CN111811309A - 用于光纤冷却的平行通道 - Google Patents

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CN111811309A CN202010272698.8A CN202010272698A CN111811309A CN 111811309 A CN111811309 A CN 111811309A CN 202010272698 A CN202010272698 A CN 202010272698A CN 111811309 A CN111811309 A CN 111811309A
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Abstract

一种光纤热交换器，包括外部主体和插入外部主体的内部主体。内部主体包括:多个引导壁，引导冷却液通过光纤热交换器，以与插入光纤热交换器中的光纤进行热交换；第一组平行直通道，沿着内部主体的进入部分延伸，由多个引导壁的第一子组形成；一组U形通道，延伸通过内部主体的过渡段；由所述多个引导壁的第二子组形成；以及第二组平行直通道，沿着所述内部主体的流出部分延伸，由所述多个引导壁的第三子组形成。

Description

用于光纤冷却的平行通道
技术领域
本发明涉及光纤热交换器，更具体地，涉及包括用于光纤冷却的平行直通道的热交换器。
背景技术
光纤或光纤电缆可以插入光纤热交换器中，以允许光纤电缆临时和/或可移除地与其他光纤和/或光纤电缆、测试设备、电源、光学装置和/或诸如此类连接。
发明内容
根据一些实施方式，光纤热交换器包括外部主体和插入外部主体的内部主体。内部主体可以包括多个引导壁，以引导冷却液通过光纤热交换器，从而与插入光纤热交换器中的光纤进行热交换。内部主体可以包括进入部分，该进入部分包括由延伸穿过进入部分的多个引导壁的第一子组形成的第一组平行直通道。内部主体可以包括过渡段，该过渡段包括由延伸穿过过渡段的多个引导壁的第二子组形成的一组U形通道。内部主体可以包括流出部分，该流出部分包括第二组平行直通道，该第二组平行直通道由延伸穿过流出部分的多个引导壁的第三子组形成。
根据一些实施方式，光纤热交换器包括外部主体和内部主体。内部主体包括多个引导壁，这些引导壁形成多个平行直通道，沿着内部主体的长度延伸，以引导冷却液通过光纤热交换器，从而与插入光纤热交换器中的光纤进行热交换，其中多个平行通道平行于内部主体的长度。内部主体包括过渡段，该过渡段包括多个U形通道以引导冷却液通过过渡段，其中多个U形通道连接多个平行直通道的第一子组和多个平行直通道的第二子组。
根据一些实施方式，光纤热交换器包括外部主体和插入外部主体的内部主体。内部主体包括多个引导壁。内部主体包括多个平行直通道，位于多个引导壁之间并平行于内部主体的长度延伸，以沿着内部主体的长度引导冷却液，从而与插入光纤热交换器中的光纤进行热交换。内部主体包括过渡段，该过渡段包括多个U形通道以引导冷却液通过过渡段，其中多个U形通道连接多个平行直通道的第一子组和多个平行直通道的第二子组。
附图说明
图1示出了光纤热交换器的透视分解图。
图2示出了图1所示的光纤热交换器的组装透视图。
图3示出了图1所示的光纤热交换器的内部主体的俯视图。
图4示出了图1所示的光纤热交换器的剖视图。
具体实施方式
示例实现的以下详细描述参考了附图。不同附图中相同的附图标记可以表示相同或相似的元件。
光纤热交换器可以与产生大量热量的光学装置一起使用，例如激光器(例如千瓦激光器)。如果光学装置产生的热量在光学装置的操作过程中没有被充分散发，则长时间暴露于大量热量可能导致光学装置和/或光纤的性能下降，光学装置和/或光纤可能被损坏，和/或诸如此类。
本文描述的一些实施方式提供了光纤热交换器的各种示例，其为插入光纤热交换器中的光纤(和相关联的光学装置)提供冷却。在一些实施方式中，光纤热交换器可以包括多个引导壁，这些引导壁形成沿着光纤热交换器的长度延伸的多个平行直通道。
