專利名稱：基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的小型智能冷槽的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制冷和數(shù)字控制技術(shù)，其小型智能控制低溫冷槽能為化 學(xué)、物理、生物技術(shù)等科學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室的低溫反應(yīng)或低溫操作提供穩(wěn)定的低溫 冷卻循環(huán)液或冷卻浴。
(二)
背景技術(shù)：
目前，實(shí)驗(yàn)室所使用的低溫(超低溫)冷槽均采用冷媒和壓縮機(jī)制冷方式， 并輔以電加熱管加熱冷卻液來控制低溫冷槽內(nèi)液體的溫度。采用該結(jié)構(gòu)的低溫 冷槽因有壓縮機(jī)組件和電加熱組件，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，不易頻繁啟停， 耗電量大，故障率高。 一旦出現(xiàn)故障，實(shí)驗(yàn)室的操作人員很難在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù) 其正常工作而導(dǎo)致其他損失，甚至出現(xiàn)事故。采用壓縮機(jī)制冷，必然使用冷媒， 萬一儀器出現(xiàn)泄漏或者維修時(shí)灌注冷媒發(fā)生的泄漏，都會(huì)給實(shí)驗(yàn)室環(huán)境造成嚴(yán) 重的污染。制冷壓縮機(jī)是一種機(jī)械機(jī)構(gòu)，在其工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的噪音，長(zhǎng)時(shí) 間工作在噪音環(huán)境下，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致工作人員的聽力損傷。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的小型智能冷槽，以解決現(xiàn) 有技術(shù)存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、耗電量高、噪音較大、容易造成環(huán)境污染、不易智能 控制的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是在一隔熱箱體內(nèi)的上部裝有冷槽，在該冷槽的上端 設(shè)有開口和隔熱蓋板；在所述的冷槽底部裝有一級(jí)制冷器組件和二級(jí)制冷器組 件，在每一該制冷器組件的下端分別設(shè)有與隔熱箱體底端相通的進(jìn)風(fēng)口，在所
述的隔熱箱體的側(cè)面設(shè)有出風(fēng)口；在所述的冷槽的底端的一端設(shè)有出口并通過 管道與低溫循環(huán)液泵、外循環(huán)液出口電磁閥和循環(huán)液出口串聯(lián)連接到所述的隔 熱箱體外，在所述的冷槽的上部設(shè)有外循環(huán)液回流口；在所述的冷槽的底部設(shè) 有備用排液口和手動(dòng)閥；在所述的冷槽與所述的內(nèi)循環(huán)液出口成對(duì)角線位置設(shè) 置內(nèi)循環(huán)液回流口，該內(nèi)循環(huán)液回流口通過埋設(shè)在冷槽外的隔熱箱體內(nèi)的內(nèi)循 環(huán)管道和電磁閥與所述的低溫循環(huán)液泵的出口連接；在所述的隔熱箱體內(nèi)裝有智能控制器以及與其連接的大功率高精度開關(guān)電源，在所述的冷槽側(cè)壁嵌入溫 度傳感器，在所述的一級(jí)制冷器組件和二級(jí)制冷器組件上裝有半導(dǎo)體制冷器熱 端溫度傳感器；所述的智能控制器的各個(gè)信號(hào)接口分別與所述的溫度傳感器、
低溫液泵、電磁閥、制冷器組件、顯示器和開關(guān)電源對(duì)應(yīng)端電連接。 所述的隔熱箱體由鋼制外殼和隔熱填充層構(gòu)成，整個(gè)隔熱箱體呈長(zhǎng)方體，
