复合式热交换器、制冷散热系统以及大功率光纤激光设备技术方案

本实用新型专利技术公开了一种复合式热交换器、制冷散热系统以及大功率光纤激光设备，包括具有第一腔室的热交换壳体，所述热交换壳体的内腔壁上设有蒸发面，所述热交换壳体的外表面包括相对设置的第一连接面和第二连接面，所述第一连接面与所述蒸发面的位置相对应；所述第一连接面用于连接第一设备器件，所述第二连接面用于连接第二设备器件，其中所述第一设备器件的热流密度高于所述第二设备器件的热流密度；所述热交换壳体上设置有循环水入口以及循环水出口，所述循环水入口以及所述循环水出口相结合以用于供循环水流经所述第一腔室。通过本实用新型专利技术实现提高制冷散热系统的制冷效率，使其满足大功率激光设备中不同热流密度的部件或器件的散热要求。器件的散热要求。器件的散热要求。

【技术实现步骤摘要】
复合式热交换器、制冷散热系统以及大功率光纤激光设备


[0001]本技术涉及光纤激光设备
，特别涉及复合式热交换器、制冷散热系统以及大功率光纤激光设备。

技术介绍

[0002]现有大功率光纤激光设备主要由多个激光泵浦源(功率≥500W且单个激光芯片光功率≥20W)、光纤放大器、传输光纤、光耦合器件、驱动电源及制冷散热系统组成；其需要散热的主要热源有激光泵浦源(占比约70％)，驱动电源(占比约15％)，光纤放大器和传输光纤及其光耦合器件等(占比约15％)。
[0003]在相关技术中，针对大功率激光设备的制冷散热系统主要由冷水机组(如制冷机)产生10～25℃的冷水，冷水由循环泵带动在系统中布置的水冷板和其它水冷腔室中流动，需散热的部件(激光泵浦源、驱动电源等)通过导热胶(或导热硅脂)或其它有益于导热的连接方式固定在水冷板或水冷腔室的外壁上，冷水流过水冷板或水冷腔室吸热后产生一定的温升(热水)带走热量，一定温升后的热水进入冷水机组的蒸发器中与冷媒进行热交换使冷媒蒸发同时产生一定温降变成冷水(10～25℃)，冷水再进入水冷板或其它水冷腔室，依此进行水循环。蒸发后的冷媒经压缩机压缩升温后进入冷凝器冷凝放热通过风扇将热量排入环境中，冷凝后的冷媒液体通过膨胀阀进入蒸发器依此进行冷媒循环。经历了两个循环(水循环和冷媒循环)才实现大功率光纤激光设备中的热量从部件到环境的传递。
[0004]上述制冷散热系统通过了二次对流换热，即冷水与水冷板或水冷腔室的内表面，热水与蒸发器的外表面，由于水对流换热系数通常在5000～15000(W/(m2×
℃))，对于热流量及局部热流密度不高(≤2W/cm2)的情况下一次对流换热所需的温差≤4℃，两次换热所需温差之和也≤8℃；对于热流量大且局部热流密度高(≥10W/cm2)时，两次对流换热所需的温差≥15～40(℃)。目前大功率激光设备中制冷散热系统，对于高热流密度(≥10W/cm2)的设备器件(如激光泵浦源)很难满足其散热要求。

