CN113644530B - 一种气体激光器冷却组件及其冷却方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气体激光器冷却组件及其冷却方法，涉及气体激光器技术领域。该气体激光器冷却组件及其冷却方法，包括激光器本体,所述激光器本体的顶部设置有激光输出装置，且激光输出装置上固定安装有空心环状壳体，激光器本体顶部的一侧固定安装有水箱，且水箱的正面固定安装有进水口与其内腔连通的水泵，水泵的出水口与导水管的顶端固定连接，水箱的正面插接有回流管的后端。该气体激光器冷却组件及其冷却方法，利用活动导热机构与高温混流机构相配合，实现了对激光器高温工作状态下冷却效果上限的提升，并能够针对性地根据水体不同区域温度进行相应区域换热效率的提高，确保对于高温工作状态下的激光器起到保护效果。

Description

一种气体激光器冷却组件及其冷却方法

技术领域

本发明涉及气体激光器技术领域，具体为一种气体激光器冷却组件及其冷却方法。

背景技术

气体激光器利用气体作为工作物质产生激光的器件。它由放电管内的激活气体、一对反射镜构成的谐振腔和激励源等三个主要部分组成。主要激励方式有电激励、气动激励、光激励和化学激励等。

气体激光器在工作过程中可根据使用需求对其输出功率进行调整，输出功率越大则相应产生的热量也越多，仅通过激光器内自带的水冷管路无法满足高功率运作状态下的激光器冷却需求，而激光器工作热量过载后极易对装置内部产生严重损伤。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种气体激光器冷却组件及其冷却方法，能够有效满足高功率激光器在过热情况下工作时的冷却需求，确保其得到有效降温并保护激光器结构。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种气体激光器冷却组件，包括激光器本体,所述激光器本体的顶部设置有激光输出装置，且激光输出装置上固定安装有空心环状壳体，激光器本体顶部的一侧固定安装有水箱，且水箱的正面固定安装有进水口与其内腔连通的水泵，水泵的出水口与导水管的顶端固定连接，水箱的正面插接有回流管的后端，空心环状壳体内壁的前后两侧分别固定连接有分隔筒的前后两端，导水管的底端贯穿空心环状壳体与分隔筒的左侧固定连接并连通分隔筒内腔，回流管的前端贯穿空心环装壳体与分隔筒的右侧固定连接并连通分隔筒内腔，导水管与回流管上均开设有连通空心环装壳体内壁与分隔筒外表面之间内腔部分的通孔，空心环状壳体内壁直径较小一侧与分隔筒内壁之间设有活动导热机构，分隔筒内设有数个呈等距环绕状分布的高温混流机构。

优选的，所述活动导热机构包括环形限位槽、柱状囊、弧形磁片、第一磁珠、膨胀囊、开合机构、固定磁片、固定囊和第二磁珠，所述环形限位槽开设在空心环状壳体内壁直径较小的一侧，数个柱状囊呈等距环绕状分布在空心环装壳体与分隔筒之间，弧形磁片固定连接在柱状囊的底部，第一磁珠吸附在弧形磁片的底部，且第一磁珠滑动连接在环形限位槽内，膨胀囊的前后两端分别与柱状囊内壁的前后两侧固定连接，数个开合机构呈等距环绕状设置在膨胀囊与柱状囊之间，固定磁片嵌装在柱状囊的顶部内，固定囊的数量为两个，且两个固定囊内均装填有第二磁珠。

优选的，所述开合机构包括入水口、柔性膜、固定柱、入水孔和固定片，所述入水口开设在柱状囊内并贯穿其内外两侧，柔性膜的外沿与入水口的内壁粘接，固定柱的底端与膨胀囊的外表面固定连接，且固定柱的顶端固定连接在柔性膜的中部，入水孔的数量为两个，且两个入水孔分别开设在柔性膜顶部的左右两侧并贯穿其底部，固定片的数量为两个，且两个固定片分别固定连接在入水口内壁的左右两侧，固定片的顶部与柔性膜的底部贴合并封闭入水孔。

