CN2612912Y - 大功率无液冷紧凑型恒温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大功率无液冷紧凑型恒温装置。属于半导体制冷或制热技术领域。本装置由保温盒、散热器、温度传感器、比例积分微分控制器和开关电源等构成。其特征是，本装置保温盒内设置有半导体热电器件和热容块，热电器件的上下表面分别与热容块和散热器相连，热容块另一面与被控的光电器件接触；温度传感器插入光电器件内，输出端与控制器连接，控制器的输出端通过导线与开关电源连接，开关电源的输出端与半导体热电器的电极引出端连接。本装置具体结构紧凑、无液体、体积小巧、加工简单、操作方便、无污染、制冷速度快、稳定可靠、成本较低、易于形成工业化生产；可广泛应用于光电领域中需要恒温的器件的控温，特别适和于需要有大的制冷、制热量的场合。

Description

大功率无液冷紧凑型恒温装置

                      技术领域

本实用新型涉及一种恒温装置，特别是一种大功率无液冷紧凑型恒温装置，属于半导体制冷或制热技术领域。

                      背景技术

一般而言，许多光电器都需要在恒温下或者较小的温度范围内工作。例如二极管激光器，随着工作温度的变化，激光器输出激光的波长会发生漂移，这种漂移对于此类激光器的某些应用是不允许的，如用做固体激光器的泵浦源。因此，为激光二极管配置一套恒温装置是非常必要的，以保证激光器无论处于什么温度下都能使得二极管工作温度相对稳定，输出激光波长稳定。

为解决上述问题，传统的技术方案如图1所示：将光电器件(如二极管激光器)1置于保温盒2内，保温盒2的盒壁环绕有盘管3，盘管3与制冷压缩机4相连，盘管3内通有制冷剂，为解决超低温(如-40℃)下提高光电器件工作温度的稳定性，一般在保温盒壁2内装有加热用电阻丝5。该技术方案控温效果较好、效率较高，但是，装置体积较大，结构较为复杂，制作成本较高，且有液漏隐患等缺陷。

                      发明内容

本实用新型的目的就是为了解决现有技术存在的缺陷，弥补不足，提供一种降温升温速度快，能够满足光电器件工作温度的要求、结构紧凑、无液漏隐患、无污染、成本低、性能良好的大功率无液冷紧凑型恒温装置。

为了实现上述目的，本实用新型所涉及的大功率无液冷紧凑型恒温装置的技术方案是这样完成的：本装置由保温盒、散热器、温度传感器，比例积分微分控制器和开关电源等构成。本恒温装置中装有半导体热电器件和热容块，且均设置在保温盒内；半导体热电器件由P型和N型半导体元件，上下陶瓷覆铜基板和电极引出导线组成。保温盒下部安装散热器，半导体热电器件的下表面与散热器上部相连，半导体热电器件的上表面与热容块的下表面相连，热容块的上表面直接与被控温的光电器件接触；温度传感器插入被控光电器件内，另一输出端与比例积分微分控制器连接；比例积分微分控制器的输出端通过导线与开关电源连接，开关电源的输出与半导体热电器件的电极引出导线连接。

本实用新型称的大功率无液冷紧凑型恒温装置，其特征是，设置的半导体热电器件可以是单片，也可以是由一片片的平铺或叠加成多层的多片构成。

本实用新型所称的恒温装置，其半导体热电器件借助直流电流中载流子的定向移动，将热量从热电器件的一侧陶瓷基板移至另一侧陶瓷基板，实现了热电器件一面吸热一面放热的制冷效应。若改变电极电源极性，其产生的吸热，放热效应恰好相反。热电器件的制冷量或制热量与冷热两端的温差，以及电压电流大小有关，其选择应综合分析光电器件的发热量，环境温度等因素。

