CN201682169U - 大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉，其包括由下至上依次叠摞在一起的外形及尺寸一致的下底板、下散热板、分隔板、上散热板和上盖板而形成的具有上下两层微通道的热沉；该大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉采用带收缩节流口的弯曲微通道，利用工质沸腾散热带走热量，与传统的半导体制冷、热管传热、喷雾冷却、微通道水冷相比，有利于提高系统运行的稳定性和可靠性，具有冷却效率高和冷却效果好、结构紧凑、工作稳定性高，美观耐用，同时增加了热沉与相变工质的接触面积，提高了散热效率，工作温度稳定等优点。

Description

大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉

技术领域

本实用新型属于电子散热设备领域，特别涉及的一种大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉，具体的说是一种其为适用于半导体激光器叠阵或激光增益介质冷却的微通道流动沸腾热沉，属于电子散热设备领域。

背景技术

由于具有极高的输出功率、良好的光束质量、紧凑的机构以及较长的寿命，激光二极管泵浦固态激光器已经广泛应用在军事领域，工业加工领域以及医学领域，成为主流的大功率激光器系统。作为固体激光器最重要的泵浦源，半导体激光器由于具有较高的电光转换效率、较广的波长覆盖范围，而且具有寿命长、重量轻、价格便宜等优点，受到广大使用者的青睐，被广泛应用在军事、航空、空间激光通信系统和生物医学中。

近年来，随着使用者需求的提高以及研究的深入，大功率半导体激光器的性能得到了快速的提升，这在很大程度上促进了固态激光器的发展。随着大功率半导体激光器电光功率转换效率和输出功率的增大，器件产生的热负荷也越来越大，这种热负载是限制激光器正常工作的关键因素。热耗的增加，半导体激光器温度急剧上升，对其各项工作性能的影响很大，特别在激光二极管泵浦固体激光器中，热耗引起的激光二极管工作温度不稳定，致使输出波长发生变化，光电转化效率降低，输出功率减小。要解决这些问题，就必须深入研究热耗问题，探索有效的散热技术。这对提高激光器光电特性，增加激光器输出功率，延长激光器寿命非常重要。

对大功率激光器散热深入研究的过程中，研究者取得了一系列重大成果。总的来说，用于大功率固体激光器散热的主要方式有半导体制冷、热管传热、喷雾冷却、微通道水冷等。

传统的散热方式(半导体制冷、热管传热、喷雾冷却)能满足激光器温度控制，可靠启动和稳定工作的要求，但是散热能力有限，无法满足大功率激光器的散热需求；微通道水冷换热性能较好，能满足大功率激光器散热的需要，但微通道水冷系统一般都采用开式系统，需要浪费大量水源，同时需要在前期对水进行净化处理，成本很高，否则将腐蚀和侵蚀微通道，降低水冷热沉的寿命；同时热沉温度随通道内温的变化而不断波动，容易造成激光器工作不稳定。而微通道相变冷却采用闭式系统，具有冷却效率高和冷却效果好，结构紧凑的优点，同时其利用工质相变带走热量，在相变过程中温度基本保持不变，克服了水冷热沉温度波动的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉，该热沉采用微通道沸腾换热，对于高热流密度，尤其针对大功率固体激光器冷却有很好的散热作用，能有效的控制固体激光器表面温度，提高激光器发光效率和使用寿命。

本发明的技术方案如下：

本发明提供的大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉，其包括：

由下至上依次叠摞在一起的外形及尺寸一致的下底板50、下散热板40、分隔板30、上散热板20和上盖板10；其特征在于：

所述下底板50上设有呈一字形依次排列的第一圆形出液通孔51、第一圆形定位通孔52和第一圆形进液通孔53；所述第一圆形出液通孔51靠近所述下底板50的下左侧边，该下左侧边的中心垂线与所述第一圆形出液通孔51、第一圆形定位通孔52和第一圆形进液通孔53的中心连线重合；

所述下散热板40上设有分别与所述下底板50上的第一圆形定位通孔52和第一圆形进液通孔53上下位置相对应且尺寸相同的第二圆形定位通孔42和第二圆形进液孔43；所述下散热板(40)上还设有一向右开口向上的第一U形出液通道44和位于所述该向右开口的第一U形出液通道44上右端方的的一对进液通道45；该对进液通道45与所述向右开口的第一U形出液通道44互不相通；所述第二圆形定位通孔42和第二圆形进液孔43位于所述向右开口的第一U形出液通道44的U形开口之内；所述向右开口的第一开口向上的U形出液通道44下左端外侧与所述第一圆形出液通孔51相切；所述向右开口的第一开口向上的U形出液通道44下左端内侧与所述第一圆形出液通孔51部分重合；所述下散热板40上的一对进液通道45的上右方端设有与所述该对进液通道45相通的第一弯曲微流道47，所述第一弯曲微流道47与该对进液通道45的连通相接处设有收缩节流口46；

