一种便携式激光散热装置的控制方法与流程

[0001]
本发明涉及散热装置的技术领域，特别涉及一种便携式激光散热装置的控制方法。


背景技术：

[0002]
激光设备为实现便携式野外作业，如抗震救灾时激光切割操作等，需满足激光设备及其冷却系统重量轻的要求，同时在野外工作携带电池电量有限，因此，要求冷却系统耗功尽可能小来保证激光设备的较长时间的供电需求。目前常用的蒸汽压缩制冷系统，满足大功率(十千瓦级)散热需求所需的重量与体积均很大，重量体积主要来自于压缩机和风冷冷凝器，不适合于单人背负，且压缩机和风机需消耗千瓦级左右的电能，因此在重量及功耗上均难以满足大功率激光设备的野外作业要求。
[0003]
请参考国家知识产权局于2020年7月10日公布的申请号为202010338432.9、发明名称为一种便携式激光散热装置，激光设备散热装置采用冷板对激光设备进行热量的收集，采用相变换热器进行热量排散，通过泵驱动传热工质将热量由冷板处传输到相变换热器进行排散。激光设备安装在冷板表面，将自身发热传递给冷板，工质通过冷板内部的槽道吸收热量，热量随工质传输到相变换热器处，相变换热器内部相变材料通过相变的方式来吸收工质的热量。
[0004]
相变换热器内部相变材料的吸热能力随着相变完成而消失，因此相变换热器有效散热时间有限，为满足应急过程中激光工作较长时间的散热需求，在相变换热器中的相变材料完全吸热相变后，需对相变换热器进行更换，是否进行更换需要依据散热装置的实时运行状态来确定。
[0005]
激光设备散热装置的控制与运行状态监测对大功率激光系统运行的安全性至关重要，通过对散热装置运行流量和关键点温度的测量和判断来监测散热装置的运行状态，并在运行异常情况下进行停机和报警，保障散热装置的安全运行。
[0006]
因此，为对激光设备散热装置的运行状态进行监测并及时作出相应的动作，保证散热装置安全有效运行，成为当务之急。


