一种集成主动制冷的无水冷高功率激光器制造技术

本发明专利技术涉及高功率激光器技术领域，特别涉及一种集成主动制冷的无水冷高功率激光器。包括激光器和主动制冷系统；主动制冷系统包括依次连接且形成循环回路的压缩机、冷凝器、节流装置及毛细管，循环回路内设有制冷剂；毛细管设置于激光器的发热区域内，用于激光器的发热部件散热。本发明专利技术将主动制冷系统中实现蒸发作的毛细管与高功率光纤激光器的发热区域紧密集成在一起，从而利用主动制冷系统中的高效制冷能力，直接使用制冷剂对高功率激光器运行过程中产生的热量进行管理，确保高功率激光器中的精确控温。的精确控温。的精确控温。

【技术实现步骤摘要】
一种集成主动制冷的无水冷高功率激光器


[0001]本专利技术涉及高功率激光器
，特别涉及一种集成主动制冷的无水冷高功率激光器。

技术介绍

[0002]在高功率光纤激光器中，特别是工业加工应用的连续光纤激光器，输出功率越来越高，单腔结构的光纤激光器连续输出功率已经在500W
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5000W范围，多模合束的光纤激光器输出功率达到了30kW以上。高功率光纤激光器的应用范围越来越广泛。
[0003]目前，高功率光纤激光器的电光效率在30％
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45％范围；高功率直接半导体激光器系统的电光效率在50％左右，因此整个系统将有50％以上的电功率转换为热量。随着激光器系统输出功率的增加，产生的热量也越来越大，需要对激光器系统中产生的热量进行有效管理，以确保激光器系统的稳定可靠工作。高功率激光器系统使用过程中，需要配置一台制冷量大于激光器产生热量的水冷系统，给激光器进行有效的热量管理。但是单独的水冷系统，增加了激光器系统在使用时的体积，也增加了系统的复杂性，整个系统还需要冷却液，需要定期更换冷却液，以及在冬天使用时需要更换为特殊的防冻液的问题，增加了使用维护的成本。传统使用水冷机给激光器散热的方式，属于二次传热的热管理方式。即在水冷机系统中，通过压缩机、冷凝器、增发器等，先利用过制冷剂(如R410，R22等)对载冷剂(如水)进行冷却和精确控温，然后再通过载冷剂对激光器中的发热元器件散热，将激光器内部产生的热量带走。这种二次传热的方式，会导致制冷效率低，系统复杂等特点。
[0004]高功率激光器系统还有采用天然冷源的散热方式，是利用风扇将激光器中产生的热量和环境进行热交换，受环境温度影响很大，如果环境温度较高，无法有效地将激光器系统产生的热量与环境之间进行交换，导致激光器内部的温度很高，可能无法使用；如果环境温度较低，比如冬天环境时的0℃附近，该激光器也可能无法工作。因此天然冷源的散热方式，激光器系统的温度范围无法精确控制，特别是随着激光器系统功率的增加，控温的难度很大，甚至会导致激光器无法使用的情况。同时，该系统也存在使用冷却水(或冷却液)，需要定期更换冷却液，并在冬天使用防冻液等特殊要求，增加了使用维护的成本。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种集成主动制冷的无水冷高功率激光器，以解决传统高功率激光器系统采用水冷方式需要定期更换冷却液进行维护及采用风冷方式温度范围无法精确控制的问题。
[0006]本专利技术实施例提供一种集成主动制冷的无水冷高功率激光器，包括激光器和主动制冷系统；
[0007]所述主动制冷系统包括依次连接且形成循环回路的压缩机、冷凝器、节流装置及毛细管，所述循环回路内设有制冷剂；
[0008]所述毛细管设置于所述激光器的发热区域内，用于所述激光器的发热部件散热。
[0009]在一种可能的实现方式中，所述毛细管设置于所述激光器的发热部件上。
[0010]在一种可能的实现方式中，所述激光器的发热部件集成于冷却金属板上；
[0011]所述毛细管折叠铺设于所述冷却金属板上。
[0012]在一种可能的实现方式中，所述毛细管嵌设于所述冷却金属板上设有的凹槽内，且与所述冷却金属板焊接。
[0013]在一种可能的实现方式中，所述冷却金属板内平行设有多个通孔；
[0014]所述毛细管包括插设于各所述通孔内的多个毛细管体，多个毛细管体的端部通过连接部依次首尾相连，形成迂回折返的通路。
[0015]在一种可能的实现方式中，所述冷却金属板内的多个通孔交错布设，使相邻的两个毛细管体位于不同的竖直平面内。
[0016]在一种可能的实现方式中，所述毛细管位于所述冷却金属板内部的长度在2m
