものと異なる面に沿って形成される。
【0024】
一形態では、第１の電源ピン、第２の電源ピンの第１のリード線、及び、抵抗加熱要素は、実質的に同じゼーベック係数を有する１以上の導電材を定める。
【0025】
一形態では、本開示は、抵抗加熱要素、第１の電源ピン、及び、第２の電源ピンを含むヒータに向けられる。第１の電源ピンは、抵抗加熱要素の第１の端部と第１のジャンクションを形成する。第２の電源ピンは、第１のリード線及び第２のリード線を含む。第１のリード線は、抵抗加熱要素の第２の端部と第２のジャンクションを形成する。第２のリード線は、基準エリアで第１のリード線と主センシングジャンクションを形成する。レスティブ加熱要素、第１の電源ピン、及び、第１のリード線は、第１の導電材で作られている。第２のリード線は、主センシングジャンクションにより生成される電圧変化に基づいて、基準エリアで温度を測定するために、第１の導電材とは異なるゼーベック係数を有する第２の導電材で作られている。
【0026】
別の形態では、主センシングジャンクションは、抵抗加熱要素の第１の端部と第２の端部の間の抵抗加熱要素に沿って配置される。
【0027】
さらに別の形態では、主センシングジャンクションは、ヒータの外側に配置される。
【0028】
さらなる適用範囲は、ここで提供される説明から明らかになる。説明及び具体例は、例示のみを目的としており、本開示の範囲を限定する意図ではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【0029】
本開示が十分に理解できるようにするために、ここに、以下の添付の図面を参照して、例として与えられるその様々な形態を説明する。
【発明を実施するための形態】
【0030】
以下の説明は、本質的に単なる例示であり、本開示、用途又は使用を限定することを意図するものではない。図面全体を通して、対応する参照番号は、同様の又は対応する部品及び特徴を示すことを理解されたい。
【0031】
図１を参照すると、本開示の教示によるヒータが図示され、通常、参照番号２０により示される。この形態のヒータ２０は、カートリッジヒータであるが、本開示の教示は、本開示の範囲内に留まりながら、以下でより詳細に記載される他のタイプのヒータに適用されてもよいことを理解されたい。示すように、ヒータ２０は、２つの端部分２４及び２６を有する抵抗加熱要素２２を備え、抵抗加熱要素２２は、例として、ニクロム材料などの金属ワイヤの形態である。抵抗加熱要素２２は、非導電部（又はこの形態のコア）２８に巻かれるか、周りに配置される。コア２８は、近位端部３０及び遠位端部３２を定め、少なくとも近位端部３０を貫通する第１及び第２の開口３４及び３６をさらに定める。
【0032】
ヒータ２０は、第１の導電材で作られている第１の電源ピン４０と、第１の電源ピン４０の第１の導電材と異なる第２の導電材で作られている第２の電源ピン４２とをさらに備える。さらに、抵抗加熱要素２２は、第１及び第２の電源ピン４０，４２の第１及び第２の導電材と異なる材料で作られており、第１の電源ピン４０と端部２４で第１のジャンクション５０を、かつ、第２の電源ピン４２ともう一方の端部２６で第２のジャンクション５２を形成する。抵抗加熱要素２２は、ジャンクション５０での第１の電源ピン４０と異なる材料であり、ジャンクション５２での第２の電源ピン４２と異なる材料であるため、熱電対ジャンクションが効率的に形成され、従って、個別の／別個の温度センサを使用せずにヒータ２０の平均温度を判断するために、第１及び第２のジャンクション５０，５２での電圧の変化が検出される（以下でより詳細に記載されるように）。
【0033】
一形態では、抵抗加熱要素２２は、ニクロム材であり、第１の電源ピン４０は、クロメル（登録商標）ニッケル合金であり、第２の電源ピン４２は、アルメル（登録商標）ニッケル合金である。代わりに、第１の電源ピン４０は、鉄でもよく、第２の電源４２は、コンスタンタンでもよい。３つの材料が異なる限り、抵抗加熱要素２２、第１の電源ピン４０、及び、第２の電源ピン４２には、任意の数の異なる材料及びそれらの組合せを使用できることができ、熱電対ジャンクションは、ジャンクション５０及び５２で効率的に形成されることは、当業者により理解されるべきである。ここに記載の材料は単なる例示であり、従って、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【0034】
１つの用途では、ヒータ２０の平均温度は、水分の存在を検出するのに使用することができる。水分が検出された場合、ヒータ２０を動作し続けて、故障を早める可能性が出るよりも、制御された方法で水分を除去するために、コントローラを介して水分管理制御アルゴリズムを実装することができる（以下でより詳細に説明する）。
【0035】
さらに示されるように、ヒータ２０は、非導電部２８を取り囲むシース６０、及び、非導電部２８の近位端部３０に配置され、ヒータアセンブリを完成させるように少なくとも部分的にシース６０内に延びているシーリング部材６２を含む。さらに、誘電体充填材料６４は、抵抗加熱要素２２とシース６０との間に配置される。カートリッジヒータの様々な構成及びさらなる構造的及び電気的詳細は、本出願と共に本発明の譲受人に譲渡され、その内容は参照によりその全体がここに組み込まれる米国特許第２，８３１，９５１号及び第３，９７０，８２２号にさらに詳細に記載されている。従って、ここに示される形態は単なる例示であり、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。
【0036】
