一种强制风冷式激光器冷却系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种强制风冷式激光器冷却系统，属于激光发生器技术领域。


背景技术：

2.激光器是能发射激光的装置，是军事、高精度加工的核心装备,也是各国重点发展的武器装备之一。激光器主要由泵浦源、激光介质和谐振腔组成。其中对于泵浦源的有效散热是激光器安全稳定运行的重要保障。当前针对激光器的主要冷却方法有如下几种：
3.1.强制风冷，是目前最为广泛使用的散热方式,通常利用铝或铜制散热片增加对流面积,再以风扇进行强制对流气冷而达到散热的效果。散热片的设计与风扇的配合决定了这种散热方式散热效果的好坏。此种散热方式的优点是装置简单,成本低。强制气冷换热系数大致在20~100w/（m2*℃）之间。常温下,该种散热方式效率低、噪音大、功耗高、需占用较大的空间,单独应用到小尺寸的大功率器件时该方式的散热能力不足,并且该散热方式受周围环境温度的影响很大,很难为激光器提供一个稳定的工作环境。同时泵浦源处热流密度较大，需要快速将热量导出，强制风冷很难达到。
4.2.单项强制水冷方式，常规尺寸的液体单相强制对流冷却,是一种可靠的冷却技术,己在各种电子、光电子器件的冷却中得到了广泛的应用。采取单相强制水冷散热方式,对流换热系数大致范围是1000~15000 w/（m2*℃）,其散热热流密度理论上可以达到50w/ cm2以上,相比于微通道单相强制对流冷却方式,其所耗的泵功率较低,可实现相对较长距离的热输运。但常规的单相强制对流换热系数对于激光冷却已经不太适应，达不到控温要求。
5.综上所述，现有技术的缺点如下：
6.1.随着电子设备功率增长，单相流循环冷却逐渐难以应对高热流密度工况下的热管理需求。
7.2.现有设备有在激光器发热量最大的部件采用浸没相变冷却的方式，但该方案直接浸没冷却实际不能达到很高的换热系数，而当激光器工作时，其瞬时功率过高，发热量过大，此时可能会出现膜态沸腾，导热换热系数严重降低。因此采用此种相变冷却方式依然不能解决高功率的激光器散热问题。
8.3.现有设备有在激光器发热量最大的部件采用浸没相变冷却的方式，但该方案直接浸没冷却实际不能达到很高的换热系数，而当激光器工作时，其瞬时功率过高，发热量过大，此时可能会出现膜态沸腾，导热换热系数严重降低。因此采用此种相变冷却方式依然不能解决高功率的激光器散热问题。


技术实现要素：

9.为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种强制风冷式激光器冷却系统，风冷气体温度很低，与肋片换热温差极大，相比传统强制风冷单相换热温差高出数倍，可迅速将激光泵源内的热量传统到冷却工质，冷却工质再将热量散发到环境中去。
10.本实用新型是通过以下技术方案来实现的：
11.一种强制风冷式激光器冷却系统，包括激光器发热部件，所述激光器发热部件安装在一盒体内，所述盒体的一侧设置有进风口，另一侧设置有出风口，所述进风口连接有送风装置，所述进风口设置有第一冷却装置，所述第一冷却装置位于送风装置和进风口之间，所述出风口设置有第二冷却装置。
12.所述的一种强制风冷式激光器冷却系统，所述盒体处还设置有一循环冷却系统，所述循环冷却系统包括包括压缩机，所述压缩机连接所述第二冷却装置，所述第二冷却装置连接所述第一冷却装置，所述第一冷却装置连接所述压缩机。
13.所述的一种强制风冷式激光器冷却系统，所述第一冷却装置为蒸发器。
14.所述的一种强制风冷式激光器冷却系统，所述第二冷却装置为冷凝器。
15.所述的一种强制风冷式激光器冷却系统，所述冷凝器和蒸发器之间还设置有膨胀阀。
16.所述的一种强制风冷式激光器冷却系统，所述蒸发器和压缩机之间还设置有储液罐。
17.所述的一种强制风冷式激光器冷却系统，所述激光器发热部件为泵浦源，所述泵浦源下方设置有加强肋。
18.本实用新型所达到的有益效果：
19.本实用新型的冷却系统采用风冷的方式对激光器发热部件进行降温，同时，采用外部的冷却工质对风进行冷却，具有更大的换热量，受环境限制小，可在高温环境下使用，结构更加紧凑，具有更强的换热能力与环境适应力。
附图说明
20.图1是本实用新型的结构示意图。
21.图2是盒体的结构示意图。
22.图中：1、激光器发热部件，2、盒体，3、进风口，4、出风口，5、送风装置，6、第一冷却装置，7、第二冷却装置，8、压缩机，9、膨胀阀，10、储液罐。
具体实施方式
23.下面对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
24.如图所示，本实用新型的一种强制风冷式激光器冷却系统，包括激光器发热部件，所述激光器发热部件1安装在一盒体2内，所述盒体2的一侧设置有进风口3，另一侧设置有出风口4，所述进风口3连接有送风装置5，所述进风口3设置有第一冷却装置6，所述第一冷却装置6位于送风装置5和进风口3之间，所述出风口4设置有第二冷却装置7。
25.通过送风装置5向盒体2内进行送风，通过风冷对激光器发热部件1进行散热，同时，在进风口3处设置第一冷却装置6，低温的风进入盒体2，降温效果更好。
26.更进一步地，进风口3和出风口4平行设置。
27.更进一步地，所述盒体2处还设置有一循环冷却系统，所述循环冷却系统包括包括压缩机8，所述压缩机8连接所述第二冷却装置7，所述第二冷却装置7连接所述第一冷却装
置6，所述第一冷却装置6连接所述压缩机8。具体地，所述第一冷却装置6为蒸发器。所述第二冷却装置7为冷凝器。
28.在使用时，由压缩机8产生制冷工质，该冷却工质可以是任何样式的制冷剂，制冷工质在循环冷却系统内部循环，具体为：由压缩机8产生的制冷工质进入第二冷却装置7，第二冷却装置7处还具有从出风口4出来的热风，但是热风的温度不会太高（因为盒体2内进入的风是冷却风），制冷工质在第二冷却装置7内降温，再进入第一冷却装置6，降温的制冷工质在此处碰到从送风装置5送出的常温的风，发生相变将常温的风进行冷却后，冷却风进入盒体2内对盒体2内的激光器发热部件1进行降温，然后制冷工质继续进入压缩机5，形成常态的制冷工质，实现循环散热。
29.冷却工质在此是单相换热，但由于风冷气体温度很低，与肋片换热温差极大，相比传统强制风冷单相换热传热系数高出数倍，可迅速将激光泵源内的热量传统到冷却工质，冷却工质再将热量散发到环境中去。
30.更进一步地，所述冷凝器7和蒸发器6之间还设置有膨胀阀9。冷却后的制冷工质经过膨胀阀降压为低温低压工质。
31.更进一步地，所述蒸发器6和压缩机8之间还设置有储液罐10。
32.更进一步地，所述激光器发热部件1为泵浦源，所述泵浦源下方设置有加强肋（未示出），散热效果好。加强肋片根据需求，可以设计为多种结构。采用外部制冷工质循环给风冷气体降温，增大气体与激光器发热部件的换热温差，同时泵浦源底部增加换热肋片的结构，显著提高换热系数。因此具有更强的换热能力。通过该结构可将激光器泵浦源中的热量迅速带出，然后可通过制冷循环给气体循环降温。
33.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。