CN217903672U - 一种用于激光器的冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于激光器的冷却装置，属于制冷技术领域。所述冷却装置包括存储罐、泵和蓄冷器。存储罐内具有液态金属，存储罐上具有进料口，泵的进口和存储罐连通。蓄冷器包括壳体和多个蓄冷单元，壳体上插装有出料管，多个蓄冷单元均位于壳体的内腔中，各蓄冷单元均包括箱体和S型管道，对于任意一个蓄冷单元，箱体内具有相变材料，S型管道位于箱体中，多个蓄冷单元的多个S型管道依次连通，且连通泵的出口和出料管。本实用新型实施例提供的一种用于激光器的冷却装置，可以通过液压金属与相变材料进行热交换，实现液态金属的快速降温，从而最终可以与激光器内部的发热模块进行高效热交换。

Description

一种用于激光器的冷却装置

技术领域

本实用新型属于制冷技术领域，更具体地，涉及一种用于激光器的冷却装置。

背景技术

激光器受其激光产生机理等因素制约，其光电转换效率大约在40％，其余电能将以废热的方式排入周围环境中，为保障激光器安全稳定工作，该废热需被及时处理，传统而被广泛使用的手段是利用水冷机组对激光器内部的发热模块进行降温。

然而，随着激光器的不断发展，对激光器的冷却要求逐渐提高。传统水冷机组中水的热导率低，使得传热效率低，导致对激光器的冷却速率难以满足工业要求。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于激光器的冷却装置，其目的在于可以通过液压金属与相变材料进行热交换，实现液态金属的快速降温，从而最终可以与激光器内部的发热模块进行高效热交换，实现激光器的快速冷却，满足工业需求。

本实用新型提供了一种用于激光器的冷却装置，所述冷却装置包括存储罐、泵和蓄冷器；

所述存储罐内具有液态金属，所述存储罐上具有进料口，所述泵的进口和所述存储罐连通；

所述蓄冷器包括壳体和多个蓄冷单元，所述壳体上插装有出料管，多个所述蓄冷单元均位于所述壳体的内腔中，各所述蓄冷单元均包括箱体和S型管道，对于任意一个所述蓄冷单元，所述箱体内具有相变材料，所述S型管道位于所述箱体中，多个所述蓄冷单元的多个所述S型管道依次连通，且连通所述泵的出口和所述出料管。

可选地，各所述蓄冷器还包括多个两位三通电磁换向阀，各所述两位三通电磁换向阀包括进口、第一出口和第二出口，任意相邻的两个所述S型管道之间通过一个所述两位三通电磁换向阀的所述进口和所述第一出口连通，各所述第二出口均与所述出料管连通。

可选地，各所述第二出口与所述出料管之间均设置有单向阀。

可选地，所述S型管道为铜制结构。

可选地，所述冷却装置还包括控制组件，所述控制组件包括控制器和温度传感器，所述温度传感器位于所述出料管上，以检测所述出料管内所述液态金属的温度，所述控制器分别与所述温度传感器和各所述两位三通电磁换向阀电连接。

可选地，所述冷却装置还包括加热模块，所述加热模块套设在所述出料管外，以对所述出料管内的所述液态金属加热。

可选地，所述控制器和所述加热模块电连接。

可选地，所述蓄冷单元为3-5个。

可选地，所述泵为电磁泵。

可选地，所述相变材料为冰浆或者石蜡。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

对于本实用新型实施例提供的一种用于激光器的冷却装置，在对激光器进行冷却时，通过泵将液态金属依次泵入壳体内的多个蓄冷单元。液态金属在各个蓄冷单元内流通时，液态金属会通过S型管道进行充分的热交换，相变材料会吸收液态金属的热量，从而使得液态金属降温。由于液态金属具有较高的热导率，具有高效的传热效率和极限散热能力，使得液态金属快速降温。最后，通过出料管流出的液态金属可以与激光器内部的发热模块进行高效热交换，实现激光器的快速冷却，满足工业需求。

也就是说，本实用新型实施例提供的一种用于激光器的冷却装置，可以通过液压金属与相变材料进行热交换，实现液态金属的快速降温，从而最终可以与激光器内部的发热模块进行高效热交换，实现激光器的快速冷却，满足工业需求。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种用于激光器的冷却装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的蓄冷单元的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的两位三通电磁换向阀的结构示意图。

图中各符号表示含义如下：

1、存储罐；11、进料口；2、泵；3、蓄冷器；31、壳体；311、出料管；32、蓄冷单元；321、箱体；322、S型管道；323、两位三通电磁换向阀；324、单向阀；4、控制组件；41、控制器；42、温度传感器；5、加热模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是本实用新型实施例提供的一种用于激光器的冷却装置的结构示意图，如图1所示，冷却装置包括存储罐1、泵2和蓄冷器3。

