一种基于微尺度换热的激光器冷却系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于微尺度换热的激光器冷却系统。冷却系统包括激光器发热部件，所述激光器发热部件处设置有散热部件，所述散热部件上设置有第一进水口和第一出水口，一管路的一侧连接所述第一进水口，另一侧连接所述第一出水口，所述管路上设置有一风冷散热器。本发明专利技术的冷却系统采用设置在激光器发热部件处的散热部件，带走发热部件处的热量，冷却液在管路内循环，然后经过风冷散热器带走热量，持续进行降温，提高冷却效果。提高冷却效果。提高冷却效果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于微尺度换热的激光器冷却系统


[0001]本专利技术涉及一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，属于激光发生器


技术介绍

[0002]激光器是能发射激光的装置，是军事、高精度加工的核心装备,也是各国重点发展的武器装备之一。激光器主要由泵浦源、激光介质和谐振腔组成。其中对于泵浦源的有效散热是激光器安全稳定运行的重要保障。当前针对激光器的主要冷却方法有如下几种：1.强制风冷，是目前最为广泛使用的散热方式,通常利用铝或铜制散热片增加对流面积,再以风扇进行强制对流气冷而达到散热的效果。散热片的设计与风扇的配合决定了这种散热方式散热效果的好坏。此种散热方式的优点是装置简单,成本低。强制气冷换热系数大致在20~100W/（m2*℃）之间。常温下,该种散热方式效率低、噪音大、功耗高、需占用较大的空间,单独应用到小尺寸的大功率器件时该方式的散热能力不足,并且该散热方式受周围环境温度的影响很大,很难为激光器提供一个稳定的工作环境。同时泵浦源处热流密度较大，需要快速将热量导出，强制风冷很难达到。
[0003]2.单项强制水冷方式，常规尺寸的液体单相强制对流冷却,是一种可靠的冷却技术,己在各种电子、光电子器件的冷却中得到了广泛的应用。采取单相强制水冷散热方式,对流换热系数大致范围是1000~15000 W/（m2*℃）,其散热热流密度理论上可以达到50W/ cm2以上,相比于微通道单相强制对流冷却方式,其所耗的泵功率较低,可实现相对较长距离的热输运。但常规的单相强制对流换热系数对于激光冷却已经不太适应，达不到控温要求。
[0004]3.喷雾冷却，喷雾冷却技术是借助高压气体或高压泵将液体通过喷嘴雾化后,喷射到发热体表面,依靠射流冲击、强对流及液滴相变等带走大量的热量从而实现发热体的冷却。近年来国内外的学者在该领域进行了很多的实验研究和理论研究,研究结果表明,用水作为冷却工质,其临界热流密度可达1000 W/ cm2喷雾冷却具有热阻低,散热效率高,不受重力影响等优点,但是由于喷雾冷却涉及到复杂的换热过程,目前的研究工作还不能满足开发和设计的应用需求。
[0005]综上所述，现有技术的缺点如下：1.随着电子设备功率增长，单相流循环冷却逐渐难以应对高热流密度工况下的热管理需求。
[0006]2．现有设备有在激光器发热量最大的部件采用浸没相变冷却的方式，但该方案直接浸没冷却实际不能达到很高的换热系数，而当激光器工作时，其瞬时功率过高，发热量过大，此时可能会出现膜态沸腾，导热换热系数严重降低。因此采用此种相变冷却方式依然不能解决高功率的激光器散热问题。
[0007]3.射流冲击冷却可提供较强的换热能力，但在实际应用场景中，喷射在壁面上的液膜厚度不均，射流喷洒的大部分工质无法在换热过程中汽化，而是保持液态。处于液态的冷却工质无法利用相变过程的潜热带走热量，换热效率较低。且与换热表面接触的工质沸
腾后，会被未能汽化的冷却液阻挡，气泡难以排开，导致换热能力下降。

