一种高功率的间隙式激光器的散热系统及其使用方法与流程

1.本技术涉及高功率激光器技术领域，尤其涉及一种高功率的间隙式激光器的散热系统及其使用方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，高功率激光器的应用越来越广泛，尤其是在军工应用上，如高功率激光器可以远程击毁目标。目前打击无人机比较好的方式是利用高功率激光器。在军事领域的应用，激光器往往是间歇式工作，比如工作10秒，击落无人机后，可以暂停工作，待下一个目标出现后再次打击，中间的间歇时间可能相对工作时间而言很长，比如10分钟。
3.激光器的工作需要在恒定温度的环境下进行，一般在25摄氏度左右，因此激光器工作时，需要制冷系统持续地为循环水降温并控制在25摄氏度左右。高功率激光器同样需要高功率散热系统，比如5000w的光纤激光器需要配备至少8000w甚至更高功率的冷水机系统，而高功率冷水机系统体积大而且笨重，不适合搬移等特殊应用。


技术实现要素：

4.为克服相关技术中存在的问题，本技术提供一种功率小、体积小，适用于高功率的间歇式激光器使用的散热系统，该散热系统，能够利用间歇的时间进行蓄冷，减少制冷系统占用的空间，同时降低散热系统的功率，使得该散热系统功率小的同时体积小，便于移动使用。
5.本技术第一方面提供一种高功率的间隙式激光器的散热系统，设有间隙式激光器，包括：第一水箱、第二水箱、第三水箱、第一循环水泵、第二循环水泵、调速水泵、散热水泵、制冷单元。所述第一水箱的底部通过水管与所述第二水箱的顶部连接，所述第一水箱的顶部与所述第二水箱的顶部之间设有第一循环水泵以及制冷单元，所述制冷单元将所述第一水箱的循环水制冷后流入所述第二水箱中。所述第二水箱的底部与所述第三水箱的顶部连接，所述第一水箱的底部和/或所述第二水箱的底部连接调速水泵，所述调速水泵与所述第三水箱的底部连接。所述第一水箱的底部与第三水箱的底部之间设有所述第二循环水泵。所述第三水箱的底部连接散热水泵，所述散热水泵连接所述间隙式激光器，所述第三水箱内的循环水经过所述间隙式激光器后再通过水管从所述第三水箱的顶部流回所述第三水箱内。
6.优选地，所述第一水箱底部连接第一电磁阀，所述第一电磁阀与所述调速水泵连接。
7.优选地，所述第二水箱底部连接第二电磁阀，所述第二电磁阀与所述调速水泵连接。
8.优选地，所述第一水箱和所述第三水箱内设有温度传感器，用检测其箱体内的循环水的温度。
9.优选地，所述调速水泵连接水管，所述水管上设有流量计，用于检测水管内的流速
和流量。
10.优选地，所述第一水箱的容积和所述第二水箱的容积分别为a，所述第三水箱的容积为b，a小于b。
11.本技术第二方面提供一种高功率的间隙式激光器的散热系统的使用方法，设有间隙式激光器，包括：
12.蓄冷储能状态，第一水箱和第二水箱的容积分别为a，所述第一水箱与所述第二水箱装满循环水；第三水箱的容积为b，第三水箱内的循环水的体积小于或等于b
‑
a；第一循环水泵将所述第一水箱的循环水抽入制冷单元，所述制冷单元将循环水制冷后，流入所述第二水箱内，所述第二水箱内的循环水溢出，溢出的循环水通过水管流回所述第一水箱内，使得所述第一水箱内的循环水与所述第二水箱内的循环水实现循环制冷，达到设定的温度。工作状态，间歇式激光器工作，开启散热水泵，所述散热水泵将所述第三水箱内的循环水抽入所述间歇式激光器中吸收热量并流回所述第三水箱内；打开所述第二水箱底部的第二电磁阀，所述第二水箱的循环水被调速水泵抽入所述第三水箱内，使第三水箱内的循环水降温并维持在一定的温度范围内；当所述第二水箱内的循环水被抽空后，关闭第二电磁阀；打开所述第一水箱底部的第一电磁阀，所述调速水泵将所述第一水箱内的循环水抽入所述第三水箱内，所述第三水箱内溢出的循环水流回所述第二水箱中。
13.优选地，工作完成后，利用间隙时间，再次进入蓄冷状态；设于所述第三水箱底部的第二循环水泵，将所述第三水箱内的循环水抽回至所述第一水箱内；所述第一水箱与所述第二水箱再次装满循环水，所述第三水箱还剩少量循环水；制冷单元再次启动，将所述第一水箱与所述第二水箱内的循环水进行制冷达到设定的温度后待用，准备下一个工作循环。
