CN105932525B - 一种便携式激光冷却及供电装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于给短时间高功率间歇工作的激光器供电及冷却，公开了一种便携式激光冷却及供电装置，其中：包括冷却充电模块和蓄能模块，冷却充电模块分别与市电和蓄能模块连接，蓄能模块与激光器连接。本发明中当激光器工作时，在蓄能模块已蓄满冷量的前提下，冷却充电模块可同时工作，冷却水源源不断地给换热器输送冷量，更进一步地保证激光器的安全。本发明拥有体积小、可便携移动、冷却效果好和功耗低的优点，因此其功耗很低，可以为激光器节省大量的能量更适合推广使用。

Description

一种便携式激光冷却及供电装置

技术领域

本发明属于热处理技术领域，涉及一种便携式激光冷却及供电装置。

背景技术

现有技术的一般激光器都是直接接市电电源，内部没有蓄电池，因此在户外等没有电源的地方使用的时候，还需要另外携带蓄电池，因此使用非常不方便，携带也不方便。

同时，激光器的种类很多，功率也千差万别，有些功率很小的激光器，不需要冷却也能正常工作。但对于大功率的激光器，若不及时冷却，将可能会是激光器发生永久性的损坏。目前已有的激光器冷却一般采用以下几种方式：

1、风冷冷却：用强迫风来冷却激光器的泵浦和电源，有时候还需要配合不同的散热片来使用，该方式的散热效率较低，只适用于功率较小的激光器；

2、水冷冷却：通过冷却液与热沉或其他散热器件之间的对流换热来冷却激光器。通过改变热沉结构，譬如加工成微通道热沉，可能增大该方式的冷却效率，冷却液直接排掉或循环利用，直接排掉会很浪费资源；循环利用需要较大的液体量，冷却装置一般会做的很大；

3、半导体冷却：用半导体制冷片配合水冷的方式进行冷却，将经过激光器散热件后升温的冷却液用半导体制冷片进行降温，再回到激光器中继续将其冷却。对于高功率的激光器，该方式需要的半导体制冷片的尺寸和功率都很大。另外，制冷片的能效比较低，因此运行成本较高；

4、压缩机冷却：用压缩机***配合水冷的方式进行冷却，将经过激光器散热件后升温的冷却液用压缩机***进行降温，再回到激光器中继续将其冷却，该方式和前一个方式存在一个相同的问题：到激光器功率较高时，需要很大的压缩机***，因此采用该冷却方式的高功率激光器也只能放在固定地点使用，不能随身携带；

5、压缩机直接冷却：将激光器的散热件做成压缩机***的蒸发器，直接给激光器降温。相比上一种方式，该方式省去了冷却液这一中间环节，因此冷却效果会有提高，但还是不能从根本上解决冷却装置过大的问题。另外，该方式对激光器的温度也不易控制。

对于大功率的激光器，以上几种冷却方式都存在或部分存在冷却效果不够、体积太大和功耗太高等问题。同时，这些冷却方式对激光器是实时冷却，激光器工作的同时，冷却***也必须同时工作，因此冷却***和激光器必须是一体的，激光器不能随身携带。

发明内容

本发明的目的在于针对现有激光器的不足，提供一种结构合理、冷却效果好、使用方便、功耗小和体积小巧的便携式激光冷却及供电装置。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种便携式激光冷却及供电装置，其中：包括冷却充电模块和蓄能模块，冷却充电模块分别与市电和蓄能模块连接，蓄能模块与激光器连接。

进一步的，所述的蓄能模块包括蓄电池和换热器，蓄电池和换热器都分别与激光器和冷却充电模块连接；所述的换热器为蓄冷式微通道平板式蒸发器，微通道平板式蒸发器内部是微通道平行流式蒸发器，蒸发器的扁管作为冷媒的循环通道，蒸发器的间隙中充满相变蓄冷材料，蒸发器的两个侧面都设有封装板，使换热器成为一个整体。所述的冷媒为氟利昂或其他冷媒。

更进一步的，所述的冷却充电模块包括充电器、压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、水箱和水泵，所述的充电器分别电连接市电、压缩机、水泵和蓄能模块，压缩机分别与冷凝器和蒸发器连接成封闭制冷循环，其中冷凝器与蒸发器通过毛细管连接；所述的蒸发器分别与水箱和换热器连接形成水循环，水箱和换热器之间通过水泵连接。所述的水循环循环介质为水或其他冷却液。

