KR20240051528A - 레이저 증폭매질 냉각장치 - Google Patents
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Abstract
레이저 증폭매질에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 레이저 증폭매질 냉각장치를 개시한다.
레이저 증폭매질 냉각장치는 레이저를 증폭시키는 증폭매질을 냉각시키도록 구성되는 냉각모듈을 포함하고, 냉각모듈은, 내부에 증폭매질이 수용되는 유로가 형성되는 냉각챔버 및 유로를 따라 유동되면서 증폭매질을 냉각시키는 냉매를 포함하고, 냉매는 상온에서 액체 상태를 유지하는 금속성 유체이다.
레이저 증폭매질 냉각장치는 레이저를 증폭시키는 증폭매질을 냉각시키도록 구성되는 냉각모듈을 포함하고, 냉각모듈은, 내부에 증폭매질이 수용되는 유로가 형성되는 냉각챔버 및 유로를 따라 유동되면서 증폭매질을 냉각시키는 냉매를 포함하고, 냉매는 상온에서 액체 상태를 유지하는 금속성 유체이다.
Description
본 발명은 레이저 증폭매질 냉각장치에 관한 것이다.
레이저를 이용한 가공 및 측정이 더욱 발달함에 따라 보다 높은 출력의 레이저에 대한 수요가 증가하고 있다.
레이저의 출력을 높이기 위해서는, 증폭매질로 안정화된 레이저빔을 입사시키고 다이오드 레이저광을 펌프빔으로서 인가하면 출력레이저의 에너지가 증가하는 방법으로 레이저를 증폭한다.
여기서, 펌프빔이 레이저 출력으로 전달되고 남은 에너지는 열에너지로 변환이 되며, 주로 증폭매질에서 전도 등을 통해 주변으로 확산된다.
이때, 원활한 방열과 냉각이 수반되지 않으면 증폭매질에서 국소적인 고온부가 형성되면서 열화가 일어나 증폭매질의 성능이 저하되거나, 열적인 충격에 의해 증폭매질이 손상된다.
일반적으로 레이저의 출력이 낮을 경우에는 증폭매질에서부터 방열면까지 전도된 열을 히트싱크나 냉각팬 등을 이용하여 방열하나, 레이저의 출력이 보다 증가하여 증폭매질에서 발생하는 열에너지가 일정수준 이상이 되면, 단순히 열을 전도하는 방법만으로는 방열에 한계가 오기 때문에, 액체의 냉각매질을 순환시켜 방열하는 수냉식 냉각을 취하게 된다.
수냉식 냉각은 비열이 큰 물을 사용하여 적은 유량으로도 상대적으로 많은 방열이 가능하고, 동일한 열에너지를 운반할 때 매질의 온도변화를 적게 유지할 수 있는 이점이 있다.
그러나, 물을 이용한 수냉식 냉각은 냉각표면의 재질에 따라 갈바닉 부식이 발생하거나 녹이 침적되어 배관순환에 문제가 발생하기 쉬운 문제점이 있었다.
한편, 물 대신 오일을 사용하는 유냉식 냉각은 금속재질에 산화부식을 일으키진 않으나, 오일이 물에 비해 비열이 작고 점성이 크기 때문에 오일을 유동시키기 위해서는 펌프에 더 큰 에너지가 필요하고, 펌프의 출구에서 압력이 높아져 누유가 발생되는 문제점이 있었다.
또한, 오일에 노출되는 고무계열의 실란트(sealant)는 화학적으로 오일에 취약하고, 오일은 쉽게 산화되어 점성이 증가하거나 유로를 협착시키는 등 또 다른 문제를 야기하는 문제점이 있었다.
또한, 물 또는 오일을 매개로 하는 냉각방식은 유동되는 액체의 관성에 의하여 배관 내에 압력진동이 발생되는데, 이는 출력빔의 안정성에 직접적인 영향을 주게 된다.
즉, 방열량에 따라 유속이 늘어나면 유로를 통해 증폭매질에 가해지는 액체의 유동압력도 함께 증가하여 증폭매질을 손상시키거나, 증폭매질에 영향을 주어 안정적인 출력이 이루어질 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 레이저 증폭매질에서 발생되는 열을 효과적으로 방출할 수 있는 레이저 증폭매질 냉각장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 수냉식 냉각방식 및 유냉식 냉각방식의 단점을 보완하고, 방열성능을 극대화할 수 있는 레이저 증폭매질 냉각장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 수냉식 냉각방식 및 유냉식 냉각방식의 단점을 보완하여 증폭매질의 온도를 일정하게 유지할 수 있는 레이저 증폭매질 냉각장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 레이저 증폭매질 냉각장치는 레이저를 증폭시키는 증폭매질을 냉각시키도록 구성되는 냉각모듈;을 포함하고, 상기 냉각모듈은, 내부에 상기 증폭매질이 수용되는 유로가 형성되는 냉각챔버; 및 상기 유로를 따라 유동되면서 상기 증폭매질을 냉각시키는 냉매;를 포함하고, 상기 냉매는 상온에서 액체 상태를 유지하는 금속성 유체이다.
상기 냉매는, 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 유로는 상기 냉매가 상기 증폭매질을 중심으로 나선방향으로 유동되도록 구성될 수 있다.
상기 유로는, 내부에 상기 증폭매질이 수용되고, 내부로 유입된 상기 냉매가 상기 증폭매질의 둘레를 따라 나선방향으로 유동되도록 원통형 구조로 형성되는 제1 유로; 상기 제1 유로의 일부분과 연통(連通)되어 상기 제1 유로의 중심축에 교차되도록 배치되고, 상기 냉매를 상기 제1 유로로 유입시키는 제2 유로; 및 상기 제1 유로의 다른 일부분과 연통되어 상기 제1 유로의 중심축에 교차되도록 배치되고, 상기 냉매를 상기 제1 유로로부터 배출시키는 제3 유로;를 포함할 수 있다.
상기 냉각챔버는, 내부에 상기 유로가 형성되고, 축방향을 따라 일측은 개구되고 타측에는 상기 제1 유로와 연통되어 상기 제1 유로보다 작은 직경의 크기를 가지는 제1 챔버홀이 형성되는 챔버 하우징; 및 상기 챔버 하우징의 개구된 일측에 결합되고, 내부에 상기 제1 유로와 연통되고 상기 제1 챔버홀과 동일한 직경의 크기를 가지는 제2 챔버홀이 형성되는 챔버커버;를 포함할 수 있다.
