(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管システムのベッセルを加熱するヒートトレースシステムにおいて、
温度制御システムと、
配管システムのベッセルに隣接する複数のヒートトレース要素と、
配管システムに亘って分布している複数の温度センサモジュールと、
を備えており、
温度制御システムは、少なくとも１つのマイクロプロセッサを備えるプログラム可能なコントローラと、該コントローラに接続された電源とを備えており、
複数のヒートトレース要素は、温度制御システムの電源に接続されており、
複数の温度センサモジュールは、複数のヒートトレース要素における関連するヒートトレース要素に接続されて給電され、
各温度センサモジュールは、配管システムのベッセルの局所の温度を検出する温度センサと、関連するヒートトレース要素からのエネルギーを貯蔵するために、関連するヒートトレース要素に接続されたエネルギー貯蔵装置とを備えており、エネルギー貯蔵装置で貯蔵される関連するヒートトレース要素からのエネルギーは、温度センサモジュールの温度センサを給電するためのものであり、
複数の温度センサモジュールは、温度センサが検出した温度データを温度制御システムに送信するように構成されている、ヒートトレースシステム。
【請求項２】
温度センサは、抵抗温度検出器を備えている、請求項１に記載のヒートトレースシステム。
【請求項３】
複数の温度センサモジュールにおける１つ以上の温度センサモジュールは、検出された温度データを温度制御モジュールに無線で送信するためのＲＦモジュールを備えている、請求項１に記載のヒートトレースシステム。
【請求項４】
ＲＦモジュールは、検出された温度データを、無線メッシュネットワークを介して無線で送信する、請求項３に記載のヒートトレースシステム。
【請求項５】
ＲＦモジュールは、ＩＥＥＥ８０２．１５．４規格を用いてデータを無線で送信する、請求項４に記載のヒートトレースシステム。
【請求項６】
各温度センサモジュールは、温度センサに接続されたマイクロコントローラを備えており、エネルギー貯蔵装置は、マイクロコントローラ及び温度センサに給電する、請求項１に記載のヒートトレースシステム。
【請求項７】
各温度センサモジュールは、検出された温度データを温度制御モジュールに無線で送信するためのＲＦモジュールを更に備えており、温度センサモジュールのエネルギー貯蔵装置は、ＲＦモジュールに接続されて給電する、請求項６に記載のヒートトレースシステム。
【請求項８】
エネルギー貯蔵装置は、スーパーキャパシタを備えている、請求項７に記載のヒートトレースシステム。
【請求項９】
温度制御装置の電源は、複数の電圧レギュレータを備えており、各ヒートトレース要素は、複数の電圧レギュレータの１つと接続されている、請求項８に記載のヒートトレースシステム。
【請求項１０】
複数の電圧レギュレータは、複数のシリコン制御整流器を備えている、請求項９に記載のヒートトレースシステム。
【請求項１１】
プログラム可能なコントローラの少なくとも１つのマイクロプロセッサは、送信された温度データをヒートトレースの所望の設定温度と比較して、比較に基づいて電圧レギュレータの動作周期を制御するようにプログラムされている、請求項９に記載のヒートトレースシステム。
【請求項１２】
複数の温度センサモジュールは、それらのエネルギー貯蔵装置の貯蔵レベルを温度制御システムに送信するように構成されている、請求項１１に記載のヒートトレースシステム。
【請求項１３】
温度センサは抵抗温度検出器を備えており、複数の温度センサモジュールにおける１つ以上の温度センサモジュールは、検出された温度データを温度制御モジュールに無線で送信するためのＲＦモジュールを備えている、請求項１２に記載のヒートトレースシステム。
【請求項１４】
各温度センサモジュールは、温度センサモジュールの関連するヒートトレースから温度センサモジュールのエネルギー貯蔵装置に与えられる電圧を報告し、プログラム可能なコントローラは、その電圧を予想電圧と比較して、ヒートトレースの電圧レギュレータとヒートトレースとの間に支障を来した電気接続があるか否かを判定する、請求項１２に記載のヒートトレースシステム。
【請求項１５】
各温度センサモジュールは、温度センサモジュールの関連するヒートトレースから温度センサモジュールのエネルギー貯蔵装置に与えられる電圧を検出する電圧センサを備えている、請求項１４に記載のヒートトレースシステム。