更进一步的，所述的变相材料包括石蜡、石墨和活性炭制成的混合物。本发明通过在蓄冷式换热器内部所有的间隙中间填满变相材料，调节变相材料的成分，使其熔点为所需要的温度。石蜡的相变潜热很高，因此换热器能储存很大的冷量；石蜡的热导率较低，冷凝器上的密集的翅片能加大其相变速度。激光器工作时，石蜡持续融化，其温度稳定在熔点。这样，激光器的温度也会稳定在某一温度，这样其输出波长就会很稳定。

更进一步的，所述的封装板为金属材料制成。

更进一步的，所述的金属封装板与激光器的泵浦或散热部件直接接触贴合。

更进一步的，所述的压缩机为微型直流变频压缩机，微型直流变频压缩机的功率为小于200W，供电直流电压为12V、24V、36V或48V，转速调节范围为2000转/分钟至6500转/分钟。微型直流变频压缩机体积很小且功率低，同时又能提供很大的制冷量，在本发明中其最大制冷量可达500W。

更进一步的，所述的水泵为微型直流水泵。

更进一步的，所述的充电器将交流电转换成直流电。

更进一步的，所述的冷却充电模块和蓄能模块之间为快拆方式连接。

更进一步的，所述的冷凝器为微型直流通道平行流式冷凝器或者微小型冷凝器。

更进一步的，所述的换热器与冷却充电模块通过CPC快插接头连接，所述的蓄电池与冷却充电模块通过电连接器连接。

工作原理：

本发明主要适用于间歇工作的高功率激光器。当激光器不工作时，冷却充电模块的直流供电由充电器直接连接市电交流电，冷却充电模块启动，给蓄能模块补充冷量和电能；在制冷***中，冷媒和水在蒸发器中进行换热，冷凝器向环境中散热。水将制冷***产生的冷量带到换热器，使石蜡凝固，将冷量储存起来。压缩机和蓄电池分别控制，当换热器温度降到石蜡熔点以下时，说明石蜡已经完全凝固，压缩机停止工作；当蓄电池充满时，充电器停止充电。冷却充电模块可根据需要调节压缩机的转速，从而得到不同的制冷量。

当激光器工作时，会产生大量的热量，这时就依靠换热器中储存的冷量来冷却。蓄能模块的换热器中固态的石蜡拥有很高的相变潜热，密集的翅片结构保证激光器产生的热量能快速传给石蜡，并将其融化从而达到对激光器冷却的目的。同时使用变相材料进行对激光器冷却，能够确保了激光器工作温度的稳定。

本发明的有益效果：

1.本发明中，当激光器工作时，在蓄能模块已蓄满冷量的前提下，冷却充电模块可同时工作，冷却水源源不断地给换热器输送冷量，更进一步地保证激光器的安全。

2.整个激光设备可分成两部分：冷却充电模块是一个部分，蓄能模块和激光器主体组成另一个部分。两部分是通过快接的水接头和电连接器连接，非常方便拆卸和安装。本发明中采用的所有部件都是微小型的，因此上述两个部分都可以做成便携式的。在使用过程中，可以将第二个部分单独拿下来使用，这样，激光器就不会受使用地点和外界条件的限制，这使得其应用形式更加多样化。

3.本发明中，激光器工作时，石蜡会处于持续的相变过程中，其温度会保持恒定，而结构的热导率也是一定的，因此，激光泵浦的温度也会稳定在稍高于石蜡熔点的某个温度值。这样，相比其他的冷却方式，在这种工作模式下工作的激光器能得到更加稳定的输出波长，而且也不需要很复杂的控制程序。

4.对于高功率的激光器，若采用传统的水冷，将需要非常庞大的水冷机组。采用其他冷却方式也同样需要很大的冷却设备。这些冷却设备和激光器是同步工作的，激光器停止的时候它们也停止。而在本发明中，只要换热器中的冷量没有蓄满，制冷***就会给其补充冷量，与激光器是否工作无关。这样就使得激光器的冷却设备利用得更加充分。更重要的是，这种充分的利用和本身具有的高能效比，使得本发明提供的装置非常小巧，其体积可以做到只有同等冷量的常规冷却设备的几十分之一。

5.本发明中，采用的微型直流压缩机的能效比很高，因此其功耗很低，可以为激光器节省大量的能量。

附图说明

附图1是实施例的便携式激光冷却及供电装置示意图。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的具体实施方式进一步的详细描述。

