專利名稱：固體激光器的冷卻裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子元件尤其是大功率小體積的電子元件的冷卻，特別是涉及用 于固體激光器的冷卻裝置。
背景技術(shù)：
固體激光器的主要發(fā)熱元件為激光二極管和激光晶體。隨著固體激光器技術(shù)的高 速發(fā)展，固體激光發(fā)生器的體積及表面積越來越小，而功率卻越來越大，因而散熱的熱流密 度越來越高(例如，單個(gè)大功率固體激光器總的功率典型為幾十瓦到幾百瓦，且接觸面積 很小，故熱流密度很大，達(dá)到了每平方厘米幾百瓦到幾千瓦的量級(jí))，傳統(tǒng)的空氣冷卻、半導(dǎo) 體冷卻以及熱管冷卻方式已經(jīng)難以實(shí)現(xiàn)對(duì)大功率固體激光器進(jìn)行冷卻的要求。而散熱不良 會(huì)引起固體激光器的溫度升高，產(chǎn)生的激光頻率出現(xiàn)偏差，甚至?xí)斐晒腆w激光器的燒毀， 因此散熱問題已經(jīng)成為限制大功率固體激光器發(fā)展的主要瓶頸之一。中國(guó)實(shí)用新型專利ZL93216474. 9提出了一種固體激光器熱管傳導(dǎo)冷卻裝置，其 利用充滿飽和工質(zhì)的熱管對(duì)固體激光器進(jìn)行冷卻。這種裝置具有的主要缺點(diǎn)是在熱管中的 飽和工質(zhì)通過相變冷卻了固體激光器之后，要通過散熱片等散熱以使工質(zhì)恢復(fù)至液態(tài)，然 后才可用于下一次的相變冷卻。中國(guó)發(fā)明專利CN 1291530C提供了一種相變儲(chǔ)能激光頭冷 卻裝置，其對(duì)傳統(tǒng)的半導(dǎo)體冷卻和水冷進(jìn)行了改進(jìn)，其通過對(duì)激光頭提供循環(huán)水冷來冷卻 激光頭，而冷卻水流經(jīng)盤繞的水管從而被水管中填充的相變材料冷卻，然后再通過半導(dǎo)體 冷卻來對(duì)相變材料進(jìn)行冷卻。這種冷卻裝置同樣存在著不能循環(huán)地(持續(xù)地)提供冷卻的 缺陷。在相變材料由固體變?yōu)橐后w之后，需要關(guān)閉激光頭等待一段時(shí)間，直至相變材料恢復(fù) 固體才能再次啟動(dòng)激光頭。此外，現(xiàn)有技術(shù)的激光器冷卻裝置不能提供解決小體積且大功率的激光器的一些 冷卻問題，尤其是在激光器體積或表面積較小但功率(發(fā)熱量)很大的情況下對(duì)激光器元 件的均勻冷卻的問題。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本實(shí)用新型目的是提供用于激光器的冷卻裝置，其 能夠持續(xù)地為具有小體積或表面但大功率或發(fā)熱量的激光器的發(fā)熱元件提供冷卻，并且具 有較高的冷卻效率，而且該冷卻裝置尤其還避免在冷卻過程中發(fā)生冷卻器的堵塞和換熱不良。[0006]因此，本實(shí)用新型提供一種用于激光器的冷卻裝置，其特征是，包括順次連通構(gòu)成 循環(huán)回路的壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置和用于冷卻激光器的發(fā)熱元件的冷卻器以及該回路 中循環(huán)流動(dòng)的冷卻劑，其中，所述冷卻器具有貫穿所述冷卻器以用于冷卻劑從其中流過的 多個(gè)微通道，在該循環(huán)回路中，在所述冷卻器的上游且設(shè)在所述壓縮機(jī)的下游設(shè)置有油分離。提供這種冷卻裝置可以實(shí)現(xiàn)對(duì)激光器的發(fā)熱元件持續(xù)地冷卻，并且適用于小體積但大功率的激光器的冷卻。此外，通過冷卻器中設(shè)置的微通道有效地改善了激光器發(fā)熱元 件的均勻冷卻的問題。此外這種構(gòu)造有利于實(shí)現(xiàn)固體激光器冷卻裝置的一體化設(shè)計(jì)。此外， 還可通過壓縮機(jī)、節(jié)流裝置調(diào)節(jié)激光冷卻器內(nèi)部的工作壓力、相變溫度和流量，進(jìn)而調(diào)節(jié)熱 流密度與散熱量，可以適合于多種不同類型的固體激光器。潤(rùn)滑油與冷卻劑是互溶的。但 在冷卻器內(nèi)，潤(rùn)滑油不能變?yōu)闅怏w，這對(duì)于具有微通道的冷卻器來說是非常致命的。因?yàn)檫@ 可能會(huì)大大降低換熱效率，造成換熱不良，甚至造成微通道的堵塞，引發(fā)安全問題。