基于蓄冷模式的高能激光热管理系统技术方案

本实用新型专利技术公开了基于蓄冷模式的高能激光热管理系统，该系统包括低温制冷回路系统、内循环载冷回路系统、外循环冷却回路系统和控制系统；控制系统分别与低温制冷回路系统、内循环载冷回路系统和外循环冷却回路系统电性连接；低温制冷回路系统通过板式换热器与内循环载冷回路系统换热，实现热交换和冷量的传递；内循环载冷回路系统和外循环循环冷却回路共用一个开式水箱，实现低温载冷剂和吸收废热后的高温载冷剂相混合，达到吸收废热目的。本实用新型专利技术采用基于低温载冷剂蓄冷后吸收激光废热的方式，能够大幅度降低热管理系统的体积、重量和运行功耗，特别适用于短时工作、长时间待机运行的车载、机载等移动平台上所布设的高能激光系统。高能激光系统。高能激光系统。

【技术实现步骤摘要】
基于蓄冷模式的高能激光热管理系统


[0001]本技术涉及激光技术和热管理
，尤其涉及基于蓄冷模式的高能激光热管理系统。

技术介绍

[0002]近年来，随着固体激光器在功率输出、光束质量等方面取得长足进步，高能固体激光器已逐步从实验室装置走向实际装备应用。然而，激光器在功率水平提升的同时，由于其能量转换效率普遍较低，庞大的热管理系统将限制高能激光系统在车载等移动平台的搭载应用。针对高能激光系统短时工作、长时间待机运行的工作特点，采用蓄冷模式的热管理技术路线替代传统的实时散发方式，能够有效减少系统的尺寸与重量、降低能耗，从而扩大应用范围，对高能激光技术的应用及发展具有重要意义。当前蓄冷型热管理系统鲜见报道，已有样机系统大多通过水箱内部设置盘管和加热器的换热方式进行热交换，其换热效率较低，不满足系统装备快速展开的时长要求；主流的电动三通阀合流温控方式，其控制系统在调节三通阀开度时，由于三通阀自身的非线性调节结构特性，不可避免地存在压力和流量的大幅度波动问题，而流量的波动必将影响激光系统内部换热，进而影响系统整体性能。