实施例1：

如图1所示，一种便携式激光冷却及供电装置，其中：包括冷却充电模块和蓄能模块，冷却充电模块分别与市电和蓄能模块连接，蓄能模块与激光器连接蓄能模块包括蓄电池和换热器，蓄电池和换热器都分别与激光器和冷却充电模块连接；所述的换热器为蓄冷式微通道平板式蒸发器，微通道平板式蒸发器内部是微通道平行流式蒸发器，蒸发器的扁管作为冷媒的循环通道，冷媒为氟利昂，蒸发器的间隙中充满相变蓄冷材料，蒸发器的两个侧面都设有金属材料制成的封装板，使换热器成为一个整体，金属封装板与激光器的泵浦或散热部件直接接触贴合。冷却充电模块包括充电器、压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、水箱和水泵，所述的充电器分别电连接市电、压缩机、水泵和蓄能模块，压缩机分别与冷凝器和蒸发器连接成封闭制冷循环，其中冷凝器与蒸发器通过毛细管连接；所述的蒸发器分别与水箱和换热器连接形成水循环，水箱和换热器之间通过水泵连接。所述的水循环循环介质为水。

优选的，所述的变相材料包括石蜡、石墨和活性炭制成的混合物。本发明通过在蓄冷式换热器内部所有的间隙中间填满变相材料，调节变相材料的成分，使其熔点为所需要的温度。石蜡的相变潜热很高，因此换热器能储存很大的冷量；石蜡的热导率较低，冷凝器上的密集的翅片能加大其相变速度。激光器工作时，石蜡持续融化，其温度稳定在熔点。这样，激光器的温度也会稳定在某一温度，这样其输出波长就会很稳定。

优选的，压缩机为微型直流变频压缩机，微型直流变频压缩机的功率为180W，供电直流电压为24V，转速调节范围为2000转/分钟。水泵为微型直流水泵。充电器将交流电转换成直流电。冷凝器为微型直流通道平行流式冷凝器或者微小型冷凝器。

优选的，换热器与冷却充电模块通过CPC快插接头连接，所述的蓄电池与冷却充电模块通过电连接器连接。

工作使用：

激光器工作前，冷却充电模块启动，给蓄能模块补充冷量和电能。冷却充电模块的直流供电由充电器从交流电转换而来。在制冷***中，冷凝器向环境中散热，冷媒和水在蒸发器中进行换热。水将制冷***产生的冷量带到换热器，使石蜡凝固，将冷量储存起来。压缩机和蓄电池分别控制，当换热器温度降到石蜡熔点以下时，说明石蜡已经完全凝固，压缩机停止工作；当蓄电池充满时，停止充电。

当激光器工作时，会产生大量的热量，这时就依靠与泵浦贴合的换热器来冷却。换热器已经蓄满冷量，其中固态的石蜡拥有很高的相变潜热，密集的翅片结构保证激光器产生的热量能快速传给石蜡，并将其融化。于此同时，冷却充电模块也工作，冷却水源源不断地给换热器输送冷量，充电器持续给蓄电池充电，这样就更进一步地保证了激光器的稳定性和安全性。

实施例2：

如图1所示，一种便携式激光冷却及供电装置，其中：包括冷却充电模块和蓄能模块，冷却充电模块分别与市电和蓄能模块连接，蓄能模块与激光器连接蓄能模块包括蓄电池和换热器，蓄电池和换热器都分别与激光器和冷却充电模块连接；所述的换热器为蓄冷式微通道平板式蒸发器，微通道平板式蒸发器内部是微通道平行流式蒸发器，蒸发器的扁管作为冷媒的循环通道，冷媒为氟利昂，蒸发器的间隙中充满相变蓄冷材料，蒸发器的两个侧面都设有金属材料制成的封装板，使换热器成为一个整体，金属封装板与激光器的泵浦或散热部件直接接触贴合。冷却充电模块包括充电器、压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、水箱和水泵，所述的充电器分别电连接市电、压缩机、水泵和蓄能模块，压缩机分别与冷凝器和蒸发器连接成封闭制冷循环，其中冷凝器与蒸发器通过毛细管连接；所述的蒸发器分别与水箱和换热器连接形成水循环，水箱和换热器之间通过水泵连接。所述的水循环循环介质为水。

优选的，所述的变相材料包括石蜡、石墨和活性炭制成的混合物。本发明通过在蓄冷式换热器内部所有的间隙中间填满变相材料，调节变相材料的成分，使其熔点为所需要的温度。石蜡的相变潜热很高，因此换热器能储存很大的冷量；石蜡的热导率较低，冷凝器上的密集的翅片能加大其相变速度。激光器工作时，石蜡持续融化，其温度稳定在熔点。这样，激光器的温度也会稳定在某一温度，这样其输出波长就会很稳定。

优选的，压缩机为微型直流变频压缩机，微型直流变频压缩机的功率为160W，供电直流电压为36V，转速调节范围为6500转/分钟。水泵为微型直流水泵。充电器将交流电转换成直流电。冷凝器为微型直流通道平行流式冷凝器或者微小型冷凝器。

