用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统及方法，该系统包括冷却液循环单元、压缩制冷单元以及连接前述两者的水冷蒸发换热器；冷却液循环单元与激光器连通；该系统还设有与激光器连接的反馈调节单元，反馈调节单元同时与冷却液循环单元、压缩制冷单元连接，以调控冷却系统的制冷功率；冷却液回液通路上设有与反馈调节单元连接的加热组件，用于补偿温度，实现了高精度控温，进而实现了整个系统的稳态热平衡。本发明专利技术可根据激光器调试时出光功率的变化实时进行制冷功率的精准调节，实现了激光器调试状态下的灵活散热；具有即开即用，长时间运行的优点，节省了激光器的调试时间和能耗，提高了工艺效率，具有较好的市场应用前景。的市场应用前景。的市场应用前景。

【技术实现步骤摘要】
用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统及方法


[0001]本专利技术涉及激光调试冷却
，尤其涉及一种用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统及方法。

技术介绍

[0002]激光因其亮度极高、相干性强、方向性好以及可高度集中等特点在各领域广泛应用，如加工、医疗和科学研究领域。激光器在应用时会产生大量的热量，因此配置有制冷系统，使其在实现高精度高功率应用的同时处于恒温状态，以保证激光器的正常工作。但是，激光器在应用或生产中必须经过调试阶段，以测试激光器的输出功率、性能以及正常应用的条件等，实现激光器在工作中正常安全的使用。在激光器、尤其是高功率激光器的调试过程中，激光的输出数量和输出功率不断变化，其发热功率也随之改变，这就要求制冷系统具有高精度控温和冷却散热的作用。
[0003]专利技术专利（公布号为CN113555758A）公开了一种用于激光冷却的可蓄冷液冷系统，通过间接冷却水蓄冷系统实现对激光器组的冷却，避免激光器与制冷系统同时运行，能有效缓解激光器电源压力，降低激光器电源负担；但是该方式需要压缩机先工作一段时间将蓄冷水箱中的水的温度蓄到目标温度才能实现对激光器组的冷却，不能即开即用，无法适应高功率激光器组调试时输出功率不断变化的工作环境，且其蓄冷需要的时间长，在出光一段时间之后蓄冷水箱的冷量消耗完之后需要重新进行蓄冷，不能适应激光调试时长时间的持续运行。
[0004]专利技术专利（公布号为CN114122873A）公开了一种强制风冷式激光器冷却系统，采用风冷的方式对激光器的废热进行排出，通过压缩制冷的方式对进风进行冷却，增大进风温度和激光器热沉温度的温差实现激光器冷却散热；虽然该方法受环境限制小，具有较好的换热能力和适应力，但是强制风冷的传热系数一般为100W/(m2·
K)以下，由于采用风冷的方式散热功率受风冷传热系数的限制所以十分有限，不满足高功率激光器调试时的散热功率需求。
[0005]由现有技术可知，大部分技术仅能针对激光器在稳定的输出功率时进行散热和冷却，没有专门针对激光器、尤其是高功率激光器调试的工作条件（激光器频繁转换出光数量或功率）的冷却系统；现有的高功率激光器调试工作中的冷却一般先采用压缩机将水箱温度降低到一定值，然后再用泵进行供液冷却，此方法难以对系统温度进行精准调节，难以满足高功率激光器不断变换的散热功率，难以保证激光器调试的工作效率。
[0006]有鉴于此，有必要设计一种改进的用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统及方法，以解决上述问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于提供一种用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统及方法，在冷却液循环单元、压缩制冷单元以及激光器之间设置反馈调节单元，可根据激光器调试
时不同的出光功率实时进行制冷功率的精准调节，实现激光器调试状态下的灵活散热；通过监测冷却液回液温度，使得冷却液回液温度与目标值的温差不超过
±
0.5℃，对整个系统进行高精度控温，实现热平衡；该控温直冷式冷却系统可达到即开即用，长时间运行，节省激光器调试时间的效果。
[0008]为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统，包括冷却液循环单元、压缩制冷单元以及连接前述两者的水冷蒸发换热器；所述冷却液循环单元与激光器连通，形成冷却液循环回路；该系统还设有与所述激光器连接的反馈调节单元，所述反馈调节单元与所述冷却液循环单元、压缩制冷单元连接，以调控冷却系统的制冷功率；所述冷却液循环单元包括相互连接的加热组件与回液温度传感器，所述激光器、加热组件、回液温度传感器以及水冷蒸发换热器冷却液循环回路侧的入口依次连通，形成所述冷却液循环回路的回液通路；所述回液温度传感器与所述加热组件均与所述反馈调节单元连接，实现所述冷却系统的高精度控温。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述冷却液循环单元还包括分水器、变频泵，所述水冷蒸发换热器冷却液循环回路侧的出口、变频泵、分水器以及所述激光器依次连通，形成所述冷却液循环回路的供液通路。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述反馈调节单元与所述冷却液循环单元的变频泵连接，实现所述激光器冷却液供液总量的调节。