專利名稱：用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，特
別適用于制冷與電子器件冷卻等領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
激光二極管泵浦固體激光器(DPL)以其高效率、高光束質(zhì)量、結(jié)構(gòu)緊湊、長壽命等 優(yōu)點(diǎn)引起人們極大興趣。近年來，隨著高功率二極管激光器的相繼研制成功，促進(jìn)了 DPL的 發(fā)展及在軍事、工業(yè)、醫(yī)療、科研等領(lǐng)域的應(yīng)用。隨著固體激光器功率增大，器件產(chǎn)生的熱負(fù) 荷越來越大，散熱密度也越來越高因此，如何及時消除因功率耗散所轉(zhuǎn)化的熱量，解決散熱 冷卻問題是研制大功率固體激光器必須攻克的關(guān)鍵技術(shù)之一。 噴霧冷卻系統(tǒng)具有換熱系數(shù)大、溫度均勻性好、過熱度小、臨界熱流密度高和低冷 卻液流量等特點(diǎn)，在高功率固體激光器冷卻中具有較好的應(yīng)用前景。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的 以水和空氣為工質(zhì)的雙流體噴霧冷卻系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)為水泵11出口端經(jīng)由第一控制閥4與 雙流體噴嘴6的液室相連；氣泵12出口端經(jīng)由第二控制閥5與雙流體噴嘴6的氣室相連； 雙流體噴嘴6安置在熱沉7換熱面上部一定高度；熱沉7底部開孔與回液管路相連。上述 系統(tǒng)主要存在以下問題(l)開式循環(huán)下受標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)影響無法滿足換熱面低 溫度需求；(2)開式循環(huán)需要不斷補(bǔ)充循環(huán)工質(zhì)；(3)需要引入兩種工質(zhì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的在于為解決上述不足，而提供一種將制冷系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)有機(jī)結(jié) 合，具有能夠滿足需求、結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴 霧化冷卻封閉系統(tǒng)。 本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下 本實(shí)用新型提供的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化封閉冷卻系統(tǒng)，其包 含壓縮機(jī)1、冷凝器2、儲液器3、雙流體噴嘴6、熱沉7、熱交換器8以及第一控制閥4和第二 控制閥5; 所述壓縮機(jī)1排氣管上一開孔經(jīng)由第二控制閥5與所述熱交換器8氣相進(jìn)口相 連；所述熱交換器8氣相出口與所述雙流體噴嘴6氣室相連；所述壓縮機(jī)l排氣管與所述冷 凝器2輸入端相連；所述冷凝器2輸出端與所述儲液器3輸入端相連；所述儲液器3輸出 端經(jīng)由第一控制閥4與雙流體噴嘴6的液室相連；所述雙流體噴嘴6的噴頭伸入所述熱沉 7之內(nèi)；所述熱沉7經(jīng)由排氣管道和排液管道與所述熱交換器8氣液兩相進(jìn)口相連；所述熱 交換器8過熱蒸汽出口與所述壓縮機(jī)1吸氣管相連。 所述儲液器3輸出端經(jīng)由第一控制閥4與所述熱交換器8液相進(jìn)口相連，所述熱 交換器8的液相出口與所述雙流體噴嘴6的液室相連。 所述熱沉7底部經(jīng)由第三控制閥9與液泵10的進(jìn)口相連，所述液泵10的出口與 所述儲液器3回液端相連。所述的液泵10為柱塞式液泵、隔膜式液泵、離心式液泵、齒輪式液泵或電磁式液泵。 所述壓縮機(jī)1可為活塞式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)或滾動轉(zhuǎn)子式壓 縮機(jī)。 所述的冷凝器2可為風(fēng)冷式冷凝器、水冷式冷凝器或蒸發(fā)冷卻式換熱器。 所述的雙流體噴嘴6可為液柱式噴嘴、蒸發(fā)管噴嘴、液膜式噴嘴、射流式噴嘴或氣
