CN108161002A - 翅片冷却***、冷却翅片及其增材制造方法 - Google Patents

翅片冷却***、冷却翅片及其增材制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及冷却技术领域，公开了一种翅片散热***、冷却翅片及其增材制造方法，其中，所述冷却翅片包括翅片顶板以及在所述翅片顶板的下表面间隔设置的多个翅条，在所述翅片顶板内设置有供制冷介质通过的冷却通道，在所述翅片顶板上设置有用作冷却通道的入口和出口；所述制造方法包括：S1：根据要控温的部件确定所述翅片顶板的厚度、长度和宽度，以及所述冷却通道的内径；S2：确定与所述翅片顶板连接的所述翅条的厚度、长度和宽度，以及翅片在所述翅片顶板上的占空比；S3：生成立体图形，并导入激光3D打印设备中进行激光3D增材打印。本发明所提供的翅片散热***、冷却翅片及其制造方法可以实现对体积较小的精密的光学器件进行有效冷却。

Description

翅片冷却***、冷却翅片及其增材制造方法
技术领域
本发明涉及冷却技术领域，特别是涉及一种冷却翅片及其增材制造方法，以及包含上述冷却翅片的翅片冷却***。
背景技术
传统的冷却翅片由于体积大，冷却效率比较低，通常采用增加翅条的数量来提高制冷能力从而导致体积的增加，因而无法对精密的光学器件进行有效冷却。然而对于以空气冷却的构件，形成并附连用于小体积空间冷却较为困难，因而导致制冷能力不够。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的一个目的是提供一种冷却翅片的增材制造方法，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
本发明的另一个目的是提供一种冷却翅片，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
本发明的再一个目的是提供一种翅片冷却***，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种冷却翅片的增材制造方法，其中，所述冷却翅片包括翅片顶板以及在所述翅片顶板的下表面间隔设置的多个翅条，在所述翅片顶板内设置有供制冷介质通过的冷却通道，在所述翅片顶板上设置有用作冷却通道的入口和出口；所述制造方法包括：
S1：根据要控温的部件确定所述翅片顶板的厚度、长度和宽度，以及所述冷却通道的内径；
S2：确定与所述翅片顶板连接的所述翅条的厚度、长度和宽度，以及翅片在所述翅片顶板上的占空比；
S3：生成立体图形，并导入激光3D打印设备中进行激光3D增材打印。
其中，所述翅片顶板的长度大于所述要控温的部件的表面的长度、所述翅片顶板的宽度应大于所述要控温的部件的表面的宽度。
其中，所述翅条的厚度小于1.5mm。
其中，所述翅条在所述翅片顶板上的占空比为R，其中R＝1。
其中，所述冷却通道的内径小于0.5mm。
本发明还公开了一种冷却翅片，其中，所述冷却翅片包括翅片顶板以及在所述翅片顶板的下表面间隔设置的多个翅条，在所述翅片顶板内设置有供制冷介质通过的冷却通道，在所述翅片顶板上设置有用作冷却通道的入口和出口；所述冷却翅片通过激光3D增材打印制成。
其中，所述翅条的厚度小于1.5mm。
其中，所述翅条在所述翅片顶板上的占空比为R，其中R＝1。
其中，所述冷却通道的内径小于0.05mm。
本发明还公开了一种翅片冷却***，其包括热交换器和如上所述的冷却翅片，其中，所述冷却翅片的冷却通道、所述热交换器通过导热管形成循环管路，在所述循环管路上还设置有泵。
(三)有益效果
本发明所提供的的翅片冷却***、制冷翅片及其增材制造方法通过使用激光3D打印设备进行激光增材打印制成，由于激光增材打印的精度可以达到0.02mm，因而使得所制得的冷却翅片的体积较小，从而可以实现对体积较小的精密的光学器件进行有效冷却，且制冷效率较高。
