CN101471526B - 适合移动式加工的全固态大功率激光器的冷却水装置 - Google Patents

Abstract

适合移动式加工的全固态大功率激光器的冷却水装置包括冷水机和激光器；冷水机包括箱体及箱体内的晶体棒冷却水机构、钯条热沉冷却水机构、镜片冷却水机构。激光器包括箱体及箱体内的激光光腔、挡水板、排水槽、激光光腔位于箱体上部，挡水板在中部，挡水板的两侧有排水槽，激光器箱体上的晶体棒入水口和出水口分别与冷水机的晶体棒冷却水出口和入口对应连接；激光器的热沉入水口和出水口分别与冷水机的钯条热沉冷却水出口和入口对应连接；激光器的镜片冷却水入口和水出口分别与冷水机的镜片冷却水出口和水入口对应连接；本发明设计科学、整体结构紧凑、冷却性能良好，且稳定、可靠，操作简单，具有安全保证环节，实用性强，有较好的发展前景，适宜作激光器的冷却使用。

Description

适合移动式加工的全固态大功率激光器的冷却水装置

技术领域

本发明涉及的是激光器附属部件，具体的是适合移动式加工的全固态大功率激光器的冷却水装置。

背景技术

全固态激光器的主要部分是钯条、晶体棒、光纤、镜片等，而这些部件又极易被损坏，因此对它们的保护是控制系统的重点，而对这几种部件的保护方法主要采用水冷对其进行实时的冷却。

传统的激光器水冷是只用一个冷却水箱及一个输入输出水路，这一水路同时给激光头钯条热沉、晶体棒及镜片进行冷却。这种方式，使得所有冷却点的冷却水温度都一致，然而实际上各点温度是相互影响，一变俱变，况且各个部件对温度的要求又不尽相同。比如激光器钯条热沉部分的保护温度是使其不高于规定温度的上限；晶体棒的保护温度除规定上限外还需要稳定无突变，否则可能引起晶体棒炸裂；镜片及光纤头的保护温度上限可以比钯条温度高很多，但还不能过低，否则易产生结露。这些严格的要求是单路冷却水很难满足要求的。

另外，传统固态激光器水冷往往只注重监测水的压力及温度，虽然也使用去离子纯净水作为冷却水，却忽视水质方面的监控。而在冷却水方面，由于激光器内水路通路较细，如果水中含有杂质会在管路中沉积，极易造成管路堵塞，而晶体棒冷却水除要求冷却水清洁无杂质外，还因为其表面易吸附电离子，从而降低光的转换效率，冷却水还必须是去离子的纯净水。没有水质的实时监测很难保证冷却水的纯净。

传统激光器的水冷系统在不工作时往往在激光器内还存有大量冷却水，使得内部管路平时或运输时激光器内水路存在泄漏隐患，易引起电源及控制电路或激光头内进水造成激光器损坏。

到目前还没有对大功率激光器的冷却水实行多路供水的装置，也没有对各相关运行参数实时检测并与计算机相通讯，进行联锁保护控制的装置。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前激光器冷却水方式为单路供水而存在诸多问题，检测点不够完善，没有安全运行联锁保护的问题，而提供一种能检测多种运行参数、双路供水、能与计算机通讯、具有连锁保护功能的适合移动式加工的全固态大功率激光器的冷却水装置。

实现上述目的采用的技术方案是：

适合移动式加工的全固态大功率激光器的冷却水装置，包括冷水机和激光器；所述冷水机包括冷水机箱体及装设在冷水机箱体内的晶体棒冷却水机构、钯条热沉冷却水机构、镜片冷却水机构、成品件蒸发器；冷水机箱体上设置有晶体棒冷却水入口和出口、钯条热沉冷却水入口和出口、镜片冷却水入口和出口；所述晶体棒冷却水机构包括1#压缩机、晶体棒冷却水箱、1#泵；晶体棒冷却水箱的上面设置有1#温度变送器和电离子检测器，晶体棒冷却水箱的一侧设置有上水口和下水口，晶体棒冷却水箱的另一侧设置有入水口、出水口；晶体棒冷却水箱的出水口与1#泵入口相连接，1#泵出口连接在冷水机箱体的晶体棒冷却水出口；冷水机箱体的晶体棒冷却水入口与晶体棒冷却水箱的入水口相连接，晶体棒冷却水的制冷方式采用公知的制冷技术，即：1#压缩机的出口通过管路与1#蒸发器的入口相连接，1#蒸发器的出口经过滤器、毛细管等相关管路与晶体棒冷却水箱的下水口相连接，晶体棒冷却水箱的上水口与1#压缩机的入口相连接。