技术实现要素：

[0007]
为了解决上述问题，本发明提供了一种便携式激光散热装置的控制方法，包括：
[0008]
步骤一、启动散热装置，不启动激光设备，检测冷板入口处传热工质的温度和相变换热器入口处的传热工质流量；
[0009]
若冷板入口处的温度值t1低于设定的最低温度t
min
，且相变换热器入口处的流量值f大于设定的最大流量f
max
时，则判断散热装置启动工作正常，可启动激光设备；
[0010]
步骤二、散热装置和激光设备正常开启后，实时检测冷板入口处的温度和相变换热器入口处的传热工质流量；
[0011]
若冷板入口处的实时温度t
1实时
低于设定的最高温度值t
max
，且相变换热器入口处
的流量值f
实时
大于设定的最低流量f
min
时，则散热装置工作正常，激光设备可保持工作；否则关闭激光设备。
[0012]
较佳地，在步骤一中，若冷板入口处的温度值t1高于设定的最低温度t
min
，需等待散热装置运行一段时间给自身进行降温。
[0013]
较佳地，待散热装置运行一段时间，当运行时间t大于设定时间t
set
后，若冷板入口处的温度值t1依然高于设定的最低温度t
min
，则判断散热装置的散热能力不足，需要关闭散热装置，对相变换热器进行更换。
[0014]
较佳地，在步骤一中，若相变换热器入口处的流量值f小于设定的最大流量f
max
时，则需要增大相变换热器入口处的流量。
[0015]
较佳地，在步骤二中，若冷板入口处的实时温度t
1实时
低于设定的最高温度值t
max
，但相变换热器入口处的实时流量值f
实时
小于设定的最低流量f
min
，则判断系统故障，关闭散热装置。
[0016]
较佳地，在步骤二中，若冷板入口处的实时温度t
1实时
超过设定的最高温度值t
max
，相变换热器入口处的实时流量值f
实时
大于设定的最低流量f
min
，则关闭散热装置，更换相变换热器。
[0017]
较佳地，在步骤二中，若冷板入口处的实时温度t
1实时
超过设定的最高温度值t
max
，相变换热器入口处的实时流量值f
实时
小于设定的最低流量f
min
，则系统故障，关闭散热装置。
[0018]
较佳地，在步骤二中，实时检测激光设备的温度，当激光设备的温度t
2实时
超过设定的安全温度t
safe
时，则判断激光设备超过安全温度，需要关闭激光设备和散热装置。
[0019]
较佳地，所述散热装置包括依次连接的所述冷板、膨胀罐、泵、流量计、相变换热器；
[0020]
所述散热装置还包括流量调节阀，所述流量调节阀的进出口分别与所述泵的出口和进口连接，用于调节所述相变换热器入口的传热工质流量；
[0021]
所述冷板的入口设有第一温度传感器；
[0022]
所述激光设备安装在所述冷板上，所述激光设备上设有第二温度传感器。
[0023]
与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：
[0024]
1、为对激光散热装置运行状态进行监测并及时作出相应的动作，保证激光散热装置安全有效运行，本发明提供一种便携式激光散热装置控制方法，本发明仅通过检测散热装置管路中传热工质的温度和流量便可以实现散热装置运行状态的判断，保证激光工作的安全。
[0025]
2、本发明通过检测冷板入口处工质的温度值，判断相变换热器是否完成相变吸热过程，从而可实现了对完成相变吸热过程的相变换热器进行更换，满足散热装置工作续航。
[0026]
3、本发明通过检测激光设备的温度值，并与激光设备工作安全温度进行比较，在超过安全温度时进行紧急停机和检修。
[0027]
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领
域技术人员来讲，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。附图中：
[0029]
图1为本发明的优选实施例提供的一种便携式激光散热装置的结构示意图；
[0030]
图2为本发明的一种便携式激光散热装置的控制方法启动过程示意图；
[0031]
图3为本发明的一种便携式激光散热装置的控制方法运行过程示意图。
具体实施方式
[0032]
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0033]
参看图1至图3，本发明提供一种便携式激光散热装置控制方法，激光设备通过散热装置散热，具体的，散热装置采用冷板2对激光设备1进行热量的收集，采用相变换热器7进行热量排散，通过泵4驱动传热工质将热量由冷板2处传输到相变换热器7进行排散。激光设备1安装在冷板2表面，将自身工作发热传递给冷板2，传热工质通过冷板2内部的槽道与冷板2进行对流换热，将热量进行吸收，在泵4的驱动下热量随传热工质传输到相变换热器7处，传热工质与相变换热器7内部的相变材料进行换热，相变换热器7内部相变材料通过相变的方式来吸收传热工质的热量，放热后的传热工质降温后继续进入冷板2进行吸热。
[0034]
在本实施例中，所述散热装置包括依次连接的所述冷板2、膨胀罐3、泵4、流量调节阀(阀门)5、流量计9、相变换热器7，所述冷板2、膨胀罐3、泵4、流量计9、相变换热器7形成传热工质的循环系统。
[0035]
所述流量调节阀5的进出口分别与所述泵4的出口和进口连接，为泵并联的一条旁路，用于调节所述相变换热器7入口的传热工质流量。在本实施例中，从泵4出口流出的传热工质流回泵4的进口，用于调节进入相变换热器7的流量，流量调节阀5开度增大时，旁路回流流量增大，而相变换热器7流量减小，反之亦然。
[0036]
所述冷板2的入口设有第一温度传感器8，具体位于冷板2入口与相变换热器7出口之间的传热管路上，第一温度传感器8用于检测进入冷板2的传热工质的温度，或是检测经相变换热器7散热后的传热工质的温度。
[0037]
所述激光设备1安装在所述冷板2上，所述激光设备1上设有第二温度传感器10。
[0038]
相变换热器7内部相变材料的吸热能力随着相变完成而消失，因此相变换热器7有效散热时间有限，为满足户外作业过程中激光较长时间续航工作时的散热需求，在相变换热器7中的相变材料完全吸热相变后，需及时发现并对相变换热器7进行更换，使激光设备1不因散热能力不足而导致超温失效，同时散热装置的运行过程中需要监测传热工质的流量值、冷板2入口处传热工质的温度以及激光设备1的温度，并判断各值是否在正常工作范围，从而实现散热装置运行状态的监测，并在运行异常情况下进行紧急停机以保障散热装置的安全。