优选的，所述高温混流机构包括连通口、隔断片、导滑槽、磁块、弹性拉伸膜、通水孔、封闭膜和导水孔，所述连通口开设在分隔筒内并贯穿其内外两侧，隔断片的侧表面与连通口的内壁固定连接，导滑槽开设在隔断片的左半部内并贯穿其上下两侧，磁块滑动连接在导滑槽内，且磁块的左侧粘接有弹性拉伸膜的右侧，弹性拉伸膜的左侧与连通口的内壁粘接，通水孔呈等距阵列状开设在隔断片内并贯穿其上下两侧，封闭膜的左侧与磁块的右侧粘接，且封闭膜的底部与隔断片的顶部贴合，封闭膜的侧表面与连通口的内壁粘接，导水孔呈等距阵列状开设在封闭膜内并贯穿其上下两侧。

优选的，所述磁块与固定磁片之间磁力相吸，弹性拉伸膜的右侧与封闭膜的左侧粘接，磁块位于弹性拉伸膜与封闭膜连接处的中部。

优选的，所述通水孔与导水孔呈相间设置，且通水孔与导水孔的孔径一致。

一种气体激光器冷却组件冷却方法，包括如下步骤，

S1，水泵工作将水箱内的水体经由导水管抽入空心环状壳体和分隔筒内，激光输出装置工作过程中产生的热量经由空心环状壳体内圈传递至水体；

S2，水体流动过程中推动柱状囊以空心环状壳体轴线为轴心转动，随着激光输出装置工作温度上升，活动导热机构的散热能力相应提升；

S3，当水体部分区域温度过高时，活动导热机构中的柱状囊聚集并进一步提高对水体的降温效果。

S4，通过活动导热机构检测到水体部分区域温度过高后高温混流机构配合运作，将高温部分的水体汇入低温水流内，快速降低分隔筒内的水体温度；

S5，吸收热量后的水体经由回流管重新进入水箱内，形成有效的水冷系统。

本发明提供了一种气体激光器冷却组件及其冷却方法。具备以下有益效果：

(1)、该气体激光器冷却组件及其冷却方法，通过采用分区散热的水流通道，可有效形成高温区水流与低温区水流，相较于传统的水冷方式，有效提高了水体对激光器工作温度的冷却上限，避免了循环水流在汇入水冷管段后温度仍然较高，导致对激光器冷却效果较差无法有效改善其处于高温状态下的正常工作。

(2)、该气体激光器冷却组件及其冷却方法，利用活动导热机构的设置，可有效提高水流高温部分的湍动程度，进而达到对激光器高温部位相应部分水体的流速加强效果，从而针对性地提高对于高温部分水体的换热效率，相较于传统的恒速水冷方式，提高了水冷通道对于激光器工作高温状态下的适应能力。

(3)、该气体激光器冷却组件及其冷却方法，基于多个活动导热机构的环绕分布方式，通过水流推力运作对水冷通道内各处温度变化实现有效监控的同时，当某处水冷管段温度骤增时则代表激光器进入高温工作状态，此时利用活动导热机构相互聚集的方式提高对于相应部分水冷管段的换热效果。

(4)、该气体激光器冷却组件及其冷却方法，通过活动导热机构对于水冷管路内的温度监控效果，并在水冷管路某处出现温度过高情况时提高相应部位的换热效率，同时配合高温混流机构将温度较高区域的高温水体及时排入低温水流管路内，达到对热量的快速转移效果，从而确保对于激光器高温工作状态下的冷却。

(5)、该气体激光器冷却组件及其冷却方法，利用活动导热机构与高温混流机构相配合，实现了对激光器高温工作状态下冷却效果上限的提升，并能够针对性地根据水体不同区域温度进行相应区域换热效率的提高，从而确保对于高温工作状态下的激光器起到保护效果，以防止其冷却需求无法得到满足导致过载的情况出现。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明空心环状壳体的正剖图；

图3为本发明图2中的A处结构放大图；

图4为本发明图3中的C处结构放大图；

图5为本发明图2中的B处结构放大图；

图6为本发明封闭膜的局部上视图。

图中：1激光器本体、2激光输出装置、3空心环状壳体、4分隔筒、5活动导热机构、6高温混流机构、51环形限位槽、52柱状囊、53弧形磁片、54第一磁珠、55膨胀囊、56开合机构、57固定磁片、58固定囊、59第二磁珠、561入水口、562柔性膜、563固定柱、564入水孔、565固定片、61连通口、62隔断片、63导滑槽、64磁块、65弹性拉伸膜、66通水孔、67封闭膜、68导水孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

