一种包层功率剥离器的冷却装置及其冷却方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种包层功率剥离器的冷却装置及其冷却方法，所述冷却装置包括环绕CPS设置金属导热壳体、设置于金属导热壳体内的强化传热材料和相变材料、以及与金属导热壳体连接实现热排散的外围制冷设备，金属导热壳体通过散热冷板与外围制冷设备连接。该装置利用相变材料相变吸热实现CPS工作期间废热实时提取和温度控制，规避了泵驱机构引入的振动、EMC问题以及无闭式流体回路引发的可靠性降低问题；且可通过调整强化传热材料和相变材料的使用量改变冷却能力，从而可满足不同规模的CPS应用；非接触式冷却器设计实现了CPS与激光器其他器件冷却技术的解耦，提升了系统装配和应用的灵活性。

Cooling device and cooling method of cladding power stripper

【技术实现步骤摘要】
一种包层功率剥离器的冷却装置及其冷却方法
本专利技术属于光纤激光器热管理
，具体地说涉及一种包层功率剥离器的冷却装置及其冷却方法。
技术介绍
包层功率剥离器(Claddingpowerstripper，CPS)属于光纤激光器的重要器件，主要的作用原理为在光纤接口处剥除涂覆层以及缓冲层，对光纤的包层进行一定结构上或者材料上的处理，从而使得由于耦合误差或者光束质量问题而进入包层的光及时快速被导出，防止能量在此迅速累积从而烧坏光纤的包层涂覆层。激光器工作过程中，包层功率剥离器(Claddingpowerstripper，CPS)中进入包层的部分光及被导出转变成废热，该部分废热要求实时快速排散，以保证CPS的温度始终处于规定范围内，器件可正常工作。为提高CPS散热能力，通常在CPS结构外增加水冷装置来增加散热性能，如此被剥离出的能量能够迅速被水流带走，可以有效防止因为金属接头散热效率不够而导致的接头发热并最终过热损坏。基于水冷的CPS冷却技术，目前较多采用压缩机蒸发循环复合液体冷却技术以同时满足CPS的温度控制和热排散要求。通过液体冷却实现CPS短时大功率废热的实时提取，通过压缩机蒸发循环实现废热排散。该技术需配备外围泵驱循环系统和压缩机系统，体积大；实时制冷量依赖于压缩机系统冷量，不适用于瞬时大功率放热设备；高温环境下压缩机能耗比降低，功耗增加，不适用于能耗限制严格的应用条件。伴随光纤激光器功率和性能的提升，越来越多的机动平台，包括飞机、轮船等对此类大功率设备提出了配装需求。在这些独立性强、使用灵活度高、应用环境苛刻的运行平台，设备体积、重量、热接口受到十分严格的限制，基于液冷循环的CPS冷却方式受到了应用限制。因此，现有技术有待于进一步改进和发展。
技术实现思路
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种包层功率剥离器的冷却装置及其冷却方法，。本专利技术提供如下技术方案：一种包层功率剥离器的冷却装置，其中，包括环绕包层功率剥离器设置金属导热壳体、设置于金属导热壳体内的强化传热材料和相变材料、以及与金属导热壳体连接实现热排散的外围制冷设备，所述金属导热壳体通过散热冷板与外围制冷设备连接。所述的包层功率剥离器的冷却装置，其中，金属导热壳体上形成用于包层功率剥离器穿过的中空通道，包层功率剥离器悬空穿过中空通道。所述的包层功率剥离器的冷却装置，其中，所述中空通道为圆柱形孔道，所述圆柱形孔道孔径大于或等于10cm。所述的包层功率剥离器的冷却装置，其中，所述中空通道内壁发黑处理或设置黑色涂层，所述的包层功率剥离器的冷却装置，其中，所述中空通道内壁喷砂或加工螺纹。所述的包层功率剥离器的冷却装置，其中，所述金属导热壳体导热系数为80W/m﹒K～500W/m﹒K。所述的包层功率剥离器的冷却装置，其中，所述金属导热壳体与强化传热材料之间通过热界面材料实现连接，所述热界面材料导热系数大于等于1w/m﹒K。所述的包层功率剥离器的冷却装置，其中，所述强化传热材料沿热传递方向的导热系数为30w/m﹒K～300W/m﹒K。所述的包层功率剥离器的冷却装置，其中，所述相变材料进行固-液相变，相变潜热大于或等于100kJ/kg。一种包层功率剥离器冷却装置的冷却方法，其中，包括以下步骤：首次启动前，启动外围制冷设备，通过散热冷板给金属导热壳体内的相变材料降温，相变材料由液相降温凝固为固相；工作阶段，停止外围制冷设备，包层功率剥离器加载，产生的废热以杂散光形式传递至金属导热壳体，废热通过固壁热传导至相变材料，相变材料吸热由固相变为液相；工作间歇期，开启外围制冷设备，通过散热冷板和外围制冷设备将金属导热壳体的相变材料降温，相变材料由液相凝固为固相，废热通过外围制冷设备排散出去。