상기 냉각모듈은, 상기 제1 유로에 수용되어 상기 증폭매질의 축방향을 따라 상기 증폭매질의 일단부에 접하고, 상기 제1 챔버홀을 통하여 외부로 노출되는 제1 윈도우; 상기 제1 유로에 수용되어 상기 증폭매질의 축방향을 따라 상기 증폭매질의 타단부에 접하고, 상기 제2 챔버홀을 통하여 외부로 노출되는 제2 윈도우; 상기 제1 유로에 수용되고, 상기 제1 윈도우와 상기 제1 챔버홀 사이에 압입되어 상기 제1 윈도우와 상기 제1 챔버홀 사이를 기밀하는 제1 기밀링; 및 상기 제1 유로에 수용되고, 상기 제2 윈도우와 상기 제2 챔버홀 사이에 압입되어 상기 제2 윈도우와 상기 제2 챔버홀 사이를 기밀하는 제2 기밀링;을 더 포함할 수 있다.
상기 냉각모듈에 결합되어 상기 냉매를 순환시키면서, 상기 냉매를 냉각시키도록 구성되는 방열모듈;을 더 포함할 수 있다.
상기 방열모듈은, 상기 냉각모듈에 결합되어 상기 냉각모듈과 연통되고, 상기 냉매를 순환시켜 상기 냉각모듈에 상기 냉매를 유입 및 배출시키도록 구성되는 순환 블록 조립체; 상기 순환 블록 조립체에 접하고, 상기 순환 블록 조립체를 유동 중인 상기 냉매와 열교환하여 상기 냉매의 열을 외부로 방출하도록 구성되는 방열블록; 및 상기 순환 블록 조립체와 상기 방열블록을 결합시키는 복수의 체결부재;를 포함할 수 있다.
상기 순환 블록 조립체는, 내부에 수용된 상기 냉매를 자기력을 이용하여 유동시키도록 구성되는 제1 블록; 상기 냉각모듈과 상기 제1 블록 사이에 배치되고, 상기 냉매의 순환이 가능하도록 상기 냉각모듈과 상기 제1 블록을 연통시키는 제2 블록; 및 상기 제1 블록과 상기 방열블록 사이에 배치되어 상기 제1 블록과 연통되고, 상기 제1 블록에서 유입된 상기 냉매가 상기 방열블록의 외면을 따라 유동된 후 상기 제1 블록으로 유입되도록 상기 냉매를 가이드하는 제3 블록;을 포함할 수 있다.
상기 제1 블록은, 상기 냉각챔버와 연통되어 내부에 상기 냉매가 흐르도록 구성되는 블록바디; 및 자기력의 공간적 변화에 의하여 상기 블록바디에 수용된 상기 냉매를 유동시키도록 구성되는 펌프유닛을 포함할 수 있다.
상기 펌프유닛은, 상기 블록바디의 중앙에 배치되고, 자기력의 회전에 의하여 상기 블록바디에 수용된 상기 냉매를 유동시키도록 구성될 수 있다.
상기 블록바디는, 상기 펌프유닛이 수용되는 수용홀; 상기 수용홀과 외부공간을 연통시켜 상기 펌프유닛의 배선이 이루어지는 배선홀; 상기 수용홀의 일부분을 감싸도록 상기 블록바디의 내부에 배치되며, 일부분은 상기 블록바디의 상부로 연장되어 상기 제2 블록을 통해 상기 제2 유로와 연통되고, 다른 일부분은 상기 블록바디의 하부로 연장되어 상기 제3 블록과 연통되는 아치형상의 제1 버퍼채널; 상기 수용홀의 다른 일부분을 감싸도록 상기 블록바디의 내부에 배치되며, 일부분은 상기 블록바디의 상부로 연장되어 상기 제2 블록을 통해 상기 제3 유로와 연통되고, 다른 일부분은 상기 블록바디의 하부로 연장되어 상기 제3 블록과 연통되는 아치형상의 제2 버퍼채널; 및 상기 복수의 체결부재가 관통되는 복수의 제1 관통홀;을 포함할 수 있다.
상기 제2 블록은, 상기 제1 버퍼채널과 상기 제2 유로를 연통시키는 제1 연통홀; 상기 제2 버퍼채널과 상기 제3 유로를 연통시키는 제2 연통홀; 및 상기 복수의 제1 관통홀과 연통되어 상기 복수의 체결부재가 관통되는 복수의 제2 관통홀;을 포함할 수 있다.
상기 제1 연통홀은, 상기 제1 버퍼채널의 일부분에 연통되고, 상기 제1 버퍼채널의 일부분과 동축(coaxial) 상태로 배치되는 제1 연통부; 및 상기 제1 연통부와 상기 제2 유로를 연통시키고, 상기 제1 연통부에서 상기 제2 유로로 유동되는 상기 냉매의 유동방향을 전환하여 상기 냉매의 압력진동을 감쇄하는 제1 방향 전환부;를 포함하고, 상기 제2 연통홀은, 상기 제2 버퍼채널의 일부분에 연통되고, 상기 제2 버퍼채널의 일부분과 동축 상태로 배치되는 제2 연통부; 및 상기 제2 연통부와 상기 제3 유로를 연통시키고, 상기 제3 유로에서 상기 제2 연통부로 유동되는 상기 냉매의 유동방향을 전환하여 상기 냉매의 압력진동을 감쇄하는 제2 방향 전환부;를 포함할 수 있다.
상기 제3 블록은, 상기 방열블록에 접하는 상기 제3 블록의 일면에 형성되고, 상기 제2 버퍼채널을 통해 유입된 상기 냉매가 복수로 분기되어 상기 방열블록의 외면을 따라 유동되도록 상기 냉매의 흐름을 가이드하는 제3 버퍼채널; 상기 제3 버퍼채널과 상기 제1 버퍼채널의 다른 일부분을 연통시켜 상기 제3 버퍼채널에서 유동된 상기 냉매를 상기 제1 버퍼채널로 배출시키는 배출홀; 상기 제3 버퍼채널과 상기 제2 버퍼채널의 다른 일부분을 연통시켜 상기 제2 버퍼채널에서 배출된 상기 냉매를 상기 제3 버퍼채널로 유입시키는 유입홀; 및 상기 복수의 제1 관통홀과 연통되어 상기 복수의 체결부재가 관통되는 복수의 제3 관통홀;을 포함할 수 있다.