14.优选地，所述第三水箱内设有温度传感器，所述温度传感器监测所述第三水箱内的循环水的温度，并根据温度传感器监测到的温度调整所述调速水泵的流速，保证所述第三水箱内的循环水的温度在设定的温度范围内。
15.优选地，所述调速水泵连接水管，所述水管上设有流量计，用于检测所述水管的流量以及流速。
16.本技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：本方案利用两个水箱先蓄冷，再利用另一个水箱工作，其中中间的储水水箱即第二水箱在使用之后，又可以马上再次投入使用，进行高温水的存储。整机在水箱体积设计上，整体的水箱体积减少了。同时利用间歇时间进行蓄冷，给予的时间长，制冷单元的功率可降低，从而体积减小，使得整个散热系统小型化、轻量化，便于移动使用。
17.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。
附图说明
18.通过结合附图对本技术示例性实施方式进行更详细的描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本技术示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
19.图1是本技术实施例示出的一种高功率的间隙式激光器的散热系统的结构示意
图；
20.图2是本技术实施例示出的一种高功率的间隙式激光器的散热系统的使用方法中蓄冷储能状态时的流程示意图；
21.图3是本技术实施例示出的一种高功率的间隙式激光器的散热系统的使用方法中工作状态时的流程示意图。
具体实施方式
22.下面将参照附图更详细地描述本技术的优选实施方式。虽然附图中显示了本技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本技术更加透彻和完整，并且能够将本技术的范围完整地传达给本领域的技术人员。
23.在本技术使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本技术。在本技术和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
24.应当理解，尽管在本技术可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本技术范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
25.本技术实施例提供一种一种功率小、体积小，适用于高功率的间歇式激光器使用的散热系统，该散热系统，能够利用间歇的时间进行蓄冷，减少制冷系统占用的空间，同时降低散热系统的功率，使得该散热系统功率小的同时体积小，便于移动使用。
26.以下结合附图详细描述本技术实施例的技术方案。
27.图1是本技术实施例示出的一种高功率的间隙式激光器的散热系统的结构示意图。
28.参见图1，该高功率的间隙式激光器的散热系统，设有第一循环水泵1、调速水泵2、第二循环水泵3、散热水泵4。散热水泵4是匹配高功率的间歇式激光器工作的大水泵。第一循环水泵1、调速水泵2、第二循环水泵3均为配合工作循环水泵，其中调速水泵2是流量可以控制的水泵。
29.参见图1，该高功率的间隙式激光器的散热系统，设有第一水箱5、第二水箱6、第三水箱7，第三水箱7的容积大于第一水箱5和或第二水箱6的容积。一些实施例中，第一水箱5的容积为a，第二水箱6的容积也为a，第三水箱7的容积为b。第一水箱5的底部连接水管的一端，水管的另一端连接第二水箱6的顶部。第二水箱6的底部连接水管的一端，水管的另一端连接第三水箱7的顶部。第一水箱5和第二水箱6的底部分别连接第一电磁阀8和第二电磁阀9用于控制水路的通断。第一电磁阀8 和第二电磁阀9分别连接调速水泵2后连接第三水箱7。第一电磁阀8或第二电磁阀9，打开时，可以通过调速水泵2将循环水抽入第三水箱7内。第三水箱7内的循环水可以通过第三水箱7底部连接的第二循环水泵3抽回第一水箱5内。
30.参见图1，一些实施例中，第一水箱5顶部与第二水箱6顶部之间设有第一循环水泵1和制冷单元10，第一循环水泵1将第一水箱5内的循环水抽入制冷单元10中进行制冷，制冷后的循环水进入第二水箱6内。其中制冷单元10采用微型直流压缩机实现，从而达到制冷系统小型化的目的。制冷单元10主要实现将第一水箱5和第二水箱6内的循环水进行降温，把冷量提前存储起来。
