一种带有凸轮机构的恒温箱

1.本发明涉及恒温箱技术领域，尤其是一种带有凸轮机构的恒温箱。


背景技术：

2.传统主动恒温装置的控温模块传热速率低，需要的控温时间长，而且热量传递只发生在局部，还需要在装置内设置扰流风扇来进行均温。传统恒温装置需要在电源不间断供电的情况下才能保持温度恒定，而在断电情况下，随着热量在箱体内与外界之间传递，箱体内温度会不断变化，保温效果差且无法满足断电后恒温的需求。而传统保温装置在保温过程中箱体与外界存在漏热，影响保温效果。


技术实现要素：

3.本发明针对以上问题提出了一种带有凸轮机构的恒温箱。
4.本发明采用的技术手段如下：
5.一种带有凸轮机构的恒温箱，包括恒温箱箱体、箱盖驱动机构、箱盖锁紧机构、箱盖真空隔热层、箱身真空隔热层、相变材料层、热管以及温控装置；
6.所述恒温箱箱体包括箱身和扣合在所述箱身上的箱盖，所述箱身和所述箱盖之间围成容纳空间，所述箱身内设有与所述箱身的内侧壁贴合的箱身真空隔热层，所述恒温箱箱体内设有与所述箱身真空隔热层的内侧壁贴合的相变材料层，所述相变材料层上设有所述热管，所述箱盖内设有与所述箱盖的内侧壁贴合的箱盖真空隔热层，所述箱盖上还设有用于对所述容纳空间进行加热或制冷的所述温控装置；
7.所述热管包括第一热管换热部和第二热管换热部，所述第一热管换热部与所述相变材料层的内壁贴合，所述第二热管换热部靠近所述箱盖一端且与所述箱盖平行设置；
8.所述恒温箱箱体上设有所述箱盖驱动机构，所述箱盖驱动机构能够驱动所述箱盖相对所述箱身沿扣合方向移动使得所述温控装置的换热部与所述第二热管换热部接触或分离；
9.所述恒温箱箱体上还设有所述箱盖锁紧机构，所述箱盖锁紧机构用于在所述箱盖相对所述箱身移动过程中使所述箱盖与所述箱身处于压紧状态。
10.进一步地，所述箱盖驱动机构包括把手、连杆、凸轮、连接轴以及支撑耳，两个所述支撑耳相对设置并固定在所述箱身上，两个所述支撑耳之间铰接有所述连接轴，所述连接轴的两端分别固定有连杆，连杆的另一端固定有所述把手，所述连接轴上固定有所述凸轮，所述凸轮与所述箱盖的下边沿抵接，通过所述把手和连杆可驱动所述连接轴转动进而驱动所述凸轮转动，所述凸轮驱动所述箱盖相对所述箱体移动。
11.进一步地，所述箱盖锁紧机构包括弹簧、拉杆、拉杆座、锁扣以及压板；
12.所述拉杆座固定在所述箱身上，所述拉杆安装在所述拉杆座上，所述拉杆远离箱盖的一端设有所述弹簧，所述拉杆靠近所述箱盖的一端设有锁扣连接部，所述压板固定在所述箱盖上，所述压板上安装有所述锁扣，所述锁扣的另一端与所述锁扣连接部连接，在所
述箱盖相对所述箱身移动时，所述弹簧的回复力驱动所述拉杆与所述锁扣拉紧。
13.进一步地，所述箱盖锁紧机构还包括夹钳和夹钳安装座，所述夹钳安装座固定在所述压板上，所述夹钳铰接在所述夹钳安装座上，所述锁扣铰接在所述夹钳上，所述夹钳绕所述夹钳安装座转动能驱动所述锁扣与所述锁扣连接部连接或分离。
14.进一步地，所述温控装置包括半导体制冷器、温度设置模块、pid控制模块、温度检测模块、电磁继电器以及散热器；所述半导体制冷器固定在所述箱盖上且置于所述箱盖内侧，所述散热器固定在所述半导体制冷器上且位于箱盖外侧，所述散热器包括散热片和风扇，所述温度设置模块、pid控制模块、温度检测模块以及电磁继电器集成在固定在设置在所述箱盖上的电控箱内。
15.进一步地，所述热管包括热管蒸发区和热管冷凝区，所述热管蒸发区和所述热管冷凝区为所述热管的热管换热部。
16.进一步地，所述相变材料层为无机相变材料层、有机相变材料层以及复合相变材料层中的任意一种。
17.进一步地，所述热管为板式热管或管式热管，所述热管中的工质为水、甲醇、乙醇、丙酮、液态金属、双元工质以及多元工质中的任意一种，所述热管的材质为铜、铝、碳钢、合金钢中的任意一种。