泡式噴嘴。 所述的第一控制閥4、第二控制閥5和第三控制閥9可為手動截止閥、手動調(diào)節(jié)閥、 電動截止閥或電動調(diào)節(jié)閥。 所述的熱交換器8可為板式熱交換器、殼管式熱交換器或套管式熱交換器。 本實(shí)用新型的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，其壓縮機(jī) 1排氣管上的開孔引部分高壓制冷劑氣體作為氣源，經(jīng)熱交換器8進(jìn)入雙流體噴嘴6的氣 室；其余高壓制冷劑氣體經(jīng)冷凝器2冷卻后進(jìn)入儲液器3 ;儲液器3中流出的高壓制冷劑液 體進(jìn)入雙流體噴嘴液室6 ;制冷劑氣、液經(jīng)雙流體噴嘴6節(jié)流、霧化后噴射到熱沉7的換熱 面進(jìn)行沸騰換熱；換熱后的制冷劑氣、液經(jīng)熱交換器8過熱后進(jìn)入壓縮機(jī)l，進(jìn)行下一個循 環(huán)。 在壓縮機(jī)引氣段和熱交換器8的連接管路間以及儲液器3和雙流體噴嘴6液室的 連接管路間分別安裝第一控制閥4和第二控制閥5用于調(diào)整氣液流量比；整個系統(tǒng)封閉。 為了進(jìn)一步保證壓縮機(jī)吸氣干度并進(jìn)一步降低液源的溫度，可以將儲液器3流出 的液態(tài)制冷劑引入熱交換器8與其內(nèi)部的低溫低壓氣液兩相制冷劑換熱后流入雙流體噴 嘴6。 為了保證壓縮機(jī)吸氣干度和液源的充分利用，還可以將熱沉7內(nèi)流出的液態(tài)制冷 劑用液泵10加壓后輸送回儲液器3 ;熱沉7內(nèi)流出的氣態(tài)制冷劑經(jīng)熱交換器8與壓縮機(jī)1 流出的高溫氣態(tài)制冷劑換熱后流回壓縮機(jī)1。 本實(shí)用新型的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)具有下述 優(yōu)點(diǎn)(l)制冷系統(tǒng)與噴霧系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，省去了氣泵；(2)應(yīng)用制冷循環(huán)，可以提供更低的 噴嘴進(jìn)液溫度，增加換熱能力；(3)應(yīng)用制冷循環(huán)，可以滿足更低的換熱面溫度需求(可以 達(dá)到冰點(diǎn)以下)；(4)壓縮機(jī)排氣管引氣實(shí)現(xiàn)了同一流體用于雙流體霧化噴嘴；(5)壓縮機(jī) 同時是液源和氣源的供壓裝置，省去了氣泵；(6)熱沉頂部排氣、底部排液利于熱沉內(nèi)部流 體流動，避免了出現(xiàn)死區(qū)。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中以水和空氣為工質(zhì)的雙流體噴霧冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理示意圖； 圖2為本實(shí)用新型( 一實(shí)施例)結(jié)構(gòu)及原理示意圖； 圖3為本實(shí)用新型(另一實(shí)施例)結(jié)構(gòu)及原理示意圖； 圖4為本實(shí)用新型(再一實(shí)施例)結(jié)構(gòu)及原理示意具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步描述本實(shí)用新型。 實(shí)施例1
4[0026] 圖2給出的本實(shí)用新型的一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，其結(jié)構(gòu)為 所述壓縮機(jī)1排氣管上一開孔經(jīng)由第二控制閥5與所述熱交換器8氣相進(jìn)口相 連；所述熱交換器8氣相出口與所述雙流體噴嘴6氣室相連；所述壓縮機(jī)l排氣管與所述冷 凝器2輸入端相連；所述冷凝器2輸出端與所述儲液器3輸入端相連；所述儲液器3輸出 端經(jīng)由第一控制閥4與雙流體噴嘴6的液室相連；所述雙流體噴嘴6的噴頭伸入所述熱沉 7之內(nèi)；所述熱沉7經(jīng)由排氣管道和排液管道與所述熱交換器8氣液兩相進(jìn)口相連；所述熱 交換器8過熱蒸汽出口與所述壓縮機(jī)1吸氣管相連。
其工作流程如下 由壓縮機(jī)1排氣管上的一開孔引部分高壓氣體作為氣源經(jīng)第二控制閥5、熱交換 器8后進(jìn)入雙流體噴嘴6的氣室，其余高壓氣體經(jīng)冷凝器2冷凝后流入儲液器3，從儲液器 3流出的液體制冷劑經(jīng)第一控制閥4后進(jìn)入雙流體噴嘴6的液室與氣源進(jìn)行混合，混合后的 氣、液流體經(jīng)雙流體噴嘴6霧化、節(jié)流后噴射到熱沉7的熱面進(jìn)行換熱，換熱后的氣體從熱 沉7的頂部通道流出，剩余液體從熱沉7的底部流出，流出的氣體在液體的夾帶下一同進(jìn)入 熱交換器8換熱，換熱后變成過熱蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)l，進(jìn)行下一個循環(huán)。本實(shí)施例的第一控 制閥4和第二控制閥5均為截止閥。 實(shí)施例2 為了進(jìn)一步保證壓縮機(jī)1的吸氣干度并進(jìn)一步降低液源的溫度，圖3給出的本實(shí) 用新型的另一實(shí)施例方案，其結(jié)構(gòu)為在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，增加了下述結(jié)構(gòu)即所述儲液 器3輸出端經(jīng)由第一控制閥4與所述熱交換器8液相進(jìn)口相連，所述熱交換器8的液相出 口與所述雙流體噴嘴6的液室相連。 