在一些实施方式中，多个平行直通道可以包括沿着光纤热交换器第一侧在进入部分中的一个或多个进入平行直通道以及沿着光纤热交换器第二侧在流出部分中的一个或多个流出平行直通道。进入平行直通道可将冷却液从光纤热交换器的进入段通过该进入部分输送到光纤热交换器中包括的过渡段。流出直平行通道可将冷却液体从过渡段通过流出部分输送到光纤热交换器的流出段。多个平行直通道中的每一个可以在光纤热交换器的整个长度上与其他平行直通道隔离，这减少了进入平行直通道和流出平行直通道之间的压降。
冷却液可以沿着光纤热交换器从进入段、通过进入部分中的进入平行直通道流到过渡段、经过过渡段、并通过流出部分中的流出平行直通道从过渡段流到流出段。当冷却液流过光纤热交换器时，热量从插过光纤热交换器的光纤交换到冷却液，从而冷却光纤。被加热的冷却液经由流出段被带出光纤热交换器。
过渡段可以包括将进入平行直通道和流出平行直通道进行连接的多个U形通道。在这种情况下，进入部分可以在光纤热交换器的第一侧，流出部分可以在与第一侧相对的光纤热交换器的第二侧，并且过渡段可以提供进入部分和流出部分之间的过渡。U形通道以防止或减少通过进入平行直通道流入的冷却液和通过流出平行直通道流出的冷却液之间发生混合的方式引导冷却液通过过渡段，这增加了冷却液的冷却效率和功效。
图1示出了示例光纤热交换器100的透视分解图。图2示出了光纤热交换器100的组装透视图。图3示出了光纤热交换器100的内部主体120的俯视图。图4示出了沿着图2中的平面YY的光纤热交换器100的剖视图。在一些实施方式中，光纤热交换器100可以被称为光纤馈通(optical fiber feedthrough)、光纤连接器、光纤冷却器、光纤热交换器设备和/或允许光纤和/或光纤电缆被冷却的其他类型的光纤装置。
如图1所示，光纤热交换器100可以包括外部主体110和内部主体120。外部主体110可以是外壳、包装、盖子和/或容纳内部主体120的其他结构。在一些实施方式中，外部主体110和内部主体120可以各自能够将冷却液的流动保持在25摄氏度的进入温度，而不会阻碍冷却液流过光纤热交换器100。在一些实施方式中，外部主体110和内部主体120能够承受高达1bar的压力累积(pressure buildup)，而不会阻碍冷却液流过光纤热交换器100。在一些实施方式中，外部主体110和内部主体120能够承受直接施加的热负载(例如，来自光纤、光缆和/或类似物)，而不会阻碍冷却液流过光纤热交换器100。
如图1进一步所示，外部主体110可以包括入口112和出口114。入口112可以是用作让冷却液体进入光纤热交换器100的进入点的开口、端口、孔和/或类似物。入口112可以连接到向光纤热交换器100供应冷却液的管、管道和/或其他结构。出口114可以是开口、端口、孔和/或类似物，其用作冷却液体流出光纤热交换器100的排出点。出口114可以连接到管、管道和/或其他结构，其将冷却液从光纤热交换器100带走。流过出口114的冷却液可以是载有热量的冷却液，该热量是从插过(例如，部分或全部插过)光纤热交换器100的光纤或光缆中交换和/或移除的。
入口112和出口114可以位于外部主体110的同一端。在一些实施方式中，入口112和出口114可以位于外部主体110的不同侧。例如，入口112和出口114可以位于外部主体110的相对侧。作为另一个例子，入口112和出口114可以位于外部主体110的相邻侧。
如图1进一步所示，内部主体120可以包括进入段122和流出段124。进入段122可以接收通过入口112供应的冷却液。流出段124可以向出口114供应载有热量的冷却液，该热量是从通过内部主体120中的孔132插入的光纤或光缆而被交换和/或移除的。孔132可以提供延伸穿过内部主体120的长度的套管、腔室和/或类似物，光纤或光缆可以插入其中。
