CN102201639A - 固体激光器的冷却系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于激光器的冷却系统,其特征是,包括顺次连通构成循环回路的压缩机(1)、冷凝器(2)、节流装置(3)和用于冷却激光器的发热元件的冷却器以及该回路中循环流动的冷却剂,其中,所述冷却器具有贯穿所述冷却器以用于冷却剂从其中流过的多个微通道,在该循环回路中,在所述冷凝器(2)的上游且设在所述压缩机(1)的下游设置有油分离器(6)。此外,本发明还提供另一种激光器的冷却系统。本发明还涉及一种激光器的冷却方法。
Description
技术领域
本发明涉及电子元件尤其是大功率小体积的电子元件的冷却,特别是涉及用于固体激光器的冷却系统和方法。
背景技术
固体激光器的主要发热元件为激光二极管和激光晶体。随着固体激光器技术的高速发展,固体激光发生器的体积及表面积越来越小,而功率却越来越大,因而散热的热流密度越来越高(例如,单个大功率固体激光器总的功率典型为几十瓦到几百瓦,且接触面积很小,故热流密度很大,达到了每平方厘米几百瓦到几千瓦的量级),传统的空气冷却、半导体冷却以及热管冷却方式已经难以实现对大功率固体激光器进行冷却的要求。而且散热不良会引起固体激光器的温度升高,产生的激光频率出现偏差,甚至会造成固体激光器的烧毁,因此散热问题已经成为限制大功率固体激光器发展的主要瓶颈之一。
中国实用新型专利ZL93216474.9提出了一种固体激光器热管传导冷却装置,其利用充满饱和工质的热管对固体激光器进行冷却。这种装置具有的主要缺点是在热管中的饱和工质通过相变冷却了固体激光器之后,要通过散热片等散热以使工质恢复至液态,然后才可用于下一次的相变冷却。中国发明专利CN 1291530C提供了一种相变储能激光头冷却装置,其对传统的半导体冷却和水冷进行了改进,其通过对激光头提供循环水冷来冷却激光头,而冷却水流经盘绕的水管从而被水管中填充的相变材料冷却,然后再通过半导体冷却来对相变材料进行冷却。这种冷却装置同样存在着不能循环地(持续地)提供冷却的缺陷。在相变材料由固体变为液体之后,需要关闭激光头等待一段时间,直至相变材料恢复固体才能再次启动激光头。
此外,现有技术的激光器冷却装置不能提供解决小体积且大功率的激光器的一些冷却问题,尤其是在激光器体积或表面积较小但功率(发热量)很大的情况下对激光器元件的均匀冷却的问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明目的是提供用于激光器的冷却系统,其能够持续地为具有小体积或表面但大功率或发热量的激光器的发热元件提供冷却,并且具有较高的冷却效率,而且该冷却系统尤其还避免在冷却过程中发生冷却器的堵塞和换热不良。
因此,本发明提供一种用于激光器的冷却系统,其特征是,包括顺次连通构成循环回路的压缩机、冷凝器、节流装置和用于冷却激光器的发热元件的冷却器以及该回路中循环流动的冷却剂,其中,所述冷却器具有贯穿所述冷却器以用于冷却剂从其中流过的多个微通道,在该循环回路中,在所述冷却器的上游且设在所述压缩机的下游设置有油分离器。
提供这种冷却系统可以实现对激光器的发热元件持续地冷却,并且适用于小体积但大功率的激光器的冷却。此外,通过冷却器中设置的微通道有效地改善了激光器发热元件的均匀冷却的问题。此外这种构造有利于实现固体激光器冷却系统的一体化设计。此外,还可通过压缩机、节流装置调节激光冷却器内部的工作压力、相变温度和流量,进而调节热流密度与散热量,可以适合于多种不同类型的固体激光器。润滑油与冷却剂是互溶的。但在冷却器内,润滑油不能变为气体,这对于具有微通道的冷却器来说是非常致命的。因为这可能会大大降低换热效率,造成换热不良,甚至造成微通道的堵塞,引发安全问题。因此本发明通过设置油分离器来消除润滑油给冷却器所带来的问题。
根据本发明一特别优选的实施例,所述微通道具有小于1mm,大于等于0.01mm的当量直径。这种小于1mm当量直径的微通道冷却器非常适合于小体积、大功率的激光器的均匀冷却,显著地提高了冷却效率和效果。
根据本发明的进一步特征,所述冷却器包括激光二极管冷却器和/或激光晶体冷却器。
根据本发明一优选实施例,还包括回热器。回热器具有连通于所述冷凝器与所述节流装置之间的第一通道和连通于所述冷却器与所述压缩机之间的第二通道,所述通道彼此传热但隔离开。
