一种低价高效无污染的制冷设备的制作方法

本实用新型涉及一种制冷器材，具体涉及一种低价高效无污染的制冷设备。

背景技术：

目前，在实际的生产实践过程中，经常需要用到高低温箱来进行高低温试验。常规高低温箱的核心部分是压缩机和制冷剂，需要有足够的散热空间和工业供电，并会形成一定污染。而使用时，箱内温度从室温达到设定温度的时间都以小时计，降温一次等待时间很长。作为大型工业设备，周期性的维护保养又不可减省。这些都是使用常规高低温箱无法避免的缺点。

当遇到排故时，为了定位失效元器件需要对整块单板进行反复多次的低温试验，会出现长时间连续占用高低温箱的情况，浪费大量宝贵时间和资源。同时，反复低温也对单板造成不必要的损耗。

为了缩短调试周期，节约调试场地，亟需改进现有高低温设备，设计一种低成本，易维护，高效率，高可靠性，便于移动的新型低价高效无污染的制冷设备，专门针对元器件的低温试验。这种小型的高低温设备虽然不能完全代替常规高低箱使用，但能减少常规高低温箱使用的频率，从而使常规高低温更好的做其他必须需要它才能实现的环境试验，提高它的效率。而且由于低价高效无污染的制冷设备的体积小、价格低的特点，新型低价高效无污染的制冷设备不但可以向便携化方向发展，也有可能成为每个调试工位标准配置。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种小型便携的低价高效无污染的制冷设备，可以对单板上的元器件进行单独低温试验，实现元器件级的低温试验和低温排故。

为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现。

一种低价高效无污染的制冷设备，其特征是，可以对单板上的某一元器件进行单独的低温试验，包括：半导体致冷片，通电时，半导体致冷片一面制冷一面制热；热端导温块，与所述半导体致冷片的制热面连接；冷端导温块，与所述半导体致冷片的制冷面连接；散热器，与所述热端导温块连接；导温头，与所述冷端导温块连接，其几何中心位置埋装有温度传感器，监测导温头的实时温度；温度控制仪，与所述导温头中的温度传感器相连。

上述低价高效无污染的制冷设备，其特征是，所述导温头的材料选用导热系数为386.4w/(m*k)的紫铜，选取导热硅脂作为粘合剂，均匀涂抹使之密合在冷端导温块中心位置。

上述低价高效无污染的制冷设备，其特征是，所述热端导温块和冷端导温块的材料选用导热系数为386.4w/(m*k)的紫铜，尺寸与致冷片的表面积相合，选取导热硅脂作为粘合剂，均匀涂抹使之密合在致冷片上下两个表面上。

上述低价高效无污染的制冷设备，其特征是，所述散热器的散热功率必须大于半导体致冷片的制热功率。

上述低价高效无污染的制冷设备，其特征是，所述致冷片的制冷温度范围为常温~零下45°C。

上述低价高效无污染的制冷设备，其特征是，温度控制仪根据温度传感器检测到的导温头的实时温度，判断是否达到目标温度，以控制半导体致冷片的通断电。

上述低价高效无污染的制冷设备，其特征是，600秒内即可稳定保持目标温度。

利用本实用新型的低价高效无污染的制冷设备制造出的高低温设备与传统高低温箱相比，具有如下的优点：由于利用了半导体的Peltier效应，以半导体致冷片为核心元件的高低温设备具有低价高效无污染的优点，而且体积很小方便移动，后期也不需要专业维护，为元器件级故障定位和排故提供了可靠，高效的措施。有很强的实用性及应用前景。

附图说明

图1是现有技术中的半导体致冷片示意图。

图2 是本实用新型中制冷部分的示意图。

具体实施方式

以下将分别针对图1和图2作进一步的详细描述。

图1是现有技术中的半导体致冷片的结构示意图。半导体致冷片，也叫热电致冷片，是一种热泵。它的优点是没有滑动的部件，体积小，适合应用在一些空间受到限制而可靠性要求高，不允许制冷剂污染的场合。

半导体材料的Peltier效应是指：当两种不同材料的导体相连接时，如果两个连接点保持不同的温度，则在导体中产生一个温差电动势：E_S=S×△T，其中E_S为温差电动势，S为温差电动势率（赛贝克系数），△T为接点之间的温差。当电流流经两个不同导体形成的接点时，接点处会产生放热或吸热现象，放热或吸热大小由电流的大小来决定： Q_π=π×I。其中π=a×T_C，Q_π为放热或吸热功率，π为比例系数（Peltier系数），I为工作电流，a为温差电动势率，Tc为冷接点温度。当电流流经存在温度梯度的导体时，除了由导体电阻产生的焦耳热之外，导体还要放出或吸收热量，在温差为△T的导体两点之间，其放热量或吸热量为QT =T×I×△T。其中QT为放热或吸热功率，T为汤姆逊系数，I为工作电流，△T为温度梯度。