进入段122和流出段124可以位于内部主体120的同一端。在一些实施方式中，进入段122和流出段124可以位于内部主体120的不同侧(例如，进入侧和流出侧)。例如，进入段122和流出段124可以位于内部主体120的相对侧(例如，进入侧和相对流出侧)。作为另一个例子，进入段122和流出段124可以位于内部主体120的相邻侧(例如，进入侧和相邻流出侧)。
进入段122可以位于光纤热交换器100的与入口112相同的一端和相同的一侧，使得进入段122与入口112对齐并对接。类似地，流出段124可以位于光纤热交换器100的与出口114相同的一端和相同的一侧，使得流出段124与出口114对齐并对接。
如图1中进一步所示，内部主体120可以包括沿着内部主体120的长度延伸的多个引导壁126。引导壁126可以在成对的引导壁126之间形成沿着内部主体120的长度延伸的多个通道128。多个引导壁126可以包括一个或多个平行直引导壁126a，其从内部主体120的端部平行且笔直地沿着内部主体120的长度的至少一部分延伸，进入段122和流出段124位于该端部。多个引导壁126可以包括一个或多个平行直引导壁126b，其从与进入段122和流出段124所在的内主体120的端部相反的内主体120的端部沿着内主体120的长度的至少一部分平行且笔直地延伸。多个引导壁126可以包括一个或多个平行直引导壁126c，其沿着内部主体120的长度的至少一部分平行且笔直地延伸，并且连接到内部主体120的过渡段130中的一个或多个U形引导壁126d。过渡段130可以位于与进入段122和流出段124所在的内部主体120的端部相反的内部主体120的端部。
平行直引导壁126a、126b和126c可以平行于内部主体120的长度，并且每个平行直导向可以平行于其他平行直引导壁126a、126b和126c。平行直引导壁126a、126b和126c可以形成一个或多个平行直进入通道128a，冷却液通过该通道从进入段122流入，并且可以形成一个或多个平行直流出通道128b，冷却液通过该通道流出到流出段124。在一些实施方式中，平行进入通道128a的数量和平行流出通道128b的数量可以是相同的通道数量或者可以是不同的通道数量。
平行直进入通道128a和平行直流出通道128b可以沿着内部主体120的长度的至少一部分平行且笔直地延伸。例如，平行直进入通道128a可以沿着和/或穿过内部主体120的进入部分而平行且笔直地延伸。作为另一个例子，平行直流出通道128b可以沿着和/或穿过内部主体120的流出部分而平行且笔直地延伸。在一些实施方式中，进入部分(以及因此平行直进入通道128a)可以位于内部主体120的与进入段122相同的一侧(例如，进入侧)。在一些实施方式中，流出部分(以及因此平行直流出通道128b)可以位于内部主体120的与流出段124相同的一侧(例如，流出侧)。在一些实施方式中，进入侧和流出侧可以位于内部主体120的相反侧。
进入部分和流出部分可以通过过渡段130连接。在这种情况下，平行直进入通道128a和平行直流出通道128b可以通过过渡段130中的一个或多个U形通道128c连接。U形通道128c可以形成在一个或多个U形引导壁126d和/或一个或多个平行直引导壁126a、126b和/或126c之间。U形通道128c可以在通过平行直进入通道128a流入的冷却液和通过平行直流出通道128b流出的冷却液之间提供冷却液的过渡。在一些实施方式中，U形引导壁126d和U形通道128c可以是其他形状和/或几何形状，例如半圆形、半椭圆形、圆形和/或其他形状，其用于改变冷却液体通过过渡段130的行进方向，使得冷却液体的流动可以经由过渡段130从平行进入通道128a过渡到平行流出通道128b。
在一些实施方式中，每个平行直进入通道128a可以通过U形通道128c连接到单个平行直流出通道128b，例如其中平行直进入通道128a的数量和平行直流出通道128b的数量是相同的通道数量。在一些实施方式中，U形通道128c可以将多个平行直进入通道128a连接到单个平行直流出通道128b，U形通道128c可以将单个平行直进入通道128a连接到多个平行直流出通道128b，和/或诸如此类。