31.参见图1，一些实施例中，第一水箱5和第三水箱7内均设有温度传感器，用于检测第一水箱5和第三水箱7内的循环水的温度。调速水泵2 连接第三水箱7的水管上设有流量计，用于检测水管内的流量和流速，及时控制第一电磁阀8和第二电磁阀9的开关，保证第三水箱7内的循环水控制在一个恒定的温度范围内，使该高功率的间歇式激光器能够正常工作。
32.参见图1，一些实施例中，在使用的过程中，第一水箱5、第二水箱6 的容积为a，均装满循环水，第三水箱7的容积为b，第三水箱7内的循环水的体积为b
‑
a。
33.参见图1，在蓄冷储能的过程中，第一水箱5和第二水箱6分别装满循环水，第三水箱7的循环水的体积为b
‑
a。第一循环水泵1从第一水箱5中抽循环水进入制冷单元10，制冷后的循环水，进入第二水箱6。由于第二水箱6内的循环水是满的，所以第二水箱6的循环水会通过顶部与第一水箱5连通的水管将循环水循环到第一水箱5内。因此，第一水箱5的循环水、第二水箱6的循环水会通过与制冷单元10的循环，实现将第一水箱5的循环水、第二水箱6的循环水的温度降低。一些实施例中，将第一水箱5的循环水和第二水箱6的循环水控制在5
‑
10摄氏度。在蓄冷储能的过程中，调速水泵2、第二循环水泵3、散热水泵4均不工作，第一电磁阀8、第二电磁阀9均关闭。
34.参见图1，在高功率的间歇式激光器的工作状态时，开启散热水泵4，第三水箱7中存余的水会形成循环带走激光器工作时的热量，此时第三水箱7中的循环水因为吸收了激光器的热量，会快速升温。因为激光器工作需要在恒定的温度环境下进行。温度传感器检测第三水箱7内的循环水的温度，循环水的温度超过恒定的温度环境的温度时，打开第二电磁阀9，通过调速水泵2的调速工作，将第二水箱6内的循环水抽入第三水箱7中，将第三水箱7的水温降低到恒定的温度环境中，供激光器冷却时使用。第一阶段从第二水箱6中抽循环水，第一电磁阀8是关闭的。另外第一水箱 5的底部与第二水箱6的顶部通过水管连接，在第二水箱6内的循环水被抽空了，第一水箱5的循环水也不会自动回流到第二水箱6内。
35.参见图1，第三水箱7的循环水越来越多，当第二水箱6接近被抽空时，由于水箱的设计，容量b＞a，且第三水箱7的初始水量小余b
‑
a，所以此时第三水箱7接近满水，但并没有全满。在第二水箱6的循环水被抽空后，流量计检测到水管中没有水流过，关闭第二电磁阀9，同时开启第一电磁阀8，将第一水箱5中的循环水继续抽入第三水箱7中，进入第二阶段工作。此时从第一水箱5中继续抽循环水到第三水箱7，同时调速水泵2进行变速调节，使第三水箱7的温度恒定控制。随着第三水箱7的水量越来越多，第三水箱7的水满从顶部溢出，并且第三水箱7的顶部通过水管与第二水箱6的底部连接，第三水箱7的循环水水满溢出流入第二水箱6中，第二水箱6用于存储溢出的高温水。由于第一水箱5和第二水箱 6的容积相同，第一水箱5中的低温水持续向第三水箱7中输送冷量，而使用后的高温水流回第二水箱6。第一水箱5与第二水箱6虽然相通，但在第二水箱6未满之前不会流到第一水箱5中，故第一水箱5中蓄有冷量的循环水不会受到回流到第二水箱6内的高温循环水的影响。该过程可
以一直持续到第一水箱5中的循环水被全部用完。至此，第一水箱5、第二水箱6中低温的循环水存储的冷量全部用完。
36.参见图1，工作完成后，利用间隙时间，再次进入蓄冷状态。第二循环水泵3工作，将第三水箱7中的高温循环水抽回第一水箱5中，直至第一水箱5中被全部装满循环水。此时基本上回归初始状态，第一水箱5、第二水箱6中满水，第三水箱7中留有少量的循环水(略小于b
‑
a)。开启第一循环水泵1和制冷单元10，将第一水箱5和第二水箱6内的循环水降温，一些实施例中，使第一水箱5、第二水箱6内的循环水降温至5
‑
10 摄氏度，再开启新的循环。
37.参见图1，该高功率的间歇式激光器的散热系统最大连续使用时长由第一水箱5和第二水箱6中蓄有冷量的循环水的存储冷量决定，但并不要求一定要将第一水箱5、第二水箱6中能量全部用完。如果第一水箱5、第二水箱6的蓄冷量仅使用一部分时，该高功率的间歇式激光器工作完成，则此时只需要将第三水箱7中的水量抽回第一水箱5。然后第一循环水泵 1和制冷单元10开始工作，即可进入下一个循环。原来第一水箱5和第二水箱6中未用完的蓄有冷量的循环水的能量依然存在，仍可以被下一个循环使用周期使用。