本实用新型所称的恒温装置中的比例积分微分控制器，其功能是当被控对象的实际工作温度与设定工作温度有差异时，控制器仪表将针对这个偏差大小及正负特征自动进行比例调节(即输出控制量与偏听偏差值大小成比例)，积分调节(即输出控制量与偏差值的时间积分成正比)和微分调节(即输出控制量与偏差值随时间的变化率成正比)实时输出一个适当的控制信号控制开关电源的输出功率及输出极性，最后实时对温度无超调，无波动的控制。开关电源是一种输出功率可控的电源，根据控制器仪表的控制信号能够自动调节输出电压极性和大小，以实现半导体热电器件的制冷或制热功能。

本实用新型所称的恒温装置中的热容块起稳定光电器件工作温度的作用，热容块用紫铜板制作。

本实用新型所称的恒温装置中的散热器，其作用是将半导体热电器件传递给光电器件的热量散发到环境中。或从环境中吸热供给半导体热电器件的另一端。为使热电器能够高效率制冷或制热，必须尽量降低热电器件冷热陶基片的温差。因此，应尽量选择热阻较小的散热器。

本实用新型所称的大功率无液冷紧凑型恒温装置，具有构思新颖，结构紧凑，制冷制热量大、体积小巧、安装方便、无需液态制冷剂及压缩机、无污染、制冷速度快、控制性能好易于工业化批量生产等优点；它可广泛用于光电领域中需要恒温工作的器件的控温，特别适宜于需要有大的制冷、制热量的场合。

                        附图说明

图1：传统压缩机型恒温装置示意图。

图2：大功率无液冷紧凑型恒温装置结构示意图。

图3：如图2所示的大功率无液冷紧凑型恒温装置的半导体热电器件结构示意图。

                     具体实施方式

本实用新型涉及的大功率无液冷紧凑型恒温装置的具体实施方式，结合附图2至3详细叙述如下：

当二极管激光器即光电器件10的最大激光输出功率为30W时，会同时释放约40W的热量，如果此时环境温度为55℃，欲在10分钟将二极管激光器10的工作温度降至25℃，则需要附加制冷量约20W，设保温盒6散热量约10W，那么需要总制冷量约70W。根据这个制冷量，选取三片平铺的最大制冷量为120W的半导体热电器件7，热阻小于0.05K/W的散热器9(当环境温度达到55℃，且散热器热阻小开0.05K/W时，每片热电器件的实际制冷量为25W)；选取保温盒6壁厚12MM，内外表面用铝板或钢板制作，其夹层充填绝热发泡剂或保温材料，对光电器件7起绝热作用；热容块8的尺寸规格为80×90×15MM；选用为热电器件7供电的可控开关电源13最大电压24VDC。本装置的半导体热电器件7和热容块8设置在保温盒6内。保温盒6下部安装散热器9，半导体热电器件7的下表面与散热器9相连，热电器件7的上表面与热容块8的下表面相连，热容块8的上表面直接与被控温的光电器件10接触。温度传感器11插入光电器件10内，输出端与比例积分微分控制器连接，控制器12的输出端通过导线与可控开关电源13连接，开关电源的另一输出端通过导线与半导体热电器7的电极引出导线16连接。

若环境温度较低，需要升高光电器件10的工作温度，则比例积分微分控制器仪表将使开关电源13输出的电压极性反向，热电器件7由制冷作用变为制热作用，为光电器件10加热。

Claims (2)

1、一种大功率无液冷紧凑型恒温装置，由保温盒(6)、散热器(9)、温度传感器(11)、比例积分微分控制器(12)和开关电源(13)等构成，其特征是：本恒温装置中装有半导体热电器件(7)和热容块(8)，并且设置在保温盒(6)内，保温盒(6)下部安装散热器(9)，半导体热电器件(7)的下表面与散热器(9)相连，热电器件(7)的上表面与热容块(8)的下表面相连，热容块(8)的上表面直接与被控温的光是器件(10)接触，温度传感器(11)插入光电器件(10)内，输出端与比例积分微分控制器(12)连接，控制器(12)的输出端通过导线与开关电源(13)连接，开关电源(13)的输出端通过导线与半导体热电器件(7)的电极引出导导线(16)连接。

2、根据权利要求1所述的大功率无液冷恒温装置，其特征是：半导体热电器件(7)可以是单片，也可以是由一片片的平铺或叠加成多层的多片构成。

Images