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述分水器与所述激光器之间连接有两个及以上的供液支路，每个所述供液支路上均设有控制组件，所述控制组件设有依次连接的支路阀、流量传感器以及供液温度传感器；所述控制组件与所述反馈调节单元连接，所述控制组件根据所述反馈调节单元的指令调控各所述供液支路的通断和供液流量。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述压缩制冷单元包括至少一个压缩制冷通路，所述压缩制冷通路包括依次连接的电动阀、气液分离器、压缩机、冷凝散热器、冷凝压力传感器、储液器、膨胀阀以及蒸发压力传感器；所述电动阀与所述水冷蒸发换热器压缩制冷通路侧的出口连接，所述蒸发压力传感器与所述水冷蒸发换热器压缩制冷通路侧的入口连接。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述反馈调节单元与所述压缩制冷单元的压缩机连接，实现所述压缩机制冷功率的调节。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述加热组件与所述激光器之间设有两个及以上的回液支路，所述回液支路通过集水器与所述加热组件连通，由所述集水器实现冷却液的汇总。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述分水器与所述集水器之间设有压差旁通阀，所述压差旁通阀连接所述反馈调节单元，实现所述激光器冷却液供液总量的调节。
[0016]本专利技术还提供了一种用于高功率激光调试的控温直冷式冷却方法，采用上述中任一项所述的用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统进行激光器的冷却：在所述激光器调试时，冷却液循环单元、压缩制冷单元以及反馈调节单元同时进行工作，为所述激光器提供高精度的制冷功率；所述激光器调试出光时，所述反馈调节单元根据所述激光器的出光功率，调节所述冷却液循环单元与压缩制冷单元对应的器件，实现冷却液供液量和制冷功率的调节；所述冷却液循环单元的回液温度传感器对与所述激光器换热后的冷却液回液温度进行检测，
并反馈至所述反馈调节单元，由其进行高精度控温调节，使所述冷却液回液温度与目标值的温差不超过
±
0.5℃。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述高精度控温调节为：若所述冷却液回液温度低于目标值，由所述反馈调节单元调控加热组件进行加热；若所述冷却液回液温度高于所述目标值，由所述反馈调节单元调节所述冷却液循环单元与压缩制冷单元中对应的器件，增大所述冷却液供液量和制冷功率。
[0018]本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的一种用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统，包括冷却液循环单元、压缩制冷单元以及连接前述两者的水冷蒸发换热器；冷却液循环单元与激光器连通，形成冷却液循环回路；该系统还设有与激光器连接的反馈调节单元，反馈调节单元与冷却液循环单元、压缩制冷单元连接，以调控冷却系统的制冷功率。该控温直冷式冷却系统通过在冷却液循环单元、压缩制冷单元以及激光器之间设置反馈调节单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统，其特征在于，该控温直冷式冷却系统包括冷却液循环单元、压缩制冷单元以及连接前述两者的水冷蒸发换热器；所述冷却液循环单元与激光器连通，形成冷却液循环回路；该系统还设有与所述激光器连接的反馈调节单元，所述反馈调节单元与所述冷却液循环单元、压缩制冷单元连接，以调控冷却系统的制冷功率；所述冷却液循环单元包括相互连接的加热组件与回液温度传感器，所述激光器、加热组件、回液温度传感器以及水冷蒸发换热器冷却液循环回路侧的入口依次连通，形成所述冷却液循环回路的回液通路；所述回液温度传感器与所述加热组件均与所述反馈调节单元连接，实现所述冷却系统的高精度控温。2.根据权利要求1所述的用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统，其特征在于，所述冷却液循环单元还包括分水器、变频泵，所述水冷蒸发换热器冷却液循环回路侧的出口、变频泵、分水器以及所述激光器依次连通，形成所述冷却液循环回路的供液通路。3.根据权利要求2所述的用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统，其特征在于，所述反馈调节单元与所述冷却液循环单元的变频泵连接，实现所述激光器冷却液供液总量的调节。4.根据权利要求2所述的用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统，其特征在于，所述分水器与所述激光器之间连接有两个及以上的供液支路，每个所述供液支路上均设有控制组件，所述控制组件设有依次连接的支路阀、流量传感器以及供液温度传感器；所述控制组件与所述反馈调节单元连接，所述控制组件根据所述反馈调节单元的指令调控各所述供液支路的通断和供液流量。5.根据权利要求1所述的用于高功率激光调试的控温直冷式冷却系统，其特征在于，所述压缩制冷单元包括至少一个压缩制冷通路，所述压缩制冷通路包括依次连接的电动阀、气液分离器、压缩机、冷凝散热器、冷凝压力传感器、储液器、膨胀阀以及蒸发压力传感器；所述电动阀与所述水冷蒸发换热器...

【专利技术属性】
技术研发人员：李强，刘利民，武春风，姜永亮，胡黎明，韩西萌，胡金萌，胡灿，杨小强，李丹妮，
申请(专利权)人：中国航天三江集团有限公司，
类型：发明
国别省市：