根据本发明的进一步实施例,冷却系统还包括设置在节流装置的下游且设置在冷却器上游的气液分离器,该气液分离器的气相出口与压缩机的入口连通。进一步优选地,在所述气液分离器的气相出口与所述压缩机的入口之间的连通线路中设置第二节流装置。
为了克服冷却剂在冷却器中的阻力,该系统还可以包括位于所述冷却器的上游的泵。这种设置用于小于1mm当量直径的微通道冷却器中是尤其有效的,能以较小的液态冷却剂流量在微通道冷却器中实现较大的热流密度和散热量。
此外,本发明还提供一种激光器的冷却系统,其包括:制冷循环回路,该制冷循环回路包括顺次连通成回路的压缩机、冷凝器、节流装置和换热器以及在该回路中循环流动的制冷剂;冷却循环回路,该冷却循环回路包括连通成回路的所述换热器、泵和布置在激光器的发热元件上用于冷却该发热元件的冷却器以及在该回路中循环流动的冷却剂,且所述冷却器具有贯穿所述冷却器以用于冷却剂从其中流过的多个微通道;其中,所述换热器构造成使得流过其中的制冷剂与冷却剂彼此传热但彼此隔离开。
根据本发明的这种激光器由于采用了两个循环回路而避免了润滑油在冷却循环回路中流动,从而在用具有微通道的冷却器对发热元件进行冷却的同时不会出现微通道堵塞的情况,因而省去了设置油分离器的必要。
根据一优选实施例,所述微通道具有小于1mm,大于等于0.01mm的当量直径。
根据本发明的进一步实施例,所述泵包括可变转速泵和/或可变排量泵。
本发明还提供一种用于激光器的冷却方法,包括:
设置压缩机、冷凝器、节流装置和用于激光器的发热元件的冷却器构成循环回路,其中所述冷却器具有贯穿所述冷却器的多个微通道;使冷却剂流体以使其在该回路中以蒸气压缩式制冷循环的形式循环流动;和用油分离器从压缩机出来的冷却剂中分离出润滑油。
根据一优选的实施例,还包括使分离出的润滑油回到压缩机的步骤。
附图说明
以下,结合附图来详细说明本发明的实施例,其中:
图1示出了根据本发明的用于固体激光器的冷却系统结构示意图;
图2示出了根据本发明的用于固体激光器的冷却系统的第一实施例;
图3示出了根据本发明的用于固体激光器的冷却系统的第二实施例;
图4示出了根据本发明的用于固体激光器的冷却系统的第三实施例;
图5示出了根据本发明的用于固体激光器的冷却系统的第四实施例;
图6示出了根据本发明的用于固体激光器的冷却系统的第五实施例;
图7为根据本发明的冷却系统的换热器的一个实施例,其中示出了制冷剂和冷却剂在该换热器中的流动路径;
图8为根据本发明的冷却系统的换热器的另一个实施例,其中示出了制冷剂和冷却剂在该换热器中的流动路径;
图中各部件名称为:1-压缩机,2-冷凝器,3-节流装置,4-激光二极管冷却器,5-激光晶体冷却器,6-油分离器,7-回热器,8-气液分离器,9-二级节流装置,10-泵,11-换热器,11a,11a’-换热器的制冷剂流动路径,11b,11b’-换热器的冷却剂流动路径。
具体实施方式
现结合附图详细描述本发明的各实施例。
如图1所示,示出了根据本发明的用于固体激光器的冷却系统结构示意原理图。该冷却系统包括压缩机1、冷凝器2、节流装置3、激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4。它们用冷却剂管路顺序连接构成蒸气压缩式制冷循环回路,冷却剂在该回路中循环流通。具体地,低温低压的冷却剂蒸气在压缩机1的作用下变成高温高压的冷却剂蒸气,进入冷凝器2向外部介质散热后变为高温高压的冷却剂液体,通过节流装置3节流后变为低温低压的气液两相冷却剂,再进入激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4内从外接的激光晶体和激光二极管吸收热量液相冷却剂蒸发后,再回到压缩机1,从而利用激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4内冷却剂蒸发时的相变潜热实现对外接的激光二极管和激光晶体进行散热的目的。然而,应该明白在该图中未示出油分离器6(见图2),油分离器6对于防止冷却器的通道堵塞是重要的。
如上所述图1所示出的冷却系统为用于固体激光器的冷却系统,但可以理解的是该冷却系统也可用于其它类型的激光器,甚至不排除用于其它的功率较大(即发热量大)但体积较小的电子元件中。进一步地,尽管在图中示出的是激光晶体冷却器和激光二极管冷却器,但可以理解也可以用作激光器的其他发热元件的冷却器。