ここで図２を参照すると、本開示は、電源ピン４０，４２と通信し、第１及び第２のジャンクション５０，５２での電圧の変化を測定するように構成されたコントローラ７０をさらに含む。より具体的には、コントローラ７０は、ジャンクション５０，５２でミリボルト（ｍＶ）の変化を測定し、次いで、ヒータ２０の平均温度を演算するために、これらの電圧の変化を使用する。一形態では、コントローラ７０は、抵抗加熱要素２２への電源を電力することなく、ジャンクション５０，５２での電圧の変化を測定する。これは、例えば、ＡＣ入力電力信号のゼロクロスしたところで読み取りを行うことにより達成することができる。別の形態では、電源が遮断され、コントローラ７０は、電圧の変化を測定するために、加熱モードから測定モードに切り替える。平均温度が判断されると、コントローラ７０は、加熱モードに切り替え戻し、これは、以下でより詳細に説明する。より具体的には、一形態では、ＡＣ電源をヒータ２０に切り替えるために、トライアックが使用され、温度情報は、電力信号のゼロクロス又はその近くで収集される。本開示の範囲内に留まりながら、他の形態のＡＣスイッチングデバイスが採用されてもよく、従って、トライアックの使用は単なる例示であり、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【0037】
代わりに、図３に示すように、ＦＥＴ７２は、ＤＣ電源を備えたＦＥＴのオフ期間中に電圧を測定するスイッチングデバイス及び手段として使用される。一形態では、測定回路７６のための保護回路を形成するために、３つの比較的大きな抵抗７３，７４、７５が使用される。このスイッチング及び測定回路は、単なる例示であり、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。
【0038】
図２に戻り参照すると、一対のリード線８０は、第１の電源ピン４０及び第２の電源ピン４２に接続される。一形態では、リード線８０は、両方とも、例として銅などの同じ材料である。リード線８０は、ジャンクション８２及び８４で異なる材料によりもう１つのジャンクションを導入しながら、コントローラ７０に到達するために必要な電源ピンの長さを縮めるために提供される。この形態では、コントローラ７０が電圧の変化についてどのジャンクションが測定されているかを判断するために、コントローラ７０が測定されているジャンクションを特定するために信号線８６と８８を切り替えるように、信号線８６及び８８を用いることができる。或いは、信号線８６及び８８を取り除いてもよく、リード線ジャンクション８２及び８４の間の電圧の変化を無視するか、又は、コントローラ７０のソフトウェアを介して補償することができる。
【0039】
ここで図４を参照すると、本開示の教示は、複数のゾーン９０，９２，９４を有するヒータ２０’にも適用されてよい。各ゾーンは、上述のように、電源ピン４０’，４２’及び抵抗加熱要素２２’の自身のセットを含む（明確にする目的で、１つのゾーン９０のみが図示されている）。このマルチゾーンヒータ２０’の一形態では、コントローラ７０（図示せず）は、電圧変化を検出し、そのために、その特定のゾーンについて平均温度を判断するために、各ゾーンの端部９６，９８，１００と通信する。或いは、コントローラ７０は、ヒータ２０’の平均温度、及び、上記のように水分が存在しているかどうかを判断するために、端部９６とのみ通信することができる。３つのゾーンが示されているが、本開示の範囲内に留まりながら、任意の数のゾーンを用いることができることを理解されたい。
【0040】
ここで図５を見ると、本開示の教示は、カートリッジヒータにしてもよい複数の個別のヒータ１００，１０２，１０４，１０６，１０８に適用されてもよく、これらは、示されるように順番に接続される。各ヒータは、示されるように、抵抗加熱要素への異なる電源ピンの第１及び第２のジャンクションを備え、従って、各ヒータ１００，１０２，１０４，１０６，１０８の平均温度は、上記のようにコントローラ７０により判断することができる。別の形態では、ヒータ１００，１０２，１０４，１０６，１０８のそれぞれは、自身の電力供給ピンを有し、この複数のヒータの実施形態の複雑さを軽減するために、単一の電力戻りピンがすべてのヒータに接続される。カートリッジヒータを備えたこの形式では、各コアには、各連続するヒータの電力供給ピンを収容するための通路が含まれてもよい。
【0041】
ここで、図６及び７を参照すると、抵抗加熱要素１１０のピッチは、ヒータ１２０に沿って調整された熱プロファイルを提供するために、本開示の別の形態に従って変えることができる。一形態（図５）では、抵抗加熱要素１１０は、その長さに沿って連続的に可変のピッチを定める。より具体的には、抵抗加熱要素１１０は、直接隣接する次の３６０度コイルループ上で増加又は減少するピッチＰ４－Ｐ９に適応する能力を備えた連続可変ピッチを有する。抵抗加熱要素１１０の連続可変ピッチは、ヒータ表面（例えば、シース１１２の表面）の流束密度の徐々の変化を提供する。この連続可変ピッチの原理は、絶縁材１１４が充填された管状ヒータに適用されるものとして示されているが、原理は、上記のカートリッジヒータを含むがこれに限定されない任意のタイプのヒータにも適用してよい。さらに、上記のように、第１の電源ピン１２２は、第１の導電材で作られており、第２の電源ピン１２４は、第１の電源ピン１２２の第１の導電材と異なる第２の導電材で作られており、一方、抵抗加熱要素１１０は、ヒータ１２０の平均温度を判断するために、第１及び第２のジャンクション１２６，１２８での電圧の変化が検出されるように、第１及び第２の電源ピン１２２，１２４の第１及び第２の導電材と異なる材料で作られている。
【0042】
