一种复合散热无水冷激光器的制作方法

本发明涉及激光器领域，尤其涉及一种复合散热无水冷激光器。

背景技术：

现有的无水冷光纤激光器广泛应用于工业切割、焊接、移动清障等领域，随着无水冷光纤激光器的发展其便携性、轻量化的要求越来越高，因此在设备开发过程中需要严格限制它的体积、重量、能耗等参数。

现有的无水冷光纤激光器中激光二极管常常因散热不充分、余热富集等问题出现波长随着温度的变化产生漂移的现象，使得其中心波长与增益介质的主吸收峰不匹配导致吸收效率降低激光器输出功率下降，难以满足使用要求，因此，激光器散热面临着很大的挑战。

目前无水冷光纤激光器散热方案主要分为风冷散热和压缩机冷媒系统制冷两大类；风冷散热虽然成本低、结构简单，但是其温控范围有限,受工作环境影响大且温控精度难以把握；压缩机冷媒系统虽然具备温控精度高、能效比高、散热响应及时和普适性好等优点，但是其占用空间大，重量大、无间断工作导致使用寿命短且维护不便。因此以上两种单一的散热方式只能满足于小功率的无水冷激光器散热，对于大功率激光器采用以上两种单一散热方式显得力不从心。体积重量与散热能力之间的矛盾一直制约着大功率无水冷激光器的发展。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、轻便易携、散热效果好和稳定性高的复合散热无水冷激光器。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种复合散热无水冷激光器，包括光学系统和散热装置，还包括相变散热系统，所述散热装置能为相变散热系统提供冷源；所述相变散热系统包括壳体，所述壳体内部设有液池，所述液池的底部贴紧所述光学系统；所述壳体内还设有相变材料，液态的所述相变材料容置于液池中，吸收光学系统散发的热量蒸发，蒸发的相变材料吸收散热装置提供的低温并液化返回液池。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述相变散热系统的壳体内部于液池的上方密布有用于导热的热管。

所述相变材料为相变温度-50℃～50℃、且无腐蚀性的液体，所述热管的气密性小于10^(-8)mbar/s。

所述光学系统包括安装板和泵浦源，所述泵浦源装设于安装板的一侧，所述散热装置和相变散热系统装设于安装板的另一侧。

所述相变散热系统的液池于安装板上的投影覆盖所述泵浦源的位置。

所述散热装置包括风扇，所述风扇装设于相变散热系统的侧壁上。

所述散热装置还包括压缩机冷媒系统。

所述激光器还包括检测控制系统，所述检测控制系统包括用于检测安装板于泵浦源一侧面温度的第一温度检测件，以及用于检测外部环境温度的第二温度检测件；所述检测控制系统还包括判定模块和控制模块，所述第一温度检测件和第二温度检测件将获取的温度信号传输至判定模块，所述判定模块将第一温度检测件和第二温度检测件的温度信号与预设目标温度进行对比，并将对比结果发送至控制模块，所述控制模块根据对比结果控制散热装置和相变散热系统的启停。

当第一温度检测件和第二温度检测件得到的温度均大于预设目标温度，控制模块控制所述压缩机冷媒系统和相变散热系统启动；

当第二温度检测件得到的温度等于预设目标温度，第一温度检测件得到的温度大于预设目标温度，控制模块控制所述压缩机冷媒系统启动，控制相变散热系统关闭；

当第二温度检测件得到的温度小于预设目标温度，第一温度检测件得到的温度大于预设目标温度，控制模块控制所述压缩机冷媒系统关闭，控制相变散热系统启动。

所述风扇中与相变散热系统连接面相对的侧面上设有窗扇，所述窗扇上设有驱动件，驱动窗扇开启或关闭；所述判定模块得到第二温度检测件的温度信号大于预设目标温度时，控制模块控制驱动件关闭窗扇。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供了一种复合散热无水冷激光器，包括光学系统和散热装置，与现有技术不同的是，本发明还包括相变散热系统，散热装置能为相变散热系统提供冷源。本发明的相变散热系统包括壳体，壳体内部设有液池，液池的底部贴紧光学系统，壳体内还设有相变材料。在进行工作时，光学系统会散发大量热量，原本液态的容置于液池中的相变材料吸收光学系统散发的热量蒸发；由于散热装置提供低温，通过热交换，蒸发的相变材料冷凝后液化，受重力作用返回液池，整个过程为可逆循环。

据上所述，本发明的相变散热系统无需驱动源驱动，在光学系统温度上升之后通过相变材料受热蒸发自行带走热量，自动化程度高，稳定性强，并且散热效果更好。相比于现有的单一散热系统激光器，本发明的复合散热无水冷激光器中单是相变散热系统便能满足较大的散热量，因此对散热装置的散热要求更低，进而可以选取体积更小、更加轻便的压缩机冷媒系统，进一步满足了激光器的便携性能。

附图说明

图1是本发明的复合散热无水冷激光器的正向立体示意图；

图2是本发明的复合散热无水冷激光器的反向立体示意图；

图3是本发明的复合散热无水冷激光器中相变散热系统的内部结构示意图。

图例说明：1、光学系统；11、安装板；12、泵浦源；2、散热装置；21、风扇；211、窗扇；22、压缩机冷媒系统；3、相变散热系统；31、壳体；32、液池；33、热管。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

