CN103644681B - 地热恒温控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地热恒温控制装置，包括恒温箱体，所述恒温箱体内设有散热器，所述恒温箱体上镶嵌设有与所述散热器连接的半导体制冷器，所述半导体制冷器连接有控制电路，所述恒温箱体外表面设有与所述半导体制冷器相连接的集热装置，所述散热器、半导体制冷器和集热装置构成第一级热泵系统，所述第一级热泵系统连接第二级热泵系统，所述第二级热泵系统包括与所述集热装置依次连接的位于变温层的导热装置和位于地热恒温层的热交换装置。本发明由地表恒温层提供地热源，通过半导体制冷器调节输入恒温箱体内的热能达到恒温效果，温控精度高，使用范围广。
Description
技术领域
本发明涉及温控领域，特别涉及一种利用地热能做热源的地热恒温控制装置。
背景技术
户外安装的精密仪器仪表对安装环境有较高的要求，尤其是温度对精密仪器仪表的影响，一般很难在户外能提供近乎实验室的环境，使得仪器仪表在安装后实际精度降低。为了保证精密仪器仪表在户外安装后的精度，现有技术采用低温飘器件来设计制造精密仪器仪表，尽量规避温度的影响，但这增加了设计难度也提高了成本；还有一些采用空调压缩机做温控，为精密仪器仪表提供近似恒温的工作温度环境。但采用空调压缩机会引入振动源，这在光学精密仪器仪表领域是被严格禁止的，而且用空调压缩机做温控在户外温度低于0℃时效率大大降低，因为空调压缩机工作一会儿之后室外机结冰最终会导致停机无法正常运行，有明显的使用环境范围限制。同时，用空调压缩机做温控这种方式温控精度一般约为1℃—5℃，而高精密的光学仪器需要近乎恒温+/-0.1℃的温控精度，目前的温控技术很难兼顾以上技术要求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中所存在的上述不足，提供一种温控精度高，使用范围广的地热恒温控制装置。
为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：
一种地热恒温控制装置，包括恒温箱体，所述恒温箱体内设有散热器，所述恒温箱体上镶嵌设有与所述散热器连接的半导体制冷器，所述半导体制冷器连接有控制电路，所述恒温箱体外表面设有与所述半导体制冷器相连接的集热装置，所述散热器、半导体制冷器和集热装置构成第一级热泵系统，所述第一级热泵系统连接第二级热泵系统，所述第二级热泵系统包括与所述集热装置依次连接的位于变温层的导热装置和位于地热恒温层的热交换装置。本发明采用两级热泵系统，第二级热泵系统中的热交换装置、导热装置将地热交换、导入至恒温箱体外由集热装置吸收，第一级热泵系统中的所述集热装置通过半导体制冷器与恒温箱体内部散热器产生热交换，间接使位于恒温层的热交换器装置与恒温箱体内部散热器通过半导体制冷器产生热交换。由地表恒温层提供地热源，通过控制电路控制半导体制冷器调节输入恒温箱体内的热能达到恒温效果，温控精度高，使用范围广。
优选的，所述集热装置为集热器。
优选的，所述导热装置为铜棒导热装置。
进一步的，所述铜棒导热装置外套设有保温管。铜棒导热装置套设保温管可防止铜棒导热装置与变温层做热交换从而产生不必要的热损失，提高热泵效率。
优选的，所述热交换装置为热交换器。
进一步的，所述热交换器为铝合金热交换器。
优选的，所述散热器上安装有风扇。采用风扇可将热量均匀疏导至恒温箱体的内部，提高温控精度。
优选的，所述恒温箱体内表面设有保温材料层。保温材料层可阻断恒温箱体与外部空气的热交换，确保温度稳定。
优选的，所述恒温箱体为不锈钢恒温箱体，不易腐蚀，延长恒温箱体使用寿命。
所述控制电路包括温度传感器，用于检测恒温箱体内的温度；和控制器，用于将温度传感器输出的温度电压信号与目标温度比较计算处理后根据计算处理结果控制半导体制冷器上的电压、电流的大小和方向实现制冷或制热。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明采用两级热泵系统，第二级热泵系统中的热交换装置、导热装置将地热交换、导入至恒温箱体外由集热装置吸收，第一级热泵系统中的所述集热装置通过半导体制冷器与恒温箱体内部散热器产生热交换，间接使位于恒温层的热交换器装置与恒温箱体内部散热器通过半导体制冷器产生热交换。本发明由地表恒温层提供地热源，通过控制电路控制半导体制冷器调节输入恒温箱体内的热能达到恒温效果，温控精度高，使用范围广。
附图说明：
图1为本发明的地热恒温控制装置示意图。
图2为本发明中的控制电路框图。
图中标记：1-恒温箱体，2-保温材料层，3-散热器，4-半导体制冷器，5-集热装置、6-保温管，7-导热装置，8-热交换装置，9-风扇。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例：
如图1所示，本实施例的地热恒温控制装置，包括恒温箱体1，所述恒温箱体1内设有散热器3，所述恒温箱体1上镶嵌设有与所述散热器3连接的半导体制冷器4，所述半导体制冷器4连接有控制电路（图未示），控制电路位于恒温箱体1上。所述恒温箱体1外表面设有与所述半导体制冷器4相连接的集热装置5，所述散热器3、半导体制冷器4和集热装置5构成第一级热泵系统，所述第一级热泵系统连接第二级热泵系统，所述第二级热泵系统包括与所述集热装置5依次连接的位于变温层的导热装置7和位于地热恒温层的热交换装置8。