상기 제3 버퍼채널은, 상기 유입홀을 통해 유입된 상기 냉매가 상기 방열블록의 외면을 따라 확산되면서 복수로 분기되어 유동되는 제1 채널부; 상기 제1 채널부를 통과한 상기 냉매가 상기 방열블록의 외면을 따라 복수로 분기되어 유동된 후 통합되면서 상기 배출홀로 배출되는 제2 채널부; 및 상기 제1 채널부와 상기 제2 채널부를 연결하고, 상기 제1 채널부에서 분기되어 유동되던 상기 냉매가 통합되어 상기 제2 채널부로 유입되는 제3 채널부;를 포함할 수 있다.
상기 방열블록은, 상기 제3 블록에 접하여 상기 제3 버퍼채널을 유동하는 상기 냉매와 열교환이 이루어지는 플레이트부; 상기 플레이트부의 일면을 따라 복수로 배치되고, 상기 플레이트부를 통해 전도된 열을 외부로 방출하는 복수의 방열핀부; 및 상기 플레이트부에 형성되어 상기 복수의 제3 관통홀과 연통되고, 상기 복수의 제3 관통홀을 통해 외부로 돌출된 상기 복수의 체결부재에 나사 결합되는 복수의 체결홀;을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 물이나 오일에 비해 열전도계수가 더 높은 액체 상태의 금속성 유체를 냉매로 이용하므로, 방열성능이 극대화되어 증폭매질에서 발생되는 열을 신속히 제거하고, 이를 통해 열로 인한 증폭매질의 손상을 방지하여 안정적인 레이저의 출력성능을 유지할 수 있다.
또한, 냉매는 오일에 비하여 더 낮은 점성계수를 가지는 물질로 이루어지므로, 오일에 비하여 더 적은 펌프압력으로도 동일한 흐름을 유지할 수 있고, 이를 통해 특정 부위에서 압력이 높아져 냉매가 외부로 유출되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 냉매가 액체 상태의 금속성 물질로 이루어지므로, 재질을 적절히 선택하면 접촉 대상을 부식시키거나, 산화로 인한 유로의 폐쇄 현상을 방지할 수 있다.
또한, 수냉식의 경우 열이 집중된 부위에서 캐비테이션 및 비등이 발생할 수 있는데 반해 액체금속은 끓는점이 매우 높기 때문에 이러한 문제가 없다. 응용하는 온도범위에서 증기압이 낮은 특성은 온도변화에 따른 관내의 압력도 안정적으로 유지할 수 있는 장점으로 작용한다. 이는 채널부 및 씰링의 부식, 변형등 유지보수에 대한 용이성을 의미한다.
또한, 기계적 장치를 이용하지 않고, 자기력을 통해 유도전류를 형성하여 냉매를 유동시키도록 구성되므로, 냉매가 유동되는 관로 내의 압력진동이 최소화되고, 이를 통해 증폭매질이 안정적으로 출력성능을 유지할 수 있다.
또한, 수냉식 냉각방식 및 유냉식 냉각방식의 단점을 보완하여 증폭매질의 온도를 일정하게 유지할 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 발명 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉매의 유동경로를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 증폭매질 냉각장치를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 증폭매질 냉각장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 블록을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제2 블록을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제2 블록의 일부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제3 블록을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제3 블록의 저면을 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 방열블록을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉매의 유동경로를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 증폭매질 냉각장치를 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 증폭매질 냉각장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 블록을 나타낸 사시도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제2 블록을 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제2 블록의 일부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제3 블록을 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제3 블록의 저면을 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 방열블록을 나타낸 사시도이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉매의 유동경로를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 1의 III-III 선을 따라 절개한 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이저 증폭매질 냉각장치(1000)(이하 '레이저 증폭매질 냉각장치(1000)'라 함)는 냉각모듈(1)을 포함한다.
냉각모듈(1)은 레이저를 증폭시키는 증폭매질(M)을 냉각시키도록 구성된다.
여기서, 증폭매질(M)은 소정의 길이를 가지며, 레이저와 평행한 원기둥 또는 막대 형상의 크리스탈일 수 있다.
냉각모듈(1)은 냉각챔버(11) 및 냉매(12)를 포함한다.
냉각챔버(11)는 증폭매질(M)이 수용되는 유로(111)를 포함한다.
유로(111)는 냉각챔버(11)의 내부에 형성되어 내부로 유입된 냉매(12)가 증폭매질(M)을 중심으로 나선방향으로 유동되도록 구성될 수 있다.
유로(111)는 제1 유로(111A), 제2 유로(111B) 및 제3 유로(111C)를 포함할 수 있다.
제1 유로(111A)는 내부에 증폭매질(M)이 수용되고, 내부로 유입된 냉매(12)가 증폭매질(M)의 둘레를 따라 나선방향으로 유동되도록 원통형 구조로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않으며 직선방향으로 유동되도록 하는 구조일 수도 있다.
제2 유로(111B)는 제1 유로(111A)의 일부분과 연통(連通)되어 제1 유로(111A)의 중심축에 교차되도록 배치되고, 냉매(12)를 제1 유로(111A)로 유입시킬 수 있다.
제3 유로(111C)는 제1 유로(111A)의 다른 일부분과 연통되어 제1 유로(111A)의 중심축에 교차되도록 배치되고, 냉매(12)를 제1 유로(111A)로부터 배출시킬 수 있다.
냉각챔버(11)는 챔버 하우징(112) 및 챔버커버(113)를 더 포함할 수 있다.
챔버 하우징(112)은 내부에 유로(111)가 형성되고, 축방향을 따라 일측은 개구되고 타측에는 제1 유로(111A)와 연통되도록 구성되는 제1 챔버홀(112A)이 형성될 수 있고, 제1 챔버홀(112A)은 제1 유로(111A)보다 작은 직경의 크기를 갖는 구성일 수 있다.
챔버커버(113)는 챔버 하우징(112)의 개구된 일측에 결합되고, 내부에 제1 유로(111A)와 연통되고 제1 챔버홀(112A)과 동일한 직경의 크기를 가지는 제2 챔버홀(113A)이 형성될 수 있다.
냉매(12)는 유로(111)를 따라 유동되면서 증폭매질(M)을 냉각시킨다.
냉매(12)는 상온에서 액체 상태를 유지하는 금속성 유체이다.
