一种激光束冷却换热装置的制作方法

本申请属于换热装置领域，具体设计一种激光束冷却换热装置。

背景技术：

1、目前，大功率激光器目前已在多个领域得到应用，为保证激光漫反射多余光及后端激光束流收集，常会采用束流收集器(beam dump)以起到阻断激光光束的作用，但是当激光功率较大时，收集束流是产生热量大，温度高，温度会影响周围空气流场，进而影响光路，因此，需要设计水冷结构以保证激光温度控制在室温左右。但是现有技术中的beam dump束流收集不均匀，造成溢出；水冷换热效率低，达不到目标需求。

2、现有技术专利cn113556859a公开了一种用于高功率粒子加速器的束流收集器，包括内锥筒、冷却筒组件、进水管组件及出水管组件；内锥筒为尖端封闭的锥体结构；冷却筒组件包括冷却筒外筒、导流锥和冷却筒端盖，进水管组件的第一端与所述导流锥的小口端连接，进水管组件的第二端为进水口；导流锥的大口端的锥面上设置有冷却水导出孔；冷却筒外筒套设在导流锥外。该技术存在连接方式采用焊接，无法拆解，不利于检测维修与结构改进；冷却水流道未采取任何增加接触面积的方式，换热效率低等技术问题。

技术实现思路

1、基于本领域中存在的技术问题，本申请提供一种激光束冷却换热装置，其结构灵活，水冷换热效率高，可有效对收集束流进行冷却。

2、为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是：

3、一种激光束冷却换热装置，包括，

4、散热锥体，

5、所述散热锥体为中空结构；

6、所述散热锥体的内壁设置有若干个第一凹凸结构；

7、冷却外筒，

8、所述冷却外筒可拆卸的套设在所述散热锥体外部，

9、所述冷却外筒的外壁为圆柱结构；

10、所述冷却外筒的内壁为圆锥台结构；

11、所述冷却外筒的外壁设置有若干个第二凹凸结构；

12、密封系统，

13、所述密封系统与所述散热锥体的下端面可拆卸的固定；

14、所述密封系统上开设有进水口和出水口，冷却液可通过进水口进入散热锥体的中空结构后，再从出水口排出，所述进水口和出水口的开设位置不超过所述散热锥体下端面的范围。

