[发明专利]基于喷雾汽化的大功率激光器热管理装置及方法

权利要求书

1.一种基于喷雾汽化的大功率激光器热管理装置，所述大功率激光器上设有一激光器热沉（8），其特征在于，所述热管理装置包括一装设于所述激光器热沉（8）上的高压喷雾室（9），所述高压喷雾室（9）内设有用于将液体制冷剂转化为雾状液滴制冷剂并喷射于所述激光器热沉（8）上的喷雾嘴阵列（7）和一气压传感器（13）；所述高压喷雾室（9）与用于向所述喷雾嘴阵列（7）提供所述液体制冷剂的过渡室（6）相邻，所述过渡室（6）通过一高压电动泵（1）与用于储存所述液体制冷剂的高压储液罐（4）相连，所述高压电动泵（1）与所述高压储液罐（4）之间的连接管道上设有第一单向阀（2）；所述高压喷雾室（9）的底部设有一雾液回聚区（11），所述雾液回聚区（11）内设有一液位传感器（12），所述雾液回聚区（11）通过所述高压电动泵（1）与所述过渡室（6）相连，所述雾液回聚区（11）与所述高压电动泵（1）之间的连接管道上设有第二单向阀（3）；所述高压喷雾室（9）还与一排气管（14）相连，所述排气管（14）上设有用于使所述高压喷雾室（9）内压力维持在一恒定压力值的泄压阀（10）。

2.根据权利要求1所述的热管理装置，其特征在于，所述喷雾嘴阵列（7）由薄金属盘片（19）叠加并通过扩散焊制成，所述喷雾嘴阵列（7）上的喷孔（17）直径为0.1mm～0.3mm。

3.根据权利要求2所述的热管理装置，其特征在于，所述薄金属盘片（19）的厚度为0.01mm～0.1mm。

4.根据权利要求1所述的热管理装置，其特征在于，所述高压电动泵（1）与所述过渡室（6）之间设有一过滤器（5）。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的热管理装置，其特征在于，所述泄压阀（10）为机械式泄压阀或电磁式泄压阀。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的热管理装置，其特征在于，所述高压电动泵（1）的增压动力为40～60个大气压。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的热管理装置，其特征在于，所述排气管（14）的输出端置于一吸收水桶（15）内，并与所述吸收水桶（15）内设置的多孔气罩（16）相连。

8.一种利用权利要求1～7中任一项所述的热管理装置实现的基于喷雾汽化的大功率激光器热管理方法，包括以下步骤：

（1）打开热管理装置的第一单向阀，关闭第二单向阀，通过高压电动泵将高压储液罐内的液体制冷剂抽取至过渡室，过渡室内的液体制冷剂通过高压喷雾室的喷雾嘴阵列转化为雾状液滴制冷剂，雾状液滴制冷剂进入高压喷雾室后喷射于激光器热沉上，通过吸收激光器热沉上的废热发生部分汽化并使激光器热沉冷却，所得气体制冷剂不断增大高压喷雾室内的压力并通过气压传感器将压力值反馈至泄压阀，当高压喷雾室内的压力达到泄压阀设定的气体制冷剂饱和压力时，泄压阀开启，由排气管将过量的气体制冷剂排出高压喷雾室以维持高压喷雾室内饱和压力恒定，通过饱和压力对应的恒定沸点实现对激光器热沉的恒温控制，同时，未汽化的雾状液滴制冷剂流向高压喷雾室底部的雾液回聚区中，重新汇集形成液体制冷剂；

（2）将雾液回聚区内的液位传感器设定一高液位值和一低液位值，通过液位传感器探测液体制冷剂的回聚量；在雾液回聚区内液体制冷剂的液位上升阶段，当液位低于高液位值时，保持第一单向阀开启和第二单向阀关闭，高压储液罐内的液体制冷剂通过高压电动泵抽取至过渡室，当液位高于高液位值时，关闭第一单向阀，开启第二单向阀，高压电动泵停止抽取高压储液罐内的液体制冷剂，切换为抽取雾液回聚区内的液体制冷剂送至过渡室；在雾液回聚区内液体制冷剂的液位下降阶段，当液位低于高液位值且高于低液位值时，保持第一单向阀关闭和第二单向阀开启，雾液回聚区内的液体制冷剂通过高压电动泵抽取至过渡室，当液位低于低液位值时，开启第一单向阀，关闭第二单向阀，高压电动泵停止抽取雾液回聚区内的液体制冷剂，切换为抽取高压储液罐内的液体制冷剂送至过渡室；

（3）上述步骤（1）和步骤（2）的过程在热管理装置工作的全过程中持续进行。

9.根据权利要求8所述的热管理方法，其特征在于，所述液体制冷剂为液氨。

10.根据权利要求8或9所述的热管理方法，其特征在于，所述排气管将过量的气体制冷剂排放至吸收水桶的多孔气罩内由吸收水桶内的水充分吸收。