[其他]混合式多级低温制冷机组

说明书

本实用新型属于应用压缩冷冻和珀耳贴效应的多级冷冻机组。

多级低温制冷机组通常是全压缩式制冷或全半导体制冷。压缩式制冷机组由压缩机、冷凝器、蒸发器、节流阀组成，体积庞大，而多级的压缩式制冷机组不仅结构复杂而且控制性能差，特别是欲得到低于－70℃的低温时，需用复叠式制冷机组及二种制冷剂，致使结构更为复杂、笨重，不适合做测试仪表的冷源。全半导体制冷装置，三级可达到－70℃，但必须用水冷却，拖一根水管十分不便，在水源紧缺及天气寒冷地区就更增加了困难；大功率的三级半导体制冷装置热应力大，可靠性差而且为了得到纹波系数小、功率大的直流电源通常用三相桥式全波整流，导致电源体积大而笨重。

本实用新型的目的是设计一个半导体及压缩式混合的制冷系统，选择各级制冷的最佳匹配，以提供一个不用水，采用单相电源，降温迅速，可靠性能好的低温冷源。

该混合式多级低温制冷机组的第一级制冷是由压缩机，风扇，冷凝器，毛细管节流，蒸发器组成的压缩冷冻机组，第二级制冷是由蒸发器，半导体制冷块组成的半导体制冷器，以下各级是由制冷量递减的半导体制冷块组成。第二级半导体制冷块的热端是由经过一级压缩机压缩、冷凝后的工作介质在蒸发器内的蒸发冷却的。工作介质可用氟里昂12，氟里昂22，502或其他制冷剂。

混合式多级低温制冷机组的半导体制冷器可采用开关电源供给直流电，该电源体积小，纹波系数小，效率高。

混合式制冷机组发挥了压缩式及半导体制冷的优越性，使之处于最佳工作状态。首先，割去了半导体制冷所必需拖的水管，大大方便了操作；一级制冷采用了压缩冷冻式，使机组制冷量增大，制冷速度加快而且大大降低了成本；混合机组可以获得一般较难获得的－70℃～80℃，甚至更低温度的低温冷源，而且由于半导体制冷块热应力小提高了制冷机组的可靠性；采用开关电源不仅减少了电源的体积，而且用单相电源取代了三相电源，同时又减小了纹波系数，提高了电源性能。混合机组耗电省，一般可节省能耗约50％，是国内外鲜见的稳定的低温冷冻系统。

该混合式制冷机组按装在需在低温条件下进行科学实验的实验台及低温下进行测试的仪器仪表中，例如石油凝固点、冷滤点、倾点的测定，橡胶脆性试验，建筑材料的性能试验及低温温度计的标定等，提供控制性能良好的低温冷源。

附图描述了本实用新型的一个实施例。

图1为混合式多级低温制冷机组的结构图。

图2为混合式多级低温制冷机组的系统图。

这是混合机组做为冷源用于石油凝固点测定的一个实施例。

压缩机（1），风扇（2），冷凝器（3），毛细管节流（4），蒸发器（5），风扇电机（9），过滤干燥器（10）组成了第一级制冷，蒸发器（5），半导体制冷块（6）组成了第二级制冷，半导体制冷块（7）组成了第三级制冷。四组第二第三级半导体制冷块成正方形组成冷井（11）。第一级压缩冷冻式制冷机组功率为200W，第二级半导体制冷块（6）是由18对6×6×5mm的半导体制冷元件组焊成50×50×10.5mm的陶瓷器件，第三级半导体冷块（7）是由二组5对5×5×6mm的元件，並联组焊的陶瓷器件，第二级与第三级用93℃焊锡组焊。用紫铜制成的65×65×12mm方形的蒸发器（5），与第二级半导体制冷块（6）组焊。制冷剂氟里昂蒸汽经压缩机（1）压缩进入冷凝器（3）冷凝，冷凝液经毛细管节流（4）进入蒸发器（5）蒸发。四个蒸发器是二并二串连接。进入蒸发器（5）的液体氟里昂，通过蒸发吸收第二级半导体制冷块（6）热端的热量使之降温，气态氟里昂再回到压缩机（1），如此进行封闭循环，如图2。第二、第三级半导体制冷器由开关电源（8）供给25A电流，电压降为5.6V左右。四组半导体制冷器组成的二级半导体温差电热泵继续将温度下降，使冷井温度达到－70℃～－80℃。

第一级压缩式制冷与第二、第三级半导体制冷的功率比为1.4～1.6：1，开关电源功率为150W，纹波系统＜1％，开关电源的大小为250×180×100mm。该实施例与同样功能的全压缩式制冷机组相比，结构简单，体积小，重量轻；与全半导体制冷器相比成本低，降温快，能耗低，可靠性好。混合式耗电量为350W，而全半导体为650－700W，节电约50％左右。混合式在环境温度30℃时50分钟可降到－70℃，环境温度15℃时可降到－80℃，而全半导体式在冷却水为25℃时，降至－70℃需1个半小时，欲再降低温度需用4级制冷，成本会成倍增加，可靠性更差。