CN101872107A - 一种监控摄像机散热用的制冷装置 - Google Patents

Abstract

一种监控摄像机散热用的制冷装置，属于太阳能半导体制冷装置，解决现有监控摄像机在太阳辐射过大时散热效果差的问题。本发明包括制冷部分、温度控制部分和电源部分，制冷部分包括半导体制冷芯片、热端散热风扇、热端散热器、导热铝块、冷端散热器、散冷风扇以及防护罩；温度控制部分包括继电器、温度开关及温度传感器；电源部分包括太阳能光伏电池板、变压器、太阳能蓄电池和控制器。本发明采用太阳能半导体制冷将监控摄像机自身的产热以及外界传递进去的热量散发出去，降低监控摄像机的实际工作温度；整个装置机械运动部件少，无管路连接，可靠性高，易于维修和保养，运行稳定，节能环保，散热效果好，使用寿命长，扩展了监控摄像机的使用范围。

Description

一种监控摄像机散热用的制冷装置

技术领域

本发明属于太阳能半导体制冷装置，特别涉及一种监控摄像机散热用的制冷装置。

背景技术

目前，监控摄像机的应用非常广泛，如交通路口、旅游景点，工厂的工作车间等。监控摄像机大多采用电荷耦合器件(CCD Charge Coupled Device)作为感光元件，而CCD是一种半导体元件，必然存在着热噪声，影响摄像效果。这种监控设备常常由于其防护罩的散热效果不好，自身产生的热量不能及时散发出去。另外，由于外界高温环境大量热量的传入，也使得防护罩内部的温度过高，导致拍摄的图像严重失真。普通摄像机的最适宜工作温度范围为0～30℃。而当摄像机处于高于50℃的环境中时，图片的清晰度会随着温度每升高10℃而降低50％。夏季室外最恶劣环境下监控摄像机的工作温度往往高于50℃，而一些工厂车间高热量排出的内部环境温度甚至远远高于50℃，严重影响了监控摄像机的摄像效果。目前发现，温度过高是引起监控摄像机拍摄失真的主要原因。

现有监控摄像机通常采用普通的散热风扇作为散热装置，这是一种被动的散热方式，它是通过强迫对流将监控摄像机自身的产热及外界的传递进去的热量一齐散发出去。当太阳辐射过大或者环境温度过高的时候，散热风扇的作用并不明显，只能在一定程度上缓解摄像机的拍摄失真，并不能有效地防止失真。

半导体制冷是一种基于帕尔贴效应的电子制冷技术。其基本原理是：给一个闭合的热电偶回路通上直流电，就会在回路的结点处一端放出热量，另一端吸收热量，如果电流反向，则放热端和吸热端刚好相反。P型半导体元件和N型半导体元件联结成一对热电偶，通以直流电源后，电子的转移伴随着能量的转移，在接头处就会产生热量的转移。电流从N流向P的一端产生冷量，另一端产生热量。半导体制冷具有其他一些制冷方式所不具备的优点，在某些特殊场合的应用有着不可替代的作用，其优点是：尺寸小，重量轻，微型可达几克或者几十克，无机械转动，噪音小，无制冷剂，环保，易于控制。半导体制冷技术可以用在小型或者微型等制冷效率不是最主要考虑因素的场合，本发明设计的监控摄像机散热系统就是利用了半导体制冷作用快，轻便，尺寸小的特点。另外，太阳能与半导体制冷技术的结合，在一定的范围内，有着很好的季节匹配性。也即太阳辐射越大，被冷却物的热负荷越大，而此时，半导体制冷系统产生的冷量越大，反之亦然。

发明内容

本发明提供一种监控摄像机散热用的制冷装置，解决现有监控摄像机在太阳辐射过大时散热效果差的问题。

本发明的一种监控摄像机散热用的制冷装置，包括制冷部分、温度控制部分和电源部分，其特征在于：

所述制冷部分，包括半导体制冷芯片、热端散热风扇、热端散热器、导热铝块、冷端散热器、散冷风扇以及防护罩；半导体制冷芯片夹在导热铝块与热端散热器之间，导热铝块与热端散热器之间通过螺钉紧固连接，散热风扇与热端散热器通过螺钉紧固连接，冷端散热器通过螺钉固定在导热铝块上，散冷风扇与冷端散热器通过螺钉紧固连接；热端散热器与防护罩通过螺钉固定连接；防护罩内装置监控摄像机；

