CN112600067A - 用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，包括自增压液氮罐、第一杜瓦罐、气液分离器和第二杜瓦罐、若干冷却单元和控制器；所述自增压液氮罐、第一杜瓦罐和第二杜瓦罐均装有液氮；本发明将液氮冷却介质送入冷却单元内，经过旋流雾化喷头将液氮液滴喷射至冷板表面。控制器控制冷却单元内流量调节阀开度和电磁阀状态从而调节喷雾流量以及喷雾通断，以使得通过冷板温度传感器采集的冷板当前温度与控制器内预设的目标温度相一致。本发明能在解决变功率激光器高效散热的同时，使激光器温度维持低温，满足激光器低温工作需求，大大提高激光器光电转化效率的同时，简化系统构成并提高可靠性。

Description

用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统

技术领域

本发明属于激光器散热技术领域，尤其是一种用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统。

背景技术

低温激光器利用具有超高输出功率的二极管巴条作为抽运源，具有光电转化效率高、高输出能量、结构紧凑、长寿命、高可靠性等优点，近年来备受关注。当激光器抽运源温度降至冰点(273K)甚至更低温度(80K)以下，光学增益变大，非辐射负荷减小，阈值电流变低，斜率效率可接近100％，从而使激光器总体光电转化效率显著提升。较高光电转化效率使得激光器产生废热减少，激光器热致失效问题得到缓解。但由于激光器功率不断提升，散热面积不断缩小，加之小型化、集成化以及轻量化的特殊应用需求，激光器功率密度已超过1000W/cm²，在某些诸如雷达、激光武器等国防军事领域，其功率密度更逼近10000W/cm²，散热问题仍然是制约激光器发展的主要瓶颈之一。

现有液冷散热技术多采用水、氟化液以及制冷剂等作为冷却工质，虽然汽化潜热高，但其较高沸点使得散热面难以达到低温激光器所需工作温度。相比于传统冷却方式，喷雾冷却将工质雾化为细小液滴，液滴高速撞击至待冷却表面并与之换热，有效利用了工质相变潜热，具有热流密度高、冷却均匀、节省资源且无温度超调等优势，已被广泛应用于微电子、冶金、机械加工和航空航天等工业工程领域。

采用液氮作为冷却工质，液氮液滴与散热面接触后发生剧烈相变换热形成氮气，氮气对人体无毒可直接排放至大气环境中，省却了复杂压力供液装置和循环回路，从而大大简化了系统构成，降低生产成本的同时使冷却系统更加安全可靠。对于如脉冲激光器等输出功率随时发生变化的情况，传统闭式循环系统使用的连续不可调节喷雾冷却无法实现激光器功率与冷却参数的动态耦合匹配，无法用于动态监测并调节冷却参数，无法在变功率激光器高效散热的同时，使激光器温度维持低温(80～273K)，以达到喷雾冷却最优冷却性能。且传统闭式循环系统的压力供液装置和循环回路复杂。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，本发明将液氮冷却介质送入冷却单元内，经过旋流雾化喷头将液氮液滴喷射至冷板表面。控制器通过内置PID闭环控制算法控制冷却单元内流量调节阀开度和电磁阀状态从而调节喷雾流量以及喷雾通断，以使得通过冷板温度传感器采集的冷板当前温度与控制器内预设的目标温度相一致。本发明能在解决变功率激光器高效散热的同时，使激光器温度维持低温(80～273K)，满足激光器低温工作需求，从而大大提高激光器光电转化效率。结合智能控制方法，可实现激光器功率与冷却参数的动态耦合匹配，使喷雾冷却系统性能时刻保持在最优状态。开式喷雾冷却系统省却了传统闭式循环系统的复杂压力供液装置和循环回路，大大简化了系统构成，在降低生产成本的同时使冷却系统更加安全可靠。

