[实用新型]用于高功率固体激光器的双流体喷嘴雾化冷却封闭系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于高功率固体激光器的双流体喷嘴雾化冷却封闭系统，特别适用于制冷与电子器件冷却等领域。

背景技术

激光二极管泵浦固体激光器(DPL)以其高效率、高光束质量、结构紧凑、长寿命等优点引起人们极大兴趣。近年来，随着高功率二极管激光器的相继研制成功，促进了DPL的发展及在军事、工业、医疗、科研等领域的应用。随着固体激光器功率增大，器件产生的热负荷越来越大，散热密度也越来越高因此，如何及时消除因功率耗散所转化的热量，解决散热冷却问题是研制大功率固体激光器必须攻克的关键技术之一。

喷雾冷却系统具有换热系数大、温度均匀性好、过热度小、临界热流密度高和低冷却液流量等特点，在高功率固体激光器冷却中具有较好的应用前景。图1为现有技术中的以水和空气为工质的双流体喷雾冷却系统，其结构为：水泵11出口端经由第一控制阀4与双流体喷嘴6的液室相连；气泵12出口端经由第二控制阀5与双流体喷嘴6的气室相连；双流体喷嘴6安置在热沉7换热面上部一定高度；热沉7底部开孔与回液管路相连。上述系统主要存在以下问题：(1)开式循环下受标准大气压下水的沸点影响无法满足换热面低温度需求；(2)开式循环需要不断补充循环工质；(3)需要引入两种工质，系统结构复杂。

发明内容

本实用新型目的在于为解决上述不足，而提供一种将制冷系统和喷雾系统有机结合，具有能够满足需求、结构简单、性能稳定等特点的用于高功率固体激光器的双流体喷嘴雾化冷却封闭系统。

本实用新型的技术方案如下：

本实用新型提供的用于高功率固体激光器的双流体喷嘴雾化封闭冷却系统，其包含压缩机1、冷凝器2、储液器3、双流体喷嘴6、热沉7、热交换器8以及第一控制阀4和第二控制阀5；

所述压缩机1排气管上一开孔经由第二控制阀5与所述热交换器8气相进口相连；所述热交换器8气相出口与所述双流体喷嘴6气室相连；所述压缩机1排气管与所述冷凝器2输入端相连；所述冷凝器2输出端与所述储液器3输入端相连；所述储液器3输出端经由第一控制阀4与双流体喷嘴6的液室相连；所述双流体喷嘴6的喷头伸入所述热沉7之内；所述热沉7经由排气管道和排液管道与所述热交换器8气液两相进口相连；所述热交换器8过热蒸汽出口与所述压缩机1吸气管相连。

所述储液器3输出端经由第一控制阀4与所述热交换器8液相进口相连，所述热交换器8的液相出口与所述双流体喷嘴6的液室相连。

所述热沉7底部经由第三控制阀9与液泵10的进口相连，所述液泵10的出口与所述储液器3回液端相连。所述的液泵10为柱塞式液泵、隔膜式液泵、离心式液泵、齿轮式液泵或电磁式液泵。

所述压缩机1可为活塞式压缩机、涡旋式压缩机、螺杆式压缩机或滚动转子式压缩机。

所述的冷凝器2可为风冷式冷凝器、水冷式冷凝器或蒸发冷却式换热器。

所述的双流体喷嘴6可为液柱式喷嘴、蒸发管喷嘴、液膜式喷嘴、射流式喷嘴或气泡式喷嘴。

所述的第一控制阀4、第二控制阀5和第三控制阀9可为手动截止阀、手动调节阀、电动截止阀或电动调节阀。

所述的热交换器8可为板式热交换器、壳管式热交换器或套管式热交换器。

本实用新型的用于高功率固体激光器的双流体喷嘴雾化冷却封闭系统，其压缩机1排气管上的开孔引部分高压制冷剂气体作为气源，经热交换器8进入双流体喷嘴6的气室；其余高压制冷剂气体经冷凝器2冷却后进入储液器3；储液器3中流出的高压制冷剂液体进入双流体喷嘴液室6；制冷剂气、液经双流体喷嘴6节流、雾化后喷射到热沉7的换热面进行沸腾换热；换热后的制冷剂气、液经热交换器8过热后进入压缩机1，进行下一个循环。

在压缩机引气段和热交换器8的连接管路间以及储液器3和双流体喷嘴6液室的连接管路间分别安装第一控制阀4和第二控制阀5用于调整气液流量比；整个系统封闭。

为了进一步保证压缩机吸气干度并进一步降低液源的温度，可以将储液器3流出的液态制冷剂引入热交换器8与其内部的低温低压气液两相制冷剂换热后流入双流体喷嘴6。

为了保证压缩机吸气干度和液源的充分利用，还可以将热沉7内流出的液态制冷剂用液泵10加压后输送回储液器3；热沉7内流出的气态制冷剂经热交换器8与压缩机1流出的高温气态制冷剂换热后流回压缩机1。