半导体致冷片即是利用半导体材料的Peltier效应制成的，在致冷片内部有上百对N型和P型的半导体颗粒，通过金属导体12串联。一对颗粒称为一对电偶对。N型半导体内部的自由电子为负极性，P型半导体内部的“空穴”电子为正极性。当电偶对两端接通直流电源后，半导体内部电子发生迁移。如图1中虚线箭头所示方向为电流方向。自由电子由N型颗粒流向P型颗粒，结合处吸收热量，成为冷端14，具体到图1中为半导体致冷片的下表面；“空穴”电子由P型颗粒流向N型颗粒，结合处释放热量，成为热端13，具体到图1中为半导体致冷片上表面。所以半导体致冷片就会有一面冷一面热，而半导体致冷片要制冷，就必须要将热量排走，否则就会抵消制冷的效果。所以其热端就要通过设置散热器来帮助散热。

图2是本实用新型中制冷部分的示意图，其中，半导体致冷片1为薄片状，其上下表面均为绝缘陶瓷片，通电2~3秒后，上表面陶瓷片发热，成为热端；下表面陶瓷片降温，成为冷端。因此在半导体致冷片的上下两个陶瓷表面（热端和冷端）上分别安装有热端导温块2和冷端导温块3，可以迅速把热量传递出去。导温头5位于冷端导温块3的中心位置，，用于和位于被测单板7上的被测元器件6充分接触，从被测元器件上吸收热量，制造小范围的低温环境，达到制冷效果。

本实用新型的设计难点在于2个方面：1、半导体致冷片1与散热器的匹配；2、半导体致冷片1的冷端至导温头5的温度消耗与传导能力。

关于半导体致冷片1与散热器4之间的匹配问题：

散热器4对半导体致冷片1性能的发挥起到至关重要的作用，半导体致冷片1热端的热能如释放慢或释放不掉，将直接导致半导体致冷片1的制冷能力差甚至直接烧毁。因此，首先需要在位于半导体致冷片1热端的热端导温块2上设置散热器，并且必须选择吸热功率大于半导体致冷片1放热功率的散热器。为了使半导体致冷片1与散热器4更好的匹配，本实用新型采用水冷散热器。

所述的水冷散热器利用泵使散热管中的冷却液循环并进行散热。在散热器上的吸热部分（在液冷系统中称为吸热盒）用于从半导体致冷片的热端上吸收热量。本实施例中，所述的水冷散热器采用XSPC浓缩液作为水冷液。

关于半导体致冷片1与导温头5之间的温度消耗与传导能力问题：

为了帮助保持低温，可以在半导体致冷片1的周围采取保温措施。一个比较合理的保温措施是在散热器4，热端导温块2，半导体致冷片1，冷端导温块3和导温头5整体的外围包裹一个圆筒状外壳，外壳内的空隙用普通棉花填充。圆筒上端用用压块将散热器4，热端导温块2，半导体致冷片1，冷端导温块3和导温头5挤压在圆筒内，用螺钉固定锁死。圆筒底部安装的压块中间开孔，露出埋装有温度传感器的导温头5，压块用螺钉锁死。

在安装时，首先用无水酒精棉，将半导体致冷片1、热端导温块2、冷端导温块3和导温头5的两面分别擦洗干净，均匀的涂上很薄的一层导热硅脂；安装表面应加工，表皮平度不大于0.03MM，并清洗干净；在安装过程中半导体致冷片1与热端导温块2之间、半导体致冷片1与冷端导温块3之间、冷端导温块3与导温头4之间都必须接触良好，热端导温块2应与散热器4接触良好。导温头5与散热器4之间应当用隔热材料充填，其厚度以25~30MM为宜。

温度控制的过程：

当低价高效无污染的制冷设备开始工作后，温度传感器感应到导温头5的实时温度，温度控制仪读取当前温度，与预设的值相比较，若未达到预设值则给半导体致冷片1通电，令其继续降温，若已达到预设值则可以暂时给半导体致冷片1断电，令其维持当前温度。温度控制仪不断重复上述读取—判断—通电或断电的过程，以维持本低价高效无污染的制冷设备的温度。

本实用新型利用半导体致冷片的制冷特性，体积小、制冷速度快的优点，为元器件级故障定位和排故提供了可靠，高效的措施。有很强的实用性及应用前景。