存储罐1内具有液态金属，存储罐1上具有进料口11，泵2的进口和存储罐1连通。

蓄冷器3包括壳体31和多个蓄冷单元32，壳体31上插装有出料管311，多个蓄冷单元32均位于壳体31的内腔中。

图2是本实用新型实施例提供的蓄冷单元的结构示意图，如图2所示，各蓄冷单元32均包括箱体321和S型管道322，对于任意一个蓄冷单元32，箱体321内具有相变材料，S型管道322位于箱体321中，多个蓄冷单元32的多个S型管道322依次连通，且连通泵2的出口和出料管311。

对于本实用新型实施例提供的一种用于激光器的冷却装置，在对激光器进行冷却时，通过泵2将液态金属依次泵入壳体31内的多个蓄冷单元32。液态金属在各个蓄冷单元32内流通时，液态金属会通过S型管道322进行充分的热交换，相变材料会吸收液态金属的热量，从而使得液态金属降温。由于液态金属具有较高的热导率，具有高效的传热效率和极限散热能力，使得液态金属快速降温。最后，通过出料管311流出的液态金属可以与激光器内部的发热模块进行高效热交换，实现激光器的快速冷却，满足工业需求。

也就是说，本实用新型实施例提供的一种用于激光器的冷却装置，可以通过液压金属与相变材料进行热交换，实现液态金属的快速降温，从而最终可以与激光器内部的发热模块进行高效热交换，实现激光器的快速冷却，满足工业需求。

容易理解的是，出料管311排出的液态金属在经过对激光器内部的发热模块降温，而自身温度升高后可以通过进料口11重新加入，从而形成循环。

需要说明的是，液态金属的熔点远低于相变材料的熔点，避免在液态金属被相变材料冷却后固化，通常该液态金属可以是汞，其熔点为-38.8℃，或者是镓铟合金，其熔点为-28.8℃。

在本实施例中，相变材料可以为冰浆或者石蜡，优选为冰浆。

示例性地，以总重为5kg含冰率为80％(重量比)的冰浆为例，0℃的冰的熔解热为335kJ/kg，水的比热为4.2kJ/(kg·℃)，按现有激光器光电转换为40％计，在允许6℃温升的情况下，允许3kW激光器连续工作约120s。

为了保障密封性，箱体321做密封设计。同时S型管道322与箱体321所用材料均不与相变材料发生化学反应。其次，箱体321做保温设计，防止相变材料的冷量泄露。

示例性地，S型管道322为铜制结构，从而提高其传热能力。

图3是本实用新型实施例提供的两位三通电磁换向阀的结构示意图，如图3所示，各蓄冷器3还包括多个两位三通电磁换向阀323，各两位三通电磁换向阀323包括进口a、第一出口b和第二出口c，任意相邻的两个S型管道322之间通过一个两位三通电磁换向阀323的进口a和第一出口b连通，各第二出口c均与出料管311连通。

在上述实施方式中，两位三通电磁换向阀323可以通过阀芯换向，将液体金属根据需要经过适宜个数的蓄冷单元32，从而实现对液体金属温度的精确控制。

示例性地，当需要对液体金属降温幅度较大时，通过调节各两位三通电磁换向阀323的阀芯，使其第一出口b将液体金属通入到下一个蓄冷单元32，从而通过多个蓄冷单元32配合以对对液体金属降温，进而增大对液态金属的降温量。而当需要对液体金属降温幅度较小时，此时根据需要，通过调节合适位置的两位三通电磁换向阀323的阀芯，使其第二出口c将液体金属直接通入到出料管311，减少经过蓄冷单元32的个数，从而减少对液态金属的降温量。

结合图1和图3所示，各第二出口c与出料管311之间均设置有单向阀324，从而防止液压金属回流。

示例性地，最末端的S形管道的出口处同样设置有单向阀324。

再次参见图1，冷却装置还包括控制组件4，控制组件4包括控制器41和温度传感器42，温度传感器42位于出料管311上，以检测出料管311内液态金属的温度，控制器41分别与温度传感器42和各两位三通电磁换向阀323电连接。

在上述实施方式中，通过控制组件4可以实现对液压金属温度的自动化控制。

容易理解的是，当温度传感器42检测到出料管311内的液态金属的温度时，温度传感器42将信号传递给控制器41，控制器41则可以控制两位三通电磁换向阀323的阀芯位置，从而选择接入合适数量的蓄冷单元32进行自动化控制。

示例性地，当温度传感器42检测到液态金属的温度远大于阈值温度时，此时可以通过控制器41控制各两位三通电磁换向阀323的出口为第一出口b，从而通过多个蓄冷单元32配合以对对液体金属降温，进而增大对液态金属的降温量。而当温度传感器42检测到液态金属的温度略大于阈值温度时，通过调节合适位置的两位三通电磁换向阀323的阀芯，使其第二出口c将液体金属直接通入到出料管311，减少经过蓄冷单元32的个数，从而减少对液态金属的降温量。

