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CN107238230A - 一种双温区半导体恒温装置 - Google Patents

一种双温区半导体恒温装置 Download PDF

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CN107238230A CN201710535094.6A CN201710535094A CN107238230A CN 107238230 A CN107238230 A CN 107238230A CN 201710535094 A CN201710535094 A CN 201710535094A CN 107238230 A CN107238230 A CN 107238230A
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Abstract

本发明提出一种双温区半导体恒温装置，由半导体制冷装置、液冷板、回热器、温差驱动比例调节阀、储液器、液冷散热器组成，两温区使用同一散热装置完成，满足两温区分别控温和恒温的需求，易布置，并且节省体积、灵活方便；通过设置回热器，有效换热并均温，尤其两温区分别制冷和制热时，可补偿回热，实现节能；通过温差驱动比例调节阀分别连接储液器和液冷散热器，调节流向储液器和液冷散热器的冷却液流量比例，适应不同散热负荷变化，较大的散热负荷可通过液冷散热器有效散热；采用液体冷却，换热能力强、噪音低、体积小；系统可用于电子设备、科学仪器等场合。

Description

一种双温区半导体恒温装置
技术领域
本发明涉及一种半导体恒温装置，特别是一种双温区半导体恒温装置。
背景技术
半导体制冷器件的工作原理是基于帕尔帖效应，该效应是在1834年由J.A.C帕尔帖首先发现的，由于它灵活性强，简单方便、冷热切换容易，非常适宜于微型制冷领域或有特殊要求的场所。多温区分别控制以适应不同的温度要求，可以根据需求设定每个温区的温度，可以任意调节每个温区的温度，如果能将不同温区互为冷热补偿，可以实现节能。
半导体制冷的效率较低，普通半导体恒温装置要求散热面积较大，尤其是空冷，不宜布置，这在一定程度上减弱了半导体恒温装置体积小、灵活的优势。
液体冷却是利用冷却液循环并进行冷却。液冷板吸收热量，再通过冷却液传递到液冷散热器排到外部。液体冷却最大的优点是由于液体对流换热能力远远大于空气，因此液冷散热器往往具备不错的冷却效果，同时在噪音方面也能得到很好的控制。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种半导体恒温装置，能够在双温区独立控温使用，并可自补偿回热。
本发明的技术方案是一种双温区半导体恒温装置，包括第一半导体制冷装置、第一液冷板、第二半导体制冷装置、第二液冷板、回热器、温差驱动比例调节阀、储液器、液冷散热器、散热风扇、单向截止阀、第一水泵和第二水泵，所述第一半导体制冷装置放置于所述第一液冷板和温区一之间，热接触良好，所述第二半导体制冷装置放置于所述第二液冷板和温区二之间，热接触良好，所述第一半导体制冷装置和所述第二半导体制冷装置是采用半导体制冷和加热实现吸热和放热的装置，分别使用所述第一半导体制冷装置和所述第二半导体制冷装置对温区一和温区二制冷或加热进行独立控温，释放的热量和吸收的冷量分别通过所述第一液冷板和所述第二液冷板传递，所述第一液冷板和所述第二液冷板是将所述第一半导体制冷装置和所述第二半导体制冷装置产生的热量和冷量与冷却液充分热交换的换热元件，所述第一液冷板和所述第二液冷板的出液口并接，并依次连接所述回热器然后通过所述温差驱动比例调节阀分别连接所述储液器和所述液冷散热器，所述回热器是采用不同的结构形式来满足不同换热要求的冷却液-冷却液热交换器，所述第一液冷板和所述第二液冷板的流出冷却液在所述回热器内换热、均温，所述储液器内储存冷却液，实现冷却液缓冲，所述液冷散热器是可以采用不同的结构形式来满足不同散热要求的冷却液-空气热交换器，所述散热风扇安装于所述液冷散热器上，所述液冷散热器出液口通过所述单向截止阀连接所述储液器，所述温差驱动比例调节阀获得并根据所述回热器的流出冷却液与环境温度的温差调节流向所述储液器和所述液冷散热器的冷却液流量比例，出液口与环境温度的温差越小，流向所述液冷散热器的冷却液流量比例越低，当所述第一半导体制冷装置和所述第二半导体制冷装置分别为制冷和加热时，所述第一液冷板和所述第二液冷板流出的高温冷却液和低温冷却液可在所述回热器内实现换热回热，温度自补偿，无须通过环境散热，流过所述液冷散热器的冷却液比例下降，当所述第一半导体制冷装置和所述第二半导体制冷装置同时为制冷和加热时，所述第一液冷板和所述第二液冷板流出的高温冷却液和低温冷却液可在所述回热器内实现换热回热，温度叠加，流过所述液冷散热器的冷却液比例上升，控制所述液冷散热器的散热效果，所述储液器通过所述第一水泵和所述第二水泵分路连接所述第一液冷板和所述第二液冷板的进液口，分别通过所述第一水泵和所述第二水泵调节冷却液流量，满足所述第一液冷板和所述第二液冷板的不同散热要求。