在鋼制外殼與冷槽之間設(shè)有隔熱填充層；所述的隔熱蓋板為圓形中空殼體，材 質(zhì)為工程塑料，在其內(nèi)部填充隔熱材料，在該隔熱蓋板與箱體口部的接觸面設(shè) 有與不銹鋼冷槽開口吻合的凹槽結(jié)構(gòu)。
在所述的每一該進(jìn)風(fēng)口的底端裝有金屬防護(hù)網(wǎng)；在所述的隔熱箱體前后面 板的出風(fēng)口裝有百葉窗孔。
所述的顯示器采用小型液晶屏，該小型液晶屏安裝于所述的隔熱箱體前面 板上方；所述的槽體保溫采用發(fā)泡塑料整體成型。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 利用兩級(jí)半導(dǎo)體制冷器分級(jí)制冷，可實(shí)現(xiàn)多種工作模式， 一機(jī)多用，滿足不 同冷級(jí)的制冷需要。
2. 制冷快速高效率，制冷啟動(dòng)迅速可在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)定溫度。
3. 智能恒溫性能好，半導(dǎo)體制冷器采用PID控制技術(shù)，確保恒溫波動(dòng)溫差很小。
4. 槽內(nèi)溫度分布均，智能冷槽內(nèi)循環(huán)液進(jìn)出口位置的巧妙設(shè)計(jì)，依其強(qiáng)制攪動(dòng)， 確保槽內(nèi)液體溫度均勻。
5. 結(jié)構(gòu)緊湊體積小，占用空間小有利于在實(shí)驗(yàn)室里操作臺(tái)擺放。
6. 元件少拆裝方便，實(shí)驗(yàn)室人員在指導(dǎo)下即可自行設(shè)備維護(hù)或更換部件。
7. 綠色環(huán)保且節(jié)能，半導(dǎo)體制冷器不使用冷媒及其制冷壓縮機(jī)，從源頭杜絕了 制冷劑泄漏和制冷設(shè)備噪音所造成的環(huán)境污染問題；半導(dǎo)體制冷器沒有機(jī)械運(yùn) 轉(zhuǎn)部件，頻繁啟停不會(huì)導(dǎo)致制冷器損壞，可隨用隨關(guān)節(jié)能效果顯著。


圖1為本發(fā)明的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的控制面板的示意圖3為本發(fā)明的二級(jí)制冷器組件的構(gòu)成示意圖； 圖4為本發(fā)明的一級(jí)制冷器組件的構(gòu)成示意圖。
圖中標(biāo)記說明1.控制器，2. —級(jí)制冷器組件，3.二級(jí)制冷器組件，4.
高精度直流開關(guān)電源，5.低溫循環(huán)液泵，6.冷槽溫度傳感器，7.鋼制外殼， 8.隔熱填充層，9.隔熱蓋板，10.外循環(huán)液出口電磁閥，11.內(nèi)循環(huán)液出口 電磁閥，12.外循環(huán)液出口， 13.外循環(huán)液回流口， 14.內(nèi)循環(huán)液管道，15.備 用手動(dòng)排水閥，16.循環(huán)水管道保溫層，17.進(jìn)風(fēng)口防護(hù)網(wǎng)，18.制冷器組件 進(jìn)風(fēng)口， 19.鋼制槽體，20.儀器支架，21.出風(fēng)百葉窗，l-l.液晶顯示器，1-2. 參數(shù)輸入鍵盤，1-3.RS232上位機(jī)通訊接口， 1-4.RS232下位機(jī)通訊接口， 1-5. 手動(dòng)控制開關(guān)，2-1.半導(dǎo)體制冷器模塊，2-2.聚四氟乙烯螺栓，2-3.鋁合金散 熱器，2-4.散熱風(fēng)扇，2-5.半導(dǎo)體制冷器熱端溫度傳感器，3-l.半導(dǎo)體制冷器 模塊，3-2.聚四氟乙烯螺栓，3-3.鋁合金散熱器，3-4.散熱風(fēng)扇，3-5半導(dǎo)體 制冷器熱端溫度傳感器，19-1.水槽底部焊接固定螺母。
具體實(shí)施例方式
如圖1 圖4所示，本發(fā)明由保溫隔熱箱體、電氣裝置和半導(dǎo)體制冷器三部 分組成。保溫隔熱箱體用于承載冷卻液、隔熱和保溫的作用；電氣裝置用于控 制和檢測(cè)冷卻液和半導(dǎo)體制冷器熱端溫度、超溫報(bào)警以及與上位機(jī)通訊等功能； 半導(dǎo)體制冷器用于以電能為能源，將熱量由冷槽內(nèi)部轉(zhuǎn)移到環(huán)境中的作用。