【請求項１６】
配管システムのベッセルを加熱するヒートトレースシステムにおける報告方法であって、
前記ヒートトレースシステムは、
温度制御システムと、
配管システムのベッセルに隣接する複数のヒートトレース要素と、
配管システムに亘って分布している複数の温度センサモジュールと、
を備えており、
温度制御システムは、少なくとも１つのマイクロプロセッサを備えるプログラム可能なコントローラと、該コントローラに接続された電源とを備えており、
複数のヒートトレース要素は、温度制御システムの電源に接続されており、
各温度センサモジュールは、配管システムのベッセルの局所の温度を検出する温度センサを備えており、
前記方法は、
各センサモジュールを用いて、複数のヒートトレース要素における関連するヒートトレース要素に亘る電圧差でエネルギー貯蔵装置にエネルギーを貯蔵する工程と、
エネルギー貯蔵装置からの貯蔵されたエネルギーを用いて各センサモジュールに給電する工程と、
複数の温度センサモジュールを用いて、温度センサで検出された温度データを温度制御システムに送信する工程と、
を含む、方法。
【請求項１７】
少なくとも１つの温度センサモジュールの電圧センサを用いて、少なくとも１つの温度センサモジュールの関連するヒートトレースから少なくとも１つの温度センサモジュールのエネルギー貯蔵装置に与えられる電圧を検出する工程と、
少なくとも１つの温度センサモジュールを用いて、少なくとも１つの温度センサモジュールの関連するヒートトレースから少なくとも１つの温度センサモジュールのエネルギー貯蔵装置に与えられる検出された電圧を報告する工程と、
温度制御システムのプログラム可能なコントローラを用いて、エネルギー貯蔵装置に与えられる電圧を予想電圧と比較して、ヒートトレースの電圧レギュレータとヒートトレースとの間に支障を来した電気接続があるか否かを判定する工程と、
を更に含んでいる、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
エネルギー貯蔵装置は、スーパーキャパシタを備えている、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
温度制御装置の電源は、複数の電圧レギュレータを備えており、各ヒートトレース要素は、複数の電圧レギュレータの１つと接続されている、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
複数の電圧レギュレータは、複数のシリコン制御整流器を備えている、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
温度制御システムを用いて、送信された温度データをヒートトレースの所望の設定温度と比較する工程と、
温度制御システムを用いて、比較に基づいて電圧レギュレータの動作周期を制御する工程と、
を更に含んでいる、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
複数の温度センサモジュールを用いて、それらのエネルギー貯蔵装置の貯蔵レベルを温度制御システムに送信する工程を更に含んでいる、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［優先権の主張］
本出願は、２０１３年８月１４日に出願され、発明の名称が上記と同じである米国仮出願第６１／８６５，８５１号の優先権の利益を主張するものであり、当該仮出願の全ては、引用を以て本願の一部となる。
【背景技術】
【０００２】
ヒートトレースシステムは、産業的環境及び商業的環境で一般的に使用されており、電気発熱体又はヒートトレースが通る配管の温度を、維持又は上昇させる。電気発熱体又はヒートトレースは、加熱される配管と物理的に接触する。大抵のヒートトレースシステムは、温度制御システムによって制御される。このような温度制御システムは、配管システムの至るところに温度センサを含んでいる。センサによって検出された温度に基づいて、中央コンピュータシステムは、種々の発熱体への電流を制御し、これによってシステムの種々の配管又はタンクのトレース加熱を制御する。
【０００３】
