一种紧凑型变频激光器散热系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种紧凑型变频激光器散热系统，包括蒸发器、气液分离器、压缩机和冷凝器，其中，激光器的热沉经一热界面材料件直接与所述蒸发器的扁平表面所连接；沿制冷剂的流动方向，形成蒸发器、气液分离器、压缩机、冷凝器和高压储液罐顺次连接，再由高压储液罐回连至蒸发器的制冷回路；所述高压储液罐用于工况变动时补偿和调节液体制冷剂；所述压缩机包括一用于控制其功率的变频模块，所述变频模块包括一变频器，所述变频器连接一用于检测蒸发器温度变化的温度传感器。器温度变化的温度传感器。器温度变化的温度传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种紧凑型变频激光器散热系统


[0001]本技术涉及一种紧凑型变频激光器散热系统。

技术介绍

[0002]激光器工作过程中会产生热量，而这部分热量如果没有被及时的导走，会影响内部部件的正常工作，导致激光器输出光束质量下降，削减激光器的寿命。激光器的输入功率越高，热效应越明显。但是随着激光先进制造技术的发展，高输入功率无法避免。因此，激光器的散热问题就成为了制约高功率激光器的重要问题之一。
[0003]目前，采用的激光器散热系统主要包括风冷和水冷两种方法。
[0004]风冷，是激光器常见的一种散热方式。发热元件产生的热量传递到热沉，热沉表面设置散热翅片，通过强制对流将热量导走。但是由于空气的换热系数有限，风冷主要运用于功率较小的激光器上，对于大型的激光器采用传统的风冷技术则无法满足要求。
[0005]水冷方法主要是利用水冷机对水进行降温，送到激光器与热沉换热，以达到降低激光器温度的目的。其主要结构包括内外两个循环；内循环包括蒸发器、冷凝器、压缩机、膨胀阀以及气液分离器。压缩机吸入由蒸发器产生的制冷剂蒸气，在压缩机中制冷剂被压缩成为高温高压蒸气。高温高压蒸汽被送到冷凝器中将热量释放，冷凝成高压液体。该部分液体再经过膨胀阀节流，进入蒸发器。此时，已经完成对激光器冷却的载冷剂(水)进入蒸发器与制冷剂液体进行热交换。制冷剂液体转化为制冷剂蒸气而被压缩机吸入，进入下一个循环。外循环中温度下降的冷冻水又被送回激光器发生器中对发生器进行降温。因此，由激光器工作产生的热量就能通过这样的一个制冷循环散失到外界环境。但是该水冷方法具有占地面积大，系统复杂，散热效果无法保证而且运行过程不够平稳等问题。特别是随着当今高功率激光器的发展，水冷散热系统愈加复杂，占用空间庞大。
[0006]现有技术存在如下缺点：
[0007]1、现有结构需要额外设置一台冷水机对载冷剂(水)降温，再利用水与激光器进行换热，系统复杂，占地面积较大，不够紧凑，无法满足狭小空间内的使用要求。
[0008]2、压缩机是制冷系统的核心，而受激光器功率变化的影响，压缩机需要频繁启停以实现对制冷系统制冷量的控制。但是频繁的启停过程中可能出现的热冲击会导致金属部件的损坏，进而缩短压缩机使用寿命，降低生产效益。
[0009]3、为保证激光器的安全，制冷系统制冷量通常需要根据激光器工作的峰值功率来设计。因此，当激光器并未处于峰值工作时，制冷系统仍按最大散热负荷工作，容易造成能源的浪费。