別の形態（図７）では、抵抗加熱要素１３０は、ゾーンＡ，Ｂ，ＣにそれぞれピッチＰ１，Ｐ２，Ｐ３を有する。Ｐ３は、Ｐ１より大きく、Ｐ１は、Ｐ２より大きい。抵抗加熱要素１３０は、示されるように、各ゾーンの長さに沿って一定のピッチを有する。同様に、第１の電源ピン１３２は、第１の導電材で作られており、第２の電源ピン１３４は、第１の電源ピン１３２の第１の導電材と異なる第２の導電材で作られており、一方、抵抗加熱要素１３０は、ヒータ１２０の平均温度を判断するために、第１及び第２のジャンクション１３６，１３８での電圧の変化が検出されるように、第１及び第２の電源ピン１３２，１３４の第１及び第２の導電材と異なる材料で作られている。
【0043】
図８を参照して、ここに記載されるヒータ及び二重目的電源ピンは、例として熱交換器１４０を含む多数の用途を有する。熱交換器１４０は、１又は複数の加熱要素１４２を含めてもよく、加熱要素１４２のそれぞれは、本開示の範囲内に留まりながら、上記で図示及び説明したようなゾーン又は可変ピッチ抵抗加熱要素をさらに含めてもよい。熱交換器の適用は単なる例示であり、本開示の教示は、その温度が無条件であろうと、上述したように水分の存在などの別の環境条件であろうと、温度測定も必要としながら、熱が与えられる任意の用途に用いることができることを理解されたい。
【0044】
図９に示すように、本開示の教示は、層状ヒータ１５０などの他のタイプのヒータに適用してもよい。通常、層状ヒータ１５０は、基板１５４に適用される誘電体層１５２、誘電体層１５２に適用される抵抗加熱層１５６、及び、抵抗加熱層１５６を覆うように適用される保護層１５８を含む。ジャンクション１６０は、トレース抵抗層１５８の１つの端部と第１のリード線１６２との間に形成され（明確にするために１つの端部のみが示されている）、同様に、第２のジャンクションがもう１つの端部で形成され、上述したように本開示の原理に続いて、ヒータ１５０の平均温度を判断するために、これらのジャンクションでの電圧変化が検出される。そのような層状ヒータは、本出願と共に本発明の譲受人に譲渡され、その内容は参照によりその全体がここに組み込まれる米国特許第８，６８０，４４３号にさらに詳細に図示及び説明される。
【0045】
本開示の教示によれば、上述したようなカートリッジ、管状、及び、層状のヒータではなく、又は、それに加えて、他のタイプのヒータも用いてもよい。これらの追加のタイプのヒータは、例えば、ポリマヒータ、フレキシブルヒータ、ヒートトレース、及び、セラミックヒータを含めてもよい。これらのタイプのヒータは単なる例示であり、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことを理解されたい。
【0046】
ここで図１０を参照すると、本開示の教示に従って少なくとも１つのヒータを制御する方法が示される。この方法は、以下のステップを含む。
【0047】
（Ａ）第１の導電材で作られた電力供給ピンであり、電力供給ピンに電力を供給し、第１の導電材と異なる導電材で作られた電力戻りピンであり、電力戻りピンを通して電力を戻す加熱モードを作動させる。
【0048】
（Ｂ）電力供給ピンに電力を供給し、２つの端部を有し、電力供給及び戻りピンの第１及び第２の導電材と異なる材料で作られた抵抗加熱要素に電力を供給し、抵抗加熱要素は、一方の端部で電力供給ピンと第１のジャンクションを、もう一方の端部で電力戻りピンと第２のジャンクションを形成し、さらに、電力戻りピンを通して電力を供給する。
【0049】
（Ｃ）ヒータの平均温度を判断するために、第１及び第２のジャンクションで電圧の変化を測定する。
【0050】
（Ｄ）ステップ（Ｃ）で判断された平均温度に基づいて、必要に応じてヒータに供給される電力を調整する。
【0051】
（Ｅ）ステップ（Ａ）から（Ｄ）を繰り返す。
【0052】
この方法の別の形態では、破線で示されるように、コントローラが電圧の変化を測定するための測定モードに切り替える間、ステップ（Ｂ）が中断され、次にコントローラは加熱モードに切り替え戻す。
【0053】
本開示のさらに別の形態が、図１１－１３に示され、流動浸漬加熱で使用するためのヒータが図示され、通常、参照番号２００で示される。ヒータ２００は、流体に浸漬するために構成された加熱部２０２を備え、加熱部２０２は、複数の抵抗加熱要素２０４、及び、加熱部２０２に隣接する少なくとも２つの非加熱部２０６，２０８を備える（図１１では、１つの非加熱部２０６のみを示す）。各非加熱部２０６，２０８は、長さを定め、複数の加熱要素２０４に電気的に接続された対応する複数のセットの電源ピンを備える。より具体的には、電源ピンの各セットは、第１の導電材で作られた第１の電源ピン２１２、及び、第１の電源ピン２１２の第１の導電材と異なる第２の導電材で作られた第２の電源ピン２１４を備える。第１の電源ピン２１２は、ジャンクション２２０，２３０，２４０を形成するように、非加熱部２０６，２０８内で第２の電源ピン２１４に電気的に接続される。さらに示すように、第２の電源ピン２１４は、加熱部２０２内に延びており、対応する抵抗加熱要素２０４に電気的に接続される。さらに、第２の電源ピン２１４は、第２の電源ピン２１４と抵抗加熱要素２０４との間の接続で、別のジャンクション又は測定可能な量の熱を生成しないように、対応する抵抗加熱要素２０４よりも大きい断面積を定める。
【0054】
さらに示すように、終端部２５０は、非加熱部２０６と隣接しており、複数の第１の電源ピン２１２は、非加熱部２０６を出て、リード線及びコントローラ（図示せず）への電気接続のために終端部２５０内に延びる。前の説明と同様に、抵抗加熱要素２０４のそれぞれは、第１及び第２の電源ピン２１２，２１４の第１及び第２の導電材と異なる材料で作られており、第２の電源ピン２１４への第１の電源ピン２１２のジャンクション２２０，２３０，２４０のそれぞれは、非加熱部２０６，２０８の長さに沿った異なる位置に配置される。より具体的には、例として、ジャンクション２２０は距離Ｌ１にあり、ジャンクション２３０は距離Ｌ２にあり、ジャンクション２４０は距離Ｌ３にある。
【0055】