18.进一步地，把手、连杆、凸轮以及连接轴的材质为铁、碳钢、合金刚、木头或塑料。
19.进一步地，所述第一热管换热部的面积大于所述第二热管换热部的面积，所述第一热管换热部设置在所述箱身的容纳空间的底面贴合。
20.与现有技术比较，本发明公开的带有凸轮机构的恒温箱具有以下有益效果：本发明公开的带有凸轮机构的恒温具有使用方便，电控箱控制半导体制冷器和风扇工作对恒温箱进行控温，并通过控制凸轮机构来减少箱体漏热，使用相变材料维持保温过程中的温度，以满足较保温条件的要求，使本发明兼具制冷、制热功能，精准控温，断电后在一定时间内维持恒温箱内温度恒定，同时延长保温时间。
附图说明
21.图1为本发明公开的带有凸轮机构的恒温箱的轴视图；
22.图2为本发明公开的带有凸轮机构的恒温箱的剖视图，图中温控装置与热管接触；
23.图3为本发明公开的带有凸轮机构的恒温箱的剖视图，图中温控装置与热管分离；
24.图4为本发明公开的带有凸轮机构的恒温箱的主视图；
25.图5为图4中虚线框中局部放大图。
26.图中：1、恒温箱箱体，10、箱身，11、箱盖，12、容纳空间，13、箱盖真空隔热层，14、箱身真空隔热层，15、相变材料层，16、箱盖下边沿，2、箱盖驱动机构，20、把手，21、连杆，22、凸轮，23、连接轴，24、支撑耳，3、箱盖锁紧机构，30、弹簧，31、拉杆，310、锁扣连接部，311、弹簧抵接部，32、拉杆座，33、锁扣，34、压板，35、夹钳，36、夹钳安装座，4、热管，40、第一热管换热部，41、第二热管换热部，42、热管蒸发区，43、热管冷凝区，5、温控装置，50、半导体制冷器，51、散热器，52、电控箱。
具体实施方式
27.如图1所示为本发明公开的带有凸轮机构的恒温箱，包括恒温箱箱体1、箱盖驱动机构2、箱盖锁紧机构3、箱盖真空隔热层13、箱身真空隔热层14、相变材料层15、热管4以及温控装置5；
28.如图2和图3所示，所述恒温箱箱体1包括箱身10和扣合在所述箱身10上的箱盖11，所述箱身10和所述箱盖11之间围成容纳空间12，所述箱身10内设有与所述箱身10的内侧壁贴合的箱身真空隔热层14，所述恒温箱箱体内设有与所述箱身真空隔热层14的内侧壁贴合的相变材料层15，所述相变材料层15上设有所述热管4，所述箱盖11内设有与所述箱盖11的内侧壁贴合的箱盖真空隔热层13，所述箱盖11上还设有用于对所述容纳空间12进行加热或制冷的所述温控装置5，
29.所述热管4包括第一热管换热部40和第二热管换热部41，所述第一热管换热部40与所述相变材料层15的内壁贴合，所述第二热管换热部41靠近所述箱盖11一端且与所述箱盖11平行设置；所述热管4为板式热管或管式热管，所述热管4包括热管蒸发区42和热管冷凝区43，所述热管蒸发区42和所述热管冷凝区43为所述热管的热管换热部，当通过半导体制冷器50对恒温箱制热时，第二热管换热部41为热管蒸发区42，第一热管换热部40为热管冷凝区43，当通过半导体制冷器50对恒温箱制冷时，第二热管换热部41为热管冷凝区43，第一热管换热部40为热管蒸发区42。
30.所述恒温箱箱体1上设有所述箱盖驱动机构2，所述箱盖驱动机构2能够驱动所述箱盖11相对所述箱身10沿扣合方向移动使得所述温控装置5的换热部与所述第二热管换热部41接触或分离；
31.所述恒温箱箱体1上还设有所述箱盖锁紧机构3，所述箱盖锁紧机构3用于在所述箱盖11相对所述箱身10移动过程中使所述箱盖11与所述箱身10处于压紧状态。
