CN114854569B - 一种热循环装置及pcr仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热循环装置及PCR仪，属于荧光定量PCR仪技术领域，包括与半导体制冷片的热端贴合的散热板，散热板远离半导体制冷片的一侧设置有液冷罩，液冷罩和散热板之间形成液冷腔，液冷罩上设置有与液冷腔连通的进液结构和出液结构，进液结构和出液结构之间设置有水泵；进液结构包括进液管头和若干个与液冷腔连通的进液分头，进液分头均匀分布在液冷罩上。本发明通过设置进液管头、进液分头等部件，水泵可驱动冷却液在液冷腔、进液结构和出液结构中循环流动，进液分头均匀分布在液冷罩上，且流经进液管头的冷却液能够均匀地从每一个进液分头流入液冷腔中为散热板冷却，因此能够均匀地为热端降温，从而减小半导体制冷片热端各处的温差。

Description

一种热循环装置及PCR仪

技术领域

本发明涉及荧光定量PCR仪技术领域，尤其涉及一种热循环装置及PCR仪。

背景技术

荧光定量PCR仪一般采用半导体制冷片进行温控。半导体制冷片是利用半导体材料的Peltier效应实现加热和制冷。当直流电通过两种不同的半导体材料串联的电偶时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，从而产生温差形成冷热端。半导体制冷片相比压缩机，制冷效率低，为了达到更快的制冷效率，一般需要通过主动散热装置为半导体制冷片的热端散热，那么冷端的温度也会对应的下降，从而达到更低的温度。

在使用常规的水冷散热装置对半导体制冷片的热端进行散热时，由于冷却液是从热端的一侧流到另一侧，这就导致与热端贴合的水冷管道部分前后温差较大，这使得热端的温度分布不均匀，影响半导体制冷片的寿命和性能。

发明内容

本发明提供一种热循环装置及PCR仪，以解决上述现有技术中半导体制冷片的热端散热不均的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种热循环装置，包括与半导体制冷片的热端贴合的散热板，散热板远离半导体制冷片的一侧设置有液冷罩，液冷罩和散热板之间形成液冷腔，液冷罩上设置有与液冷腔连通的进液结构和出液结构，进液结构和出液结构之间设置有水泵，水泵用于驱动冷却液从进液结构、液冷腔、出液结构再到进液结构循环流动；进液结构包括进液管头和若干个与液冷腔连通的进液分头，进液分头均匀分布在液冷罩上，流经进液管头的冷却液能够均匀地从每一个进液分头流入液冷腔中。

优选地，进液管头和进液分头之间为分形结构关系。

优选地，进液管头连接有四个均匀分布的分液管，每个分液管连接有四个均匀分布的分液子管，每个分液子管连接有四个均匀分布的进液分头。

优选地，进液管头与分液管在液冷罩上的投影之间的距离是分液管与分液子管在液冷罩上的投影之间的距离的两倍，分液管与分液子管在液冷罩上的投影之间的距离是分液子管与进液分头在液冷罩上的投影之间的距离的两倍。

优选地，出液结构包括若干个均匀分布在液冷罩边缘的出液管和支座，水泵安装在支座上，出液管与水泵之间设置有用于给出液管降温的冷却组件。

优选地，冷却组件包括设置在出液管上的限位管、与支座固定连接的支撑套和转动安装在支撑套上的转筒，转筒的一端设置有斜盘，限位管上活动套接有管套，斜盘上开设有限位槽，管套上设置有与限位槽配合的限位球，管套内设置有加湿海绵。

优选地，支座上设置有电机，电机的输出轴上设置有扇叶，转筒上设置有齿纹一，支座上设置有可转动的传动轴，传动轴的一端套接有与齿纹一啮合的齿轮一，传动轴的另一端套接有齿轮二，电机的输出轴上套接有齿轮三，齿轮二与齿轮三啮合。

