本发明专利技术公开了一种传热装置、激光器模块、激光器阵列系统及设计方法，属于激光器技术领域，其传热装置包括均温板和冷却模块，利用均温板中容置空腔以及容置空腔内棒芯、换热基质的对应设置，使得均温板的一端可以作为吸收器件上热量的吸热端，利用换热基质的相变完成热量的吸收和传递，并在均温板的另一端完成与冷却模块之间的换热，实现器件工作过程中热量的传递和释放。本发明专利技术的传热装置，其结构简单，设置简便，能够实现相应器件的可靠传热，保证传热的效率，并为器件的模块化传热设计提供了条件，简化了相应器件的维护工序，缩短了相应器件的维护时间，保证了器件工作的可靠性和安全性，具有较好的实用价值和应用前景。具有较好的实用价值和应用前景。具有较好的实用价值和应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种传热装置、激光器模块、激光器阵列系统及设计方法
[0001]本专利技术属于激光器
，尤其涉及光纤激光器传热及光纤激光器阵列可维护性的优化领域，具体涉及一种传热装置和包含该传热装置的激光器模块、激光器阵列系统以及该激光器阵列系统的设计方法。
技术介绍
[0002]随着工业加工的需要，数千至数万瓦的光纤激光源的应用更加广泛，受到单个光纤激光器模块输出功率的限制，数千至数万瓦的光纤激光源通常需要采用光纤合束手段，需要把多个光纤激光器模块集成为阵列后，利用一个光纤合束器把各模块的输出功率合束后再输出。
[0003]目前，对于单个光纤激光器模块的热控方式，一般是采用金属冷板作为激光器器件的集成与传热装置。光纤激光器器件被集成在冷板上，并在该金属冷板中加工出制冷工质流道。制冷工质在流经冷板的同时，吸收光纤激光器器件产生的热量并升温，流出冷板后通过外部循环热控系统被冷却且回流至激光器冷板中。冷板内部流道与外部循环冷却回路是相通的。这种处理方法、设计思路，以及相关加工工艺非常成熟，能够一定程度上满足激光器器件的冷却、设置需求，但是，根据长时间的应用和研究发现，上述传统热控方式仍然存在一些缺陷，主要体现在如下几个方面：
[0004]1.由于需要针对制冷工质连接管路，且制冷工质工作时需要在传热源与换热源之间循环流动，因而在阵列中的单个模块进行维护时，需要关闭阀门、插拔管路、短接管路等，维护过程工序繁琐。
[0005]2.由于金属冷板流道与外部热控系统管路连通，在维护过程中不可避免地会发生传热工质的泄漏问题。
[0006]3.现有的热控方式需要独立管理各模块，阀门数量多，进一步增加了工质泄漏的安全隐患；若阀门关闭错误，由于管路内压强较高，在插拔管路时极易造成大量制冷工质涌出。制冷工质的减少，不仅会降低热控稳定性；而且，由于阵列中存在大量的大功率电器，且绝大部分的制冷工质都不是绝缘的，使得制冷工质的泄漏还极可能引发短路、触电等事故，带来极大的安全隐患。
[0007]4.随着激光器阵列集成度的提升，导致各激光器单元上用于设置传热装置的空间越来越小，导致传统热控形式的设置难度越来越大，并需要对金属冷板及其流道的结构进行额外的设计，且额外设计后的热控能力也不一定能够充分满足实际应用的需求。
技术实现思路
[0008]针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本专利技术提供了一种传热装置、激光器模块、激光器阵列系统及设计方法，能够实现传热装置与激光器单元的模块化设计，有效满足激光器的传热、换热需求，保证激光器使用、维护的可靠性。
[0009]为实现上述目的，本专利技术的一个方面，提供一种传热装置，用于器件热量的传导；
其包括均温板和冷却模块；
[0010]所述均温板的一端为可与器件接触的吸热端，用于吸收所述器件上的热量，其另一端为与所述冷却模块匹配的散热端，用于将吸收的热量传递到所述冷却模块上；且
[0011]所述均温板内设置有至少一个容置空腔；所述容置空腔自所述吸热端延伸至所述散热端，并在其中设置有至少一根沿空腔延伸方向延伸的棒芯；所述棒芯为多孔形式的棒状结构，且所述容置空腔中填充有换热基质；所述换热基质可在所述吸热端吸热气化并在散热端放热液化，且液化后的换热基质可吸附在所述棒芯上并传导至所述吸热端；
[0012]所述冷却模块用于与外部热控系统相连，其与所述均温板的散热端接触设置，用于吸收传递至所述散热端的热量并将其传输导出。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述棒芯为金属烧结的铝棒芯；
[0014]和/或
[0015]所述换热基质为填充设置于所述容置空腔中的氨。
[0016]作为本专利技术的进一步改进，所述吸热端水平设置，且所述散热端至所述吸热端的一端竖直向上延伸，使得所述均温板的截面形式为L型；
[0017]相应地，所述棒芯为水平段与竖直段组合而成的L型。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述冷却模块与所述均温板之间通过若干紧锁件连接，并在两者之间填充设置有界面填充材料。