因此本 實(shí)用新型通過設(shè)置油分離器來消除潤(rùn)滑油給冷卻器所帶來的問題。根據(jù)本實(shí)用新型一特別優(yōu)選的實(shí)施例，所述微通道具有小于1mm，大于等于 0. Olmm的當(dāng)量直徑。這種小于Imm當(dāng)量直徑的微通道冷卻器非常適合于小體積、大功率的 激光器的均勻冷卻，顯著地提高了冷卻效率和效果。根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步特征，所述冷卻器包括激光二極管冷卻器和/或激光晶 體冷卻器。根據(jù)本實(shí)用新型一優(yōu)選實(shí)施例，還包括回?zé)崞??；責(zé)崞骶哂羞B通于所述冷凝器與 所述節(jié)流裝置之間的第一通道和連通于所述冷卻器與所述壓縮機(jī)之間的第二通道，所述通 道彼此傳熱但隔離開。根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步實(shí)施例，冷卻裝置還包括設(shè)置在節(jié)流裝置的下游且設(shè)置 在冷卻器上游的氣液分離器，該氣液分離器的氣相出口與壓縮機(jī)的入口連通。進(jìn)一步優(yōu)選 地，在所述氣液分離器的氣相出口與所述壓縮機(jī)的入口之間的連通線路中設(shè)置第二節(jié)流裝置。為了克服冷卻劑在冷卻器中的阻力，該冷卻裝置還可以包括位于所述冷卻器的上 游的泵。這種設(shè)置用于小于Irnm當(dāng)量直徑的微通道冷卻器中是尤其有效的，能以較小的液 態(tài)冷卻劑流量在微通道冷卻器中實(shí)現(xiàn)較大的熱流密度和散熱量。此外，本實(shí)用新型還提供一種激光器的冷卻裝置，其包括制冷循環(huán)回路，該制冷 循環(huán)回路包括順次連通成回路的壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流裝置和換熱器以及在該回路中循環(huán) 流動(dòng)的制冷劑；冷卻循環(huán)回路，該冷卻循環(huán)回路包括連通成回路的所述換熱器、泵和布置在 激光器的發(fā)熱元件上用于冷卻該發(fā)熱元件的冷卻器以及在該回路中循環(huán)流動(dòng)的冷卻劑，且 所述冷卻器具有貫穿所述冷卻器以用于冷卻劑從其中流過的多個(gè)微通道；其中，所述換熱 器構(gòu)造成使得流過其中的制冷劑與冷卻劑彼此傳熱但彼此隔離開。根據(jù)本實(shí)用新型的這種激光器由于采用了兩個(gè)循環(huán)回路而避免了潤(rùn)滑油在冷卻 循環(huán)回路中流動(dòng)，從而在用具有微通道的冷卻器對(duì)發(fā)熱元件進(jìn)行冷卻的同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)微通 道堵塞的情況，因而省去了設(shè)置油分離器的必要。根據(jù)一優(yōu)選實(shí)施例，所述微通道具有小于1mm，大于等于0. Olmm的當(dāng)量直徑。根據(jù)本實(shí)用新型的進(jìn)一步實(shí)施例，所述泵包括可變轉(zhuǎn)速泵和/或可變排量泵。

以下，結(jié)合附圖來詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施例，其中圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型的用于固體激光器的冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的用于固體激光器的冷卻裝置的第一實(shí)施例；圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型的用于固體激光器的冷卻裝置的第二實(shí)施例；[0021]圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型的用于固體激光器的冷卻裝置的第三實(shí)施例；圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型的用于固體激光器的冷卻裝置的第四實(shí)施例；圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型的用于固體激光器的冷卻裝置的第五實(shí)施例；圖7為根據(jù)本實(shí)用新型的冷卻裝置的換熱器的一個(gè)實(shí)施例，其中示出了制冷劑和 冷卻劑在該換熱器中的流動(dòng)路徑；圖8為根據(jù)本實(shí)用新型的冷卻裝置的換熱器的另一個(gè)實(shí)施例，其中示出了制冷劑 和冷卻劑在該換熱器中的流動(dòng)路徑；圖中各部件名稱為1_壓縮機(jī)，2-冷凝器，3-節(jié)流裝置，4-激光二極管冷卻器， 5_激光晶體冷卻器，6-油分離器，7-回?zé)崞鳎?