所述分隔板30上设有与所述下散热板40上的第二圆形定位通孔42上下位置相对应且尺寸相同的第三圆形定位通孔32，所述第三圆形定位通孔32上右方方设有马蹄形进液通孔33；所述马蹄形进液通孔33的下左半部与所述第二圆形进液孔43的下左半部重合；所述分隔板30上还设有与所述下散热板40上的开口向右开口的向上的U形出液通道44上下位置相对应且尺寸相同开口方形一致的第二出液通道34和一位于分隔板30上端部的横向通槽35，所述横向通槽35与所述第一弯曲微流道47上右端齐平并相通；

所述上散热板20上设有与所述下底板50上的第一圆形出液通孔51、第一圆形定位通孔52和第一圆形进液通孔53上下位置相对应且尺寸相同的第四圆形出液通孔21、第四圆形定位通孔22和第四圆形进液通孔23；所述的第四圆形出液通孔21、第四圆形定位通孔22和第四圆形进液通孔23两侧是设有一个向左开口向下的U形出液通道24，该向左开口的U形出液通道24的右端设有第二弯曲微通道25；所述向左开口开口向下的U形出液通道24的两侧边与所述下散热板40上的向右开口的第一U形出液通道44及所述向右开口的第二一U形出液通道34的两侧边齐平；所述向左开口开口向下的U形出液通道24与所述第二弯曲微通道25相连通，所述第二弯曲微通道25与所述下散热板40上的第一弯曲微通道47上下位置相对应且尺寸相同一致；

所述上盖板10上设有与所述下底板50上的第一圆形出液通孔51、第一圆形定位通孔52和第一圆形进液通孔53上下位置相对应且尺寸相同的第五圆形出液通孔11、第五圆形定位通孔12和第五圆形进液通孔13。

2、根据权利要求1所述的大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉，其特征在于，所述第一弯曲微流道47和第二热沉弯曲微通道25的弯曲角角度均在130°-135°之间，所述弯曲角角度为所述第一弯曲微流道47和第二热沉弯曲微通道25的弯曲通道相邻两条曲边的夹角；所述第一弯曲微流道47和第二弯曲微通道25的条数均在15-20条之间。

使用时，流体通过收缩节流口46在第一弯曲微流道46和第二弯曲微通道25中沸腾吸热，然后流体通过出液口(第一圆形出液通孔51)离开，带走热量，保持热沉温度不至于过高。

本实用新型具有以下优点：

本实用新型的大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉，大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉采用带收缩节流口的弯曲微通道，这有利于提高系统运行的稳定性和可靠性；同时增加了热沉与相变工质的接触面积，提高了散热效率，工作温度稳定，结构紧凑，美观耐用。

附图说明

图1为本实用新型的大功率固体激光器冷却用流动沸腾热沉的结构(分解)示意图分解图；

图2为下底板50的结构示意图；

图3为下散热板40的结构示意图；

图4为分隔板30的结构示意图；

图5为上散热板20的结构示意图；

图6为上盖板10的结构示意图；

图7为本实用新型的大功率固体激光器冷却用流动沸腾热沉的大功率固体激光器冷却用流动沸腾热沉的三维立体外观示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例为进一步说明描述本实用新型，图1为本实用新型的大功率固体激光器冷却用流动沸腾热沉的结构(分解)示意图；图2为下底板50的结构示意图；图3为下散热板40的结构示意图；图4为分隔板30的结构示意图；图5为上散热板20的结构示意图；图6为上盖板10的结构示意图；图7为本实用新型的大功率固体激光器冷却用流动沸腾热沉的三维立体外观示意图；图8为图7取下上盖板10之后的大功率固体激光器冷却用流动沸腾热沉的外观示意图；图9为图7取下上盖板10和上散热板20之后的大功率固体激光器冷却用流动沸腾热沉的外观示意图；图10为图7取下上盖板10、上散热板20和分隔板30之后的大功率固体激光器冷却用流动沸腾热沉的外观示意图；有图可知，本发明提供的大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉，其包括由下至上依次叠摞在一起的外形及尺寸一致的下底板50、下散热板40、分隔板30、上散热板20和上盖板10；其特征在于：