优选地，齿轮三的直径小于齿轮二，齿轮二的直径小于齿纹一。

优选地，进液分头和出液管上分别设置有散热翅片一和散热翅片二，散热翅片一呈十字形分布在进液分头四周，散热翅片二设置在出液管靠近扇叶的一端。

一种PCR仪，包括上述的热循环装置。

与现有技术对比，本发明的有益效果为：

1、通过设置进液管头、进液分头等部件，水泵可驱动冷却液在液冷腔、进液结构和出液结构中循环流动，进液分头均匀分布在液冷罩上，且流经进液管头的冷却液能够均匀地从每一个进液分头流入液冷腔中为散热板冷却，因此能够均匀地为热端降温，从而减小半导体制冷片热端各处的温差；

2、通过设计分形结构，每个进液分头与进液管头之间的连通管道长度相等，实现了让进液管头流向各个进液分头的液体的流速流量相同的目的，使得统一温度的冷却液分流到各个进液分头，从而让散热板的各处接触到同样温度的冷却液，保持半导体制冷片的热端各处温度均匀；

3、通过设置冷却组件可进一步提高散热效果，使得半导体制冷片能够产生更低的温度，电机工作时，斜盘驱动管套在限位管上往复移动，加湿海绵在限位管上留下水迹，扇叶吹向水迹，加快水迹的蒸发，促进限位管的散热。

附图说明

图1为本发明的整体结构立体图；

图2为本发明的整体结构平面图；

图3为本发明进液结构的平面图；

图4为本发明进液结构的立体图；

图5为本发明进液分头的分布示意图。

图中：1、热端，2、冷端，3、散热板，4、液冷罩，5、进液管头，51、分液管，52、分液子管，53、进液分头，54、散热翅片一，55、风扇，6、出液管，61、限位管，62、管套，63、支撑套，64、转筒，641、齿纹一，642、齿轮一，643、齿轮二，65、斜盘，651、限位槽，66、电机，67、齿轮三，68、扇叶，69、散热翅片二，7、出液总管，8、水泵，9、支座。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施中的技术方案进行清楚，完整的描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1至图5所示，本发明实施例提供的一种热循环装置及PCR仪，包括支座9、固定在支座9上的水泵8、与半导体制冷片的热端1贴合(可通过粘合或者螺纹连接等形式相对固定散热板3和热端1)的散热板3，半导体制冷片的冷端2用于制冷，散热板3远离半导体制冷片的一侧被液冷罩4包裹，液冷罩4与散热板3之间形成液冷腔，液冷罩4和散热板3之间进行密封处理防止漏液。液冷罩4上设置有进液结构和出液结构，水泵8可驱动冷却液在进液结构、液冷腔和出液结构之间循环流动。

具体地，为了让冷却液均匀地流向散热板3，减小散热板3各处的温差，本发明的进液结构包括进液管头5和若干个进液分头53，液冷头最终连通若干个进液分头53。如图5所示，所有进液分头53均匀分布在液冷罩4上并连通液冷腔，这样冷却液就能均匀地与散热板3接触。

为了让各处温度均匀，从进液管头5流向各个进液分头53的液体的流速应保持相同，这样就能使得统一温度的冷却液分流到各个进液分头53，从而让散热板3的各处接触到同样温度的冷却液。为了实现这个目的，本发明设计了分形结构，通过多次分形，使得各个进液分头53与进液管头5之间的流道距离相同。

具体地，如图3至图5所示，在散热板3为正方形的情况下，进液管头5布置在正方形的中心线上，进液管头5连接有四个均匀分布在进液管头5四周的分液管51，每个分液管51与其对应的正方形的边之间的距离为正方形边长的四分之一，此时四个分液管51在液冷罩4上的投影也是均匀分布的。每个分液管51连接有四个均匀分布在分液管51四周的分液子管52，每个分液子管52与对应的分液管51在液冷罩4上的投影之间的距离是进液管头5与分液管51在液冷罩4上的投影之间的距离的二分之一。每个所述分液子管52连接有四个均匀分布在自身周围的进液分头53，每个分液子管52与对应的进液分头53在液冷罩4上的投影之间的距离是分液管51与分液子管52在液冷罩4上的投影之间的距离的二分之一。由此可知，每个进液分头53与进液管头5之间的管道距离都是相等的，从而实现了让进液管头5流向各个进液分头53的液体的流速流量相同的目的，使得统一温度的冷却液分流到各个进液分头53，从而让散热板3的各处接触到同样温度的冷却液，保持半导体制冷片的热端1各处温度均匀。

