CN216085698U - 一种针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，包括一具有保温功能的容器，所述容器用于接纳和储运来自外部的液态的循环介质及固态的蓄冷介质，并充当用于混合所述循环介质和蓄冷介质的混合容器；所述容器设有一出液口，所述出液口经第一管路连接水冷板的入口，所述水冷板的出口经第二管路连接所述容器的进液口；所述容器、第一管路、水冷板和第二管路形成循环介质的循环回路，在所述循环回路上设置有用于提供循环动力的循环水泵；并且，所述第一管路和第二管路均为可拆卸的组装式管路。
Description
技术领域
本实用新型涉及热管理技术领域，具体涉及一种针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统。
背景技术
当前，随着激光器技术的发展，激光器已被应用于野外清障、破拆等场合。野外使用的便携性，对整个激光器的体积重量提出了越来越高的要求。另一方面，散热系统是整个激光器系统的重要组成部分，散热系统的小型化、轻量化对整个激光器的便携化具有重要意义。
热管理是保障半导体激光器功率稳定性的关键因素。随着激光器功率的提高，激光器工作时产生的废热急剧增加。为了保证激光器的正常工作，激光器产生的废热必须及时排除。
目前，就激光器的冷却方式而言，激光器的冷却系统分为风冷和液冷两类，对于小功率激光器，风冷式冷却可以完成散热，而大功率激光器必须采用液冷的方式。传统的液冷系统中，通过冷水机采用蒸汽压缩制冷对冷却水进行冷却，然后通过冷却水循环回路对激光器进行冷却。然而，大功率的冷水机组体积、重量极大，限制了其在便携式大功率激光器中的应用。
蓄冷是一种常见的削峰填谷方式，可以很好地解决冷量供需不平衡的问题。蓄冷的方式包括显热蓄冷、潜热蓄冷和化学反应蓄冷等。潜热蓄冷，又称相变蓄冷，具有储能密度大、释冷温度低的优点，在相同热负荷下，能够减少循环水流量。
蓄冷散热具有体积小、重量轻的优点，但所提供的冷量相对有限。对于不需长时间连续工作的散热系统，采用蓄冷散热方式，以蓄冷介质作为冷源，可以很好地解决现有液冷系统体积、重量大的问题，可以应用于便携式大功率激光器的散热，有助于实现大功率激光器冷却系统的小型化和轻量化。
公告号为CN107634441A的中国专利文献给出了“一种用于高功率光纤激光器的相变蓄冷热管理系统”，在该设计中，相变材料外部加装了密封壳体，相变材料与液体冷媒不相接触。
公告号为CN106602466A中国专利文献给出了“一种便携式激光炮”，为激光炮配置了蓄冷降温器，冷却水管铺设在蓄冷降温器的表面，冷却水也不与蓄冷介质直接接触。由于蓄冷介质与循环介质不相接触，当蓄冷介质释冷后，将会在蓄冷介质与循环介质之间增加热阻，因此造成释冷温度不变，释冷速率持续下降，或者当释冷速率保持不变，则释冷温度持续上升，不利于系统稳定工作。
即，传统的大功率激光器散热系统在时效性、可靠性、环保性、便携性等方面不能够适应野外使用的需要。其采用的液冷系统，需通过冷水机组采用蒸汽压缩制冷对冷却水进行冷却，再由冷却水循环回路对激光器进行冷却。因而冷水机组的体积、重量极大，无法实现大功率激光器的小型化、轻量化。
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有蓄冷散热系统的不足，提供一种快速释冷、释冷过程更加平稳的便携式相变蓄冷系统，用于便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统。
其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。
一种针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，其特点为，包括：
一具有保温功能的容器，所述容器用于接纳和储运来自外部的液态的循环介质及固态的蓄冷介质，并充当用于混合所述循环介质和蓄冷介质的混合容器；所述容器设有一出液口，所述出液口经第一管路连接水冷板的入口，所述水冷板的出口经第二管路连接所述容器的进液口；所述容器、第一管路、水冷板和第二管路形成循环介质的循环回路，在所述循环回路上设置有用于提供循环动力的循环水泵；
并且，所述第一管路和第二管路均为可拆卸的组装式管路。
作为本技术方案的进一步改进，所述容器出液口内侧端设有防止所述蓄冷介质进入所述第一管路的滤网。
作为本技术方案的更进一步改进，所述容器的进液口和出液口分别位于所述容器的下部位和上部位。
作为本实用新型的优选实施例之一，所述第一管路上设有一自封式快速接头；所述第二管路也设有一自封式快速接头。
也作为本技术方案的进一步改进，所述循环水泵设于所述出液口的出口端。
