CN102858141B - 分散式散热的野外仪器用恒温箱 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种分散式散热的野外仪器用恒温箱，箱体顶部外置有散热通道，散热通道中设有多个并排的散热片，散热通道的一端设有风扇，箱体内的顶部空间被分隔有多个子空间散热箱，每个子空间散热箱底部是共用的双轨支架结构，散热片下部是嵌装在箱体内的顶壁上且位于子空间散热箱中的半导体制冷片，半导体制冷片下部是导冷片，半导体制冷片的热面和散热片连接、冷面和导冷片连接，每个子空间散热箱内均有半导体制冷片和导冷片，且每个子空间散热箱内均有位于导冷片下方的温度检测及控制模块和需散热的电子仪器，温度检测及控制模块通过电源驱动模块连接半导体制冷片；能有效隔离冷热传递，实现对工作于露天环境下电子仪器的散热。

Description

分散式散热的野外仪器用恒温箱

技术领域

本发明涉及一种仪器恒温箱装置，特别涉及工作于野外环境的仪器恒温箱装置，用来实现对工作于露天环境下电子仪器的散热，减少高温引起的器件故障。

背景技术

高温环境对电子仪器的正常工作有很大影响，特别是安置于野外的电子仪器，在炎热夏天日光下，加之仪器本身的发热，会使工作环境达到相当高的温度，严重影响电子仪器的正常工作，导致电子仪器故障，在某些场合甚至会产生一定的安全隐患。

针对这种情况，人们采用仪器保温箱，使安置在保温箱中的电子仪器工作在一个较合适的温度环境下。但传统的保温箱存在一些不足之处：就制冷方式而言，传统保温箱采用外挂式压缩机空调制冷，压缩机空调体积大，且不能放在保温箱内，没有特殊的保护措施容易被盗，同时，空调的造价昂贵；在制冷散热方法上，传统保温箱采用整体式制冷散热，对整个箱体的所有空间统一制冷散热，无针对性，散热效率低，功耗大；在保温箱的结构方面，传统保温箱以内部空间为整体式，没有将空间模块化，不能解决模块化内部热平衡问题，能源浪费较大。

发明内容

本发明的目的是针对现有野外现场的仪器保温箱的不足，提出一种体积小、功耗小、制冷散热效率高的分散式散热的野外仪器用恒温箱。 

本发明采用的技术方案是：包括箱体，箱体顶部外置有散热通道，散热通道中设有多个并排的散热片，散热通道的一端设有风扇，箱体内的顶部空间被分隔有多个子空间散热箱，每个子空间散热箱底部是共用的双轨支架结构，散热片下部是嵌装在箱体内的顶壁上且位于子空间散热箱中的半导体制冷片，半导体制冷片下部是导冷片，半导体制冷片的热面和散热片连接、冷面和导冷片连接，每个子空间散热箱内均有半导体制冷片和导冷片，且每个子空间散热箱内均有位于导冷片下方的温度检测及控制模块和需散热的电子仪器，温度检测及控制模块通过电源驱动模块连接半导体制冷片。

本发明的有益效果如下：

1、本发明针对野外现场的仪器设计，制冷散热方式采用半导体制冷技术对箱体制冷散热，而非压缩机空调制冷，安全性高，大大降低了功耗，安装也方便。

2、本发明针对半导体制冷片只能对小体积空间有制冷效果的特点，将体积较大的仪器箱根据需要分割出相应数量的子空间散热箱，对子空间散热箱单独制冷散热，满足了半导体制冷片的工作条件。

3、本发明把对工作环境温度有严格要求的电子器件放入子空间散热箱中，如CPU等，其他对工作环境温度没有要求的电子器件则放在子空间散热箱外部。这种通过子空间散热箱将内外环境隔绝并单独制冷的方式，提高了制冷效率，节省了能源和调节时间。

4、本发明中的半导体制冷片的散热片并列排放，全部在恒温箱外部的散热通道内，且散热片肋片方向按散热通道轴向安置，散热通道中只需一个风扇就可形成空气环流，实现对所有散热片的散热，而不需要每个散热片都加散热风扇。散热通道的存在，既保证了空气的环流，又起到了对散热片的保护，避免了散热片裸露在外的损坏。

5、本发明在子空间散热箱内壁加一层保温隔热层，该保温隔热层材料采用压缩海绵。能有效隔离冷热传递，使子空间散热箱内制冷效果更加良好。

6、本发明中的子空间散热箱顶部和背侧面都与箱体相连，节省了材料。正侧面的右侧边由铰链和右侧面连接，正侧面为可开合门结构，方便电子仪器的拿放，不需拆装。底部有双轨支架支撑子空间散热箱，加固了结构稳定性。