38.参见图1，现有的高功率激光器降温多采用制冷单元10实时降温，本方案的高功率的间歇式激光器通过提前产生蓄有冷量的循环水，然后通过蓄有冷量的循环水(10℃)中和的方式提供恒温水(25℃)给激光器降温，以此解决了高功率激光器冷水机太大的问题，通过间歇式工作的时间换取空间。因为不是实时降温，所以制冷单元10可以设计得非常小巧，比如 10kw的发热工作10秒钟，可以变成1kw的制冷系统工作100秒来替换，冷量存储在蓄有冷量的循环水中。所以整个体积尺寸和重量比常规机器会小很多，同时所需散热系统的功率也减少了，整个制冷单元10 的体积也会被减少。
39.参见图1，现有的低温水中和的降温方式，一般的设计是2个水箱，比如第一水箱5、第二水箱6各10l水，储能状态下储水水箱的第一水箱5中的10l全部降温10℃，使用时第一水箱5逐步被抽往第二水箱6，直至使用完成，整机的水箱容积为20l。本方案设计通过特有的设计，换成3个水箱，分别为第一水箱5、第二水箱6、第三水箱7，对应上述案例， 10l的储水水箱分解成两个5l的第一水箱5、第二水箱6，而用水的水箱第三水箱7可以设计成5.5l即可，因为中间的储水水箱在使用之后又可以马上投入使用高温水的存储。整机在水箱体积设计上，整体的水箱体积减少了约1/4，从而使得整个散热系统的体积减小了。
40.参见图1，散热系统小型化、轻量化后可以方便移动使用，同样采用微型直流压缩机后，可以实现蓄电池供电作业，这对于特种作用的移动需求具有明显的优势。比如高功率的间歇式激光器攻击无人机时，散热系统小型化后，方便搬移和携带，便于将整套系统搬到制高点等高出，有利于高功率的间歇式激光器的作用发挥。同时，小型化后也有利于直升机或其他机载、车载使用。
41.图2是本技术实施例示出的一种高功率的间隙式激光器的散热系统的使用方法中蓄冷储能状态时的流程示意图。
42.参见图2，该高功率的间歇式激光器的散热系统的使用方法为：
43.首先进行蓄冷储能，在蓄冷储能状态时：
44.步骤1，第一水箱5、第二水箱6的容积为a，均装满循环水，第三水箱7的容积为b，第三水箱7内的循环水的体积为b
‑
a。
45.步骤2，第一循环水泵1从第一水箱5中抽循环水进入制冷单元10，制冷后的循环
水，进入第二水箱6。
46.步骤3，第二水箱6的循环水溢出再回到第一水箱5中，使得第一水箱5与第二水箱6中的循环水通过制冷单元10循环制冷，进行蓄冷储能。
47.步骤4，第一水箱5内设有温度传感器检测循环水的水温，待循环水的水温达到设定的温度时，停止循环制冷。
48.图3是本技术实施例示出的一种高功率的间隙式激光器的散热系统的使用方法中工作状态时的流程示意图。
49.参见图3，然后在需要工作时：
50.步骤1，该高功率的间歇式激光器开始工作，开启散热水泵4，散热水泵4将第三水箱7内的循环水抽入该高功率的间歇式激光器中吸收热量后在流回第三水箱7，第三水箱7内设置温度传感器检测第三水箱7内循环水的温度。
51.步骤2，待第三水箱7的循环水的温度大于设定的工作环境的温度时，开启第二水箱6底部的第二电磁阀9，同时开启调速水泵2，调速水泵2 将第二水箱6内具有冷量的循环水加入第三水箱7中。
52.步骤3，第三水箱7中的温度传感器检测第三水箱7内循环水的水温，变速调整调速水泵2的流量，使第三水箱7内的温度在恒定的工作环境温度下。
53.步骤4，调速水泵2的水管上设有流量计，监测水管上的流量和流速。当水管上没有流量时，关闭第二电磁阀9，开启第一电磁阀8，将第一水箱5中的循环水抽入第三水箱7中。
54.步骤5，第三水箱7的循环水水满溢出，通过第三水箱7顶部的水管流回第二水箱6内。
55.步骤6，在第一水箱5被抽空或者该高功率的间歇式激光器停止工作时，利用停止工作的间歇时间，关闭第一电磁阀8，关闭调速水泵2、散热水泵4，开启第二循环水泵3，将第三水箱7内的循环水抽回第一水箱5 内，直至第一水箱5和第二水箱6装满循环水。
56.步骤7，再次进入蓄冷储能状态，准备下一个循环的工作。
57.以上已经描述了本技术的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。