一种水冷式半导体冷水机的制作方法

1.本发明涉及半导体制冷技术领域，特别涉及了一种水冷式半导体冷水机。


背景技术：

2.目前市场上存在的冷水机多数为压缩机式水冷、风冷型冷水机，其采用冷媒和保温材等，存在一定的环境污染，噪音大等缺点。目前已有的半导体冷水机为风冷式，热端换热方式采用强制风冷，噪音大、制冷效率低，以及缺乏负载温度的信息反馈，使得冷水机设备难以精确控制负载的温度，无法满足负载降温需求，从而影响加工设备的精度和产品质量等。
3.如中国专利局2018年03月08日公开了一种名称为一种风冷冷水机组系统及操作方法的发明，其公开号为cn108534384a。风冷冷水机组系统包括风冷冷水机组，风冷冷水机组包括第一组制冷剂循环系统和第二组制冷剂循环系统，第一组制冷剂循环系统和第二组制冷剂循环系统中的制冷剂形成第一制冷剂流体回路和所述第二制冷剂流体回路，每个制冷剂流体回路具有制冷工况流向和制热工况流向。当所述风冷冷水机组在测试操作中时，所述第二制冷剂流体回路中的制冷剂的工况流向与所述第一制冷剂流体回路中的制冷剂的工况流向不同。该发明缩短了机组的测试时间，能够使机组自己产生的冷量和热量相互抵消，节省能源。但仍没有噪音大、难以精确控制负载温度的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是克服现有技术中噪音大、不能精确控制负载温度的问题，提供了一种水冷式半导体冷水机，噪音小、制冷效率高，可精确控制负载温度。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种水冷式半导体冷水机，其特征在于，包括：箱体以及安装在箱体内部的装置本体，所述装置本体包括：电源装置：为装置提供工作电源；水冷系统，用于产生冷量与热量，实现制冷制热，同时利用外部水循环系统，对水冷系统本身进行降温升温；温控单元，用于接收温度反馈信息，并通过接收的温度反馈信息调节水冷系统功率，实现精确控温。
6.本发明采用强制水冷方式，利用水循环，降低了整机的噪音；同时引入了负载温度反馈，可以控制制冷制热单元的输入电压，从而对整机的制冷、制热功率进行调整，达到精确控制负载的温度。
7.具体的，外部负载如果有监测温度的传感器等，其温度信息可以反馈给冷水机的温控单元。另外本身冷水机温度传感器也提供反馈信息，通过温控单元可以进行功率输出调节，实现精确控温。
8.作为优选，所述的水冷系统包括水泵、与水泵的出水口连接的制冷制热单元以及
通过三通管与水泵的进水口连接的水箱，所述三通管还接有管接头，所述管接头内安装有堵头。水泵固定在水泵支架上，水泵支架可以采用弹性橡胶等材质，以降低水泵的振动。维修或者更换冷却液时，通过拆卸堵头，可以排出水箱内的水。在该设备外接负载时，该设备制冷水流过负载，经管接头回流至水箱的回水口。
9.作为优选，所述的制冷制热单元包括：支撑架以及安装在支撑架上的制冷制热模块，所述的制冷制热模块包括依次安装的第一水冷板、第二水冷板以及第三水冷板，所述第二水冷板一端与水泵的出水口连接，另一端与温控单元连接，相邻水冷板之间设有制冷片并填充有导热材料。制冷制热单元，在制冷状态时，外部冷却塔等冷却水循环系统对制冷制热单元进行降温(第一水冷板与第三水冷板降温)，目的保护制冷片和提升制冷功率；在制热状态时，外部冷却塔等冷却水循环系统对单元进行升温(第一水冷板与第三水冷板两块板升温)，目的保护水路以免结冰，同时提升制热功率。
10.所述制冷片可以采用高zt值的半导体材料和高对数dice的半导体热电模块，可以提高制冷效率。支撑架包括左单元支架与右单元支架，所述制冷制热模块安装在两个支架之间。第二水冷板一端经直管与水泵的出水口连接，另一端与温控器安装块连接。
11.作为优选，所述支撑架外侧安装有隔热粒子，所述第一水冷板与第三水冷板之间串入u型管，所述制冷片之间串入热保护器件，相邻水冷板之间还设有隔热垫片。第一水冷板与第三水冷板之间串入u型管，以降低外部冷却水循环系统的接口。制冷片之间串入85℃的热保护器件，以防止外部冷却水断路时保护制冷片和设备。水冷板之间粘贴隔热垫片，避免水冷板之间冷热扩散，影响制冷制热效果。
12.作为优选，所述的水箱底部设有水箱垫块，所述水箱与水箱垫块之间还设有隔热棉；所述水箱上还设有液位指示凸台以及检测水箱内液体液位的液位传感器；所述水箱通过水箱隔离板与电源装置以及温控单元电气隔离，所述水箱隔离板上设有用于安装护线圈的过线槽。水箱口通过水箱盖与密封垫片密封。水箱与水箱垫块之间设有隔热棉，既可以降低外界热扩散，也可以保护水箱免受振动。水箱隔离板设有过线槽，可以安装橡胶护线圈，从而保护液位传感器的导线。