本发明的技术方案是：用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，包括自增压液氮罐、第一杜瓦罐、气液分离器和第二杜瓦罐、若干冷却单元和控制器；所述自增压液氮罐、第一杜瓦罐和第二杜瓦罐均装有液氮；所述第一杜瓦罐内还设有第一冷凝盘管和第二冷凝盘管；所述第二杜瓦罐内还设有第三冷凝盘管；所述自增压液氮罐出口与第一杜瓦罐内第一冷凝盘管入口相连；所述第一冷凝盘管出口与气液分离器液相入口相连，所述气液分离器气相出口与第一杜瓦罐内第二冷凝盘管入口相连，第二冷凝盘管出口与气液分离器液相入口相连；气液分离器液相出口与第二杜瓦罐内第三冷凝盘管入口相连；所述第三冷凝盘管出口与冷却单元连接，冷却单元与激光器散热箱表面连接；所述冷却单元包括板状分流器、流量调节阀、电磁阀、旋流雾化喷头、冷板和温度传感器；所述板状分流器的每条分流管道上分别设有流量调节阀、电磁阀和旋流雾化喷头；所述冷板位于旋流雾化喷头正下方，冷板下表面与激光器散热箱表面连接；所述温度传感器用于采集冷板的温度并传递给控制器；所述控制器分别与流量调节阀、电磁阀和温度传感器连接，当所述冷板温度低于预设温度值，控制器控制电磁阀关闭，当冷板温度高于预设温度值，控制器控制流量调节阀增大开度。

上述方案中，所述冷却单元有多个，第三冷凝盘管出口通过管路分流器与冷却单元连接；所述管路分流器分成多条支路后分别与所述冷却单元连接；每条支路上均设有截止阀。

进一步的，所述冷却单元有四个，四个冷却单元分别与激光器散热箱四周连接；所述管路分流器分成四条支路后分别与所述冷却单元连接。

上述方案中，所述激光器散热箱的侧表面通过导热硅脂与冷板下表面连接。

上述方案中，所述冷板上表面设有金字塔形散热翅片。

上述方案中，所述旋流雾化喷头内设有螺旋叶片，旋流雾化喷头出口孔径为0.71mm。

上述方案中，所述自增压液氮罐出口与第一冷凝盘管入口连接的管道上设有第一开关阀；所述气液分离器气相出口与第二冷凝盘管入口连接的管道上设有第二开关阀；所述第三冷凝盘管出口与管路分流器连接的管道上设有温度表和压力表。

上述方案中，所述冷板采用导热系数为386.4W/(m·k)的紫铜材料。

上述方案中，所述自增压液氮罐设有内筒和外筒内外两层结构，内筒与外筒夹层抽真空；所述自增压液氮罐夹层内设有增压盘管，增压盘管与内筒连接，增压盘管与内筒连接的管道之间设有增压阀和稳压阀。

上述方案中，所述自增压液氮罐内筒设有安全阀。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明将液氮冷却介质送入冷却单元内，经过旋流雾化喷头将液氮液滴喷射至冷板表面。本发明控制器可动态调节喷雾参数，智能控制器内设有PID闭环控制算法，通过冷板内T型热电偶温度传感器采集冷板温度，智能控制器根据冷板预设目标温度，动态调节电磁阀通断以及流量调节阀开度，从而调节喷雾通断和喷雾流量，继而动态调节喷雾冷却冷量，实现激光器功率与喷雾参数的耦合匹配。本发明能在解决变功率激光器高效散热的同时，使激光器温度维持低温(80～273K)，满足激光器低温工作需求，从而大大提高激光器光电转化效率。结合智能控制方法，可实现激光器功率与冷却参数的动态耦合匹配，使喷雾冷却系统性能时刻保持在最优状态。开式喷雾冷却系统液氮与冷板换热后汽化形成氮气，氮气对人体无毒可直接排入大气环境，结合使用自增压液氮罐，省却了传统闭式循环系统的复杂压力供液装置和循环回路，大大简化了系统构成，在降低生产成本的同时使冷却系统更加安全可靠。

2、本发明采用旋流雾化喷头生成喷雾液滴，喷头内设螺旋叶片，使液氮在喷头出口喷出之前预先破碎，大大提高了雾化质量，经由旋流雾化喷头喷出的液滴粒径可达30μm。

3、本发明每一个冷却单元内均设有4个线性排列喷头，可通过智能控制器控制特定支路上喷雾通断，既可实现局部散热，又可避免局部冷却过度，大大节省资源的同时提高冷却效率。