所述温度控制部分，包括继电器、温度开关及温度传感器；所述温度开关由测量电路、信号放大电路、温度给定电路、温度调节器和开关二极管构成，测量电路将温度传感器输出的信号滤波后送到信号放大电路进行放大，再输出到温度调节器的输入端，温度给定电路输出设定温度信号到温度调节器的另一输入端，温度调节器计算信号放大电路输出电压与设定温度信号电压的差值并进行放大后，送给开关二极管，通过开关二极管的导通及开断，控制半导体制冷芯片、散热风扇、散冷风扇的启停；继电器线圈一端连接太阳能蓄电池的负极，继电器线圈另一端和开关二极管的负极连接，开关二极管的正极串联继电器常闭触点，再连接半导体制冷芯片正极，太阳能蓄电的负极连接半导体制冷芯片负极，散热风扇和散冷风扇在电路上与半导体制冷芯片并联；所述温度传感器粘贴在监控摄像机上，温度传感器通过导线连接温度开关的测量电路输入端；

所述电源部分包括太阳能光伏电池板、变压器、太阳能蓄电池和控制器；太阳能光伏电池板的负极连接太阳能蓄电池的负极，太阳能光伏电池板的正极连接控制器的第一MOS管漏极，太阳能蓄电池的正极连接控制器的蓄电池输入端，控制器的负载输出端连接温度开关的开关二极管正极，控制器的负载接地端连接继电器的一端；变压器输入端连接220V电源，变压器的输出通过整流后连接太阳能蓄电池的正负极。

所述的制冷装置，其特征在于：

所述电源部分的控制器包括第一MOS管、第二MOS管、电压采集器、驱动电路和处理器；第一MOS管的源极连接太阳能蓄电池的负极和负载接地端，第一MOS管的漏极连接二极管的正极和太阳能光伏电池板的正极，二极管的负极连接第二MOS管的漏极、电压采集器的蓄电池输入端和太阳能蓄电池的正极，第二MOS管的源极连接负载输出端，电压采集器输出端连接处理器；

所述处理器对电压采集器输出的太阳能蓄电池电压进行循环检测和判断，输出两个控制信号，通过驱动电路分别送到第一MOS管、第二MOS管的栅极，实现对太阳能蓄电池充、放电的控制。

所述的制冷装置，其特征在于：

所述处理器输出两个控制信号的控制过程为：

当太阳能蓄电池电压低于14.4V时，处理器输出的第一控制信号为高电平，通过驱动电路加到第一MOS管的栅极，第一MOS管截止，太阳能光伏电池板向太阳能蓄电池充电；当太阳能蓄电池电压高于过充保护电压14.4V时，处理器输出的第一控制信号为低电平，通过驱动电路加到第一MOS管的栅极，第一MOS管导通进行短路保护；当太阳能蓄电池电压大于11.2V时，处理器输出的第二控制信号为低电平，通过驱动电路加到第二MOS管的栅极，第二MOS管导通，向负载供电；当太阳能蓄电池电压低于设定的过放点11.2V时，处理器输出的第二控制信号为高电平，通过驱动电路加到第二MOS管的栅极，第二MOS管截止，不向负载供电。

所述的制冷装置，其特征在于：

所述防护罩内采用福乐斯发泡橡塑绝热材料保温；

所述半导体制冷芯片的冷热端均涂抹有导热硅脂；

所述冷端散热器和导热铝块的连接面涂抹导热硅脂；

所述热端散热器与防护罩的连接处通过聚氨酯粘结密封胶密封。

本发明通过如下步骤完成温度控制：

设定温度开关中温度给定电路(旋转式，温度范围30℃～110℃)的温度值T，当温度传感器感受到的温度高于设定温度T时，温度开关的开关二极管断开，继电器线圈断电，常闭触点吸合，为半导体制冷系统供电，系统开始制冷；当温度开始下降较明显时，温度开关的开关二极管闭合，继电器线圈通电，常闭触点断开，制冷系统停止工作。当温度高于某值时，又重新启动制冷系统。因此，温度控制系统可控制温度在设定温度T附近波动，温度过低时关闭制冷，温度过高时启动制冷。这样可防止防护罩内部结露及过高温。