図１３に示すように、時間「ｔ」に渡るジャンクション２２０，２３０，２４０の温度で、ジャンクション２２０は流体Ｆに沈められ、ジャンクション２３０は流体に沈められるが深くなく、ジャンクション２４０は沈められない。従って、ジャンクション２２０，２３０，２４０のそれぞれで電圧の変化を検出することで、加熱部２０２に対する流体レベルの指標を提供することができる。特に、調理／フライヤー用途において流体が油である場合、火災を起こさないように、作業中に加熱部２０２が空気にさらされないことが望ましい。本開示の教示に従うジャンクション２２０，２３０，２４０を用いて、コントローラは、流体レベルが加熱部２０２に近すぎているかどうかを判断し、したがって、ヒータ２００から電源を切ることができる。
【0056】
この例では、３つのジャンクション２２０，２３０，２４０が図示されているが、加熱部２０２内にジャンクションがないという条件で、本開示の範囲内に留まりながら、任意の数のジャンクションを採用してもよいことを理解されたい。
【0057】
ここで、図１４を参照すると、本開示のさらに別の形態は、示すように、ヒータシステム２７０のゾーンに配置された複数のヒータコア３００を含む。この例示的な形態のヒータコア３００は、上述のようにカートリッジヒータであるが、ここに記載の他のタイプのヒータも採用してもよいことを理解されたい。したがって、本開示のこの形態におけるカートリッジヒータ構造は、本開示の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。
【0058】
各ヒータコア３００は、示すように、複数の電源ピン３０１，３０２，３０３，３０４，３０５を含む。上述した形態と同様に、電源ピンは、異なる導電材で作られており、より具体的には、電源ピン３０１，３０４，３０５は、第１の導電材で作られており、電源ピン３０２，３０３，３０６は、第１の導電材と異なる第２の導電材で作られている。さらに示すように、少なくとも１つのジャンパ３２０は、ジャンパ３２０の位置に近い温度測定値を得るために、異なる電源ピン、この例では、電源ピン３０１及び電源ピン３０３、の間に接続される。ジャンパ３２０は、例えば、ジャンパ３２０の位置に近接する温度を示すミリボルト信号を得るために充分なリード線又は他の導電部材でもよく、これは、上記で図示及び説明したようなコントローラ７０と通信もする。異なる電源ピン間で任意の数のジャンパ３２０を使用してもよく、もう１つの位置は、ゾーン３とゾーン４の間で、電源ピン３０３と電源ピン３０５の間のジャンパ３２２で図示されている。
【0059】
この例示的な形態では、電源ピン３０１，３０３，３０５は、それぞれ、隣接する電源ピン３０２，３０４，３０６の間のヒータ回路の中性レッグである。より具体的には、ゾーン１のヒータ回路は、電源ピン３０１と３０２の間にあり、これらの電源ピンの間に抵抗加熱要素（例えば、図１に示す要素２２）を備える。ゾーン２のヒータ回路は、電源ピン３０３と３０４の間にあり、これら２つの電源ピンの間に抵抗加熱要素を備える。同様に、ゾーン３のヒータ回路は、電源ピン３０５と３０６の間にあり、これら２つの電源ピンの間に抵抗加熱要素を備える。これらのヒータ回路は、単なる例示であり、図１を参照して上述したカートリッジヒータの教示に従って構成されることを理解されたい。
【0060】
ここで、図１５を参照すると、一形態では、ヒータ４００は、温度を測定するためにヒータ４００内又はヒータ４００の外側に配置することができる主センシングジャンクションを含むように構成される。ヒータ４００は、抵抗加熱要素４０２、第１の電源ピン４０４、及び、第２の電源ピン４０６を含む。抵抗加熱要素４０２は、第１の端部及び第２の端部を有する。第１の電源ピン４０４は、第１のジャンクション４０８を形成するように、抵抗加熱要素４０２の第１の端部に接続され、第２の電源ピン４０６は、第２のジャンクション４１０を形成するように、抵抗加熱要素４０２の第２の端部に接続される。第１の電源ピン４０４及び第２の電源ピン４０６は、コントローラを介して加熱要素４０２に電力を供給する機能をする。
【0061】
第２の電源ピン４０６は、第１のリード線４１２及び第２のリード線４１４を含む。第１のリード線４１２は、第２のジャンクション４１０を形成するように、抵抗加熱要素４０２の第２の端部に接続され、第２のリード線４１４は、第１の基準エリアで、主センシングジャンクション４１６を形成するように、第１のリード線４１２に接続される。第２のリード線４１４は、第１のリード線４１２を介して抵抗加熱要素４０２をコントローラに接続するように構成される。
【0062】
一形態では、第１のリード線４１２及び第２のリード線４１４は、非類似の導電材、又は、より具体的には、異なるゼーベック係数を有する材料で作られている。例えば、ニッケル合金、鉄、コンスタンタン、又は、アルメル（登録商標）などの様々な組合せを使用してもよい。第１のリード線４１２と第２のリード線４１４の材料の違いは、図１５の異なるスタイルの線により表されている（例えば、第２のリード線４１４については破線、第１のリード線４１２については一点鎖線）。材料が異なるので、主センシングジャンクション４１６は、事実上、第１の基準エリアでの温度を判断するために測定される電圧変化を生成するための熱電対である。従って、この形態では、抵抗加熱要素４０２に接続するためのジャンクション４０８及び４１０は、センシング位置から分離されている。従って、ヒータ４００は、加熱要素４０２の端部での温度を検出することに限定されず、温度測定は、ヒータ４００内の様々な位置で検出されてもよい。さらに、一形態では、第１のリード線４１２及び第２のリード線４１４は、ヒータ４００の外側に主センシングジャンクション４１６を有するように構成される。
【0063】
