CN106299982B - 可扩型双面高效光纤激光器冷却系统 - Google Patents

可扩型双面高效光纤激光器冷却系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种可扩型双面高效光纤激光器冷却系统，至少包括一块主水冷板，主水冷板具有相对设置的第一、第二水冷面，并具有用以连接第一、第二水冷面的连接面，在连接面上设置有第一入水口和第一出水口，在第一、第二水冷面之间设置有第一循环冷却水道，第一循环冷却水道的两端分别与第一入水口和第一出水口连通；光纤激光器中的增益光纤盘绕在第一水冷面上，所述光纤激光器中的光栅、焊接点以及光纤毛化点安装在第一水冷面上并位于增益光纤的外围；光纤激光器中的泵浦二极管、电路板、红外二极体以及合束器安装在第二水冷面上；在连接面上设置有合束器输出光纤绕出口，合束器中的出射光纤穿过合束器输出光纤绕出口绕制到第一水冷面上。

Description

可扩型双面高效光纤激光器冷却系统
技术领域
本发明涉及光纤激光器冷却技术领域，特别涉及可扩型双面高效光纤激光器冷却系统。
背景技术
目前工业级单模组光纤激光器可以输出千瓦级能量，由于工业需求，光纤激光器的整体发展趋势是输出功率更高，更加集成化，输出光质量也更高。这样对于光纤激光器的散热系统也提出了更高要求。传统的千瓦级光纤激光器均采用水冷系统，散热系统根据光纤，二极管，合束器，光栅以及电路板分开。因此会有以下几个局限性：
1.因为结构体积要求，只能对某一部分或个别器件散热。或者采用多个散热板进行整体散热却又导致结构过于繁复臃肿。
2.无法扩展。冷却系统设计缺乏灵活度，不能根据光纤激光器功率输出要求增加或减少泵浦光源的冷却结构。
3.无法避免局部过热，进行内部热平衡和湿度平衡。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有光纤激光器水冷系统所存在的问题，利用水冷板的两面性而提供一种可扩型双面高效光纤激光器冷却系统。
本发明所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来是实现：
一种可扩型双面高效光纤激光器冷却系统，至少包括一块主水冷板，所述主水冷板具有相对设置的第一水冷面和第二水冷面，并具有用以连接所述第一水冷面和第二水冷面的连接面，在所述连接面上设置有第一入水口和第一出水口，在所述第一水冷面与第二水冷面之间设置有第一循环冷却水道，所述第一循环冷却水道的两端分别与所述第一入水口和第一出水口连通；所述光纤激光器中的增益光纤盘绕在所述第一水冷面上，所述光纤激光器中的光栅、焊接点以及光纤毛化点安装在第一水冷面上并位于所述增益光纤的外围；所述光纤激光器中的泵浦二极管、电路板、红外二极体以及合束器安装在所述第二水冷面上；在所述连接面上设置有一合束器输出光纤绕出口，所述合束器中的出射光纤穿过所述合束器输出光纤绕出口绕制到所述第一水冷面上。
在本发明的一个优选实施例中，在所述第二水冷面上安装有若干风扇。
在本发明的一个优选实施例中，还包括至少一块以上用以安装扩展泵浦二极管和扩展电路板的扩展水冷板和至少一个法兰连接头，并在所述主水冷板的第二水冷面上设置有第二入水口和第二出水口，所述第二入水口和第二出水口分别通过第一循环冷却水道与所述第一入水口和第一出水口连通；另外在所述主水冷板上还设置有用于扩展的若干第一螺栓通孔；每一扩展水冷板内均设置有第二循环水冷通道并在每一扩展水冷板上设置有贯穿所述第二循环水冷通道的第三入水口和第三出水口；在每一扩散水冷板上还设置有若干用于扩展的第二螺栓通孔，第二螺栓通孔与所述第三入水口、第三出水口相互平行；所述法兰连接头上设置有若干用于扩展的第三螺栓通孔和第一水连接通道、第二水连接通道；扩展时，将若干法兰连接头和若干扩展水冷板依次交错叠加在所述主水冷板的第二水冷面上，并将所述主水冷板上的第二入水口、每一法兰连接头上的第一水连接通道、每一扩展水冷板上的第三入水口对齐，将所述主水冷板上的第二出水口、每一法兰连接头上的第二水连接通道、每一扩展水冷板上的第三出水口对齐，将所述主水冷板上的第一螺栓通孔、每一法兰连接头上的第三螺栓通孔、每一扩展水冷板上的第二螺栓通孔一一对齐，用若干扩展螺栓一一穿过所述主水冷板上的第一螺栓通孔、每一法兰连接头上的第三螺栓通孔、每一扩展水冷板上的第二螺栓通孔后用螺母锁紧，将所述主水冷板上的第二入水口与每一法兰连接头上的第一水连接通道的底面密封对接，每一法兰连接头上的第一水连接通道的顶面或/和与每一扩展水冷板上的第三入水口的底面或/和顶面密封对接，再用两个封头将最上面一块扩散水冷板上的第三入水口和第三出水口封堵即可。
在本发明的一个优选实施例中，所有的扩展水冷板还通过扩展板连接支撑杆连接。
