[发明专利]一种相变制冷高功率激光器热管理装置

说明书

本发明提供一种相变制冷高功率激光器热管理装置及激光器系统，包括壳体、蒸发器、加热器、激光器与输出光纤；蒸发器由金属材料制成，蒸发器内设有能够循环相变材料的冷却管路，蒸发器通过绝热悬空固定在壳体内，冷却管路的两端均穿过蒸发器的壁、壳体的壁后位于壳体外；加热器、激光器均设在蒸发器上，加热器位于蒸发器上靠近激光器的位置，输出光纤的一端与激光器的输出端相连，另一端穿过壳体的壁后位于壳体外。以相变制冷方式降低激光器工作介质温度，通过压缩机做功实现热量由低温区向高温区的传导，再利用冷热分流结构提高激光器系统与外界的对流换热效率，降低激光器系统的体积、重量、功耗和噪声。本发明应用于激光设备领域。

技术领域

本发明涉及激光设备领域，尤其涉及一种相变制冷高功率激光器热管理装置及激光器系统。

背景技术

高功率激光可广泛应用于工业加工、国防军事、科学研究等领域，特别是在工业方面已经出现了成熟的激光切割、激光涂敷、激光焊接等装置，为推动我国工业发展起到了重要作用。半导体激光器、光纤激光器和固体激光器是使用最为广泛的高功率激光器方案。在激光器工作过程中，激光介质会散发大量的热量，必须采用高效散热技术将热量导出，使激光介质工作于恒定工作温度。中低功率激光器可采用全风冷结构散热，市售高功率激光器均采用水冷方式对工作介质进行散热，需要额外配置激光冷水机，不仅体积庞大，而且高纬度地区冬天温度易达到零度以下，必须在水中添加防冻液降低凝结点，给使用带来巨大的后勤维护压力。此前也有部分应用于极端环境的无水冷却激光器报道(如：专利号CN201310718940，一种无水冷却热容高功率光纤激光器)，但主要集中利于制冷介质相变过程直接热传导实现高效传热，并未采用压缩机工作实现热量搬运，更未涉及结构设计提高整机与外界对流散热效率。

发明内容

针对现有技术中高功率激光器工作过程中的散热需求较大的问题，本发明的目的是提供一种相变制冷高功率激光器热管理装置及激光器系统，以相变制冷方式降低激光器工作介质温度，通过压缩机做功实现热量由低温区向高温区的传导，再利用冷热分流结构提高激光器系统与外界的对流换热效率，降低激光器系统的体积、重量、功耗和噪声，提高激光器性能和环境适应性。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种相变制冷高功率激光器热管理装置，其本发明采用的技术方案是：

一种相变制冷高功率激光器热管理装置，包括壳体、蒸发器、加热器、激光器与输出光纤；

所述蒸发器由金属材料制成，所述蒸发器内设有能够循环相变介质的冷却管路，所述蒸发器悬空设置在壳体内，所述冷却管路的两端均穿过蒸发器的壁、壳体的壁后位于壳体外；

所述加热器、激光器均设在蒸发器上，所述加热器位于蒸发器上靠近激光器的位置，所述输出光纤的一端与激光器的输出端相连，另一端穿过壳体的壁后位于壳体外。

作为上述技术方案的进一步改进，所述壳体的内壁上设有隔热层。

作为上述技术方案的进一步改进，所述输出光纤位于壳体外的部分上设有隔热套。

作为上述技术方案的进一步改进，所述壳体上设有温度传感器。

为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种冷热分流全风冷高功率激光器系统，其采用的技术方案是：

一种冷热分流全风冷高功率激光器系统，包括机架、冷凝器、节流阀、压缩机、散热风扇与上述的相变制冷高功率激光器热管理装置；

上述相变制冷高功率激光器热管理装置的壳体固定设在机架的一侧，所述冷凝器、节流阀、压缩机、散热风扇固定设在机架的另一侧；

所述冷却管路、压缩机、冷凝器与节流阀循环相连并组成循环制冷结构。

作为上述技术方案的进一步改进，所述机架上设有能够将机架分为左右两层的隔离板，所述壳体位于隔离板的一侧，所述冷凝器、节流阀、压缩机、散热风扇位于隔离板的另一侧。