CN103084232A - 具有双容器液位开关的循环液池 - Google Patents

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Abstract

循环池(10)包括配置用于加热容器(22)中的流体(34)的加热器(18)。加热器(18)配置为通过可操作地耦合到加热器(18)的控制电路(39)，可操作地连接到电源(50)。第一和第二液位传感器(14)(16)可操作地耦合到控制电路(39)，并提供指示容器(22)中低流体状况的信号。控制电路(39)配置为接收来自液位传感器(14)(16)的信号，并且响应于接收到来自第一和第二液位传感器(14)(16)中任一个的指示低流体状况的信号，将加热器(18)与电源(50)断开。

Description

具有双容器液位开关的循环液池
相关申请的交叉引用
本申请要求于2011年10月28日提交的，题为CIRCULATING LIQUIDBATH WITH DUAL RESERVOIR LEVEL SWITCH的美国临时申请NO.61/552,742的权益，其公开的内容以其整体通过引用的方式纳入本文。
技术领域
本发明涉及循环液池，并且更具体地，涉及一种防止循环液池中液体温度过高状况的安全机构。
背景技术
加热和/或冷却循环池用于实验室环境中，用以提供受控的温度流体，例如水。最终用户可以通过将其应用设备放在池容器中或者通过在池容器和外部应用设备之间循环容器流体来使用循环池。传统的循环池应用可以包括将烧杯或其它容器放在池容器中或者控制外部夹套式器皿的温度。循环池使经过位于池容器中的加热或冷却元件的流体移动，从而实现均匀的期望的流体温度。
根据池的配置及其预期的应用，循环池操作的温度范围通常从-50℃到+300℃。为了防止过热和/或其它危险状况，循环池通常包括低液位检测装置，以便如果容器干涸则关闭系统加热器。循环池通常还包括高温限制开关，以防止循环池内的流体或者表面超过安全温度。因此低液位检测装置和高温限制开关提供了两种用于防止循环池过热的安全水平。高温限制开关通常包括温度感测球，该温度感测球附着到加热器线圈的顶部以监控加热器和流体的温度两者。随着球的温度上升，位于球内的流体膨胀。该膨胀的流体通常通过毛细管耦合到位于开关外壳内的膜片。当膨胀流体的温度超过设定点温度时，由膨胀流体施加的压力引起限制开关内的电触点断开。因此，如果球中的流体的温度超过设定点温度，导致的压力会使限制开关跳闸。因为容器加热器通过温度限制开关耦合到电源，所以当限制开关开路时，温度限制开关将关闭循环池内的加热元件。
为了获得保险商实验室(Underwriters Laboratory)的认证，循环池必须满足名为“Electrical Equipment For Measurement，Control，and LaboratoryUse”的UL61010-1的要求，特别是其中的第9.4节名为“Requirements forEquipment Containing or Using Flammable Liquids”的要求。该标准要求测试期间所测量的最高温度至少比循环池中所推荐的流体的燃点低25℃。测试可能会在一个安全设备但是不合适的时间进行，或者将该安全设备放在一个故障的状况中进行，来确定单个失灵是否会导致危险的过温度状况。为了创造在循环池操作期间会遭遇的可能的最高表面温度，测试在干燥容器内进行。干燥容器测试模拟了如果操作者忘记向容器添加流体或者流体已经从容器中排干则将会出现的情形。为了模拟该测试期间容器液位开关的失灵，容器液位开关在向上或者全开位置故障，以提供容器中具有流体的错误指示。
在容器液位开关故障测试期间，用于监控系统温度的热电偶通常安装到高温限制球附近的加热器，并基于对循环池的视觉检查的可能预期会经受过高温度的其它位置。在容器为空的情况下打开循环池。随后监控所有的热电偶，用于获得从循环池启动直到高温限制开关开路之后且循环池已关闭这段时间所达到的最高温度。如果高温限制开关正常工作，所测得的温度将不会超过特定流体的最大允许温度。
因为高温限制球具有热质量，感测球的温度会滞后于加热元件、流体、和/或循环池中的其它表面的温度。由于加热元件的温度与感测球的温度之间的差值，该滞后会导致加热元件温度越限。因此，为了保证表面和流体温度不会超过最大允许温度，可能有必要配置高温限制开关以在刚好在最大允许温度下的设定点温度处启动。由于高瓦数密度加热元件的快速加热，热滞后会导致显著减小的操作温度。例如，当使用硅油作为池流体时，设定点温度可能需要低于流体燃点60℃到80℃，以便满足UL61010-1对于紧凑型循环池的要求。该问题会由于这些紧凑型循环池中使用的高温限制球的减小的表面尺寸而进一步恶化。
因此，需要提供一种用于监控循环池状况的改进系统及方法，以防止循环池过热。
