專利名稱：基于半導體制冷技術的小型智能冷槽的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體制冷和數字控制技術，其小型智能控制低溫冷槽能 為化學、物理、生物技術等科學研究實驗室的低溫反應或低溫操作提供穩定的 低溫冷卻循環液或冷卻浴。
(二)
背景技術：
目前，實驗室所使用的低溫(超低溫)冷槽均采用冷媒和壓縮機制冷方式， 并輔以電加熱管加熱冷卻液來控制低溫冷槽內液體的溫度。采用該結構的低溫 冷槽因有壓縮機組件和電加熱組件，導致結構復雜，體積龐大，不易頻繁啟停， 耗電量大，故障率高。 一旦出現故障，實驗室的操作人員很難在短時間內恢復 其正常工作而導致其他損失，甚至出現事故。采用壓縮機制冷，必然使用冷媒， 萬一儀器出現泄漏或者維修時灌注冷媒發生的泄漏，都會給實驗室環境造成嚴 重的污染。制冷壓縮機是一種機械機構，在其工作時會產生較大的噪音，長時 間工作在噪音環境下，嚴重時會導致工作人員的聽力損傷。
(三) 發明內容
本實用新型的目的是提供一種基于半導體制冷技術的小型智能冷槽，以解 決現有技術存在的結構復雜、耗電量高、噪音較大、容易造成環境污染、不易 智能控制的問題。
本實用新型的技術方案是在一隔熱箱體內的上部裝有冷槽，在該冷槽的 上端設有開口和隔熱蓋板；在所述的冷槽底部裝有一級制冷器組件和二級制冷 器組件，在每一該制冷器組件的下端分別設有與隔熱箱體底端相通的進風口， 在所述的隔熱箱體的側面設有出風口；在所述的冷槽的底端的一端設有出口并 通過管道與低溫循環液泵、外循環液出口電磁閥和循環液出口串聯連接到所述 的隔熱箱體外，在所述的冷槽的上部設有外循環液回流口；在所述的冷槽的底 部設有備用排液口和手動閥；在所述的冷槽與所述的內循環液出口成對角線位 置設置內循環液回流口，該內循環液回流口通過埋設在冷槽外的隔熱箱體內的 內循環管道和電磁閥與所述的低溫循環液泵的出口連接；在所述的隔熱箱體內
裝有智能控制器以及與其連接的大功率高精度開關電源，在所述的冷槽側壁嵌 入溫度傳感器，在所述的一級制冷器組件和二級制冷器組件上裝有半導體制冷
器熱端溫度傳感器；所述的智能控制器的各個信號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、顯示器和開關電源對應端電連接。 所述的隔熱箱體由鋼制外殼和隔熱填充層構成，整個隔熱箱體呈長方體，
在鋼制外殼與冷槽之間設有隔熱填充層；所述的隔熱蓋板為圓形中空殼體，材 質為工程塑料，在其內部填充隔熱材料，在該隔熱蓋板與箱體口部的接觸面設 有與不銹鋼冷槽開口吻合的凹槽結構。
在所述的每一該進風口的底端裝有金屬防護網；在所述的隔熱箱體前后面 板的出風口裝有百葉窗孔。
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；所述的隔熱填充層采用發泡塑料整體成型。
所述的內循環液管道埋于所述的隔熱填充層內。
本實用新型具有以下優點
1. 利用兩級半導體制冷器分級制冷，可實現多種工作模式， 一機多用，滿足不 同冷級的制冷需要。
2. 制冷快速高效率，制冷啟動迅速可在短時間內達到設定溫度。
3. 智能恒溫性能好，半導體制冷器采用PID控制技術，確保恒溫波動溫差很小。
4. 槽內溫度分布均，智能冷槽內循環液進出口位置的巧妙設計，依其強制攪動， 確保槽內液體溫度均勻。
5. 結構緊湊體積小，占用空間小有利于在實驗室里操作臺擺放。
6. 元件少拆裝方便，實驗室人員在指導下即可自行設備維護或更換部件。
7. 綠色環保且節能，半導體制冷器不使用冷媒及其制冷壓縮機，從源頭杜絕了 制冷劑泄漏和制冷設備噪音所造成的環境污染問題；半導體制冷器沒有機械運 轉部件，頻繁啟停不會導致制冷器損壞，可隨用隨關節能效果顯著。
圖1為本實用新型的內部結構示意圖2為本實用新型的控制面板的示意圖3為本實用新型的二級制冷器組件的構成示意圖4為本實用新型的一級制冷器組件的構成示意圖。
圖中標記說明1.控制器，2. —級制冷器組件，3.二級制冷器組件，4.