优选的，换热器与冷却充电模块通过CPC快插接头连接，所述的蓄电池与冷却充电模块通过电连接器连接。

更进一步优选的，所述的冷却充电模块和蓄能模块之间为快拆方式连接

使用：

激光器工作前，冷却充电模块启动，给蓄能模块补充冷量和电能。冷却充电模块的直流供电由充电器从交流电转换而来。在制冷***中，冷凝器向环境中散热，冷媒和水在蒸发器中进行换热。水将制冷***产生的冷量带到换热器，使石蜡凝固，将冷量储存起来。压缩机和蓄电池分别控制，当换热器温度降到石蜡熔点以下时，说明石蜡已经完全凝固，压缩机停止工作；当蓄电池充满时，停止充电。

经过上述处理后，整个激光设备可分成两部分：冷却充电模块是一个部分，蓄能模块和激光器主体组成另一个部分。两部分是通过快接的水接头和电连接器连接，非常方便拆卸和安装。本发明中采用的所有部件都是微小型的，因此上述两个部分都可以做成便携式的。在使用过程中，可以将第二个部分单独拿下来使用，这样，激光器就不会受使用地点和外界条件的限制，这使得其应用形式更加多样化。

工作原理：

本发明主要适用于间歇工作的高功率激光器。当激光器不工作时，冷却充电模块的直流供电由充电器直接连接市电交流电，冷却充电模块启动，给蓄能模块补充冷量和电能；在制冷***中，冷媒和水在蒸发器中进行换热，冷凝器向环境中散热。水将制冷***产生的冷量带到换热器，使石蜡凝固，将冷量储存起来。压缩机和蓄电池分别控制，当换热器温度降到石蜡熔点以下时，说明石蜡已经完全凝固，压缩机停止工作；当蓄电池充满时，充电器停止充电。冷却充电模块可根据需要调节压缩机的转速，从而得到不同的制冷量。

当激光器工作时，会产生大量的热量，这时就依靠换热器中储存的冷量来冷却。蓄能模块的换热器中固态的石蜡拥有很高的相变潜热，密集的翅片结构保证激光器产生的热量能快速传给石蜡，并将其融化从而达到对激光器冷却的目的。同时使用变相材料进行对激光器冷却，能够确保了激光器工作温度的稳定。

以上所述的实施例，只是本发明的较优选的具体方式，本领域的技术员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种便携式激光冷却及供电装置，其特征是：包括冷却充电模块和蓄能模块，冷却充电模块分别与市电和蓄能模块连接，蓄能模块与激光器连接；

所述的冷却充电模块包括充电器、压缩机、冷凝器、毛细管、蒸发器、水箱和水泵，所述的充电器分别电连接市电、压缩机、水泵和蓄能模块，压缩机分别与冷凝器和蒸发器连接成封闭制冷循环，其中冷凝器与蒸发器通过毛细管连接；所述的蒸发器分别与水箱和换热器连接形成水循环，水箱和换热器之间通过水泵连接，冷凝器上有密集的翅片；

所述的冷却充电模块和蓄能模块之间为快拆方式连接；

所述的蓄能模块包括蓄电池和换热器，蓄电池和换热器都分别与激光器和冷却充电模块连接；所述的换热器为蓄冷式微通道平板式蒸发器，微通道平板式蒸发器内部是微通道平行流式蒸发器，蒸发器的扁管作为冷媒的循环通道，蒸发器的间隙中充满相变蓄冷材料，蒸发器的两个侧面都设有封装板，使换热器成为一个整体。

2.根据权利要求1所述的便携式激光冷却及供电装置，其特征是：所述的变相材料包括石蜡、石墨和活性炭制成的混合物。

3.根据权利要求1所述的便携式激光冷却及供电装置，其特征是：所述的封装板为金属材料制成。

4.根据权利要求1所述的便携式激光冷却及供电装置，其特征是：所述的封装板与激光器的泵浦或散热部件直接接触贴合。

5.根据权利要求1所述的便携式激光冷却及供电装置，其特征是：所述的压缩机为微型直流变频压缩机，微型直流变频压缩机的功率为小于200W，额定电压为12V、24V、36V或48V。

6.根据权利要求1所述的便携式激光冷却及供电装置，其特征是：所述的冷凝器为微型直流通道平行流式冷凝器或者微小型冷凝器。

7.根据权利要求1所述的便携式激光冷却及供电装置，其特征是：所述的换热器与冷却充电模块通过CPC快插接头连接，所述的蓄电池与冷却充电模块通过电连接器连接。

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