냉매(12)는 물이나 오일에 비해 열전도계수가 더 높고, 오일에 비하여 더 낮은 점성계수를 가지는 물질로 이루어진다.
냉매(12)는 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
냉각모듈(1)은 제1 윈도우(13), 제2 윈도우(14), 제1 기밀링(15) 및 제2 기밀링(16)을 더 포함할 수 있다.
제1 윈도우(13)는 제1 유로(111A)에 수용되어 증폭매질(M)의 축방향을 따라 증폭매질(M)의 일단부에 접하고, 제1 챔버홀(112A)을 통하여 외부로 노출될 수 있다.
제2 윈도우(14)는 제1 유로(111A)에 수용되어 증폭매질(M)의 축방향을 따라 증폭매질(M)의 타단부에 접하고, 제2 챔버홀(113A)을 통하여 외부로 노출될 수 있다.
제1 기밀링(15)은 제1 유로(111A)에 수용되고, 제1 윈도우(13)와 제1 챔버홀(112A) 사이에 압입되어 제1 윈도우(13)와 제1 챔버홀(112A) 사이를 기밀할 수 있다.
제2 기밀링(16)은 제1 유로(111A)에 수용되고, 제2 윈도우(14)와 제2 챔버홀(113A) 사이에 압입되어 제2 윈도우(14)와 제2 챔버홀(113A) 사이를 기밀할 수 있다.
예를 들어, 제1 윈도우(13)와 제2 윈도우(14)는 AR코팅이 적용된 판형의 광학유리, 렌즈 등으로 적용되며, 증폭매질(M)에 접촉 또는 접합되어 그 위치를 유지할 수 있다. 그리고, 제1 기밀링(15)과 제2 기밀링(16)은 탄성체 재질로 형성되고, 'O'형상으로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 증폭매질 냉각장치를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 레이저 증폭매질 냉각장치를 나타낸 분해 사시도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 레이저 증폭매질 냉각장치(1000)는 방열모듈(2)을 더 포함할 수 있다.
방열모듈(2)은 냉각모듈(1)에 결합되어 냉매(12)를 순환시키면서, 냉매(12)를 냉각시키도록 구성될 수 있다.
방열모듈(2)은 순환 블록 조립체(21), 방열블록(22) 및 복수의 체결부재(23)를 포함할 수 있다.
순환 블록 조립체(21)는 냉각모듈(1)에 결합되어 냉각모듈(1)과 연통되고, 냉매(12)를 순환시켜 냉각모듈(1)에 냉매(12)를 유입 및 배출시키도록 구성될 수 있다.
순환 블록 조립체(21)는 제1 블록(211), 제2 블록(212) 및 제3 블록(213)을 포함할 수 있다.
제1 블록(211)은 내부에 수용된 냉매(12)를 공간적으로 변화하는 자기력을 이용하여 유동시키도록 구성될 수 있다. 여기에서, 자기력의 공간적 변화는 물리적으로 움직이는 영구자석을 이용하여 공간적인 자기력의 이동으로 구현되거나, 복수의 전자석 권선(211C)의 전류를 제어하여 자기력이 공간적으로 이동하게 구현될 수도 있다.
이와 같이 자기장의 공간적 변화를 이용하여 상온에서 액체 상태의 금속성 유체를 유동시키는 원리는 다음과 같다.
구리판과 같은 도체물질 근처에서 강력자석을 이동시키는 것과 같이 자기장을 변화시키게 되면 자기장의 변화에 의해 발생하는 유도전류에 의하여 자석의 움직임에 저항하는 힘이 작용하게 된다. 이러한 저항력의 반작용으로 자기장의 공간적 변화와 같은 방향의 힘이 도체물질에 작용하는데, 이를 이용하여 도체물질을 공간적으로 움직이는 것이 가능하게 된다.
만약 도체가 액체 상체의 금속성 유체라면 이를 원하는 방향으로 유동시킬 수 있는 펌프를 구성할 수도 있다. 이때, 금속성 유체가 유동하는 채널을 원호 형태로 구성하고 자기장을 원호를 따라 회전하도록 펌프를 구성할 수도 있고, 채널을 직선 형태로 구성하고 채널과 평행한 방향으로 자기장이 변화하도록 직선형태의 펌프를 구성하는 것도 가능하다.
또한, 금속성 유체가 채널을 따라 복수의 구성요소를 순환하도록 할 때, 특정 구성요소의 유입구 및 배출구 각각에 연결되는 유입 채널 및 배출 채널 각각에 대응하여 자기장이 작용하도록 펌프를 구성할 수도 있으나, 유입 채널 및 배출 채널 중 어느 하나에만 자기장이 작용하도록 펌프를 구성하는 것도 가능하다.
상술한 각각의 펌프 구성에 대하여, 자기장의 공간적 변화는 물리적으로 움직이는 영구자석을 이용하거나 전자적으로 제어되는 전자석 권선(211C)을 이용할 수 있음은 앞에서 서술한 바와 같다.
이상에서 설명한 펌프의 작동 원리와는 다른 방식으로서, 채널 내에 있는 액체상의 금속성 유체에 채널 방향과 수직한 제1방향으로 전류를 인가하고 제1방향 및 채널 방향에 모두 수직한 방향으로 자기장을 인가하여 공간적인 변화를 일으키면, 채널 방향으로 금속성 유체의 유동이 만들어지는 원리를 이용하여 펌프를 구성할 수도 있다.
이하에서는, 설명의 편의를 위하여 금속성 유체인 냉매(12)를 유동시키는 펌프유닛(211B)은, 전자석 권선(211C)을 이용하여 자기력을 원호로 회전시키는 구성을 예로 들어 설명하기로 한다. 그러나, 펌프유닛(211B)의 구성은 이에 한정되지 않고 앞에서 설명한 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제1 블록을 나타낸 사시도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 제1 블록(211)은 블록바디(211A) 및 펌프유닛(211B)을 포함할 수 있다.
블록바디(211A)는 제2 블록(212) 및 제3 블록(213) 사이에 배치되고, 제2 블록(212) 및 제3 블록(213)과 연통되어 내부에 냉매(12)가 흐르도록 구성될 수 있다.
블록바디(211A)는 블록바디(211A)의 중앙에 관통 형성되어 펌프유닛(211B)이 수용되는 수용홀(211A1)과, 블록바디(211A)를 관통하여 수용홀(211A1)과 외부공간을 연통시켜 펌프유닛(211B)의 배선이 이루어지는 배선홀(211A2)을 포함할 수 있다.