此外,尽管具体描述了通过蒸汽压缩制冷循环来形成液态冷却剂,并通过液态冷却剂的相变来冷却激光晶体或激光二极管,但可以采用其它的热力学循环使得冷却剂相变来冷却激光器的发热元件。
在上述的固体激光器的冷却装置中,所述的激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4可以如图所示地是并联的,但可以想到的是冷却器也可以串联,或者冷却器也可以单独用于激光晶体或激光二极管中的一个。或者冷却器也可以用于激光器中的其它发热元件。
由于激光器元件的构造原因(体积小,功率大),因此常规的冷却器是不适用的。因此,在根据本发明的实施例的用于冷却固体激光器的冷却装置中的冷却器具有贯穿所述冷却器以用于冷却剂从其中流过的多个微通道。其中所述微通道在本文中通常可以理解为该通道的当量直径小于等于5mm。在一个优选的实施例中,所述冷却器具有当量直径小于等于2mm的微通道。在特别优选的实施例中,所述冷却器具有当量直径大于等于0.01mm且小于1mm的微通道。冷却器通常由换热性能良好的金属制成。在一个特别优选的实施例中,在薄铜板上用线切割或光刻等加工的方法制作多个平行布置的微小的通道,再将相应地切割的薄铜板作为上下盖板通过压力焊等方式进行压合从而获得具有微通道的冷却器,且内部当量直径大于等于0.01mm且小于1mm。通道当量直径的缩小能有效强化两相换热,同时通道密集分布的微通道蒸发冷却器,传热均匀性强,可以使得冷却表面有比较均匀的温度分布。
可以想到的是,在所述冷却装置中,所述的激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4可以包括板式冷却器和/或套筒式冷却器,以适应不同形状固体激光器的散热需求。例如,在一个实施例中,固体激光器的发热元件的散热表面为平状的,为了能够让冷却器和散热有紧密的接触,因此可以采用呈一对平板压合的平板状冷却器,平板上如上所述地相应地线切割或光刻加工出的微通道,从而在压合后形成板式冷却器。该冷却器布置在发热元件的平状散热表面上。在一个优选的实施例中,该板式冷却器中的微通道布置方向与该发热元件的纵长方向平行。而在另一个实施例中,被冷却的激光器元件呈圆柱状。且所述冷却器为套筒式冷却器,且该冷却器紧密地套设在该柱状元件上,其中该套筒式冷却器例如由两个圆筒压合成的,圆筒之间通有如上所述通过线切割或光刻加工制成的微通道,且其中内圆筒的外径等于外圆筒的内径且内圆筒的内径等于该元件的直径,从而在这两个圆筒压合后形成套筒式冷却器。在一个优选的实施例中,该套筒式冷却器中的微通道布置方向与该柱形发热元件的轴向平行。可以想到的是,针对发热元件的不同构造可以设计其它构造的发热器。
在本文中术语“当量直径”是指,当冷却器的通道的横截面为圆形时,当量直径即为该圆的直径,当冷却器的通道的横截面为其他形状例如方形、矩形或不规则图形时,当量直径为与该横截面积相同大小的圆所具有的直径。
在所述冷却系统中,所述的压缩机1可以包括可变转速压缩机或者可变排量压缩机或它们的组合,从而通过调节压缩机1的转速或排量,可以调节制冷循环的蒸发温度。
在所述冷却系统中,节流装置3可以包括毛细管、节流孔板、热力膨胀阀、电子膨胀阀或它们的组合,以控制压缩机1进口的冷却剂为气态,保证系统的安全运行。其中所述组合包括并联或串联。
在上述的固体激光器的冷却系统中,所述的冷凝器2可以包括水冷式冷凝器、风冷式冷凝器或它们的组合。
图2示出了根据本发明的激光器冷却系统的第一实施例。该系统包括压缩机1、油分离器6、冷凝器2、节流装置3、激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4,它们通过冷却剂管路顺序连接构成蒸气压缩式制冷循环回路。在图示的实施例中,油分离器6安装在压缩机1和冷凝器2之间。由于从压缩机1排出的气态冷却剂会携带少量的润滑油,润滑油在冷却时不能变成气体,因而在气态冷却剂中呈微小液滴状。