無線センサが多くの産業において受け入れられている一方で、ヒートトレースシステムにおいてほとんど受け入れられていないのは、無線センサに給電する適切な方法がないからである。電池の使用は、ヒートトレースシステムにおいては好ましくない。その理由は、（例えば、電池が使用済みである無線センサが配管の温度の下降を検出できず、凍った配管が破裂する場合に）電池の機能不全が破滅的な故障をもたらす虞があるからである。また、センサに電源ケーブルを通すのでは、費用がかかる上、無線センサを用いる意味が失われる。
【発明の概要】
【０００４】
ある一般的な態様において、本発明は、配管システム又は設備の配管又はタンクを加熱するのに用いられるヒートトレースシステムにおけるセンサモジュールへの給電に関する。センサモジュールは、配管又はタンク部分の温度を測定する温度センサと、検出された温度を、無線又は有線のデータリンクを介してヒートトレースシステムのマイクロプロセッサベース制御装置に送信する送信装置とを備えていてよい。制御装置は、センサモジュールからの検出温度を用いてヒートトレースに印加される電圧を制御し、これにより、ヒートトレースによって配管又はタンク部分に与えられる熱を制御する。具体的には、種々の実施形態において、センサモジュールは、ヒートトレースケーブルの１組のバス配線に亘る電圧差のエネルギーを蓄えた電力貯蔵装置によって給電される。種々の実施形態において、制御装置は、電力貯蔵装置が切れそうな場合には、ヒートトレースケーブルに印加される電圧を制御してセンサモジュールを一時的に起動するようにプログラムされている。ヒートトレースケーブルを用いてセンサモジュールへ給電することで、送信装置に電池を用いる必要がなくなり、センサモジュールに給電するために（ヒートトレースケーブルとは別個の）別の送電線を用いる必要もなくなる。
【０００５】
本発明のこれらの利点又は他の利点は、以下の説明によって明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
本発明の種々の実施形態が、下記の図面に関連して、例として本明細書に記載される。
【０００７】
【図１】図１は、本発明の種々の実施形態によるヒートトレースシステムの簡略ブロック図である。
【図２】図２は、本発明の種々の実施形態によるヒートトレースケーブルの態様を図示する。
【図３】図３は、本発明の種々の実施形態によるヒートトレースを有する配管部分の側面図である。
【図４】図４は、本発明の種々の実施形態によるヒートトレースを有する配管部分の側面図である。
【図５】図５は、本発明の種々の実施形態によるヒートトレースを有する配管部分の断面図である。
【図６】図６は、本発明の種々の実施形態によるセンサモジュールのブロック図である。
【図７】図７は、本発明の種々の実施形態による制御装置のプロセスの流れを図示している。
【図８】図８は、本発明の実施形態によるセンサモジュールのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、概して、ヒートトレースシステムにおいてセンサ（例えば、温度センサ）に給電するためのシステム及び方法に関する。ヒートトレースは、流体を運ぶ配管システムにおいて、配管又はタンク（本明細書ではしばしば、まとめて「ベッセル」と称される）を加熱するのに用いられる。以下の記述において、ヒートトレースシステムは、配管に用いられるものとして説明されるが、例えばタンク等の、液体を運搬する又は含む他のタイプのベッセルに用いられてよいことも認識されるべきである。図１は、本発明の種々の実施形態によるヒートトレースシステム１０の簡略ブロック図である。便宜上、図１は、配管システムの配管１２のうち３つの部分のみを示している。配管部分の各々は、ヒートトレース１４に近接しており、ヒートトレース１４は、それに関連する配管部分１２を加熱する。当然のことながら、工業的環境では、加熱される必要のある配管部分の数ははるかに多いだろう。ヒートトレース１４は、図１において抵抗器として概略的に示されており、ヒートトレース１４に関する詳細な説明は、図２乃至図５に関連づけて以下に提供される。具体的には、以下に説明されるように、ヒートトレース１４は、配管部分１２と接触し、絶縁体に覆われているのが好ましい。ヒートトレース１４は、電流を流すと配管部分１２を加熱する電気発熱体であることが好ましい。ヒートトレース１４によって生じた熱は、配管１２の温度を維持するのに用いられる。トレース加熱は、配管を凍結から守るために、温水システムにおいて流れ温度を一定に維持するために、又は、大気温度で凝固する物質を輸送しなければならない配管についてプロセス温度を維持するために用いられてよい。
【０００９】