-氣液分離器，9-二級(jí)節(jié)流裝置，10-泵， 11-換熱器，11a, Ila'-換熱器的制冷劑流動(dòng)路徑，lib, lib’ -換熱器的冷卻劑流動(dòng)路徑。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖詳細(xì)描述本實(shí)用新型的各實(shí)施例。如圖1所示，示出了根據(jù)本實(shí)用新型的用于固體激光器的冷卻裝置結(jié)構(gòu)示意原理 圖。該冷卻裝置包括壓縮機(jī)1、冷凝器2、節(jié)流裝置3、激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻 器4。它們用冷卻劑管路順序連接構(gòu)成蒸氣壓縮式制冷循環(huán)回路，冷卻劑在該回路中循環(huán)流 通。具體地，低溫低壓的冷卻劑蒸氣在壓縮機(jī)1的作用下變成高溫高壓的冷卻劑蒸氣，進(jìn)入 冷凝器2向外部介質(zhì)散熱后變?yōu)楦邷馗邏旱睦鋮s劑液體，通過節(jié)流裝置3節(jié)流后變?yōu)榈蜏?低壓的氣液兩相冷卻劑，再進(jìn)入激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4內(nèi)從外接的激光 晶體和激光二極管吸收熱量液相冷卻劑蒸發(fā)后，再回到壓縮機(jī)1，從而利用激光晶體冷卻器 5和激光二極管冷卻器4內(nèi)冷卻劑蒸發(fā)時(shí)的相變潛熱實(shí)現(xiàn)對(duì)外接的激光二極管和激光晶體 進(jìn)行散熱的目的。然而，應(yīng)該明白在該圖中未示出油分離器6 (見圖2)，油分離器6對(duì)于防 止冷卻器的通道堵塞是重要的。如上所述圖1所示出的冷卻裝置為用于固體激光器的冷卻裝置，但可以理解的是 該冷卻裝置也可用于其它類型的激光器，甚至不排除用于其它的功率較大(即發(fā)熱量大) 但體積較小的電子元件中。進(jìn)一步地，盡管在圖中示出的是激光晶體冷卻器和激光二極管 冷卻器，但可以理解也可以用作激光器的其他發(fā)熱元件的冷卻器。此外，盡管具體描述了通過蒸汽壓縮制冷循環(huán)來形成液態(tài)冷卻劑，并通過液態(tài)冷 卻劑的相變來冷卻激光晶體或激光二極管，但可以采用其它的熱力學(xué)循環(huán)使得冷卻劑相變 來冷卻激光器的發(fā)熱元件。在上述的固體激光器的冷卻裝置中，所述的激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻 器4可以如圖所示地是并聯(lián)的，但可以想到的是冷卻器也可以串聯(lián)，或者冷卻器也可以單 獨(dú)用于激光晶體或激光二極管中的一個(gè)?；蛘呃鋮s器也可以用于激光器中的其它發(fā)熱元 件。由于激光器元件的構(gòu)造原因(體積小，功率大)，因此常規(guī)的冷卻器是不適用的。 因此，在根據(jù)本實(shí)用新型的實(shí)施例的用于冷卻固體激光器的冷卻裝置中的冷卻器具有貫穿 所述冷卻器以用于冷卻劑從其中流過的多個(gè)微通道。其中所述微通道在本文中通?？梢岳?解為該通道的當(dāng)量直徑小于等于5mm。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述冷卻器具有當(dāng)量直徑小 于等于2mm的微通道。在特別優(yōu)選的實(shí)施例中，所述冷卻器具有當(dāng)量直徑大于等于0. Olmm且小于Imm的微通道。冷卻器通常由換熱性能良好的金屬制成。在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施例 中，在薄銅板上用線切割或光刻等加工的方法制作多個(gè)平行布置的微小的通道，再將相應(yīng) 地切割的薄銅板作為上下蓋板通過壓力焊等方式進(jìn)行壓合從而獲得具有微通道的冷卻器， 且內(nèi)部當(dāng)量直徑大于等于0. Olmm且小于1mm。