CN103211274A - 一种应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置。该半导体冷却装置的进水部的进水腔，出水部的出水腔和冷却外套都为方形空腔结构，进水腔位于出水腔内，出水腔位于冷却外套内；进水腔分流底设有通孔；出水腔上支撑环和出水腔下支撑环间隔地套装在进水腔外表面与出水腔内表面之间；出水腔上支撑环和出水腔下支撑环都设有通孔；底半导体冷却组件和环半导体冷却组件都由TEC101705半导体制冷片组成，底半导体冷却组件和环半导体冷却组件都分别与电源连接；本发明解决现有脉冲电场处理室直接冷却水冷却方法模块性差、冷却效率低和实时性差等问题，具有安装灵活、模块化强和使用方便等优点。

Description

一种应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置
技术领域
本发明涉及一种半导体冷却装置，特别是涉及应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置；属于半导体冷却技术。
背景技术
脉冲电场处理是通过电源与脉冲发生装置产生交替的脉冲电场和脉冲磁场，对细胞膜进行处理的一种手段，在细胞膜的电穿孔、食品除菌、食品蛋白质组分、食品脂质组分、食品碳水化合物组分和食品其它组分等方面已开展了大量作用机理与影响研究。通常脉冲电场处理系统主要包括：电源装置、脉冲发生装置、脉冲电场处理室、冷却系统、温度测定系统等部分。
尽管脉冲电场处理被认为是一种非热技术，但由于电流流过食品会产生欧姆热，温度增加是必然的，特别反复处理时，加热效果更加明显，而脉冲电场处理室作为脉冲电场处理食品的重要设备，是食品加热效应发生的主要场所，因此，对脉冲电场处理室的有效温控是减小脉冲电场加热效应的重要途径。针对脉冲电场处理过程加热效应，中国发明专利01130064.7直接采用冷却水对电极与脉冲电场处理室进行冷却以保证非热灭菌，中国发明专利102349565A也直接采用冷却循环水对电极进行冷却，间接实现处理室处理食品的温度控制，以减少肉制品在处理过程的温度升高。由于脉冲电场对食品的加热效应，直接采用冷却水循环线路冷却复杂，模块化程度低，并且冷却效率低，不能实时调节脉冲电场处理室温度等问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置，旨在采用半导体冷却技术、动态热交换和机械设计技术解决现有脉冲电场处理室处理食品过程中的加热效应，特别是针对当前冷却方法不能及时、实时冷却脉冲电场处理室等问题。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置，包括进水部、出水部、冷却外套、环半导体冷却组件、环温度传感器、底半导体冷却组件和冷却外套端盖；进水部的进水腔，出水部的出水腔和冷却外套都为方形空腔结构，进水腔位于出水腔内，出水腔位于冷却外套内；进水腔上端和下端分别设有进水腔端盖和进水腔分流底，进水腔分流底设有通孔；出水腔上支撑环和出水腔下支撑环间隔地套装在进水腔外表面与出水腔内表面之间；出水腔上支撑环和出水腔下支撑环都设有通孔；底半导体冷却组件和环半导体冷却组件都由TEC101705半导体制冷片组成，底半导体冷却组件和环半导体冷却组件都分别与电源连接；底半导体冷却组件通过散热胶固定在出水部底部，环半导体冷却组件的第一环半导体冷却组件、第二环半导体冷却组件、第三环半导体冷却组件和第四环半导体冷却组件分别固定在出水部与冷却外套之间的四个面上；环温度传感器由四个温度传感器组成，分别间隔设置在第一环半导体冷却组件，第二环半导体冷却组件，第三环半导体冷却组件，第四环半导体冷却组件的下端；控制系统分别与环半导体冷却组件、环温度传感器、底半导体冷却组件连接。