図１に示されるように、ヒートトレースシステム１０は、集中型又は分散型のマイクロプロセッサベース温度制御システム１６を含んでいてよい。温度制御システム１６は、とりわけ、制御装置及び電源２０を含んでいてよい。制御装置１８は、マイクロプロセッサを用いた自動制御の（smart）コンピュータ装置として実施されて、プログラムによってヒートトレースシステム１０の動作を制御してよい。これに関連して、制御装置１８は、少なくとも１つのマイクロプロセッサ６と少なくとも１つの半導体メモリユニット８とを備えていてよい。メモリユニット８は、プロセッサ６によって実行される命令、例えば、ソフトウェア又はファームウェアを格納する。具体的には、制御装置１８は、個々のループ（各ヒートトレース１４について１つのループ）を介して種々のヒートトレース１４に供給される電流を個別に制御し、これによって、配管システムにおける配管１２の加熱を制御する。電源２０は、１００−４８０ＶＡＣ３相等の交流主電源を含んでいてよい。電源２０は、各ループのレギュレータ２２を介してヒートトレース１４に接続される。レギュレータ２２は、各ループに印加される電源２０からの電圧を制御する。種々の実施形態において、レギュレータ２２は、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）を備える。制御装置１８は、ＳＣＲの動作周期（duty cycle）を制御し、これによって、それに関連するヒートトレース１４に印加される電圧を制御する。
【００１０】
図１に示されるように、ヒートトレースシステム１０はまた、幾つかのセンサモジュール２４ａ−ｃを含んでいる。センサモジュール２４ａ−ｃは、配管システム全体に分布しており、配管システムにおける種々の配管部分１２の温度を検出する温度センサを含んでいてよい。センサモジュール２４ａ−ｃは、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）を含んでいるのが好ましい。検出された温度は、センサモジュール２４ａ−ｃによって、温度制御システム１６の制御装置１８へと折り返し報告される。制御装置１８は、検出された温度を所望の設定温度（各配管部分１２ごとに異なってよく、また通常は異なっている）と比較し、その比較に基づいて、レギュレータ２２におけるＳＣＲの動作周期を制御するようにプログラムされている。クロマロックスインコーポレイテッドのｉｎｔｅｌｌｉＴＲＡＣＥ（登録商標）ＩＴＬＳパネルは、好適な温度制御システム１６の一例である。パネルは、プロセッサ６及び半導体メモリ８に加えて、タッチスクリーンユーザーインターフェースを含んでいてよい。タッチスクリーンユーザーインターフェースは、ユーザーが、温度制御システム１６によって制御される各々のヒートトレース１４について所望の熱レベルに、温度制御システム１６を容易にプログラムすることを可能にする。
【００１１】
図１では、２つのセンサモジュール２４ａ及びセンサモジュール２４ｂが、無線センサとして示されている。これらは、例えば自己組織化、自己回復する無線メッシュネットワークを介して温度制御システム１６と通信する。無線メッシュネットワークは、例えば、ＩＥＥＥ  ８０２．１１規格、ＩＥＥＥ  ８０２．１５．４規格、又はＩＳＡ−１００．１１ａ規格に基づくことができる。このような実施形態にて無線センサモジュール２４ａ乃至センサモジュール２４ｂから信号を受信するために、制御システム１６は、無線ゲートウェイを含んでいてよい。無線ゲートウェイは、例えば、Ｐｅｐｐｅｒｌ＋Ｆｕｃｈｓ製のＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴであってよい。他の実施形態では、幾つかの又は全てのセンサモジュール２４は、例えば図１に示されるセンサモジュール２４ｃのように、温度制御システム１６への有線データ接続を有していてよい。有線接続は、例えば、イーサネット（登録商標）接続又はツイストペアケーブルであってよい。しかしながら、本発明の重要な特徴は、センサモジュール２４a−ｃがヒートトレース自体によって電力を供給され、これによって、センサモジュール２４a−ｃのための電池又は別の送電線が不要になることである。この特徴は、以下に詳細に記述される。
【００１２】