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。

请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：一种气体激光器冷却组件，包括激光器本体1,激光器本体1的顶部设置有激光输出装置2，且激光输出装置2上固定安装有空心环状壳体3，激光器本体1顶部的一侧固定安装有水箱，且水箱的正面固定安装有进水口与其内腔连通的水泵，水泵的出水口与导水管7的顶端固定连接，水箱的正面插接有回流管的后端，空心环状壳体3内壁的前后两侧分别固定连接有分隔筒4的前后两端，导水管7的底端贯穿空心环状壳体3与分隔筒4的左侧固定连接并连通分隔筒4内腔，回流管的前端贯穿空心环装壳体3与分隔筒4的右侧固定连接并连通分隔筒4内腔，导水管7与回流管上均开设有连通空心环装壳体3内壁与分隔筒4外表面之间内腔部分的通孔，空心环状壳体3内壁直径较小一侧与分隔筒4内壁之间设有活动导热机构5，分隔筒4内设有数个呈等距环绕状分布的高温混流机构6，导水管7与分隔筒4内腔连通的一端设有单向阀，该单向阀的出口端朝向分隔筒4的内腔，回流管与分隔筒4内腔连通的一端同样设有单向阀，该单向阀的入口端朝向分隔筒4的内腔。

活动导热机构5包括环形限位槽51、柱状囊52、弧形磁片53、第一磁珠54、膨胀囊55、开合机构56、固定磁片57、固定囊58和第二磁珠59，环形限位槽51开设在空心环状壳体3内壁直径较小的一侧，数个柱状囊52呈等距环绕状分布在空心环装壳体3与分隔筒4之间，弧形磁片53固定连接在柱状囊52的底部，第一磁珠54吸附在弧形磁片53的底部，且第一磁珠54滑动连接在环形限位槽51内，膨胀囊55的前后两端分别与柱状囊52内壁的前后两侧固定连接，数个开合机构56呈等距环绕状设置在膨胀囊55与柱状囊52之间，固定磁片57嵌装在柱状囊52的顶部内，固定囊58的数量为两个，且两个固定囊58内均装填有第二磁珠59。

开合机构56包括入水口561、柔性膜562、固定柱563、入水孔564和固定片565，入水口561开设在柱状囊52内并贯穿其内外两侧，柔性膜562的外沿与入水口561的内壁粘接，固定柱563的底端与膨胀囊55的外表面固定连接，且固定柱563的顶端固定连接在柔性膜562的中部，入水孔564的数量为两个，且两个入水孔564分别开设在柔性膜562顶部的左右两侧并贯穿其底部，固定片565的数量为两个，且两个固定片565分别固定连接在入水口561内壁的左右两侧，固定片565的顶部与柔性膜562的底部贴合并封闭入水孔564。

高温混流机构6包括连通口61、隔断片62、导滑槽63、磁块64、弹性拉伸膜65、通水孔66、封闭膜67和导水孔68，连通口61开设在分隔筒4内并贯穿其内外两侧，隔断片62的侧表面与连通口61的内壁固定连接，导滑槽63开设在隔断片62的左半部内并贯穿其上下两侧，磁块64滑动连接在导滑槽63内，且磁块64的左侧粘接有弹性拉伸膜65的右侧，弹性拉伸膜65的左侧与连通口61的内壁粘接，通水孔66呈等距阵列状开设在隔断片62内并贯穿其上下两侧，封闭膜67的左侧与磁块64的右侧粘接，且封闭膜67的底部与隔断片62的顶部贴合，封闭膜67的侧表面与连通口61的内壁粘接，导水孔68呈等距阵列状开设在封闭膜67内并贯穿其上下两侧，磁块64与固定磁片57之间磁力相吸，弹性拉伸膜65的右侧与封闭膜67的左侧粘接，磁块64位于弹性拉伸膜65与封闭膜67连接处的中部，通水孔66与导水孔68呈相间设置，且通水孔66与导水孔68的孔径一致。