所述下底板50上设有呈一字形依次排列的第一圆形出液通孔51、第一圆形定位通孔52和第一圆形进液通孔53；所述圆形出液通孔51靠近所述下底板50的左侧边，该左侧边的中心垂线与所述第一圆形出液通孔51、第一圆形定位通孔52和第一圆形进液通孔53的中心连线重合；

所述下散热板40上设有分别与所述第一圆形定位通孔52和第一圆形进液通孔53上下位置对应且尺寸相同的第二圆形定位通孔42和第二圆形进液孔43；所述下散热板40上还设有一向右开口的第一U形出液通道44和位于该向右开口的第一形出液通道44右方的一对进液通道45；该对进液通道45与所述向右开口的第一U形出液通道44互不相通；所述第二圆形定位通孔42和第二圆形进液孔43位于所述向右开口的第一U形出液通道44的U形开口之内；所述向右开口的第一U形出液通道44左端外侧与所述第一圆形出液通孔51相切；所述向右开口的第一U形出液通道44左端内侧与所述第一圆形出液通孔51部分重合；所述一对进液通道45的右端设有与所述该对进液通道45相通的第一弯曲微流道47，所述第一弯曲微流道47与该对进液通道45的连通相接处设有收缩节流口46；

所述分隔板30上设有与所述下散热板40上的第二圆形定位通孔42上下位置对应且尺寸相同的第三圆形定位通孔32，所述第三圆形定位通孔32右方设有马蹄形进液通孔33；所述马蹄形进液通孔33的左半部与所述第二圆形进液孔43的左半部重合；所述分隔板30上还设有与所述下散热板40上的向右开口的U形出液通道44上下位置对应且尺寸相同开口方形一致的第二出液通道34和一位于分隔板30上部的横向通槽35，所述横向通槽35与所述第一弯曲微流道47右端齐平并相通；

所述上散热板20上设有与所述下底板50上的第一圆形出液通孔51、第一圆形定位通孔52和第一圆形进液通孔53上下位置对应且尺寸相同的第四圆形出液通孔21、第四圆形定位通孔22和第四圆形进液通孔23；所述的第四圆形出液通孔21、第四圆形定位通孔22和第四圆形进液通孔23两侧设有一个向左开口的U形出液通道24，该向左开口的U形出液通道24的右端设有第二弯曲微通道25；所述向左开口的U形出液通道24的两侧边与所述向右开口的第一U形出液通道44及所述向右开口的第二一U形出液通道34的两侧边齐平；所述向左开口的U形出液通道24与所述第二弯曲微通道25相连通，所述第二弯曲微通道25与第一弯曲微通道47上下位置对应且尺寸一致；

所述上盖板10上设有与所述下底板50上的第一圆形出液通孔51、第一圆形定位通孔52和第一圆形进液通孔53上下位置对应且尺寸相同的第五圆形出液通孔11、第五圆形定位通孔12和第五圆形进液通孔13。

所述第一弯曲微流道47和第二弯曲微通道25相邻两条曲边的夹角在130°-135°之间；所述第一弯曲微流道47和第二弯曲微通道25均为15-20条。

实施例1

本实施例的大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉，其结构如上所述，其中的第一弯曲微流道47和第二弯曲微通道25相邻两条曲边的夹角为130°(当然也可为132°或135°，只要在130°-135°之间均可；其中的第一弯曲微流道47和第二弯曲微通道均为25条(当然也可为18条或20条，只要在15条-20条之间均可；本实用新型大功率激光器冷却用微通道流动沸腾热沉，外观整齐，结构紧凑。结合具体说明：

图1中给出了本实用新型提供的“大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉”的结构图。该热沉中含有上盖板10，上散热板20，分隔板30，下散热板40和下底板50；所述上盖板10，上散热板20，分隔板30，下散热板40和下底板50从上到下依次叠摞排列，构成上下两层微通道；

其中相变工质从下底板50上的第一圆形进液口通孔53进入热沉，通过分隔板30上的第三进液口(马蹄形进液瞳孔33)流进下散热板40上的所述一对进液通道45，然后进入收缩节流口46；其中热沉的第三进液口(马蹄形进液瞳孔33)设计为马蹄形，该设计便于工质均匀分液进入微通道，收缩节流口结构有利于抑制微通道中工质相变产生的压力和温度的波动，提高系统工作的稳定性。

通过收缩节流口后，相变工质进入下散热板上的第一弯曲微通道47，并在微通道中吸热，使得部分工质发生相变，相变后形成的气液两相工质通过分隔板30上的横向通槽35进入上散热板20上的第二弯曲微通道25，继续与热沉进行换热；其中热沉的弯曲微通道可以按照半导体激光器所需要的尺寸和散热功率确定，弯曲微通道的弯曲角(弯曲微通道相邻两条弯曲边的夹角)角度在130°-135°之间，该设计有利于充分增大相变工质与热沉的接触面积，同时强化沸腾换热。