有益效果：本专利技术包层功率剥离器的冷却装置利用相变材料相变吸热实现包层功率剥离器工作期间废热的实时提取和温度控制，无泵驱流体回路，体积小、布局灵活；避免了现有基于泵驱机构实现的冷却技术所存在的振动、EMC问题；也相应解决了无闭式流体回路引发的安全性可靠性降低问题。本专利技术冷却装置的强化传热设计实现了工作过程中包层功率剥离器界面温度控制，保证了器件工作安全性。本专利技术冷却装置可通过调整装置中强化传热材料和相变材料的使用量来改变冷却能力，从而使冷却装置能够满足不同规模的包层功率剥离器应用。本专利技术冷却装置为独立封装结构且采用非接触式设计，实现了包层功率剥离器与激光器其他器件冷却技术的解耦，从而提升了系统装配和应用的灵活性。附图说明图1是本专利技术具体实施例中包层功率剥离器的冷却装置的结构示意图。图2是本专利技术另一具体实施例中包层功率剥离器的冷却装置的结构示意图。具体实施方式为了使本领域的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合本专利技术的附图，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本专利技术创造。如图1所示的一种包层功率剥离器的冷却装置，其中，包括环绕包层功率剥离器设置金属导热壳体1、设置于金属导热壳体1内的强化传热材料4和相变材料3、以及与金属导热壳体1连接实现热排散的外围制冷设备8，所述金属导热壳体通过散热冷板9与外围制冷设备8连接。本专利技术另一较佳实施例中，如图2所示，金属导热壳体通过热排散回路7与外围制冷设备8连接。具体的，所述金属导热壳体上形成用于包层功率剥离器穿过的中空通道，如图1和图2中所示的中空柱形圆孔6，包层功率剥离器悬空穿过中空通道。优选实施例中，所述中空通道为圆柱形孔道，所述圆柱形孔道孔径大于或等于10cm。较佳的是，所述中空通道内壁发黑处理或设置黑色涂层，圆柱形孔道设计和通道内壁发黑处理均能起到增加杂散光吸收率的效果。进一步的，本专利技术所述的金属导热壳体的中空柱形圆孔表面粗糙化处理，从而能进一步增加杂散光吸收率，具体为在中空通道内壁喷砂或加工螺纹。所述强化传热材料封装在金属导热壳体内部，通过强化传热材料提高总传热系数。进一步的，所述强化传热材料内填充相变材料，通过相变材料固-液相变吸收CPS的工作废热。所述金属导热壳体为密封结构，CPS工作过程中由于光-光转化产生的废热通过金属导热壳体传导至内部。具体的，所述金属导热壳体密封结构采用密封圈密封或焊接密封，优选的，所述金属导热壳体导热系数为80W/m﹒K～500W/m﹒K。优选的，所述金属导热壳体与强化传热材料之间通过热界面材料实现连接，进一步的，所述热界面材料导热系数大于等于1w/m﹒K，所述强化传热材料沿热传递方向的导热系数为30w/m﹒K～300W/m﹒K。所述相变材料进行固-液相变，其相变潜热大于或等于100kJ/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种包层功率剥离器的冷却装置，其特征在于，包括环绕包层功率剥离器设置金属导热壳体、设置于金属导热壳体内的强化传热材料和相变材料、以及与金属导热壳体连接实现热排散的外围制冷设备，所述金属导热壳体通过散热冷板与外围制冷设备连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种包层功率剥离器的冷却装置，其特征在于，包括环绕包层功率剥离器设置金属导热壳体、设置于金属导热壳体内的强化传热材料和相变材料、以及与金属导热壳体连接实现热排散的外围制冷设备，所述金属导热壳体通过散热冷板与外围制冷设备连接。


2.根据权利要求1所述的包层功率剥离器的冷却装置，其特征在于，金属导热壳体上形成用于包层功率剥离器穿过的中空通道，包层功率剥离器悬空穿过中空通道。


3.根据权利要求2所述的包层功率剥离器的冷却装置，其特征在于，所述中空通道为圆柱形孔道，所述圆柱形孔道孔径大于或等于10cm。


4.根据权利要求2所述的包层功率剥离器的冷却装置，其特征在于，所述中空通道内壁发黑处理或设置黑色涂层。


5.根据权利要求2所述的包层功率剥离器的冷却装置，其特征在于，所述中空通道内壁喷砂或加工螺纹。


6.根据权利要求1所述的包层功率剥离器的冷却装置，其特征在于，所述金属导热壳体导热系数为80W/m﹒K～500W/m﹒K。


7.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳丽卿，刘军，张浩，赵磊，蒋琳，王姣，张绍武，肖壹天，蔡光明，杨先衡，王永振，李春领，谢秀芳，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院应用电子学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51