図２について論じたように、コントローラ（図１５に示さず）は、第１の電源ピン４０４及び第２の電源ピン４０６と通信し、電源ピン４０４及び４０６を介して抵抗加熱要素４０２に電力を供給するように構成される。コントローラは、材料のゼーベック係数を利用して、センシングジャンクション４１６により生成された電圧変化に基づいて、第１の基準エリアでの温度を演算するようにも構成される。
【0064】
一形態では、抵抗加熱要素４０２、第１の電源ピン４０４、及び、第２の電源ピン４０６の第１のリード線４１２は、同じ導電材又は類似のゼーベック特性（即ち、実質的に同じゼーベック係数）を有する材料で作られている。従って、第１のジャンクション４０８及び第２のジャンクション４１０により生成される電圧変化は実質的にゼロであり、コントローラにより判断される温度測定は、主センシングジャンクション４１６により生成される電圧変化に基づく。
【0065】
別の形態では、抵抗加熱要素４０２、第１の電源ピン４０４、及び／又は、第２の電源ピン４０６の第１のリード線４１２は、異なる導電材で作られている。そのような構成では、第２のリード線４１４の材料は、第２のリード線４１４のゼーベック係数が、抵抗加熱要素４０２、第１の電源ピン４０４、及び、第２の電源ピン４０６の第１のリード線４１２のものと最も異なるように選択される。従って、主センシングジャンクション４１６は、全体的な温度測定に最大の貢献をするものとして提供され、第１及び第２のジャンクション４０８及び４１０からの任意の温度測定は最小限になる。
【0066】
上記で論じたように、温度は、電力信号のゼロ交差で検出することができる。或いは、コントローラは、抵抗加熱要素に電源を向けるための加熱モードと、基準エリアでの温度を判断するために主センシングジャンクション４１６での電圧の変化を測定するための測定モードとを切り替えるように構成される。
【0067】
図１６を参照すると、一形態では、ヒータ４２０は、２つのセンシングジャンクションの間の仮想点で温度を検出するために、互いに近接した２つのセンシングジャンクションを含む。ここで、ヒータ４２０は、抵抗加熱要素４２２、第２の電源ピン４２４、及び、第１の電源ピン４２６を備える。抵抗加熱要素４２２は、第１の端部及び第２の端部を含む。第１の電源ピン４２６は、加熱要素４２２の第１の端部と第１のジャンクション４２８を形成し、第２の電源ピン４２４は、加熱要素４２２の第２の端部と第２のジャンクション４３０を形成する。第２の電源ピン４２４は、図１５の第２の電源ピン４０６と同様の方法で構成され、従って、第２のジャンクション４３０を形成するように抵抗加熱要素４２２に接続される第１のリード線４３２、及び、ヒータ４２０内の第１の基準エリアで第１の主センシングジャンクション４４０を形成するように第１のリード線４３２に接続される第２のリード線４３４を含む。
【0068】
この形態では、第１の電源ピン４２６は、第２の電源ピン４２４と同様の方法で構成され、センシングジャンクションを形成するように、２つのリード線（即ち、第３のリード線４３６及び第４のリード線４３８）を備える。より具体的には、第３のリード線４３６は、第１のジャンクション４２８を形成するように、抵抗加熱要素４２２の第１の端部に接続され、第４のリード線４３８は、第２の基準エリアで第３のリード線４３６と第２の主センシングジャンクション４２２を形成する。第２の主センシングジャンクション４２２は、第１の主センシングジャンクション４４０を有する第１の基準エリアに隣接して近接するヒータ４２０の第２の基準エリアに提供される。センシングジャンクション４４０及び４４２は、ヒータ４２０内として備えるが、センシングジャンクション４４０及び４４２は、ヒータ４２０の外側に備えることもできる。
【0069】
第２の電源ピン４２４と同様に、第３のリード線４３６は、第４のリード線４３８のものと異なる導電材で作られており、第２の電源ピン４２４の第２のリード線４３４のものと異なる導電材でできている。したがって、第２の主センシングジャンクション４４２は、第１及び第２の基準エリア間の温度を判断するために第１の主センシングジャンクションと共同で使用される事実上の熱電対である。さらに、第１のジャンクション４２８及び第２のジャンクション４３０により生成される電圧変化が実質的にゼロであり、コントローラにより判断される温度測定がセンシングジャンクション４４０及び４４２での電圧変化に基づくように、抵抗加熱要素４２２、第２の電源ピン４２４の第１のリード線４３２、第１の電源ピン４２６の第３のリード線４３６は、同じ導電材又は類似のゼーベック特性を有する材料で作られている。
【0070】
コントローラ（図１６に示さず）は、第１の電源ピン４２６及び第２の電源ピン４２４を介して加熱要素４２２に電力を供給し、ジャンクション４４０及び４４２により生成された電圧変化に基づいて、２つのセンシングジャンクション４４０及び４４２の間の仮想点で温度を測定するように構成される。一形態では、第１及び第２の基準エリアでの温度は、実質的に同じであると推定され、従って、コントローラにより検出される温度は、第１及び第２の基準エリアの間の仮想点に関連付けられる。
【0071】
図１７Ａ及び図１７Ｂを参照すると、一形態では、主センシングジャンクションは、ヒータの外側の仮想点で又はヒータ内の基準エリアで温度を測定するためにカートリッジヒータに備えられる。図１７Ａは、金属線の形態の抵抗加熱要素４５２、第１の電源ピン４５４、及び、第２の電源ピン４５６を含むカートリッジヒータ４５０を図示している。カートリッジヒータ４５０は、２つのセンシングジャンクションの間の仮想点で温度を測定するために、ヒータ４５０の外側に備えられた２つのセンシングジャンクションを含むように構成される。
【0072】
