專利名稱：具有雙容器液位開(kāi)關(guān)的循環(huán)液池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及循環(huán)液池，并且更具體地，涉及一種防止循環(huán)液池中液體溫度過(guò)高狀況的安全機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
加熱和/或冷卻循環(huán)池用于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，用以提供受控的溫度流體，例如水。最終用戶可以通過(guò)將其應(yīng)用設(shè)備放在池容器中或者通過(guò)在池容器和外部應(yīng)用設(shè)備之間循環(huán)容器流體來(lái)使用循環(huán)池。傳統(tǒng)的循環(huán)池應(yīng)用可以包括將燒杯或其它容器放在池容器中或者控制外部夾套式器皿的溫度。循環(huán)池使經(jīng)過(guò)位于池容器中的加熱或冷卻元件的流體移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)均勻的期望的流體溫度。根據(jù)池的配置及其預(yù)期的應(yīng)用，循環(huán)池操作的溫度范圍通常從_50°C到+300°C。為了防止過(guò)熱和/或其它危險(xiǎn)狀況，循環(huán)池通常包括低液位檢測(cè)裝置，以便如果容器干涸則關(guān)閉系統(tǒng)加熱器。循環(huán)池通常還包括高溫限制開(kāi)關(guān)，以防止循環(huán)池內(nèi)的流體或者表面超過(guò)安全溫度。因此低液位檢測(cè)裝置和高溫限制開(kāi)關(guān)提供了兩種用于防止循環(huán)池過(guò)熱的安全水平。高溫限制開(kāi)關(guān)通常包括溫度感測(cè)球，該溫度感測(cè)球附著到加熱器線圈的頂部以監(jiān)控加熱器和流體的溫度兩者。隨著球的溫度上升，位于球內(nèi)的流體膨脹。該膨脹的流體通常通過(guò)毛細(xì)管耦合到位于開(kāi)關(guān)外殼內(nèi)的膜片。當(dāng)膨脹流體的溫度超過(guò)設(shè)定點(diǎn)溫度時(shí)，由膨脹流體施加的壓力引起限制開(kāi)關(guān)內(nèi)的電觸點(diǎn)斷開(kāi)。因此，如果球中的流體的溫度超過(guò)設(shè)定點(diǎn)溫度，導(dǎo)致的壓力會(huì)使限制開(kāi)關(guān)跳閘。因?yàn)槿萜骷訜崞魍ㄟ^(guò)溫度限制開(kāi)關(guān)耦合到電源，所以當(dāng)限制開(kāi)關(guān)開(kāi)路時(shí)，溫度限制開(kāi)關(guān)將關(guān)閉循環(huán)池內(nèi)的加熱元件。為了獲得保險(xiǎn)商實(shí)驗(yàn)室(Underwriters Laboratory)的認(rèn)證,循環(huán)池必須滿足名為“Electrical Equipment For Measurement,Control,and LaboratoryUse，，的UL61010-1的要求，特別是其中的第 9.4 節(jié)名為 “Requirements forEquipment Containing or UsingFlammable Liquids”的要求。該標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)試期間所測(cè)量的最高溫度至少比循環(huán)池中所推薦的流體的燃點(diǎn)低25°C。測(cè)試可能會(huì)在一個(gè)安全設(shè)備但是不合適的時(shí)間進(jìn)行，或者將該安全設(shè)備放在一個(gè)故障的狀況中進(jìn)行，來(lái)確定單個(gè)失靈是否會(huì)導(dǎo)致危險(xiǎn)的過(guò)溫度狀況。為了創(chuàng)造在循環(huán)池操作期間會(huì)遭遇的可能的最高表面溫度，測(cè)試在干燥容器內(nèi)進(jìn)行。干燥容器測(cè)試模擬了如果操作者忘記向容器添加流體或者流體已經(jīng)從容器中排干則將會(huì)出現(xiàn)的情形。為了模擬該測(cè)試期間容器液位開(kāi)關(guān)的失靈，容器液位開(kāi)關(guān)在向上或者全開(kāi)位置故障，以提供容器中具有流體的錯(cuò)誤指示。