4、本发明通过气液分离器将分离出的氮气通入第一杜瓦罐再次冷凝，大大提高了冷凝效率，同时保证仅有液态介质进入冷却单元，防止液氮汽化造成冷却效率下降和冷却能力不足。

5、本发明冷却效果强、节省资源、系统安全可靠，开式液氮喷雾冷却技术结合智能控制方法有望成为可产业化的变功率低温激光器热控技术之一。

附图说明

图1是本发明一实施方式的示意图。

图2是本发明一实施方式的冷却单元示意图。

附图标记说明：1-第一加液口、2-液位计、3-稳压阀、4-增压阀、5-安全阀、6-第二开关阀、7-压力表、8-温度表、9-智能控制器、10-导热硅脂、11-冷却单元、12-激光器散热箱、13-截止阀、14-管路分流器、15-第三加液口、16-第三冷凝盘管、17-第二杜瓦罐、18-气液分离器、19-第一杜瓦罐、20-第一冷凝盘管、21-第二冷凝盘管、22-第二加液口、23-第一开关阀、24-增压盘管、25-自增压液氮罐、26-板状分流器、27-流量调节阀、28-电磁阀、29-旋流雾化喷头、30-T型热电偶、31-冷板、32-金字塔形散热翅片。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。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。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1和2所示为所述用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统的一种较佳实施方式，所述用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，包括自增压液氮罐25、第一杜瓦罐19、气液分离器18和第二杜瓦罐17、若干冷却单元11和控制器9；所述自增压液氮罐25、第一杜瓦罐19和第二杜瓦罐17均装有液氮；所述第一杜瓦罐19内还设有第一冷凝盘管20和第二冷凝盘管21；所述第二杜瓦罐17内还设有第三冷凝盘管16；所述自增压液氮罐25出口与第一杜瓦罐19内第一冷凝盘管20入口相连；所述第一冷凝盘20管出口与气液分离器18液相入口相连，所述气液分离器18气相出口与第一杜瓦罐19内第二冷凝盘管21入口相连，第二冷凝盘管21出口与气液分离器18液相入口相连；气液分离器18液相出口与第二杜瓦罐17内第三冷凝盘管16入口相连；所述第三冷凝盘管16出口与冷却单元11连接，冷却单元11与激光器散热箱12表面连接；所述冷却单元11包括板状分流器26、流量调节阀27、电磁阀28、旋流雾化喷头29、冷板31和温度传感器；所述板状分流器26的每条分流管道上分别设有流量调节阀27、电磁阀28和旋流雾化喷头29；所述冷板31位于旋流雾化喷头29正下方，冷板31下表面与激光器散热箱12表面连接；所述温度传感器用于采集冷板31的温度并传递给控制器9；所述控制器9分别与流量调节阀27、电磁阀28和温度传感器连接，当所述冷板31温度低于预设温度值，控制器9控制电磁阀28关闭，当冷板31温度高于预设温度值，控制器9控制流量调节阀27增大开度。

根据本实施例，优选的，所述冷却单元11有多个，第三冷凝盘管16出口通过管路分流器14与冷却单元11连接；所述管路分流器14分成多条支路后分别与所述冷却单元11连接；每条支路上均设有截止阀13。

根据本实施例，优选的，所述冷却单元11有四个，四个冷却单元11分别与激光器散热箱12四周连接；所述管路分流器14分成四条支路后分别与所述冷却单元11连接。

根据本实施例，优选的，所述激光器散热箱12的侧表面通过导热硅脂10与冷板31下表面连接。

根据本实施例，优选的，所述冷板31上表面设有金字塔形散热翅片32。

根据本实施例，优选的，所述旋流雾化喷头29内设有螺旋叶片，旋流雾化喷头29出口孔径为0.71mm。

根据本实施例，优选的，所述自增压液氮罐25出口与第一冷凝盘管20入口连接的管道上设有第一开关阀23；所述气液分离器18气相出口与第二冷凝盘管21入口连接的管道上设有第二开关阀6；所述第三冷凝盘管16出口与管路分流器14连接的管道上设有温度表8和压力表7。

