(57)【要約】【課題】  ハウジング付近の温度プロファイルを監視するための装置および方法を開示する。【解決手段】  前記装置は、ハウジングによって担持可能であるとともに、該ハウジング付近の温度プロファイルを監視するよう構成される少なくとも１つの温度センサと、回路内に前記少なくとも１つの温度センサを備えるとともに、前記少なくとも１つの温度センサへの電力供給に十分な電力量を供給するよう構成される少なくとも１つの熱電発電機と、回路内に前記温度センサを備えるとともに、前記温度プロファイルが所定の温度プロファイルの範囲から外れた場合に少なくとも通知を行うよう構成される、インジケータデバイスとを有する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングによって担持可能であるとともに、該ハウジング付近の温度プロファイルを監視するよう構成される少なくとも１つの温度センサと、
回路内に前記少なくとも１つの温度センサを備えるとともに、前記少なくとも１つの温度センサへの電力供給に十分な電力量を供給するよう構成される少なくとも１つの熱電発電機と、
回路内に前記温度センサを備えるとともに、前記温度プロファイルが所定の温度プロファイルの範囲から外れた場合に少なくとも通知を行うよう構成される、インジケータデバイスとを有することを特徴とする、ハウジング付近の温度プロファイルを監視するための装置。
【請求項２】
前記ハウジングが、少なくとも１つの電気回路ブレーカが内部に設置されているキャビティを有するとともに、前記少なくとも１つの温度センサが該キャビティ内の温度プロファイルを監視するよう構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記インジケータデバイスが回路内にさらに、抵抗器およびインジケータとともに絶縁ダイオード有する、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記インジケータが１つ以上の視覚的インジケータ、聴覚的インジケータ、またはそれらの組み合わせを含む、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記インジケータが前記温度プロファイルを継続的に通知する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記熱電発電機が、前記ハウジングの前記キャビティ内部に配設された第１電極と、前記キャビティ外部に配設された第２電極とを有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記所定の範囲が可変である、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記熱電発電機がヒートシンクを有する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
温度勾配を利用して温度センサに電力を供給すること、
前記温度センサを用いてハウジング付近の温度プロファイルを観察すること、および
前記ハウジングの前記温度プロファイルが所定の温度プロファイルの範囲から外れた場合、オペレータに通知を行うことを含むことを特徴とする、ハウジング付近の温度プロファイルを監視するための方法。
【請求項１０】
前記ハウジングがキャビティと該キャビティ内に設置された少なくとも１つの電気回路ブレーカを有するとともに、少なくとも１つの温度センサが該キャビティ内の温度プロファイルを監視するよう構成されている、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は、温度を感知するための装置および方法に関する。本発明は特に、ハウジング付近の温度プロファイルを監視するための装置および方法に関する。
【０００２】
発熱エレメントを内包するハウジングは概して、一定の設計要求に合わせて製造される。例えば、ある一定の温度範囲において機能するハウジングもあり、内部温度がその範囲から外れた場合、内部部品が損傷することがある。現在、このようなハウジングの温度プロファイルを識別するには、ユーザが温度カメラやハウジング全体に熱電対を配置しなければならないことがある。これらを追加することにはいずれの場合も、費用がかさみ非効率的な上、場合によっては労力も要する。
【０００３】
発熱エレメントを内包するハウジングの一例として、回路ブレーカユニットが挙げられる。回路ブレーカの過熱は、非効率なだけでなく感電や火災による死亡に繋がるリスクを伴う問題である。回路ブレーカユニットに関する問題は、組立不良、設置後の配線不良、機器を追加する試み、パネルの過負荷、または非線形負荷の付与時にパネルを変更していないことに由来する。さらにパネルは、細かな配線を必要とする小さな端子を有することが多く、これが度重なる過熱の原因となる。中性バスもまた過熱し易く、この過熱はバス損傷の原因となる。パネルの過熱状態は問題発生の最たる兆候であるので、パネル過熱の兆候を継続的かつ効率的に監視することによって迅速に対処し問題を是正することが、特に中性バスが過熱し始めた場合には重要である。過負荷状態やヒューズブロウが生じる以前に、問題発生の可能性を警告できると、さらに効果的である。というのも、ヒューズブロウがいったん生じると、問題を突き止めて修復してから、ブレーカを初期化しなければならないからである。