本发明采用两级热泵系统，第二级热泵系统中的热交换装置8、导热装置7将地热交换、导入至恒温箱体外由集热装置5吸收，第一级热泵系统中的所述集热装置5通过半导体制冷器4与恒温箱体1内部散热器3产生热交换，间接使位于恒温层的热交换器装置8与恒温箱体1内部散热器3通过半导体制冷器4产生热交换。本发明由地表恒温层提供地热源，通过控制电路控制半导体制冷器调节输入恒温箱体内的热能达到恒温效果，温控精度高；地热不受环境因素影响，本发明使用范围广泛。
所述集热装置5为集热器，集热器仅仅只是简单的热沉为半导体制冷器提供热源。所述导热装置7优选为铜棒导热装置，其导热快，便宜成本低，便于施工，当然也可以采用热管或铝棒等作导热装置。所述铜棒导热装置外套设有保温管，例如塑料保温管。铜棒导热装置套设保温管可防止铜棒导热装置与变温层做热交换从而产生不必要的热损失，提高热泵效率。所述热交换装置8为热交换器。所述热交换器优选为铝合金热交换器，铝合金比较便宜，导热性能约为铜的2/3但同等重量铝合金的表面积更大，可以接触更多的地热源，所以采用铝合金热交换器。
所述散热器3上安装有风扇9，采用风扇9可将热量均匀疏导至恒温箱体1的内部，提高温控精度。所述恒温箱体1内表面设有保温材料层，保温材料层可阻断恒温箱体1与外部空气的热交换，确保温度稳定。所述恒温箱体1为不锈钢恒温箱体，不易腐蚀，延长恒温箱体使用寿命。
本发明地热恒温控制装置工作时，地热由位于恒温层的铝合金热交换器收集，通过铜棒做导热介质与集热器产生热交换，形成第一级热泵，其中铜棒套保温管防止其与变温层做热交换从而产生不必要的热损失，提高热泵效率。集热器通过半导体制冷器与散热器产生热交换形成第二级热泵。使得位于恒温层铝合金热交换器与散热器通过半导体制冷器产生热交换。散热器通过风扇将热量均匀疏导至恒温箱体内部，而恒温箱体内表面设有高性能保温材料层，保温材料层可阻断恒温箱体与外部空气的热交换，确保温度稳定。高性能保温材料为现有技术，不再详述。
参看图2，用于通过控制半导体制冷器调节输入恒温箱体内的热能达到恒温效果的控制电路包括温度传感器（位于恒温箱体内表面），用于检测恒温箱体内的温度；和控制器，用于将温度传感器输出的温度电压信号与目标温度比较计算处理后根据计算处理结果控制半导体制冷器上的电压、电流的大小和方向实现制冷或制热。为了保证温度控制的精确性，所述控制器通过并联的放大器和补偿放大器与半导体制冷器连接。控制器输出的大电流信号通过放大器放大后送入半导体制冷器实现制冷或制热，控制器输出的用于微调的小电流信号通过补偿放大器送入半导体制冷器。控制器用于设定和稳定半导体制冷器的温度。需要说明的是，所述控制器为现有技术，例如可以采用MAX1968芯片来实现。
本发明地热恒温控制装置的成本低、易生产、适用各种气候环境、控温精度高、无振动。本发明采用两级热泵系统，第二级热泵系统中的热交换装置、导热装置将地热交换、导入至恒温箱体外由集热装置吸收，第一级热泵系统中的所述集热装置通过半导体制冷器与恒温箱体内部散热器产生热交换，间接使位于恒温层的热交换器装置与恒温箱体内部散热器通过半导体制冷器产生热交换。本发明由地表恒温层提供地热源，通过控制电路精确控制半导体制冷器调节输入恒温箱体内的热能达到恒温效果，温控精度高，地热不受环境因素影响，使用范围广。
Claims (9)
1.一种地热恒温控制装置，包括恒温箱体，所述恒温箱体内设有散热器，所述恒温箱体上镶嵌设有与所述散热器连接的半导体制冷器，所述半导体制冷器连接有控制电路，所述恒温箱体外表面设有与所述半导体制冷器相连接的集热装置，其特征在于，所述散热器、半导体制冷器和集热装置构成第一级热泵系统，所述第一级热泵系统连接第二级热泵系统，所述第二级热泵系统包括与所述集热装置依次连接的位于变温层的导热装置和位于地热恒温层的热交换装置；其中，所述控制电路包括：温度传感器，用于检测恒温箱体内的温度；和控制器，用于将温度传感器输出的温度电压信号与目标温度比较计算处理后根据计算处理结果控制半导体制冷器上的电压、电流的大小和方向实现制冷或制热。
2.根据权利要求1所述的地热恒温控制装置，其特征在于，所述集热装置为集热器。
3.根据权利要求1所述的地热恒温控制装置，其特征在于，所述导热装置为铜棒导热装置。
4.根据权利要求3所述的地热恒温控制装置，其特征在于，所述铜棒导热装置外套设有保温管。
5.根据权利要求1所述的地热恒温控制装置，其特征在于，所述热交换装置为热交换器。
6.根据权利要求5所述的地热恒温控制装置，其特征在于，所述热交换器为铝合金热交换器。
7.根据权利要求1所述的地热恒温控制装置，其特征在于，所述散热器上安装有风扇。
8.根据权利要求1所述的地热恒温控制装置，其特征在于，所述恒温箱体内表面设有保温材料层。
9.根据权利要求1所述的地热恒温控制装置，其特征在于，所述恒温箱体为不锈钢恒温箱体。
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