附图说明
图1为根据本发明的一种冷却翅片的一个优选实施例的结构示意图；
图2为图1中的冷却翅片的翅片顶板的剖视图；
图3为图1中的冷却翅片的主视图；
图4为根据本发明的一种翅片冷却***的一个优选实施例的结构示意图。
图中，1：翅片；11：翅片顶板；12：翅条；13：冷却通道；14：入口；15：出口；2：热交换器；3：微流泵；4：导热管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明公开了一种冷却翅片1的增材制造方法。其中，该冷却翅片1包括翅片顶板11以及在翅片顶板11的下表面间隔设置的多个翅条12，在翅片顶板11内设置有供制冷介质通过的冷却通道13，在翅片顶板11上设置有用作冷却通道的入口14和出口15；该增材制造方法包括以下步骤：
S1：根据待冷却的部件确定翅片顶板11的厚度、长度和宽度，以及冷却通道13的内径；优选地，翅片顶板11的长度大于待冷却的的部件的表面的长度、翅片顶板11的宽度应大于待冷却的的部件的表面的宽度，以保证对待冷却的部件的冷却效果。
S2：确定与翅片顶板11连接的翅条12的厚度、长度和宽度，以及翅条在翅片顶板11上的占空比R；
S3：生成立体图形，并导入激光3D打印设备中进行激光3D增材打印成型。
本发明所提供的制冷翅片1的制造方法通过使用激光3D打印设备进行激光3D增材打印制成，由于激光3D增材打印的精度可以达到0.02mm，因而使得所制得的冷却翅片1的体积较小，从而可以实现对体积较小的精密的光学器件进行有效冷却。
具体地，由于激光3D增材打印的精度可以达到0.02mm，因此优选翅条12的厚度小于1.5mm，翅条12在翅片顶板11上的占空比为R，其中R＝1。需要说明的是，在本发明的其它一些实施例中，翅条12的厚度也可以为其它数值，R也可以为其它数值，R越大，翅条12越密。
为了提高冷却效果，优选冷却通道13呈S形，其包括多个平行的直线段以及与相邻两个直线段连接的连接段，优选地，每个直线段在翅片顶板11上的位置与翅片顶板11连接的翅条12一一对应。因此，冷却通道13的内径优选等于翅条12的厚度，即小于0.5mm。
本发明还公开了一种冷却翅片1，该冷却翅片1包括翅片顶板11以及在翅片顶板11的下表面间隔设置的多个翅条12，在翅片顶板11内设置有供制冷介质通过的冷却通道13，在翅片顶板11上设置有用作冷却通道13的入口和出口；冷却翅片1通过激光3D增材打印制成。
本发明所提供的制冷翅片1通过使用激光3D打印设备进行激光3D增材打印制成，由于激光3D增材打印的精度可以达到0.02mm，因而使得所制得的冷却翅片1的体积较小，从而可以实现对体积较小的精密的光学器件进行有效冷却。
具体地，由于激光3D增材打印的精度可以达到0.02mm，因此优选翅条12的厚度小于1.5mm，翅条12在翅片顶板11上的占空比为R，其中R＝1。需要说明的是，在本发明的其它一些实施例中，翅条11的厚度也可以为其它数值，R也可以为其它数值，R越大，翅片越密。
为了提高冷却效果，优选冷却通道13呈S形，其包括多个平行的直线段以及与相邻两个直线段连接的连接段，优选地，每个直线段在翅片顶板11上的位置与翅片顶板11连接的翅条12一一对应。因此，冷却通道13的内径优选等于翅条12的厚度，即小于0.5mm。
本发明还公开了一种翅片冷却***，其包括热交换器2和如上所述的冷却翅片1，其中，冷却翅片1的冷却通道13、热交换器2通过导热管4形成循环管路，在循环管路上还设置有泵，例如微流泵3。在泵的驱动下，冷却介质经冷却翅片1的冷却通道13的入口14进入冷却通道13、并经出口15流出然后进入热交换器2，通过热交换器2与外界冷却煤质进行充分热交换将冷却介质冷却，被冷却的冷却介质通过循环管路再流入到冷却通道13中与待冷却的部件进行热交换从而使待冷却的部件工作在要求的温度范围内。