図２は、本発明の種々の実施形態によるヒートトレース１４の図であり、各層を断面図で示したものである。ヒートトレース１４は、導電性マトリクス３２で囲まれた２つのバス配線３０Ａ及びバス配線３０Ｂを含む。次に、導電性マトリクス３２は、ジャケット３４で囲まれていてよく、ジャケット３４は、金属製（例えば、錫めっき銅）のブレード３６と、オーバーコートブレード３８（好ましくはテフロン（登録商標））とに囲まれてよい。バス配線３０Ａ及びバス配線３０Ｂは、電源２０から電流を運ぶ。ヒートトレース１４からの熱は、接触する配管１２を加熱し、配管温度の失われた分を補う。図３乃至図５では、ヒートトレース１４は、配管部分１２の外側と接触して好適に配置されている。図３は、ヒートトレース１４が配管１２に沿ってまっすぐに延びている実施形態を示している。図４は、ヒートトレース１４が配管１２の周囲に螺旋状に巻かれた実施形態を示している。ヒートトレース１４は、例えばグラスファイバーテープ又はバンドのようなファスナー４０によって配管に保持されてよい。更に、ヒートトレース１４及び配管１２は、断熱材４２で囲まれているのが好ましい。図５は、配管１２の例示的な断面図である。この図では、ヒートトレース１４と、センサモジュール２４の温度センサ４４（例えば、ＲＴＤ）とは、何れも配管１２の外側に配置されている。ヒートトレース１４及びＲＴＤ４４は、配管１２の下側部分にあるのが好ましい。その他の用途においては、複数のヒートトレース１４が１つの配管１２に用いられてよいが、その場合、何れのヒートトレース１４も、底（例えば、４時及び８時の方向）に向いており、ＲＴＤ４４は、配管１２の上（例えば、２時の方向）に向いているのが好ましい。図３は、ＲＴＤ４４が、配管１２の上に向けられて配管１２に縛られている実施形態を示している。
【００１３】
上述したように、センサモジュール２４は、ヒートトレース１４の電流によって給電される。図６は、本発明の種々の実施形態による、センサモジュール２４の簡略ブロック図である。図６に示されているように、センサモジュール２４は、ヒートトレース１４のバス配線３０Ａ及びバス配線３０Ｂにかかる電圧差（例えば、電源２０に基づいた１２０Ｖ又は２４０Ｖの差）によって給電されてよい。そのようにして、センサモジュール２４は、ヒートトレース１４に沿った所望の位置にてヒートトレース１４に接合されてよい。センサモジュール２４は、図６に示されているように、バス配線３０Ａ及びバス配線３０Ｂからの電圧を、温度センサ（ＲＴＤ）４４に給電するための所望の電圧レベルに変換する電力供給装置５０と、ＲＦ通信モジュール５２とを含んでいてよい。センサモジュール２４はマイクロコントローラを含んでいてもよいが、このことは、図８と関連して以下で更に説明される。
【００１４】
ＲＴＤ４４は、配管の局所の温度を検出する（図３乃至図５参照）。検出された温度がアナログ・デジタルコンバータ（ＡＤＣ）５４を介してＲＦ通信モジュール５２に送られると、温度データは、無線ネットワークを介して温度制御システム１６へと無線送信される。ＲＦ通信モジュール５２は、センサモジュール２４と温度制御システム１６との間のＲＦ通信を管理し、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）で実装されてよい。他の実施形態では、センサモジュール２４の幾つか又は全ては、例えばイーサネットケーブル（図示せず）を介して、温度制御システム１６に有線データ接続される。ヒートトレース１４を用いてセンサモジュール２４に電力を供給することによって、センサモジュールに給電するために、電池や（ヒートトレース１４とは別の）別途の送電線（これにより無線センサを用いることの意味が失われる）を用いる必要がなくなる。ヒートトレース１４によってセンサモジュール２４を給電することの問題点の一つは、時々（例えば、関連するタンク又は配管が目下のところ熱を必要としない場合）、装置の１又は複数のヒートトレース１４が、センサモジュールに給電するための電流を運ばない、又は、充分な電流を運ばない可能性があることである。典型的な設定では、温度制御システム１６は、温度測定値について種々のセンサモジュール２４に照会し、その測定値に基づいて、ヒートトレースの電圧及び温度を制御する。温度制御システム１６はまた、ブール論理を用いて１つのライン上の複数のセンサからの測定値を論理的に比較でき、これにより、ラインのヒートトレース１４を作動させるか停止させるかを決定する。
【００１５】