より具体的には、一形態では、抵抗加熱要素４５２は、図１に関して論じたように、非導電部（又は、この形態のコア）の周りに巻かれるか、又は、配置される。第１の電源ピン４５４は、第１のリード線４５８及び第２のリード線４６０を備える。第１のリード線４５８は、第１のジャンクション４６２を形成するように、抵抗加熱要素４５２の第１の端部に接続され、第２のリード線４６０は、ヒータ４５０の外側の第１の基準エリアに、第１のリード線４５８と第１の主センシングジャンクション４６４を形成する。第２の電源ピン４５６は、第３のリード線４６６及び第４のリード線４６８を備える。第３のリード線４６６は、第２のジャンクション４７０を形成するように、抵抗加熱要素４５２に接続される。第４のリード線４６８は、ヒータ４５０の外側の第２の基準エリアに第２の主センシングジャンクション４７２を形成するように、第３のリード線４６６に接続される。第１及び第２の主センシングジャンクション４６４及び４７２は、互いに隣接して近接して配置されている。
【0073】
一形態では、抵抗加熱要素４５２、第１の電源ピン４５４の第１のリード線４５８、及び、第２の電源ピン４５６の第３のリード線４６６は、同じ材料又は類似のゼーベック特性を有する材料で作られており、第１の電源ピン４５４の第２のリード線４６０及び第２の電源ピン４５６の第４のリード線４６８の材料と異なる。また、第１の電源ピン４５４の第２のリード線４６０の材料は、第２の電源ピン４５６の第４のリード線４６８の材料と異なる。従って、第１及び第２の主ジャンクション４６４及び４７２は、２つのジャンクション４６４及び４７２の間の仮想点の温度を検出するように、熱電対として機能する。
【0074】
図１７Ｂは、ヒータ内に配置された１つの主ジャンクションを有するカートリッジヒータ４８０を図示している。カートリッジヒータ４８０は、２つの端部、第１の電源ピン４８４、及び、第２の電源ピン４８６を有する抵抗加熱要素４８２を含む。第１の電源ピン４８４は、加熱要素４８２の第１の端部と第１のジャンクション４８８を形成し、第２の電源ピン４８６は、加熱要素４８２の第２の端部と第２のジャンクション４９０を形成する。図１５のヒータと同様に、第２の電源ピン４８６は、異なる材料で作られている（即ち、異なるゼーベック係数を有する）第１のリード線４９２及び第２のリード線４９４を含む。第１のリード線４９２は、第２のジャンクション４９０を形成するように、抵抗加熱要素４８２の第２の端部に接続され、第２のリード線４９４は、ヒータ４８０内の第１の基準エリアに主センシングジャンクション４９６を形成するように、第１のリード線４９２に接続される。従って、主センシングジャンクション４９０は、第１の基準エリアの温度を測定するための熱電対として機能する。
【0075】
一形態では、抵抗加熱要素４８２、第１の電源ピン４８４、及び、第２の電源ピン４８６の第１のリード線４９２は、同じ導電材又は類似のゼーベック特性を有する材料で作られている。従って、第１のジャンクション４８８及び第２のジャンクション４９０により生成される電圧変化は、実質的にゼロであり、コントローラにより判断される温度測定は、主センシングジャンクション４９０により生成される電圧変化に基づいている。
【0076】
図１８を参照すると、本開示の主センシングジャンクションは、ヒータの内面とヒータの外面の間の温度を推定するために、熱流束センサの一部として使用されてもよい。より具体的には、一形態では、ヒータ５００は、管を通り抜けて続く流体（例えば、ガス）を加熱するように機能し、抵抗加熱（即ち、熱）要素５０２（極めて細い線で示される）、第１の電源ピン５０４、及び、第２の電源ピン５０６を備える。図１８には完全には図示されていないが、抵抗加熱要素５０２は、ヒータ５００を貫通するように構成され、カバーにより保護される。第１の電源ピン５０４及び第２の電源ピン５０６は、それぞれ、加熱要素５０２の第１の端部と第１のジャンクションを、及び、加熱要素５０２の第２の端部との第２のジャンクションを形成するように、ヒータ５００のカバー内に延びている。
【0077】
抵抗加熱要素５０２は、それがヒータとして、かつ、温度センサとして機能するような「２線の」加熱要素である。そのような２線の機能は、例えば、本出願と共に本発明の譲受人に譲渡され、参照によりその全体がここに組み込まれる米国特許第７，１９６，２９５号に開示されている。通常、２線のシステムの場合、加熱要素５０２は、高い抵抗温度係数（ＴＣＲ）の材料で作られている。コントローラ（図１８に示せず）は、第１及び第２の電源ピン５０４及び５０６と通信し、電源ピン５０４及び５０６の間の電圧（即ち、ｍＶ）変化を測定するように構成される。電圧変化を利用して、コントローラは、抵抗加熱要素５０２（例えば、Ｒ１の周り）の平均温度を演算する。
【0078】
第１の電源ピン５０４は、異なる材料で作られている（即ち、異なるゼーベック係数を有する）第１のリード線５０８及び第２のリード線５１０を含む。第１のリード線５０８は、加熱要素５０２と第２のジャンクションを形成し、第２のリード線５１０は、ヒータ５００の外面（即ち、Ｒ２）に沿った（即ち、加熱要素５０２のものとは異なる面に沿った）第２の基準エリアで第１のリード線５０８と主センシングジャンクション５１２を形成する。従って、主センシングジャンクション５１２は、センシングジャンクション５１２により生成された電圧変化に基づいて、第２の基準エリアの温度を測定するための熱電対として機能する。抵抗加熱要素５０２、第２の電源ピン５０６、及び、第１の電源ピン５０４の第１のリード線５０８は、同じ材料で作られているか、又は、類似のゼーベック特性を有する材料で作られている。
【0079】