[0039]
具体的，在激光设备1工作前(即在激光设备1开启前)，先开启系统泵4(即启动散热装置)，并通过第一温度传感器8检测冷板2入口处的传热工质温度，通过流量计9检测相变换热器7入口处的传热工质流量值，当冷板2入口处的温度值t1低于设定温度的最小值t
min
，且相变换热器7入口处的流量值f大于设定流量的最大值f
max
时，则判断散热装置启动
工作正常，可启动激光设备1，使其进行工作。
[0040]
具体的，在激光设备1和散热装置工作过程中，通过第一温度传感器8实时检测冷板2入口处的传热工质的温度，当冷板2入口处的实时温度t
1实时
超过设定的最高温度t
max
时，则判断散热装置的散热能力不足，因此，需要散热装置及激光设备停止工作，并对相变换热器进行更换。
[0041]
具体的，在激光设备1及散热装置工作过程中，通过第二温度传感器10实时检测激光设备1的温度，当激光设备1的温度t
2实时
超过设定的安全温度t
safe
时，则判断激光设备1超安全温度，需要激光设备和散热装置停止工作。
[0042]
具体的，在激光设备1及散热装置工作过程中，通过流量计9实时检测相变换热器7入口处的流量，若相变换热器7入口处的实时流量值f
实时
小于设定的最低流量f
min
，则判断散热装置的流量不足，需要激光设备和散热装置停止工作。
[0043]
具体的，在激光设备1工作前，检测相变换热器7入口处的传热工质的流量，当相变换热器7入口处的流量值f小于设定流量的最大值f
max
时，则需要增大相变换热器7入口处的流量，即通过调节流量调节阀(阀门)5，使相变换热器7入口处的流量值f增大，直至超过设定流量的最大值f
max
。
[0044]
具体的，在激光工作前(即启动散热装置、未启动激光设备1时)，当所述冷板2入口处的温度值t1高于设定温度的最小值t
min
时，等待散热装置运行一段时间给自身降温，当运行时间t大于设定时间t
set
后，若所述冷板2入口处的温度值t1依然高于设定温度的最小值t
min
，则判断散热装置散热能力不足，需要停止散热装置的工作，并对相变换热器进行更换。
[0045]
下面对本发明工作过程作进一步说明：
[0046]
首先在执行野外作业任务前，将相变换热器7在服务站点通过制冷机进行蓄冷处理，确保所需的相变换热器7均完成凝固，具备蓄热能力。将准备就绪的相变换热器7通过快速接头6连入散热装置，试运行散热装置，检查是否工作正常。检测确认散热装置运行正常后可通过单人背负出站，同时将其他备用的相变换热器7通过其他人员背负进入应急救援现场。
[0047]
在进入作业场所后，先进行激光设备1和散热装置的检查，确保各设备正常。自检完成后，可进行启动工作，启动过程按照图2中的流程进行。先执行步骤s102，启动供电电源，然后执行步骤s103启动泵4。泵4启动后执行步骤s104检测散热装置流量值及温度值，即通过第一温度传感器8检测冷板2入口处的传热工质温度，通过流量计9检测相变换热器7入口处的传热工质流量值。在步骤s105中判断冷板2入口处的温度值t1是否小于设定的最低温度t
min
，若判断结果为否，则说明冷板2入口处传热工质温度偏高，需等待散热装置运行一段时间给自身进行降温。因此执行步骤s106，判断泵4启动后的运行时间t是否大于设定时间t
set
，若泵启动后的运行时间t小于设定的时间t
set
，则判断散热装置自身降温时间不够，则继续回到步骤s105。若泵启动后的运行时间t大于设定时间t
set
，而冷板2入口处的温度值t1依然大于设定的最低温度t
min
，则认为散热装置中的相变换热器7因为完全吸热相变后失去散热能力，则关闭散热装置，执行步骤s107对相变换热器7进行更换。执行完步骤s107后，回到步骤s101，重新开启散热装置。装置的数据采集检测和判断的频率为10hz。
[0048]
若在执行步骤s105时，冷板2入口处的温度值t1小于设定的最低温度t
min
，则判断散热装置的传热工质温度正常。执行步骤s108，若执行步骤s108时，相变换热器7入口处的
流量值f小于设定的最大流量f
max
，则传热工质流量偏小，执行步骤s109，调节阀门5增大流量；在执行步骤s108时，若流量值f大于设定的最大流量f
max
，则散热装置的传热工质流量正常，可以执行步骤s110，开启激光设备1，使其进行工作。
[0049]
散热装置及激光设备1正常开启后，散热装置和激光设备1运行过程按照图3中的流程进行。在散热装置和激光设备1运行过程中需要实时检测相变换热器7入口处的流量f
实时
和冷板2入口处的实时温度t
1实时
，并执行步骤s202，判断是否满足流量值f
实时
大于设定的最低流量f
min
且t
1实时
小于设定的最高温度t
max
的条件，若满足条件，则散热装置工作正常，保持执行步骤s203，激光设备1可以保持工作，待作业完成后执行步骤s204，关闭激光设备1和散热装置。若在执行步骤s202不满足条件，则关闭激光设备1。随后进行散热装置状态检测，判断导致不满足步骤s202条件的原因。首先执行步骤s206判断冷板2入口处的实时温度t
1实时
是否小于设定的最高温度t
max
，若是冷板2入口处的实时温度t
1实时
正常，可知相变换热器7入口处的流量f
实时
小于设定的最小流量f
min
，判断系统故障，执行步骤s209关闭散热装置。若执行步骤s206时冷板2入口处的实时温度t
1实时
大于设定的最高温度t
max
，则可知冷板2入口处的实时温度t
1实时
偏高，接下来判断流量值f
实时
是否大于设定的最低流量f
min
，执行步骤s207，若流量值f
实时
大于设定最低流量f
min
，则关闭散热装置，更换相变换热器7。若执行步骤s207时，有流量值f
实时
小于设定最低流量f
min
，则判断系统故障，关闭散热装置。
[0050]
在激光设备1和散热装置工作过程中一旦出现t
2实时
大于设定的安全温度t
safe
，则关闭激光和散热装置。
[0051]
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。