この問題を克服するために、種々の実施形態において、センサモジュール２４の電力供給装置５０は、ヒートトレース１４のバス配線にかかる電圧差からエネルギーを蓄える（電圧差がある場合）のに用いられる電力貯蔵装置を備えている。電力貯蔵装置は、例えば、スーパーキャパシタ（「ウルトラキャパシタ」と称されることもある）である。貯蔵されたエネルギーは、ヒートトレース１４に電流が流れていない場合であっても、センサモジュール２４の種々の部品に給電するのに用いることができる。センサモジュール２４は、電力貯蔵装置の充電レベルを制御装置１８に周期的に報告できる。その結果、制御装置１８は、ヒートトレース１４に電流を一時的に供給し、その結果、電源供給装置５０の電力貯蔵装置を再充電することができる。
【００１６】
図８は、電力貯蔵装置としてスーパーキャパシタ１００を使用した実施例における、センサモジュール２４のブロック図である。スーパーキャパシタ１００は、比較的大きい電気容量を有してよく、例えば、２．５ＶＤＣの満充電容量／定格で２５Ｆである。図８において、電力潮流は（矢印付きの）実線で示されており、部品間における検出又は制御ラインは（矢印付きの）破線で示されている。図８に示されているように、電源供給装置５０は、ヒートトレース１４のバス配線３０Ａ／Ｂに接続されたヒューズ及びＥＭフィルタ１０２を備えてよい。絶縁ＡＣ−ＤＣ電力コンバータは、（ＥＭＩフィルタリング後の）ヒートトレース１４からのＡＣ電圧をＤＣに変換する。ハイサイドスイッチ１０６が、キャパシタ電圧レベルコントローラ１０８によって制御されて、キャパシタにかかる電圧がその最大定格電圧（例えば、２．５Ｖ）よりも低い場合にスーパーキャパシタに充電電流を送ってよい。更に、充電電流リミッタ１１０は、スーパーキャパシタ１００に供給される充電電流を、例えば１００ｍＡに制限してよい。種々の実施形態において、ハイサイドスイッチ１０６及び充電電流リミッタ１１０は、好適な１つの電力管理スイッチと組み合わされてよい。キャパシタ電圧レベルコントローラ１０８は、例えばコンパレータとして接続されるＣＭＯＳオペアンプで実装されてよく、その出力は、最大電圧（例えば２．５ＶＤＣ）を超えるとハイサイドスイッチ１０６を無効にし、低い電圧（例えば２．４ＶＤＣ）でハイサイドスイッチ１０６を有効にする（作動させる）。
【００１７】
スーパーキャパシタ１００からの放電電流は、放電率リミッタ１１４を介して、電圧レギュレータに供給される。放電率リミッタ１１４は、スーパーキャパシタ１００の放電を例えば１０ｍＡ乃至２０ｍＡに制限する。電圧レギュレータ１１２は、（もしあれば）ＲＦモジュール５２、マイクロコントローラ１２０、及びセンサ（例えばＲＴＤ）４４に、調整された出力電圧（例えば３．３Ｖｏｕｔ）を提供してよい（又は、センサ４４は、マイクロコントローラ１２０によって間接的に給電されてよい）。マイクロコントローラ１２０は、種々の実施形態において、ＡＤＣ５４（図６参照）と、ＲＦモジュールとの通信に用いられるインターフェース１２２と、電源供給装置５０の動作を監視する電圧モニタモジュール１２４とを備えてよい。例えば、図８に示されているように、電源供給装置は、オプトアイソレート（optoisolated）ＡＣモニタ１３０を備えており、オプトアイソレートＡＣモニタ１３０により、（電圧モニタモジュール１２４を介して）マイクロコントローラ１２０がヒートトレース１４からのＡＣ電圧があるかどうかを監視することが可能にされてよい。また、電源供給装置５０は、スーパーキャパシタ１００にかかる電圧を監視するモニタ１３２を備えてよい。モニタ１３２からの入力に基づいて、マイクロコントローラ１２０は、（電圧モニタモジュール１２４を介して）スーパーキャパシタ１００に残存するエネルギーを推定し、スーパーキャパシタ１００にどれだけの作動時間が残されているかを予測することができる。マイクロコントローラ１２０は、周期的に（例えば毎分）、スーパーキャパシタ１００の状態についてデータを制御装置１８に送ることができる（例えば、残された充電時間、現在の電圧レベル等）。その結果、制御装置１８は、関連するヒートトレース１４に電圧でパルスを発生させるかかどうか、そして、どれぐらいの長さパルスを発生させるのかを決定することができ、従って電力貯蔵装置はより多くのエネルギーを貯蔵できる。エネルギー貯蔵データの報告は、センサモジュール２４によって、検出温度の報告と同じ周期で送信される。即ち、報告は、検出温度と電力貯蔵装置の貯蔵レベルの両方を含んでいてよい。種々の実施形態において、制御装置１８は、報告の頻度を動的に増減して、エネルギー消費を最適化することができる。
【００１８】