所述钯条热沉冷却水机构包括2#压缩机、钯条热沉冷却水箱、换热器、2#泵、4#阀门；钯条热沉冷却水箱的上面设置有2#温度变送器，钯条热沉冷却水箱的一侧设置有入水口、出水口，钯条热沉冷却水箱的另一侧设置有上水口、下水口；钯条热沉冷却水箱的出水口与2#泵入口相连接，2#泵出口连接在冷水机箱体的钯条热沉冷却水出口；冷水机箱体的钯条热沉冷却水入口与钯条热沉冷却水箱的入水口相连接；钯条热沉冷却水箱的出水口通过管路与换热器冷水入口相连接，换热器冷水出口与4#阀门入口端相连接，4#阀门出口与钯条热沉冷却水箱入水口相连接；钯条热沉冷却水的制冷方式如同晶体棒冷却水一样采用公知的制冷技术，即2#压缩机的出口通过管路与2#蒸发器的入口相连接，2#蒸发器的出口经过滤器、毛细管等相关管路与钯条热沉冷却水箱的下水口相连接，钯条热沉冷却水箱的上水口与2#压缩机的入口相连接。

所述的镜片冷却水机构，包括换热器、小水箱、3#泵；换热器的冷却水出口与3#泵入口相连接，3#泵出口与冷水机箱体的镜片冷却水出口相连接，冷水机箱体的镜片冷却水入口与小水箱上端面设置的进水口相连接，小水箱侧面的出水口通过管路与换热器冷却水入口相连接；小水箱上面设置有3#温度变送器。

所述的激光器包括箱体及装设在箱体内的激光光腔、挡水板、排水槽、排水管；激光光腔位于箱体上部，挡水板位于箱体中部的正中，在挡水板的两侧设置有排水槽，排水槽两端的底面上分别设置有排水管，各排水管汇合端与激光器箱体上的排水口固定连接；激光器箱体上设置有晶体棒入水口和出水口、热沉入水口和出水口、镜片冷却水入口和水出口，并分别与激光光腔的对应端口相连接，各路冷却水经激光光腔内的对应冷却管进行冷却水的循环；

冷水机箱体的晶体棒冷却水出口通过管路分别与1#阀门和5#阀门的入口相连接，5#阀门的出口通过管路与冷水机箱体的晶体棒冷却水入口连接，1#阀门的出口通过管路与1#流量开关的接入口相连接，1#流量开关的接出口通过管路与激光器箱体的晶体棒入水口相连接，激光器箱体的晶体棒出水口与1#过滤器的一端相连接，1#过滤器的另一端与去离子器的一端相连接，去离子器的另一端通过管路与冷水机箱体的晶体棒冷却水入口相连接。

冷水机箱体的钯条热沉冷却水出口与2#阀门入口端相连接，2#阀门的出口端通过管路与2#流量开关的接入口相连接，2#流量开关的接出口通过管路与激光器箱体的热沉入水口相连接，激光器箱体的热沉出水口与2#过滤器的一端相连接，2#过滤器的另一端通过管路与冷水机箱体的钯条热沉冷却水入口相连接。

冷水机箱体的镜片冷却水出口通过管路与3#阀门入口端相连接，3#阀门的出口端通过管路与激光器箱体的镜片冷却水入口相连接，激光器箱体的镜片冷却水出口通过管路与冷水机箱体的镜片冷却水入口相连接。

上述1#流量开关与激光器箱体的晶体棒入水口之间的管路上设置有1#压力传感器。

上述2#流量开关与激光器箱体的激光器箱体的热沉入水口之间的管路上设置有2#压力传感器。

上述冷水机箱体的镜片冷却水入口与冷水机箱体的钯条热沉冷却水入口之间连接一6#阀门，6#阀门的入口与冷水机箱体的镜片冷却水入口连接，6#阀门的出口与冷水机箱体的钯条热沉冷却水入口相连接。

本发明操作程序及具有的优点：

本发明为全固态激光器的一个辅助装置，开机后预热五分钟，当全固态激光器尚未投入正常工作，本发明中的晶体棒冷却水机构和钯条热沉冷却水机构及镜片冷却水机构开始运转。1#泵将晶体棒冷却水箱的水加压送到激光光腔，管路中设有流量开关与压力传感器，可将运行正常的参数输送到计算机，全固态激光器具有运行的初步条件。2#泵将钯条热沉冷却水箱的水加压同时送到激光光腔，管路中同样设有流量开关与压力传感器，也将运行正常的参数输送到计算机，本发明提供给全固态激光器运行的两个必备条件，全固态激光器便可正常工作。