本发明的有益效果是本发明采取以上技术方案，具有以下优点，本发明将散热部分引至不同位置散热，易布置，并且两温区使用同一散热装置完成，节省空间、灵活方便；采用液体冷却，换热能力强、噪音低、体积小；利用回热器，有效换热并均温，尤其两温区分别制冷和制热时，可补偿回热，实现节能；利用温差驱动比例调节阀适应不同散热负荷变化，自动实现回热和散热比例，较大的散热负荷可通过液冷散热器有效散热；水泵置于回路的回液部分，回液温度接近环境温度，对水泵的耐温要求低，工作可靠性好；单向截止阀防止冷却液反向流动，隔离回路，适应不同需求。系统体积小、灵活方便、结构简单和节约能源，满足两温区分别控温和恒温的需求，可用于电子设备、科学仪器等场合。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是双温区半导体恒温装置的原理示意图。
图中：1 第一半导体制冷装置，2第一液冷板，3第二半导体制冷装置，4第二液冷板，5回热器，6温差驱动比例调节阀，7储液器，8液冷散热器，9散热风扇，10单向截止阀，11第一水泵，12第二水泵。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详述，籍由以下实施例来说明本发明之内容，而非限制本发明之范围。
量热式生物传感器的正常运行和精准测量需恒定温度来确保（赵肖磊，郑艺华，王芳芳，华泽钊.用于检测农药残留的量热式生物传感器的半导体恒温仪的研究.仪表技术与传感器，2004,18(9B)：1002-1841），以量热式生物反应器为应用背景，温控范围均在0-50℃的双温区半导体恒恒温器，如图1所示，包括第一半导体制冷装置1、第一液冷板2、第二半导体制冷装置3、第二液冷板4、回热器5、温差驱动比例调节阀6、储液器7、液冷散热器8、散热风扇9、单向截止阀10、第一水泵11和第二水泵12，第一半导体制冷装置1放置于第一液冷板2和温区一之间，第二半导体制冷装置3放置于第二液冷板4和温区二之间，连接处涂抹导热硅脂，热接触均良好，第一半导体制冷装置1和第二半导体制冷装置3分别是四片TEC1-12708串联，并匹配12V直流电源和温控电路的半导体恒温装置，分别满足温区一和温区二需要的恒定温度工况，释放的热量和吸收的冷量分别通过第一液冷板2和第二液冷板4传递，第一液冷板2和第二液冷板4是一端面平整，另一端面配置进液口和出液口的液腔式换热器，第一液冷板2和第二液冷板4的出液口并接，并依次连接回热器5然后通过温差驱动比例调节阀6分别连接储液器7和液冷散热器8，回热器5是混合式换热器，内置多孔材料强化传热传质，第一液冷板2和第二液冷板4的流出冷却液在回热器内换热、均温，储液器7是不锈钢圆筒容器，内储存冷却液，实现冷却液缓冲，液冷散热器8是配备散热风扇9的管带式散热器，散热风扇9控制液冷散热器的散热效果，液冷散热器8出液口通过单向截止阀10连接储液器7，温差驱动比例调节阀6是电子调节阀，通过热电阻获得并根据回热器的流出冷却液与环境温度温差调节流向储液器7和液冷散热器8的冷却液流量比例，出液口与环境温度的温差越小，流向液冷散热器8的冷却液流量比例越低，当温区一和温区二分别为制冷和加热时，第一液冷板2和第二液冷板4流出的高温冷却液和低温冷却液可在回热器5内实现换热回热，温度自补偿，无须通过环境散热，流过液冷散热器8的冷却液比例下降，当温区一和温区二同时为制冷和加热时，第一液冷板2和第二液冷板4流出的高温冷却液和低温冷却液可在回热器5内实现换热回热，温度叠加，流过液冷散热器9的冷却液比例上升，储液器7分路依次连接第一水泵11和第一液冷板2的进液口以及第二水泵12和第二液冷板4的进液口，分别通过第一水泵11和第二水泵12调节冷却液流量，满足第一液冷板2和第二液冷板4的不同散热要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种双温区半导体恒温装置，包括第一半导体制冷装置（1）、第一液冷板（2）、第二半导体制冷装置（3）、第二液冷板（4）、回热器（5）、温差驱动比例调节阀（6）、储液器（7）、液冷散热器（8）、散热风扇（9）、单向截止阀（10）、第一水泵（11）和第二水泵（12），其特征在于，所述第一半导体制冷装置（1）放置于所述第一液冷板（2）和温区一之间，热接触良好，所述第二半导体制冷装置（3）放置于所述第二液冷板（4）和温区二之间，热接触良好，所述第一液冷板（2）和所述第二液冷板（4）的出液口并接，并依次连接所述回热器（5）然后通过所述温差驱动比例调节阀（6）分别连接所述储液器（7）和所述液冷散热器（8），所述散热风扇（9）安装于所述液冷散热器（8）上，所述液冷散热器（8）出液口通过所述单向截止阀（10）连接所述储液器（7），所述储液器（7）通过所述第一水泵（11）和所述第二水泵（12）分路连接所述第一液冷板（2）和所述第二液冷板（4）的进液口。
2.根据权利要求1所述的一种双温区半导体恒温装置，其特征在于，所述回热器（5）是采用不同的结构形式来满足不同换热要求的冷却液-冷却液热交换器，所述第一液冷板（2）和所述第二液冷板（4）的流出冷却液在所述回热器（5）内换热、均温。
3.根据权利要求1所述的一种双温区半导体恒温装置，其特征在于，所述温差驱动比例调节阀（6）获得并根据所述回热器（5）的流出冷却液与环境温度的温差调节流向所述储液器（7）和所述液冷散热器（8）的冷却液流量比例，出液口与环境温度的温差越小，流向所述液冷散热器（8）的冷却液流量比例越低。
4.根据权利要求1所述的一种双温区半导体恒温装置，其特征在于，所述液冷散热器（8）是采用不同的结构形式来满足不同散热要求的冷却液-空气热交换器。
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