技术实现思路

[0003]本技术的目的就在于为了解决上述问题而提供基于蓄冷模式的高能激光热管理系统，本技术的低温制冷回路系统通过板式换热器与内循环载冷回路系统换热，实现热交换和冷量的传递；内循环载冷回路系统和外循环循环冷却回路共用一个开式水箱，实现低温载冷剂和吸收废热后的高温载冷剂相混合，达到吸收废热目的。
[0004]本技术通过以下技术方案来实现上述目的：
[0005]基于蓄冷模式的高能激光热管理系统，包括低温制冷回路系统、内循环载冷回路系统、外循环冷却回路系统和控制系统；控制系统分别与低温制冷回路系统、内循环载冷回路系统和外循环冷却回路系统电性连接；低温制冷回路系统通过板式换热器与内循环载冷回路系统换热；所述内循环载冷回路系统和外循环循环冷却回路系统之间共用一个开式水箱。
[0006]进一步方案为，所述外循环冷却回路系统包括：顺序连接的第一电动两通阀、闭式缓冲水箱、外循环泵、过滤器、第一温度传感器、压力变送器、高能激光热负载、第二温度传感器、流量计、开式水箱。
[0007]进一步方案为，所述外循环冷却回路系统还包括第二电动两通阀，所述第二电动两通阀入口与流量计出口以及开式水箱的第一回水口连接，所述第二电动两通阀出口与第一电动两通阀的出口以及闭式缓冲水箱的入口连接，所述闭式缓冲水箱内置安装有加热器。
[0008]进一步方案为，所述外循环冷却回路系统还包括旁通调节阀，所述旁通调节阀一端与流量计入口以及高能激光热负载的出口连接，所述旁通调节阀的另一端与过滤器出口
以及第一温度传感器入口连接。
[0009]进一步方案为，所述内循环载冷回路系统包括顺序连接的内循环泵、板式换热器、流量开关和开式水箱；所述板式换热器第一入口与内循环泵出口连接，板式换热器第一出口与流量开关入口连接；
[0010]所述低温制冷回路系统包括低温制冷系统，所述板式换热器的第二入口与低温制冷系统出口连接，板式换热器的第二出口与低温制冷系统入口连接。
[0011]其中，所述开式水箱的第一出水口与外循环冷却回路系统的第一电动两通阀的入口连接开式水箱的第一回水口与外循环冷却回路系统的第二电动两通阀的入口以及流量计出口连接；所述开式水箱的第二出水口与内循环载冷回路系统的内循环泵入口相连，开式水箱的第二回水口与内循环载冷回路系统的流量开关出口连接，所述开式水箱内部安装有第三温度传感器。
[0012]本申请另一方面还提供了上述基于蓄冷模式的高能激光热管理系统的控制方法，包括以下步骤：
[0013]步骤(1)、控制系统顺序开启内循环泵和外循环泵，当内循环泵和外循环泵开启后始终保持运行状态；
[0014]步骤(2)、在完成步骤(1)后，控制系统根据开式水箱内第三温度传感器实时测得的蓄冷温度数值，判断是否需要开启低温制冷回路系统：若蓄冷温度高于设定温度范围上限，则开启低温制冷回路系统，直至蓄冷温度低于设定温度范围下限后关闭启低温制冷回路系统；若蓄冷温度低于设定温度范围上限，则保持低温制冷回路系统为关闭状态；
[0015]步骤(3)、在完成步骤(1)后，控制系统根据第一温度传感器测得的冷却液温度数值，判断是否需要开启闭式缓冲水箱内部的加热器：若冷却液低于设定温度范围下限，则开启加热器，直至冷却液温度高于设定温度范围上限后关闭加热器；若冷却液温度高于设定温度范围上限，则保持加热器为关闭状态；
[0016]步骤(4)、控制系统根据第一温度传感器测得的冷却液温度数值，实时调节第一电动阀和第二电动阀的开度，直至第一温度传感器测得的冷却液温度数值在设定范围内。
[0017]所述的控制系统采用PID控制方式对外循环冷却回路系统中第一电动两通阀和第二两通阀的开度大小进行调节。
[0018]所述的控制系统根据第二温度传感器测得的冷却液温度数值，实时判断高能激光热负载是否加载，从而更快速的提高PID控制方式的响应速度。
[0019]所述的控制系统对外循环冷却回路系统中第一电动两通阀和第二两通阀的开度大小在0～100％之间取反控制，即保持两者开度之和为100％。
[0020]本技术的有益效果在于：
[0021]本技术采用基于蓄冷模式的高能激光热管理系统，与传统的实时散热方式相比，具有小型、轻量化和低能耗的突出优势，对于促进高能激光装备在车载等移动平台上的搭载应用有重要意义。通过设计的内循环载冷回路系统：一方面与低温制冷系统通过板式换热器进行热交换，具有更高的系统紧凑性和热交换效率，有利于缩短蓄冷时长，提高激光系统快速展开的响应能力；另一方面与外循环制冷回路系统共用一个开式水箱，可以快速吸收高能激光工作过程中所产生的废热。此外，PID实时调节两个型号、规格完全一致的电动两通阀开度的方式，能够保证合流后冷却液流量的稳定性和高精度的温度控制；通过外
循环泵进水口前端设置闭式缓冲水箱的方式，可进一步提高冷却液的温控精度。本申请针对不同规模的高能激光，其热管理系统可根据热负载大小实现等比例缩放，具有良好的继承性和扩展性。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本技术结构示意图。
[0024]图2为本技术控制流程图。
[0025]附图标记说明：1低温制冷回路系统，2内循环载冷回路系统，3外循环冷却回路系统，4第一电动两通阀，5闭式缓冲水箱，6加热器，7外循环泵，8过滤器，9第一温度传感器，10压力变送器，11高能激光热负载，12第二温度传感器，13旁通调节阀，14流量计，15第二电动两通阀，16开式水箱，17第三温度传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于蓄冷模式的高能激光热管理系统，其特征在于，包括低温制冷回路系统、内循环载冷回路系统、外循环冷却回路系统和控制系统；控制系统分别与低温制冷回路系统、内循环载冷回路系统和外循环冷却回路系统电性连接；低温制冷回路系统通过板式换热器与内循环载冷回路系统换热；内循环载冷回路系统和外循环循环冷却回路系统之间共用一个开式水箱。2.如权利要求1所述的基于蓄冷模式的高能激光热管理系统，其特征在于，所述外循环冷却回路系统包括：顺序连接的第一电动两通阀、闭式缓冲水箱、外循环泵、过滤器、第一温度传感器、压力变送器、高能激光热负载、第二温度传感器、流量计、开式水箱。3.如权利要求2所述的基于蓄冷模式的高能激光热管理系统，其特征在于，所述外循环冷却回路系统还包括第二电动两通阀，所述第二电动两通阀入口与流量计出口以及开式水箱的第一回水口连接，所述第二电动两通阀出口与第一电动两通阀的出口以及闭式缓冲水箱的入口连接，所述闭式缓冲水箱内置安装有加热器。4.如权利要求2所述的基于蓄冷模式的高能激光热管理系统，其特征在于，所述外循环...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，刘晨星，杨锐，云宇，侯奕，吴春霞，王楚，刘波，
申请(专利权)人：中国久远高新技术装备有限公司，
类型：新型
国别省市：