混有润滑油的冷却剂在冷凝器2、激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4内的换热系数会明显降低,尤其是激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4内流道当量直径较小时(特别是通道当量直径小于1mm大于等于0.01mm的冷却器中),会引起激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4内流道的中流动减缓甚至于堵塞,这影响了冷却效果,尤其是均匀冷却的效果,甚至还会影响到激光器元件的安全运行。因此,在压缩机1出口安装油分离器6,使得冷却剂和润滑油分离,分离出来的冷却剂流入冷凝器2进入制冷循环,而分离出来的润滑油直接返回压缩机1底部。这样不仅可以改善冷却剂在冷凝器2、激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4内的传热系数,而且可以防止润滑油缓滞或堵塞激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4的流道中的流动,保证了冷却器的均与冷却。在不那么优选的方案中,油分离器6可以布置在其他位置,只要布置在压缩机的下游且冷却器的上游即可。
如图3所示,示出了根据本发明的第二实施例的固体激光器的冷却系统,其包括压缩机1、油分离器6、冷凝器2、节流装置3、激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4。它们通过冷却剂管路顺序连接构成蒸气压缩式制冷循环回路。其中该冷却系统与第一实施例不同之处在于还包括回热器7。该回热器具有连通于冷凝器2和节流装置3之间的第一通道和连通于激光晶体冷却器5和/或激光二极管冷却器4与压缩机1之间的第二通道。且该第一通道和第二通道中的冷却剂可以彼此传热但彼此隔离开。压缩机1通常要求其入口的冷却剂要有一定的过热度,然而过热流体在激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4内换热系数小、占换热面积大,不利于提高激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4散热的热流密度和散热量,因此在循环回路中设置回热器7,一侧(第一通道)连接于冷凝器2和节流装置3之间,另一(第二通道)连接于激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4与压缩机1之间,实现了用冷凝器2流出的高温液态冷却剂来加热激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4流出的低温两相冷却剂,从而在确保了压缩机1入口处冷却剂过热的同时,还保证了整个激光二极管冷却器4和/或激光晶体冷却器5内的冷却剂均为两相的(即从冷却器出口出来的冷却剂仍为两相的),这样可以提高激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4散热的热流密度和散热量。不打算作为限制,可以认为理想状态是从冷却器出来的流体是刚好完全变为气态。但由于冷却流体变为气态后,传热系数迅速下降,因此为了保证在整个冷却器内部维持比较均匀的冷却效果,让冷却器流出的流体还有一定量的液体,这样才能保证整个冷却器内流动的都是两相流体。
图4示出了根据本发明的固体激光器的冷却系统的第三实施例,其包括压缩机1、油分离器6、冷凝器2、节流装置3、激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4,它们通过冷却剂管路顺序连接构成蒸气压缩式制冷循环回路。与第二实施例类似地,该系统还包括回热器7,该回热器7具有连接于冷凝器2和节流装置3之间的第一通道,和连接于激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4与压缩机1之间的第二通道,且该第一通道和第二通道中的冷却剂可以彼此传热但是间隔开。与第二实施例不同在于,该冷却系统还包括设置在节流装置3下游且在激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4上游的气液分离器8,且气液分离器8的液相出口联接到激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4的入口,从气液分离器8的气相出口经次级节流装置9后的气态冷却剂与从冷却器出口出来的的冷却剂汇合。