本发明在激光器关闭、水冷机构停止工作时，激光器内部的冷却水会由于重力作用自动流回水冷机构的水箱内，激光器内无存水部件。同时，在激光器内设有带排水槽的挡水板，使得激光器内即使有漏水，也会顺排水管流走，不至损坏电气系统。

本发明除安装有流量开关监测冷水机工作外，还在冷水机及管路中加装压力传感器，双重方式监控激光器冷却机构是否正常运行，以对激光器加以保护。

本发明除增加必要的杂质过滤器装置外还增加去离子器装置，可以大大提高冷却水工作时限，同时安装电离子检测器(电导仪)以监测水中的离子含量，提示用户及时更换冷却水。

本发明采取了晶体棒和钯条热沉及镜片不同控温、分别冷却的方法。为保证晶体棒温度的稳定和水质的纯净，晶体棒采用独立的致冷压缩机及独立水箱。而为保证镜片温度不至过低而引起结露，镜片冷却采用与钯冷却水换热方式进行冷却。

本发明设计科学、合理、富有创意、具有安全保证环节，整体结构紧凑、严密，成本低廉，冷却性能良好，操作简单，冷却的效率高，本发明制作简单，性能稳定、可靠，实用性较强，具有较好的发展前景，本发明适宜作为激光器的冷却使用。

需要说明的是：在不改变本发明原理与构思的前提下，所作出的改变或变形，均属于本发明的保护范围。

附图说明

图1是本发明结构示意图。

具体实施方式

实施例

适合移动式加工的全固态大功率激光器的冷却水装置包括冷水机和激光器；冷水机包括箱体59及装设在箱体59内的晶体棒冷却水机构、钯条热沉冷却水机构和镜片冷却水机构、成品件蒸发器12；箱体59上设置有晶体棒冷却水入口48和出口17、钯条热沉冷却水入口39和出口54、镜片冷却水入口57和镜片冷却水出口56；所述晶体棒冷却水机构包括1#压缩机8、晶体棒冷却水箱6、1#泵16；晶体棒冷却水箱6的上面设置有1#温度变送器11和电离子检测器10，晶体棒冷却水箱6的一侧设置有入水口15、出水口14，晶体棒冷却水箱6的另一侧设置有上水口9、下水口7；晶体棒冷却水的制冷方式采用公知的制冷技术，即：1#压缩机8的出口通过管路与1#蒸发器13的入口相连接，1#蒸发器13的出口经过滤器、毛细管等相关管路与晶体棒冷却水箱6的下水口7相连接，晶体棒冷却水箱6的上水口9与1#压缩机8的入口相连接。晶体棒冷却水箱6的出水口14与1#泵入口相连接，1#泵出口连接在冷水机箱体59的晶体棒冷却水出口17；冷水机箱体59的晶体棒冷却水入口48与晶体棒冷却水箱6的入水口15相连接；

钯条热沉冷却水机构包括2#压缩机3、钯条热沉冷却水箱1、换热器50、2#泵52、4#阀门42；钯条热沉冷却水箱1的上面设置有2#温度变送器5，钯条热沉冷却水箱1的一侧设置有入水口43、出水口44，钯条热沉冷却水箱1的另一侧设置有上水口4、下水口2，钯条热沉冷却水的制冷方式如同晶体棒冷却水一样采用公知的制冷技术，即2#压缩机3的出口通过管路与2#蒸发器12的入口相连接，2#蒸发器12的出口经过滤器、毛细管等相关管路与钯条热沉冷却水箱1的下水口2相连接，钯条热沉冷却水箱1的上水口4与2#压缩机3的入口相连接；钯条热沉冷却水箱1的出水口44与2#泵52的入口相连接，2#泵52的出口连接在冷水机箱体59的钯条热沉冷却水出口54上；冷水机箱体59的钯条热沉冷却水入口39与钯条热沉冷却水箱1的入水口43相连接；钯条热沉冷却水箱1的出水口44通过管路与换热器50的冷水入口51相连接，换热器50的冷水出口49与4#阀门42入口端相连接，4#阀门42的出口与钯条热沉冷却水箱1入水口39相连接；

镜片冷却水机构，包括换热器50、小水箱40、3#泵53；换热器50的冷却水出口55与3#泵53的入口相连接，3#泵53的出口与冷水机箱体59的镜片冷却水出口56相连接，冷水机箱体59的镜片冷却水入口38与小水箱40上端面设置进水口相连接，小水箱40侧面的出水口通过管路与换热器50的冷却水入口57相连接；小水箱40上面设置有3#温度变送器41；