또한, 블록바디(211A)는 제1 버퍼채널(211A3) 및 제2 버퍼채널(211A4)을 포함할 수 있다.
제1 버퍼채널(211A3)은 아치형상으로 형성되어 수용홀(211A1)의 일부분을 감싸도록 블록바디(211A)의 내부에 배치될 수 있다.
제1 버퍼채널(211A3)의 일부분은 블록바디(211A)의 상부로 연장되어 제2 블록(212)을 통해 제2 유로(111B)와 연통되고, 제1 버퍼채널(211A3)의 다른 일부분은 블록바디(211A)의 하부로 연장되어 제3 블록(213)과 연통될 수 있다.
이에, 제3 블록(213)에서 열교환된 냉매(12)가 제1 버퍼채널(211A3)을 통해 제2 유로(111B)로 유입될 수 있다.
제2 버퍼채널(211A4)은 제1 버퍼채널(211A3)에 대향되는 아치형상으로 형성되어 수용홀(211A1)의 다른 일부분을 감싸도록 블록바디(211A)의 내부에 배치될 수 있다.
제2 버퍼채널(211A4)의 일부분은 블록바디(211A)의 상부로 연장되어 제2 블록(212)을 통해 제3 유로(111C)와 연통되고, 제2 버퍼채널(211A4)의 다른 일부분은 블록바디(211A)의 하부로 연장되어 제3 블록(213)과 연통될 수 있다.
이에, 냉각모듈(1)에서 증폭매질(M)과 열교환된 냉매(12)가 제2 버퍼채널(211A4)을 통해 제3 블록(213)으로 유입될 수 있다.
또한, 블록바디(211A)는 복수의 체결부재(23)가 관통되는 복수의 제1 관통홀(211A5)을 더 포함할 수 있다.
펌프유닛(211B)은 말단부가 원호를 그리도록 방사형으로 배치된 복수의 전자석 권선(211C)이 수용홀(211A1)에 수용되어 블록바디(211A)의 중앙에 배치되고, 전자석 권선(211C)에 흐르는 유도전류에 의한 자성을 형성하여 블록바디(211A)에 수용된 냉매(12)를 유동시키도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 펌프유닛(211B)은 위상에 맞도록 배치된 전자석 권선(211C)으로 다수의 전자석을 구성하여 펌프유닛(211B)의 움직임 없이 자기력이 회전하도록 유도전류를 형성하여 냉매(12)를 유동시키거나, 영구자석을 모터에 의해 이동 또는 회전시키면서 유도전류를 형성하여 냉매(12)를 유동시키도록 구성될 수 있다.
이때, 전자석 권선(211C)은, 인접하는 복수의 전자석 권선(211C)에 흐르는 전류의 크기 또는 위상이 제어되어 자기장의 공간적 변화가 불연속적이 아닌 연속적으로 일어나도록 흐르는 전류가 제어될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 블록(212)은 냉각모듈(1)과 제1 블록(211) 사이에 배치되고, 냉매(12)의 순환이 가능하도록 냉각모듈(1)과 제1 블록(211)을 연통시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제2 블록을 나타낸 사시도이다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 제2 블록(212)은 제1 버퍼채널(211A3)과 제2 유로(111B)를 연통시키는 제1 연통홀(212A)과, 제2 버퍼채널(211A4)과 제3 유로(111C)를 연통시키는 제2 연통홀(212B)을 포함할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제2 블록의 일부분을 확대하여 나타낸 평면도이다.
도 2, 도 6 및 도 8을 참조하면, 제1 연통홀(212A)은 제1 연통부(212A1) 및 제1 방향 전환부(212A2)를 포함할 수 있다.
제1 연통부(212A1)는 제1 버퍼채널(211A3)의 일부분에 연통되고, 제1 버퍼채널(211A3)의 일부분과 동축(coaxial) 상태로 배치될 수 있다.
제1 방향 전환부(212A2)는 제1 연통부(212A1)와 제2 유로(111B)를 연통시키고, 제1 연통부(212A1)에서 제2 유로(111B)로 유동되는 냉매(12)의 유동방향을 전환하여 냉매(12)의 압력진동을 감쇄할 수 있다.
제2 연통홀(212B)은 제2 연통부(212B1) 및 제2 방향 전환부(212B2)를 포함할 수 있다.
제2 연통부(212B1)는 제2 버퍼채널(211A4)의 일부분에 연통되고, 제2 버퍼채널(211A4)의 일부분과 동축 상태로 배치될 수 있다.
제2 방향 전환부(212B2)는 제2 연통부(212B1)와 제3 유로(111C)를 연통시키고, 제3 유로(111C)에서 제2 연통부(212B1)로 유동되는 냉매(12)의 유동방향을 전환하여 냉매(12)의 압력진동을 감쇄할 수 있다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 제2 블록(212)은 복수의 제1 관통홀(211A5)과 연통되어 복수의 체결부재(23)가 관통되는 복수의 제2 관통홀(212C)을 더 포함할 수 있다.
도 5, 도 7 및 도 8을 참조하면, 제2 블록(212)은 제1 유출 방지홈(212D)을 더 포함할 수 있다.
제1 유출 방지홈(212D)은 루프형태로 형성되어 제2 블록(212)의 일면에 형성될 수 있다.
제1 유출 방지홈(212D)은 제2 블록(212)에 접하는 냉각모듈(1)에 의해 폐쇄되고, 제2 블록(212)의 평면 상에서 제1 연통홀(212A) 및 제2 연통홀(212B)의 외측에 배치될 수 있다.
이에, 냉각모듈(1)과 제2 블록(212) 사이에서 유출된 냉매(12)가 제1 유출 방지홈(212D)에 수용되어 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제3 블록(213)은 제1 블록(211)과 방열블록(22) 사이에 배치되어 제1 블록(211)과 연통되고, 제1 블록(211)에서 유입된 냉매(12)가 방열블록(22)의 외면을 따라 유동된 후 제1 블록(211)으로 유입되도록 냉매(12)를 가이드할 수 있다.
이때. 제3 블록(213)에 가이드되어 방열블록(22)의 외면을 따라 흐르는 냉매(12)는 방열블록(22)과의 열교환을 통해 냉각될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 제3 블록을 나타낸 사시도이고, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 제3 블록의 저면을 나타낸 사시도이다.