为了提高散热效果，让半导体制冷片能够生成更低的温度，本发明在出液结构上设置了冷却组件。具体的，出液结构包括四个均匀分布在液冷罩4四角的出液管6，出液管6与液冷腔连通，四个出液管6远离散热板3的一端连接成出液总管7。水泵8连接着出液总管7和进液管头5，实现冷却液在进液管头5、进液分头53、液冷腔、出液管6和出液总管7之间的循环流动。

冷却组件包括设置在出液管6上的限位管61，限位管61可以是固定套接在出液管6上的管体，也可以是出液管6本身的一部分管体。限位管61上活动套接有管套62，管套62只能沿着限位管61滑动，不能相对于限位管61转动。每个限位管61上均固接一个限位球。支座9上固接有支撑套63，支撑套63上转动安装转筒64，转筒64的一端固接斜盘65，或者斜盘65固定套接在转筒64上。斜盘65上开设有一圈与限位球配合的限位槽651，斜盘65位于四个管套62的中间，当转筒64自转时，斜盘65随着转动，通过限位球和限位槽651的配合，斜盘65转动时能够同时驱动各个管套62在限位管61上往复滑动。

通过在管套62内设置加湿海绵，管套62与限位管61相对移动时，加湿海绵会擦限位管61的表面，使得限位管61上出现水迹，从而在水迹蒸发时带走部分限位管61上的热量，实现对出液管6内冷却液的降温。

进一步的，为了提高降温效果和效率，如图2所示，在支座9上安装电机66，电机66的输出轴上设置扇叶68，当电机66工作时，扇叶68能够向限位管61吹风，从而加快水迹的蒸发。同时，可在转筒64上开设齿纹一641，在支座9上转动安装一个传动轴，并在传动轴的两端分别套接齿轮二643和齿轮一642，并在电机66的输出轴上套接齿轮三67，让齿轮一642与齿纹一641啮合，齿轮二643与齿轮三67啮合，这样当电机66工作时，齿轮三67会驱动齿轮二643转动，同时齿轮一642驱动齿纹一641转动，实现斜盘65的转动。

具体应用中，斜盘65的转速要远低于扇叶68的转速，因此齿轮二643的直径应大于齿轮三67的直径，齿轮一642的直径影小于齿纹一641的直径，这样齿纹一641、齿轮一642、齿轮二643和齿轮三67就形成减速机构，电机66带动扇叶68快速转动时，带动斜盘65较慢转动。

为了充分利用扇叶68，如图2所示，可将转筒64、进液结构和扇叶68布置在同一条直线上，扇叶68向限位管61吹的时候也能部分吹到进液管头5和进液分头53。

同时为了让结构更加紧凑，如图2所示，可让出液总管7穿过转筒64和斜盘65，让出液总管7和进液管头5之间的距离缩短。

为了进一步提高散热效果，可在进液管头5与分液管51之间的连接处设置风扇55，并在进液分头53的周向上设置散热翅片一54，如图5所示，散热翅片一54呈十字形分布在进液分头53四周。在出液管6靠近扇叶68的部分设置散热翅片二69，通过扇叶68吹散热翅片二69的方式进一步加快出液管6内冷却液的降温速度。

需要注意的是，本发明中的进液管头5、分液管51、分液子管52、进液分头53、出液管6等结构均为金属材质，其作用是提高散热效果和结构强度。

工作原理：本发明通过在半导体制冷片的热端1设置散热板3、液冷罩4、进液结构和出液结构，在水泵8的作用下，冷却液依次通过进液管头5、分液管51、分液子管52、进液分头53、液冷腔、出液管6和出液总管7，在这个部件中循环流动，带走热端1的热量，为热端1降温。由于所有的进液分头53均匀分布且与进液管头5之间的连通距离相等，因此可使得进液管头5过来的冷却液能均匀接触到散热板3的各处，从而使得热端1各处温度均匀，温差小。通过设置冷却组件可进一步提高散热效果，使得半导体制冷片能够产生更低的温度。电机66工作时，斜盘65驱动管套62在限位管61上往复移动，加湿海绵在限位管61上留下水迹，扇叶68吹向水迹，加快水迹的蒸发，促进限位管61的散热。