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20m范围内。
[0017]在一种可能的实现方式中，所述毛细管的进口和出口位于所述冷却金属板的同一侧。
[0018]在一种可能的实现方式中，所述毛细管为铜管。
[0019]在一种可能的实现方式中，所述主动制冷系统还包括四通阀；
[0020]所述四通阀包括第一接口、第二接口、第三接口及第四接口，其中第一接口通过循环管路与所述压缩机的出口连通，第二接口通过循环管路与所述冷凝器连通，第三接口通过循环管路与所述毛细管连通，第四接口通过循环管路与所述压缩机的进口连通。
[0021]本专利技术的优点及有益效果是：本专利技术提供的一种集成主动制冷的无水冷高功率激光器，通过将压缩机、冷凝器、蒸发器等组成的主动制冷系统，集成到高功率激光器中，将主动制冷系统中实现蒸发作的毛细管与高功率光纤激光器的发热区域紧密集成在一起，从而利用主动制冷系统中的高效制冷能力，直接使用制冷剂对高功率激光器运行过程中产生的热量进行管理，确保高功率激光器中的精确控温。
[0022]本专利技术主要是无需额外的水冷机对激光器进行热管理，能够实现激光器系统的精确控温，确保激光器的长期可靠性和复杂环境的稳定使用，同时降低了整机系统的体积，还有效地避免使用冷却液所带来的定期维护的问题。
[0023]本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0024]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0025]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0026]图1为本专利技术实施例中一种集成主动制冷的无水冷高功率激光器的结构示意图；
[0027]图2为本专利技术实施例中毛细管在水冷板中的布设示意图；
[0028]图3为图2的侧视图。
[0029]图中：1为压缩机，2为四通阀，3为冷凝器，4为节流装置，5为毛细管，51为毛细管
体，52为连接部，6为冷却金属板，7为激光器，a为第一接口，b为第二接口，c为第三接口，d为第四接口。
具体实施方式
[0030]在本专利技术的描述中，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”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专利技术和简化描述，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专利技术的限制。
[0031]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一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0032]在本专利技术中，除非本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成主动制冷的无水冷高功率激光器，其特征在于，包括激光器(7)和主动制冷系统；所述主动制冷系统包括依次连接且形成循环回路的压缩机(1)、冷凝器(3)、节流装置(4)及毛细管(5)，所述循环回路内设有制冷剂；所述毛细管(5)设置于所述激光器(7)的发热区域内，用于所述激光器(7)的发热部件散热。2.根据权利要求1所述的集成主动制冷的无水冷高功率激光器，其特征在于，所述毛细管(5)设置于所述激光器(7)的发热部件上。3.根据权利要求1所述的集成主动制冷的无水冷高功率激光器，其特征在于，所述激光器(7)的发热部件集成于冷却金属板(6)上；所述毛细管(5)折叠铺设于所述冷却金属板(6)上。4.根据权利要求3所述的集成主动制冷的无水冷高功率激光器，其特征在于，所述毛细管(5)嵌设于所述冷却金属板(6)上设有的凹槽内，且与所述冷却金属板(6)焊接。5.根据权利要求3所述的集成主动制冷的无水冷高功率激光器，其特征在于，所述冷却金属板(6)内平行设有多个通孔；所述毛细管(5)包括插设于各所述通孔内的多个毛细管体(51)，多个毛细管体(51)的端部通过连接部(52)依次首尾相连，形成迂回...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵巨云，段云锋，
申请(专利权)人：天津凯普林光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：