一种气体激光器冷却组件冷却方法，包括如下步骤，

S1，水泵工作将水箱内的水体经由导水管7抽入空心环状壳体3和分隔筒4内，激光输出装置2工作过程中产生的热量经由空心环状壳体3内圈传递至水体；

S2，水体流动过程中推动柱状囊52以空心环状壳体3轴线为轴心转动，随着激光输出装置2工作温度上升，活动导热机构5的散热能力相应提升；

S3，当水体部分区域温度过高时，活动导热机构5中的柱状囊52相互膨胀靠近并进一步提高对水体的降温效果；

S4，通过活动导热机构5检测到水体部分区域温度过高后高温混流机构6配合运作，将高温部分的水体汇入低温水流内，快速降低分隔筒4内的水体温度；

S5，吸收热量后的水体经由回流管重新进入水箱内，形成有效的水冷系统。

使用时，通过水泵运作将水箱内的水体经由导水管7抽入空心环状壳体3的内腔与分隔筒4的内腔，同时水流经由回流管排回水箱，形成两股水流，分隔筒4内的水体吸收激光输出装置2工作时产生的热量，水流推动柱状囊52时基于弧形磁片53与第一磁珠54的连接方式，使得第一磁珠54沿环形限位槽51滑动并使得柱状囊52同步移动，柱状囊52移动过程中持续与水体接触并吸收热量，当部分区域水体温度过高时柱状囊52受热膨胀，膨胀后的柱状囊52体积增加并缩短与相邻柱状囊52之间的距离，两个相邻柱状囊52吸热膨胀过程中体积增加，从而能够缩短两个相邻柱状囊52之间的距离，间距被缩短后两个相邻柱状囊52之间的第二磁珠59相互吸引，从而使得两个柱状囊52相互靠近并继续吸热膨胀，膨胀囊55受热膨胀后通过固定柱563推动柔性膜562向外凸出，柔性膜562远离固定片565后，水流经由入水孔564进入柱状囊52内，当分隔筒4内水体温度至一定程度后开始降温时，入水孔564关闭将部分高温水体封闭在柱状囊52内，柱状囊52的材料具体为由镀铝和聚乙烯制得的铝箔双面铝箔气泡膜，具有极好的隔热效果，高温水体被隔离后，有效降低了回流至水箱内的水体温度，从而实现对于水体的降温效果，当下次水体再次出现过热时，入水孔564打开将隔离一段时间热量已被损耗的水体排入高温水体内，此时被隔离的水体温度相对高温水体较低，从而达到对其的一定降温效果，促使不断汇入分隔筒4内的水体可吸收较多热量，同时当柱状囊52膨胀后固定磁片57靠近分隔筒4内壁，基于固定磁片57与磁块64之间的磁吸力，使得柱状囊52在移动过程中接近磁块64时吸引其向右滑动，磁块64沿导滑槽63滑动拉伸弹性拉伸膜65的同时，挤压封闭膜67使其向上拱起，当封闭膜67远离隔断片62后，分隔筒4内外的两股水流经由通水孔66和导水孔68汇合，使得分隔筒4内的高温水体中的热量转移至分隔筒4外的低温水体内，达到对水体的进一步降温效果，从而提高对激光输出装置2的冷却效果。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种气体激光器冷却组件，包括激光器本体（1）,其特征在于：所述激光器本体（1）的顶部设置有激光输出装置（2），且激光输出装置（2）上固定安装有空心环状壳体（3），激光器本体（1）顶部的一侧固定安装有水箱，且水箱的正面固定安装有进水口与其内腔连通的水泵，水泵的出水口与导水管（7）的顶端固定连接，水箱的正面插接有回流管的后端，空心环状壳体（3）内壁的前后两侧分别固定连接有分隔筒（4）的前后两端，导水管（7）的底端贯穿空心环状壳体（3）与分隔筒（4）的左侧固定连接并连通分隔筒（4）内腔，回流管的前端贯穿空心环装壳体（3）与分隔筒（4）的右侧固定连接并连通分隔筒（4）内腔，导水管（7）与回流管上均开设有连通空心环装壳体（3）内壁与分隔筒（4）外表面之间内腔部分的通孔，空心环状壳体（3）内壁直径较小一侧与分隔筒（4）内壁之间设有活动导热机构（5），分隔筒（4）内设有数个呈等距环绕状分布的高温混流机构（6）；