激光器包括箱体58及装设在箱体58内的激光光腔24、挡水板25、排水槽26、排水管28；激光光腔24位于箱体58的上部，挡水板25位于箱体58的中部正中，在挡水板25的两侧设置有排水槽26，排水槽26两端的底面上分别设置有排水管28，各排水管28汇合端与激光器箱体58的排水口32固定连接；激光器箱体58上设置有晶体棒入水口22和出水口27、热沉入水口23和出水口31、镜片冷却水入口29和出水口30，并分别与激光光腔24的对应端口相连接，各路冷却水经激光光腔24内的对应冷却管进行冷却水的循环；

冷水机箱体59的晶体棒冷却水出口17通过管路分别与1#阀门19和5#阀门18的入口相连接，5#阀门18的出口端通过管路与冷水机箱体59的晶体棒冷却水入口48连接，1#阀门19的出口端通过管路与1#流量开关20的接入口相连接，1#流量开关20的接出口通过管路与激光器箱体58的晶体棒入水口22相连接，1#流量开关20与激光器箱体58的晶体棒入水口22之间的管路上设置有1#压力传感器21。激光器箱体58的晶体棒出水口27与1#过滤器46的一端相连接，1#过滤器的另一端与去离子器45的一端相连接，去离子器45的另一端通过管路与冷水机箱体59的晶体棒冷却水入口48相连接。

冷水机箱体59的钯条热沉冷却水出口54与2#阀门36入口端相连接，2#阀门36的出口端通过管路与2#流量开关34的接入口相连接，2#流量开关34的接出口通过管路与激光器箱体58的热沉入水口23相连接，2#流量开关34与激光器箱体58的热沉入水口23之间的管路上设置有2#压力传感器47。激光器箱体58的热沉出水口31与2#过滤器35的一端相连接，2#过滤器35的另一端通过管路与冷水机箱体59的钯条热沉冷却水入口39相连接。

冷水机箱体59的镜片冷却水出口56通过管路与3#阀门33入口端相连接，3#阀门33的出口端通过管路与激光器箱体58的镜片冷却水入口29相连接，激光器箱体58的镜片冷却水出口30通过管路与冷水机箱体59的镜片冷却水入口38相连接。冷水机箱体59的镜片冷却水入口38与冷水机箱体59的钯条热沉冷却水入口39之间连接一6#阀门37，6#阀门37的入口与冷水机箱体59的镜片冷却水入口38连接，6#阀门37的出口与冷水机箱体58的钯条热沉冷却水入口39相连接。

本发明的晶体棒冷却水机构、钯条热沉冷却水机构、镜片冷却水机构及与激光器连接管路上装设的1#温度变送器11、2#温度变送器5、3#温度变送器41；1#压力传感器21、2#压力传感器47；1#流量开关20、2#流量开关34；电离子检测器10等检测器件通过导线与计算机的对应输入端相连接，将整机运行的温度、压力、流量、离子状态等参数输入到计算机，经数据处理后计算机输出信号去控制1#泵16、2#泵52、3#泵53；1#阀门19、2#阀门36、3#阀门33、4#阀门42、5#阀门18、6#阀门37和去离子器45，从而保证了整机的安全可靠的运行。

Claims (4)

1.适合移动式加工的全固态大功率激光器的冷却水装置，包括冷水机和激光器；所述冷水机包括冷水机箱体(59)及装设在冷水机箱体(59)内的晶体棒冷却水机构、钯条热沉冷却水机构、镜片冷却水机构和蒸发器(12)；冷水机箱体(59)上设置有晶体棒冷却水入口(48)和出口(17)、钯条热沉冷却水入口(39)和出口(54)、镜片冷却水入口(57)和出口(56)；其特征在于：

所述晶体棒冷却水机构包括晶体棒冷却水箱(6)、1#泵(16)；晶体棒冷却水箱(6)的一侧设置有上水口(9)、下水口(7)，晶体棒冷却水箱(6)的另一侧设置有入水口(15)、出水口(14)；晶体棒冷却水箱(6)的上面设置有1#温度变送器(11)和电离子检测器(10)，晶体棒冷却水箱(6)的出水口(14)与1#泵(16)的入口相连接，1#泵(16)的出口连接在冷水机箱体(59)的晶体棒冷却水出口(17)；冷水机箱体(59)的晶体棒冷却水入口(48)与晶体棒冷却水箱(6)的入水口(15)相连接；

