本實(shí)用新型涉及一種制冷器材，具體涉及一種低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備。

背景技術(shù)：

目前，在實(shí)際的生產(chǎn)實(shí)踐過程中，經(jīng)常需要用到高低溫箱來進(jìn)行高低溫試驗(yàn)。常規(guī)高低溫箱的核心部分是壓縮機(jī)和制冷劑，需要有足夠的散熱空間和工業(yè)供電，并會(huì)形成一定污染。而使用時(shí)，箱內(nèi)溫度從室溫達(dá)到設(shè)定溫度的時(shí)間都以小時(shí)計(jì)，降溫一次等待時(shí)間很長。作為大型工業(yè)設(shè)備，周期性的維護(hù)保養(yǎng)又不可減省。這些都是使用常規(guī)高低溫箱無法避免的缺點(diǎn)。

當(dāng)遇到排故時(shí)，為了定位失效元器件需要對整塊單板進(jìn)行反復(fù)多次的低溫試驗(yàn)，會(huì)出現(xiàn)長時(shí)間連續(xù)占用高低溫箱的情況，浪費(fèi)大量寶貴時(shí)間和資源。同時(shí)，反復(fù)低溫也對單板造成不必要的損耗。

為了縮短調(diào)試周期，節(jié)約調(diào)試場地，亟需改進(jìn)現(xiàn)有高低溫設(shè)備，設(shè)計(jì)一種低成本，易維護(hù)，高效率，高可靠性，便于移動(dòng)的新型低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備，專門針對元器件的低溫試驗(yàn)。這種小型的高低溫設(shè)備雖然不能完全代替常規(guī)高低箱使用，但能減少常規(guī)高低溫箱使用的頻率，從而使常規(guī)高低溫更好的做其他必須需要它才能實(shí)現(xiàn)的環(huán)境試驗(yàn)，提高它的效率。而且由于低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備的體積小、價(jià)格低的特點(diǎn)，新型低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備不但可以向便攜化方向發(fā)展，也有可能成為每個(gè)調(diào)試工位標(biāo)準(zhǔn)配置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種小型便攜的低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備，可以對單板上的元器件進(jìn)行單獨(dú)低溫試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)元器件級的低溫試驗(yàn)和低溫排故。

為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備，其特征是，可以對單板上的某一元器件進(jìn)行單獨(dú)的低溫試驗(yàn)，包括：半導(dǎo)體致冷片，通電時(shí)，半導(dǎo)體致冷片一面制冷一面制熱；熱端導(dǎo)溫塊，與所述半導(dǎo)體致冷片的制熱面連接；冷端導(dǎo)溫塊，與所述半導(dǎo)體致冷片的制冷面連接；散熱器，與所述熱端導(dǎo)溫塊連接；導(dǎo)溫頭，與所述冷端導(dǎo)溫塊連接，其幾何中心位置埋裝有溫度傳感器，監(jiān)測導(dǎo)溫頭的實(shí)時(shí)溫度；溫度控制儀，與所述導(dǎo)溫頭中的溫度傳感器相連。

上述低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備，其特征是，所述導(dǎo)溫頭的材料選用導(dǎo)熱系數(shù)為386.4w/(m*k)的紫銅，選取導(dǎo)熱硅脂作為粘合劑，均勻涂抹使之密合在冷端導(dǎo)溫塊中心位置。

上述低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備，其特征是，所述熱端導(dǎo)溫塊和冷端導(dǎo)溫塊的材料選用導(dǎo)熱系數(shù)為386.4w/(m*k)的紫銅，尺寸與致冷片的表面積相合，選取導(dǎo)熱硅脂作為粘合劑，均勻涂抹使之密合在致冷片上下兩個(gè)表面上。

上述低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備，其特征是，所述散熱器的散熱功率必須大于半導(dǎo)體致冷片的制熱功率。

上述低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備，其特征是，所述致冷片的制冷溫度范圍為常溫~零下45°C。

上述低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備，其特征是，溫度控制儀根據(jù)溫度傳感器檢測到的導(dǎo)溫頭的實(shí)時(shí)溫度，判斷是否達(dá)到目標(biāo)溫度，以控制半導(dǎo)體致冷片的通斷電。

上述低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備，其特征是，600秒內(nèi)即可穩(wěn)定保持目標(biāo)溫度。