【０００４】
ブレーカユニットの監視に関して、米国特許第５，２７０，６５８号においてサージ電圧や温度などの回路ブレーカパネル特性を監視するモジュールが開示されている。しかしこのモジュールは温度計測のためには、外部電源からの電力供給なしでは動作できず、それぞれプラグを差し込む必要がある温度センサ用変換器を必要とする。ユニット全体に多くのセンサの設置が必要となるので、温度センサ用変換器を用いるとやや費用がかさむ。さらにこの解決手段では、外部電源を使用することから、商用の大型ユニットとなると特に高額の費用を要する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，２７０，６５８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従って、ハウジング付近の温度プロファイルを監視するための好適な入手可能な装置または方法は、現在実現されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示において、ハウジング付近の温度プロファイルを監視するための装置および方法を説明する。本発明の実施形態がもたらす利点は、ハウジング本来の温度特性を利用することによって、ハウジングの温度プロファイルを監視するための監視デバイスに電力を供給できることである。
【０００８】
第１実施形態において本発明は、ハウジング付近の温度プロファイルを監視するための装置を提供する。この装置は、ハウジングによって担持可能であるとともに、該ハウジング付近の温度プロファイルを監視するよう構成される少なくとも１つの温度センサと、回路内に前記少なくとも１つの温度センサを備えるとともに、前記少なくとも１つの温度センサへの電力供給に十分な電力量を供給するよう構成される少なくとも１つの熱電発電機と、回路内に前記温度センサを備えるとともに、前記温度プロファイルが所定の温度プロファイルの範囲から外れた場合に少なくとも通知を行うよう構成されるインジケータデバイスとを有する。
【０００９】
第２実施形態において本発明は、ハウジング付近の温度プロファイルを監視するための方法を提供する。この方法は、温度勾配を利用して温度センサに電力を供給すること、前記温度センサを用いてハウジング付近の温度プロファイルを観察すること、前記のハウジング付近の温度プロファイルが所定の温度プロファイルの範囲から外れた場合にオペレータに通知を行うことを含む。
【００１０】
本発明の特徴および利点は、添付図面に対応する以下の詳細な説明によって明らかとなる。
【００１１】
本発明による以上の、およびその他の特徴、態様、および利点は、全図面を通じて同様の参照符号は同様の部品を示す添付図面を参照しながら、以下の詳細な説明を読むことによってより良く理解されよう。
【００１２】
複数の図面を通じて、別途記載のない限り、縮尺以外において同様の部品およびユニットに同様の参照番号を付す。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態による電気回路の結線図である。
【図２】本発明の実施形態による例示的なハウジングの概略図である。
【図３】本発明のさらなる実施形態による方法を段階的に示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態において、温度センサ回路は、インジケータデバイスに接続された温度センサに電圧を供給する熱電発電機を有する。この実施形態がもたらす利点は特に、放熱エネルギを利用することによって、電気エネルギ源に接続することなくハウジング付近の温度プロファイルを監視できる監視デバイスを提供することである。
【００１５】
以下に、添付の特許請求の範囲に記載の本発明の内容を、添付図面を参照しながら説明目的においてのみ特定の構成および配列を用いて説明する。本開示から当業者に想起、利用、販売が可能なその他の構成および配列もまた、添付の特許請求の範囲の精神および範疇から逸脱することなく、本発明に含まれるものとする。例えば本開示において、本発明のいくつかの実施形態が回路ブレーカユニットに関して説明されているとしても、当業者には理解できるように、熱電発電機に電力を供給できるだけの温度勾配が存在する、温度プロファイルの監視が有効なあらゆるハウジングに対して本発明を適用することができる。
【００１６】
例えば、本発明を適用可能な非限定的ないくつかのハウジングは、回路ブレーカユニット、コンピュータ、またはテレビジョン装置を有して良い。
【００１７】
本明細書では、明示のない限り、数詞がないことは、その構成要素や機能が複数ある可能性を排除するものではないことを理解されたい。さらに、本発明の請求項に係る「一実施形態」は、明示の特徴を組み込んださらなる実施形態の可能性を排除するものとして解釈されるべきではない。
【００１８】
図１に、本発明の一実施形態に対応する例示的な温度センサ回路を、参照番号１００として概略的に示す。温度センサ回路１００は、熱電発電機１０２、温度センサ１０４、およびインジケータデバイス１０６を有する。
【００１９】