在容器液位開(kāi)關(guān)故障測(cè)試期間，用于監(jiān)控系統(tǒng)溫度的熱電偶通常安裝到高溫限制球附近的加熱器，并基于對(duì)循環(huán)池的視覺(jué)檢查的可能預(yù)期會(huì)經(jīng)受過(guò)高溫度的其它位置。在容器為空的情況下打開(kāi)循環(huán)池。隨后監(jiān)控所有的熱電偶，用于獲得從循環(huán)池啟動(dòng)直到高溫限制開(kāi)關(guān)開(kāi)路之后且循環(huán)池已關(guān)閉這段時(shí)間所達(dá)到的最高溫度。如果高溫限制開(kāi)關(guān)正常工作，所測(cè)得的溫度將不會(huì)超過(guò)特定流體的最大允許溫度。因?yàn)楦邷叵拗魄蚓哂袩豳|(zhì)量，感測(cè)球的溫度會(huì)滯后于加熱元件、流體、和/或循環(huán)池中的其它表面的溫度。由于加熱元件的溫度與感測(cè)球的溫度之間的差值，該滯后會(huì)導(dǎo)致加熱元件溫度越限。因此，為了保證表面和流體溫度不會(huì)超過(guò)最大允許溫度，可能有必要配置高溫限制開(kāi)關(guān)以在剛好在最大允許溫度下的設(shè)定點(diǎn)溫度處啟動(dòng)。由于高瓦數(shù)密度加熱元件的快速加熱，熱滯后會(huì)導(dǎo)致顯著減小的操作溫度。例如，當(dāng)使用硅油作為池流體時(shí)，設(shè)定點(diǎn)溫度可能需要低于流體燃點(diǎn)60°C到80°C，以便滿足UL61010-1對(duì)于緊湊型循環(huán)池的要求。該問(wèn)題會(huì)由于這些緊湊型循環(huán)池中使用的高溫限制球的減小的表面尺寸而進(jìn)一步惡化。因此，需要提供一種用于監(jiān)控循環(huán)池狀況的改進(jìn)系統(tǒng)及方法，以防止循環(huán)池過(guò)熱。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一方面中，循環(huán)池包括配置為可操作地連接到電源和控制電路的加熱器?？刂齐娐放渲脼檫x擇性地將加熱器耦合到電源，并且可操作地耦合到第一液位傳感器和第二液位傳感器?？刂齐娐方邮諄?lái)自液位傳感器的信號(hào)并且響應(yīng)于接收到來(lái)自第一和第二液位傳感器中的一個(gè)或者兩個(gè)的指示低流體狀況的信號(hào)，將加熱器與電源斷開(kāi)。在本發(fā)明的另一方面中，循環(huán)池還可以包括可操作地耦合到控制電路的高溫限制開(kāi)關(guān)。在該實(shí)施例中，控制電路將響應(yīng)于接收到來(lái)自高溫限制開(kāi)關(guān)的指示循環(huán)池中溫度過(guò)高狀況的信號(hào)，將加熱器與電源斷開(kāi)。在本發(fā)明的另一方面中，第一和第二液位傳感器可以串聯(lián)耦合。在本發(fā)明的又一方面中，高溫限制開(kāi)關(guān)可以與第一和第二液位傳感器串接耦合。在本發(fā)明的又一方面中，高溫限制開(kāi)關(guān)和第一液位開(kāi)關(guān)可以通過(guò)第一連接器耦合到控制電路，并且第二液位開(kāi)關(guān)可以通過(guò)第二連接器耦合到控制電路上。


并入并組成該說(shuō)明書(shū)的一部分的

了本發(fā)明的實(shí)施例，并且與以上給出的本發(fā)明的總體描述以及以下給出的實(shí)施例的詳細(xì)描述一起用于解釋本發(fā)明的原理。圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的循環(huán)池的透視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中所示的循環(huán)池的圖解式截面正視圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖1中所示的循環(huán)池的圖解式截面?zhèn)纫晥D；圖4A為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括液位和溫度控制電路的循環(huán)控制電路的示意圖；圖4B為根據(jù)本發(fā)明可替換實(shí)施例的包括液位和溫度控制電路的循環(huán)控制電路的示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的實(shí)施例通常與設(shè)計(jì)為滿足小空間、高加熱器功率、可變的泵性能、以及強(qiáng)勁的冷卻系統(tǒng)的要求的循環(huán)池相關(guān)。