气液两相混合工质通过上散热板20的微通道后进入向左开口的U形通道24、向右开口的第二U形出液通道34和向右开口的第一U形出液通道44，最后通过出液口(第一圆形出液通孔51)离开热沉。

Claims (2)

1.一种大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉，其包括：

由下至上依次叠摞在一起的外形及尺寸一致的下底板(50)、下散热板(40)、分隔板(30)、上散热板(20)和上盖板(10)；其特征在于：

所述下底板(50)上设有呈一字形依次排列的第一圆形出液通孔(51)、第一圆形定位通孔(52)和第一圆形进液通孔(53)；所述第一圆形出液通孔(51)靠近所述下底板(50)的下左侧边，该下左侧边的中心垂线与所述第一圆形出液通孔(51)、第一圆形定位通孔(52)和第一圆形进液通孔(53)的中心连线重合；

所述下散热板(40)上设有分别与所述下底板(50)上的第一圆形定位通孔(52)和第一圆形进液通孔(53)上下位置相对应且尺寸相同的第二圆形定位通孔(42)和第二圆形进液孔(43)；所述下散热板(40)上还设有一向右开口向上的第一U形出液通道(44)和位于所述该向右开口的第一U形出液通道(44)上右端方的的一对进液通道(45)；该对进液通道(45)与所述向右开口的第一U形出液通道(44)互不相通；所述第二圆形定位通孔(42)和第二圆形进液孔(43)位于所述向右开口的第一U形出液通道(44)的U形开口之内；所述向右开口的第一开口向上的U形出液通道(44)下左端外侧与所述第一圆形出液通孔(51)相切；所述向右开口的第一开口向上的U形出液通道(44)下左端内侧与所述第一圆形出液通孔(51)部分重合；所述下散热板(40)上的一对进液通道(45)的上右方端设有与所述该对进液通道(45)相通的第一弯曲微流道(47)，所述第一弯曲微流道(47)与该对进液通道(45)的连通相接处设有收缩节流口(46)；

所述分隔板(30)上设有与所述下散热板(40)上的第二圆形定位通孔(42)上下位置相对应且尺寸相同的第三圆形定位通孔(32)，所述第三圆形定位通孔(32)上右方方设有马蹄形进液通孔(33)；所述马蹄形进液通孔(33)的下左半部与所述第二圆形进液孔(43)的下左半部重合；所述分隔板(30)上还设有与所述下散热板(40)上的开口向右开口的向上的U形出液通道(44)上下位置相对应且尺寸相同开口方形一致的第二出液通道(34)和一位于分隔板(30)上端部的横向通槽(35)，所述横向通槽(35)与所述第一弯曲微流道(47)上右端齐平并相通；

所述上散热板(20)上设有与所述下底板(50)上的第一圆形出液通孔(51)、第一圆形定位通孔(52)和第一圆形进液通孔(53)上下位置相对应且尺寸相同的第四 圆形出液通孔(21)、第四圆形定位通孔(22)和第四圆形进液通孔(23)；所述的第四圆形出液通孔(21)、第四圆形定位通孔(22)和第四圆形进液通孔(23)两侧是设有一个向左开口向下的U形出液通道(24)，该向左开口的U形出液通道(24)的右端设有第二弯曲微通道(25)；所述向左开口开口向下的U形出液通道(24)的两侧边与所述下散热板(40)上的向右开口的第一U形出液通道(44)及所述向右开口的第二一U形出液通道(34)的两侧边齐平；所述向左开口开口向下的U形出液通道(24)与所述第二弯曲微通道(25)相连通，所述第二弯曲微通道(25)与所述下散热板(40)上的第一弯曲微通道(47)上下位置相对应且尺寸相同一致；

所述上盖板(10)上设有与所述下底板(50)上的第一圆形出液通孔(51)、第一圆形定位通孔(52)和第一圆形进液通孔(53)上下位置相对应且尺寸相同的第五圆形出液通孔(11)、第五圆形定位通孔(12)和第五圆形进液通孔(13)。

2.根据权利要求1所述的大功率固体激光器冷却用微通道流动沸腾热沉，其特征在于，所述第一弯曲微流道(47)和第二热沉弯曲微通道(25)的弯曲角角度均在130°-135°之间，所述弯曲角角度为所述第一弯曲微流道(47)和第二热沉弯曲微通道(25)的弯曲通道相邻两条曲边的夹角；所述第一弯曲微流道(47)和第二弯曲微通道(25)的条数均在15-20条之间。 

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