其工作流程如下 由壓縮機(jī)1排氣管上的一開孔引部分高壓氣體作為氣源經(jīng)第二控制閥5、熱交換 器8后進(jìn)入雙流體噴嘴6的氣室，其余高壓氣體經(jīng)冷凝器2冷凝后流入儲液器3，從儲液器 3流出的制冷劑液體經(jīng)第一控制閥4、熱交換器8過冷后進(jìn)入雙流體噴嘴6液室與氣源進(jìn)行 混合，混合后氣、液流體經(jīng)雙流體噴嘴6霧化、節(jié)流后噴射到熱沉7的熱面進(jìn)行換熱，換熱后 氣體從熱沉7頂部通道流出，剩余液體從熱沉底部流出，氣體在液體夾帶下一同進(jìn)入熱交 換器8換熱，換熱后變成過熱蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)l，進(jìn)行下一個循環(huán)。 實(shí)施例3 為了保證壓縮機(jī)吸氣干度和液源的充分利用，圖4給出的本實(shí)用新型的又一種實(shí) 施例方案，其結(jié)構(gòu)為在實(shí)施例1基礎(chǔ)上，增加了下述結(jié)構(gòu)即所述熱沉7頂部開孔經(jīng)制冷 劑管道與所述熱交換器8氣相進(jìn)口相連；所述熱交換器8過熱蒸汽出口與所述壓縮機(jī)1吸 氣管相連；所述熱沉7底部開口經(jīng)第三控制閥9與液泵IO進(jìn)口端相連；液泵10出口端與儲 液器3回液口相連。
其工作流程如下 壓縮機(jī)1排氣管上引部分高壓氣體作為氣源經(jīng)第二控制閥5、熱交換器8后進(jìn)入雙 流體噴嘴6氣室，其余高壓氣體經(jīng)冷凝器3冷凝后流入儲液器3，從儲液器3流出的制冷劑 液體經(jīng)第一截止閥4流入雙流體噴嘴6液室與氣源進(jìn)行混合混合，制冷劑氣、液兩種流體經(jīng) 噴嘴6霧化、節(jié)流后噴射到熱沉7的熱面進(jìn)行換熱，換熱后液體從熱沉底部流出經(jīng)第三截止 閥9、液泵10加壓后輸送到儲液器3，氣體從熱沉7頂部通道流出進(jìn)入熱交換器8換熱，換熱后變成過熱蒸汽進(jìn)入壓縮機(jī)l，進(jìn)行下一個循環(huán)。 本實(shí)用新型的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，其壓縮機(jī) l可以為活塞式、渦旋式、螺桿式或滾動轉(zhuǎn)子式，其排氣管上開口引高壓氣體用作為雙流體 噴嘴氣源，同時為噴霧提供動力。 本實(shí)用新型的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，其冷凝器 2為風(fēng)冷式冷凝器、水冷式冷凝器或蒸發(fā)冷卻式換熱器。 本實(shí)用新型的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，其雙流體
噴嘴6為液柱式噴嘴、蒸發(fā)管噴嘴、液膜式噴嘴、射流式噴嘴或氣泡式噴嘴。 本實(shí)用新型的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，其第一控
制閥4、第二控制閥5和第三控制閥9為手動截止閥、手動調(diào)節(jié)閥、電動截止閥或電動調(diào)節(jié)閥。 本實(shí)用新型的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，其熱交換 器8可為板式熱交換器、殼管式熱交換器或套管式熱交換器。 本實(shí)用新型的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，其液泵10 可以為柱塞式液泵、隔膜式液泵、離心式液泵、齒輪式液泵或電磁式液泵。 本實(shí)用新型的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)具有下述 優(yōu)點(diǎn)(l)制冷系統(tǒng)與噴霧系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合，省去了氣泵；(2)應(yīng)用制冷循環(huán)，可以提供更低的 噴嘴進(jìn)液溫度，增加換熱能力；(3)應(yīng)用制冷循環(huán)，可以滿足更低的換熱面溫度需求(可以 達(dá)到冰點(diǎn)以下)；(4)壓縮機(jī)排氣管引氣實(shí)現(xiàn)了同一流體用于雙流體霧化噴嘴；(5)壓縮機(jī) 同時是液源和氣源的供壓裝置，省去了氣泵；(6)熱沉頂部排氣、底部排液利于熱沉內(nèi)部流 體流動，避免了出現(xiàn)死區(qū)。