一形態では、コントローラは、加熱要素５０２の温度測定、主センシングジャンクション５１２の温度、及び、コントローラからヒータ５００に供給される電力に基づいて、ヒータ５００の内面（即ち、第１の基準エリア）と外面（第２の基準エリア）の間の仮想点での温度を推定するように構成される。より具体的には、コントローラは、２線のシステムに関して説明したように、電源ピン５０６及び５０４の間の電圧変化を利用して、第１の基準エリアでの加熱要素の平均温度を判断する。コントローラは、主センシングジャンクション５１２により生成された電圧変化、及び、第１及び第２のリード線５０８及び５１０のゼーベック係数に基づいて、第２の基準エリアの温度をさらに判断する。２つの測定結果、供給される電力、及び、ヒータの形状を用いて、コントローラは、ヒータ５００内の所望の位置（例えば、ヒータ内の任意の位置）の第３の基準エリアでの温度を演算することができる。さらに、ヒータ５００の形状が既知である場合、コントローラは、ヒータ５００の内面と外面の間の熱流束を判断するように構成することもできる。熱流束は、例えば、冷たい流体の入口エリアを検出し、温度設定値を調整し、及び／又は、他の適切なシステム制御機器に使用することができる。ヒータ５００は、管として図示されているが、ヒータは、他の適切な形状（例えば、平板）で構成されてもよく、それでも本開示の範囲内である。
【0080】
さらに、一形態では、ヒータ５００が通電される前、ヒータ５００は、実質的に室温にあり、主センシングジャンクション５１２は、高ＴＣＲ要素線（即ち、加熱要素５０２）と同じ又は実質的に同じ温度になる。コントローラは、主センシングジャンクション５１２を使用して温度を測定し、さらに加熱要素５０２の抵抗を測定するように構成される。コントローラは、ヒータ５００の抵抗を主センシングジャンクション５１２により測定された温度と関連付け、他の抵抗を温度に変換するために、このベースライン値を使用し、それにより加熱要素５０２を調整する。
【0081】
図１９を参照すると、主センシングジャンクションは、表面に沿った温度測定を改善するために様々な適切な方法で構成することができる。例えば、一形態では、主センシングジャンクション５５０は、異なる材料で作られた第１のリード線５５２及び第２のリード線５５４により形成される。センシングジャンクション５５０は、平面形状（即ち、平ら）を有しており、表面との熱接触を改善し、加熱要素から来る熱を拡散するために、熱伝導材（例えば、銅）である熱ディフューザ５５６により囲まれている。
【0082】
本開示の主センシングジャンクションは、熱電対として機能して、ヒータ内及びヒータの外側でさえ異なる位置での温度測定を可能にする。従って、温度測定は、加熱要素の端部に限定されない。さらに、ヒータは、別個の温度センサを必要としないため、ヒータの複雑さが軽減される。
【0083】
本開示は、例として説明及び図示された実施形態に限定されないことに留意されたい。多種多様な改良が説明されており、それよりも多くが、当業者の知識の一部である。本開示及び本特許の保護の範囲を離れることなく、これら及びさらなる改良並びに技術的同等物による任意の置換を説明及び図面に追加することができる。
以下に、本願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
ヒータであって、
抵抗加熱要素と、
前記抵抗加熱要素の第１の端部と第１のジャンクションを形成する第１の電源ピンと、
第２の電源ピンとを備え、前記第２の電源ピンは、
前記抵抗加熱要素の第２の端部と第２のジャンクションを形成し、第１の導電材を定める第１のリード線と、
第１の基準エリアで前記第１のリード線と主センシングジャンクションを形成する第２のリード線とを備え、前記第２のリード線は、前記主センシングジャンクションにより生成される電圧変化に基づいて、前記第１の基準エリアの温度を測定するために、前記第１の導電材と異なる第２の導電材を定める。
［２］
前記第１の電源ピン、前記第２の電源ピンの前記第１のリード線、及び、前記抵抗加熱要素は、同じ材料で作られている、［１］に記載のヒータ。
［３］
前記第１の電源ピン、及び、前記第２の電源ピンの前記第１のリード線は、同じ材料で作られている、［１］に記載のヒータ。
［４］
前記第１の電源ピン及び前記第２の電源ピンと通信するコントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記抵抗加熱要素に電源を向けるための加熱モードと、前記第１の基準エリアの温度を判断するために前記主センシングジャンクションにより生成される電圧変化を測定するための測定モードとを切り替えるように構成される、［１］に記載のヒータ。
［５］
前記コントローラは、前記主センシングジャンクションにより測定された温度を使用して前記抵抗加熱要素を調整するように構成される、［４］に記載のヒータ。
［６］
前記抵抗加熱要素は、前記抵抗加熱要素に沿った第２の基準エリアの温度を検知するように機能し、前記コントローラは、前記第２の基準エリアの温度を判断するように、前記抵抗加熱要素の抵抗を測定する、［４］に記載のヒータ。
［７］
前記コントローラは、前記第１の基準エリア及び前記第２の基準エリアの温度、前記ヒータの形状、並びに、ヒータ要素に供給される電力に基づいて、第３の基準エリアの温度を演算するように構成される、［６］に記載のヒータ。
［８］
前記第１及び第２の電源ピンと通信し、前記抵抗加熱要素への電力を遮断せずに前記第１及び第２のジャンクションの電圧の変化を測定するように構成されたコントローラをさらに備える、［１］に記載のヒータ。
［９］
前記第１の電源ピン、前記第２の電源ピンの前記第１のリード線、及び、前記抵抗加熱要素のゼーベック係数は、実質的に同じである、［１］に記載のヒータ。
［１０］
前記主センシングジャンクションは、前記抵抗加熱要素の前記第１の端部と前記第２の端部の間の前記抵抗加熱要素に沿って配置される、［１］に記載のヒータ。
［１１］
前記主センシングジャンクションは、前記ヒータの外側に配置される、［１］に記載のヒータ。
［１２］
前記第１の電源ピンは、