高精度直流開關電源，5.低溫循環液泵，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.外循環液出口電磁閥，11.內循環液出口 電磁閥，12.外循環液出口， 13.外循環液回流口， 14.內循環液管道，15.備 用手動排水閥，16.循環水管道保溫層，17.進風口防護網，18.制冷器組件 進風口， 19.鋼制槽體，20.儀器支架，21.出風百葉窗，1-l.液晶顯示器，1-2. 參數輸入鍵盤，1-3.RS232上位機通訊接口， 1-4. RS232下位機通訊接口， 1_5. 手動控制開關，2-1.半導體制冷器模塊，2-2.聚四氟乙烯螺栓，2-3.鋁合金散 熱器，2-4.散熱風扇，2-5.半導體制冷器熱端溫度傳感器，3-l.半導體制冷器 模塊，3-2.聚四氟乙烯螺栓，3-3.鋁合金散熱器，3-4.散熱風扇，3-5半導體 制冷器熱端溫度傳感器，19-1.水槽底部焊接固定螺母。
具體實施方式
如圖1 圖4所示，本實用新型由保溫隔熱箱體、電氣裝置和半導體制冷器 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 于控制和檢測冷卻液和半導體制冷器熱端溫度、超溫報警以及與上位機通訊等 功能；半導體制冷器用于以電能為能源，將熱量由冷槽內部轉移到環境中的作 用。
所述的保溫隔熱箱體有外側的鋼制外殼7和隔熱填充層8構成，整個箱體 呈長方體，在鋼制外殼7內的上部裝有不銹鋼冷槽19，上端設有開口，在開口 設有隔熱蓋板9。隔熱蓋板9為圓形中空殼體，材質為工程塑料，在其內部填充 隔熱材料。在鋼制外殼7與不銹鋼冷槽19之間設有隔熱填充層8。
在不銹鋼冷槽19的底端設有出口，并通過管道與低溫循環液泵5、外循環 液出口電磁閥IO連接，電磁閥IO的外端口作為外循環液出口 12引出殼體外。 在冷槽19上端設有外循環液回流口 13，用于與外循環液出口 12之間連接成外 循環回路。在不銹鋼冷槽19的上部與外循環液出口 —12相對的一端設有內循環
液接口14'，內循環液接口14'通過內循環管道14串聯電磁閥11后與低溫循 環液泵5的出口連接，內循環液管道14埋于保溫層8內。在冷槽19的底端設 有備用手動排液閥15，并直接連接至殼體外部。
在不銹鋼冷槽19內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內的液體溫度。
在保溫隔熱箱體的下部裝有一級制冷器組件2、 二級制冷器組件3和高精度 直流開關電源4。在一級制冷器組件2、 二級制冷器組件3的下端分別設有制冷 器組件進風口 18。每一該進風口的底端直通外殼的圓形口，在該圓形口裝有金 屬的進風口防護網17，防止灰塵及雜物進入裝置引發故障。在箱體前后面板開 有出風百葉窗21，以利于半導體制冷器熱端產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計凹槽結構(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的結構基本相同，均由半導體制冷器模塊、鋁合金散 熱器、半導體制冷器熱端溫度傳感器、散熱風扇組成。 一級半導體制冷器組件2 是由單片半導體制冷器模塊2-1和鋁合金散熱器2-3組成。二級半導體制冷器 組件3是由兩片半導體制冷器模塊3-1串接和鋁合金散熱器3-3組成。