本发明采用固态的半导体制冷芯片作为制冷元件，能够实现稳定的相对低温环境，整套装置结构紧凑，易于安装，使用寿命长，无环境污染。

温度控制部分采用温度开关和继电器进行控制，具有自动启停功能，有效控制了温度范围，操作时只需要设定所需的某一温度即可，温度控制简单，方便，控制制冷部分的启停，防止因温度过低导致的结露现象而使摄像机及其他电气元件损坏。

太阳能光伏电池板和城市外网一起为太阳能蓄电池进行充电，控制器的处理器通过对太阳能蓄电池电压的循环检测、判断，控制驱动电路中的第一MOS管、第二MOS管分别实现对充、放电的控制，完成充电、放电功能。这主要采用清洁而又取之不尽的太阳能作为电源供电，可节约大量的不可再生能源。并且实现了光-电-冷的能量转化，与半导体制冷技术结合，具有良好的季节和气候匹配性。

本发明采用太阳能半导体制冷将监控摄像机工作中自身的产热以及外界传递进去的热量散发出去，降低监控摄像机的实际工作温度；整个装置机械运动部件少，无管路连接，可靠性高，易于维修和保养，运行稳定，节能环保，散热效果好，使用寿命长，扩展了监控摄像机的使用范围。

附图说明

图1为本发明的组成示意图；

图2为温度开关的原理图；

图3为控制器的控制原理图；

图4为控制器中处理器控制流程框图。

具体实施方式

如图1所示，本发明包括制冷部分、温度控制部分和电源部分，

制冷部分，包括半导体制冷芯片10、热端散热风扇8、热端散热器9、导热铝块11、冷端散热器12、散冷风扇13以及防护罩14；半导体制冷芯片10夹在导热铝块11与热端散热器9之间，导热铝块11与热端散热器9之间通过螺钉紧固连接，散热风扇8与热端散热器9通过螺钉紧固连接，冷端散热器12通过螺钉固定在导热铝块11上，散冷风扇13与冷端散热器12通过螺钉紧固连接；热端散热器9与防护罩14通过螺钉固定连接；防护罩14内装置监控摄像机15；

防护罩14内可以采用导热系数为0.034W/m·k福乐斯发泡橡塑绝热材料保温；半导体制冷芯片10的冷热端均涂抹有导热硅脂；冷端散热器12和导热铝块11的连接面涂抹导热硅脂；热端散热器9与防护罩14的连接处可通过聚氨酯粘结密封胶密封。

半导体制冷芯片型号：TEC1-12706；热端散热风扇采用深圳市润达电子有限公司生产的直流风扇，型号：RD12038S12L，电压12V，电流0.8A；；冷端散热风扇为直流风扇，型号：RD6010S12L，电压12V，电流0.2A。

半导体制冷芯片10产生的冷量通过散冷风扇13输送到监控摄像机防护罩内部空间中。热端散热器9及散热风扇8的作用是将半导体制冷芯片10热面产生的热量散发出去，这部分热量包括电源输入的能量和监控摄像机所需散发出去的热量。导热铝块11有利于传冷和防止半导体制冷芯片的冷热端形成热短路。冷端散热器12增加冷端的传热面积，有利于冷量的传输。

为减少各接触面之间的热阻，热端散热器9与半导体制冷芯片10之间的接触面，半导体制冷芯片10与导热铝块11之间的接触面以及导热铝块11与冷端散热器12之间的接触面都均匀涂抹有导热硅脂。

半导体制冷芯片10经过导热铝块11，冷端散热器12和散冷风扇13将监控摄像机在工作中产生的热量以及外界传入防护罩14内部空间的热量吸出来，再在太阳能光伏电池板1产生的电能作用下送到半导体制冷芯片10的热面，最后，半导体制冷芯片10热面上的热量经热端散热器9及散热风扇8散发到周围环境中去。

