一种车载、机载激光器的移动式冷却系统的制作方法

本发明涉及激光器，尤其涉及一种车载、机载激光器的移动式冷却系统。

背景技术：

1、在目前科技高速发展过程中，激光器的使用也日益广泛，激光作为一种纳米级光源，其传输距离远、传输能量大，使其的应用范围不断扩大，其中激光切割和焊接在民用市场使用十分广泛，但是焊接和切割激光功率较小，一般均在5kw以内；但是目前全球生产的激光器光电转换效率低，一般光电转换效率均在35%，欧美、日本等发达国家光电转换效率也仅为40%，所以所有的激光切割或激光焊接设备都要配套一套冷却器；

2、在全球行业的激光应用中，激光器冷却是激光器生产行业的一个重要环节，随激光器使用的普及，激光器外形越做越小，功率却越做越大，同时随激光器功率越做越大，目前用于机动车载的激光器层出不穷，车载、机载激光器冷却也越来越要求小型化和轻量化；众所周知、无论是车载激光器还是机载激光器，由于需要随时机动，所以均远离固定电源的供应，但是激光器又是能耗极大的耗能设备，同时激光器光电转换效率低，以5kw 激光器为例，一台出光功率5kw的激光器的耗电功率为5/0.35≈14.3kw，在这14.3kw的输入电功率中，有14.3-5=8.3kw的热量需要带走散发掉，所以激光器的散热系统是激光器系统设备的重要组成部分，尤其是用于车载和机载的激光器就尤其重要；由于车载或机载激光器设备安装在汽车或飞机上，获取电能的方式只能靠电池或发电机，电能获取相对困难，所以用于车载或机载的激光器及冷却系统，供电尽可能要小，或可以采用蓄能或蓄电的形式储存能源，将随车携带的电能尽可能用于必须随机使用的激光器本身。

3、已有发明专利公开了一种用于高功率光纤激光器的相变蓄冷热管理系统（cn107634441a）利用相变材料进行激光器液体冷媒的冷却，在控制模块的控制下，通过冷媒水泵的驱动将液体冷媒经管路送至激光器完成冷却。现有技术方案对相变材料进行封装，封装后的相变材料置于相变材料存储箱中，封装后的相变材料无法实现快速充放冷，无法满足集成式各激光模块支路、激光合束模块支路、激光管帽模块的多路了冷却，冷却效率低下。

4、有鉴于此，特提出本技术。

技术实现思路

1、本发明的发明目的是针对现有技术的不足，提供了一种充/放冷效率高、可移动式、轻量化的车载、机载激光器的移动式冷却系统，该系统利用移动式相变蓄冷包的相变潜热进行激光器多模块冷却，满足车载、机载激光器出光冷却需求。

2、本技术提供一种车载、机载激光器的移动式冷却系统，包括充冷站、移动式相变蓄冷包、机载恒压冷却模块、控制模块；

3、所述充冷站包括低温介质、低温充冷机组、自适应密封型低温充冷槽，所述低温介质通过所述低温充冷机组进行冷却后，对置于所述自适应密封型低温充冷槽内的所述移动式相变蓄冷包进行充冷；

4、所述移动式相变蓄冷包包括相变介质、壳体、相变介质存储箱体和至少1个换热模块，所述换热模块设置于相变介质存储箱体内部，所述相变介质存储箱体设置于所述壳体内部，所述相变介质填充在相变介质存储箱体内与换热模块的外表面直接接触，在所述壳体上设置温度采集模块；

5、所述机载恒压冷却模块包括激光器冷媒，激光器冷媒输送模块；

6、所述控制模块用于控制所述充冷站、移动式相变蓄冷包、机载恒压冷却模块，在控制模块的控制下，所述移动式相变蓄冷包在所述充冷站进行充冷，在所述机载恒压冷却模块对所述激光器冷媒进行冷却。

