大功率無液冷緊湊型恆溫裝置的製作方法
2023-07-17 14:25:21 3
專利名稱：大功率無液冷緊湊型恆溫裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種恆溫裝置，特別是一種大功率無液冷緊湊型恆溫裝置，屬於半導體製冷或制熱技術領域。
背景技術：
一般而言，許多光電器都需要在恆溫下或者較小的溫度範圍內工作。例如二極體雷射器，隨著工作溫度的變化，雷射器輸出雷射的波長會發生漂移，這種漂移對於此類雷射器的某些應用是不允許的，如用做固體雷射器的泵浦源。因此，為雷射二極體配置一套恆溫裝置是非常必要的，以保證雷射器無論處於什麼溫度下都能使得二極體工作溫度相對穩定，輸出雷射波長穩定。
為解決上述問題，傳統的技術方案如圖1所示將光電器件(如二極體雷射器)1置於保溫盒2內，保溫盒2的盒壁環繞有盤管3，盤管3與製冷壓縮機4相連，盤管3內通有製冷劑，為解決超低溫(如-40℃)下提高光電器件工作溫度的穩定性，一般在保溫盒壁2內裝有加熱用電阻絲5。該技術方案控溫效果較好、效率較高，但是，裝置體積較大，結構較為複雜，製作成本較高，且有液漏隱患等缺陷。
發明內容
本實用新型的目的就是為了解決現有技術存在的缺陷，彌補不足，提供一種降溫升溫速度快，能夠滿足光電器件工作溫度的要求、結構緊湊、無液漏隱患、無汙染、成本低、性能良好的大功率無液冷緊湊型恆溫裝置。
為了實現上述目的，本實用新型所涉及的大功率無液冷緊湊型恆溫裝置的技術方案是這樣完成的本裝置由保溫盒、散熱器、溫度傳感器，比例積分微分控制器和開關電源等構成。本恆溫裝置中裝有半導體熱電器件和熱容塊，且均設置在保溫盒內；半導體熱電器件由P型和N型半導體元件，上下陶瓷覆銅基板和電極引出導線組成。保溫盒下部安裝散熱器，半導體熱電器件的下表面與散熱器上部相連，半導體熱電器件的上表面與熱容塊的下表面相連，熱容塊的上表面直接與被控溫的光電器件接觸；溫度傳感器插入被控光電器件內，另一輸出端與比例積分微分控制器連接；比例積分微分控制器的輸出端通過導線與開關電源連接，開關電源的輸出與半導體熱電器件的電極引出導線連接。
本實用新型稱的大功率無液冷緊湊型恆溫裝置，其特徵是，設置的半導體熱電器件可以是單片，也可以是由一片片的平鋪或疊加成多層的多片構成。
本實用新型所稱的恆溫裝置，其半導體熱電器件藉助直流電流中載流子的定向移動，將熱量從熱電器件的一側陶瓷基板移至另一側陶瓷基板，實現了熱電器件一面吸熱一面放熱的製冷效應。若改變電極電源極性，其產生的吸熱，放熱效應恰好相反。熱電器件的製冷量或制熱量與冷熱兩端的溫差，以及電壓電流大小有關，其選擇應綜合分析光電器件的發熱量，環境溫度等因素。
本實用新型所稱的恆溫裝置中的比例積分微分控制器，其功能是當被控對象的實際工作溫度與設定工作溫度有差異時，控制器儀表將針對這個偏差大小及正負特徵自動進行比例調節(即輸出控制量與偏聽偏差值大小成比例)，積分調節(即輸出控制量與偏差值的時間積分成正比)和微分調節(即輸出控制量與偏差值隨時間的變化率成正比)實時輸出一個適當的控制信號控制開關電源的輸出功率及輸出極性，最後實時對溫度無超調，無波動的控制。開關電源是一種輸出功率可控的電源，根據控制器儀表的控制信號能夠自動調節輸出電壓極性和大小，以實現半導體熱電器件的製冷或制熱功能。
本實用新型所稱的恆溫裝置中的熱容塊起穩定光電器件工作溫度的作用，熱容塊用紫銅板製作。
本實用新型所稱的恆溫裝置中的散熱器，其作用是將半導體熱電器件傳遞給光電器件的熱量散發到環境中。或從環境中吸熱供給半導體熱電器件的另一端。為使熱電器能夠高效率製冷或制熱，必須儘量降低熱電器件冷熱陶基片的溫差。因此，應儘量選擇熱阻較小的散熱器。