32.本发明公开的带有凸轮机构的恒温箱由于箱内设置真空隔热层和相变材料层，且采用半导体制冷器进行主动温度控制，并且由于设置有箱盖驱动机构，能够驱动箱盖相对箱身沿扣合方向移动，进而可以实现半导体制冷器的换热部与热管换热部接触或分离，可以快速的实现恒温箱内温度控制，并且能够降低箱体内与外界的热传递，保证恒温箱内长时间的温度稳定，同时，在断电时也能够长时间保持恒温，并具有使用方便，电控箱控制半导体制冷器和风扇工作对恒温箱进行控温，并通过控制凸轮机构来减少箱体漏热，使用相变材料维持保温过程中的温度，以满足较保温条件的要求，使本发明兼具制冷、制热功能，精准控温，断电后在一定时间内维持恒温箱内温度恒定，同时延长保温时间，节省能量消耗。
33.具体地，本实施例中，所述温控装置5包括半导体制冷器50、温度设置模块、pid控制模块、温度检测模块、电磁继电器以及散热器51；所述半导体制冷器50固定在所述箱盖11上且置于所述箱盖11内侧，所述散热器51固定在所述半导体制冷器50上且位于箱盖11外侧，所述散热器51包括散热片和风扇，所述温度设置模块、pid控制模块、温度检测模块以及电磁继电器集成在固定在设置在所述箱盖11上的电控箱52内；电控箱52内设置有温度控制模块的集成电路板，该电路板上集成有温度设置模块、pid控制模块、温度检测模块和电磁继电器，在温度设置模块上设定需要的控温温度，并将“设置温度”信号发送给pid控制模块，温度检测模块的传感器安装在箱体内，可以将“箱内温度”实时发送至pid控制模块，pid
控制模块实时比较“设置温度”“箱内温度”，当“设置温度”比“箱内温度”低时，温度控制模块控制半导体制冷器制冷并启动散热器上的风扇，当“设置温度”比“箱内温度”高时，温度控制模块控制半导体制冷器的电磁继电器动作，从而转换半导体制冷器的电源正负极，使半导体制冷器制热，同时启动散热器上的风扇；半导体制冷器50可产生的最大温差为60℃左右，本发明恒温箱内最低制冷温度为：低于当前环境温度25℃左右；最高制热温度为：65℃；工作环境温度为：-55℃～83℃；由于半导体制冷器工作收到最大温差和环境温度限制，所以半导体制冷器工作时必须使散热器上的风扇同时工作，防止制冷过程中，半导体制冷器的发热面过热，或在制热过程中制热面发热效果不佳，以达到良好的控温效果；
34.相变材料层安装在箱体内，相变材料层为无盖盒状结构，相变材料层内侧为容纳空间用于放置被保温物体，在主动控温过程中，热管与相变材料层进行热交换，从而改变相变材料层的温度，相变材料层在整个通电主动控温过程中作为热源或冷源与箱体内部进行热交换；而在控温完成后的断电保温过程中，相变材料层作为储热装置与箱体内部发生热交换，在整个相变材料层完全完成固相和液相转换前，维持相变材料层自身温度恒定在其相变温度，从而使恒温箱内的温度也能够保持与相变材料层的温度基本相同，直至相变材料层完全发生固相和液相转变；相变材料层为固液相变材料，相变材料层在低于其相变温度时开始由液相逐渐转化为固相，在高于其相变温度的环境中开始由固相逐渐转化为液相，在相变材料从固相转化为液相过程中相变材料层自身温度保持不变，直至相变材料层自身完全由固相转变为液相，相变材料层充灌量可以根据断电恒温的时间需求改变，充灌量越大，断电恒温时间越长；根据本发明条件限制，在选择相变材料层的材质时，相变材料层的相变温度的极限为：最低低于当前环境温度20℃，最高60℃；可以根据不同的保温温度需求更换相变温度不同的相变材料层，如无机相变材料、有机相变材料、复合相变材料等。
35.所述热管4包括第一热管换热部40和第二热管换热部41，所述第一热管换热部40与所述相变材料层15的内壁贴合，所述第二热管换热部41靠近所述箱盖11一端且与所述箱盖11平行设置；所述热管4为板式热管或管式热管，所述热管4包括热管蒸发区42、以及热管冷凝区43，所述热管蒸发区42和所述热管冷凝区43为所述热管的热管换热部，当通过半导体制冷器对恒温箱制热时，第二热管换热部为热管蒸发区，第一热管换热部为热管冷凝区，当通过半导体制冷器对恒温箱制冷时，第二热管换热部为热管冷凝区，第一热管换热部为热管蒸发区。