设置气液分离器8是特别有利的。在该图所示的冷却装置中,冷却剂在经过节流装置3后已经变为气液两相,单位质量流量的冷却剂的汽化潜热降低,因此,加入气液分离器8后,仅使得分离出来的液相冷却剂进入激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4对固体激光器进行冷却,而分离出来的气态冷却剂经过次级节流装置9后与激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4流出的冷却剂汇合,再流入到回热器6中。这样液相冷却剂具有比气液两相冷却剂具有显著高的单位质量的气化潜热。此外,还可以通过调节次级节流装置9来调节冷却剂在激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4及相关连接管路内的流量,从而例如可以根据激光器元件的参数进行调节以获得所希望的冷却效果。在该实施例中,由于流入冷却器中的均为液态冷却剂,因此可以用较小的流量就可以实现较大的热流密度和散热量,可以减小激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4的体积和传热面积,从而可以用于体积更小功率更大的激光器元件。
在该冷却系统中,所述二级节流装置9可以包括毛细管、节流孔板、热力膨胀阀或电子膨胀阀或它们的组合,以调节气液分离器8内的液位。
如图5所示,示出了根据本发明的冷却系统的第四实施例,其包括压缩机1、油分离器6、冷凝器2、节流装置3、激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4,它们通过冷却剂管路顺序连接构成蒸气压缩式制冷循环回路。此外,该冷却系统包括设置在节流装置3下游的气液分离器8和泵10。且该气液分离器8的液相出口经过泵10后连接到激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4的入口,而气液分离器8的气相出口连接到压缩机1的入口。其中所述气液分离器8的功能与第三实施例的冷却系统中气液分离器的布置位置与功能类似,只是该冷却系统未设置次级节流装置。此外,该冷却系统还包括布置在气液分离器8的下游且在激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4上游的泵10。该泵10用来克服冷却剂在激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4以及相关连接管路内的阻力。这样,较小的液态冷却剂流量就可以实现较大的热流密度和散热量,可以减小激光二极管冷却器4和激光晶体冷却器5的体积与传热面积。
更优选地,所述的泵10可以包括可变转速泵或者可变排量泵,这样可以通过调节泵10的转速或排量,就可以调节进入激光二极管冷却器4和激光晶体冷却器5内的冷却剂流量和/或气液分离器内8内的液位,以适应不同固体激光器散热时所需的热流密度和散热量的要求。
图6示出了根据本发明的固体激光器的冷却系统的第五实施例。该冷却系统包括制冷循环回路和与该制冷循环回路进行热交换的冷却循环回路。其中制冷循环回路包括压缩机1、冷凝器2、节流装置3和换热器11,它们通过制冷剂管路顺序连接。该制冷循环回路还包括在上述部件和制冷剂管路中循环流通的制冷剂。冷却循环回路包括换热器11、气液分离器8、泵10、激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4,它们通过冷却剂管路顺序相连,构成冷却循环。该冷却循环回路还包括在上述部件和制冷剂管路中循环流通的冷却剂。
在该实施例中,所述制冷循环回路是蒸气压缩式的制冷循环回路。且如图所示,处于两个回路中的换热器11构造成其中的制冷剂与冷却剂彼此可以传热但是隔离开,具体地是换热器11中的低温制冷剂的蒸发从而对换热器中的冷却剂进行冷却。如图所示的冷却循环回路中包括的气液分离器8是优选的,其用于将从换热器11流出的冷却剂分离出来的液态冷却剂。更优选地,通过如图所示的泵10对从气液分离器8的液相出口流出的液相冷却剂泵送到激光晶体冷却器5和激光二极管冷却器4中,从而冷却剂可以对固体激光器进行冷却。这样,制冷循环和冷却循环都为独立的循环,相互干扰小,操作灵活。此外更大的优点在于,冷却器4和/或5可以避免压缩机中润滑油的影响,因此在该冷却装置中无需设置油分离器。这对于当量直径小于1mm的微通道冷却器来说是特别有利的。