本實用新型所稱的大功率無液冷緊湊型恆溫裝置，具有構思新穎，結構緊湊，製冷制熱量大、體積小巧、安裝方便、無需液態製冷劑及壓縮機、無汙染、製冷速度快、控制性能好易於工業化批量生產等優點；它可廣泛用於光電領域中需要恆溫工作的器件的控溫，特別適宜於需要有大的製冷、制熱量的場合。
圖1傳統壓縮機型恆溫裝置示意圖。
圖2大功率無液冷緊湊型恆溫裝置結構示意圖。
圖3如圖2所示的大功率無液冷緊湊型恆溫裝置的半導體熱電器件結構示意圖。
具體實施方式
本實用新型涉及的大功率無液冷緊湊型恆溫裝置的具體實施方式
，結合附圖2至3詳細敘述如下當二極體雷射器即光電器件10的最大雷射輸出功率為30W時，會同時釋放約40W的熱量，如果此時環境溫度為55℃，欲在10分鐘將二極體雷射器10的工作溫度降至25℃，則需要附加製冷量約20W，設保溫盒6散熱量約10W，那麼需要總製冷量約70W。根據這個製冷量，選取三片平鋪的最大製冷量為120W的半導體熱電器件7，熱阻小於0.05K/W的散熱器9(當環境溫度達到55℃，且散熱器熱阻小開0.05K/W時，每片熱電器件的實際製冷量為25W)；選取保溫盒6壁厚12MM，內外表面用鋁板或鋼板製作，其夾層充填絕熱發泡劑或保溫材料，對光電器件7起絕熱作用；熱容塊8的尺寸規格為80×90×15MM；選用為熱電器件7供電的可控開關電源13最大電壓24VDC。本裝置的半導體熱電器件7和熱容塊8設置在保溫盒6內。保溫盒6下部安裝散熱器9，半導體熱電器件7的下表面與散熱器9相連，熱電器件7的上表面與熱容塊8的下表面相連，熱容塊8的上表面直接與被控溫的光電器件10接觸。溫度傳感器11插入光電器件10內，輸出端與比例積分微分控制器連接，控制器12的輸出端通過導線與可控開關電源13連接，開關電源的另一輸出端通過導線與半導體熱電器7的電極引出導線16連接。
若環境溫度較低，需要升高光電器件10的工作溫度，則比例積分微分控制器儀表將使開關電源13輸出的電壓極性反向，熱電器件7由製冷作用變為制熱作用，為光電器件10加熱。
權利要求1.一種大功率無液冷緊湊型恆溫裝置，由保溫盒(6)、散熱器(9)、溫度傳感器(11)、比例積分微分控制器(12)和開關電源(13)等構成，其特徵是本恆溫裝置中裝有半導體熱電器件(7)和熱容塊(8)，並且設置在保溫盒(6)內，保溫盒(6)下部安裝散熱器(9)，半導體熱電器件(7)的下表面與散熱器(9)相連，熱電器件(7)的上表面與熱容塊(8)的下表面相連，熱容塊(8)的上表面直接與被控溫的光是器件(10)接觸，溫度傳感器(11)插入光電器件(10)內，輸出端與比例積分微分控制器(12)連接，控制器(12)的輸出端通過導線與開關電源(13)連接，開關電源(13)的輸出端通過導線與半導體熱電器件(7)的電極引出導導線(16)連接。
2.根據權利要求1所述的大功率無液冷恆溫裝置，其特徵是半導體熱電器件(7)可以是單片，也可以是由一片片的平鋪或疊加成多層的多片構成。
專利摘要本實用新型涉及一種大功率無液冷緊湊型恆溫裝置。屬於半導體製冷或制熱技術領域。本裝置由保溫盒、散熱器、溫度傳感器、比例積分微分控制器和開關電源等構成。其特徵是，本裝置保溫盒內設置有半導體熱電器件和熱容塊，熱電器件的上下表面分別與熱容塊和散熱器相連，熱容塊另一面與被控的光電器件接觸；溫度傳感器插入光電器件內，輸出端與控制器連接，控制器的輸出端通過導線與開關電源連接，開關電源的輸出端與半導體熱電器的電極引出端連接。本裝置具體結構緊湊、無液體、體積小巧、加工簡單、操作方便、無汙染、製冷速度快、穩定可靠、成本較低、易於形成工業化生產；可廣泛應用於光電領域中需要恆溫的器件的控溫，特別適和於需要有大的製冷、制熱量的場合。
文檔編號F25B21/02GK2612912SQ0324146
公開日2004年4月21日 申請日期2003年5月7日 優先權日2003年5月7日
發明者黃新, 王 鋒 申請人:武漢凌雲光電科技有限責任公司