為了在具有減小空間的循環(huán)池中提供高的加熱器功率，加熱元件可以為緊湊型并具有高瓦數(shù)密度。包括兩個(gè)分離且獨(dú)立的液位傳感器的低液位檢測(cè)電路能夠使得循環(huán)池滿足UL61010-1的測(cè)試要求而無(wú)須犧牲期望的空間以及循環(huán)池的加熱器性能特點(diǎn)。第二液位開(kāi)關(guān)提供冗余的液位監(jiān)控能力，以使得在液位開(kāi)關(guān)之一出故障的情況下，控制電路仍能夠響應(yīng)低液位狀況，而將電源和加熱器斷開(kāi)。因而本發(fā)明的實(shí)施例具有監(jiān)控容器或者容器液位的兩個(gè)分離且獨(dú)立的液位開(kāi)關(guān)。兩個(gè)液位開(kāi)關(guān)配置為在流體上升時(shí)閉合并且串聯(lián)電耦合。液位開(kāi)關(guān)可以配置為使得兩個(gè)開(kāi)關(guān)通過(guò)單個(gè)連接器耦合到控制電路。在可替換實(shí)施例中，每個(gè)液位開(kāi)關(guān)可以通過(guò)分開(kāi)的連接器耦合到控制電路。在另一實(shí)施例中，一個(gè)液位開(kāi)關(guān)可以與高溫限制開(kāi)關(guān)串聯(lián)連接，以使得液位開(kāi)關(guān)和高溫限制開(kāi)關(guān)兩者通過(guò)同一連接器耦合到控制電路上。兩個(gè)液位開(kāi)關(guān)也可以耦合到控制電路中的限制電路，以使得加熱器電源的關(guān)斷不再依賴于軟件控制。以這種方式，當(dāng)?shù)鸵何还收蠣顩r發(fā)生時(shí)即使存在軟件故障，循環(huán)池也可以關(guān)閉加熱器?，F(xiàn)在參照?qǐng)D1-圖3，其中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件，示例性循環(huán)池包括耦合到第一液位傳感器或開(kāi)關(guān)14、第二液位傳感器或開(kāi)關(guān)16、以及加熱器18的控制電路12。第一和第二流體傳感器或開(kāi)關(guān)14、16可以包括如圖4A中所示的可操作地耦合到控制電路12的低液位檢測(cè)電路19。加熱器18可以包括熱區(qū)或者線圈20、以及冷管段(cold leg) 24、26，該熱區(qū)或者線圈20配置為浸入包含在容器22內(nèi)的流體34中，該冷管段24，26將線圈20可操作地耦合到控制電路12?？刂齐娐?2和循環(huán)泵29的一部分由位于容器外殼30頂部的外殼28圍繞?？梢詫⒏邷叵拗魄?2固定到一個(gè)冷管段(該代表性實(shí)施例中表示為冷管段24)上。球32可以為包括膜片啟動(dòng)開(kāi)關(guān)的高溫限制裝置的一部分，該膜片啟動(dòng)開(kāi)關(guān)可操作地稱合到控制電路12。商業(yè)可購(gòu)的高溫限制裝置的示例包括可從美國(guó)Newman Georgia的EGO North America公司獲得的部件號(hào)97.55134.116。有利地，通過(guò)將高溫限制球32安裝到加熱器18的冷管段24、26，高溫限制電路35能夠更好地監(jiān)控流體34的溫度。這會(huì)提供兩個(gè)益處。第一在于由于球32不與熱的加熱器表面接觸，因此高溫限制電路35能夠更精確地監(jiān)控流體溫度。第二，該球的安裝位置可以防止在具有不同流體和泵速的所有操作條件下，由于加熱器18的熱去除率問(wèn)題而導(dǎo)致的加熱器提前關(guān)斷。循環(huán)池10可以用于以已知方式使流體34在容器22與應(yīng)用設(shè)備36 (諸如加熱夾套或冷卻夾套)之間循環(huán)。為此，可以將包含在容器22中的流體34從容器22中抽出并且經(jīng)由循環(huán)泵29傳送到應(yīng)用設(shè)備36，并以閉環(huán)方式從應(yīng)用設(shè)備36中回到容器22。在特定應(yīng)用中，在將流體34傳送到應(yīng)用設(shè)備36之前，可以將流體34在容器22中通過(guò)至少部分浸入流體34中的加熱器18加熱到預(yù)定溫度。