도 5, 도 6, 도 9 및 도 10을 참조하면, 제3 블록(213)은 제3 버퍼채널(213A), 배출홀(213B) 및 유입홀(213C)을 포함할 수 있다.
제3 버퍼채널(213A)은 방열블록(22)에 접하는 제3 블록(213)의 일면에 형성되고, 제2 버퍼채널(211A4)을 통해 유입된 냉매(12)가 복수로 분기되어 방열블록(22)의 외면을 따라 유동되도록 냉매(12)의 흐름을 가이드할 수 있다.
제3 버퍼채널(213A)은 제1 채널부(213A1), 제2 채널부(213A2) 및 제3 채널부(213A3)를 포함할 수 있다.
제1 채널부(213A1)는 유입홀(213C)을 통해 유입된 냉매(12)가 방열블록(22)의 외면을 따라 확산되면서 복수로 분기되어 유동되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제1 채널부(213A1)는 냉매(12)가 점진적으로 확산되면서 유동되는 확산구간과, 환산된 냉매(12)가 복수로 분기되어 유동되는 제1 분기구간을 포함할 수 있다.
제2 채널부(213A2)는 제1 채널부(213A1)를 통과한 냉매(12)가 방열블록(22)의 외면을 따라 복수로 분기되어 유동된 후 통합되면서 배출홀(213B)로 배출되도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 제2 채널부(213A2)는 냉매(12)가 복수로 분기되어 유동되는 제2 분기구간과, 분기되어 유동되었던 냉매(12)가 통합되면서 유동되는 통합구간을 포함할 수 있다.
제3 채널부(213A3)는 제1 채널부(213A1)와 제2 채널부(213A2)를 연결하고, 제1 채널부(213A1)에서 분기되어 유동되던 냉매(12)가 통합되어 제2 채널부(213A2)로 유입되도록 구성될 수 있다.
제3 채널부(213A3)는 냉매(12)의 유동방향을 전환하는 반사면을 가질 수 있다.
반사면은 제1 채널부(213A1)를 유동하던 냉매(12)를 제2 채널부(213A2) 측으로 가이드하도록 구성될 수 있다.
예를 들어, 반사면은 '<'과 같이 소정의 각도로 절곡된 형태로 형성되거나, '('와 같이 원호형태로 형성될 수 있다.
배출홀(213B)은 제3 버퍼채널(213A)과 제1 버퍼채널(211A3)의 다른 일부분을 연통시켜 제3 버퍼채널(213A)에서 유동된 냉매(12)를 제1 버퍼채널(211A3)로 배출시킬 수 있다.
유입홀(213C)은 제3 버퍼채널(213A)과 제2 버퍼채널(211A4)의 다른 일부분을 연통시켜 제2 버퍼채널(211A4)에서 배출된 냉매(12)를 제3 버퍼채널(213A)로 유입시킬 수 있다.
또한, 제3 블록(213)은 복수의 제1 관통홀(211A5)과 연통되어 복수의 체결부재(23)가 관통되는 복수의 제3 관통홀(213D)을 더 포함할 수 있다.
도 5 및 도 10을 참조하면, 제3 블록(213)은 제2 유출 방지홈(213E)을 더 포함할 수 있다.
제2 유출 방지홈(213E)은 루프형태로 형성되어 제3 블록(213)의 일면에 형성될 수 있다.
제2 유출 방지홈(213E)은 제3 블록(213)에 접하는 방열블록(22)에 의해 폐쇄되고, 제3 블록(213)의 평면 상에서 제3 버퍼채널(213A)의 외측에 배치될 수 있다.
이에, 방열블록(22)과 제3 블록(213) 사이에서 유출된 냉매(12)가 제2 유출 방지홈(213E)에 수용되어 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지 않았으나, 제3 블록(213)은 제3 블록(213)과 방열블록(22) 사이에 배치되는 전도 플레이트를 더 포함할 수 있다.
전도 플레이트는 제3 버퍼채널(213A)이 형성되는 제3 블록(213)의 일면에 접하여 제3 버퍼채널(213A)과, 제2 유출 방지홈(213E)을 폐쇄하고. 제3 버퍼채널(213A)에 수용된 냉매(12)의 유동을 가이드 할 수 있다.
또한, 전도 플레이트는 방열블록(22)에 접하여 냉매(12)의 열을 방열블록(22)에 전도할 수 있다.
예를 들어, 전도 플레이트는 금속성 재질로 형성되고, 제3 버퍼채널(213A)의 높이보다 작은 두께로 형성될 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 방열블록(22)은 순환 블록 조립체(21)에 접하고, 순환 블록 조립체(21)를 유동 중인 냉매(12)와 열교환하여 냉매(12)의 열을 외부로 방출하도록 구성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 방열블록을 나타낸 사시도이다.
도 5, 도 10 및 도 11을 참조하면, 방열블록(22)은 제3 블록(213)에 접하여 제3 버퍼채널(213A)을 유동하는 냉매(12)와 열교환이 이루어지는 플레이트부(221)와, 플레이트부(221)의 일면을 따라 복수로 배치되고, 플레이트부(221)를 통해 전도된 열을 외부로 방출하는 복수의 방열핀부(222)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 플레이트부(221)와 복수의 방열핀부(222)는 알루미늄 재질로 형성될 수 있다.
또한, 방열블록(22)은 플레이트부(221)에 형성되어 복수의 제3 관통홀(213D)과 연통되고, 복수의 제3 관통홀(213D)을 통해 외부로 돌출된 복수의 체결부재(23)에 나사 결합되는 복수의 체결홀(223)을 더 포함할 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 복수의 체결부재(23)는 순환 블록 조립체(21)와 방열블록(22)을 결합시킬 수 있다.
즉, 복수의 체결부재(23)는 순환 블록 조립체(21)를 관통하여 방열블록(22)에 체결되면서, 순환 블록 조립체(21)를 방열블록(22) 측으로 가압하여 고정시킬 수 있다.
예를 들어, 복수의 체결부재(23)는 소정의 길이를 갖는 볼트일 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 물이나 오일에 비해 열전도계수가 더 높은 액체 상태의 금속성 유체를 냉매(12)로 이용하므로, 방열성능이 극대화되어 증폭매질(M)에서 발생되는 열을 신속히 제거하고, 이를 통해 열로 인한 증폭매질(M)의 손상을 방지하여 안정적인 레이저의 출력성능을 유지할 수 있다.