通道當(dāng)量直徑的縮小能有效強(qiáng)化兩相換熱， 同時(shí)通道密集分布的微通道蒸發(fā)冷卻器，傳熱均勻性強(qiáng)，可以使得冷卻表面有比較均勻的 溫度分布?？梢韵氲降氖?，在所述冷卻裝置中，所述的激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻 器4可以包括板式冷卻器和/或套筒式冷卻器，以適應(yīng)不同形狀固體激光器的散熱需求。例 如，在一個(gè)實(shí)施例中，固體激光器的發(fā)熱元件的散熱表面為平狀的，為了能夠讓冷卻器和散 熱有緊密的接觸，因此可以采用呈一對(duì)平板壓合的平板狀冷卻器，平板上如上所述地相應(yīng) 地線切割或光刻加工出的微通道，從而在壓合后形成板式冷卻器。該冷卻器布置在發(fā)熱元 件的平狀散熱表面上。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該板式冷卻器中的微通道布置方向與該發(fā) 熱元件的縱長(zhǎng)方向平行。而在另一個(gè)實(shí)施例中，被冷卻的激光器元件呈圓柱狀。且所述冷 卻器為套筒式冷卻器，且該冷卻器緊密地套設(shè)在該柱狀元件上，其中該套筒式冷卻器例如 由兩個(gè)圓筒壓合成的，圓筒之間通有如上所述通過線切割或光刻加工制成的微通道，且其 中內(nèi)圓筒的外徑等于外圓筒的內(nèi)徑且內(nèi)圓筒的內(nèi)徑等于該元件的直徑，從而在這兩個(gè)圓筒 壓合后形成套筒式冷卻器。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，該套筒式冷卻器中的微通道布置方向 與該柱形發(fā)熱元件的軸向平行?？梢韵氲降氖牵槍?duì)發(fā)熱元件的不同構(gòu)造可以設(shè)計(jì)其它構(gòu) 造的發(fā)熱器。在本文中術(shù)語“當(dāng)量直徑”是指，當(dāng)冷卻器的通道的橫截面為圓形時(shí)，當(dāng)量直徑即 為該圓的直徑，當(dāng)冷卻器的通道的橫截面為其他形狀例如方形、矩形或不規(guī)則圖形時(shí)，當(dāng)量 直徑為與該橫截面積相同大小的圓所具有的直徑。在所述冷卻裝置中，所述的壓縮機(jī)1可以包括可變轉(zhuǎn)速壓縮機(jī)或者可變排量壓縮 機(jī)或它們的組合，從而通過調(diào)節(jié)壓縮機(jī)1的轉(zhuǎn)速或排量，可以調(diào)節(jié)制冷循環(huán)的蒸發(fā)溫度。在所述冷卻裝置中，節(jié)流裝置3可以包括毛細(xì)管、節(jié)流孔板、熱力膨脹閥、電子膨 脹閥或它們的組合，以控制壓縮機(jī)1進(jìn)口的冷卻劑為氣態(tài)，保證冷卻裝置的安全運(yùn)行。其中 所述組合包括并聯(lián)或串聯(lián)。在上述的固體激光器的冷卻裝置中，所述的冷凝器2可以包括水冷式冷凝器、風(fēng) 冷式冷凝器或它們的組合。圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型的激光器冷卻裝置的第一實(shí)施例。該冷卻裝置包括壓 縮機(jī)1、油分離器6、冷凝器2、節(jié)流裝置3、激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4，它們通 過冷卻劑管路順序連接構(gòu)成蒸氣壓縮式制冷循環(huán)回路。在圖示的實(shí)施例中，油分離器6安 裝在壓縮機(jī)1和冷凝器2之間。由于從壓縮機(jī)1排出的氣態(tài)冷卻劑會(huì)攜帶少量的潤(rùn)滑油， 潤(rùn)滑油在冷卻時(shí)不能變成氣體，因而在氣態(tài)冷卻劑中呈微小液滴狀?；煊袧?rùn)滑油的冷卻劑 在冷凝器2、激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4內(nèi)的換熱系數(shù)會(huì)明顯降低，尤其是激 光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4內(nèi)流道當(dāng)量直徑較小時(shí)(特別是通道當(dāng)量直徑小于 Imm大于等于0. Olmm的冷卻器中)，會(huì)引起激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4內(nèi)流 道的中流動(dòng)減緩甚至于堵塞，這影響了冷卻效果，尤其是均勻冷卻的效果，甚至還會(huì)影響到 激光器元件的安全運(yùn)行。