发明内容
在本发明的第一方面中，循环池包括配置为可操作地连接到电源和控制电路的加热器。控制电路配置为选择性地将加热器耦合到电源，并且可操作地耦合到第一液位传感器和第二液位传感器。控制电路接收来自液位传感器的信号并且响应于接收到来自第一和第二液位传感器中的一个或者两个的指示低流体状况的信号，将加热器与电源断开。
在本发明的另一方面中，循环池还可以包括可操作地耦合到控制电路的高温限制开关。在该实施例中，控制电路将响应于接收到来自高温限制开关的指示循环池中温度过高状况的信号，将加热器与电源断开。
在本发明的另一方面中，第一和第二液位传感器可以串联耦合。
在本发明的又一方面中，高温限制开关可以与第一和第二液位传感器串接耦合。
在本发明的又一方面中，高温限制开关和第一液位开关可以通过第一连接器耦合到控制电路，并且第二液位开关可以通过第二连接器耦合到控制电路上。
附图说明
并入并组成该说明书的一部分的附图说明了本发明的实施例，并且与以上给出的本发明的总体描述以及以下给出的实施例的详细描述一起用于解释本发明的原理。
图1为根据本发明的实施例的循环池的透视图；
图2为根据本发明实施例的图1中所示的循环池的图解式截面正视图；
图3为根据本发明实施例的图1中所示的循环池的图解式截面侧视图；
图4A为根据本发明实施例的包括液位和温度控制电路的循环控制电路的示意图；
图4B为根据本发明可替换实施例的包括液位和温度控制电路的循环控制电路的示意图。
具体实施方式
本发明的实施例通常与设计为满足小空间、高加热器功率、可变的泵性能、以及强劲的冷却系统的要求的循环池相关。为了在具有减小空间的循环池中提供高的加热器功率，加热元件可以为紧凑型并具有高瓦数密度。包括两个分离且独立的液位传感器的低液位检测电路能够使得循环池满足UL61010-1的测试要求而无须牺牲期望的空间以及循环池的加热器性能特点。第二液位开关提供冗余的液位监控能力，以使得在液位开关之一出故障的情况下，控制电路仍能够响应低液位状况，而将电源和加热器断开。因而本发明的实施例具有监控容器或者容器液位的两个分离且独立的液位开关。两个液位开关配置为在流体上升时闭合并且串联电耦合。液位开关可以配置为使得两个开关通过单个连接器耦合到控制电路。在可替换实施例中，每个液位开关可以通过分开的连接器耦合到控制电路。在另一实施例中，一个液位开关可以与高温限制开关串联连接，以使得液位开关和高温限制开关两者通过同一连接器耦合到控制电路上。两个液位开关也可以耦合到控制电路中的限制电路，以使得加热器电源的关断不再依赖于软件控制。以这种方式，当低液位故障状况发生时即使存在软件故障，循环池也可以关闭加热器。
现在参照图1-图3，其中相同的附图标记表示相同的元件，示例性循环池包括耦合到第一液位传感器或开关14、第二液位传感器或开关16、以及加热器18的控制电路12。第一和第二流体传感器或开关14、16可以包括如图4A中所示的可操作地耦合到控制电路12的低液位检测电路19。加热器18可以包括热区或者线圈20、以及冷管段(cold leg)24、26，该热区或者线圈20配置为浸入包含在容器22内的流体34中，该冷管段24，26将线圈20可操作地耦合到控制电路12。控制电路12和循环泵29的一部分由位于容器外壳30顶部的外壳28围绕。可以将高温限制球32固定到一个冷管段(该代表性实施例中表示为冷管段24)上。球32可以为包括膜片启动开关的高温限制装置的一部分，该膜片启动开关可操作地耦合到控制电路12。商业可购的高温限制装置的示例包括可从美国Newman Georgia的EGO North America公司获得的部件号97.55134.116。有利地，通过将高温限制球32安装到加热器18的冷管段24、26，高温限制电路35能够更好地监控流体34的温度。这会提供两个益处。第一在于由于球32不与热的加热器表面接触，因此高温限制电路35能够更精确地监控流体温度。第二，该球的安装位置可以防止在具有不同流体和泵速的所有操作条件下，由于加热器18的热去除率问题而导致的加热器提前关断。
循环池10可以用于以已知方式使流体34在容器22与应用设备36(诸如加热夹套或冷却夹套)之间循环。为此，可以将包含在容器22中的流体34从容器22中抽出并且经由循环泵29传送到应用设备36，并以闭环方式从应用设备36中回到容器22。在特定应用中，在将流体34传送到应用设备36之前，可以将流体34在容器22中通过至少部分浸入流体34中的加热器18加热到预定温度。