如图2所示，内部主体120可以插入外部主体110。在这种情况下，外部主体110可以在内部主体120上滑动，以组装光纤热交换器100。外部主体110和内部主体120可以是干涉配合的，使得外部主体110的内壁与引导壁126的顶部相接，以封闭通道128。干涉配合减少或防止从通道128到通道128的冷却液串流，而不需要任何两个通道128之间的焊接，这降低了制造光纤热交换器100的复杂性。在一些实施方式中，外部主体110和内部主体120可以在外部主体110和内部主体120的每一端焊接在一起(例如，在外部主体110和内部主体120的、没有设置引导壁126和通道128的端部处)。
图2进一步示出了光纤热交换器100中冷却液的流动路径。如图2所示，冷却液通过外部主体110中的入口112流入光纤热交换器100，并流到内部主体120中的进入段122。冷却液从进入段122分散在平行直进入通道128a中。冷却液流过平行直进入通道128a，并通过内部主体120的进入部分从进入段122被引导至过渡段130。冷却液从平行直进入通道128a进入过渡段130，并通过U形通道128c流过过渡段130。冷却液通过流出U形通道128c并流入平行直流出通道128b而离开过渡段130。冷却液流过平行直流出通道128b，并通过内部主体120的流出部分从过渡段130被引导至内部主体120中的流出段124。冷却液通过外部主体110中的出口114从流出段124(以及光纤热交换器100)移除。
当冷却液沿着图2所示的流动路径流动时，来自穿过孔132插入的光纤或光缆的热量被从光纤或光缆中移除，并被交换到冷却液中。因此，冷却液的温度随着冷却液沿着流动路径行进而升高。因此，在流动路径的末端，加热的冷却液从光纤热交换器100中移除并被冷却(例如，热量从冷却液中移除)，使得冷却液可以经由入口112返回到光纤热交换器100，用于进一步冷却穿过孔132插入的光纤或光缆。
图3所示的内部主体120的俯视图显示了进入段122、平行直进入通道128a和过渡段130的详细视图。如图3所示，冷却液可以流入进入段122，并通过平行直进入通道128a流到过渡段130。当冷却液流过过渡段130时，冷却液在U形通道128c中沿着曲线部和/或弯曲部流动。这样，每个U形通道128c中的冷却液保持与过渡段130中的其他U形通道128c隔离，这减少和/或防止了过渡段130中的U形通道128c之间的冷却液混合。由过渡段130中的U形通道128c提供的隔离降低了进入段122、流出段124和过渡段130之间的压降。此外，由过渡段130中的U形通道128c提供的隔离减少了过渡段130中的冷却液湍流。
如图4中的截面图所示，内部主体120可以包括内环134，内环134形成穿过内部主体120的内部孔132，光纤或光缆可以插入其中。可以基于插入到孔132中的光纤或光缆与流过光纤热交换器100的冷却液之间的期望热交换量、基于期望的结构特性(例如，承受通道128中特定压力的能力)、基于要插入到孔132中的光纤或光缆的尺寸和/或诸如此类来设计内环134的尺寸和/或厚度。
如图4中进一步所示，引导壁126和通道128可以位于内环134的周向周围，并且可以从内环134径向向外延伸到外部主体110的内壁。在一些实施方式中，从内环134到外部主体110的内壁，引导壁126的厚度可以是相同的，使得引导壁126从内环134到外部主体110的内壁是笔直的。在一些实施方式中，从内环134到外部主体110的内壁，引导壁126的厚度可以增加，使得引导壁126向外张开。在一些实施方式中，从内环134到外部主体110的内壁，引导壁126的厚度可以减小，使得引导壁126向内张开。在一些实施方式中，可以基于插入到孔132中的光纤或光缆与流过光纤热交换器100的冷却液之间的期望热交换量、基于流过通道128的期望冷却流量、基于期望的结构特性(例如，承受通道28中特定压力的能力)，基于要要插入到孔132中的光纤或光缆的尺寸和/或诸如此类来设计引导壁126的高度(以及因此通道128的高度)、引导壁126的厚度和/或通道128的宽度。