因此，在壓縮機(jī)1出口安裝油分離器6，使得冷卻劑和潤(rùn)滑油分離，分離出來的冷卻劑流入冷凝器2進(jìn)入制冷循環(huán)，而分離出來的潤(rùn)滑油直接返回壓縮機(jī)1底 部。這樣不僅可以改善冷卻劑在冷凝器2、激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4內(nèi)的傳 熱系數(shù)，而且可以防止?jié)櫥途彍蚨氯す饩w冷卻器5和激光二極管冷卻器4的流道 中的流動(dòng)，保證了冷卻器的均與冷卻。在不那么優(yōu)選的方案中，油分離器6可以布置在其他 位置，只要布置在壓縮機(jī)的下游且冷卻器的上游即可。如圖3所示，示出了根據(jù)本實(shí)用新型的第二實(shí)施例的固體激光器的冷卻裝置，其 包括壓縮機(jī)1、油分離器6、冷凝器2、節(jié)流裝置3、激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4。 它們通過冷卻劑管路順序連接構(gòu)成蒸氣壓縮式制冷循環(huán)回路。其中該冷卻裝置與第一實(shí)施 例不同之處在于還包括回?zé)崞?。該回?zé)崞骶哂羞B通于冷凝器2和節(jié)流裝置3之間的第一 通道和連通于激光晶體冷卻器5和/或激光二極管冷卻器4與壓縮機(jī)1之間的第二通道。 且該第一通道和第二通道中的冷卻劑可以彼此傳熱但彼此隔離開。壓縮機(jī)1通常要求其入 口的冷卻劑要有一定的過熱度，然而過熱流體在激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4 內(nèi)換熱系數(shù)小、占換熱面積大，不利于提高激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4散熱的 熱流密度和散熱量，因此在循環(huán)回路中設(shè)置回?zé)崞?，一側(cè)(第一通道)連接于冷凝器2和 節(jié)流裝置3之間，另一(第二通道)連接于激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4與壓 縮機(jī)1之間，實(shí)現(xiàn)了用冷凝器2流出的高溫液態(tài)冷卻劑來加熱激光晶體冷卻器5和激光二 極管冷卻器4流出的低溫兩相冷卻劑，從而在確保了壓縮機(jī)1入口處冷卻劑過熱的同時(shí)，還 保證了整個(gè)激光二極管冷卻器4和/或激光晶體冷卻器5內(nèi)的冷卻劑均為兩相的(即從冷 卻器出口出來的冷卻劑仍為兩相的)，這樣可以提高激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻 器4散熱的熱流密度和散熱量。不打算作為限制，可以認(rèn)為理想狀態(tài)是從冷卻器出來的流 體是剛好完全變?yōu)闅鈶B(tài)。但由于冷卻流體變?yōu)闅鈶B(tài)后，傳熱系數(shù)迅速下降，因此為了保證在 整個(gè)冷卻器內(nèi)部維持比較均勻的冷卻效果，讓冷卻器流出的流體還有一定量的液體，這樣 才能保證整個(gè)冷卻器內(nèi)流動(dòng)的都是兩相流體。圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型的固體激光器的冷卻裝置的第三實(shí)施例，其包括壓縮 機(jī)1、油分離器6、冷凝器2、節(jié)流裝置3、激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4，它們通過 冷卻劑管路順序連接構(gòu)成蒸氣壓縮式制冷循環(huán)回路。與第二實(shí)施例類似地，該冷卻裝置還 包括回?zé)崞?，該回?zé)崞?具有連接于冷凝器2和節(jié)流裝置3之間的第一通道，和連接于激 光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4與壓縮機(jī)1之間的第二通道，且該第一通道和第二 通道中的冷卻劑可以彼此傳熱但是間隔開。