[发明专利]一种小功率半导体多级低温制冷装置

说明书

本发明公开了一种小功率半导体多级低温制冷装置，所述装置由制冷系统、冷却系统、温控系统三部分组成，其中：所述制冷系统分为两级，由第一级制冷系统和第二级制冷系统组成；所述第一级制冷系统由一级半导体制冷片和一级导冷板组成；所述第二级制冷系统由二级半导体制冷片和二级导冷板组成；所述冷却系统由一级冷却系统和二级冷却系统组成；所述一级冷却系统由散热器组成；所述二级冷却系统由冷水箱组成；所述温控系统由主控单片机、温度传感器和控制半导体制冷片的继电器组成。本发明的装置具有体积小、功率小、成本低、效率高和易实现等优点，因而具有实现简单的益处，仅仅需要小功率电源即可实现半导体多级制冷。

技术领域

本发明属于半导体制冷技术领域，涉及一种实现小功率多级制冷的半导体制冷装置。

背景技术

半导体制冷又称热电制冷，是20世纪60年代初发展起来的新制冷技术，它是利用半导体材料制成的PN结，在PN结两端加上额定的电压，冷端就会迅速降温。这种制冷器和传统的制冷设备从原理上有着根本的区别，制冷设备没有复杂的结构，体积小，没有噪声也不需要制冷剂，而且环保无污染。

目前制冷技术主要分为压缩机制冷和半导体制冷两种方式。其中，压缩机制冷具有制冷效率高的优点，但是对设备机械结构要求较高且包括冷凝器、过滤器、电磁阀等通过管路连接起来的复杂系统，维修和安装困难，而且会给设备带来振动和噪声，不适用于对机械稳定性要求高的设备上。而半导体制冷虽然效率较低，但是具有无需制冷剂、不怕震动、冷热随意切换、体积小、安装方便且可靠性高的特点，所以经常附加于有特殊控温要求的设备上。

由于半导体制冷技术具有绿色环保、安全可靠以及使用便捷等优点，被广泛应用于制冷领域。但是，目前半导体制冷技术存在最大的缺点就是制冷效率非常低下，发热量高，而相对制冷量较小。尤其在多级制冷设备中，一片半导体制冷片的发热需要用至少三片制冷片进行散热才能保证制冷片不被损坏，而且半导体制冷片需要较大的功率才能达到较为理想的效果。半导体多级制冷则对功率要求更高，极大地限制了其应用。在某些微观检测等领域，如光学显微镜、扫描电子显微镜，甚至原子力显微镜等对材料微纳尺度低温特性检测领域，需要构建小功率、紧凑型的低温环境，由于不能存在机械振动且通常要求的制冷量较小，因此必须选择半导体制冷技术，同时也对半导体多级制冷的功率、占用空间、制冷效率等提出了迫切的需求。

发明内容

为了解决多级制冷半导体制冷片功率过大的问题，本发明提供了一种小功率半导体多级低温制冷装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种小功率半导体多级低温制冷装置，主要由制冷系统、冷却系统、温控系统三部分组成，其中：

所述制冷系统分为两级，由第一级制冷系统和第二级制冷系统组成；

所述第一级制冷系统由一级半导体制冷片和一级导冷板组成；

所述第二级制冷系统由二级半导体制冷片和二级导冷板组成；

所述冷却系统由一级冷却系统和二级冷却系统组成；

所述一级冷却系统由普通的散热器组成；

所述二级冷却系统由储存有一级制冷系统制冷量的冷水箱组成；

所述温控系统由主控单片机、温度传感器和控制半导体制冷片的继电器组成；

所述一级半导体制冷片的下表面设置有散热器，上表面设置有一级导冷板；

所述二级半导体制冷片的上下表面分别设置有二级导冷板；

所述一级导冷板和设置在二级半导体制冷片下表面的二级导冷板之间设置有冷水箱；

所述主控单片机分别与继电器和计算机连接；

所述继电器用于控制一级半导体制冷片和二级半导体制冷片；