7、本发明中的半导体制冷片制冷系统的导冷片在子空间散热箱的顶部，导冷片周边的冷空气下降，热空气上升，这就自动形成了空气对流，而不需要再添加风扇带动气流。

附图说明

图1是本发明的整体结构剖面图；

图2是图1中子空间散热箱6内部结构及其关联部件的立体结构放大图；

图3是本发明散热片3、半导体制冷片4、导冷片5和隔热垫16、电线17的安装结构放大图；

图4是图1中散热通道2的内部结构放大图；

图中：1.箱体；2.散热通道；3.散热片；4.半导体制冷片；5.导冷片；6.子空间散热箱；7.风扇；8.断路器；9.双轨支架结构；11.温度检测及控制模块；12.电子器件；13.铰链；14.海绵；15.把手；16.隔热垫；17.电线。

具体实施方式

本发明的分散式散热的野外仪器用恒温箱是针对野外现场仪器装置设计的恒温箱，恒温箱是在原有仪器箱的基础上进行改善，改为半导体制冷片制冷、分区间独立散热，取代传统压缩机空调散热。

参见图1-4，本发明包括箱体1和外置在箱体1顶部的散热通道2，在散热通道2中有多个散热片3并排安置，在散热通道2一端安装风扇7，带动气流散热。箱体1内的顶部空间被分隔有多个子空间散热箱6，每个子空间散热箱6底部是共用的双轨支架结构9。散热片3下面为半导体制冷片4，半导体制冷片4嵌装在箱体1内的顶层的箱壁上并位于子空间散热箱6内，半导体制冷片4外围有隔热垫16保护，防止半导体制冷片4被压缩。导冷片5在半导体制冷片4下面，导冷片5周边是子空间散热箱6的箱体空间。每个子空间散热箱6独立开辟，它们相临之间公用一面箱体，并且子空间散热箱6宽和高相等，长度根据内部电子器件12体积而设定。子空间散热箱6顶部和背面都与箱体1相连，底部由双轨支架结构9支撑。每个子空间散热箱6内均安装一个半导体制冷片4和一个半导冷片5，每个子空间散热箱6内部还装有位于导冷片5下方的温度检测及控制模块11以及需要散热的电子仪器12。子空间散热箱6以外的部分为非制冷散热空间，非制冷散热空间体积大，用来安置断路器8等不需低温工作环境的电子器件。 

与传统空调制冷的仪器恒温箱不同，本发明恒温箱采用半导体制冷片4对恒温箱的箱体1内部制冷散热。半导体制冷片4体积小、无机械运动部件、安装十分方便。半导体制冷片4上电后，半导体制冷片4热面会放出热量，而冷面则吸收热量，利用冷面可达到制冷散热的效果。但半导体制冷片4只能对体积较小的空间制冷散热，体积过大制冷效果很不明显。而现场仪器箱的箱体1的体积很大（一般为400-600L），用半导体制冷片4效果甚微，如果用多个半导体制冷片则成本会相应上升。为了解决上述问题，本发明将体积大的箱体1内部进行分块，根据需要将箱体1内部分割出相应数量的子空间散热箱6，每个子空间散热箱体6中安装半导体制冷片4。通过子空间散热箱6隔离内外环境，由半导体制冷片4给子空间散热箱6单独制冷散热。半导体制冷片4的型号选择，是根据能否满足温差要求的产冷总功率来决定的，它必须保证在工作温度时产冷量的总和大于子空间散热箱内工作对象热负载的总功率，否则无法达到要求。即半导体制冷片4的最大产冷量为                                                cmax ，子空间散热箱6各个电子仪器12的热功率pi ，只有满足条件时，才能满足制冷要求，达到模块化内部热平衡。子空间散热箱6体积根据放入其中的电子器件12大小而设定。半导体制冷片4型号的选择，是根据能否满足温差要求的产冷总功率来决定的，它必须保证在工作温度时产冷量的总和大于子空间散热箱6内工作对象电子器件12热负载的总功率。需散热部件电子器件12体积较小的部分，安置在体积小的子空间散热箱6中，半导体制冷片4选用型号TEC1-12708。而需散热部件12体积较大的部分，对应的子空间散热箱6体积大，半导体制冷片4选用产冷功率较大型号TES1-12712。半导体制冷片4安置在箱体1的顶部箱壁中，外围有隔热垫16固定和保护，防止半导体制冷片4被挤压。无需散热部件如断路器8及电路电线这些不需低温工作环境的器件则放在子空间散热箱6之外。这种局部制冷散热的格局，既满足了半导体制冷片4的制冷条件，又减少了制冷散热空间，只对需要制冷的空间制冷散热，大大提高了制冷效率。