與第二實(shí)施例不同在于，該冷卻裝置還包括設(shè) 置在節(jié)流裝置3下游且在激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4上游的氣液分離器8， 且氣液分離器8的液相出口聯(lián)接到激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4的入口，從氣 液分離器8的氣相出口經(jīng)次級(jí)節(jié)流裝置9后的氣態(tài)冷卻劑與從冷卻器出口出來的的冷卻劑 匯合。設(shè)置氣液分離器8是特別有利的。在該圖所示的冷卻裝置中，冷卻劑在經(jīng)過節(jié)流裝 置3后已經(jīng)變?yōu)闅庖簝上?，單位質(zhì)量流量的冷卻劑的汽化潛熱降低，因此，加入氣液分離器 8后，僅使得分離出來的液相冷卻劑進(jìn)入激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4對(duì)固體激 光器進(jìn)行冷卻，而分離出來的氣態(tài)冷卻劑經(jīng)過次級(jí)節(jié)流裝置9后與激光晶體冷卻器5和激 光二極管冷卻器4流出的冷卻劑匯合，再流入到回?zé)崞?中。這樣液相冷卻劑具有比氣液 兩相冷卻劑具有顯著高的單位質(zhì)量的氣化潛熱。此外，還可以通過調(diào)節(jié)次級(jí)節(jié)流裝置9來 調(diào)節(jié)冷卻劑在激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4及相關(guān)連接管路內(nèi)的流量，從而例如可以根據(jù)激光器元件的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)以獲得所希望的冷卻效果。在該實(shí)施例中，由于流 入冷卻器中的均為液態(tài)冷卻劑，因此可以用較小的流量就可以實(shí)現(xiàn)較大的熱流密度和散熱 量，可以減小激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4的體積和傳熱面積，從而可以用于體 積更小功率更大的激光器元件。在該冷卻裝置中，所述二級(jí)節(jié)流裝置9可以包括毛細(xì)管、節(jié)流孔板、熱力膨脹閥或 電子膨脹閥或它們的組合，以調(diào)節(jié)氣液分離器8內(nèi)的液位。如圖5所示，示出了根據(jù)本實(shí)用新型的冷卻裝置的第四實(shí)施例，其包括壓縮機(jī)1、 油分離器6、冷凝器2、節(jié)流裝置3、激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4，它們通過冷卻 劑管路順序連接構(gòu)成蒸氣壓縮式制冷循環(huán)回路。此外，該冷卻裝置包括設(shè)置在節(jié)流裝置3 下游的氣液分離器8和泵10。且該氣液分離器8的液相出口經(jīng)過泵10后連接到激光晶體 冷卻器5和激光二極管冷卻器4的入口，而氣液分離器8的氣相出口連接到壓縮機(jī)1的入 口。其中所述氣液分離器8的功能與第三實(shí)施例的冷卻裝置中氣液分離器的布置位置與功 能類似，只是該冷卻裝置未設(shè)置次級(jí)節(jié)流裝置。此外，該冷卻裝置還包括布置在氣液分離器 8的下游且在激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4上游的泵10。該泵10用來克服冷 卻劑在激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4以及相關(guān)連接管路內(nèi)的阻力。這樣，較小 的液態(tài)冷卻劑流量就可以實(shí)現(xiàn)較大的熱流密度和散熱量，可以減小激光二極管冷卻器4和 激光晶體冷卻器5的體積與傳熱面積。更優(yōu)選地，所述的泵10可以包括可變轉(zhuǎn)速泵或者可變排量泵，這樣可以通過調(diào)節(jié) 泵10的轉(zhuǎn)速或排量，就可以調(diào)節(jié)進(jìn)入激光二極管冷卻器4和激光晶體冷卻器5內(nèi)的冷卻劑 流量和/或氣液分離器內(nèi)8內(nèi)的液位，以適應(yīng)不同固體激光器散熱時(shí)所需的熱流密度和散 熱量的要求。圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型的固體激光器的冷卻裝置的第五實(shí)施例。