根据本实施例，优选的，所述冷板31采用导热系数为386.4W/(m·k)的紫铜材料。

根据本实施例，优选的，所述自增压液氮罐25设有内筒和外筒内外两层结构，内筒与外筒夹层抽真空；所述自增压液氮罐25夹层内设有增压盘管24，增压盘管24与内筒连接，增压盘管24与内筒连接的管道之间设有增压阀4和稳压阀3。

根据本实施例，优选的，所述自增压液氮罐25内筒设有安全阀5。

如图1所示：为了能有效解决激光器高效散热，同时使激光器维持在较低工作温度80～273K，本发明包括能储存液氮冷却工质的自增压液氮罐24、能将管路内汽化产生的氮气冷凝的第一杜瓦罐19和第二杜瓦罐20、能将液氮与氮气分离的气液分离器18、能将激光器散热箱冷却的冷却单元11以及能与所述自增压液氮罐25、第一杜瓦罐19、第二杜瓦罐20、气液分离器18和冷却单元11适配连接的冷却介质管路机构和能够采集喷雾流量以及冷板温度信号并调节喷雾流量和通断的智能控制器9。

所述激光器散热箱12为长方体结构，四个相同的冷却单元11分别与散热箱12四个长方形侧表面通过导热硅脂10匹配连接，达到冷却激光器目的；激光器散热箱12大小尺寸可不固定，冷却单元冷板30大小需根据散热箱长方形侧面大小进行定制，使冷却单元与散热箱耦合匹配。

所述自增压液氮罐25设有内筒和外筒内外两层结构，内筒用于储存液氮，内筒与外筒夹层抽真空，具有良好绝热性能；所述自增压液氮罐夹层内设有增压盘管24，通过使增压盘管24内液氮部分汽化形成氮气，由增压阀4控制一定量氮气通入内筒达到自增压目的；并设有稳压阀3稳定压力，设有第一加液口用于液氮冷却介质补给；自增压液氮罐25最高可将内筒内液氮加压至2.3MPa。

本发明实施例中，为尽量避免管道内液氮汽化为氮气对喷雾冷却性能产生不利影响，将所有暴露在外界环境中的管道均包裹一层聚氨脂泡沫材料进行绝热；但液氮在压力作用下从自增压液氮罐25流出后，流经管道时仍不可避免与外界环境换热，造成部分液氮汽化，因此在管路系统中设置第一杜瓦罐19和第二杜瓦罐20，所述杜瓦罐内设有铜制第三冷凝盘管16、第一冷凝盘管20和第二冷凝盘管21，自增压液氮罐25内预先充有液氮，液氮在液氮管内温度约为77K。液氮将盘管内部分汽化的氮气冷凝，避免因管路内液氮汽化造成冷却效率下降。

进一步地，液氮从自增压液氮罐25流出后，经由管道首先进入第一杜瓦罐19内冷凝，冷凝后液氮经由第一冷凝盘管20流入气液分离器18实现液氮和氮气分离，未完全液化的氮气进入第二冷凝盘管21进一步与第一杜瓦罐19内的液氮换热冷凝，再次流向气液分离器18，大大提高冷凝效率；为确保经由旋流雾化喷头29喷出的介质为纯液体，在气液分离器18后设置第二液氮罐17，将管路内冷却介质再次冷凝。

如图1和图2所示，液氮冷却介质送入板状分流器26内分成四条支路，依次流经流量调节阀27、电磁阀28以及旋流雾化喷头29，经由旋流雾化喷头29将液氮雾化为细小喷雾液滴，喷雾液滴垂直喷射至冷板31上表面并与之换热，从而将冷板31冷却至所需温度，冷板31下表面与所述激光器散热箱12表面相连，两表面间充填导热硅脂10，避免因空气带来的接触热阻导致传热效率下降；冷板上表面设置金字塔形散热翅片32，用于强化换热，提高换热效率。