所述活动导热机构（5）包括环形限位槽（51）、柱状囊（52）、弧形磁片（53）、第一磁珠（54）、膨胀囊（55）、开合机构（56）、固定磁片（57）、固定囊（58）和第二磁珠（59），所述环形限位槽（51）开设在空心环状壳体（3）内壁直径较小的一侧，数个柱状囊（52）呈等距环绕状分布在空心环装壳体（3）与分隔筒（4）之间，弧形磁片（53）固定连接在柱状囊（52）的底部，第一磁珠（54）吸附在弧形磁片（53）的底部，且第一磁珠（54）滑动连接在环形限位槽（51）内，膨胀囊（55）的前后两端分别与柱状囊（52）内壁的前后两侧固定连接，数个开合机构（56）呈等距环绕状设置在膨胀囊（55）与柱状囊（52）之间，固定磁片（57）嵌装在柱状囊（52）的顶部内，固定囊（58）的数量为两个，且两个固定囊（58）内均装填有第二磁珠（59）；

所述开合机构（56）包括入水口（561）、柔性膜（562）、固定柱（563）、入水孔（564）和固定片（565），所述入水口（561）开设在柱状囊（52）内并贯穿其内外两侧，柔性膜（562）的外沿与入水口（561）的内壁粘接，固定柱（563）的底端与膨胀囊（55）的外表面固定连接，且固定柱（563）的顶端固定连接在柔性膜（562）的中部，入水孔（564）的数量为两个，且两个入水孔（564）分别开设在柔性膜（562）顶部的左右两侧并贯穿其底部，固定片（565）的数量为两个，且两个固定片（565）分别固定连接在入水口（561）内壁的左右两侧，固定片（565）的顶部与柔性膜（562）的底部贴合并封闭入水孔（564）；

所述高温混流机构（6）包括连通口（61）、隔断片（62）、导滑槽（63）、磁块（64）、弹性拉伸膜（65）、通水孔（66）、封闭膜（67）和导水孔（68），所述连通口（61）开设在分隔筒（4）内并贯穿其内外两侧，隔断片（62）的侧表面与连通口（61）的内壁固定连接，导滑槽（63）开设在隔断片（62）的左半部内并贯穿其上下两侧，磁块（64）滑动连接在导滑槽（63）内，且磁块（64）的左侧粘接有弹性拉伸膜（65）的右侧，弹性拉伸膜（65）的左侧与连通口（61）的内壁粘接，通水孔（66）呈等距阵列状开设在隔断片（62）内并贯穿其上下两侧，封闭膜（67）的左侧与磁块（64）的右侧粘接，且封闭膜（67）的底部与隔断片（62）的顶部贴合，封闭膜（67）的侧表面与连通口（61）的内壁粘接，导水孔（68）呈等距阵列状开设在封闭膜（67）内并贯穿其上下两侧。

2.根据权利要求1所述的一种气体激光器冷却组件，其特征在于：所述磁块（64）与固定磁片（57）之间磁力相吸，弹性拉伸膜（65）的右侧与封闭膜（67）的左侧粘接，磁块（64）位于弹性拉伸膜（65）与封闭膜（67）连接处的中部。

3.根据权利要求2所述的一种气体激光器冷却组件，其特征在于：所述通水孔（66）与导水孔（68）呈相间设置，且通水孔（66）与导水孔（68）的孔径一致。

4.一种气体激光器冷却组件冷却方法，其特征在于：包括如下步骤，

S1，水泵工作将水箱内的水体经由导水管（7）抽入空心环状壳体（3）和分隔筒（4）内，激光输出装置（2）工作过程中产生的热量经由空心环状壳体（3）内圈传递至水体；

S2，水体流动过程中推动柱状囊（52）以空心环状壳体（3）轴线为轴心转动，随着激光输出装置（2）工作温度上升，活动导热机构（5）的散热能力相应提升；

S3，当水体部分区域温度过高时，活动导热机构（5）中的柱状囊（52）聚集并进一步提高对水体的降温效果；

S4，通过活动导热机构（5）检测到水体部分区域温度过高后高温混流机构（6）配合运作，将高温部分的水体汇入低温水流内，快速降低分隔筒（4）内的水体温度；

S5，吸收热量后的水体经由回流管重新进入水箱内，形成有效的水冷系统。

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