根据实际需要,冷却剂和制冷剂可以采用同种物质。但也可以采用不同种物质,以便于调节冷却循环内的压力和温度。
此外,所述的泵10可以包括可变转速泵或可变排量泵,从而可以通过调节泵10的转速或排量,可以调节进入激光二极管冷却器4和激光晶体冷却器5内的制冷剂流量和/或气液分离器内8内的液位,以适应不同固体激光器散热时所需的热流密度和散热量的要求。
如图7和8所示,所述换热器11可以包括板式的换热器或套筒式的换热器或它们的组合。在图7所示的板式的换热器中,该换热器11具有相互平行且交错地间隔布置的多个换热器11的制冷剂流动路径11a和冷却剂流动路径11b。如图所示地,制冷剂流动路径11a与冷却剂流动路径11b方向相反且互不连通,从而可以有效地热交换而又不会使得制冷剂和冷却剂相混合。在图8所示的套管式的换热器中,其具有一个大直径的管道(在这里为制冷剂流动路径11a’)和设置在该大管道中的多个小直径管道(在这里为冷却剂流动路径11b’)。如图所示一个大直径的管道中设置有三个小直径管道,然而可以想到的是也可以一个大直径管道中设置其它数目(例如1个)的小直径管道。可以想到,优选的是制冷剂和冷却剂的流动方向在轴向上是相反的,但也不排除同向流动的情况。尽管图7和8示出了两种换热器的类型,但可以想到的是也可以采用其它的合适类型的换热器。
以上详细地描述了本发明的实施例,但本领域技术人员将明白上述描述仅是为了说明本发明,而并非是对本发明的限定,根据所给出的上述说明本领域技术人员可以对上述实施例做出其他不同形式的变形且其中的特征可以互换。这里无需对所有的实施方式予以穷举,而基于本说明书所得到的等同、变化或变动仍落入本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种用于激光器的冷却系统,其特征是,包括顺次连通构成循环回路的压缩机(1)、冷凝器(2)、节流装置(3)和用于冷却激光器的发热元件的冷却器以及该回路中循环流动的冷却剂,其中,所述冷却器具有贯穿所述冷却器以用于冷却剂从其中流过的多个微通道,在该循环回路中在所述冷却器的上游且在所述压缩机(1)的下游设置有油分离器(6)。
2.根据权利要求1所述的激光器的冷却系统,其特征是,所述微通道具有小于1mm,大于等于0.01mm的当量直径。
3.根据权利要求1或2所述的激光器的冷却系统,其特征是,所述冷却器包括激光二极管冷却器(4)和/或激光晶体冷却器(5)。
4.根据权利要求1或2所述的激光器的冷却系统,其特征是,还包括回热器(7),其中,所述回热器(7)具有连通于所述冷凝器(2)与所述节流装置(3)之间的第一通道和连通于所述冷却器与所述压缩机(1)之间的第二通道,所述通道彼此传热但隔离开。
5.根据权利要求1或2所述的激光器的冷却系统,其特征是,所述冷却系统还包括设置在所述节流装置(3)的下游且设在所述冷却器的上游的气液分离器(8),该气液分离器(8)的气相出口与所述压缩机(1)的入口连通。
6.根据权利要求5所述的激光器的冷却系统,其特征是,在所述气液分离器(8)的气相出口与所述压缩机(1)的入口之间的连通线路中设置第二节流装置(9)。
7.根据权利要求1或2所述的激光器的冷却系统,其特征是,还包括设置在所述冷却器的上游的泵(10)。
8.一种用于激光器的冷却系统,其特征是,其包括:
制冷循环回路,该制冷循环回路包括顺次连通成回路的压缩机(1)、冷凝器(2)、节流装置(3)和换热器(11)以及在该回路中循环流动的制冷剂;
冷却循环回路,该冷却循环回路包括连通成回路的所述换热器(11)、泵(10)和用于激光器的发热元件的冷却器以及在该回路中循环流动的冷却剂,且所述冷却器具有贯穿所述冷却器以用于冷却剂从其中流过的多个微通道;
其中,所述换热器(11)构造成使得流过其中的制冷剂与冷却剂彼此传热但彼此隔离开。
9.根据权利要求8所述的激光器的冷却系统,其特征是,所述微通道具有小于1mm,大于等于0.01mm的当量直径。