또한, 냉매(12)는 오일에 비하여 더 낮은 점성계수를 가지는 물질로 이루어지므로, 오일에 비하여 더 적은 펌프압력으로도 동일한 흐름을 유지할 수 있고, 이를 통해 특정 부위에서 압력이 높아져 냉매(12)가 외부로 유출되는 현상을 방지할 수 있다.
또한, 냉매(12)가 액체 상태의 금속성 물질로 이루어지므로, 접촉 대상을 부식시키거나, 산화로 인한 유로(111)의 폐쇄 현상을 방지할 수 있다.
또한, 냉매(12)는, 냉매(12)가 순환하는 냉각모듈(1) 및 제1 내지 제3 블록(211, 212, 213) 각각에 형성된 유로 또는 채널 내에 밀봉되도록 구성되고, 특히 냉매(12)의 유동을 일으키는 펌프유닛(211B)과 접촉하지 않고 물리적으로 분리되어 순환할 수 있다. 이를 통하여, 냉매(12)가 외부로부터 오염되거나 냉매(12)와의 접촉에 의한 펌프유닛(211B)의 오염 또는 고장을 방지할 수 있다.
또한, 기계적 장치를 이용하지 않고, 자기력을 통해 유도전류를 형성하여 냉매(12)를 유동시키도록 구성되므로, 냉매(12)가 유동되는 관로 내의 압력진동이 최소화되고, 이를 통해 증폭매질(M)이 안정적으로 출력성능을 유지할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
1000. 레이저 증폭매질 냉각장치
1. 냉각모듈
11. 냉각챔버
111. 유로
111A. 제1 유로
111B. 제2 유로
111C. 제3 유로
112. 챔버 하우징
112A. 제1 챔버홀
113. 챔버커버
113A. 제2 챔버홀
12. 냉매
13. 제1 윈도우
14. 제2 윈도우
15. 제1 기밀링
16. 제2 기밀링
2. 방열모듈
21. 순환 블록 조립체
211. 제1 블록
211A. 블록바디
211A1. 수용홀
211A2. 배선홀
211A3. 제1 버퍼채널
211A4. 제2 버퍼채널
211A5. 복수의 제1 관통홀
211B. 펌프유닛
211C. 전자석 권선
212. 제2 블록
212A. 제1 연통홀
212A1. 제1 연통부
212A2. 제1 방향 전환부
212B. 제2 연통홀
212B1. 제2 연통부
212B2. 제2 방향 전환부
212C. 복수의 제2 관통홀
212D. 제1 유출 방지홈
213. 제3 블록
213A. 제3 버퍼채널
213A1. 제1 채널부
213A2. 제2 채널부
213A3. 제3 채널부
213B. 배출홀
213C. 유입홀
213D. 복수의 제3 관통홀
213E. 제2 유출 방지홈
22. 방열블록
221. 플레이트부
222. 복수의 방열핀부
223. 복수의 체결홀
23. 복수의 체결부재
M. 증폭매질
1. 냉각모듈
11. 냉각챔버
111. 유로
111A. 제1 유로
111B. 제2 유로
111C. 제3 유로
112. 챔버 하우징
112A. 제1 챔버홀
113. 챔버커버
113A. 제2 챔버홀
12. 냉매
13. 제1 윈도우
14. 제2 윈도우
15. 제1 기밀링
16. 제2 기밀링
2. 방열모듈
21. 순환 블록 조립체
211. 제1 블록
211A. 블록바디
211A1. 수용홀
211A2. 배선홀
211A3. 제1 버퍼채널
211A4. 제2 버퍼채널
211A5. 복수의 제1 관통홀
211B. 펌프유닛
211C. 전자석 권선
212. 제2 블록
212A. 제1 연통홀
212A1. 제1 연통부
212A2. 제1 방향 전환부
212B. 제2 연통홀
212B1. 제2 연통부
212B2. 제2 방향 전환부
212C. 복수의 제2 관통홀
212D. 제1 유출 방지홈
213. 제3 블록
213A. 제3 버퍼채널
213A1. 제1 채널부
213A2. 제2 채널부
213A3. 제3 채널부
213B. 배출홀
213C. 유입홀
213D. 복수의 제3 관통홀
213E. 제2 유출 방지홈
22. 방열블록
221. 플레이트부
222. 복수의 방열핀부
223. 복수의 체결홀
23. 복수의 체결부재
M. 증폭매질
Claims (14)
- 레이저를 증폭시키는 증폭매질을 냉각시키도록 구성되는 냉각모듈을 포함하고,
상기 냉각모듈은,
내부에 상기 증폭매질이 수용되는 유로가 형성되는 냉각챔버; 및
상기 유로를 따라 유동되면서 상기 증폭매질을 냉각시키는 냉매를 포함하고,
상기 냉매는 상온에서 액체 상태를 유지하는 금속성 유체인, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제1항에 있어서,
상기 냉매는,
갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 비스무트(Bi), 주석(Sn) 및 인듐(In) 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제1항에 있어서,
상기 유로는 상기 냉매가 상기 증폭매질을 중심으로 나선방향으로 유동되도록 구성되는, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제3항에 있어서,
상기 유로는,
내부에 상기 증폭매질이 수용되고, 내부로 유입된 상기 냉매가 상기 증폭매질의 둘레를 따라 나선방향으로 유동되도록 원통형 구조로 형성되는 제1 유로;
상기 제1 유로의 일부분과 연통(連通)되어 상기 제1 유로의 중심축에 교차되도록 배치되고, 상기 냉매를 상기 제1 유로로 유입시키는 제2 유로; 및
상기 제1 유로의 다른 일부분과 연통되어 상기 제1 유로의 중심축에 교차되도록 배치되고, 상기 냉매를 상기 제1 유로로부터 배출시키는 제3 유로를 포함하는, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제4항에 있어서,
상기 냉각챔버는,
내부에 상기 유로가 형성되고, 축방향을 따라 일측은 개구되고 타측에는 상기 제1 유로와 연통되는 제1 챔버홀이 형성되는 챔버 하우징; 및
상기 챔버 하우징의 개구된 일측에 결합되고, 내부에 상기 제1 유로와 연통되는 제2 챔버홀이 형성되는 챔버커버를 포함하는, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제1항에 있어서,