半導體 制冷器模塊2-1 (3_1)與鋁合金散熱器2-3 (3_3)之間涂有導熱硅酯涂層， 兩片半導體制冷器模塊3-1串接時半導體制冷器模塊之間涂有導熱硅酯涂層。 半導體制冷器模塊2-l (3 — 1)緊帖于冷槽19底部，且半導體制冷器模塊2-1 (3_1)與不銹鋼槽體19之間涂有導熱硅酯涂層，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。
在鋁合金散熱器2-3 (3 — 3)的外端裝有散熱風扇2-4 (3_4)，該散熱風 扇2-4 (3—4)的外端與所述的制冷器組件進風口 18連接。在鋁合金散熱器2-3 (3_3)上裝有半導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，因為聚 四氟乙烯材料與金屬材料相比具有較好的隔熱效果，以減少半導體制冷器熱端 產生的熱量由此傳入冷槽。
制冷器部分采用一級和二級半導體制冷器方式， 一級半導體制冷器組件2
用于小功率制冷，其工作時溫度下限較高，適用于循環水的冷卻；二級半導體 制冷器組件3用于大功率制冷，其工作時具有比一級半導體制冷器組件更低的 溫度下限，適用于低于O'C以下的低溫反應器和低溫冷卻。扣除半導體制冷器2
和3所占部分的冷槽19外壁和內循環液管路均使用發泡保溫材料封裝填充形成 隔熱填充層8，減少熱量對流并防止結露。
半導體制冷器組件進風口 18加裝適當直徑和高度的工程塑料管，用于防止 散熱風扇吹出的熱風在箱體下部與進入的冷風混合，影響散熱效果。
本實用新型在智能控制器1的設計上，采用高速單片機技術，輔以通訊接 口電路、EEPROM存儲器、數字式溫度傳感器、無觸點繼電器、液晶顯示器等部 件，具有PID控制功能，具有獨立的8位地址編號，具有RS232串行接口，可 以與計算機測控系統連接， 一臺計算機最多可以連接127臺同型號的小型低溫 冷槽裝置，具有半導體制冷組件熱端超溫報警功能，防止半導體制冷器過熱損 壞，具有前次工作參數記憶功能。可實現溫度的實時檢測，PID輸出控制，通訊 等功能。
上述所說的獨立的8位地址編號由控制面板的參數鍵盤輸入，從0至127。 上述所說的數字溫度傳感器包括DS18B20、 DS1820、 AD7416等。
本實用新型具有四種工作模式
第一種工作模式為手動操作，機器第一次接通電源后默認為該模式，在該 模式下，智能控制器只顯示冷槽內溫度和半導體制冷器熱端溫度，其他功能均 由手動控制開關控制。
第二種工作模式為自動低溫循環液模式，該模式適合將本實用新型作為反 應器冷凝管的循環冷卻裝置，通過參數鍵盤設置循環液溫度，智能控制器將以 PID方式控制一級半導體制冷器的工作狀態，以達到恒定的溫度，并且打開外循 環液電磁閥和低溫循環液泵，低溫循環液由出口流出，經過冷凝器后由循環液 流回進入冷槽。
第三種工作模式為自動低溫反應器模式，該模式適合將本實用新型作為低 溫反應器裝置，通過參數鍵盤設置循環水溫度，智能控制器將以PID方式控制 二級半導體制冷器的工作狀態，以達到較低的恒定溫度，并且打開內循環液電
磁閥，循環液直接由低溫循環液泵出口，經內循環管路流回冷槽，本發明的冷 槽內循環液進口和出口位置設于立方體冷槽長向對角線上；通過快速強制循環 確保槽內液體溫度均衡并縮短溫度平衡的時間。