利用本實(shí)用新型的低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備制造出的高低溫設(shè)備與傳統(tǒng)高低溫箱相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)：由于利用了半導(dǎo)體的Peltier效應(yīng)，以半導(dǎo)體致冷片為核心元件的高低溫設(shè)備具有低價(jià)高效無污染的優(yōu)點(diǎn)，而且體積很小方便移動(dòng)，后期也不需要專業(yè)維護(hù)，為元器件級故障定位和排故提供了可靠，高效的措施。有很強(qiáng)的實(shí)用性及應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體致冷片示意圖。

圖2 是本實(shí)用新型中制冷部分的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將分別針對圖1和圖2作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的半導(dǎo)體致冷片的結(jié)構(gòu)示意圖。半導(dǎo)體致冷片，也叫熱電致冷片，是一種熱泵。它的優(yōu)點(diǎn)是沒有滑動(dòng)的部件，體積小，適合應(yīng)用在一些空間受到限制而可靠性要求高，不允許制冷劑污染的場合。

半導(dǎo)體材料的Peltier效應(yīng)是指：當(dāng)兩種不同材料的導(dǎo)體相連接時(shí)，如果兩個(gè)連接點(diǎn)保持不同的溫度，則在導(dǎo)體中產(chǎn)生一個(gè)溫差電動(dòng)勢：E_S=S×△T，其中E_S為溫差電動(dòng)勢，S為溫差電動(dòng)勢率（賽貝克系數(shù)），△T為接點(diǎn)之間的溫差。當(dāng)電流流經(jīng)兩個(gè)不同導(dǎo)體形成的接點(diǎn)時(shí)，接點(diǎn)處會(huì)產(chǎn)生放熱或吸熱現(xiàn)象，放熱或吸熱大小由電流的大小來決定： Q_π=π×I。其中π=a×T_C，Q_π為放熱或吸熱功率，π為比例系數(shù)（Peltier系數(shù)），I為工作電流，a為溫差電動(dòng)勢率，Tc為冷接點(diǎn)溫度。當(dāng)電流流經(jīng)存在溫度梯度的導(dǎo)體時(shí)，除了由導(dǎo)體電阻產(chǎn)生的焦耳熱之外，導(dǎo)體還要放出或吸收熱量，在溫差為△T的導(dǎo)體兩點(diǎn)之間，其放熱量或吸熱量為QT =T×I×△T。其中QT為放熱或吸熱功率，T為湯姆遜系數(shù)，I為工作電流，△T為溫度梯度。

半導(dǎo)體致冷片即是利用半導(dǎo)體材料的Peltier效應(yīng)制成的，在致冷片內(nèi)部有上百對N型和P型的半導(dǎo)體顆粒，通過金屬導(dǎo)體12串聯(lián)。一對顆粒稱為一對電偶對。N型半導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子為負(fù)極性，P型半導(dǎo)體內(nèi)部的“空穴”電子為正極性。當(dāng)電偶對兩端接通直流電源后，半導(dǎo)體內(nèi)部電子發(fā)生遷移。如圖1中虛線箭頭所示方向?yàn)殡娏鞣较颉Ｗ杂呻娮佑蒒型顆粒流向P型顆粒，結(jié)合處吸收熱量，成為冷端14，具體到圖1中為半導(dǎo)體致冷片的下表面；“空穴”電子由P型顆粒流向N型顆粒，結(jié)合處釋放熱量，成為熱端13，具體到圖1中為半導(dǎo)體致冷片上表面。所以半導(dǎo)體致冷片就會(huì)有一面冷一面熱，而半導(dǎo)體致冷片要制冷，就必須要將熱量排走，否則就會(huì)抵消制冷的效果。所以其熱端就要通過設(shè)置散熱器來幫助散熱。

圖2是本實(shí)用新型中制冷部分的示意圖，其中，半導(dǎo)體致冷片1為薄片狀，其上下表面均為絕緣陶瓷片，通電2~3秒后，上表面陶瓷片發(fā)熱，成為熱端；下表面陶瓷片降溫，成為冷端。因此在半導(dǎo)體致冷片的上下兩個(gè)陶瓷表面（熱端和冷端）上分別安裝有熱端導(dǎo)溫塊2和冷端導(dǎo)溫塊3，可以迅速把熱量傳遞出去。導(dǎo)溫頭5位于冷端導(dǎo)溫塊3的中心位置，，用于和位于被測單板7上的被測元器件6充分接觸，從被測元器件上吸收熱量，制造小范圍的低溫環(huán)境，達(dá)到制冷效果。