实施例：

如图1和图2所示，本实施例的复合散热无水冷激光器，包括光学系统1和散热装置2，还包括相变散热系统3，散热装置2能为相变散热系统3提供冷源；相变散热系统3包括壳体31，壳体31内部设有液池32，液池32的底部贴紧光学系统1；壳体31内还设有相变材料。在进行工作时，光学系统1会散发大量热量，原本液态的容置于液池32中的相变材料吸收光学系统1散发的热量蒸发；由于散热装置2提供低温，通过热交换，蒸发的相变材料冷凝后液化，受重力作用返回液池32，整个过程为可逆循环。本实施例的相变散热系统3无需驱动源驱动，在光学系统1温度上升之后通过相变材料受热蒸发自行带走热量，自动化程度高，稳定性强，并且散热效果更好。相比于现有的单一散热系统激光器，本实施例的复合散热无水冷激光器中单是相变散热系统3便能满足较大的散热量，因此对散热装置2的散热要求更低，进而可以选取体积更小、更加轻便的压缩机冷媒系统22，进一步满足了激光器的便携性能。

以常用的500w无水冷激光器为例，在工作过程中需要其保持在25℃～30℃的温度范围之内，其散热指标为2100w。如果采用单一的压缩机冷媒系统22进行散热的话，将能满足上述散热指标的压缩机冷媒系统22安装完成之后，激光器整体体积约为27500立方厘米。若采用能满足上述散热指标的相变散热系统3，即便附加了需求不高的压缩机冷媒系统22，其体积仍然能够缩小至16800立方厘米，而因为附加了压缩机冷媒系统22，其散热功能更强，效果必然更好。

本实施例中，如图3所示，相变散热系统3的壳体31内部于液池32的上方密布有用于导热的热管33，由于导热管33具有高传热效率、低传热温差等优点，因此采用密布热管33结构的相变散热系统3的散热性能得到了进一步的提高，进一步增强了激光器的使用性能。本实施例采用的相变材料为相变温度-50℃～50℃、且无腐蚀性的液体，热管33的气密性小于10^(-8)mbar/s，在其他实施方式中，也可以视使用情况选取适当的相变材料和热管33，在此不做赘述。

本实施例中，光学系统1包括安装板11和泵浦源12，泵浦源12装设于安装板11的一侧，散热装置2和相变散热系统3装设于安装板11的另一侧，这种布置方式使泵浦源12等主要发热部件分布于安装板11的同一侧面上，避免多个发热部件相互影响导致热量持续堆积无法发散，有利于各散热部件对其进行有效散热。

由于光学系统1中的泵浦源12是其发热最为严重的部件，因此本实施例中，相变散热系统3的液池32于安装板11上的投影覆盖泵浦源12的位置，便于对主发热部件进行散热处理，保证最佳散热效果。

本实施例中，散热装置2包括风扇21，风扇21装设于相变散热系统3的侧壁上，导出相变散热系统3散发的热量，并为相变散热系统3提供低温。

本实施例中，散热装置2还包括压缩机冷媒系统22，压缩机冷媒系统22视情况为相变散热系统3或光学系统1提供低温，本实施例将压缩机冷媒系统22与相变散热系统3结合应用，使激光器兼具两类散热系统的优点，填补相变散热系统3温控精度较低这一端板的同时不会使其体积过大，并且压缩机冷媒系统22无需无间断工作，延长了使用寿命，其适用范围更广。本实施例中，压缩机冷媒系统22的侧壁处也设有一风扇21，进一步提高散热效果。

本实施例中，激光器还包括检测控制系统，检测控制系统包括用于检测安装板11于泵浦源12一侧面温度的第一温度检测件，以及用于检测外部环境温度的第二温度检测件，便于对环境温度和内部温度进行实施监控，以提供最为有利的散热方式。

本实施例中，检测控制系统还包括判定模块和控制模块，第一温度检测件和第二温度检测件将获取的温度信号传输至判定模块，判定模块将第一温度检测件和第二温度检测件的温度信号与预设目标温度进行对比，并将对比结果发送至控制模块，控制模块根据对比结果控制散热装置2和相变散热系统3的启停，本实施例中：

当第一温度检测件和第二温度检测件得到的温度均大于预设目标温度，控制模块控制压缩机冷媒系统22和相变散热系统3启动，二者相互助益，加强激光器的散热效果，使其最快的降低至对工作最为有利的温度条件。

当第二温度检测件得到的温度等于预设目标温度，第一温度检测件得到的温度大于预设目标温度，控制模块控制压缩机冷媒系统22启动，控制相变散热系统3关闭，避免相变散热系统3吸收外部环境热量对光学系统1进行反向加热。

当第二温度检测件得到的温度小于预设目标温度，第一温度检测件得到的温度大于预设目标温度，控制模块控制压缩机冷媒系统22关闭，控制相变散热系统3启动，使相变散热系统3单独对光学系统1散热，在保证散热效果的前提下节省更多的能源。

本实施例中，如图1所示，相变散热系统3处的风扇21的外侧面处设置有窗扇211，窗扇211上设有驱动件，驱动窗扇211开启或关闭。当判定模块得到第二温度检测件的温度信号大于预设目标温度时，即外部环境温度高于内部温度时，控制模块会控制驱动件关闭窗扇211，这种设置方式可以进一步有效解决逆向加热问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明的技术构思前提下所得到的改进和变换也应视为本发明的保护范围。