也作为本实用新型的优选实施例之一，所述蓄冷介质为冰或干冰。
还作为本实用新型的优选实施例，所述循环介质为乙二醇溶液、乙醇或水。
还作为本技术方案的进一步改进，所述循环介质的容积不小于所述水冷板、第一管路和第二管路的容积之和。
优选的，所述容器可以为EPP保温箱或PU发泡保温箱。
优选的，所述循环水泵可以为自吸式水泵或非自吸式水泵。
本实用新型提供的针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，采用蓄冷介质与循环介质直接接触换热的方式，实现快速释冷，且释冷过程更加平稳，能够满足大功率激光器的散热需求，具有体积小、重量轻、系统简单、成本低廉、可靠性高、灵活度高的优点。
与现有技术相比，本实用新型的积极效果是，采用相变蓄冷，能够减小激光器散热系统的体积、重量，十分适合野外机动使用；采用直接接触式释冷，可以更好地满足大功率激光器的散热需求；可拆式设计，便于安装、运输、储存。
附图说明
图1是本实用新型针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统结构及工作状态示意图；
图2是本实用新型针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统结构及存储状态示意图；
图3是本实用新型针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统结构及运输状态示意图；
图中：1-蓄冷介质，2-循环介质，3-保温箱，4-滤网，5-循环水泵，6-水冷板，7-供液管路，8-回液管路，9-自封式快速接头，10-制冰机，20-水壶。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式进行进一步的详细说明。
以下参考附图介绍本实用新型的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。
在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。
如图1所示，本实用新型提供了一种针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统的工作状态，包括蓄冷介质1、循环介质2、保温箱3、滤网4、循环水泵5、水冷板6、供液管路7、回液管路8、自封式快速接头9；蓄冷介质1和循环介质2存储于保温箱3中，且蓄冷介质1和循环介质2直接接触从而强化换热，保温箱3与水冷板6的入口通过供液管路7进行连接，供液管路7安装有循环水泵5和自封式快速接头9，循环水泵5入口安装有过滤网4，防止蓄冷介质1进入循环水泵5或水冷板6，水冷板6的出口与保温箱3通过回液管路8进行连接，回液管路8上也安装有自封式快速接头9。
进一步地，蓄冷介质1可以为冰或干冰，利用蓄冷介质1的相变潜热进行蓄冷，循环介质2可以为乙二醇溶液、乙醇或水，循环介质2容积大于水冷板6、供液管路7和回液管路8容积之和；蓄冷介质1和循环介质2的选择应使得两者可以直接接触。
进一步地，保温箱3可以为EPP保温箱或PU发泡保温箱，且保温箱3的容积选择与系统设计散热功率及散热时间成正比；保温箱3应具有开盖设计以便于蓄冷介质的补充；供液管路7的取水口位于保温箱3下部，使得供液管路7入口位于循环介质2水位之下；回液管路8的回水口位于保温箱3上部，使得回液可以与蓄冷介质1进行充分接触，并可以利用回液动能，搅拌蓄冷介质1；保温箱3下部应具有排水接口，以便于蓄冷介质1或/和循环介质2的排放。
进一步地，循环水泵5可以为自吸式水泵或非自吸式水泵，若为非自吸式水泵，则循环水泵需潜水安装或采用其他的灌水排气方式；所述水泵的工作介质应与循环介质2一致，水泵的流量扬程根据散热功率进行选配。
如图2所示，为本实用新型针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统的储存状态。储存时，蓄冷介质1与循环介质2分别储存不混合；如图2a，蓄冷介质1需储存在低温环境中，如制冰机10的冰储箱中，此时环境温度低于蓄冷介质1的熔点，保证储存过程中，蓄冷材料1不释冷；如图2b，循环介质2盛放在水瓶20中，可以储存在常温环境或低温环境中，但应保证储存环境温度高于循环介质2的凝固点，保证循环介质不凝固。此时快速接头9断开，保温箱3与水冷板6不相连接，形成了图2中的图2c和图2d两部分。
如图3所示，为本实用新型针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统的运输状态。运输时，蓄冷介质1和循环介质2都放入保温箱3中，二者相互接触混合，但此时快速接头9断开形成了图中左右两部分(即图3中的图3a和图3b)，图3a中的保温箱3与图3b的水冷板6不相连接。