如图4中进一步所示，在一些实施方式中，光纤热交换器100可以包括在引导壁126的顶部和外部主体110的内壁之间的间隙136(或泄放孔)。间隙136可以在相邻通道128之间提供少量冷却液串流。在通道128中发生堵塞的情况下，由间隙136提供的冷却液串流可用于平衡相邻通道128中的压力，并且可允许冷却液流入堵塞部分周围的相邻通道128中。
如上所述，图1-4仅作为一个或多个示例提供。其他例子是可以预期的，并且可以不同于针对图1-4所描述的。例如，虽然图1-4示出了光纤热交换器100，其包括平行直引导壁126a、126b和126c以及平行直通道128a和128b，但是在一些实施方式中，光纤热交换器100可以包括其他形状和/或几何结构的引导壁和通道，例如螺旋引导壁和通道(例如，沿着光纤热交换器100的长度径向螺旋或螺形的引导壁和通道)、正方形交错引导壁和通道、正方形逐步下降(step-down)引导壁和通道、直翅片引导壁和通道，和/或诸如此类。
前述公开内容提供了说明和描述，但并不旨在穷举或将实现限制为所公开的精确形式。可以根据上述公开内容进行修改和变化，或者可以从实现的实践中获得修改和变化。
图中所示和/或本文所述的层的数量、布置、厚度、顺序、对称性和/或类似物是作为例子提供的。实际上，图中所示和/或本文所述的发射器阵列和/或垂直发射器件可以包括与图中所示和/或本文所述的那些不同的额外层、更少的层、不同的层、不同构造的层或不同布置的层。附加地或替代地，发射器阵列和/或垂直发射器件的一组层(例如，一个或多个层)可以执行被描述为由发射器阵列和/或垂直发射器件的另一组层执行的一个或多个功能。
即使特征的特定组合在权利要求中陈述和/或在说明书中公开，这些组合并不旨在限制各种实施方式的公开。事实上，这些特征中的许多可以以权利要求中未具体列举和/或说明书中未公开的方式组合。尽管下面列出的每个从属权利要求可以直接仅依赖于一个权利要求，但是各种实现的公开包括每个从属权利要求与权利要求集中的每个其他权利要求的组合。
除非明确说明，否则本文中使用的任何元素、动作或指令都不应被解释为关键或必要的。此外，如这里所使用的，冠词“一”旨在包括一个或多个项目，并且可以与“一个或多个”互换使用此外，如本文所用，术语“组”旨在包括一个或多个项目(例如，相关项目、不相关项目、相关和不相关项目的组合等)，并且可以与“一个或多个”互换使用如果只打算使用一个项目，则使用短语“只有一个”或类似的语言。此外，如在此使用的，术语“具有”等旨在是开放式术语。此外，短语“基于”旨在表示“至少部分基于”，除非另有明确说明。
相关应用
本申请要求2019年4月10日提交的美国临时申请No.62/832，021的优先权，其名称为“PARALLEL CHANNELS FOR FIBER CONNECTOR COOLING”，其全部内容通过引用结合于此。

Claims (20)

1.一种光纤热交换器，包括:
外部主体；和
内部主体，插入到外部主体中，包括:
多个引导壁，用于引导冷却液通过光纤热交换器，以与插入光纤热交换器中的光纤进行热交换，
进入部分，包括由延伸穿过进入部分的多个引导壁的第一子组形成的第一组平行直通道，
过渡段，包括由延伸经过过渡段的多个引导壁的第二子组形成的一组U形通道，和
流出部分，包括第二组平行直通道，由延伸经过流出部分的多个引导壁的第三子组形成。
2.根据权利要求1所述的光纤热交换器，其中，所述冷却液从所述内部主体的进入段在第一组平行直通道中流过进入部分；
其中冷却液从进入部分在该组U形通道中流过过渡段；和
其中冷却液在第二组平行直通道中通过流出部分从过渡段流到内部主体的流出段。
3.根据权利要求1所述的光纤热交换器，其中所述第一组平行直通道和所述第二组平行直通道平行于所述内部主体的长度；和