前記第１のジャンクションを形成するように前記抵抗加熱要素の前記第１の端部に接続される第３のリード線であり、前記第１の導電材を定める前記第３のリード線と、
前記第１の基準エリアに隣接して近接する第２の基準エリアで前記第３のリード線と第２の主センシングジャンクションを形成する第４のリード線であり、前記第１及び第２の基準エリア間の温度を判断するために前記主センシングジャンクションと共同で使用され、熱電対として機能するために、前記第１の導電材及び前記第２の導電材と異なる第３の導電材を定める前記第４のリード線とを備える、［１］に記載のヒータ。
［１３］
前記第２の電源ピンの前記第１のリード線、前記第１の電源ピンの前記第３のリード線、及び、前記抵抗加熱要素のゼーベック係数は、実質的に同じである、［９］に記載のヒータ。
［１４］
前記主センシングジャンクションの周りに配置された熱ディフューザをさらに備える、［１］に記載のヒータ。
［１５］
近位端部及び遠位端部を定める非導電部であり、前記非導電部は、少なくとも前記近位端部を貫通する第１及び第２の開口を有し、前記第１及び第２の電源ピンは、前記第１及び第２の開口内に配置され、周囲に前記抵抗加熱要素が配置された前記非導電部と、
前記非導電部を取り囲むシースと
前記非導電部の前記近位端部部分に配置され、少なくとも部分的に前記シース内に延びるシーリング部材とをさらに備える、［１］に記載のヒータ。
以下に、本願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］
ヒータであって、
抵抗加熱要素と、
前記抵抗加熱要素の第１の端部と第１のジャンクションを形成する第１の電源ピンと、
第２の電源ピンとを備え、前記第２の電源ピンは、
前記抵抗加熱要素の第２の端部と第２のジャンクションを形成し、第１の導電材を定める第１のリード線と、
第１の基準エリアで前記第１のリード線と主センシングジャンクションを形成する第２のリード線とを備え、前記第２のリード線は、前記主センシングジャンクションにより生成される電圧変化に基づいて、前記第１の基準エリアの温度を測定するために、前記第１の導電材と異なる第２の導電材を定める。
［２］
前記第１の電源ピン、前記第２の電源ピンの前記第１のリード線、及び、前記抵抗加熱要素は、同じ材料で作られている、［１］に記載のヒータ。
［３］
前記第１の電源ピン、及び、前記第２の電源ピンの前記第１のリード線は、同じ材料で作られている、［１］に記載のヒータ。
［４］
前記第１の電源ピン及び前記第２の電源ピンと通信するコントローラをさらに備え、前記コントローラは、前記抵抗加熱要素に電源を向けるための加熱モードと、前記第１の基準エリアの温度を判断するために前記主センシングジャンクションにより生成される電圧変化を測定するための測定モードとを切り替えるように構成される、［１］に記載のヒータ。
［５］
前記コントローラは、前記主センシングジャンクションにより測定された温度を使用して前記抵抗加熱要素を調整するように構成される、［４］に記載のヒータ。
［６］
前記抵抗加熱要素は、前記抵抗加熱要素に沿った第２の基準エリアの温度を検知するように機能し、前記コントローラは、前記第２の基準エリアの温度を判断するように、前記抵抗加熱要素の抵抗を測定する、［４］に記載のヒータ。
［７］
前記コントローラは、前記第１の基準エリア及び前記第２の基準エリアの温度、前記ヒータの形状、並びに、ヒータ要素に供給される電力に基づいて、第３の基準エリアの温度を演算するように構成される、［６］に記載のヒータ。
［８］
前記第１及び第２の電源ピンと通信し、前記抵抗加熱要素への電力を遮断せずに前記第１及び第２のジャンクションの電圧の変化を測定するように構成されたコントローラをさらに備える、［１］に記載のヒータ。
［９］
前記第１の電源ピン、前記第２の電源ピンの前記第１のリード線、及び、前記抵抗加熱要素のゼーベック係数は、実質的に同じである、［１］に記載のヒータ。
［１０］
前記主センシングジャンクションは、前記抵抗加熱要素の前記第１の端部と前記第２の端部の間の前記抵抗加熱要素に沿って配置される、［１］に記載のヒータ。
［１１］
前記主センシングジャンクションは、前記ヒータの外側に配置される、［１］に記載のヒータ。
［１２］
前記第１の電源ピンは、
前記第１のジャンクションを形成するように前記抵抗加熱要素の前記第１の端部に接続される第３のリード線であり、前記第１の導電材を定める前記第３のリード線と、
前記第１の基準エリアに隣接して近接する第２の基準エリアで前記第３のリード線と第２の主センシングジャンクションを形成する第４のリード線であり、前記第１及び第２の基準エリア間の温度を判断するために前記主センシングジャンクションと共同で使用され、熱電対として機能するために、前記第１の導電材及び前記第２の導電材と異なる第３の導電材を定める前記第４のリード線とを備える、［１］に記載のヒータ。
［１３］
前記第２の電源ピンの前記第１のリード線、前記第１の電源ピンの前記第３のリード線、及び、前記抵抗加熱要素のゼーベック係数は、実質的に同じである、［９］に記載のヒータ。
［１４］
前記主センシングジャンクションの周りに配置された熱ディフューザをさらに備える、［１］に記載のヒータ。
［１５］
近位端部及び遠位端部を定める非導電部であり、前記非導電部は、少なくとも前記近位端部を貫通する第１及び第２の開口を有し、前記第１及び第２の電源ピンは、前記第１及び第２の開口内に配置され、周囲に前記抵抗加熱要素が配置された前記非導電部と、
前記非導電部を取り囲むシースと
前記非導電部の前記近位端部部分に配置され、少なくとも部分的に前記シース内に延びるシーリング部材とをさらに備える、［１］に記載のヒータ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【図19】