控制電路12可以包括溫度控制電路39，該溫度控制電路39配置為將加熱器18的操作控制到現(xiàn)有技術(shù)中已知的期望的溫度設(shè)定點(diǎn)。操作中，用戶可以通過(guò)用戶界面38為流體34設(shè)定期望溫度，該用戶界面38包括控制界面40以及可從外殼28外部訪問(wèn)的顯示器42。循環(huán)池10還可以包括浸入流體34中的溫度傳感器44 (圖4)，例如熱電偶。溫度傳感器44可以耦合到控制電路12并產(chǎn)生指示流體34的溫度的信號(hào)。響應(yīng)于來(lái)自溫度傳感器44的信號(hào)，控制電路12和/或溫度控制電路39可以控制由加熱器18產(chǎn)生的熱量，以使得流體34達(dá)到并保持在期望設(shè)定點(diǎn)的溫度。
現(xiàn)在參照?qǐng)D4A，根據(jù)一實(shí)施例所示的控制電路12包括限幅電路46和溫度控制電路39。限幅電路46包括可操作地耦合到第一液位開(kāi)關(guān)14、第二液位開(kāi)關(guān)16、直流(DC)電源50、以及高溫限制開(kāi)關(guān)52的第一電氣操作開(kāi)關(guān)48，例如繼電器。繼電器48的開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)可以將加熱器18耦合到合適的電氣電源，例如115伏60赫茲的交流(AC)電源線54。因此限幅電路46配置為使得如果第一液位開(kāi)關(guān)14、第二液位開(kāi)關(guān)16、或高溫限制開(kāi)關(guān)52中一個(gè)或多個(gè)處于開(kāi)路狀態(tài)，電氣操作開(kāi)關(guān)48將AC電源線54與加熱器18斷開(kāi)。溫度控制電路39可以包括處理器(未圖示)和/或另一接收來(lái)自溫度傳感器44的信號(hào)的電路。溫度控制電路39還可以包括第二電氣操作開(kāi)關(guān)56(以作為三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)的代表形式示出)并且可操作地耦合到用戶界面38上。溫度控制電路39可以配置為接收來(lái)自用戶界面38的輸入，該輸入定義了包含在容器內(nèi)的流體34的期望溫度設(shè)定點(diǎn)。基于從溫度傳感器44接收的信號(hào)，溫度控制電路39可以通過(guò)閉合第二電氣操作開(kāi)關(guān)56選擇性地啟動(dòng)加熱器18，以使得流體34被加熱到期望的設(shè)定點(diǎn)溫度。為此，溫度控制電路39可以包括使用閉環(huán)控制系統(tǒng)技術(shù)中已知的比例，積分，和/或微分控制機(jī)制中一個(gè)或多個(gè)組合的控制器。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，第一和第二液位開(kāi)關(guān)14、16為在單個(gè)設(shè)備中包括浮子和多個(gè)開(kāi)關(guān)的雙液位裝置。商業(yè)可購(gòu)的液位開(kāi)關(guān)的示例包括可從美國(guó)康涅狄格州Innovative Solutions of Naugatuck獲得的部件號(hào)L312C6805-001。第一和第二液位開(kāi)關(guān)14，16均獨(dú)立于其它開(kāi)關(guān)，并具有兩組將開(kāi)關(guān)耦合到控制電路12的電氣連接。每個(gè)液位開(kāi)關(guān)14，16均可以用于監(jiān)控兩個(gè)狀況。第一狀況可以為通知最終用戶流體34正在變低的低液位警告。第二狀況可以為關(guān)閉加熱器18并響應(yīng)于低液位狀況將故障狀態(tài)提供給用戶的低液位故障。低液位警告可通過(guò)運(yùn)行在控制電路12中的處理器上的軟件應(yīng)用程序來(lái)控制，和/或低液位故障可以在不使用軟件的情況下通過(guò)控制電路中的專用電路來(lái)控制，以關(guān)閉加熱器18?？刂齐娐?2還可以包括運(yùn)行在處理器上的軟件應(yīng)用程序，其用作軟件關(guān)斷開(kāi)關(guān)。為此，軟件應(yīng)用程序可以監(jiān)控或者采樣來(lái)自溫度傳感器44的信號(hào)，并且如果流體34的溫度上升超過(guò)了上限，則關(guān)斷加熱器18。