另外，控制器41还可以与泵2进行电连接，从而控制泵2的启停。

示例性地，蓄冷单元32可以为3-5个，本实用新型对此不作限制。

在本实施例中，冷却装置还包括加热模块5，加热模块5套设在出料管311外，以对出料管311内的液态金属加热。

示例性地，当温度传感器42检测到液态金属的温度小于阈值温度时，此时通过开启加热模块5可以对液态金属进行加热，使得液体金属达到阈值温度。

进一步地，控制器41和加热模块5电连接，从而实现对加热模块5的自动化控制。

在本实施例中，泵2为电磁泵。

容易理解的是，由于液态金属具有普通金属所具有的导电性，我们可以用电磁力驱动液态金属在管道内流动，不仅避免了液态金属对传统机械泵金属叶片的腐蚀作用，且由于电磁泵在运行中几乎无噪音，助力激光器真正实现静默开启。

本实用新型具有以下几个优点：

(1)液态金属具有远高于水、乙二醇等非金属介质的热导率，因此液态金属具有更加高效的热量传递能力及极限散热能力，极适合应用于激光器这一超高热流密度的散热需求领域，具有排他性和唯一性的散热优势。且液态金属不易挥发，不易泄露，安全无毒，物化性稳定，易回收，具有很长的保障周期。

(2)液态金属具有高电导率的属性，使其可采用电磁泵驱动，驱动效率高，能耗低，无任何噪音，适合静默作业需求。

(3)无主动制冷部件，省去了压缩机、冷凝器、散热器等附件设备，进一步减少了激光系统体积重量，为激光器系统走向单人便携式提供重要技术支撑。且该装置不对外界环境散热，无红外热辐射，因此具有较高的隐蔽性，适用于隐蔽作业。

(4)通过控制组件4监测出料管311内的温度，来实时控制各两位三通电磁换向阀323的阀芯，通过控制液态金属流经蓄冷器3内部蓄冷单元32的数量，以控制液态金属流经蓄冷单元32的时间的方式来达到控制冷媒温度的目的，该方式也在一定程度上保证了液态金属控温精度。比如，液态金属温度在激光器需求温度的±3℃带宽范围内波动，由于液态金属的高导热物性，使得该精度对激光器光束质量的影响在较小范围内，且该方式流路单一，系统结构简化，温度控制难度大大降低。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于激光器的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置包括存储罐(1)、泵(2)和蓄冷器(3)；

所述存储罐(1)内具有液态金属，所述存储罐(1)上具有进料口(11)，所述泵(2)的进口和所述存储罐(1)连通；

所述蓄冷器(3)包括壳体(31)和多个蓄冷单元(32)，所述壳体(31)上插装有出料管(311)，多个所述蓄冷单元(32)均位于所述壳体(31)的内腔中，各所述蓄冷单元(32)均包括箱体(321)和S型管道(322)，对于任意一个所述蓄冷单元(32)，所述箱体(321)内具有相变材料，所述S型管道(322)位于所述箱体(321)中，多个所述蓄冷单元(32)的多个所述S型管道(322)依次连通，且连通所述泵(2)的出口和所述出料管(311)。

2.根据权利要求1所述的一种用于激光器的冷却装置，其特征在于，各所述蓄冷器(3)还包括多个两位三通电磁换向阀(323)，各所述两位三通电磁换向阀(323)包括进口、第一出口和第二出口，任意相邻的两个所述S型管道(322)之间通过一个所述两位三通电磁换向阀(323)的所述进口和所述第一出口连通，各所述第二出口均与所述出料管(311)连通。

3.根据权利要求2所述的一种用于激光器的冷却装置，其特征在于，各所述第二出口与所述出料管(311)之间均设置有单向阀(324)。

4.根据权利要求2所述的一种用于激光器的冷却装置，其特征在于，所述S型管道(322)为铜制结构。

5.根据权利要求2所述的一种用于激光器的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括控制组件(4)，所述控制组件(4)包括控制器(41)和温度传感器(42)，所述温度传感器(42)位于所述出料管(311)上，以检测所述出料管(311)内所述液态金属的温度，所述控制器(41)分别与所述温度传感器(42)和各所述两位三通电磁换向阀(323)电连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于激光器的冷却装置，其特征在于，所述冷却装置还包括加热模块(5)，所述加热模块(5)套设在所述出料管(311)外，以对所述出料管(311)内的所述液态金属加热。

7.根据权利要求6所述的一种用于激光器的冷却装置，其特征在于，所述控制器(41)和所述加热模块(5)电连接。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种用于激光器的冷却装置，其特征在于，所述蓄冷单元(32)为3-5个。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的一种用于激光器的冷却装置，其特征在于，所述泵(2)为电磁泵。

10.根据权利要求1-7任意一项所述的一种用于激光器的冷却装置，其特征在于，所述相变材料为冰浆或者石蜡。

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