参见图2，子空间散热箱6的顶部和背面都与箱体1相连，节省了顶部和背面材料。正面的右侧边通过铰链13和右侧面连接，正面上设有把手15，正面相当于子空间散热箱6的门结构，通过把手15控制正面开合，门结构方便了电子仪器12的拿放。子空间散热箱6底部通过双轨支架结构9支撑。在子空间散热箱6的内壁有一层压缩海绵14，它是保温隔热层，能有效隔离子空间散热箱6内部和外部的冷热传递。在子空间散热箱6的顶部是导冷片5，由导冷片5对子空间散热箱6内部导冷散热，需要工作在低温环境下的电子仪器12放在子空间散热箱6中。 

参见图3、4，半导体制冷片4连接电线17，半导体制冷片4的热面和散热片3连接，冷面和导冷片5连接，中间通过导热硅脂粘贴，散热片3和导冷片5之间通过螺丝固定在一起。通过电线17给半导体制冷片4供电后，半导体制冷片4的热面会发热，而冷面会吸热。半导体制冷片4嵌在恒温箱的箱体1的顶层箱壁中，外围由隔热垫16固定和保护，防止半导体制冷片4的挤压造成损坏，且隔热垫16能有效隔离冷热传递，使制冷效果更加良好。半导体制冷片4工作时必须给热面良好散热，半导体制冷片4在无散热条件下工作很容易损坏，散热片3与半导体制冷片4的热面相连，散热片3并排安装在恒温箱1顶部外面的散热通道2中，散热片3的肋片按通道轴向方向排列，保证气流导通。在散热通道2的头部装有散热风扇7，由风扇7带动散热通道内2的散热气流，对散热片3散热。导冷片5与半导体制冷片4的冷面相连，安装在子空间散热箱6内的顶部。由于密度原因，导冷片5周边的冷空气下沉，子空间散热箱6内的底部热空气上升，自动形成了空气对流，无需加风扇7带动空气流动。这种结构实现了外部集中散热，内部分别制冷的高效率仪用恒温箱。

本发明能够实现对温度的控制，是由温度检测及控制模块11实现的。在每个子空间散热箱6中都安装了温度检测及控制模块11，温度检测及控制模块11通过电源驱动模块连接半导体制冷片4，实时监测对应子空间散热箱6的箱内温度，当检测到子空间散热箱6的温度高于设定的温度，例如25度时，温度检测及控制模块11控制对应的电源驱动模块给半导体制冷片4工作，对子空间散热箱6制冷散热；当温度检测及控制模块11监测到空间温度低于设定的温度时，例如25度时，温度检测及控制模块11控制对应半导体制冷片4停止工作。如此，使子空间散热箱6内一直保持一个稳定的空间温度。通过对子空间散热箱6分别温度检测，分别制冷散热达到热平衡，这种方法高效、节能。

综上，本发明可以以不背离本发明基本特征的不同形式实施，本实施例结合了半导体制冷技术、自动检测及控制技术，为野外环保系统现场装置提供恒温保护，而且具有节能、安全、环保的特点。改善了恒温箱的制冷散热方式，具有很大的应用前景。本发明不仅局限于用于野外环境的恒温箱，可根据需要应用于多种环境下仪器恒温箱。

Claims (1)

1. 一种分散式散热的野外仪器用恒温箱，包括箱体（1），箱体（1）顶部外置有散热通道（2），散热通道（2）中设有多个并排的散热片（3），散热通道（2）的一端设有风扇（7），箱体（1）内的顶部空间被分隔有多个子空间散热箱（6），每个子空间散热箱（6）底部是共用的双轨支架结构（9），散热片（3）下部是嵌装在箱体（1）内的顶壁上且位于子空间散热箱（6）中的半导体制冷片（4），半导体制冷片（4）下部是导冷片（5），半导体制冷片（4）的热面和散热片（3）连接、冷面和导冷片（5）连接，每个子空间散热箱（6）内均有半导体制冷片（4）和导冷片（5），且每个子空间散热箱（6）内均有位于导冷片（5）下方的温度检测及控制模块（11）和需散热的电子仪器（12），温度检测及控制模块（11）通过电源驱动模块连接半导体制冷片（4），其特征是：

子空间散热箱（6）的顶部和背面均与箱体（1）相连、正面的右侧边通过铰链（13）和右侧面连接，正面上设有把手（15）；

当温度检测及控制模块（11）检测到子空间散热箱（6）内的温度高于设定温度时，温度检测及控制模块（11）控制对应的半导体制冷片（4）工作，对子空间散热箱（6）制冷散热；当温度检测及控制模块（11）检测到子空间散热箱（6）内的温度低于设定温度时，温度检测及控制模块（11）控制对应的半导体制冷片（4）停止工作。