現(xiàn)在參照?qǐng)D4B，其中相同的附圖標(biāo)記表示圖1-圖3和圖4A中相同的元件，提出本發(fā)明的可替換實(shí)施例。除了將第二液位開(kāi)關(guān)16重新放置以與高溫限制開(kāi)關(guān)52共享連接器58之外，以與關(guān)于圖4A中上述的基本相同的方式操作圖4B中的控制電路12。通過(guò)將第一和第二液位開(kāi)關(guān)14、16通過(guò)分離的連接器58、60耦合到控制電路12，即使連接器58、60之一的兩端存在短路，控制電路12也可以在低流體狀況下關(guān)斷加熱器。盡管已經(jīng)通過(guò)不同實(shí)施例的描述說(shuō)明了本發(fā)明，并且已經(jīng)相當(dāng)詳細(xì)地描述了這些實(shí)施例，然而申請(qǐng)人的目的并不在于將所附權(quán)利要求的范圍約束或者以任何方式限制到這樣的細(xì)節(jié)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)其它優(yōu)點(diǎn)和修改將是很明顯的。因此本發(fā)明在其更廣泛的方面并不限于特定的細(xì)節(jié)、代表性的方法以及本文所示和所述的說(shuō)明性示例。相應(yīng)地，在不背離申請(qǐng)人總體發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍的情況下，由這樣的細(xì)節(jié)可以做出多種變更。
權(quán)利要求
1.一種循環(huán)池,包括: 加熱器，配置為可操作地連接至電源； 控制電路，可操作地耦合至所述加熱器； 第一液位傳感器，可操作地耦合至所述控制電路；以及 第二液位傳感器，可操作地耦合至所述控制電路； 其中，所述控制電路被配置為響應(yīng)于所述控制電路接收到來(lái)自所述第一液位傳感器和所述第二液位傳感器中的至少一個(gè)液位傳感器的、指示低流體狀況的信號(hào)，將所述加熱器與所述電源斷開(kāi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的循環(huán)池，還包括: 高溫限制開(kāi)關(guān)，可操作地耦合至所述控制電路，其中，所述控制電路還被配置為響應(yīng)于所述控制電路接收到來(lái)自所述高溫限制開(kāi)關(guān)的、指示溫度過(guò)高狀況的信號(hào)，將所述加熱器與所述電源斷開(kāi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的循環(huán)池，其中，所述第一液位傳感器和所述第二液位傳感器串聯(lián)I禹合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的循環(huán)池，其中，所述高溫限制開(kāi)關(guān)與所述第一液位傳感器和所述第二液位傳感器串聯(lián)耦合。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的循環(huán)池，其中，所述高溫限制開(kāi)關(guān)和所述第一液位傳感器通過(guò)第一連接器耦合到所述控制電路，并且所述第二液位傳感器通過(guò)不同于所述第一連接器的第二連接器耦合到所述控制電路。
全文摘要
循環(huán)池(10)包括配置用于加熱容器(22)中的流體(34)的加熱器(18)。加熱器(18)配置為通過(guò)可操作地耦合到加熱器(18)的控制電路(39)，可操作地連接到電源(50)。第一和第二液位傳感器(14)(16)可操作地耦合到控制電路(39)，并提供指示容器(22)中低流體狀況的信號(hào)?？刂齐娐?39)配置為接收來(lái)自液位傳感器(14)(16)的信號(hào)，并且響應(yīng)于接收到來(lái)自第一和第二液位傳感器(14)(16)中任一個(gè)的指示低流體狀況的信號(hào)，將加熱器(18)與電源(50)斷開(kāi)。
文檔編號(hào)B01L7/00GK103084232SQ201210449069
公開(kāi)日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2012年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月28日
發(fā)明者D·A·恩諾斯, J·L·帕克, R·L·威利 申請(qǐng)人:奈斯萊博熱電公司