技术实现思路

[0010]本技术所要解决的技术问题在于克服现有技术的上述不足，提供一种调节能力强、安全性能好的紧凑型变频激光器散热系统。
[0011]其所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实施。
[0012]一种紧凑型变频激光器散热系统，包括蒸发器、气液分离器、压缩机和冷凝器，其特点为，
[0013]激光器的热沉经热界面材料(例如一导热硅脂件)，直接与所述蒸发器的扁平表面所连接；沿制冷剂(包括气态和液态)的流动方向，形成蒸发器、气液分离器、压缩机、冷凝器和高压储液罐顺次连接，再由高压储液罐回连至蒸发器的制冷回路；所述高压储液罐用于工况变动时补偿和调节液体制冷剂；
[0014]所述压缩机包括一用于控制其功率的变频模块，所述变频模块包括一变频器，所述变频器连接一用于检测蒸发器温度变化的温度传感器。
[0015]作为本技术的优选实施例，所述蒸发器为板式蒸发器。
[0016]作为本技术方案的进一步改进，所述高压储液罐与所述蒸发器的连接管路上设置有节流阀。
[0017]也作为本技术方案的进一步改进，所述变频模块还包括微型处理器和PMW控制器，所述微型处理器接收来自温度传感器的信号，并通过比较设定温度与温度传感器所测量温度的差异发出特定信号；所述PMW控制器根据微型处理器发出的信号对模拟电路进行控制，调节压缩机的转速。
[0018]还作为本技术方案的进一步改进，所述制冷回路的各部件及所述变频模块置于同一箱体内。
[0019]采用上述技术方案的紧凑型变频激光器散热系统，具有如下优点或有益效果：
[0020]1、本技术所采用的新型的结构设计方案，相比现有水冷系统散热，避免了使用循环水作为中间介质，将制冷系统蒸发器与激光器热沉集成，直接使用蒸发器对激光器进行散热。有效地优化空间利用率，使散热系统更为紧凑，满足不同场所尤其是尺寸受限应用环境下的需求。
[0021]2、本技术采用的变频调节式散热系统，相比水冷系统散热，其利用变频器根据激光器散热强度对制冷系统的制冷量进行调节。在激光器负荷变化时，利用变频器无极变速，使得压缩机的转速缓慢变化，避免压缩机频繁启停，延长了压缩机的寿命，使系统运行更为平稳且可靠。
[0022]3、当激光器功率增大时，热效应明显上升，容易损坏元器件。相比传统水冷系统直接根据激光器散热最大功率要求工作，本设计可以根据散热要求实时动态响应，更为节能且环保。
附图说明
[0023]图1为本技术紧凑型变频激光器散热系统的结构示意图；
[0024]图2为本技术热沉与蒸发器的连接关系示意图；
[0025]图中：1——压缩机
ꢀꢀꢀꢀ
2——冷凝器
ꢀꢀꢀꢀ
3——高压储液罐
ꢀꢀꢀꢀ
4——节流阀
ꢀꢀꢀꢀ
5——温度传感器
ꢀꢀꢀꢀ
6——蒸发器
ꢀꢀꢀꢀ
7——气液分离器
ꢀꢀꢀꢀ
8——变频器；
[0026]11——热沉
ꢀꢀꢀꢀ
12——导热硅脂；
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本技术的具体实施方式进行进一步的详细说明。
[0028]本技术提供了一种新的紧凑型变频激光器散热系统结构设计，其能使激光器散热系统结构更加紧凑，散热效果得到保证。另外变频器的加入使整个系统的运行更加平稳可靠，安全性能提升，同时起到节约能源的作用。
[0029]参照附图1所示，本散热系统包括两大模块：制冷模块与变频模块。
[0030]其中，制冷模块包括扁平表面的蒸发器6(板式蒸发器)、压缩机1、冷凝器2、节流阀4(节流设备)、气液分离器7和高压储液罐3(用于工况变动时补偿和调节液体制冷剂)等。
[0031]变频模块包括温度传感器5、微型处理器、PMW控制器以及变频器8(变频装置)。
[0032]本散热系统，采用蒸发器直接对激光器进行散热，将激光器的热沉直接通过热界面材料(热界面材料件/热界面材料层)与扁平表面的蒸发器6(板式蒸发器)的表面连接，蒸发器中的制冷剂吸收激光器热沉所散发的能量从液态转化为气态，通过相变将热量带走。同时通过变频器8连接压缩机1，变频器8连接温度传感器5。
[0033]如图2所示，示意了热沉11、热界面材料(导热硅脂12，或导热硅脂件，或导热硅脂层)以及蒸发器6之间的关系；即，热沉11通过热界面材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种紧凑型变频激光器散热系统，包括蒸发器、气液分离器、压缩机和冷凝器，其特征在于，激光器的热沉经一热界面材料件直接与所述蒸发器的扁平表面所连接；沿制冷剂的流动方向，形成蒸发器、气液分离器、压缩机、冷凝器和高压储液罐顺次连接，再由高压储液罐回连至蒸发器的制冷回路；所述高压储液罐用于工况变动时补偿和调节液体制冷剂；所述压缩机包括一用于控制其功率的变频模块，所述变频模块包括一变频器，所述变频器连接一用于检测蒸发器温度变化的温度传感器。2.根据权利要求1所述的紧凑型变频激光器散热系统，其特征在于，所述蒸发器为板式蒸发器。3.根据权利要求1所述的紧凑型变频激光器散热系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：江鹰，
申请(专利权)人：闪电箭邺上海激光科技有限公司，
类型：新型
国别省市：