具体地，所述温度表8、压力表7、第一开关阀23、第二开关阀6、截止阀13以及不锈钢管路等形成冷却介质管路机构，不锈钢管路将自增压液氮罐25出口与第一杜瓦罐19内第一冷凝盘管20入口相连，第一杜瓦罐19内液氮与第一冷凝盘管20换热将管内部分汽化氮气冷凝；所述第一冷冷凝盘管20出口与气液分离器18入口相连，所述气液分离器18气相出口与第一杜瓦罐19内第二冷凝盘管21入口相连，将管路内未完全冷凝的氮气进一步冷凝，提高冷凝效率，冷凝后液氮重新通入气液分离器18；气液分离器18液相出口与第二杜瓦罐17内第三冷凝盘管16入口相连，经由第三冷凝盘管16和第二杜瓦罐17内液氮换热后确保管路内全部为液态冷却介质；所述第二杜瓦罐17内第三冷凝盘管16出口与管路分流器14相连，分成四条支路后依次通入所述四个冷却单元11，经由旋流喷头29雾化后与冷板31换热，将冷板冷却至特定温度后，通过导热方式实现激光器高效散热。

所述冷却单元11包括板状分流器26、流量调节阀27、电磁阀28、旋流雾化喷头29和冷板31；冷板31位于旋流雾化喷头29正下方，其内嵌入四条T型热电偶30，用于监测冷板31温度；所述流量调节阀27、电磁阀28以及T型热电偶30与控制器9电连接，由控制器9采集流量、温度信号并发射电信号控制电磁阀28通断。

所述旋流雾化喷头29内设有螺旋叶片，液氮进入喷头29后经由螺旋叶片首先破碎，并经由喷头内小通道雾化为细小液滴；相比于传统直通道喷头，螺旋叶片使雾化质量进一步提升，旋流雾化喷头29出口孔径为0.71mm，可产生粒径约为30μm的细小液滴。

所述控制器9内设有PID闭环控制算法；与传统激光器不同，变功率激光器散热量实时变化，需要动态调节喷雾冷却参数，从而实现激光器功率与喷雾冷却参数的耦合匹配；所述闭环控制算法通过采集并反馈电信号控制所述冷却单元11内电磁阀28通断以及流量调节阀27开度，动态控制喷雾通断以及喷雾流量，从而使得通过冷板T型热电偶30采集的冷板31当前温度与所述智能控制器内预设的目标温度相一致。

具体实施时，控制器9控制冷却单元11内流量调节阀27开度，将所需剂量的冷却介质通入旋流雾化喷头29，经由雾化后细小液氮液滴喷射至冷板31上表面与之换热，冷板31上表面设有金字塔形散热翅片32可强化换热，冷板31为具有高导热系数386.4W/(m·k)的紫铜材料，厚度约为5mm，可将冷量迅速传递至激光器散热箱12。

当所述冷板31温度低于预设温度值，说明冷却过量，智能控制器9向电磁阀28发射电信号，使电磁阀28关闭，从而关闭喷雾，停止冷却；当冷板31温度高于预设温度值，说明冷却不足，智能控制器9向流量调节阀27发射电信号，调节流量调节阀27开度，增大喷雾流量，使更多剂量液氮喷至冷板31。

所述冷却单元11设有四条线性排列冷却支路，每个冷却支路可冷却一定面积冷板，具体可通过冷板31大小以及激光器散热箱12大小确定，智能控制器向特定支路上电磁阀28发射电信号，控制特定支路上喷雾通断，既可实现局部散热，又可避免局部冷却过度，大大节省资源的同时提高冷却效率。

综上，本发明以具有低沸点、高潜热的液氮作为冷却介质，在满足激光器高效散热需求的同时，可维持激光器表面低温80～273K，达到激光器所需的低温工作温度，从而提高光电转化效率，间接提高激光器功率；氮气对人体无毒，可直接排放至大气环境中，结合使用自增压液氮罐，省却了传统闭式循环系统的复杂压力供液装置和循环回路，大大简化了系统构成，在降低生产成本的同时使冷却系统更加安全可靠；本发明冷却效果强、节省资源、系统安全可靠，开式液氮喷雾冷却技术结合智能控制方法有望成为可产业化的变功率低温激光器热控技术之一。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，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。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，其特征在于，包括自增压液氮罐(25)、第一杜瓦罐(19)、气液分离器(18)和第二杜瓦罐(17)、若干冷却单元(11)和控制器(9)；