实施例2

本发明提供一种PCR仪，包括实施例1的热循环结构。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (6)

1.一种热循环装置，其特征在于，包括与半导体制冷片的热端（1）贴合的散热板（3），所述散热板（3）远离半导体制冷片的一侧设置有液冷罩（4），所述液冷罩（4）和散热板（3）之间形成液冷腔，所述液冷罩（4）上设置有与液冷腔连通的进液结构和出液结构，所述进液结构和出液结构之间设置有水泵（8），所述水泵（8）用于驱动冷却液从进液结构、液冷腔、出液结构再到进液结构循环流动；所述进液结构包括进液管头（5）和若干个与液冷腔连通的进液分头（53），所述进液分头（53）均匀分布在液冷罩（4）上，流经所述进液管头（5）的冷却液能够均匀地从每一个进液分头（53）流入液冷腔中，所述出液结构包括若干个均匀分布在液冷罩（4）边缘的出液管（6）和支座（9），所述水泵（8）安装在支座（9）上，所述出液管（6）与水泵（8）之间设置有用于给出液管（6）降温的冷却组件，所述冷却组件包括设置在出液管（6）上的限位管（61）、与支座（9）固定连接的支撑套（63）和转动安装在支撑套（63）上的转筒（64），所述转筒（64）的一端设置有斜盘（65），所述限位管（61）上活动套接有管套（62），所述斜盘（65）上开设有限位槽（651），所述管套（62）上设置有与限位槽（651）配合的限位球，所述管套（62）内设置有加湿海绵，所述支座（9）上设置有电机（66），所述电机（66）的输出轴上设置有扇叶（68），所述转筒（64）上设置有齿纹一（641），所述支座（9）上设置有可转动的传动轴，所述传动轴的一端套接有与齿纹一（641）啮合的齿轮一（642），所述传动轴的另一端套接有齿轮二（643），所述电机（66）的输出轴上套接有齿轮三（67），所述齿轮二（643）与齿轮三（67）啮合，所述齿轮三（67）的直径小于齿轮二（643），所述齿轮二（643）的直径小于齿纹一（641），出液总管（7）穿过转筒（64）和斜盘（65），所述限位管（61）、管套（62）以及出液管（6）位于限位管（61）与液冷罩（4）之间的部分均垂直于液冷罩，所述转筒（64）、进液结构和扇叶（68）布置在同一直线上。

2.如权利要求1所述的一种热循环装置，其特征在于，所述进液管头（5）和所述进液分头（53）之间为分形结构关系。

3.如权利要求2所述的一种热循环装置，其特征在于，所述进液管头（5）连接有四个均匀分布的分液管（51），每个所述分液管（51）连接有四个均匀分布的分液子管（52），每个所述分液子管（52）连接有四个均匀分布的进液分头（53）。

4.如权利要求3所述的一种热循环装置，其特征在于，所述进液管头（5）与分液管（51）在液冷罩（4）上的投影之间的距离是分液管（51）与分液子管（52）在液冷罩（4）上的投影之间的距离的两倍，所述分液管（51）与分液子管（52）在液冷罩（4）上的投影之间的距离是分液子管（52）与进液分头（53）在液冷罩（4）上的投影之间的距离的两倍。

5.如权利要求1所述的一种热循环装置，其特征在于，所述进液分头（53）和出液管（6）上分别设置有散热翅片一（54）和散热翅片二（69），所述散热翅片一（54）呈十字形分布在进液分头（53）四周，所述散热翅片二（69）设置在出液管（6）靠近扇叶（68）的一端。

6.一种PCR仪，其特征在于，包括如权利要求1至权利要求5的任一项所述的热循环装置。

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