CN207635649U - 半导体制冷装置 - Google Patents

Abstract

半导体制冷装置，用于挥发性有机化合物制冷领域，包括可密封的壳体和半导体制冷片，所述半导体制冷片设置于壳体内腔或壳体实体部分上，半导体制冷片冷端连接导冷块，热端连接散热结构；所述壳体上还穿设有管内分段填充有不同的填料的硅烷化管。本实用新型设置的半导体制冷片，通过导冷块的传递效应，可迅速降低其周边的环境温度，使壳体内腔各部件以及壳体周边达到快速制冷的目的，其热端连接的散热结构可迅速散发热端温度，进一步提高制冷效果。本实用新型结构尺寸范围小，制冷快，不会有制冷剂污染，可靠保证了实验设备内部的温度，硅烷化管内设置的不同的吸附剂可有效吸附目标挥发性有机化合物以及二氧化碳等气体，有效保证了实验的准确性。

Description

半导体制冷装置

技术领域

本实用新型属于实验室设备内部使用的制冷装置，尤其涉及应用于挥发性有机化合物分析、监测等设备制冷装置。

背景技术

实验室设备使用时，尤其是较为精确的实验设备对环境温度要求较高，需要设定在一定的范围内。目前大多数实验室设备内部使用的制冷装置制冷常用的介质是：水、液氮、压缩机制冷、深冷泵等。水或液氮作为制冷介质需要一定的载体和设备，会占据较大的空间，还具有一定的密封要求，安装和使用都不方便，成本高；而压缩机制冷和深冷泵制冷设备由于具有某些运动部件，同样占据的安装空间大、过于笨重、价格昂贵，同时还会有制冷剂的污染等问题，且不容易在小型仪器上实现。

而且，目前对实验室设备使用环境的考量，都是基于实验场地的环境温度的控制、空气中的湿度以及其他气体分子的限定。然而，设备在使用过程中，尤其是目标挥发性有机化合物的环境，如高、低浓度总挥发性有机化合物在线分析、监测设备，其在进样或实验、监测过程中的挥发性有机化合物，对测量环境的要求是有着比较高的要求的，从而影响测量的准确性。

因此，有必要对上述结构进行改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种实验室设备内部使用的制冷装置，既可保证实验设备所需的测试温度，同时可保证实验设备内部环境，以保证实验室设备测试的准确性。

本实用新型提供的半导体制冷装置，包括可密封的壳体和半导体制冷片，所述半导体制冷片设置于所述壳体内腔或壳体实体部分上，所述半导体制冷片冷端连接导冷块，热端连接散热结构；于所述壳体上，还穿设有管内分段填充有不同的填料的硅烷化管。

作为本实用新型的一种可选的结构，所述硅烷化管内分别填充有吸附剂填料和活性炭填料，所述吸附剂填料和所述活性炭填料之间以及所述硅烷化管两端管口内设有隔离件。

作为本实用新型的一种可选的结构，所述吸附剂填料采用可吸附挥发性化合物的吸附剂。

作为本实用新型的一种可选的结构，所述导冷块设有通槽，所述硅烷化管设置于所述通槽的中间位置。

进一步地，所述导冷块包括底板和两行导冷板，所述底板其中的一平面与所述半导体制冷片冷端贴合连接，所述两行导冷板是由所述底板的另一平面向上延伸、且由多块支板呈间隔排列组成，所述两行导冷板之间的间距形成所述的通槽，所述硅烷化管设于所述的通槽内。

作为本实用新型的一种可选的结构，在置于所述壳体内腔的所述硅烷化管上，还设有加热结构。

进一步地，所述加热结构为环设在所述硅烷化管外周的加热丝或者是贴设在所述硅烷化管外周的加热片。

作为本实用新型的一种可选的结构，所述硅烷化管外周与所述加热结构之间还设有温度测量部件。。

作为本实用新型的一种可选的结构，还包括一安装件，所述壳体和所述散热结构固定在所述安装件上。

作为本实用新型的一种可选的结构，所述散热结构包括散热器和散热风扇，所述散热器与所述半导体制冷片热端连接，所述散热风扇邻接所述散热器并固定在所述安装件上。

本实用新型所提供的半导体制冷装置，其设置的半导体制冷片充分利用半导体材料的Pelt ier效应，能够在较小的尺寸范围内，实现制冷的目的。由于没有运动部件，且结构尺寸小，不会在一些空间受到限制，可靠性高，也不会有制冷剂污染，可靠保证了实验设备内部的温度。同时，半导体制冷片通过导冷块5的传递效应，可迅速降低其周边的环境温度，使壳体内腔各部件以及壳体周边达到快速制冷的目的，其热端连接的散热结构可迅速散发热端温度，进一步提高制冷效果，有效保证了实验的准确性。本实用新型半导体制冷装置还进一步集成了加热功能，可快速升温以完成样品分析。样品转移结束后，样品中的水份和二氧化碳可依然保留在硅烷化管内利用氮气进行反吹排除到外面，有效保证了实验的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的实施例结构主视图；