7、作为本发明的进一步改进：所述低温介质存储于所述自适应密封型低温充冷槽。

8、作为本发明的进一步改进：所述充冷站还包括可移动机架。

9、作为本发明的进一步改进：在所述壳体与所述相变介质存储箱体之间设置有保温层。

10、作为本发明的进一步改进：所述相变介质为水基混合物。

11、作为本发明的进一步改进：所述移动式相变蓄冷包包括1个换热模块，所述换热模块包括入口集流管、出口集流管、入口管、出口管以及若干组换热管，所述入口集流管以及所述出口集流管分别与所述入口管以及所述出口管相连，若干组所述换热管的两端分别与所述入口集流管以及所述出口集流管相连，所述入口集流管、出口集流管、若干组换热管设置于相变介质存储箱体内部，所述入口管、出口管靠近若干组换热管的一端设置于相变介质存储箱体内部，另一端与贯穿相变介质存储箱体以及壳体；

12、充冷时：冷却后的所述低温介质温度不高于-15℃，依次通过入口管进入入口集流管，在入口集流管分流，均流进入若干组换热管，所述低温介质在换热管内与相变介质间接接触使相变介质发生相变，实现相变介质充冷，最后依次通过出口集流管、出口管流出；

13、放冷时：所述激光器冷媒通过所述激光器冷媒输送模块进入所述换热模块，所述激光器冷媒依次通过入口管进入入口集流管，在入口集流管分流，均流进入若干组换热管，所述激光器冷媒在换热管内与相变介质间接接触使相变介质发生相变，实现相变介质放冷，最后依次通过出口集流管、出口管流出。

14、作为本发明的进一步改进：所述移动式相变蓄冷包包括2个换热模块，分别为充冷模块和放冷模块；

15、所述充冷模块包括低温介质入口集流管、低温介质出口集流管、低温介质入口管、低温介质出口管以及若干组换热管i，所述低温介质入口集流管以及所述低温介质出口集流管分别与所述低温介质入口管以及所述低温介质出口管相连，若干组所述换热管i的两端分别与所述低温介质入口集流管以及所述低温介质出口集流管相连，所述低温介质入口集流管、低温介质出口集流管、若干组换热管i设置于相变介质存储箱体内部，所述低温介质入口管、低温介质出口管靠近若干组换热管i的一端设置于相变介质存储箱体内部，另一端与贯穿相变介质存储箱体以及壳体；

16、充冷时：冷却后的所述低温介质温度不高于-25℃，进入所述充冷模块，依次通过低温介质入口管进入低温介质入口集流管，在低温介质入口集流管分流，均流进入若干组换热管i，所述低温介质在换热管i内与相变介质间接接触使相变介质发生相变，实现相变介质充冷，最后依次通过低温介质出口集流管、低温介质出口管流出；

17、所述放冷模块包括冷媒入口集流管、冷媒出口集流管、冷媒入口管、冷媒出口管以及若干组换热管ii，所述冷媒入口集流管以及所述冷媒出口集流管分别与所述冷媒入口管以及所述冷媒出口管相连，若干组所述换热管ii的两端分别与所述冷媒入口集流管以及所述冷媒出口集流管相连，所述冷媒入口集流管、冷媒出口集流管、若干组换热管ii设置于相变介质存储箱体内部，所述冷媒入口管、冷媒出口管靠近若干组换热管ii的一端设置于相变介质存储箱体内部，另一端与贯穿相变介质存储箱体以及壳体；

18、放冷时：所述激光器冷媒通过所述激光器冷媒输送模块进入所述放冷模块，所述激光器冷媒依次通过冷媒入口管进入冷媒入口集流管，在冷媒入口集流管分流，均流进入若干组换热管ii，所述激光器冷媒在换热管ii内与相变介质间接接触使相变介质发生相变，实现相变介质放冷，最后依次通过冷媒出口集流管、冷媒出口管流出。

