CN105674617A - 一种风冷型半导体制冷恒温设备 - Google Patents

Abstract

一种高精度的风冷型半导体制冷恒温设备，本发明属于工业制冷领域，包括温度传感器、流量传感器、冷媒箱、泵、板翅式散热器、制冷片组件、调速风扇、板翅式散热器、流量调节阀、可调直流电源和控制器；所述温度传感器、流量传感器、冷媒箱、泵、板翅式散热器、制冷片组件、调速风扇、板翅式散热器、流量调节阀、可调直流电源、控制器之间相互固定连接；本发明提出的一种风冷型半导体制冷设备，通过温度传感器、流量传感器、可调直流电源、调速风扇、流量调节阀同时监测和调节系统的流量值和温度值，最终实现高精度的温度控制。

Description

一种风冷型半导体制冷恒温设备

技术领域

本发明属于工业制冷领域，特别是涉及风冷型半导体制冷恒温设备，所涉及的恒温设备装置中的应用制冷片能获得一定制冷量的，并且该制冷片的热端采用风冷方式散热。

背景技术

半导体制冷主要是帕尔帖效应在制冷领域的应用。半导体制冷技术的主要优点有：1)、在制冷片两端接通直流电源，可立刻生成一定制冷量，制冷迅速，操作简单；2)、与压缩相变制冷相比，无可动部件，无摩擦损伤，可靠性强；3)、制冷量仅受制冷片性能参数、散热情况、电流大小影响，容易实现高精度温度控制；4)、不需要冷媒，无污染。半导体制冷技术尤其适用于制冷量不大，又要求装置非常紧凑的场合。目前，该技术广泛应用于国防、科研试验、工业和医疗卫生等领域，实现对仪器仪表、电子元件、药品、疫苗等的冷却、加热和恒温控制；在工业及民用领用，半导体制冷技术也被逐渐受到重视。

对此，国家局于2010年1月13号公布了一份名为“半导体制冷、制热设备和空调”、申请号为“200910090702.2”的中国专利文献，该案中公开了一种半导体制冷、制热设备和空调，它侧重于解决隔离制冷片冷端和热端并获得较好制冷效果的的问题，提出了两个换热器的方法把半导体制冷片冷、热端的能量分别带出。然而，该案并没有解决“对变化热负荷的恒定温控需求”的问题，但在工业上，我们会常常遇到对变化热负荷的恒定温控需求方面的问题。因此，本发明为了解决工业上发热部件需恒定温度环境工作的问题，提出了一种基于半导体制冷技术的风冷型半导体制冷恒温设备。

发明内容

本发明针对以上的问题，提供一种易于实现高精度温度控制的半导体制冷恒温设备，用于解决工业领域中的动态热负荷的恒定温控难题。

本发明的技术方案是：一种风冷型半导体制冷恒温设备，包括：温度传感器、流量传感器、冷媒箱、泵、换热器、制冷片组件、第一调速风扇、第二调速风扇、第一板翅式散热器、第二板翅式散热器、流量调节阀、可调直流电源、控制器，

所述温度传感器的出口与流量传感器的进口连接，所述流量传感器的出口与冷媒箱的进口连接，所述冷媒箱的出口与泵的进口连接，所述泵的出口与换热器的进口连接，所述换热器的出口与流量调节阀的进口连接；

所述换热器、制冷片组件和第一板翅式散热器、第二板翅式散热器之间固定连接；所述第一调速风扇、第二调速风扇安设于第一板翅式散热器、第二板翅式散热器的外部；

所述控制器的信号输入口通过数据线与所述温度传感器和流量传感器连接，所述控制器的信号输出口通过数据线分别与流量调节阀和可调直流电源连接。

所述第一板翅式散热器及第二板翅式散热器包括底板和固定连接于底板上的散热翅片；

在所述第一板翅式散热器、第二板翅式散热器的底板上分别开设有底板通孔一，在所述底板通孔一的内部穿设有第一紧固件，

所述第一紧固件包括第一螺杆、第一螺母、弹簧垫圈、第一垫圈和第二垫圈；所述第一螺杆穿设于底板通孔一的内部，将第一板翅式散热器、第二板翅式散热器固定连接，所述第一螺母通过螺旋纹与所述第一螺杆的头部固定连接，在所述第一螺母与第一板翅式散热器的连接处从外到内分别安设有弹簧垫圈及第一垫圈，在所述第一螺杆的根部与第二板翅式散热器连接处之间设有第二垫圈。

在所述底板上还开设有底板通孔二，在所述第一板翅式散热器和第二板翅式散热器的外部分别设置有“U”形风罩，在所述“U”形风罩上还开设有风罩通孔，在所述风罩通孔和底板通孔二中穿设有第二紧固件，

所述第二紧固件包括第二螺杆和第二螺母，所述第二螺杆穿设于所述两孔之间，所述第二螺母通过螺纹与第二螺杆连接。

所述“U”形风罩的长度大于第一、二板翅式散热器的翅片长度。

在所述制冷片组件、换热器和第一板翅式散热器及第二板翅式散热器之间均设置有导热强化材料，所述导热强化材料为导热硅脂、银箔、铜箔、铝箔之一。

本发明的有益效果：本发明提出的一种风冷型半导体制冷设备，通过温度传感器、流量传感器、可调直流电源、调速风扇、流量调节阀同时监测和调节系统的流量值和温度值，最终实现高精度的温度控制。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为设备流量传感器后置示意图；