其中第一组平行直通道和第二组平行直通道围绕内部主体的周向定位，以冷却在光纤热交换器中延伸的光纤。
4.根据权利要求1所述的光纤热交换器，其中所述第一组平行直通道的数量和所述第二组平行直通道的数量是不同的数量。
5.一种光纤热交换器，包括:
外部主体；和
内部主体，插入到外部主体中，包括:
多个引导壁，其形成多个平行直通道，沿着内部主体的长度延伸，以引导冷却液通过光纤热交换器，从而与插入光纤热交换器中的光纤进行热交换，
其中所述多个平行通道平行于所述内部主体的长度，和
过渡段，包括多个U形通道以引导冷却液通过过渡段，
其中所述多个U形通道连接所述多个平行直通道的第一子组和所述多个平行直通道的第二子组。
6.根据权利要求5所述的光纤热交换器，其中所述内部主体包括:
位于内部主体的第一端处的进入段和流出段，
其中过渡段位于与内部主体的第一侧相反的第二端处。
7.根据权利要求5所述的光纤热交换器，其中，所述多个平行直通道的第一子组将冷却液体从所述内部主体的进入段引导通过所述内部主体的进入部分，并引导至所述过渡段；和
其中所述多个平行直通道的第二子组将引导冷却液从过渡段引导通过内部主体的流出部分，并到达内部主体的流出段。
8.根据权利要求7所述的光纤热交换器，其中，所述进入部分位于所述内部主体的第一侧；和
其中流出部分位于与内部主体的第一侧相反的第二侧。
9.根据权利要求5所述的光纤热交换器，其中所述多个引导壁包括:
一个或多个第一直引导壁，其从内部主体的第一端延伸，
一个或多个第二直引导壁，其从与内部主体的第一端相反的第二端延伸，和
一个或多个U形引导壁。
10.根据权利要求5所述的光纤热交换器，其中所述多个引导壁的厚度从所述内部主体的内环径向向外增加。
11.根据权利要求5所述的光纤热交换器，其中所述多个引导壁的厚度从所述内部主体的内环径向向外是相同的厚度。
12.根据权利要求5所述的光纤热交换器，其中所述内部主体和所述外部主体是干涉配合的，以减少所述多个平行通道上的冷却液串流，并允许冷却液跨经所述多个平行通道串流，以平衡所述多个平行通道上的压力。
13.一种光纤热交换器，包括:
外部主体；和
内部主体，插入到外部主体中，包括:
多个引导壁；
多个平行直通道，位于多个引导壁之间，并平行于内部主体的长度延伸，以沿着内部主体的长度引导冷却液，以与插入光纤热交换器中的光纤进行热交换；和
过渡段，包括多个过渡通道以引导冷却液经过过渡段，
其中所述多个过渡通道连接所述多个平行直通道的第一子组和所述多个平行直通道的第二子组。
14.根据权利要求13所述的光纤热交换器，其中，所述内部主体还包括:
内孔，具有用于接收光纤的环形形状，
其中多个引导壁从环径向向外延伸。
15.根据权利要求13所述的光纤热交换器，其中所述过渡段位于所述内部主体的与第二端相反的第一端，所述内部主体的进入段和流出段位于所述第一端处。
16.根据权利要求15所述的光纤热交换器，其中所述多个平行通道包括:
第一组平行通道，用于引导冷却液通过内部主体的进入段和过渡段之间的内部主体的进入部分；和
第二组平行通道，用于引导冷却液通过内部主体的过渡段和流出段之间的内部主体的流出部分。
17.根据权利要求16所述的光纤热交换器，其中，所述进入部分位于所述内部主体的第一侧；和
其中流出部分位于内部主体的与第一侧相反的第二侧。
18.根据权利要求13所述的光纤热交换器，其中所述多个过渡通道包括:
过渡段中的多个U形通道。
19.根据权利要求18所述的光纤热交换器，其中，所述第一组平行通道和所述第二组平行通道通过所述过渡段中的多个U形通道连接。
20.根据权利要求13所述的光纤热交换器，其中所述内部主体和所述外部主体是干涉配合的，以减少跨经所述多个平行通道的冷却液串流，并允许跨经所述多个平行通道的冷却液串流，以平衡所述多个平行通道上的压力。
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