控制电路12可以包括温度控制电路39，该温度控制电路39配置为将加热器18的操作控制到现有技术中已知的期望的温度设定点。操作中，用户可以通过用户界面38为流体34设定期望温度，该用户界面38包括控制界面40以及可从外壳28外部访问的显示器42。循环池10还可以包括浸入流体34中的温度传感器44(图4)，例如热电偶。温度传感器44可以耦合到控制电路12并产生指示流体34的温度的信号。响应于来自温度传感器44的信号，控制电路12和/或温度控制电路39可以控制由加热器18产生的热量，以使得流体34达到并保持在期望设定点的温度。
现在参照图4A，根据一实施例所示的控制电路12包括限幅电路46和温度控制电路39。限幅电路46包括可操作地耦合到第一液位开关14、第二液位开关16、直流(DC)电源50、以及高温限制开关52的第一电气操作开关48，例如继电器。继电器48的开关触点可以将加热器18耦合到合适的电气电源，例如115伏60赫兹的交流(AC)电源线54。因此限幅电路46配置为使得如果第一液位开关14、第二液位开关16、或高温限制开关52中一个或多个处于开路状态，电气操作开关48将AC电源线54与加热器18断开。
温度控制电路39可以包括处理器(未图示)和/或另一接收来自温度传感器44的信号的电路。温度控制电路39还可以包括第二电气操作开关56(以作为三端双向可控硅开关的代表形式示出)并且可操作地耦合到用户界面38上。温度控制电路39可以配置为接收来自用户界面38的输入，该输入定义了包含在容器内的流体34的期望温度设定点。基于从温度传感器44接收的信号，温度控制电路39可以通过闭合第二电气操作开关56选择性地启动加热器18，以使得流体34被加热到期望的设定点温度。为此，温度控制电路39可以包括使用闭环控制系统技术中已知的比例，积分，和/或微分控制机制中一个或多个组合的控制器。
在本发明的特定实施例中，第一和第二液位开关14、16为在单个设备中包括浮子和多个开关的双液位装置。商业可购的液位开关的示例包括可从美国康涅狄格州Innovative Solutions of Naugatuck获得的部件号L312C6805-001。第一和第二液位开关14，16均独立于其它开关，并具有两组将开关耦合到控制电路12的电气连接。每个液位开关14，16均可以用于监控两个状况。第一状况可以为通知最终用户流体34正在变低的低液位警告。第二状况可以为关闭加热器18并响应于低液位状况将故障状态提供给用户的低液位故障。低液位警告可通过运行在控制电路12中的处理器上的软件应用程序来控制，和/或低液位故障可以在不使用软件的情况下通过控制电路中的专用电路来控制，以关闭加热器18。控制电路12还可以包括运行在处理器上的软件应用程序，其用作软件关断开关。为此，软件应用程序可以监控或者采样来自温度传感器44的信号，并且如果流体34的温度上升超过了上限，则关断加热器18。
现在参照图4B，其中相同的附图标记表示图1-图3和图4A中相同的元件，提出本发明的可替换实施例。除了将第二液位开关16重新放置以与高温限制开关52共享连接器58之外，以与关于图4A中上述的基本相同的方式操作图4B中的控制电路12。通过将第一和第二液位开关14、16通过分离的连接器58、60耦合到控制电路12，即使连接器58、60之一的两端存在短路，控制电路12也可以在低流体状况下关断加热器。
尽管已经通过不同实施例的描述说明了本发明，并且已经相当详细地描述了这些实施例，然而申请人的目的并不在于将所附权利要求的范围约束或者以任何方式限制到这样的细节。对于本领域技术人员来说其它优点和修改将是很明显的。因此本发明在其更广泛的方面并不限于特定的细节、代表性的方法以及本文所示和所述的说明性示例。相应地，在不背离申请人总体发明构思的精神和范围的情况下，由这样的细节可以做出多种变更。

Claims (5)

1.一种循环池，包括：
加热器，配置为可操作地连接至电源；
控制电路，可操作地耦合至所述加热器；
第一液位传感器，可操作地耦合至所述控制电路；以及
第二液位传感器，可操作地耦合至所述控制电路；
其中，所述控制电路被配置为响应于所述控制电路接收到来自所述第一液位传感器和所述第二液位传感器中的至少一个液位传感器的、指示低流体状况的信号，将所述加热器与所述电源断开。
2.根据权利要求1所述的循环池，还包括：
高温限制开关，可操作地耦合至所述控制电路，其中，所述控制电路还被配置为响应于所述控制电路接收到来自所述高温限制开关的、指示温度过高状况的信号，将所述加热器与所述电源断开。
3.根据权利要求2所述的循环池，其中，所述第一液位传感器和所述第二液位传感器串联耦合。
4.根据权利要求3所述的循环池，其中，所述高温限制开关与所述第一液位传感器和所述第二液位传感器串联耦合。
5.根据权利要求3所述的循环池，其中，所述高温限制开关和所述第一液位传感器通过第一连接器耦合到所述控制电路，并且所述第二液位传感器通过不同于所述第一连接器的第二连接器耦合到所述控制电路。
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