下面以一具体实施例对本发明进行说明。在该实施例中，待冷却的部件为激光器泵浦模块，该泵浦模块的热沉面积为长度×宽度＝27mm×20mm，模块热量为20W。
(1)首先确定翅片顶板11的长度、宽度和厚度，其分别取值为28mm、21mm和1.5mm，冷却通道13的内径为0.5mm；冷却通道13的内径可根据泵浦模块的模块热量进行调整，当模块热量多时适当增加冷却通道13的内径。
(2)确定与翅片顶板11连接的翅条12的厚度1.5mm、长度20mm和宽度21mm，以及翅条12在翅片顶板11上的占空比R＝1，则相邻两个翅条12之间的间隙等于翅条12的厚度，即1.5mm，由此计算得出需要翅条12的数量为9。
(3)生成立体图形，并导入激光3D打印设备中进行激光3D增材打印成型。
使用时，将激光器泵浦模块放置在冷却翅片顶板11处，激光器泵浦模块的热量通过热传导到冷却翅片顶板1上，微流泵3将驱动冷却介质(例如水或其他比热较大的液体)在冷却通道13、导流管4、热交换器2中高速流动，流动的冷却介质从冷却通道13的入口14流入，出口15流出，在曲折的冷却通道13中与激光器泵浦模块充分热交换，冷却介质再将热量带到热交换器与外界冷却煤质进行充分热交换，被冷却的冷却介质通过导流管4再流入到冷却通道13中与激光器泵浦模块进行热交换从而使激光器泵浦模块工作在要求的温度范围内。通过试验验证，该冷却翅片1将温度稳定控制在20℃，效果非常良好。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冷却翅片的增材制造方法，其特征在于，所述冷却翅片包括翅片顶板以及在所述翅片顶板的下表面间隔设置的多个翅条，在所述翅片顶板内设置有供制冷介质通过的冷却通道，在所述翅片顶板上设置有用作冷却通道的入口和出口；所述制造方法包括：
S1：根据要控温的部件确定所述翅片顶板的厚度、长度和宽度，以及所述冷却通道的内径；
S2：确定与所述翅片顶板连接的所述翅条的厚度、长度和宽度，以及翅片在所述翅片顶板上的占空比；
S3：生成立体图形，并导入激光3D打印设备中进行激光3D增材打印。
2.根据权利要求1所述的冷却翅片的增材制造方法，其特征在于，所述翅片顶板的长度大于所述要控温的部件的表面的长度、所述翅片顶板的宽度应大于所述要控温的部件的表面的宽度。
3.根据权利要求1所述的冷却翅片的增材制造方法，其特征在于，所述翅条的厚度小于1.5mm。
4.根据权利要求1所述的冷却翅片的增材制造方法，其特征在于，所述翅条在所述翅片顶板上的占空比为R，其中R＝1。
5.根据权利要求1所述的冷却翅片的增材制造方法，其特征在于，所述冷却通道的内径小于0.5mm。
6.一种冷却翅片，其特征在于，所述冷却翅片包括翅片顶板以及在所述翅片顶板的下表面间隔设置的多个翅条，在所述翅片顶板内设置有供制冷介质通过的冷却通道，在所述翅片顶板上设置有用作冷却通道的入口和出口；所述冷却翅片通过激光3D增材打印制成。
7.根据权利要求6所述的冷却翅片，其特征在于，所述翅条的厚度小于1.5mm。
8.根据权利要求6所述的冷却翅片，其特征在于，所述翅条在所述翅片顶板上的占空比为R，其中R＝1。
9.根据权利要求6所述的冷却翅片，其特征在于，所述冷却通道的内径小于0.05mm。
10.一种翅片冷却***，其特征在于，包括热交换器和如权利要求6-9中任一项所述的冷却翅片，其中，所述冷却翅片的冷却通道、所述热交换器通过导热管形成循环管路，在所述循环管路上还设置有泵。
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