技术实现思路

[0008]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，利用微通道内部换热结构，增大液体工质与泵浦源之间的换热面积，实现换热系数的提高及冷却工质的稳定循环，可保证该系统可以适用各种激光器工作模式。
[0009]本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，包括激光器发热部件，所述激光器发热部件处设置有散热部件，所述散热部件上设置有第一进水口和第一出水口，一管路的一侧连接所述第一进水口，另一侧连接所述第一出水口，所述管路上设置有一风冷散热器。
[0010]所述的一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，所述散热部件具有多个微通道或毛细网通道。
[0011]所述的一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，所述散热部件包括主体，所述主体上设置有多条平行设置的第一流道，所述第一流道一侧连接有第一进水口，另一侧连接有第一出水口。
[0012]所述的一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，所述散热部件还包括位于第一流道处的散热板，所述散热板的一侧设置有第二进水口，另一侧设置有第二出水口，所述第二进水口和第二出水口与第一流道相连。
[0013]所述的一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，所述散热板上设置有多条平行设置的第二流道。
[0014]所述的一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，所述散热板为泵浦源。
[0015]所述的一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，所述泵浦源设置有凹槽，所述凹槽内设置有凸台。
[0016]所述的一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，所述管路处还设置有泵，所述泵连接有稳压罐。
[0017]本专利技术所达到的有益效果：本专利技术的冷却系统采用设置在激光器发热部件处的散热部件，带走发热部件处的热量，冷却液在管路内循环，然后经过风冷散热器带走热量，持续进行降温，提高冷却效果。
[0018]本专利技术的冷却系统取消水冷板，冷却液直接在激光器泵浦源内置流道中进行快速散热，减去散热过程中热沉与水冷板之间的界面热阻，然后通过水循环系统及风冷散热器，将热量散发至环境中。使用换热流道与热沉一体结构，既可以采用微通道技术，通过增加换热面积及设计扰流通道来达到很高的换热系数；同时也可以使用微槽群、毛细管网格等结构通过毛细作用将冷却液输送到发热表面，在发热表面维持薄液膜覆盖，并通过流动换热带走热量；同时最为显著的是减少了常规换热方式中热沉与水冷板之间的界面热阻，增大换热过程的换热系数，强化对激光器泵浦源的散热。利用微通道内部换热结构，增大液体工质与泵浦源之间的换热面积，实现换热系数的提高及冷却工质的稳定循环，可保证该系统可以适用各种激光器工作模式。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的结构示意图。
[0020]图2是散热部件的结构示意图。
[0021]图3图2的侧视图。
[0022]图4是图3的CC向剖视图。
[0023]图5是图3的DD向剖视图。
[0024]图中：1、激光器发热部件，2、散热部件，21、第一进水口，22、第二出水口，3、管路，4、风冷散热器，41、主体，42、第一流道，5、散热板，51、第二进水口，52、第二出水口，53、第二流道， 6、泵，7、稳压罐。
具体实施方式
[0025]下面对本专利技术作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。
[0026]如图所示，本专利技术的一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，包括激光器发热部件1，所述激光器发热部件处设置有散热部件2，所述散热部件2上设置有第一进水口21和第一出水口22，一管路3的一侧连接所述第一进水口21，另一侧连接所述第一出水口22，所述管路3上设置有一风冷散热器4。
[0027]更进一步地，所述散热部件2包括主体41，所述主体41上设置有多条平行设置的第一流道42，所述第一流道42一侧连接有第一进水口21，另一侧连接有第一出水口22。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，包括激光器发热部件，其特征是，所述激光器发热部件处设置有散热部件，所述散热部件上设置有第一进水口和第一出水口，一管路的一侧连接所述第一进水口，另一侧连接所述第一出水口，所述管路上设置有一风冷散热器。2.根据权利要求1所述的一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，其特征是，所述散热部件具有多个微通道或毛细网通道。3.根据权利要求2所述的一种基于微尺度换热的激光器冷却系统，其特征是，所述散热部件包括主体，所述主体上设置有多条平行设置的第一流道，所述第一流道一侧连接有第一进水口，另一侧连接有第一出水口。4.根据权利要求3所述的一种基于微尺度换热的激光器冷却系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖博文，林涛，
申请(专利权)人：上海玖热智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：