图2为本实用新型提供的实施例结构侧视图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

还需要说明的是，本实用新型实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。

参见图1和图2，本实用新型提供了一种半导体制冷装置的实施例结构，用于高、低浓度总挥发性有机化合物在线分析、监测设备，包括一可密封的壳体2和半导体制冷片8，其中半导体制冷片8是由许多N型和P型半导体之颗粒互相排列而成，而N型和P型半导体之间以金属导体相连接构成一完整线路，最后由两片绝缘且导热良好的陶瓷片夹紧形成。作为热传递的工具，半导体制冷片8充分利用了半导体材料的Pel t ier效应，两端分别吸收热量和放出热量，从而产生温差，形成冷热端。所述半导体制冷片8可设置于壳体2的实体部分上，即可以如图1和图2所示嵌设在壳体2的其中一个侧壁上，冷端朝向壳体2的内腔，与设置于壳体2内腔的导冷块5连接，热端朝向壳体2之外，与外设的散热结构9连接；也可以设置在壳体2的内腔，冷端连接置于壳体2内腔的导冷块5，热端通过连接的散热结构9将热量传递于壳体2之外。这样，通过导冷块5的传递效应，可传导半导体制冷片8冷端的温度，以迅速降低其周边的环境温度，使壳体2内腔各部件以及壳体2周边达到快速制冷的目的。同时采用散热结构9可迅速散发热端温度，以进一步提高制冷效果。上述结构中，由于半导体制冷片8本身的吸热和放热效应即可实现制冷的目的，故而不需要其他相应的运动部件，结构空间小，可靠性较高，设置于设备上制冷效果佳。为了达到更低的温度，还通过在半导体制冷片8的热端连接散热结构9来实现，以主动散热的方式来降低热端温度，使冷端的温度进一步下降，进而达到更低的温度。这样，半导体制冷片8冷热端的温差可以达到40-65度以下，制冷时间短、速度快。同时，本实用新型于所述壳体2上，还穿设有表面经过硅烷化处理的金属管---硅烷化管1，该硅烷化管1管内分段填充有不同的填料6，可对挥发性有机化合物以及二氧化碳等气体具有很强的吸附力，也不需要在深冷的环境下工作，只需冷却到-10℃左右即可，而且在此温度下二氧化碳不被冷凝。因此，本实用新型设置在实验设备内部时不仅能够带来制冷效果，而且还可有效吸附空气中的挥发性的气体，样品转移结束后，样品中的水份和二氧化碳依然保留在硅烷化管1内，可用氮气进行反吹排除出，以保证下次实验过程中的水蒸汽不会累加，可靠地保证了实验的准确性。

请再参见图1和图2，本实用新型具体的实施例结构中，所述壳体2采用长方体结构或正方体，包括一端开口的底壳22和盖体21，所述底壳22具有一容置腔，用于安装与固定上述各部件的位置以及连接关系，安装完成后，通过盖体21封装，可形成一个内部密封的腔体，使实验室设备本身产生的温度不会影响硅烷化管1以及整体的制冷效果。这种结构设计，有利于各部件的安装的便利，拆卸也非常容易。可以理解地，壳体2可以根据其在实验设备内部的空间设置成不同的结构，而不仅限于上述长方体或正方体结构，如筒体形结构等，只要能保证各结构的安装、连接及密封即可。