熱電発電機１０２は、導線１０８を介して温度センサ１０４と、導線１１２を介してアース線１１０とに接続されている。熱電発電機１０２は、温度勾配を利用して電流を生成する（またはその逆の）ゼーベック効果またはペルチェ効果によって、電流源を提供する。熱電発電機１０２は、ＴＥＧ電力モジュール（ＴＥＧ  ＰＯＷＥＲ  ＭＯＤＵＬＥ）の商標で販売されている火力発電機用デバイスやサーマルエレクトロニクス社（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能な火力発電機用デバイスなど、何らかの周知の火力発電機用デバイスを有する。
【００２０】
図２のように、熱電発電機１０２を、ハウジング１１４に搭載することができる。ハウジング１１４は図示のように、回路ブレーカ１１８を支持する回路ブレーカパネル１１６を有する。なお、本発明の例示的な実施形態に用いられるハウジングは、住宅用途のものおよび／または非住宅用途のものであって良く、過熱監視が求められる例えば電気的装置および／または非電気的装置、導線、プロセッサ、回路基板などを内包するいかなるハウジングであっても良い。
ハウジング１１４はまた、背面板１２１と壁１２２を有するエンクロージャ１２０を有し、背面板１２１と壁１２２は共にキャビティ１２４を画定する。ドア１２６は、蝶番１２８を介してエンクロージャ１２０に結合されて良い。
【００２１】
熱電発電機１０２は、第１電極１３２で終端される第１電極線１３０と、第２電極１３６で終端される第２電極線１３４を有する。本発明の特徴によると、これら２つの電極１３２および１３６は、最大の温度勾配を最も経験するであろう位置に、例えば回路ブレーカ１１８およびワイヤ（図示せず）などのエレメントを配置できるように、内部発熱するハウジング１１４のキャビティ１２４の内部と、キャビティ外部に設置される図示の分離部品１３８などのもう一方の位置とに好都合に配置される。電極１３２は、熱電発電機１０２の動作中、特に鋼などの金属薄板を含む背面板１２１の温度変動を安定させるためのヒートシンク１４０に接続されて良い。
【００２２】
本明細書における「熱電発電機」には、温度勾配を電流に変換することができるあらゆるデバイスが含まれるものとする。なお、熱電発電機１０２は、ハウジング全体において温度センサ回路１００の動作に十分な電力の供給に必要な位置に効果的に配置された複数の熱電発電機からなっていて良い。
【００２３】
温度センサ１０４は、１つ以上の接触型温度センサ、非接触型温度センサ、またはそれらによるあらゆる組み合わせを含んで良い。例えば、非接触型温度センサを用いて、キャビティ１２４の一部表面領域または一部表面積からの赤外線放射を計測しても良い。本実施形態の実施に好適な温度センサは例えば、ワトロー社（Ｗａｔｌｏｗ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）よりレイテック（ＲＡＹＴＥＫ）の商標で発売されている。
【００２４】
温度センサ１０４は、キャビティ１２４内の温度プロファイルを監視するよう構成される。本実施形態において、キャビティ１２４は回路ブレーカユニットの電気回路の概ね全てを包含していることから、キャビティ１２４とパネル１１６との間で最大の温度勾配が生じると思われる。さらに、回路の過熱はヒューズブロウの最たる原因であることから、キャビティ１２４の温度プロファイルの監視は有効である。
【００２５】
図示していないが、非接触型温度センサによる監視が容易ではないワイヤまたは構成部品に対して、１つ以上の温度センサを直接取り付けても良い。
【００２６】
インジケータデバイス１０６は、絶縁ダイオード１４２、抵抗器１４４、およびインジケータ１４６を含んで良い。一実施形態において、絶縁ダイオード１４２、抵抗器１４４、およびインジケータ１４６は、導線１４８および１５０を介して温度センサ１０４とアース線１１０との間で回路に接続されている。絶縁ダイオード１４２には、印加電圧が降伏電圧よりも大きい場合に電流を流すことができるツェナーダイオードまたはアヴァランシェダイオードが含まれて良い。なお、様々な種類の絶縁ダイオード１４２によって、インジケータ１４６に電圧を印加する一定の温度を創出することができる。随意的な実施形態として、抵抗器１４４として様々な抵抗器を含んで良く、インジケータ１４６が点灯する温度をオペレータ制御によって様々に変化させることができる。
【００２７】
インジケータ１４６は、発光ダイオード（以降「ＬＥＤ」）、ハロゲンランプ、または機械信号などの視覚的インジケータを含んで良い。別の実施形態において、インジケータ１４６は、ブザー、またはステータスを伝達するための通信ポートを含んで良い。このインジケータは、ハウジングの温度プロファイルが所定の温度プロファイルの範囲から外れた場合、オペレータに信号を発するよう構成されている。本明細書において、「オペレータ」という用語に、技術者、ユーザ、傍観者、個人的所有者が含まれて良い。また本明細書において、「所定の温度プロファイルパラメータ」または「所定の温度プロファイルの範囲」という用語は、ハウジング内の構成部品が機能する、選択された温度または推奨温度の範囲を意味するものとする。例えば、電気回路ブレーカユニットの上記温度範囲は、最適動作環境温度である華氏８５〜９０度を意味しており、例えば温度が華氏８５度を下回る場合または華氏９０度を上回る場合には、上記の温度プロファイルパラメータまたは温度プロファイルの範囲から外れることになる。なお、上記温度範囲には、例えば華氏９０度を上回るまたは下回る、上限温度または下限温度が含まれて良い。さらに、温度プロファイルの範囲は、ハウジングの設計者によって付与されても、オペレータによって選択されても良い。