所述钯条热沉冷却水机构包括钯条热沉冷却水箱(1)、2#压缩机、换热器(50)、2#泵(52)、4#阀门(42)；钯条热沉冷却水箱(1)的一侧设置有入水口(43)、出水口(44)，钯条热沉冷却水箱(1)的另一侧设置有上水口(4)、下水口(2)；钯条热沉冷却水箱(1)的出水口(44)与2#泵(52)的入口相连接，2#泵(52)的出口连接在冷水机箱体(59)的钯条热沉冷却水出口(54)上；冷水机箱体(59)的钯条热沉冷却水入口(39)与钯条热沉冷却水箱(1)的入水口(43)相连接；钯条热沉冷却水箱(1)的出水口(44)通过管路与换热器(50)的冷水入口(51)相连接，换热器(50)的冷水出口(49)与4#阀门(42)入口相连接，4#阀门(42)的出口与钯条热沉冷却水箱(1)入水口(39)相连接；钯条热沉冷却水箱(1)的上面设置有2#温度变送器(5)；

所述的镜片冷却水机构，包括换热器(50)、小水箱(40)、3#泵(53)；换热器(50)的冷却水出口(55)与3#泵(53)的入口相连接，3#泵(53)的出口与冷水机箱体(59)的镜片冷却水出口(56)相连接，冷水机箱体(59)的镜片冷却水入口(38)与小水箱(40)上端面设置的进水口相连接，小水箱(40)侧面的出水口通过管路与换热器(50)的冷却水入口(57)相连接；小水箱(40)上面设置有3#温度变送器(41)；

所述的激光器包括箱体(58)及装设在箱体(58)内的激光光腔(24)、挡水板(25)、排水槽(26)、排水管(28)；激光光腔(24)位于箱体(58)的上部，挡水板(25)位于箱体(58)的中部正中，在挡水板(25)的两侧设置有排水槽(26)，排水槽(26)两端的底面上分别设置有排水管(28)，各排水管(28)汇合端与激光器箱体(58)的排水口(32)固定连接；激光器箱体(58)上设置有晶体棒入水口(22)和出水口(27)、热沉入水口(23)和出水口(31)、镜片冷却水入口(29)和镜片冷却水出口(30)，并分别与激光光腔(24)的对应端口相连接；

冷水机箱体(59)的晶体棒冷却水出口(17)通过管路分别与1#阀门(19)和5#阀门(18)的入口相连接，5#阀门(18)的出口通过管路与冷水机箱体(59)的晶体棒冷却水入口(48)连接，1#阀门(19)的出口通过管路与1#流量开关(20)的接入口相连接，1#流量开关(20)的接出口通过管路与激光器箱体(58)的晶体棒入水口(22)相连接，激光器箱体(58)的晶体棒出水口(27)与1#过滤器(46)的一端相连接，1#过滤器的另一端与去离子器(45)的一端相连接，去离子器(45)的另一端通过管路与冷水机箱体(59)的晶体棒冷却水入口(48)相连接；

冷水机箱体(59)的钯条热沉冷却水出口(54)与2#阀门(36)入口端相连接，2#阀门(36)的出口端通过管路与2#流量开关(34)的接入口相连接，2#流量开关(34)的接出口通过管路与激光器箱体(58)的热沉入水口(23)相连接，激光器箱体(58)的热沉出水口(31)与2#过滤器(35)的一端相连接，2#过滤器(35)的另一端通过管路与冷水机箱体(59)的钯条热沉冷却水入口(39)相连接；

冷水机箱体(59)的镜片冷却水出口(56)通过管路与3#阀门(33)入口端相连接，3#阀门(33)的出口端通过管路与激光器箱体(58)的镜片冷却水入口(29)相连接，激光器箱体(58)的镜片冷却水出口(30)通过管路与冷水机箱体(59)的镜片冷却水入口(38)相连接。

2.根据权利要求1所述的适合移动式加工的全固态大功率激光器的冷却水装置，其特征在于：上述1#流量开关(20)与激光器箱体(58)的晶体棒入水口(22)之间的管路上设置有1#压力传感器(21)。

3.根据权利要求1所述的适合移动式加工的全固态大功率激光器的冷却水装置，其特征在于：上述2#流量开关(34)与激光器箱体(58)的热沉入水口(23)之间的管路上设置有2#压力传感器(47)。

4.根据权利要求1所述的适合移动式加工的全固态大功率激光器的冷却水装置，其特征在于：上述冷水机箱体(59)的镜片冷却水入口(38)与冷水机箱体(59)的钯条热沉冷却水入口(39)之间连接一6#阀门(37)，6#阀门(37)的入口与冷水机箱体(59)的镜片冷却水入口(38)连接，6#阀门(37)的出口与冷水机箱体(58)的钯条热沉冷却水入口(39)相连接。