種々の実施形態において、１００ｍＡの充電率で、２５Ｆのスーパーキャパシタを０ＶＤＣから１ＶＤＣまで充電するのには２５０秒かかり、１ＶＤＣから２．５ＶＤＣへの充電には更に３７５秒要するであろう。センサモジュール２４から温度制御システム１６への報告１回につき０．０５０Ｊで、毎分報告が行われると仮定すると、スーパーキャパシタ１００の２．５ＶＤＣから１ＶＤＣへの完全放電サイクルにより、センサモジュール２４を約１３００分作動できる。
【００１９】
このような電力の一時的な増加は、通常、システムに他の悪影響を及ぼさないであろう。その理由は、断熱された管内の物質の温度変化は比較的遅く、温度制御システム１６が配管の温度を絶え間なく把握する必要がないからである。更に、ヒートトレースは温度の維持を提供する（例えば、熱の損失を補う）だけであって、配管内の物質を加熱しないので、システムの温度の変化は遅い。従って、電力の一時的な増加は、配管１２内の物質に大きく影響しない。
【００２０】
図７は、本発明の別の実施形態において、制御装置１８がセンサモジュール２４の１つと通信する際に実行し得るプロセスを示している。この実施形態は、センサモジュール２４が電力貯蔵装置を含んでおらず、制御装置１８がヒートトレースを駆動して、関連するセンサモジュールを起動する必要がある場合に用いられてよい。まず、ステップ７０にて、制御装置１８は、センサモジュール２４のループの電圧をチェックする。これは、ループに用いられるレギュレータ２２の動作周期を確認することによって行われてよい。動作周期が、センサモジュール２２を作動させ続けるのに充分な電力がある基準値（例えば、図７に例示されているように、２０％）を超えている場合、制御装置１８は、ステップ７２にてセンサモジュール２４に温度測定値を照会し、ステップ７４にて、センサモジュールから受信した温度データに基づいて、ループに用いられるレギュレータ２２を制御してよい（例えば、指定した設定値と比較して温度が低すぎるか高すぎるかによって、レギュレータ２２のＳＣＲの負荷を上げる又は下げる）。ステップ７０の適切な閾値は、当然ながら、センサモジュール２４の所要電力と、電源２０から得ることができる電力とによって決定されるであろう。制御装置１８が次にセンサモジュール２４に照会する必要が生じた場合、プロセスは、そこからステップ７０に戻ることができる。
【００２１】
一方、ステップ７０にて動作周期が閾値以下である場合、センサモジュール２４への電力が不十分であることが推測される。従って、ステップ７６において、制御装置１８は、センサモジュール２４の電源を入れるのに充分なレベルまで、ループへの電力を短時間上昇させる（例えば、ＳＣＲの動作周期を増加させる）。電源が入れられると、制御装置１８は、ステップ７８にて、センサモジュール２４に最新の温度状態を照会し、ステップ８０にて、センサモジュール２４から受信した温度データに基づいて、ループに用いられるレギュレータ２２を制御する。次いで、ステップ８２にて、制御装置１８は、ループの電力レベルを元のレベルに戻し、再びステップ７０に戻る。図７におけるステップ７６乃至ステップ８２の時間はできる限り短くなければならないが、センサモジュール２４を起動して、温度データを得て報告を返すのに充分長くなければならない。無線設定に関しては、センサモジュール２４の数と設備配置の地理的大きさとに応じて、メッシュネットワークがそれ自身を回復させて温度データが制御装置１８に戻されるのに数分かかることがある。温度制御システム１６は、例えば３６個までの、有限数のヒートトレースループを制御する機能を有していてよい。配管装置がヒートトレースループを追加する必要とする場合、更なる温度制御システム１６が用いられてよい。また、１つの温度制御システム１６の部品は、１つの制御ユニット又はパネルに埋め込まれてよく、或いは、種々の部品が、離散した複数の制御ユニット又はパネルに配分されてよい。
【００２２】
種々の実施形態において、モジュール２４が用いられて、例えばヒートトレース配線の断絶又は接続の緩みに起因して、ヒートトレース１４と関連するレギュレータ２２との間の接続に断線が、さもなければ電圧の減少が生じているかどうかを確かめてよい。このような実施形態では、センサモジュール２４は、ヒートトレース１４から電力貯蔵装置１００に供給される電圧を検出するのに用いられる電圧センサを含んでいてよい。センサモジュール２４はこの電圧の報告を制御装置１８に返して、その結果、制御装置１８は、その電圧を、ヒートトレースの関連するレギュレータ２２の予想電圧値と比較できる。その差が閾値を超える場合、制御装置１８は、ヒートトレース１４への電気接続が構成されていると判定して、警告を報告する。