13.作为优选，所述的电源装置包括安装在箱体内部的主体安装板，所述主体安装板上安装有电气安装板，所述电气安装板上固定有第一电源以及第二电源，所述第一电源以及第二电源均连接有电源滤波器。所述第一电源优选为48v电源，第二电源优选为12v电源，所有接电线都安装在接地螺栓上。通过按压电源滤波器，可以切换电源的通断。
14.作为优选，所述的温控装置包括：安装在箱体内部的温度控制器以及与温度控制器连接的温度传感器、温度开关，所述温度传感器安装在温控器安装块上，所述温控器安装块一端与制冷制热单元连接，另一端通过直管与管接头连接，所述温度开关安装在制冷制热单元上。温度传感器可以采用pt00传感器，所述温度传感器安装在温控器安装块的底部，用于采集制冷制热单元的出水口温度。
15.作为优选，所述的温度控制器上设有对外供电接口以及人机交互接口，所述温度控制器与电源装置之间还安装有隔离柱。控制板上设有对外供电端口，可以接入电磁阀等外部零件，防止设备等断电管路水回流至水箱。所述人机交互接口包括rs232接口、rs485接口、usb-com接口，可以实现人机交互，同时可以接收负载的温度信息，以便于温度控制器对负载进行精确控温。温度控制器可以采用pid算法。
16.作为优选，还包括显示单元，所述显示单元包括安装在箱体外侧的显示屏框以及安装在显示屏框上的显示屏，使现场操作员更直接地控制设备温度。
17.作为优选，还包括散热装置，所述散热装置包括安装在箱体内壁上的风扇以及安装在箱体外壁上与风扇位置相对的防护板。防护板用于防止其他杂物通过风扇进入设备，破坏冷水机内部的零部件。
18.作为优选，所述箱体包括底座以及安装在底座上的左盖板、右盖板以及后盖板，所述底座、左盖板、右盖板以及后盖板上还固定有顶盖，构成整体，所述底座还安装有脚垫；所述显示屏框安装在顶盖前侧，水箱隔离板固定在底座和后盖板上。电气安装板固定底座和主体安装板上，主体安装板的一端固定在后盖板，另一端固定在右单元支架上。右盖板、左盖板两侧还安装有塑胶提手，方便搬移冷水机。
19.因此，本发明具有如下有益效果：1、采用u型管串联水路，外接冷却塔等冷却系统进行水循环，降低了整机的噪音；2、引入了负载温度反馈信息，可以控制制冷片的输入电压，从而调节设备的制冷、制热功率，从而达到精确控制负载的温度；3、增加了人机交互接口，可以方便地远程监测及温度控制。
附图说明
20.图1是本发明的装置的主视图；图2是本发明的装置的俯视图；图3是本发明的装置根据图2中a-a的剖视图；图4是本发明的装置根据图2中b-b的剖视图；图5是本发明的装置根据图2中c-c的剖视图；图6是本发明的制冷制热单元的结构示意图；图7是本发明中根据图3中d部分的放大示意图；图中：1、水箱盖；2、密封垫片；3、顶盖；4、温度控制器；5、提手；6、第一橡胶护线圈；7、显示屏框；8、显示屏；9、风扇；10、防护板；11、直管；12、异形管；13、水泵；14、后盖板；15、管接头；16、堵头；17、底座；18、温控器安装块；19、温度传感器；20、水泵支架；21、脚垫；22、水箱；23、防护套；24、水箱隔离板；25、第二橡胶护线圈；26、液位传感器；27、电气安装板；28、第一电源；29、三通管；30、水箱垫块；31、隔热棉；32、第二电源；33、接地螺栓；34、隔离柱；35、rs232接口；36、rs485接口；37、usb-com接口；38、电源滤波器；39、右盖板；40、温度开关；41、右单元支架；42、左盖板；43、主体安装板；44、左单元支架；45、制冷制热单元；46、u型管；47、管箍；48、宝塔接头；49、内六角圆柱头螺钉；50、隔热粒子；51、隔热垫片；52、制冷片；53、导热材料；54、第一水冷板；55、第二水冷板；56、第三水冷板。
具体实施方式
21.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：实施一：一种水冷式半导体冷水机，其主视图如图1所示，包括底座17以及安装在底座上的右盖板39、左盖板42以及顶盖3，还有一个与左盖板平行的右盖板39，所述右盖板、后盖板、左盖板依次连接且均固定在底座上，所述顶盖分别与右盖板、后盖板、左盖板以及底座固
定，构成一个箱体。所述顶盖上表面还设有水箱盖1，所述水箱盖上还设有密封垫片2，所述左盖板以及右盖板上均设有一个提手，便于搬移装置；所述底座下表面设有弹性塑胶脚垫21；所述后盖板外表面还安装有防护板。
22.其俯视图如图2所示，所示顶盖上还安装有一个显示屏框7，所述显示屏框上面安装有显示屏8，显示屏8用于显示负载温度，使现场操作员更直接地控制设备温度。