图3为若干个制冷片串联组成制冷片组件示意图；

图4为偶数个制冷片等量分成两组并联组成制冷片组件示意图；

图5为制冷片的第一种弹性挤压结构示意图；

图6为制冷片第二种弹性挤压结构示意图；

图7为调速风扇设置于翅片侧端示意图；

图8为带有梳齿结构的板翅式散热器的结构示意图；

图9为调速风扇侧置时的风罩结构示意图。

其中图1是温度传感器；

2是流量传感器；

3是冷媒箱；

4是泵；

5是换热器；

6是制冷片组件，61是制冷片，62是导线；

7a是第一调速风扇，7b是第二调速风扇；71是动力驱动元件；

8a是第一板翅式散热，8b是第二板翅式散热器，81是底板通孔一，82是加强筋结构；

9是流量调节阀；

10为可调直流电源；

11是控制器；

12是第一紧固件，121是第一螺杆，122是第一螺母，123是弹簧垫圈，124a是第一垫圈，124b是第二垫圈；

125是压缩弹簧；

13是“U”形风罩；131是风罩通孔；

14是第二紧固件。

具体实施方式

如图1-9所示，一种风冷型半导体制冷恒温设备，包括：温度传感器1、流量传感器2、冷媒箱3、泵4、换热器5、制冷片组件6、第一调速风扇7a、第二调速风扇7b、第一板翅式散热器8a、第二板翅式散热器8b、流量调节阀9、可调直流电源10、控制器11，

所述温度传感器1的出口与流量传感器2的进口连接，所述流量传感器2的出口与冷媒箱3的进口连接，所述冷媒箱3的出口与泵4的进口连接，所述泵4的出口与换热器5的进口连接，所述换热器5的出口与流量调节阀9的进口连接；

对于流量控制，所述流量传感器2实时向控制器11发送流量信号，所述控制器11根据设定流量值实时向流量调节阀9发送开度调节信号，通过负偏差控制使流量恒定在设定值；对于温度控制，所述温度传感器1实时向控制器11发送温度信号，所述控制器11根据设定温度值实时向可调直流电源9和第一及第二调速风扇发送控制信号，通过改变可调直流电源10的输出电流和第一及第二调速风扇的转速可实现温度的高精密控制；

优选的，所述流量传感器2还可以设置于换热器5与流量调节阀9之间，所述流量传感器2的进口与所述换热器5的出口连接，所述流量传感器2的出口与流量调节阀9的进口连接，所述优选方案可消除因置入式温度传感器扰乱流场而影响流量传感器测量精度的问题；此外，流量传感器2设置于流量调节阀9的前端，使它更易于快速地响应流量调节阀9开度调整带来的流量变化，进而可以更好地精确调节流量；

所述换热器5、制冷片组件6和第一板翅式散热器8a、第二板翅式散热器8b之间固定连接；所述换热器5、制冷片组件6和第一板翅式散热器8a、第二板翅式散热器8b之间固定连接；所述第一调速风扇7a、第二调速风扇7b安设于第一板翅式散热器8a、第二板翅式散热器8b的外部；当所述第一及第二调速风扇运转时，在板翅式散热器内形成受迫对流换热，带走由制冷片组件6生成的热量；所述换热器5的两端分别设置有制冷片组件6、第一及第二板翅式散热器和第一及第二调速风扇，进而可提高换热器5单位面积上的制冷功率；在所述第一调速风扇7a、第二调速风扇7b上还设有动力驱动元件71，所述动力驱动元件71用以驱动第一调速风扇7a及第二调速风扇7b。

所述控制器11的信号输入口通过数据线与所述温度传感器1和流量传感器2连接，所述控制器11的信号输出口通过数据线分别与流量调节阀9和可调直流电源10连接；这样可以实时的获取回流温度和循环流量信息，所述回流温度的稳定程度作为评价温控效果的指标；

其中所述制冷片组件6由若干个制冷片61通过导线62连接串联组成，所述制冷片组件6还可以由偶数个制冷片61等量分成两组通过导线62连接并联组成。

所述第一板翅式散热器8a及第二板翅式散热器8b包括底板和固定连接于底板上的散热翅片；所述散热翅片为梳齿结构，在所述散热翅片与底板的连接处还设有加强筋结构82；所述梳齿结构可以提高流经气流的紊乱程度，增大换热面积，能更好的强化换热；所述加强筋结构82可以提高底板在一个方向上的刚度，进而使得所述第一及第二板板翅式散热器的底板厚度可适当减薄以减少热阻，另外，刚度的增大使得所述第一及第二板板翅式散热器可以用更大的力去挤压制冷片组件6，有利于消除间隙，提高传热。