所述的保溫隔熱箱體有外側(cè)的鋼制外殼7和隔熱填充層8構(gòu)成，整個(gè)箱體 呈長(zhǎng)方體，在鋼制外殼7內(nèi)的上部裝有不銹鋼冷槽19，上端設(shè)有開口，在開口 設(shè)有隔熱蓋板9。隔熱蓋板9為圓形中空殼體，材質(zhì)為工程塑料，在其內(nèi)部填充 隔熱材料。在鋼制外殼7與不銹鋼冷槽19之間設(shè)有隔熱填充層8。
在不銹鋼冷槽19的底端設(shè)有出口，并通過管道與低溫循環(huán)液泵5、外循環(huán) 液出口電磁閥IO連接，電磁閥10的外端口作為外循環(huán)液出口 12引出殼體外。 在冷槽19上端設(shè)有外循環(huán)液回流口 13，用于與外循環(huán)液出口 12之間連接成外 循環(huán)回路。在不銹鋼冷槽19的上部與外循環(huán)液出口 12相對(duì)的一端設(shè)有內(nèi)循環(huán) 液接口 14'，內(nèi)循環(huán)液接口 14'通過內(nèi)循環(huán)管道14串聯(lián)電磁閥11后與低溫循 環(huán)液泵5的出口連接，內(nèi)循環(huán)液管道14埋于保溫層8內(nèi)。在冷槽19的底端設(shè)有備用手動(dòng)排液閥15，并直接連接至殼體外部。
在不銹鋼冷槽19內(nèi)的下部裝有冷槽溫度傳感器6，它通過控制器1控制冷 槽19內(nèi)的液體溫度。
在保溫隔熱箱體的下部裝有一級(jí)制冷器組件2、 二級(jí)制冷器組件3和高精度 直流開關(guān)電源4。在一級(jí)制冷器組件2、 二級(jí)制冷器組件3的下端分別設(shè)有制冷 器組件進(jìn)風(fēng)口 18。每一該進(jìn)風(fēng)口的底端直通外殼的圓形口，在該圓形口裝有金 屬的進(jìn)風(fēng)口防護(hù)網(wǎng)17，防止灰塵及雜物進(jìn)入裝置引發(fā)故障。在箱體前后面板開 有出風(fēng)百葉窗21，以利于半導(dǎo)體制冷器熱端產(chǎn)生的熱量被順利排出。
在隔熱蓋板9與箱體口部的接觸面設(shè)計(jì)凹槽結(jié)構(gòu)(參見圖1)，以增加熱阻， 有利于增加隔熱效果和密封性能。
兩制冷器組件2和3的結(jié)構(gòu)基本相同，均由半導(dǎo)體制冷器模塊、鋁合金散 熱器、半導(dǎo)體制冷器熱端溫度傳感器、散熱風(fēng)扇組成。 一級(jí)半導(dǎo)體制冷器組件2 是由單片半導(dǎo)體制冷器模塊2-1和鋁合金散熱器2-3組成。二級(jí)半導(dǎo)體制冷器 組件3是由兩片半導(dǎo)體制冷器模塊3-1串接和鋁合金散熱器3-3組成。半導(dǎo)體 制冷器模塊2-l (3 — 1)與鋁合金散熱器2-3 (3_3)之間涂有導(dǎo)熱硅酯涂層， 兩片半導(dǎo)體制冷器模塊3-1串接時(shí)半導(dǎo)體制冷器模塊之間涂有導(dǎo)熱硅酯涂層。 半導(dǎo)體制冷器模塊2-1 (3 — 1)緊帖于冷槽19底部，且半導(dǎo)體制冷器模塊2-1 (3—1)與不銹鋼槽體19之間涂有導(dǎo)熱硅酯涂層，鋁合金散熱器2-3 (2 — 3) 用螺栓2-2 (3-2)固定在不銹鋼槽體底部焊接的固定螺母19-1內(nèi)。
在鋁合金散熱器2-3 (3—3)的外端裝有散熱風(fēng)扇2-4 (3—4)，該散熱風(fēng) 扇2-4 (3_4)的外端與所述的制冷器組件進(jìn)風(fēng)口 18連接。在鋁合金散熱器2-3 (3_3)上裝有半導(dǎo)體制冷器熱端溫度傳感器2-5 (3—5)。鋁合金散熱器2-3 (3_3)與不銹鋼冷槽19的連接采用聚四氟乙烯螺栓2-2 (3-2)連接，因?yàn)榫?四氟乙烯材料與金屬材料相比具有較好的隔熱效果，以減少半導(dǎo)體制冷器熱端 產(chǎn)生的熱量由此傳入冷槽。
制冷器部分采用一級(jí)和二級(jí)半導(dǎo)體制冷器方式， 一級(jí)半導(dǎo)體制冷器組件2 用于小功率制冷，其工作時(shí)溫度下限較高，適用于循環(huán)水的冷卻；二級(jí)半導(dǎo)體 制冷器組件3用于大功率制冷，其工作時(shí)具有比一級(jí)半導(dǎo)體制冷器組件更低的
溫度下限，適用于低于O'C以下的低溫反應(yīng)器和低溫冷卻。扣除半導(dǎo)體制冷器2