15、作为一种优选方案，所述散热锥体的母线和中心轴线的夹角α1为30～60°。

16、作为一种优选方案，所述散热锥体的外壁设置有若干个第三凹凸结构。

17、作为一种优选方案，所述冷却外筒的内壁设置有若干个第四凹凸结构。

18、作为一种优选方案，所述第一凹凸结构在所述散热锥体的内壁沿圆周周向均匀分布。

19、作为一种优选方案，所述第一凹凸结构为斜孔。

20、优选的，所述斜孔的中轴线与所述散热锥体的内壁的夹角α2＝45°～75°。

21、优选的，所述相邻斜孔之间的距离p1＝3～6mm。

22、优选的，所述斜孔的半径r＝4～5mm。

23、优选的，所述斜孔的进深l＝1.5～2.5mm。

24、作为一种优选方案，所述第二凹凸结构为环绕冷却外筒圆周周向均匀设置的若干个环形凹槽。

25、优选的，所述环形凹槽的中轴线与所述冷却外筒的外壁的夹角α3＝60°～90°。

26、作为一种优选方案，所述环形凹槽的槽底形状包括矩形槽底、圆弧形槽底、w形槽底、v字形槽底、台阶形槽底或梯形槽底中的一种或多种。

27、作为一种优选方案，所述第三凹凸结构为螺旋槽。

28、优选的，所述螺旋槽的槽深为0.5～2mm。

29、作为一种优选方案，所述螺旋槽的槽底形状包括矩形槽底、圆弧形槽底、w形槽底、v字形槽底、台阶形槽底或梯形槽底中的一种或多种。

30、作为一种优选方案，所述第四凹凸结构为斜口槽。

31、优选的，所述斜口槽的轴线与所述冷却外筒的内壁的夹角α4＝70°～90°。

32、作为一种优选方案，所述密封系统的进水口上设置有压力雾化喷嘴，可将冷却液进行气化，最终以喷雾形式进入散热锥孔的内部。

33、优选的，所述冷却液为去离子水。

34、作为一种优选方案，所述密封系统为圆盘形。

35、作为一种优选方案，所述密封系统与所述散热锥体的下端面通过螺纹连接或者螺钉结构进行配合。

36、优选的，所述密封系统和散热锥体中间设置有密封圈。

37、本申请的优点：

38、1、本申请中，散热锥体的内壁和冷却外筒的外壁都设置有凹凸结构，增加了冷却水以及冷却气体与锥体以及冷却外筒的接触面积，提升了换热效果；

39、2、本申请中，冷进水口采用可喷嘴方式，冷却水在进入流道前被雾化，增加与内壁面接触面积；散热锥体内部设计斜孔，雾化过后的冷却水在其表面形成气膜，换热更加充分均匀；

40、3、本申请中，散热锥外壁铣螺旋槽，外筒内壁车斜口槽，增加束流接触面积，增大反射角度与次数，可有效防止光线溢出；

41、4、本申请在散热锥与密封件之间增加硅胶密封圈，通过螺纹压紧方式实现进一步密封，提升水冷效果。

技术特征：

1.一种激光束冷却换热装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的激光束冷却换热装置，其特征在于：所述冷却外筒的外壁为圆柱结构，内壁为圆锥台结构。

3.根据权利要求1所述的激光束冷却换热装置，其特征在于：所述散热锥体的母线和中心轴线的夹角α1为30°～60°。

4.根据权利要求1所述的激光束冷却换热装置，其特征在于：所述散热锥体的外壁设置有若干个第三凹凸结构。

5.根据权利要求1所述的激光束冷却换热装置，其特征在于：所述冷却外筒的内壁设置有若干个第四凹凸结构。

6.根据权利要求1所述的激光束冷却换热装置，其特征在于：所述第一凹凸结构在所述散热锥体的内壁圆周方向均匀分布。

7.根据权利要求6所述的激光束冷却换热装置，其特征在于：所述第一凹凸结构为斜孔。

8.根据权利要求1所述的激光束冷却换热装置，其特征在于：所述第二凹凸结构为环绕冷却外筒圆周方向均匀设置的若干个环形凹槽。

9.根据权利要求4所述的激光束冷却换热装置，其特征在于：所述第三凹凸结构为螺旋槽。

10.根据权利要求5所述的激光束冷却换热装置，其特征在于：所述第四凹凸结构为斜口槽。

11.根据权利要求1所述的激光束冷却换热装置，其特征在于：所述密封系统的进水口上设置有压力雾化喷嘴。

12.根据权利要求1所述的激光束冷却换热装置，其特征在于：所述密封系统和散热锥体中间设置有密封圈。

技术总结
本申请公开了一种激光束冷却换热装置，包括散热锥体，所述散热锥体为中空结构；所述散热锥体的内壁设置有若干个第一凹凸结构；冷却外筒，所述冷却外筒可拆卸的套设在所述散热锥体外部，所述冷却外筒的外壁设置有若干个第二凹凸结构；密封系统，所述密封系统与所述散热锥体的下端面可拆卸的固定；所述密封系统上开设有进水口和出水口。通过合理的结构设计，散热锥体的内壁和冷却外筒的外壁都设置有凹凸结构，增加了冷却水以及冷却气体与锥体以及冷却外筒的接触面积，提升了换热效果；散热锥外壁铣螺旋槽，外筒内壁车斜口槽，增加束流接触面积，增大反射角度与次数，可有效防止光线溢出。

技术研发人员：罗先刚,张平,龙云
受保护的技术使用者：天府兴隆湖实验室
技术研发日：20221222
技术公布日：2024/1/12