【００２８】
動作に関して、インジケータ１４６は、ダイオード１４２からの電圧がインジケータの所要レベルに達すると作動する。オペレータはかくして、アラートを発する温度を思い通りに制御できる。オペレータがモジュール上の切替スイッチを捻ると、それぞれに異なる温度レベルに対応するダイオードの中から、また別の値に対応するダイオードが選択される。オペレータは、抵抗器を用いて温度レベルを変更すると、次に電位差計を調節する。
【００２９】
もう１つの実施形態において、インジケータ１４６は、キャビティ１２４の継続的な温度プロファイルを示す。例えば、デジタル計器、アナログパネル、または棒グラフパネルを用いて、ハウジングの特定区画内の温度を示すことができる。さらに、２つ以上のセンサを用いる場合は、インジケータ１４６とセンサとを１つずつ対にする。また、温度センサ１０４は、温度ランプによってハウジングを映し出すビデオディスプレイを備えて回路に含むことができる赤外線画像装置を有して良い。上述の技術は両方とも、リアルタイムで温度を観察できるという点で有利である。「リアルタイムで」とは、継続的かつ瞬時にハウジングのプロファイルがモニタに映し出されることである。
【００３０】
もう１つの実施形態において本発明は、ハウジング付近の温度プロファイルを監視するための方法を提供する。この方法は、温度勾配を利用して温度センサに電力を供給することと、この温度センサを用いてハウジング付近の温度プロファイルを観察することと、このハウジング付近の温度プロファイルが所定の温度プロファイルの範囲から外れた場合にオペレータに通知を行うことを含む。
【００３１】
図３に、ここに例示する方法の説明を助けるフロー図を示す。このフロー図では段階を追って本方法を例示するが、当業者には理解できるように、これらのステップに変更や追加を加えても良い。
【００３２】
熱電発電機を用いて、ステップ３０１において温度勾配を利用し、ステップ３０２において温度センサに電力を供給する。この例示的実施形態において、熱電発電機を回路ブレーカユニットのキャビティに設置することができる。回路ブレーカユニットは、多くの回路を電流が流れることによって内部発熱する。さらに、回路が過負荷状態になると、通常を上回る内部発熱が生じる。従って、熱電発電機によって、例えばフェースプレート内側などのブレーカユニット第１側面と、例えばフェースプレートの周囲常温側などのブレーカユニット第２側面との間の温度勾配を利用する。例えば、ハウジング外部の周囲温度が華氏７５度である一方、ハウジング内部の温度が華氏９０度という場合がある。熱電発電機は、熱電効果によって、温度差を電圧に直接変換することができる。これは、当業者が「ゼーベック効果」と称する、２種類の異なる金属間または完全にループ配列されている半導体間に温度差が生じると、継続的に電流が流れ、電圧すなわち熱起電力が生じることによるものである。電圧は、華氏１度の温度勾配につき数マイクロボルト単位で創出される。
【００３３】
この特定の実施形態のステップ３０２において、創出された電力を用いて少なくとも１つの温度センサに電力を供給することによって、温度を感知する。この温度センサは、例えばハウジングの上述の領域を用い、ハウジングの内部構成部品からの赤外線放射を計測する非接触型温度センサである。
【００３４】
ステップ３０３において、温度閾値を選択する。この温度閾値は、製造時のガイドラインに基づいて予め選択されても、設置前または後にオペレータによって選択されても良い。この閾値の変更は、ダイオードを変更することによって随時可能である。
【００３５】
通知ステップ３０４は、視覚的インジケータまたは聴覚的インジケータの使用を含んで良い。例示的実施形態の１つにおいて、ハウジングの温度が選択された温度閾値を外れたことを、ＬＥＤを用いて通知する。付随的な実施形態において、ハウジングの温度が選択された温度閾値を外れたことを、アラームなどの聴覚信号を用いて通知する。
【００３６】
上述の方法は例えば、過負荷その他の不具合によって過熱し易い電気回路ブレーカの温度プロファイルを監視するために用いられる。
【００３７】
本発明の様々な実施形態による特定の特徴を、いくつかの図面において示す一方で、その他の図面では示さないことがあるが、これはあくまでも説明の便宜上なされたことである。１つの図面で示す特徴を、発明の原理に基づいて、その他図面のいずれかまたは全てに示す特徴と組み合わせて良い。本明細書に使用する「含む」「包含する」「有する」「備える」などの文言は、或る物理的接続に限定されることなく、広義かつ包括的に解釈されるべきである。本明細書に記載のいずれの実施形態も、唯一の実施可能な形態ではない。本発明は、添付の特許請求の範囲の範疇において修正およびその他の実施形態が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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