和3所占部分的冷槽19外壁和內(nèi)循環(huán)液管路均使用發(fā)泡保溫材料封裝填充形成 隔熱填充層8，減少熱量對(duì)流并防止結(jié)露。
半導(dǎo)體制冷器組件進(jìn)風(fēng)口 18加裝適當(dāng)直徑和高度的工程塑料管，用于防止 散熱風(fēng)扇吹出的熱風(fēng)在箱體下部與進(jìn)入的冷風(fēng)混合，影響散熱效果。
本發(fā)明在智能控制器1的設(shè)計(jì)上，采用高速單片機(jī)技術(shù)，輔以通訊接口電 路、EEPROM存儲(chǔ)器、數(shù)字式溫度傳感器、無觸點(diǎn)繼電器、液晶顯示器等部件， 具有PID控制功能，具有獨(dú)立的8位地址編號(hào)，具有RS232串行接口，可以與 計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)連接， 一臺(tái)計(jì)算機(jī)最多可以連接127臺(tái)同型號(hào)的小型低溫冷槽 裝置，具有半導(dǎo)體制冷組件熱端超溫報(bào)警功能，防止半導(dǎo)體制冷器過熱損壞， 具有前次工作參數(shù)記憶功能?？蓪?shí)現(xiàn)溫度的實(shí)時(shí)檢測(cè)，PID輸出控制，通訊等功 能。
上述所說的獨(dú)立的8位地址編號(hào)由控制面板的參數(shù)鍵盤輸入，從0至127。 上述所說的數(shù)字溫度傳感器包括DS18B20、 DS1820、 AD7416等。
本發(fā)明具有四種工作模式
第一種工作模式為手動(dòng)操作，機(jī)器第一次接通電源后默認(rèn)為該模式，在該 模式下，智能控制器只顯示冷槽內(nèi)溫度和半導(dǎo)體制冷器熱端溫度，其他功能均 由手動(dòng)控制開關(guān)控制。
第二種工作模式為自動(dòng)低溫循環(huán)液模式，該模式適合將本發(fā)明的智能冷槽 作為反應(yīng)器冷凝管的循環(huán)冷卻裝置，通過參數(shù)鍵盤設(shè)置循環(huán)液溫度，智能控制 器將以PID方式控制一級(jí)半導(dǎo)體制冷器的工作狀態(tài)，以達(dá)到恒定的溫度，并且 打開外循環(huán)液電磁閥和低溫循環(huán)液泵，低溫循環(huán)液由出口流出，經(jīng)過冷凝器后 由循環(huán)液流回進(jìn)入冷槽。
第三種工作模式為自動(dòng)低溫反應(yīng)器模式，該模式適合將本發(fā)明的智能冷槽 作為低溫反應(yīng)器裝置，通過參數(shù)鍵盤設(shè)置循環(huán)水溫度，智能控制器將以PID方 式控制二級(jí)半導(dǎo)體制冷器的工作狀態(tài)，以達(dá)到較低的恒定溫度，并且打開內(nèi)循 環(huán)液電磁閥，循環(huán)液直接由低溫循環(huán)液泵出口，經(jīng)內(nèi)循環(huán)管路流回冷槽，本發(fā) 明的冷槽內(nèi)循環(huán)液進(jìn)口和出口位置設(shè)于立方體冷槽長(zhǎng)向?qū)蔷€上；通過快速?gòu)?qiáng)
制循環(huán)確保槽內(nèi)液體溫度均衡并縮短溫度平衡的時(shí)間。
第四種工作模式為聯(lián)機(jī)監(jiān)控模式，在該模式下，將RS232上位機(jī)通訊接口 通過數(shù)據(jù)線連接至上位計(jì)算機(jī)RS232串行接口，本發(fā)明將作為普通RS232總線 PID控制器，通過接收上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟件發(fā)送的參數(shù)，以PID方式控制一級(jí)或 者二級(jí)半導(dǎo)體制冷器的工作狀態(tài)，并返回設(shè)備的工作參數(shù)至上位計(jì)算機(jī)監(jiān)控軟 件，所有數(shù)據(jù)將以數(shù)據(jù)曲線和EXCEL表方式在上位計(jì)算機(jī)屏幕顯示并儲(chǔ)存。
權(quán)利要求
