[发明专利]基于两相流体的光纤激光器热控装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于两相流体的光纤激光器热控装置及方法，包括一次侧温控系统以及通过板式换热器与一次侧温控系统进行热量交换的二次侧泵驱两相系统。其中一次侧温控系统含有泵驱和压缩机制冷两种制冷模式，可根据环境条件进行制冷模式的切换，实现进液温度精确控制；同时，二次侧泵驱两相系统中，在流阻匹配采取恒压法控制的基础上通过阻力件和集热器的匹配设计以及多支路并联设计，可在满足散热需求的同时避免各支路因功耗变化造成温度失控现象，保证各激光器的散热效果。本发明的一次侧温控系统和二次侧泵驱两相系统之间彼此独立而又相互关联，结构简单、操作方便且能实现高效散热，保证激光器的稳定运行。

技术领域

本发明涉及高性能散热技术领域，尤其涉及一种基于两相流体的光纤激光器热控装置及方法。

背景技术

激光器关键器件的电光转化效率、器件稳定性与器件功率等性能相互关联，光纤激光系统中的热效应已经逐步成为激光功率提升的主要障碍，同时散热也是影响电光转换效率和器件稳定性的关键因素，对产品进行合理、高效、可靠的散热设计是提升产品性能的必备条件。随着激光器的发展，功耗和功率密度均急剧攀升，传统的风冷和常规液冷的方式已无法满足散热的需要，相变换热由于其优异的散热性能被认为是未来应对极高热流密度散热的主要解决方案。与单相换热相比，两相沸腾换热具有以下优点：（1）利用工质相变潜热输运热量，其换热系数远远高于单相对流换热；（2）由于流动沸腾换热具备更强的换热能力，在带走相同的热量时所需的工质流量更小，因此能减小泵功消耗和系统工质储存量；（3）换热主要依靠相变潜热，可以提供良好的换热壁面温度均匀性，使其保持在工质饱和温度附近。然而，现有的基于两相沸腾换热的散热系统制冷方式单一，无法高效、低能耗地实现任意温度的精确控制，同时对于功率和密度较高的多台设备的散热能力有限，且当单台或多台设备功率出现波动时难以保证其散热效果。

现有技术中，公开号为CN 208590199 U的专利公开了一种基于压缩机及泵驱两相流体回路的散热系统，设置有两级散热系统，蒸发器、第一电磁阀、压缩机、冷凝器、第二电磁阀、储液器、电子膨胀阀构成第一级散热系统，蒸发器、第五电磁阀、冷凝器、第三电磁阀、循环泵以及第四电磁阀构成第二级散热系统，当环境温度较低时采用第二级散热系统，减少压缩机工作时间，利用自然冷源冷却，延长了压缩机的使用寿命，提高了散热系统整体的使用寿命；然而，该方案第一级散热系统和第二级散热系统是直接连通的，系统耦合性强，可靠性低，不能对进液温度进行有效精确控制，同时当设备功率出现波动时难以保证其散热效果。

有鉴于此，有必要设计一种基于两相流体的光纤激光器热控装置及方法，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过换热器将二次侧泵驱两相系统的热量传递到一次侧温控系统中进行热量的耗散，利用一次侧温控系统的泵驱和压缩机制冷两种制冷模式，根据环境条件进行制冷模式切换，同时结合二次侧泵驱两相系统中的回热器和预热器设置，使进液温度精确控制在22℃，并利用阻力件和集热器的匹配设计以及结合二次侧泵驱两相系统中的流量调节部分的设置，保证散热效果的基于两相流体的光纤激光器热控装置及方法。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种基于两相流体的光纤激光器热控装置，包括一次侧温控系统以及通过换热器与所述一次侧温控系统进行热量交换的二次侧泵驱两相系统，所述一次侧温控系统包括依次连接在第一主体管路上的冷凝器、第一储液罐和节流阀以及并联后与所述第一主体管路连接的压缩机制冷管路和泵驱管路，所述二次侧泵驱两相系统包括与第二主体管路连接的第二泵、第二储液罐以及阻力件和集热器匹配连接管路。

作为本发明的进一步改进，所述换热器为板式换热器；所述第二主体管路的进液管路和出液管路上设置有回热器。

作为本发明的进一步改进，所述回热器及所述阻力件和集热器匹配连接管路之间的进液管路上设置有预热器。

作为本发明的进一步改进，所述阻力件和集热器匹配连接管路设置有若干条，且并联形成多支路激光器并联管路。