请再参见图1和图2，本实用新型具体的实施例结构中，所述硅烷化管1内填充的填料6分别为吸附剂填料和活性炭填料，其中吸附剂填料可采用Tenax-GR，这种吸附剂的特点是不吸收水份但对挥发性有机化合物有很强的吸附力，不需在深冷的环境下工作，只需冷却到-10℃左右即可，在此温度下二氧化碳不会被冷凝；所述活性炭填料可根据需要采用各种类型的活性炭材料，可吸附空气中二氧化碳等。在吸附剂填料和活性炭填料之间以及所述硅烷化管1的两端的管口内(吸附剂填料和活性炭填料的另外一端)，还设有隔离件，可使吸附剂填料和活性炭填料通过隔离件隔离。所述隔离件可采用玻璃棉或其他材料，既可将两者隔离，使两者各司其职，充分施展其功能和不同的吸附效果，同时隔离件自身还可吸附一部分水蒸汽、微尘等。同时，在硅烷化管1的两端端部，还设有固定网，可采用不锈钢固定网或其他材料做成的网状构件，一方面可保证各种填料及隔离件的固定，避免使用时在气体的作用下移动，另一方面有利于各填料的吸附作用，而且，这种固定网可以拆卸，有利于各种填料的处理或/和更换，以保证其吸附的效果。为便于安装，将硅烷化管1的两端分别设置在壳体2的侧面，通过紧固件11固定。具体可将硅烷化管1的两端分别搁置在底壳22相对的侧端端面开设的定位位置，将盖体21封合后，用螺母锁紧，非常方便。

为达到更好的冷传递效果，本实用新型具体的实施例结构中，所述导冷块5设有通槽，硅烷化管1设置于通槽的中间位置，即导冷块5围合在硅烷化管1周围。这样，一方面可使硅烷化管1和壳体2能够得到均衡的冷传递，另一方面，在制冷时，硅烷化管1有三面同时受到制冷块温度传递，当温度为0℃时，结冰块不会使硅烷化管1上的其他结构结冰而引起短路。而且，当硅烷化管1升温时，制冷部件不会过多传递热量和储存热能量，可使下次制冷时快速降温，从时间上满足实时在线实验设备的需求。具体地，所述导冷块5包括底板52和两行导冷板51，底板52其中的一个平面(图示为底平面)与半导体制冷片8冷端贴合连接，两行导冷板51是由底板52上与半导体制冷片8冷端贴合面相背的另一平面(图示为上平面)向上延伸的多块支板呈间隔排列组成，由于两行导冷板51之间具有一定的间距，故在中间形成一通槽结构，即硅烷化管1被夹设在两行导冷板51内侧所形成的通槽内，两行导冷板51外侧邻接壳体2。这种结构设计，可使底板52与半导体制冷片8冷端具有较大的接触面积，能迅速吸收冷端的温度，同时两行导冷板51具有较大的比表面积，可将底板52的温度快速向周围的空间散发，使硅烷化管1和壳体2之间快速形成冷循环，硅烷化管1的制冷温度可达负20度左右。这种布局，空间小，结构紧凑，制冷快，效果好。可以理解地，上述结构中，导冷块5的设计可不仅仅限于图示所示的结构，如导冷板51可以是环绕结构或其他结构，只要可使硅烷化管1置于其中间位置，且与壳体2传递距离短，能够迅速接收冷端的温度，且同时能够迅速达到传递的效果，皆是本实用新型的保护范围。

本实用新型具体的实施例进一步的结构中，所述硅烷化管1中间部分置于壳体2的内腔，两端分别固定在壳体2的侧面，置于壳体2内腔的硅烷化管1中间部分还设有加热结构4，可根据工作需要将硅烷化管1快速加热至所需的温度，使其进入色谱柱完成色谱分析(样品分析)。该加热结构4设置在位于壳体2内腔的硅烷化管1上，具体可采用环设在硅烷化管1外周的加热丝或者是贴设在硅烷化管1外周的加热片，通过绝缘件3(石棉布或其他绝缘件)隔离，使硅烷化管1和加热结构4相互之间不导电。加热丝可选用镍铬丝，均布在硅烷化管1上，相互之间的两圈有一定的间隔。选用镍铬丝一方面便于缠绕，另一方面它具有较高的电阻率，表面抗氧化性好，温度级别高，并且在高温下有较高的强度，有良好的加工性能及可焊性，使用寿命长。升温速率快，达到60℃/秒，同时镍铬丝加热均匀，保温效果好，同时储存热能少，容易散发，可保证制冷时的效果。可以理解地，加热结构4也不仅限于上述的两种，只要能够保证能够对硅烷化管1均匀加热即可。

在硅烷化管1的外周与加热结构4之间，还设有温度测量部件10。所述温度测量部件10可采用热电偶，热电偶放置位于壳体2内腔的硅烷化管1的外部中间位置，与硅烷化管1之间通过绝缘件3隔开，相互之间不导电。热电偶主要可实时探测硅烷化管1的温度，由软件采集热电偶探测温度从而控制加热结构4的电源开关。