本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于2個(gè)方面：1、半導(dǎo)體致冷片1與散熱器的匹配；2、半導(dǎo)體致冷片1的冷端至導(dǎo)溫頭5的溫度消耗與傳導(dǎo)能力。

關(guān)于半導(dǎo)體致冷片1與散熱器4之間的匹配問題：

散熱器4對半導(dǎo)體致冷片1性能的發(fā)揮起到至關(guān)重要的作用，半導(dǎo)體致冷片1熱端的熱能如釋放慢或釋放不掉，將直接導(dǎo)致半導(dǎo)體致冷片1的制冷能力差甚至直接燒毀。因此，首先需要在位于半導(dǎo)體致冷片1熱端的熱端導(dǎo)溫塊2上設(shè)置散熱器，并且必須選擇吸熱功率大于半導(dǎo)體致冷片1放熱功率的散熱器。為了使半導(dǎo)體致冷片1與散熱器4更好的匹配，本實(shí)用新型采用水冷散熱器。

所述的水冷散熱器利用泵使散熱管中的冷卻液循環(huán)并進(jìn)行散熱。在散熱器上的吸熱部分（在液冷系統(tǒng)中稱為吸熱盒）用于從半導(dǎo)體致冷片的熱端上吸收熱量。本實(shí)施例中，所述的水冷散熱器采用XSPC濃縮液作為水冷液。

關(guān)于半導(dǎo)體致冷片1與導(dǎo)溫頭5之間的溫度消耗與傳導(dǎo)能力問題：

為了幫助保持低溫，可以在半導(dǎo)體致冷片1的周圍采取保溫措施。一個(gè)比較合理的保溫措施是在散熱器4，熱端導(dǎo)溫塊2，半導(dǎo)體致冷片1，冷端導(dǎo)溫塊3和導(dǎo)溫頭5整體的外圍包裹一個(gè)圓筒狀外殼，外殼內(nèi)的空隙用普通棉花填充。圓筒上端用用壓塊將散熱器4，熱端導(dǎo)溫塊2，半導(dǎo)體致冷片1，冷端導(dǎo)溫塊3和導(dǎo)溫頭5擠壓在圓筒內(nèi)，用螺釘固定鎖死。圓筒底部安裝的壓塊中間開孔，露出埋裝有溫度傳感器的導(dǎo)溫頭5，壓塊用螺釘鎖死。

在安裝時(shí)，首先用無水酒精棉，將半導(dǎo)體致冷片1、熱端導(dǎo)溫塊2、冷端導(dǎo)溫塊3和導(dǎo)溫頭5的兩面分別擦洗干凈，均勻的涂上很薄的一層導(dǎo)熱硅脂；安裝表面應(yīng)加工，表皮平度不大于0.03MM，并清洗干凈；在安裝過程中半導(dǎo)體致冷片1與熱端導(dǎo)溫塊2之間、半導(dǎo)體致冷片1與冷端導(dǎo)溫塊3之間、冷端導(dǎo)溫塊3與導(dǎo)溫頭4之間都必須接觸良好，熱端導(dǎo)溫塊2應(yīng)與散熱器4接觸良好。導(dǎo)溫頭5與散熱器4之間應(yīng)當(dāng)用隔熱材料充填，其厚度以25~30MM為宜。

溫度控制的過程：

當(dāng)?shù)蛢r(jià)高效無污染的制冷設(shè)備開始工作后，溫度傳感器感應(yīng)到導(dǎo)溫頭5的實(shí)時(shí)溫度，溫度控制儀讀取當(dāng)前溫度，與預(yù)設(shè)的值相比較，若未達(dá)到預(yù)設(shè)值則給半導(dǎo)體致冷片1通電，令其繼續(xù)降溫，若已達(dá)到預(yù)設(shè)值則可以暫時(shí)給半導(dǎo)體致冷片1斷電，令其維持當(dāng)前溫度。溫度控制儀不斷重復(fù)上述讀取—判斷—通電或斷電的過程，以維持本低價(jià)高效無污染的制冷設(shè)備的溫度。

本實(shí)用新型利用半導(dǎo)體致冷片的制冷特性，體積小、制冷速度快的優(yōu)點(diǎn)，為元器件級故障定位和排故提供了可靠，高效的措施。有很強(qiáng)的實(shí)用性及應(yīng)用前景。