技术实现思路

[0005]本技术的主要目的是提出一种复合式热交换器、制冷散热系统以及大功率光纤激光设备，旨在实现满足大功率激光设备中不同热流密度的设备器件的散热要求。
[0006]为实现上述目的，本技术提出一种复合式热交换器，包括：
[0007]具有第一腔室的热交换壳体，所述热交换壳体的内腔壁上设有蒸发面，所述热交换壳体的外表面包括相对设置的第一连接面和第二连接面，所述第一连接面与所述蒸发面的位置相对应；所述第一连接面用于连接第一设备器件，所述第二连接面用于连接第二设备器件，其中所述第一设备器件的热流密度高于所述第二设备器件的热流密度；所述热交换壳体上设置有循环水入口以及循环水出口，所述循环水入口以及所述循环水出口相结合以用于供循环水流经所述第一腔室，所述循环水透过所述第二连接面与所述第二设备器件进行对流换热以使所述第二设备器件降温散热；
[0008]所述蒸发面上覆盖有蒸发壳体，以使所述蒸发壳体的内腔壁与所述蒸发面相结合形成第二腔室；所述第二腔室中设置有闪蒸管，所述闪蒸管上设有若干喷射孔，且所述喷射孔朝向所述蒸发面；
[0009]第一冷媒管路，所述第一冷媒管路贯穿所述热交换壳体并与所述闪蒸管连通，所述第一冷媒管路用于将冷媒液体注入至所述闪蒸管中，以使所述冷媒液体通过所述喷射孔喷射至所述蒸发面进行蒸发换热，从而使所述第一设备器件降温散热，并且所述冷媒液体经蒸发换热后形成冷媒气液二相流体；
[0010]第二冷媒管路，所述第二冷媒管路贯穿所述热交换壳体并与所述蒸发壳体连通，所述第二冷媒管路用于供所述冷媒气液二相流体排出所述第二腔室，并使所述冷媒气液二相流体透过所述第二冷媒管路的管壁与所述循环水进行对流换热以形成冷媒气体。
[0011]可选地，所述第一连接面与所述第一设备器件之间设置有连接层，所述连接层包括导热胶(硅脂)或其它导热系数更高的低温焊料。
[0012]可选地，所述蒸发面上设有微结构表面，所述微结构表面用于提高蒸发换热系数、增加蒸发传热面积以及蒸发液体扩散效率。
[0013]可选地，所述热交换壳体内设置有若干支撑柱，每个所述支撑柱的相对两端分别连接所述第一连接面以及所述第二连接面所处的所述第一腔室的腔壁。
[0014]可选地，所述第二冷媒管路包括蛇形结构。
[0015]可选地，所述第一设备器件设置有若干个，对应的所述蒸发壳体设置有若干个。
[0016]可选地，所述循环水温度与环境温度之间的温差小于预设值，以使所述复合式热交换器与环境接触的外表面不会出现结露现象。
[0017]为实现上述目的，本技术还提出一种制冷散热系统，包括冷媒循环系统、水循环系统以及上述的复合式热交换器，所述冷媒循环系统与所述第一冷媒管路以及所述第二冷媒管路相连接，所述水循环系统与所述循环水入口以及所述循环水出口相连接。
[0018]可选地，所述冷媒循环系统包括依次循环连接的压缩机、冷凝器、冷媒储液罐、电子膨胀阀以及所述复合式热交换器；所述水循环系统包括依次循环连接的水冷却装置、定压储水罐、循环水泵以及所述复合式热交换器。
[0019]为实现上述目的，本技术还提出一种大功率光纤激光设备，包括上述的制冷散热系统。
[0020]与现有技术相比，本技术的有益效果：
[0021]本技术采取区别精准冷却，针对大功率光纤激光设备中热流密度不同的设备器件分别采取不同的冷却方式，对于热流密度相对较大的第一设备器件(如激光泵浦源)采用直膨式冷媒直接蒸发的传热方式(蒸发换热)，而热流密度相对较小的第二设备器件(如光纤放大器、传输光纤、光耦合器件、驱动电源等)采用通常水冷方式(对流换热)。从而实现满足大功率激光设备中不同热流密度的设备器件的散热要求。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提
下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本技术复合式热交换器一实施例的内部结构示意图；
[0024]图2为本技术复合式热交换器一实施例中第一连接面的结构示意图；
[0025]图3为本技术复合式热交换器一实施例中蒸发壳体的结构示意图；
[0026]图4为本技术制冷散热系统一实施例的结构示意图；
[0027]图中所标各部件的名称如下：
[0028]1、热交换壳体；101、第一腔室；102、第一连接面；103、蒸发面；1031、微结构表面；104、循环水入口；105、循环水出口；106、支撑柱；2、蒸发壳体；201、第二腔室；202、闪蒸管；2021、喷射孔；3、第一冷媒管路；4、第二冷媒管路；5、连接层；6、冷媒循环系统；601、压缩机；602、冷凝器；603、冷媒本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合式热交换器，其特征在于，包括：具有第一腔室的热交换壳体，所述热交换壳体的内腔壁上设有蒸发面，所述热交换壳体的外表面包括相对设置的第一连接面和第二连接面，所述第一连接面与所述蒸发面的位置相对应；所述第一连接面用于连接第一设备器件，所述第二连接面用于连接第二设备器件，其中所述第一设备器件的热流密度高于所述第二设备器件的热流密度；所述热交换壳体上设置有循环水入口以及循环水出口，所述循环水入口以及所述循环水出口相结合以用于供循环水流经所述第一腔室，所述循环水透过所述第二连接面与所述第二设备器件进行对流换热以使所述第二设备器件降温散热；所述蒸发面上覆盖有蒸发壳体，以使所述蒸发壳体的内腔壁与所述蒸发面相结合形成第二腔室；所述第二腔室中设置有闪蒸管，所述闪蒸管上设有若干喷射孔，且所述喷射孔朝向所述蒸发面；第一冷媒管路，所述第一冷媒管路贯穿所述热交换壳体并与所述闪蒸管连通，所述第一冷媒管路用于将冷媒液体注入至所述闪蒸管中，以使所述冷媒液体通过所述喷射孔喷射至所述蒸发面进行蒸发换热，从而使所述第一设备器件降温散热，并且所述冷媒液体经蒸发换热后形成冷媒气液二相流体；第二冷媒管路，所述第二冷媒管路贯穿所述热交换壳体并与所述蒸发壳体连通，所述第二冷媒管路用于供所述冷媒气液二相流体排出所述第二腔室，并使所述冷媒气液二相流体透过所述第二冷媒管路的管壁与所述循环水进行对流换热以形成冷媒气体。2.根据权利要求1所述的复合式热交换器，其特征在于：所述第一连接面与所述第一设备器件之间设置有连接层。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：邓清，邓作波，
申请(专利权)人：深圳市润芯科技有限公司，
类型：新型
国别省市：