温度控制部分，包括继电器5、温度开关及温度传感器16；如图2所示，温度开关由测量电路26、信号放大电路27、温度给定电路28、温度调节器29和开关二极管30构成，测量电路26将温度传感器16输出的信号滤波后送到信号放大电路27进行放大，再输出到温度调节器29的输入端，温度给定电路28输出设定温度信号到温度调节器29的另一输入端，温度调节器29计算信号放大电路输出电压与设定温度信号电压的差值并进行放大后，送给开关二极管30，通过开关二极管30的导通及开断，控制半导体制冷芯片10、散热风扇8、散冷风扇13的启停；继电器5线圈一端连接太阳能蓄电池3的负极，继电器5线圈另一端和开关二极管30的负极连接，开关二极管30的正极串联继电器常闭触点7，再连接半导体制冷芯片正极，太阳能蓄电池3的负极连接半导体制冷芯片负极，散热风扇8和散冷风扇13在电路上与半导体制冷芯片并联；所述温度传感器16粘贴在监控摄像机15上，温度传感器16通过导线连接温度开关的测量电路输入端；

当温度调节器计算的电压差值大于0时，所述温度开关中的开关二极管30处于导通状态，从而继电器5通电，控制继电器常闭触点7的断开，当差值小于0时，开关二极管30处于断开状态，从而继电器5断电，控制继电器常闭触点7吸合，从而来控制半导体制冷芯片10、散热风扇8、散冷风扇13的启停。

电源部分包括太阳能光伏电池板1、变压器2、太阳能蓄电池3和控制器4；太阳能光伏电池板1的负极连接太阳能蓄电池3的负极，太阳能光伏电池板1的正极连接控制器4的第一MOS管漏极，太阳能蓄电池3的正极连接控制器4的蓄电池输入端，控制器4的负载输出端连接温度开关的开关二极管30正极，控制器4的负载接地端连接继电器5的一端；变压器2输入端连接220V电源，变压器2的输出通过整流后连接太阳能蓄电池3的正负极。

太阳能光伏电池板峰值功率：75W，电流：5.23A，尺寸：800×822×28mm；变压器2可以采用威德胜6A型，输入电压220V，输出电压12V；太阳能蓄电池3可以采用太阳能专用蓄电池12V-80AH。

太阳能光伏电池板1将太阳辐射光能转化成电能，以直流电的形式输出，当太阳光较强时，一部分电能供给半导体制冷片10以及散热风扇8和散冷风扇13，产生制冷效果，多余的电能通过控制器4向蓄电池输入并储存起来，等到下午太阳辐射较弱，但是监控摄像机15工作环境温度仍然较高的时候，太阳辐射光能已经无法满足使用需求，此时，将蓄电池3中储存的电能供给制冷部分，满足电流供应。另外，当需要制冷且太阳辐射不强时，变压器2也可将城市电网的交流电变成直流储存到蓄电池3中，再通过蓄电池3放电。

如图3所示，电源部分的控制器包括第一MOS管17、第二MOS管19、电压采集器21、驱动电路23和处理器24；第一MOS管17的源极连接太阳能蓄电池3的负极和负载接地端，第一MOS管17的漏极连接二极管18的正极和太阳能光伏电池板1的正极，二极管18的负极连接第二MOS管19的漏极、电压采集器21的蓄电池输入端和太阳能蓄电池3的正极，第二MOS管19的源极连接负载输出端，电压采集器21输出端连接处理器24；

所述处理器24对电压采集器21输出的太阳能蓄电池电压进行循环检测和判断，输出两个控制信号，通过驱动电路23分别送到第一MOS管17、第二MOS管19的栅极，实现对太阳能蓄电池充、放电的控制。

处理器可以采用PIC16F716；

控制器也可以采用小功率太阳能控制器SCD-5AI。

控制器的主要作用是保护蓄电池并控制蓄电池的充放电，控制器中处理器输出两个控制信号的控制过程如图4所示。

Claims (4)

1.一种监控摄像机散热用的制冷装置，包括制冷部分、温度控制部分和电源部分，其特征在于：

所述制冷部分，包括半导体制冷芯片(10)、热端散热风扇(8)、热端散热器(9)、导热铝块(11)、冷端散热器(12)、散冷风扇(13)以及防护罩(14)；半导体制冷芯片(10)夹在导热铝块(11)与热端散热器(9)之间，导热铝块(11)与热端散热器(9)之间通过螺钉紧固连接，散热风扇(8)与热端散热器(9)通过螺钉紧固连接，冷端散热器(12)通过螺钉固定在导热铝块(11)上，散冷风扇(13)与冷端散热器(12)通过螺钉紧固连接；热端散热器(9)与防护罩(14)通过螺钉固定连接；防护罩(14)内装置监控摄像机(15)；