日常存贮中，蓄冷介质、循环介质、保温箱和水冷板可分别存放(参照图2中的图2a至图2d)；运输过程中，将蓄冷介质和循环介质放入保温箱中(参照图3a)，从而便于运输；使用过程中，通过快速接头实现快速连接，不漏液；工作结束后，可以直接断开所述快速接头。
本实用新型的工作原理为：相变蓄冷，具有储能密度大、释冷温度低的优点；通过采用相变蓄冷散热，可以满足便携式、大功率激光器的短时散热需求，同时可以省去现有液冷系统中体积重量巨大的冷水机组；通过将蓄冷介质与循环介质直接接触，从而实现快速释冷、释冷过程更加平稳；通过自封式快速接头连接，可实现快速插拔，不漏液。本散热系统适用于任何需要提供短时、大功率散热的场合，尤其适合野外使用的便携式大功率激光器的散热。
以下为更详细的具体实施例。
实施例
下面结合4KW激光器散热需求，对本实用新型的具体实施进行说明。
该实施例中的蓄冷介质1为冰，利用冰的相变潜热进行蓄冷，循环介质2为乙二醇溶液，循环介质2容积为2L；随着释冷过程的进行，冰逐渐融化，循环介质2容积越来越大。
该实施例中的保温箱3为EPP保温箱，且保温箱3的容积为30L，可以加入蓄冷介质15kg，可以保证4kW激光器工作15分钟。
该实施例中，所述循环水泵5为非自吸式水泵，采用潜水安装方式安装在保温箱3内部；循环水泵5的工作介质为乙二醇或水，循环水泵5在扬程为20m时，流量为8.7L/min。
本实用新型的散热系统，采用相变蓄冷散热，储能密度大、释冷温度低，从而实现了快速释冷并极大的减小了激光器散热系统的体积和重量。通过让蓄冷介质与循环介质进行直接接触换热，此时换热效率提高，即释冷效率提高，且释冷温度更低，释冷过程更加平稳，能够满足大功率激光器的散热需求，可以长时间维持低温释冷，因此，特别适合于短时间内要求冷量大、温度低的场合；具有系统简单、可靠性高、灵活度高的优点。
以上详细描述了本实用新型较佳的具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，其特征在于，包括：
一具有保温功能的容器，所述容器用于接纳和储运来自外部的液态的循环介质及固态的蓄冷介质，并充当用于混合所述循环介质和蓄冷介质的混合容器；所述容器设有一出液口，所述出液口经第一管路连接水冷板的入口，所述水冷板的出口经第二管路连接所述容器的进液口；所述容器、第一管路、水冷板和第二管路形成循环介质的循环回路，在所述循环回路上设置有用于提供循环动力的循环水泵；
并且，所述第一管路和第二管路均为可拆卸的组装式管路。
2.根据权利要求1所述的针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，其特征在于，所述容器出液口内侧端设有防止所述蓄冷介质进入所述第一管路的滤网。
3.根据权利要求1或2所述的针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，其特征在于，所述容器的进液口和出液口分别位于所述容器的下部位和上部位。
4.根据权利要求1所述的针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，其特征在于，所述第一管路上设有一自封式快速接头；所述第二管路上也设有一自封式快速接头。
5.根据权利要求1所述的针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，其特征在于，所述循环水泵设于所述出液口的出口端。
6.根据权利要求1所述的针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，其特征在于，所述蓄冷介质为冰或干冰。
7.根据权利要求1或6所述的针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，其特征在于，所述循环介质为乙二醇溶液、乙醇或水。
8.根据权利要求1所述的针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，其特征在于，所述循环介质的容积不小于所述水冷板、第一管路和第二管路的容积之和。
9.根据权利要求1所述的针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，其特征在于，所述容器为EPP保温箱或PU发泡保温箱。
10.根据权利要求1所述的针对便携式大功率激光器的蓄冷式散热系统，其特征在于，所述循环水泵为自吸式水泵或非自吸式水泵。
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