36.所述热管中的工质为水、甲醇、乙醇、丙酮、液态金属、双元工质以及多元工质中的任意一种，所述热管的材质为铜、铝、碳钢、合金钢中的任意一种，根据不同的传热性能需求可以改变充液率大小，充液率可以为30％、50％、60％等；热管的类型根据箱体形状或其他需求改变，热管类型可以为板式热管、管式热管等，热管的材质与工质相容，不发生反应，可以为铜、铝、碳钢、合金钢等，热管用于在主动控温过程中快速传递半导体制冷器与相变材料之间的热量，并在保温过程中加快恒温箱箱体内部的均温。
37.如图1所示，所述箱盖驱动机构2包括把手20、连杆21、凸轮22、连接轴23以及支撑耳24，两个所述支撑耳24相对设置并固定在所述箱身10上，两个所述支撑耳24之间铰接有所述连接轴23，所述连接轴23的两端分别固定有连杆21，连杆21的另一端固定有所述把手20，所述连接轴23上固定有所述凸轮22，所述凸轮22与所述箱盖下边沿16抵接，通过所述把手20和连杆21可驱动所述连接轴23转动进而驱动所述凸轮22转动，所述凸轮22驱动所述箱
盖11相对所述箱体10移动，即在把手20通过连杆21驱动连接轴23转动时，连接轴23带动凸轮22转动，在对恒温箱进行主动温控调节时，把手20转动至最下处时，凸轮22的最小外径处与箱盖的下边沿16抵接，此时半导体制冷器50与热管4的第二热管换热部41接触，进而通过热管4和相变材料层15对恒温箱进行温度控制，在保温模式下，在把手20提起时，凸轮22的最大外径处与箱盖的下边沿16抵接以实现半导体制冷器50通过热管4与相变材料层15和容纳空间12进行热量交换，此时，半导体制冷器50与热管的第二热管换热部41分离(图3中a所示为分开的距离)以减少半导体制冷器50与容纳空间12的热交换，实现延长保温时间功能。
38.进一步地，如图4和图5所示，所述箱盖锁紧机构3包括弹簧30、拉杆31、拉杆座32、锁扣33以及压板34；
39.所述拉杆座32固定在所述箱身10上，所述拉杆31安装在所述拉杆座32上，所述拉杆31远离箱盖11的一端设有所述弹簧30，所述拉杆31靠近所述箱盖11的一端设有锁扣连接部310，所述压板34固定在所述箱盖11上，所述压板34上安装有所述锁扣33，所述锁扣33的另一端与所述锁扣连接部310连接，在所述箱盖11相对所述箱身10移动时，所述弹簧30的回复力驱动所述拉杆31与所述锁扣33拉紧，所述箱盖锁紧机构3还包括夹钳35和夹钳安装座36，所述夹钳安装座36固定在所述压板34上，所述夹钳35铰接在所述夹钳安装座36上，所述锁扣33铰接在所述夹钳35上，所述夹钳35绕所述夹钳35安装座36转动能驱动所述锁扣33与所述锁扣连接部310连接或分离，即夹钳通过转轴安装在夹钳安装座36上，夹钳安装座36固定在压板34上，夹钳35的下端为弧形结构，当驱动夹钳35转动时，夹钳35能够相对夹钳安装座36锁死，并且夹钳35转动的过程中能够拉动安装在其上的锁扣33进而实现锁扣33与锁扣连接部310的连接或分离，本实施例中，锁扣33为u型杆结构，u型杆的自由端通过转轴铰接在夹钳安装座36上，具体地，u型杆的自由端设有螺纹，转轴上加工有通孔，u型杆的自由端穿入转轴中且两端拧上螺母。在锁扣33与拉杆31上的锁扣连接部310连接后，凸轮22驱动箱盖11相对箱体移动时，设置在拉杆31上的弹簧30被压缩，进而弹簧30的回复力使得箱盖11与恒温箱箱体1之间一直处于压紧状态。
40.进一步地，把手、连杆、凸轮以及连接轴的材质为铁、碳钢、合金刚、木头或塑料。
41.进一步地，所述第一热管换热部的面积大于所述第二热管换热部的面积，所述第一热管换热部设置在所述箱身的容纳空间的内壁面贴合，以便于快速对恒温箱进行温度控制。
42.进一步地，箱盖内侧边缘还设有密封胶垫，密封胶垫可以为硅胶垫，以便于对其进行密封，进一步保证恒温效果。