进一步地，所述进水腔分流底设有四个均匀分布的通孔。所述出水腔上支撑环和出水腔下支撑环都均布四个矩形通孔。冷却外套端盖外缘与冷却外套连接，冷却外套端盖内环与出水部外壁连接。环半导体冷却组件，环温度传感器和底半导体冷却组件通过散热胶与绝缘导热性的冷却外套紧密连接。所述控制系统包括温度处理模块、电源模块，CPU模块，通讯模块，底半导体冷却组件控制模块和环半导体冷却组件控制模块；温度处理模块包括四个子模块，分别对应连接环温度传感器中的四个温度传感器；环半导体冷却组件控制模块中的四个子环半导体冷却组件控制模块分别与环半导体冷却组件中的四个环半导体冷却组件对应连接；电源模块与各个模块电连接；CPU模块分别与温度处理模块、通讯模块、底半导体冷却组件控制模块和环半导体冷却组件控制模块连接。
本发明相对于现有技术具有以下优点：
(1)本发明构建了包括半导体冷却组件、温度传感组件和冷却水循环线路一体的半导体冷却装置，实现了应用脉冲电场处理室冷却装置的模块化。
(2)本发明构建了一种应用于脉冲电场处理室的冷却装置可以方便实现脉冲电场处理室温度的实时控制，保证脉冲电场处理过程中处理室液体的温度。
(3)本发明提供了一种主动冷却方式、独立冷却结构的半导体冷却装置，可实现脉冲电场处理室温度的实时控制。
附图说明
图1是本发明一种应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置结构示意图；
图2是图1的A-A向剖视图；
图3是图1中控制系统原理图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，以下结合附图对本发明作进一步说明。应当理解，具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不对本发明保护范围构成限定。
如图1和2所示，一种应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置，包括进水部1，出水部2，冷却外套3，环半导体冷却组件4，环温度传感器5，底半导体冷却组件6，冷却外套端盖7和控制系统8；其中进水部1包括进水腔1-1，进水腔端盖1-2和进水腔分流底1-3；进水腔1-1为方形的空腔结构；进水腔1-1上端和下端分别设有进水腔端盖1-2和进水腔分流底1-3；进水腔分流底1-3设有四个均匀分布的通孔，实现冷却水的分流；出水部2包括出水腔2-1，出水腔上支撑环2-2，出水腔下支撑环2-3、出水腔端盖2-4和出水腔底面2-5；出水腔2-1为方形的空腔结构，进水腔1-1位于出水腔2-1的空腔中；出水腔上支撑环2-2和出水腔下支撑环2-3间隔地套装在进水腔1-1外表面与出水腔2-1内表面之间，对薄壁的出水腔2-1起到支撑作用；出水腔上支撑环2-2和出水腔下支撑环2-3都均布四个矩形孔，起导水功能；出水腔底面2-5通过凸台与进水腔分流底1-3连接，对进水部1起到支撑作用；出水腔端盖2-4内环与进水腔1-1外壁连接，出水腔端盖2-4外缘与出水腔2-1连接，起到导水与支撑作用；底半导体冷却组件6和环半导体冷却组件4都由TEC101705半导体制冷片组成，底半导体冷却组件6和环半导体冷却组件4都分别与电源连接；底半导体冷却组件6通过散热胶固定在出水部2底部，环温度传感器5为热敏电阻，通过散热胶环形均布固定在出水部2下端；环半导体冷却组件4包括第一环半导体冷却组件4-1，第二环半导体冷却组件4-2，第三环半导体冷却组件4-3，第四环半导体冷却组件4-4；第一环半导体冷却组件4-1、第二环半导体冷却组件4-2、第三环半导体冷却组件4-3和第四环半导体冷却组件4-4分别固定在出水部2与冷却外套3之间的四个面上，并与环温度传感器5保持一定间隙，其中环温度传感器5由四个温度传感器组成，分别间隔设置在第一环半导体冷却组件4-1，第二环半导体冷却组件4-2，第三环半导体冷却组件4-3，第四环半导体冷却组件4-4的下端；环半导体冷却组件4，环温度传感器5和底半导体冷却组件6通过散热胶与绝缘导热性的冷却外套3紧密连接。冷却外套端盖7外缘与冷却外套3连接，冷却外套端盖7内环与出水部2外壁连接，对冷却外套3起到支撑作用，便于电源线与传感器线的进出。