該冷卻裝置 包括制冷循環(huán)回路和與該制冷循環(huán)回路進(jìn)行熱交換的冷卻循環(huán)回路。其中制冷循環(huán)回路包 括壓縮機(jī)1、冷凝器2、節(jié)流裝置3和換熱器11，它們通過制冷劑管路順序連接。該制冷循環(huán) 回路還包括在上述部件和制冷劑管路中循環(huán)流通的制冷劑。冷卻循環(huán)回路包括換熱器11、 氣液分離器8、泵10、激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4，它們通過冷卻劑管路順序相 連，構(gòu)成冷卻循環(huán)。該冷卻循環(huán)回路還包括在上述部件和制冷劑管路中循環(huán)流通的冷卻劑。在該實(shí)施例中，所述制冷循環(huán)回路是蒸氣壓縮式的制冷循環(huán)回路。且如圖所示，處 于兩個(gè)回路中的換熱器11構(gòu)造成其中的制冷劑與冷卻劑彼此可以傳熱但是隔離開，具體 地是換熱器11中的低溫制冷劑的蒸發(fā)從而對(duì)換熱器中的冷卻劑進(jìn)行冷卻。如圖所示的冷 卻循環(huán)回路中包括的氣液分離器8是優(yōu)選的，其用于將從換熱器11流出的冷卻劑分離出來 的液態(tài)冷卻劑。更優(yōu)選地，通過如圖所示的泵10對(duì)從氣液分離器8的液相出口流出的液相 冷卻劑泵送到激光晶體冷卻器5和激光二極管冷卻器4中，從而冷卻劑可以對(duì)固體激光器 進(jìn)行冷卻。這樣，制冷循環(huán)和冷卻循環(huán)都為獨(dú)立的循環(huán)，相互干擾小，操作靈活。此外更大 的優(yōu)點(diǎn)在于，冷卻器4和/或5可以避免壓縮機(jī)中潤(rùn)滑油的影響，因此在該冷卻裝置中無需 設(shè)置油分離器。這對(duì)于當(dāng)量直徑小于Imm的微通道冷卻器來說是特別有利的。根據(jù)實(shí)際需要，冷卻劑和制冷劑可以采用同種物質(zhì)。但也可以采用不同種物質(zhì)，以 便于調(diào)節(jié)冷卻循環(huán)內(nèi)的壓力和溫度。此外，所述的泵10可以包括可變轉(zhuǎn)速泵或可變排量泵，從而可以通過調(diào)節(jié)泵10的轉(zhuǎn)速或排量，可以調(diào)節(jié)進(jìn)入激光二極管冷卻器4和激光晶體冷卻器5內(nèi)的制冷劑流量和/ 或氣液分離器內(nèi)8內(nèi)的液位，以適應(yīng)不同固體激光器散熱時(shí)所需的熱流密度和散熱量的要 求。如圖7和8所示，所述換熱器11可以包括板式的換熱器或套筒式的換熱器或它們 的組合。在圖7所示的板式的換熱器中，該換熱器11具有相互平行且交錯(cuò)地間隔布置的多 個(gè)制冷劑流動(dòng)路徑Ila和冷卻劑流動(dòng)路徑lib。如圖所示地，制冷劑流動(dòng)路徑Ila與冷卻劑 流動(dòng)路徑lib方向相反且互不連通，從而可以有效地?zé)峤粨Q而又不會(huì)使得制冷劑和冷卻劑 相混合。在圖8所示的套管式的換熱器中，其具有一個(gè)大直徑的管道(在這里為制冷劑流 動(dòng)路徑11a’ )和設(shè)置在該大管道中的多個(gè)小直徑管道(在這里為冷卻劑流動(dòng)路徑lib’)。 如圖所示一個(gè)大直徑的管道中設(shè)置有三個(gè)小直徑管道，然而可以想到的是也可以一個(gè)大直 徑管道中設(shè)置其它數(shù)目(例如1個(gè))的小直徑管道。可以想到，優(yōu)選的是制冷劑和冷卻劑 的流動(dòng)方向在軸向上是相反的，但也不排除同向流動(dòng)的情況。盡管圖7和8示出了兩種換 熱器的類型，但可以想到的是也可以采用其它的合適類型的換熱器。以上詳細(xì)地描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將明白上述描述僅是 為了說明本實(shí)用新型，而并非是對(duì)本實(shí)用新型的限定，根據(jù)所給出的上述說明本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以對(duì)上述實(shí)施例做出其他不同形式的變形且其中的特征可以互換。