10.根据权利要求8或9所述的激光器的冷却系统,其特征是,所述泵(10)包括可变转速泵和/或可变排量泵。
11.一种用于激光器的冷却方法,其特征是,包括:
设置压缩机(1)、冷凝器(2)、节流装置(3)和用于激光器的发热元件的冷却器构成循环回路,其中所述冷却器具有贯穿所述冷却器的多个微通道;
使冷却剂流体以使其在该回路中以蒸气压缩式制冷循环的形式循环流动;和
用油分离器(6)从压缩机(1)出来的冷却剂中分离出润滑油。
12.一种根据权利要求11所述的冷却方法,其特征是,还包括使分离出的润滑油回到压缩机(1)的步骤。
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Cited By (5)
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CN107623245A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-01-23 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种倾斜像差自补偿的直接液冷薄片激光器的增益模块 |
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Families Citing this family (1)
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Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2472161Y (zh) * | 2001-03-06 | 2002-01-16 | 华南理工大学 | 单螺杆型动态碎冰制冰机 |
CN2515581Y (zh) * | 2001-12-24 | 2002-10-09 | 洪福志 | 一种冷暖分体空调装置 |
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Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN2472161Y (zh) * | 2001-03-06 | 2002-01-16 | 华南理工大学 | 单螺杆型动态碎冰制冰机 |
CN2515581Y (zh) * | 2001-12-24 | 2002-10-09 | 洪福志 | 一种冷暖分体空调装置 |
CN201142517Y (zh) * | 2007-10-09 | 2008-10-29 | 重庆市光学机械研究所 | 夹壁式大水箱半导体泵激光装置 |
CN201682172U (zh) * | 2010-03-24 | 2010-12-22 | 中国科学院理化技术研究所 | 固体激光器的冷却装置 |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102410654A (zh) * | 2011-10-29 | 2012-04-11 | 张翔 | 一种快速连续制备冷却和冷冻液体的微型装置 |
CN107623245A (zh) * | 2017-10-31 | 2018-01-23 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种倾斜像差自补偿的直接液冷薄片激光器的增益模块 |
CN109616856A (zh) * | 2018-11-26 | 2019-04-12 | 中国工程物理研究院应用电子学研究所 | 一种激光器温控系统及其控制方法 |
CN112968342A (zh) * | 2021-01-15 | 2021-06-15 | 西安交通大学 | 一种端面泵浦激光晶体散热用微通道水冷结构 |
CN115528517A (zh) * | 2022-11-25 | 2022-12-27 | 中国航天三江集团有限公司 | 用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统及方法 |
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