控制系统8包括温度处理模块8-1、电源模块8-2，CPU模块8-3，通讯模块8-4，底半导体冷却组件控制模块8-5和环半导体冷却组件控制模块8-6；其中，温度处理模块8-1包括四个子模块，分别对应连接环温度传感器5中的四个温度传感器，具体是温度处理模块8-1中四个子模块通过连接线9与环温度传感器5中的四个温度传感器分别对应连接；环半导体冷却组件控制模块8-6包括四个子环半导体冷却组件控制模块，环半导体冷却组件控制模块8-6中的四个子环半导体冷却组件控制模块分别与环半导体冷却组件4中的四个环半导体冷却组件对应连接。电源模块8-2与控制系统各个模块电连接，为控制系统中各个模块提供电源。CPU模块8-3分别与温度处理模块8-1、电源模块8-2，通讯模块8-4，底半导体冷却组件控制模块8-5和环半导体冷却组件控制模块8-6连接；CPU模块8-3比较采集的实时温度与用户通过通讯模块设置的控制温度，并计算实时温度与控制温度预设值的差值，控制底半导体冷却组件7-6和环半导体冷却组件7-4中对应半导体冷却组件的工作电流。
CPU模块8-3根据温度处理模块8-1的处理结果控制相应环半导体冷却组件控制模块8-6和底半导体冷却组件控制模块8-5。通讯模块8-4用于用户设置冷却温度等参数。CPU模块8-3负责通过温度处理模块8-1采集环温度传感器5的实时温度，并根据温度处理模块8-1的处理结果控制相应环半导体冷却组件4和底半导体冷却组件6的电流大小。温度处理模块8-1、底半导体冷却组件控制模块8-5和环半导体冷却组件控制模块8-6是常用的控制模块；电源模块8-2和通讯模块8-4为常用电源和通讯模块。
工作时，冷却水通过进水腔端盖1-2的连接口进入进水腔1-1，再通过进水腔分流底1-3将冷却水分流进入出水腔2-1，冷却水带走出水腔2-1四面和出水腔底面2-5上热量，通过出水腔下支撑环2-3，出水腔上支撑环2-2和出水腔端盖2-4将加热后的冷却水流出。控制系统8通过连接线9采样环温度传感器5中四个温度传感器，并根据温度检测结果，控制底半导体冷却组件6和环半导体冷却组件4中对应半导体冷却组件的工作电流，达到控制冷却的效果。
本发明半导体冷却装置应用于脉冲电场处理室时，是作为模块式的组成部件，单个或者多个安装在脉冲电场处理室，作为冷却装置，用作脉冲电场处理室温度控制，对脉冲电场处理室温度起到实时恒温调节功能。半导体冷却装置优选成对设置，分组对称设置在脉冲电场处理室中，应用时可根据脉冲电场处理室的实际尺寸增加或减少半导体冷却装置的数量。具体是，脉冲电场处理室包括处理室上模，密封圈，处理室，上电极，下电极，处理室下模和半导体冷却装置；处理室上模和处理室下模是具有相似的台柱型结构，其内部都具有从中心向两端的三级阶梯凹槽结构；分别以处理室上模和处理室下模与处理室处理区接触的一面为基准面，沿远离处理室处理区方向，机加工密封圈大小和厚度的第一级阶梯凹槽，第一级阶梯凹槽用于安装密封圈；继续沿远离处理室处理区方向，在第一级阶梯凹槽内部机加工小于密封圈的第二阶梯凹槽，第二级阶梯凹槽用于装载液体，再沿远离处理室处理区方向，在第二级阶梯凹槽内部设有第三阶梯凹槽，第三级阶梯用于收集液体并与水道连接；处理室上模与处理室下模中心都设有水道，处理室上模与处理室下模的水道两侧开有半导体冷却装置安装孔；处理室是圆柱形，其内部上下端都设有凹槽，上下凹槽通过中间细孔连接；处理室的上下侧边设有开槽，上电极本体和下电极本体从该开槽伸入；上电极包括上电极本体、两个方形半导体冷却装置安装孔和四个均布的圆形电极处理液通孔；上电极本体为圆柱体和矩形伸出部连接组成，上电极本体的圆柱体安装在处理室内部，上电极本体的矩形伸出部通过处理室的开槽伸入，以便与外加电场连接。