這里無需對(duì)所有 實(shí)施方式予以窮舉，而基于本說明書所得到的等同、變化或變動(dòng)仍落入本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求一種用于激光器的冷卻裝置，其特征是，包括順次連通構(gòu)成循環(huán)回路的壓縮機(jī)(1)、冷凝器(2)、節(jié)流裝置(3)和用于冷卻激光器的發(fā)熱元件的冷卻器以及該回路中循環(huán)流動(dòng)的冷卻劑，其中，所述冷卻器具有貫穿所述冷卻器以用于冷卻劑從其中流過的多個(gè)微通道，在該循環(huán)回路中在所述冷卻器的上游且在所述壓縮機(jī)(1)的下游設(shè)置有油分離器(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光器的冷卻裝置，其特征是，所述微通道具有小于1mm，大 于等于0.01mm的當(dāng)量直徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光器的冷卻裝置，其特征是，所述冷卻器包括激光二極 管冷卻器⑷和/或激光晶體冷卻器(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光器的冷卻裝置，其特征是，還包括回?zé)崞?7)，其中， 所述回?zé)崞?7)具有連通于所述冷凝器(2)與所述節(jié)流裝置(3)之間的第一通道和連通于 所述冷卻器與所述壓縮機(jī)(1)之間的第二通道，所述通道彼此傳熱但隔離開。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光器的冷卻裝置，其特征是，所述冷卻裝置還包括設(shè)置 在所述節(jié)流裝置(3)的下游且設(shè)在所述冷卻器的上游的氣液分離器(8)，該氣液分離器(8) 的氣相出口與所述壓縮機(jī)(1)的入口連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的激光器的冷卻裝置，其特征是，在所述氣液分離器(8)的氣相 出口與所述壓縮機(jī)(1)的入口之間的連通線路中設(shè)置第二節(jié)流裝置(9)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的激光器的冷卻裝置，其特征是，還包括設(shè)置在所述冷卻器 的上游的泵(10)。
8.一種用于激光器的冷卻裝置，其特征是，其包括制冷循環(huán)回路，該制冷循環(huán)回路包括順次連通成回路的壓縮機(jī)(1)、冷凝器(2)、節(jié)流 裝置(3)和換熱器(11)以及在該回路中循環(huán)流動(dòng)的制冷劑；冷卻循環(huán)回路，該冷卻循環(huán)回路包括連通成回路的所述換熱器(11)、泵(10)和用于激 光器的發(fā)熱元件的冷卻器以及在該回路中循環(huán)流動(dòng)的冷卻劑，且所述冷卻器具有貫穿所述 冷卻器以用于冷卻劑從其中流過的多個(gè)微通道；其中，所述換熱器(11)構(gòu)造成使得流過其中的制冷劑與冷卻劑彼此傳熱但彼此隔離開。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的激光器的冷卻裝置，其特征是，所述微通道具有小于1mm，大 于等于0.01mm的當(dāng)量直徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的激光器的冷卻裝置，其特征是，所述泵(10)包括可變轉(zhuǎn)速泵和/或可變排量泵。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種用于激光器的冷卻裝置，其包括順次連通構(gòu)成循環(huán)回路的壓縮機(jī)(1)、冷凝器(2)、節(jié)流裝置(3)和用于冷卻激光器的發(fā)熱元件的冷卻器以及該回路中循環(huán)流動(dòng)的冷卻劑，其中，所述冷卻器具有貫穿所述冷卻器以用于冷卻劑從其中流過的多個(gè)微通道，在該循環(huán)回路中，在所述冷凝器(2)的上游且設(shè)在所述壓縮機(jī)(1)的下游設(shè)置有油分離器(6)。此外，本實(shí)用新型還提供另一種激光器的冷卻裝置。
文檔編號(hào)H01S3/042GK201682172SQ20102014155
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月24日
發(fā)明者徐洪波, 田長(zhǎng)青, 邵雙全 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所