1.一種基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的小型智能冷槽，其特征在于在一隔熱箱體內(nèi)的上部裝有冷槽，在該冷槽的上端設(shè)有開口和隔熱蓋板；在所述的冷槽底部裝有一級(jí)制冷器組件和二級(jí)制冷器組件，在每一該制冷器組件的下端分別設(shè)有與隔熱箱體底端相通的進(jìn)風(fēng)口，在所述的隔熱箱體的側(cè)面設(shè)有出風(fēng)口；在所述的冷槽的底端的一端設(shè)有出口并通過管道與低溫循環(huán)液泵、外循環(huán)液出口電磁閥和循環(huán)液出口串聯(lián)連接到所述的隔熱箱體外，在所述的冷槽的上部設(shè)有外循環(huán)液回流口；在所述的冷槽的底部設(shè)有備用排液口和手動(dòng)閥；在所述的冷槽與所述的內(nèi)循環(huán)液出口對(duì)面的上部設(shè)置內(nèi)循環(huán)液回流口，該內(nèi)循環(huán)液回流口通過內(nèi)循環(huán)管道和電磁閥與所述的低溫循環(huán)液泵的出口連接；在所述的隔熱箱體內(nèi)裝有智能控制器以及與其連接的大功率高精度開關(guān)電源，在所述的冷槽側(cè)壁嵌入溫度傳感器，在所述的一級(jí)制冷器組件和二級(jí)制冷器組件上裝有半導(dǎo)體制冷器熱端溫度傳感器；所述的智能控制器的各個(gè)信號(hào)接口分別與所述的溫度傳感器、低溫水泵、出水電磁閥、制冷器組件、顯示器、開關(guān)電源和電磁閥對(duì)應(yīng)端電連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的小型智能冷槽，其特征在于所述的隔熱箱體由鋼制外殼和隔熱填充層構(gòu)成，整個(gè)隔熱箱體呈長(zhǎng)方體，在鋼制外殼與冷槽之間設(shè)有隔熱填充層；所述的隔熱蓋板為圓形中空殼體，材質(zhì)為工程塑料，在其內(nèi)部填充隔熱材料，在該隔熱蓋板與箱體口部的接觸面設(shè) 有與不銹鋼冷槽開口吻合的凹槽結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的小型智能冷槽，其特征在 于在所述的每一該進(jìn)風(fēng)口的底端裝有金屬防護(hù)網(wǎng)；在所述的隔熱箱體前后面 板的出風(fēng)口裝有百葉窗孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的小型智能冷槽，其特征在 于所述的顯示器采用小型液晶屏，該小型液晶屏安裝于所述的隔熱箱體前面 板上方；所述的槽體保溫采用發(fā)泡塑料整體成型。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的小型智能冷槽，其特征在 于所述的內(nèi)循環(huán)液管道埋于所述的隔熱填充層內(nèi)。
全文摘要
一種基于半導(dǎo)體制冷技術(shù)的小型智能冷槽，在一隔熱箱體內(nèi)的上部裝有冷槽；在冷槽底部裝有一級(jí)制冷器組件和二級(jí)制冷器組件，在每一該制冷器組件的下端分別設(shè)有與隔熱箱體底端相通的進(jìn)風(fēng)口；在冷槽底端通過管道與低溫循環(huán)液泵、外循環(huán)液出口電磁閥串聯(lián)連接到所述的隔熱箱體外，外循環(huán)液回流口設(shè)在冷槽的上部；冷槽的底部設(shè)有備用排液口和手動(dòng)閥；內(nèi)循環(huán)液出口設(shè)于冷槽底部，內(nèi)循環(huán)液管道串聯(lián)低溫循環(huán)液泵和電磁閥，內(nèi)循環(huán)液回流口設(shè)在立方體冷槽與內(nèi)循環(huán)液出口成對(duì)角線的位置；在隔熱箱體內(nèi)裝有智能控制器。具有耗電量低、噪音小、不會(huì)造成環(huán)境污染、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、智能控制和多功能的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F25B21/02GK101196352SQ200710301388
公開日2008年6月11日 申請(qǐng)日期2007年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日
發(fā)明者左秀錦, 王禎鑫 申請(qǐng)人:左秀錦