请再参见图1和图2，本实用新型具体的实施例结构中，还包括一安装件7，用于与实验设备连接，壳体2和散热结构9可固定在安装件7上。具体地，本实用新型实施例安装件7包括支撑杆71、支撑板72和支撑架73结构，其中支撑杆71连接于壳体2底部，用于固定壳体2，支撑板72和支撑架73用于固定散热结构9。所述散热结构9包括散热器91和散热风扇92，其中散热器91可采用散热片或其他散热结构，与半导体制冷片8热端连接，且固定在支撑板72上，散热风扇92邻接散热器91且置于散热器91下端，并固定在支撑架73上，可及时带走半导体制冷片8热端产生的热量，保证制冷的效果。

本实用新型实施例结构装配步骤如下：

S1.准备好一定长度、两端为敞口的硅烷化管1，先在管的一端装入60-80目的Tenax-GR吸附剂填料，然后再填入少量隔离棉，再在另一端填入20-40目的活性炭填料，即吸附剂填料和活性炭填料之间用隔离棉隔离，然后在管的两端分别再填入隔离棉，填充完毕之后在管的两端各放置不锈钢网，以固定管内的填充物使之不被气体移动；

S2.准备一端开口的长方体或正方体底壳22，然后将导冷块5安装在底壳22的底部位置，采用螺纹紧定或其他方式固定；

S3.将半导体制冷片嵌于底壳22底平面设置的孔中，冷端与导冷块底板52贴紧，热端置于底壳22底平面之外；

S4.将半导体制冷片8热端与散热器91贴合，使半导体制冷片8被压紧在导冷块底板52和散热器91中间，同时使散热器91固定在支撑板72上；

S5.将置于底壳22内的硅烷化管1部分的外周用绝缘件3(石棉布)包覆，然后将温度测量部件10(热电偶)放置在硅烷化管1的外周中间位置，一端延伸于底壳22之外，再将加热结构4(镍铬丝)均匀绕在硅烷化管1外周，相邻两圈之间间隔1MM，使加热丝、热电偶与硅烷化管1之间用石棉布隔离，相互之间不会导电。这样，热电偶可实时探测硅烷化管1在底壳22腔体内的温度，实现对硅烷化管1温度的控制；

S6.将硅烷化管1安装在两行导冷板51的中间通槽的中间位置，两端固定在底壳22上，用紧固件11(螺母)定位；

S7.将散热风扇92固定装在支撑架73上，邻接散热器91，为半导体制冷片8的热端散热；

S8.将底壳22上端开口部分加装盖体21，使之与底壳22形成一个内部密封的壳体2即可。

上述本实用新型结构紧凑，空间尺寸较小，具有制冷、吸附以及脱附加热多重功能，不仅仅可使用于高、低浓度总挥发性有机化合物在线分析、监测设备，还可以应用于具有相同要求的其他设备，具有十分广阔的应用前景。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.半导体制冷装置，其特征在于，包括可密封的壳体和半导体制冷片，所述半导体制冷片设置于所述壳体内腔或壳体实体部分上，所述半导体制冷片冷端连接导冷块，热端连接散热结构；于所述壳体上，还穿设有管内分段填充有不同的填料的硅烷化管。

2.如权利要求1所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述硅烷化管内分别填充有吸附剂填料和活性炭填料，所述吸附剂填料和所述活性炭填料之间以及所述硅烷化管两端管口内设有隔离件。

3.如权利要求2所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述吸附剂填料为可吸附挥发性化合物的吸附剂。

4.如权利要求1所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述导冷块设有通槽，所述硅烷化管设置于所述通槽的中间位置。

5.如权利要求4所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述导冷块包括底板和两行导冷板，所述底板其中的一平面与所述半导体制冷片冷端贴合连接，所述两行导冷板是由所述底板的另一平面向上延伸、且由多块支板呈间隔排列组成，所述两行导冷板之间的间距形成所述的通槽，所述硅烷化管设于所述的通槽内。

6.如权利要求1所述的半导体制冷装置，其特征在于，置于所述壳体内腔的所述硅烷化管上还设有加热结构。

7.如权利要求6所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述加热结构为环设在所述硅烷化管外周的加热丝或者是贴设在所述硅烷化管外周的加热片。

8.如权利要求6所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述硅烷化管外周与所述加热结构之间还设有温度测量部件。

9.如权利要求1-8任一项所述的半导体制冷装置，其特征在于，还包括一安装件，所述壳体和所述散热结构固定在所述安装件上。

10.如权利要求9所述的半导体制冷装置，其特征在于，所述散热结构包括散热器和散热风扇，所述散热器与所述半导体制冷片热端连接，所述散热风扇邻接所述散热器并固定在所述安装件上。