상기 냉각모듈에 결합되어 상기 냉매를 순환시키면서, 상기 냉매를 냉각시키도록 구성되는 방열모듈을 더 포함하는, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제6항에 있어서,
상기 방열모듈은,
상기 냉각모듈에 결합되어 상기 냉각모듈과 연통되고, 자기력의 공간적 변화를 이용하여 상기 냉매를 순환시켜 상기 냉각모듈에 상기 냉매를 유입 및 배출시키도록 구성되는 순환 블록 조립체; 및
상기 순환 블록 조립체에 접하고, 상기 순환 블록 조립체를 유동 중인 상기 냉매와 열교환하여 상기 냉매의 열을 외부로 방출하도록 구성되는 방열블록을 포함하는, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제7항에 있어서,
상기 순환 블록 조립체는,
내부에 수용된 상기 냉매를 자기력을 이용하여 유동시키도록 구성되는 제1 블록을 포함하여 구성되되,
상기 제1 블록은,
상기 냉각챔버와 연통되어 내부에 상기 냉매가 흐르도록 구성되는 블록바디; 및
자기력의 공간적 변화에 의하여 상기 블록바디에 수용된 상기 냉매를 유동시키도록 구성되는 펌프유닛을 포함하는, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제8항에 있어서,
상기 펌프유닛은, 상기 블록바디의 중앙에 배치되고, 자기력의 회전에 의하여 상기 블록바디에 수용된 상기 냉매를 유동시키도록 구성되는, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제9항에 있어서,
상기 유로는,
내부에 상기 증폭매질이 수용되고, 내부로 유입된 상기 냉매가 상기 증폭매질의 둘레를 따라 나선방향으로 유동되도록 원통형 구조로 형성되는 제1 유로;
상기 제1 유로의 일부분과 연통(連通)되어 상기 제1 유로의 중심축에 교차되도록 배치되고, 상기 냉매를 상기 제1 유로로 유입시키는 제2 유로; 및
상기 제1 유로의 다른 일부분과 연통되어 상기 제1 유로의 중심축에 교차되도록 배치되고, 상기 냉매를 상기 제1 유로로부터 배출시키는 제3 유로를 포함하고,
상기 블록바디는,
상기 펌프유닛이 수용되는 수용홀;
상기 수용홀과 외부공간을 연통시켜 상기 펌프유닛의 배선이 이루어지는 배선홀;
상기 수용홀의 일부분을 감싸도록 상기 블록바디의 내부에 배치되며, 일부분은 상기 블록바디의 상부로 연장되어 상기 제2 유로와 연통되는 제1 버퍼채널; 및
상기 수용홀의 다른 일부분을 감싸도록 상기 블록바디의 내부에 배치되며, 일부분은 상기 블록바디의 상부로 연장되어 상기 제3 유로와 연통되는 제2 버퍼채널을 포함하는, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제10항에 있어서,
상기 순환 블록 조립체는, 상기 냉각모듈과 상기 제1 블록 사이에 배치되고, 상기 냉매의 순환이 가능하도록 상기 냉각모듈과 상기 제1 블록을 연통시키는 제2 블록을 더 포함하고,
상기 제2 블록은,
상기 제1 버퍼채널과 상기 제2 유로를 연통시키는 제1 연통홀; 및
상기 제2 버퍼채널과 상기 제3 유로를 연통시키는 제2 연통홀을 포함하는, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제11항에 있어서,
상기 제1 연통홀은,
상기 제1 버퍼채널의 일부분에 연통되고, 상기 제1 버퍼채널의 일부분과 동축(coaxial) 상태로 배치되는 제1 연통부; 및
상기 제1 연통부와 상기 제2 유로를 연통시키고, 상기 제1 연통부에서 상기 제2 유로로 유동되는 상기 냉매의 유동방향을 전환하여 상기 냉매의 압력진동을 감쇄하는 제1 방향 전환부를 포함하고,
상기 제2 연통홀은,
상기 제2 버퍼채널의 일부분에 연통되고, 상기 제2 버퍼채널의 일부분과 동축 상태로 배치되는 제2 연통부; 및
상기 제2 연통부와 상기 제3 유로를 연통시키고, 상기 제3 유로에서 상기 제2 연통부로 유동되는 상기 냉매의 유동방향을 전환하여 상기 냉매의 압력진동을 감쇄하는 제2 방향 전환부를 포함하는, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제10항에 있어서,
상기 순환 블록 조립체는, 상기 제1 블록과 상기 방열블록 사이에 배치되어 상기 제1 블록과 연통되고, 상기 제1 블록에서 유입된 상기 냉매가 상기 방열블록의 외면을 따라 유동된 후 상기 제1 블록으로 유입되도록 상기 냉매를 가이드하는 제3 블록을 포함하고,
상기 제3 블록은,
상기 방열블록에 접하는 상기 제3 블록의 일면에 형성되고, 상기 제2 버퍼채널을 통해 유입된 상기 냉매가 복수로 분기되어 상기 방열블록의 외면을 따라 유동되도록 상기 냉매의 흐름을 가이드하는 제3 버퍼채널;
상기 제3 버퍼채널과 상기 제1 버퍼채널의 다른 일부분을 연통시켜 상기 제3 버퍼채널에서 유동된 상기 냉매를 상기 제1 버퍼채널로 배출시키는 배출홀; 및
상기 제3 버퍼채널과 상기 제2 버퍼채널의 다른 일부분을 연통시켜 상기 제2 버퍼채널에서 배출된 상기 냉매를 상기 제3 버퍼채널로 유입시키는 유입홀을 포함하는, 레이저 증폭매질 냉각장치. - 제13항에 있어서,
상기 제3 버퍼채널은,
상기 유입홀을 통해 유입된 상기 냉매가 상기 방열블록의 외면을 따라 확산되면서 복수로 분기되어 유동되는 제1 채널부;
상기 제1 채널부를 통과한 상기 냉매가 상기 방열블록의 외면을 따라 복수로 분기되어 유동된 후 통합되면서 상기 배출홀로 배출되는 제2 채널부; 및
상기 제1 채널부와 상기 제2 채널부를 연결하고, 상기 제1 채널부에서 분기되어 유동되던 상기 냉매가 통합되어 상기 제2 채널부로 유입되는 제3 채널부를 포함하는, 레이저 증폭매질 냉각장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020220131303A KR20240051528A (ko) | 2022-10-13 | 2022-10-13 | 레이저 증폭매질 냉각장치 |
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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