所述自增压液氮罐(25)、第一杜瓦罐(19)和第二杜瓦罐(17)均装有液氮；

所述第一杜瓦罐(19)内还设有第一冷凝盘管(20)和第二冷凝盘管(21)；所述第二杜瓦罐(17)内还设有第三冷凝盘管(16)；

所述自增压液氮罐(25)出口与第一杜瓦罐(19)内第一冷凝盘管(20)入口相连；所述第一冷凝盘(20)管出口与气液分离器(18)液相入口相连，所述气液分离器(18)气相出口与第一杜瓦罐(19)内第二冷凝盘管(21)入口相连，第二冷凝盘管(21)出口与气液分离器(18)液相入口相连；气液分离器(18)液相出口与第二杜瓦罐(17)内第三冷凝盘管(16)入口相连；所述第三冷凝盘管(16)出口与冷却单元(11)连接，冷却单元(11)与激光器散热箱(12)表面连接；

所述冷却单元(11)包括板状分流器(26)、流量调节阀(27)、电磁阀(28)、旋流雾化喷头(29)、冷板(31)和温度传感器；所述板状分流器(26)的每条分流管道上分别设有流量调节阀(27)、电磁阀(28)和旋流雾化喷头(29)；所述冷板(31)位于旋流雾化喷头(29)正下方，冷板(31)下表面与激光器散热箱(12)表面连接；所述温度传感器用于采集冷板(31)的温度并传递给控制器(9)；

所述控制器(9)分别与流量调节阀(27)、电磁阀(28)和温度传感器连接，当所述冷板(31)温度低于预设温度值，控制器(9)控制电磁阀(28)关闭，当冷板(31)温度高于预设温度值，控制器(9)控制流量调节阀(27)增大开度。

2.根据权利要求1所述的用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，其特征在于，所述冷却单元(11)有多个，第三冷凝盘管(16)出口通过管路分流器(14)与冷却单元(11)连接；所述管路分流器(14)分成多条支路后分别与所述冷却单元(11)连接；每条支路上均设有截止阀(13)。

3.根据权利要求2所述的用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，其特征在于，所述冷却单元(11)有四个，四个冷却单元(11)分别与激光器散热箱(12)四周连接；所述管路分流器(14)分成四条支路后分别与所述冷却单元(11)连接。

4.根据权利要求1所述的用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，其特征在于，所述激光器散热箱(12)的侧表面通过导热硅脂(10)与冷板(31)下表面连接。

5.根据权利要求1所述的用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，其特征在于，所述冷板(31)上表面设有金字塔形散热翅片(32)。

6.根据权利要求1所述的用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，其特征在于，所述旋流雾化喷头(29)内设有螺旋叶片，旋流雾化喷头(29)出口孔径为0.71mm。

7.根据权利要求1所述的用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，其特征在于，所述自增压液氮罐(25)出口与第一冷凝盘管(20)入口连接的管道上设有第一开关阀(23)；所述气液分离器(18)气相出口与第二冷凝盘管(21)入口连接的管道上设有第二开关阀(6)；所述第三冷凝盘管(16)出口与管路分流器(14)连接的管道上设有温度表(8)和压力表(7)。

8.根据权利要求1所述的用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，其特征在于，所述冷板(31)采用导热系数为386.4W/(m·k)的紫铜材料。

9.根据权利要求1所述的用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，其特征在于，所述自增压液氮罐(25)设有内筒和外筒内外两层结构，内筒与外筒夹层抽真空；所述自增压液氮罐(25)夹层内设有增压盘管(24)，增压盘管(24)与内筒连接，增压盘管(24)与内筒连接的管道之间设有增压阀(4)和稳压阀(3)。

10.根据权利要求1所述的用于变功率低温激光器高效散热的开式液氮喷雾冷却系统，其特征在于，所述自增压液氮罐(25)内筒设有安全阀(5)。

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