所述温度控制部分，包括继电器(5)、温度开关及温度传感器(16)；所述温度开关由测量电路(26)、信号放大电路(27)、温度给定电路(28)、温度调节器(29)和开关二极管(30)构成，测量电路(26)将温度传感器(16)输出的信号滤波后送到信号放大电路(27)进行放大，再输出到温度调节器(29)的输入端，温度给定电路(28)输出设定温度信号到温度调节器(29)的另一输入端，温度调节器(29)计算信号放大电路输出电压与设定温度信号电压的差值并进行放大后，送给开关二极管(30)，通过开关二极管(30)的导通及开断，控制半导体制冷芯片(10)、散热风扇(8)、散冷风扇(13)的启停；继电器(5)线圈一端连接太阳能蓄电池(3)的负极，继电器(5)线圈另一端和开关二极管(30)的负极连接，开关二极管(30)的正极串联继电器常闭触点(7)，再连接半导体制冷芯片正极，太阳能蓄电池(3)的负极连接半导体制冷芯片负极，散热风扇(8)和散冷风扇(13)在电路上与半导体制冷芯片并联；所述温度传感器(16)粘贴在监控摄像机(15)上，温度传感器(16)通过导线连接温度开关的测量电路输入端；

所述电源部分包括太阳能光伏电池板(1)、变压器(2)、太阳能蓄电池(3)和控制器(4)；太阳能光伏电池板(1)的负极连接太阳能蓄电池(3)的负极，太阳能光伏电池板(1)的正极连接控制器(4)的第一MOS管漏极，太阳能蓄电池(3)的正极连接控制器(4)的蓄电池输入端，控制器(4)的负载输出端连接温度开关的开关二极管(30)正极，控制器(4)的负载接地端连接继电器(5)的一端；变压器(2)输入端连接220V电源，变压器(2)的输出通过整流后连接太阳能蓄电池(3)的正负极。

2.如权利要求1所述的制冷装置，其特征在于：

所述电源部分的控制器包括第一MOS管(17)、第二MOS管(19)、电压采集器(21)、驱动电路(23)和处理器(24)；第一MOS管(17)的源极连接太阳能蓄电池(3)的负极和负载接地端，第一MOS管(17)的漏极连接二极管(18)的正极和太阳能光伏电池板(1)的正极，二极管(18)的负极连接第二MOS管(19)的漏极、电压采集器(21)的蓄电池输入端和太阳能蓄电池(3)的正极，第二MOS管(19)的源极连接负载输出端，电压采集器(21)输出端连接处理器(24)；

所述处理器(24)对电压采集器(21)输出的太阳能蓄电池电压进行循环检测和判断，输出两个控制信号，通过驱动电路(23)分别送到第一MOS管(17)、第二MOS管(19)的栅极，实现对太阳能蓄电池充、放电的控制。

3.如权利要求2所述的制冷装置，其特征在于：

所述处理器输出两个控制信号的控制过程为：

当太阳能蓄电池电压低于14.4V时，处理器输出的第一控制信号为高电平，通过驱动电路加到第一MOS管(17)的栅极，第一MOS管截止，太阳能光伏电池板向太阳能蓄电池充电；当太阳能蓄电池电压高于过充保护电压14.4V时，处理器输出的第一控制信号为低电平，通过驱动电路加到第一MOS管(17)的栅极，第一MOS管(17)导通进行短路保护；当太阳能蓄电池电压大于11.2V时，处理器输出的第二控制信号为低电平，通过驱动电路加到第二MOS管(19)的栅极，第二MOS管(19)导通，向负载供电；当太阳能蓄电池电压低于设定的过放点11.2V时，处理器输出的第二控制信号为高电平，通过驱动电路加到第二MOS管(19)的栅极，第二MOS管(19)截止，不向负载供电。

4.如权利要求1、2或3所述的制冷装置，其特征在于：

所述防护罩内采用福乐斯发泡橡塑绝热材料保温；

所述半导体制冷芯片的冷热端均涂抹有导热硅脂；

所述冷端散热器和导热铝块的连接面涂抹导热硅脂；

所述热端散热器与防护罩的连接处通过聚氨酯粘结密封胶密封。

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