19、作为本发明的进一步改进：若干组所述换热管i以及若干组所述换热管ii的每组换热管道均由u型弯头与直管段连接，且多个直管段和u型弯头依次前后相接形成蛇形盘管，所述换热管i以及换热管ii分别分层交叠设置。

20、作为本发明的进一步改进：所述激光器冷媒输送模块包括依次连接的补液功能罐i、恒压循环泵i、激光器冷媒存储罐、补液功能罐ii、恒压循环泵ii，在所述激光器冷媒存储罐的上部的两侧设置上部回流进口和上部回流出口，在所述激光器冷媒存储罐的下部的两侧设置下部回流口和下部回流出口，所述激光器冷媒通过上部回流进口进入激光器冷媒存储罐，再通过上部回流出口进入换热模块，完成能量交换后，进入补液功能罐i，在恒压循环泵i的作用下从补液功能罐i流出，流入下部回流口进入激光器冷媒存储罐，再从下部回流出口流出进入补液功能罐ii，最后通过恒压循环泵ii将激光器冷媒输送至需要冷却的激光器各部件，吸收了激光器各部件热量的激光器冷媒最后又经上部回流进口进入激光器冷媒存储罐。

21、作为本发明的进一步改进：在所述恒压循环泵i与所述恒压循环泵ii的入口端以及出口端均设置有可控阀。

22、作为本发明的进一步改进，所述控制模块与所述移动式相变蓄冷包通过无线的方式进行数据传输，所述控制模块通过所述温度采集模块采集相变介质的温度，通过所述相变介质的温度判断是否进行充冷操作，当所述相变介质的温度≤所述预设温度，提示进行充冷操作。

23、作为本发明的进一步改进，所述控制模块通过所述温度采集模块采集相变介质的温度，判断是否进行激光器出光操作，根据所述相变介质的温度，对所述移动式相变蓄冷包存储的冷量进行计算，当计算得到的冷量，不能满足激光器一次出光时，所述控制模块将给出最高级报警，提示激光器不能进行出光操作。

24、作为本发明的进一步改进，在激光器各部件的所述激光器冷媒的出口以及入口端均设置有可控阀，所述控制模块计算激光器各部件出光时所需的激光器冷媒的量，通过控制模块对设置在激光器各部件的所述激光器冷媒的出口以及入口端的可控阀的控制，实现激光器各部所需激光器冷媒的量的自动调整。

25、本发明的有益效果在于：

26、（1）本发明设计了车载、机载激光器的移动式冷却系统，通过移动式相变蓄冷包实现充冷和放冷过程的分离，当我们的车载激光器或机载激光器，在营地停放（或轮换修整）时，此时就可以利用营地电能给移动式相变蓄冷包充冷，当车载激光器或机载激光器的操作人员修整完毕，蓄冷包的冷量也基本充满，此时车载激光器或机载激光器外出时，遇到需要执行出光任务时，就不需要激光器和激光器冷却系统同时消耗电能，随车或随飞机的电能就可以长时间满足车载激光器或机载激光器供电，以扩大车载激光器或机载激光器的运动半径。

27、（2）本系统通过相变介质存储箱体进行相变介质存储，利用相变介质的潜热进行激光器冷却，换热模块的能量交换段整体置于相变介质中，实现同向吸热/放热，具有蓄冷密度高、蓄冷温度适中、换热效果好、取冷效率高、取冷温度低、取冷过程平稳的优点。

28、（3）为了提升该冷却系统的能力，本发明在相变介质存储箱体内同时设置了低温介质和激光器冷媒两条回路，可通过低温介质回路进行充冷同时通过激光器冷媒回路进行放冷，实现充冷、放冷过程同步进行，当蓄冷包存储的冷量不能满足激光器一次出光时，激光器不能进行出光操作，此处可通过随车或随飞机的电能进行临时充冷以满足激光器使用需求。

29、（4）本发明通过对冷却系统的实时的温度监测，进行车载、机载激光器的移动式冷却系统的自动化控制，确保了操作的安全性。