權(quán)利要求一種用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，其包含雙流體噴嘴(6)、熱沉(7)、第一控制閥(4)和第二控制閥(5)；其特征在于，還包含壓縮機(jī)(1)、冷凝器(2)、儲液器(3)及熱交換器(8)；所述壓縮機(jī)(1)排氣管上一開孔經(jīng)由第二控制閥(5)與所述熱交換器(8)氣相進(jìn)口相連；所述熱交換器(8)氣相出口與所述雙流體噴嘴(6)氣室相連；所述壓縮機(jī)(1)排氣管與所述冷凝器(2)輸入端相連；所述冷凝器(2)輸出端與所述儲液器(3)輸入端相連；所述儲液器(3)輸出端經(jīng)由第一控制閥(4)與雙流體噴嘴(6)的液室相連；所述雙流體噴嘴(6)的噴頭伸入所述熱沉(7)之內(nèi)；所述熱沉(7)經(jīng)由排氣管道和排液管道與所述熱交換器(8)氣液兩相進(jìn)口相連；所述熱交換器(8)過熱蒸汽出口與所述壓縮機(jī)(1)吸氣管相連。
2. 按權(quán)利要求1所述的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，其特 征在于，所述儲液器(3)輸出端經(jīng)由第一控制閥(4)與所述熱交換器(8)液相進(jìn)口相連，所 述熱交換器(8)的液相出口與所述雙流體噴嘴(6)的液室相連。
3. 按權(quán)利要求1所述的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，其特 征在于，所述熱沉(7)底部經(jīng)由第三控制閥(9)與液泵(10)進(jìn)液口相連，液泵(10)出液口 與所述儲液器(3)回液端相連，所述熱沉(7)頂部經(jīng)由回氣管道與所述熱交換器(8)的氣 液兩相進(jìn)口相連。
4. 按權(quán)利要求1、2或3所述的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系 統(tǒng)，其特征在于所述壓縮機(jī)(1)為活塞式壓縮機(jī)、渦旋式壓縮機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)或滾動轉(zhuǎn) 子式壓縮機(jī)。
5. 按權(quán)利要求1、2或3所述的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系 統(tǒng)，其特征在于所述的冷凝器(2)為風(fēng)冷式冷凝器、水冷式冷凝器或蒸發(fā)冷卻式換熱器。
6. 按權(quán)利要求1、2或3所述的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系 統(tǒng)，其特征在于所述的雙流體噴嘴(6)為液柱式噴嘴、蒸發(fā)管噴嘴、液膜式噴嘴、射流式噴 嘴或氣泡式噴嘴。
7. 按權(quán)利要求1、2或3所述的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系 統(tǒng)，其特征在于所述的第一控制閥(4)、第二控制閥(5)和第三控制閥(9)為手動截止閥、 手動調(diào)節(jié)閥、電動截止閥或電動調(diào)節(jié)閥。
8. 按權(quán)利要求1、2或3所述的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系 統(tǒng)，其特征在于所述的熱交換器(8)為板式熱交換器、殼管式熱交換器或套管式熱交換 器。
9. 按權(quán)利要求3所述的用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，其特征在于所述的液泵(10)為柱塞式液泵、隔膜式液泵、離心式液泵、齒輪式液泵或電磁式液泵。
專利摘要本實(shí)用新型涉及用于高功率固體激光器的雙流體噴嘴霧化冷卻封閉系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如下壓縮機(jī)排氣管上一開孔經(jīng)由第二控制閥與熱交換器氣相進(jìn)口相連；熱交換器氣相出口與雙流體噴嘴氣室相連；壓縮機(jī)排氣管與冷凝器輸入端相連；冷凝器輸出端與儲液器輸入端相連；儲液器輸出端經(jīng)由第一控制閥與雙流體噴嘴的液室相連；雙流體噴嘴的噴頭伸入熱沉之內(nèi)；熱沉經(jīng)由排氣管道和排液管道與熱交換器氣液兩相進(jìn)口相連；熱交換器過熱蒸汽出口與壓縮機(jī)吸氣管相連。本實(shí)用新型的封閉冷卻系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了制冷系統(tǒng)和噴霧系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合；壓縮機(jī)排氣管中引入氣體避免了從外部引入第二種流體的弊端；省去了氣泵，簡化了系統(tǒng)；噴嘴取代了節(jié)流裝置；可滿足熱面更低的溫度需求。
文檔編號H01S3/042GK201515141SQ20092011005
公開日2010年6月23日 申請日期2009年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者司春強(qiáng), 田長青, 邵雙全 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所