下电极包括下电极本体、两个方形半导体冷却装置安装孔和四个均布的圆形电极处理液通孔，下电极本体由一圆柱体与矩形伸出部连接组成，下电极本体的圆形部分安装在处理室内部，下电极本体的矩形伸出部通过处理室处理区的开槽伸入，以便与外加电场连接。四个半导体冷却装置分成两组，处理室上模嵌入2个，处理室下模嵌入2个，嵌入处理室上模的2个半导体冷却装置对称分布在处理室上模水道的两侧，嵌入处理室上模的半导体冷却装置通过上电极上的方形半导体冷却装置安装孔插到处理室与上电极之间的位置。嵌入处理室下模的个半导体冷却装置对称分布在处理室下模水道的两侧，嵌入处理室下模的半导体冷却装置通过下电极上的方形半导体冷却装置安装孔插到处理室与下电极之间的位置。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，例如，本发明包括环半导体冷却组件4，可根据实际冷却效果和冷却外套3的长度增加或减少环半导体冷却组件4的数量等。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置，其特征在于包括进水部、出水部、冷却外套、环半导体冷却组件、环温度传感器、底半导体冷却组件和冷却外套端盖；进水部的进水腔，出水部的出水腔和冷却外套都为方形空腔结构，进水腔位于出水腔内，出水腔位于冷却外套内；进水腔上端和下端分别设有进水腔端盖和进水腔分流底，进水腔分流底设有通孔；出水腔上支撑环和出水腔下支撑环间隔地套装在进水腔外表面与出水腔内表面之间；出水腔上支撑环和出水腔下支撑环都设有通孔；底半导体冷却组件和环半导体冷却组件都由TEC101705半导体制冷片组成，底半导体冷却组件和环半导体冷却组件都分别与电源连接；底半导体冷却组件通过散热胶固定在出水部底部，环半导体冷却组件的第一环半导体冷却组件、第二环半导体冷却组件、第三环半导体冷却组件和第四环半导体冷却组件分别固定在出水部与冷却外套之间的四个面上；环温度传感器由四个温度传感器组成，分别间隔设置在第一环半导体冷却组件，第二环半导体冷却组件，第三环半导体冷却组件，第四环半导体冷却组件的下端；控制系统分别与环半导体冷却组件、环温度传感器、底半导体冷却组件连接。
2.根据权利要求1所述的应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置，其特征在于：所述进水腔分流底设有四个均匀分布的通孔。
3.根据权利要求1所述的应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置，其特征在于：所述出水腔上支撑环和出水腔下支撑环都均布四个矩形通孔。
4.根据权利要求1所述的应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置，其特征在于：冷却外套端盖外缘与冷却外套连接，冷却外套端盖内环与出水部外壁连接。
5.根据权利要求1所述的应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置，其特征在于：环半导体冷却组件，环温度传感器和底半导体冷却组件通过散热胶与绝缘导热性的冷却外套紧密连接。
6.根据权利要求1所述的应用于脉冲电场处理室的半导体冷却装置，其特征在于：所述控制系统包括温度处理模块、电源模块，CPU模块，通讯模块，底半导体冷却组件控制模块和环半导体冷却组件控制模块；温度处理模块包括四个子模块，分别对应连接环温度传感器中的四个温度传感器；环半导体冷却组件控制模块中的四个子环半导体冷却组件控制模块分别与环半导体冷却组件中的四个环半导体冷却组件对应连接；电源模块与各个模块电连接；CPU模块分别与温度处理模块、通讯模块、底半导体冷却组件控制模块和环半导体冷却组件控制模块连接。
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