[0019]作为本专利技术的进一步改进，在所述冷却模块上设置有若干解锁机构，用于克服所述界面填充材料的粘附力并实现所述冷却模块与所述均温板的分离。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，多个所述棒芯共用同一个冷却模块。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述冷却模块正对所述散热端的位置开设有微通道，并在所述微通道中设置有可流动的冷却工质。
[0022]本专利技术的另一个方面，提供一种激光器模块，其包括激光器单元和所述的传热装置；
[0023]所述激光器单元与所述均温板的吸热端连接，两者形成独立模块，且所述独立模块与所述冷却模块连接。
[0024]本专利技术的另一个方面，还提供一种激光器阵列系统，包括多个呈阵列形式布置的器件单元，其对应部分或者全部器件单元设置有所述的传热装置；
[0025]所述器件单元与所述均温板的吸热端连接，两者形成独立模块，且所述独立模块与所述冷却模块连接；且
[0026]至少一个所述器件单元为激光器单元。
[0027]本专利技术的另一个方面，还提供了一种激光器阵列系统的设计方法，用于所述的激光器阵列系统的设计，其包括如下步骤：
[0028](1)根据激光器阵列系统的性能或工作要求计算各器件单元的热力学参数；所述热力学参数包括但不限于发热功率、发热区域、热控温度、热流密度和热惯性；
[0029](2)根据集成要求确定各器件单元的设置位置，并根据对应器件单元的热力学参数确定均温板中换热基质的类型；
[0030](3)根据集成要求确定均温板与对应器件单元之间的连接关系，明确均温板的冷凝区域和蒸发区域；
[0031](4)根据集成要求和热控需求确定均温板与冷却模块的材质和结构，并在此基础上设置均温板内棒芯的设置形式，以及在均温板的容置空腔中封装换热基质；
[0032](5)根据冷却模块和均温板的连接设置紧锁件，并根据如下公式确定外部热控系统的换热温差
△
T：
[0033]△
T＝QL/kA
[0034]式中，Q为传输的热量，L为传热距离，k为热导率，A为热通量流过的面积；
[0035](6)将各器件单元分别与对应设计得到的均温板吸热端连接，形成独立模块，并将独立模块连接设置于阵列系统中；再将所述冷却模块连接设置于阵列系统中，并使得冷却模块与对应均温板的散热端连接，形成激光器阵列系统。
[0036]上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0037]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有的有益效果包括：
[0038](1)本专利技术的传热装置，其包括均温板和冷却模块，利用均温板中容置空腔以及容置空腔内棒芯、换热基质的对应设置，使得均温板的一端可以作为吸收器件上热量的吸热端，利用换热基质的相变完成热量的吸收和传递，并在均温板的另一端完成与冷却模本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种传热装置，用于器件热量的传导；其特征在于，包括均温板和冷却模块；所述均温板的一端为可与器件接触的吸热端，用于吸收所述器件上的热量，其另一端为与所述冷却模块匹配的散热端，用于将吸收的热量传递到所述冷却模块上；且所述均温板内设置有至少一个容置空腔；所述容置空腔自所述吸热端延伸至所述散热端，并在其中设置有至少一根沿空腔延伸方向延伸的棒芯；所述棒芯为多孔形式的棒状结构，且所述容置空腔中填充有换热基质；所述换热基质可在所述吸热端吸热气化并在散热端放热液化，且液化后的换热基质可吸附在所述棒芯上并传导至所述吸热端；所述冷却模块用于与外部热控系统相连，其与所述均温板的散热端接触设置，用于吸收传递至所述散热端的热量并将其传输导出。2.根据权利要求1所述的传热装置，其特征在于，所述棒芯为金属烧结的铝棒芯；和/或所述换热基质为填充设置于所述容置空腔中的氨。3.根据权利要求1或2所述的传热装置，其特征在于，所述吸热端水平设置，且所述散热端至所述吸热端的一端竖直向上延伸，使得所述均温板的截面形式为L型；相应地，所述棒芯为水平段与竖直段组合而成的L型。4.根据权利要求3所述的传热装置，其特征在于，所述冷却模块与所述均温板之间通过若干紧锁件连接，并在两者之间填充设置有界面填充材料。5.根据权利要求4所述的传热装置，其特征在于，在所述冷却模块上设置有若干解锁机构，用于克服所述界面填充材料的粘附力并实现所述冷却模块与所述均温板的分离。6.根据权利要求1或2或4或5所述的传热装置，其特征在于，多个所述棒芯共用同一个冷却模块。7.根据权利要求1或2或4或5所述的传热装置，其特征在于，所述冷却模块正对所述散热端的位置开设有微通道，并在所述微通道中设置有可流动的冷却工质。8.一种激光...
【专利技术属性】
技术研发人员：李松柏，李晔，张志强，谷亮，何钦政，董超，李青松，
申请(专利权)人：湖北华中长江光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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