第四種工作模式為聯機監控模式，在該模式下，將RS232上位機通訊接口
通過數據線連接至上位計算機RS232串行接口，本實用新型將作為普通RS232 總線PID控制器，通過接收上位計算機監控軟件發送的參數，以PID方式控制 一級或者二級半導體制冷器的工作狀態，并返回設備的工作參數至上位計算機 監控軟件，所有數據將以數據曲線和EXCEL表方式在上位計算機屏幕顯示并儲 存。
權利要求1. 一種基于半導體制冷技術的小型智能冷槽，其特征在于在一隔熱箱體內的上部裝有冷槽，在該冷槽的上端設有開口和隔熱蓋板；在所述的冷槽底部裝有一級制冷器組件和二級制冷器組件，在每一該制冷器組件的下端分別設有與隔熱箱體底端相通的進風口，在所述的隔熱箱體的側面設有出風口；在所述的冷槽的底端的一端設有出口并通過管道與低溫循環液泵、外循環液出口電磁閥和循環液出口串聯連接到所述的隔熱箱體外，在所述的冷槽的上部設有外循環液回流口；在所述的冷槽的底部設有備用排液口和手動閥；在所述的冷槽與所述的內循環液出口對面的上部設置內循環液回流口，該內循環液回流口通過內循環管道和電磁閥與所述的低溫循環液泵的出口連接；在所述的隔熱箱體內裝有智能控制器以及與其連接的大功率高精度開關電源，在所述的冷槽側壁嵌入溫度傳感器，在所述的一級制冷器組件和二級制冷器組件上裝有半導體制冷器熱端溫度傳感器；所述的智能控制器的各個信號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、開關電源和電磁閥對應端電連接。
2. 根據權利要求1所述的基于半導體制冷技術的小型智能冷槽，其特征在 于所述的隔熱箱體由鋼制外殼和隔熱填充層構成，整個隔熱箱體呈長方體， 在鋼制外殼與冷槽之間設有隔熱填充層；所述的隔熱蓋板為圓形中空殼體，材 質為工程塑料，在其內部填充隔熱材料，在該隔熱蓋板與箱體口部的接觸面設 有與不銹鋼冷槽開口吻合的凹槽結構。
3. 根據權利要求1所述的基于半導體制冷技術的小型智能冷槽，其特征在 于在所述的每一該進風口的底端裝有金屬防護網；在所述的隔熱箱體前后面 板的出風口裝有百葉窗孔。
4. 根據權利要求1所述的基于半導體制冷技術的小型智能冷槽，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；所述的隔熱填充層采用發泡塑料整體成型。
5. 根據權利要求2所述的基于半導體制冷技術的小型智能冷槽，其特征在 于所述的內循環液管道埋于所述的隔熱填充層內。
專利摘要一種基于半導體制冷技術的小型智能冷槽，在一隔熱箱體內的上部裝有冷槽；在冷槽底部裝有一級制冷器組件和二級制冷器組件，在每一該制冷器組件的下端分別設有與隔熱箱體底端相通的進風口；在冷槽底端通過管道與低溫循環液泵、外循環液出口電磁閥串聯連接到所述的隔熱箱體外，外循環液回流口設在冷槽的上部；冷槽的底部設有備用排液口和手動閥；內循環液出口設于冷槽底部，內循環液管道串聯低溫循環液泵和電磁閥，內循環液回流口設在立方體冷槽與內循環液出口成對角線的位置；在隔熱箱體內裝有智能控制器。具有耗電量低、噪音小、不會造成環境污染、結構簡單、智能控制和多功能的優點。
文檔編號F25B21/02GK201209977SQ200720309150
公開日2009年3月18日 申請日期2007年12月27日 優先權日2007年12月27日
發明者左秀錦, 王禎鑫 申請人:左秀錦