【００２３】
従って、種々の実施形態において、本発明は、配管システムのベッセル１２を加熱するのに用いられるヒートトレースシステムに関する。ヒートトレースシステム１０は、温度制御システム１６を備えており、温度制御システム１６は、プログラム可能なマイクロプロセッサベース制御装置１８と電源２０とを備えている。ヒートトレースシステム１０はまた、配管システムのベッセル１２に隣接する複数のヒートトレース要素１４を備えている。複数のヒートトレース要素１４は、温度制御システム１６の電源２０に接続される。ヒートトレースシステム１０はまた、配管システム全体に分布する複数のセンサモジュール２４を備えている。センサモジュールは、温度センサを備えており、複数のヒートトレース要素に接続されて、給電される。更に、センサモジュールは、ベッセルについて検出された温度データを、温度制御システムへ送信するように構成される。
【００２４】
種々の実施例において、センサモジュールは、無線ネットワーク（例えば、メッシュ無線ネットワーク）又は有線データリンクを介して、検出された温度データを中央コンピュータシステムへと送信する。制御装置は、温度データを利用して、ヒートトレース要素に供給される電力を制御し、これによって、配管の加熱を制御する。種々の実施例において、センサモジュールは、例えばスーパーキャパシタ１００のような、ヒートトレース要素のバス配線にかかる電圧差からのエネルギーを貯蔵する電力貯蔵装置を備えている。貯蔵エネルギーは、ヒートトレース要素に電流が流れていない場合に、センサモジュールの部品に給電するのに利用することができる。センサモジュールは、電力貯蔵装置の状態（例えば、充電残量）を制御装置に報告することができる。その結果、制御装置は一時的にヒートトレース要素への電力を増加させて、これによって、電力貯蔵装置のエネルギー貯蔵レベルを増加させる。
【００２５】
本明細書において記載された実施形態のうち少なくとも幾つかは、ソフトウェア、ファームウェア、及び／又はハードウェアの多くの異なる実施形態によって実施されてよい。ソフトウェア及びファームウェアコードは、プロセッサ回路又は類似する如何なるコンピュータ装置によって実行されてもよい。実施形態を実施するのに使用可能なソフトウェア又は専用制御ハードウェアは、限定するものではない。例えば、本明細書に記載される実施形態は、例えば従来の又はオブジェクト指向の技術を用いた何らかの適切なコンピュータソフトウェア言語形式を使用するコンピュータソフトウェアに実装されてよい。このようなソフトウェアは、例えば磁気記憶媒体又は光学記憶媒体などの、適切な任意のタイプのコンピュータ可読媒体に格納されてもよい。実施形態の動作及び挙動は、特定のソフトウェアコード又は専用ハードウェア部品に具体的に言及することなく説明できる。
【００２６】
更に、本発明の実施形態に関連するプロセスは、例えばコンピュータ又はコンピュータシステムのような、プログラム可能な機器によって実行されてよい。プログラム可能な機器にプロセスを実行させるソフトウェアは、例えばコンピュータシステムの（不揮発性の）メモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の任意の記憶装置に格納されてよい。
【００２７】
本明細書で開示される種々の実施例において、単一の部品は複数の部品によって置き換えられてよく、複数の部品は単一の部品によって置き換えられて、ある機能を果たしてよい。このような置き換えが有効でないと思われる場合を除き、このような置き換えは、実施形態の意図された範囲内である。
【００２８】
種々の実施形態が本明細書に記載されているが、それらの実施形態に対する様々な変更、改変及び改造が、少なくとも幾つかの利点の達成とともに、当業者によって行われ得ること明らかである。例えば、図７に示されているステップの幾つかは、示されている順書とは異なる順序で実行されてよい。従って、開示された実施形態は、本明細書に記載される実施形態の範囲から外れることなく、そのような変更、改変及び改造の全てを含むことが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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