23.在图2中沿a-a剖开，得到如图3所示的剖面图，即从图1翻转之后的角度所看到的剖面图，冷水机内部包括第一橡胶护线圈6和温度控制器4，所述温度控制器上设有对外供电端口，可以接入电磁阀等外部零件，防止设备断电使得管路中的水回流至水箱；所述温度控制器与电气安装板之间还装有塑胶隔离柱。
24.还包括水泵13，水泵固定在水泵支架13上。水泵的进水口经三通管29的一端接入水箱的出水口，三通管的另一端接管接头15，管接头内安装有堵头16。维修或者更换冷却液时，通过拆卸16堵头，可以排出22水箱内的水。
25.在图2中沿b-b剖开，得到如图4所示的剖面图，即从图1的角度看到的剖面图，包括电源装置，所述电源装置包括电气安装板27，所述电气安装板固定在底座和主体安装板上，电气安装板上安装有第一电源32以及第二电源28，所述第一电源与第二电源均连接有电源滤波器38，所有电气设备的接电线均安装在接地螺栓33上。
26.还包括水箱，水箱22上设有外部可观测的液位指示凸台和液位传感器26，水箱口用水箱盖和密封垫片密封水箱，水箱盖上还套设有防护套23。水箱右侧安装有水箱隔离板24，水箱通过水箱隔离板与电气部分做电气隔离；水箱隔离板设有过线槽，可以安装第一橡胶护线圈25，从而保护液位传感器的导线。水箱底部安装有水箱垫块30，水箱垫块固定在底座上，水箱与水箱垫块之间粘贴有隔热棉31，既可以降低外界热扩散，也可以保护水箱免受振动。
27.在图2中沿c-c剖开，得到如图5所示的剖面图，即从冷水机右侧看到的剖面图，包括左单元支架44和右单元之间41，所述左单元支架和右单元支架之间固定支撑有制冷制热单元45，所述制冷制热单元通过异形管12以及管接头15与外部冷却塔等冷却系统相连接，所述右单元支架上还安装有温度开关40。
28.所述制冷制热单元左侧安装有一个塑胶隔离柱34，上方安装有一个主体安装板43，所述主体安装板一端固定在后盖板，另一端固定在右单元支架上，所述主体安装板上方安装有电源滤波器38，通过按压电源滤波器，切换电源的通断。
29.所述后盖板上从上到下依次设置有rs232接口35、rs485接口36以及usb-com37，可以实现人机交互，同时可以接收负载的温度信息，以便于控制板，对负载进行精确控温。
30.所述后盖板上还安装有风扇9，所述风扇位于上述接口右侧，后盖板外表面与风扇位置相对处设有防护板10，防止其他杂物通过风扇进入设备，破坏设备的零部件。
31.制冷制热单元的结构图如图6所示，所述制冷制热单元包括第一水冷板54、第二水冷板55以及第三水冷板56，所述第一水冷板和第三水冷板之间串入u型管46，以降低外部冷却水循环系统的接口。
32.第二水冷板两侧安装有制冷片52，并填充有导热材料53；第二水冷板经直管11一端与水泵的出水口连接，第二水冷板另一端串入三通管二通的温控器安装块18，温控器安装块的另一端经直管接入管接头，其中温度传感器19固定在温控器安装块的底部，用于采
集制冷制热单元的出水口温度。
33.本实施例采用u型管串联水路，外接冷却塔等冷却系统进行水循环，降低了整机的噪音；通过引入负载温度反馈信息，温度控制器采用可以pid算法智能控制设备内制冷片的输入电压，从而调节设备的制冷、制热功率，从而达到精确控制负载的温度；增加了rs232和rs485等人机交互接口，可以方便地远程监测及温度控制。
34.实施例二：在实施例一的基础上，所述显示屏采用可触控操作的显示屏，所述温度传感器采用pt100温度传感器，所述第一电源采用48v电源，所述第二电源采用12v电源，水泵支架采用弹性橡胶等材质，以降低水泵的振动。
35.实施例三：在实施例一的基础上，为保证制冷效率，本实施例提供了一种水冷式半导体冷水机，所述制冷制热单元包括实施例一中的制冷制热单元，还包括，如图7所示，水冷板之间还粘贴有隔热垫片51，避免水冷板之间冷热扩散，影响制冷制热效果；所述制冷板之间还串入有85℃的热保护器件，用于在外部冷却水断路时保护制冷片和设备。本实施例制冷片采用高zt值的半导体材料和高对数dice，以提升52制冷片的制冷制热效率；水冷板之间填充的导热材料为导热硅脂。
36.实施例四，在实施例一的基础上，为保证水输送时不发生泄露，本实施例提供了一种水冷式半导体冷水机，所述制冷制热单元包括实施例一中的制冷制热单元，还包括，如图6所示，第二水冷板经直管一端与水泵的出水口连接的一端上设有宝塔接头48，所述u型管上设有管箍48。
37.实施例五，在实施例一的基础上，为保证设备隔热，本实施例提供了一种水冷式半导体冷水机，如图7 所示，右单元支架上设有若干隔热粒子50，所述隔热粒子通过内六角圆柱头螺钉49固定在右单元支架上。
38.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。