在所述第一板翅式散热器8a、第二板翅式散热器8b的底板上分别开设有底板通孔一81，在所述底板通孔一81的内部穿设有第一紧固件12，

所述第一紧固件12包括第一螺杆121、第一螺母122、弹簧垫圈123、第一垫圈124a和第二垫圈124b；所述第一螺杆121穿设于底板通孔一81的内部，将第一板翅式散热器8a、第二板翅式散热器8b固定连接，所述第一螺母122通过螺旋纹与所述第一螺杆121的头部固定连接，在所述第一螺母122与第一板翅式散热器8a的连接处从外到内分别安设有弹簧垫圈123及第一垫圈124a，在所述第一螺杆121的根部与第二板翅式散热器8b连接处之间设有第二垫圈124b，所述制冷片组件6通常是由陶瓷材料制成，且厚度较薄，挤压不均衡会发生脆性破裂；通过第一紧固件12及弹簧垫圈123的弹性调节，可以使得制冷片组件6的挤压力更为均匀；

优选的，所述的弹簧垫圈123还可以优选为压缩弹簧125；通过压缩弹簧125的弹性调节，这样也可以使得制冷片组件6的挤压力更为均匀。

在所述底板上还开设有底板通孔二，在所述第一板翅式散热器8a和第二板翅式散热器8b的外部分别设置有“U”形风罩13，在所述“U”形风罩上13还开设有风罩通孔131，在所述风罩通孔131和底板通孔二中穿设有第二紧固件14，

所述第二紧固件14包括第二螺杆和第二螺母，所述第二螺杆穿设于所述两孔之间，所述第二螺母通过螺纹与第二螺杆连接；当所述第一及第二调速风扇设置于所述第一及第二板翅式散热器上的散热翅片的侧端时，这样就可以保证此时气流能更多地带走热量。

所述“U”形风罩13的长度大于第一、二板翅式散热器的翅片长度；这样可以使得使第一及第二调速风扇与第一及第二板翅式散热器上的翅片端面之间留有一定的间隙；当所述第一及第二调速风扇的叶片旋转时，受叶片形状和离心力影响临近区域的风压严重不均衡，此“间隙”可有效缓解流经翅片风量不均的问题。

在所述制冷片组件6、换热器5和第一板翅式散热器8a及第二板翅式散热器8b之间均设置有导热强化材料，所述导热强化材料为导热硅脂、银箔、铜箔、铝箔之一。

Claims (5)

1.一种风冷型半导体制冷恒温设备，其特征在于，包括：温度传感器、流量传感器、冷媒箱、泵、换热器、制冷片组件、第一调速风扇、第二调速风扇、第一板翅式散热器、第二板翅式散热器、流量调节阀、可调直流电源、控制器，

所述温度传感器的出口与流量传感器的进口连接，所述流量传感器的出口与冷媒箱的进口连接，所述冷媒箱的出口与泵的进口连接，所述泵的出口与换热器的进口连接，所述换热器的出口与流量调节阀的进口连接；

所述换热器、制冷片组件和第一板翅式散热器、第二板翅式散热器之间固定连接；所述第一调速风扇、第二调速风扇安设于第一板翅式散热器、第二板翅式散热器的外部；

所述控制器的信号输入口通过数据线与所述温度传感器和流量传感器连接，所述控制器的信号输出口通过数据线分别与流量调节阀和可调直流电源连接。

2.根据权利要求1所述的一种风冷型半导体制冷恒温设备，其特征在于，所述第一板翅式散热器及第二板翅式散热器包括底板和固定连接于底板上的散热翅片；

在所述第一板翅式散热器、第二板翅式散热器的底板上分别开设有底板通孔一，在所述底板通孔一的内部穿设有第一紧固件，

所述第一紧固件包括第一螺杆、第一螺母、弹簧垫圈、第一垫圈和第二垫圈；所述第一螺杆穿设于底板通孔一的内部，将第一板翅式散热器、第二板翅式散热器固定连接，所述第一螺母通过螺旋纹与所述第一螺杆的头部固定连接，在所述第一螺母与第一板翅式散热器的连接处从外到内分别安设有弹簧垫圈及第一垫圈，在所述第一螺杆的根部与第二板翅式散热器连接处之间设有第二垫圈。

3.根据权利要求1所述的一种风冷型半导体制冷恒温设备，其特征在于，在所述底板上还开设有底板通孔二，在所述第一板翅式散热器和第二板翅式散热器的外部分别设置有“U”形风罩，在所述“U”形风罩上还开设有风罩通孔，在所述风罩通孔和底板通孔二中穿设有第二紧固件，

所述第二紧固件包括第二螺杆和第二螺母，所述第二螺杆穿设于所述两孔之间，所述第二螺母通过螺纹与第二螺杆连接。

4.根据权利要求3所述的一种风冷型半导体制冷恒温设备，其特征在于，所述“U”形风罩的长度大于第一、二板翅式散热器的翅片长度。

5.根据权利要求1所述的一种风冷型半导体制冷恒温设备，其特征在于，在所述制冷片组件、换热器和第一板翅式散热器及第二板翅式散热器之间均设置有导热强化材料，所述导热强化材料为导热硅脂、银箔、铜箔、铝箔之一。