43.本发明的工作过程如下：
44.主动控温模式
45.在恒温箱开始制冷或制热前，用把手控制凸轮转动，将把手置于最下方，此时凸轮在箱盖与凸轮接触面处半径等于凸轮基圆半径，此时半导体制冷器的下面与热管蒸发区(冷凝区)接触；
46.主动控温模式：
47.具体地，在电控箱上的温度设置模块设定“设置温度”，pid控制模块将“设置温度”与温度检测模块传回的“箱内温度”实时比较；
48.(1)主动制冷
49.当“设置温度”比“箱内温度”低时，pid控制模块发出信号，启动半导体制冷器和散热器上的风扇工作；此时半导体制冷器下侧制冷，上侧制热；热管的第二换热部为热管冷凝区，第一换热部为热管蒸发区；
50.进一步地，随着半导体制冷器开始工作，半导体制冷器下侧的制冷面温度降低，恒温箱内相变材料的热量通过热管传递到半导体制冷器上，半导体制冷器上面的发热面产生热量，这些热量被散热器吸收，散热器将热量传递到外界环境中；
51.进一步地，pid控制模块在控温过程中不断比较“设置温度”与“箱内温度”，当两者相等时，pid控制模块控制半导体制冷器和风扇停止工作，当“箱内温度”再次高于“设置温度”时，pid控制模块再次启动半导体制冷器和散热器上的风扇，通过此循环过程实现箱内温度稳定在“设置温度”；
52.(2)主动制热
53.当“设置温度”比“箱内温度”高时，温度控制模块控制电磁继电器给半导体制冷器转换供电电源正负极，并启动半导体制冷器和散热器上的风扇工作；此时半导体制冷器下侧制热，上侧制冷；热管的第二换热部为蒸发区，第一换热部为冷凝区；
54.进一步地，随着半导体制冷器开始工作，散热器将外界热量传递到半导体制冷器上侧的制冷面上，半导体制冷器下侧的制热面温度升高，并将热量通过热管传递到相变材料上，相变材料作为热源给箱内提供热量，使箱内温度升高；
55.进一步地，温度控制模块上的pid控制模块在控温过程中不断比较“设置温度”与“箱内温度”，当两者相等时，温度控制模块控制半导体制冷器和散热器上的风扇停止工作，当“箱内温度”再次低于“设置温度”时，pid控制模块再次启动半导体制冷器和散热器上的风扇，通过此循环过程实现箱内温度稳定在“设置温度”；
56.断电保温模式：
57.具体地，在完成控温过程后，相变材料完全转变为固相，恒温箱可以开始保温，在恒温箱开始保温前，将把手转动到最上方，使得凸轮与箱盖接触面处的半径等于凸轮最大半径，此时箱盖被顶起，装在箱盖上的半导体制冷器会随箱盖一起向上移动，半导体制冷器与热管冷凝区(蒸发区)脱开，半导体制冷器与热管之间不会通过直接接触传热，减少了断电恒温过程中外界与箱内的热交换，起到延长保温时间的作用；
58.(1)主动制冷后的断电恒温
59.在制冷后保温过程中，随着外界热量不断通过恒温箱箱身和真空隔热层、缓慢传递至箱体内，相变材料开始逐渐由固相转变为液相，但相变材料的温度在相变材料完全由固相转变为液相前保持不变，从而保持箱体内温度维持在设定的温度，即所使用的相变材料的相变温度，直至相变材料完全由固相转变为液相后，相变材料的温度开始逐渐上升，箱内温度将随相变材料的温度的升高而逐渐升高，此时主动制冷后的断电恒温过程结束；
60.(2)主动制热后的断电恒温
61.在制热后保温过程中，随着恒温箱内热量缓慢通过恒温箱箱身和真空隔热层传递至外界环境中，相变材料开始逐渐由液相转变为固相，但相变材料的温度在其完全由液相转变为固相前保持不变，从而保持箱内温度维持在设定的温度，即所使用的相变材料的相变温度，直至相变材料完全有液相转变为固相后，相变材料的温度开始逐渐下降，箱内温度将随相变材料的温度的下降而逐渐下降，此时主动制热后的断电恒温过程结束。
62.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。