由于采用了如上的技术方案，本发明的扩展水冷板与主水冷板之间采用并联结构，通过法兰连接头连接，主水冷板上的第一水入口进来的冷却水平行分流到各个扩展水冷板，各个扩展水冷板的出水口通过法兰连接头再汇合在一起，通过主水冷板上的第一出水口流出，这种设计可以保证每个扩展水冷板的入水口的温度一直，主水冷板上的泵浦二极管和扩展水冷板上的扩展泵浦二极管均得到有效散热。解决了传统的水冷板串联结构，会因为水温累计致使靠后的扩展水冷板散热效果越差的问题。
本发明的可扩型双面高效光纤激光器冷却系统具有如下优点：
1.结构紧凑，水冷利用率高。通过利用水冷板正反两面，对激光器的所有需要散热的热点均进行水冷散热。克服了传统的水冷结构紧凑和整体散热相冲突的局限性。
2.便于后期维护维修。通过利用水冷板正反两面，巧妙的将激光器的主要光学器件和电子器件分离开来，激光器可以通过正反两个方向进行维护修理。
3.水冷和风冷的结合。传统千瓦级光纤激光器均只采用水冷一种散热方式。在本创新设计中，利用水冷和风冷的结合可以加速内部温度和湿度平衡，加快系统散热，减少局部过热点。
4.扩展性和灵活性。本设计考虑到光纤激光器发展趋势，为后期提高激光器功率提供更多的扩展可能。通过独创的法兰接头设计，扩展水冷板可以根据输出功率需求进行安装和卸载。
附图说明
图1为本发明主水冷板第一水冷面的结构示意图。
图2为本发明主水冷板第二水冷面的结构示意图。
图3为本发明法兰连接头的结构示意图。
图4为本发明扩展水冷板的结构示意图。
图5为本发明可扩型双面高效光纤激光器冷却系统一个具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
一种可扩型双面高效光纤激光器冷却系统，包括图1和图2所示的一块主水冷板100，主水冷板100具有相对设置的水冷面110(主水冷板的正面)和水冷面120(主水冷板的背面)。
主水冷板100大致为正方形结构，具有四个用以连接水冷面110和水冷面120的连接面131、132、133、134。在水冷面110与水冷面120之间即水冷板100内设置有循环冷却水道(图中未示出)。同时在连接面132上开设有入水口141和出水口142，入水口141和出水口142与循环冷却水道的两端连通。
为了方便扩展，在主水冷板100的水冷面120上开设有用于扩展的水入口151和水出口152，水入口151和水出口152临近入水口141和出水口142。
同时在主水冷板100上还设置有贯穿水冷面110和水冷面120的八个螺栓通孔161。八个螺栓通孔161分布在水入口151和水出口152附近。
光纤激光器中的增益光纤盘绕在水冷面110上中间的增益光纤区域111内，增益光纤区域111为圆形区域。
在水冷面110上还设置有四组光纤激光器中的光栅、焊接点以及光纤毛化点安全孔区域112、113、114、115，四组光纤激光器中的光栅、焊接点以及光纤毛化点安全孔区域112、113、114、115分布在增益光纤区域111的外围分别临近连接面131、132、133、134。光纤激光器中的光栅、焊接点以及光纤毛化点安装在四组光纤激光器中的光栅、焊接点以及光纤毛化点安全孔区域112、113、114、115上。
在水冷面120上还设置有合束器安装孔区域121、红光二极管安装孔区域122、风扇安装孔区域123、泵浦二极管安装孔区域124和电路板安装孔区域125，合束器安装孔区域121临近连接面133，红光二极管安装孔区域122临近合束器安装孔区域121，风扇安装孔区域123临近红光二极管安装孔区域122，电路板安装孔区域125临近连接面131，泵浦二极管安装孔区域124临近电路板安装孔区域125。另外在连接面134上还开设有一合束器输出光纤绕出口135。
光纤激光器中的合束器安装在合束器安装孔区域121上，合束器中的出射光纤穿过合束器输出光纤绕出口135绕制到水冷面110上。
光纤激光器中的泵浦二极管、电路板、红外二极体分别安装在泵浦二极管安装孔区域124、电路板安装孔区域125、红光二极管安装孔区域122上。在风扇安装孔区域123安装有若干风扇。
参见图3至图5，本发明的可扩型双面高效光纤激光器冷却系统一个具体实施例中，还包括两块用以安装扩展泵浦二极管和扩展电路板的扩展水冷板210、220和两个法兰连接头310、320。
每一扩展水冷板210、220内均设置有循环水冷通道并在每一扩展水冷板210、220上设置有贯穿循环水冷通道的入水口211、221和出水口212、222；在每一扩展水冷板210、220上还设置有八个用于扩展的螺栓通孔213、223，螺栓通孔213、223与入水口211、221、出水口212、222相互平行；八个用于扩展的螺栓通孔213、223临近入水口211、221和出水口212、222。
每一扩展水冷板210、220上还设置有扩展泵浦二极管安装孔区域214、224,和扩展电路板安装孔区域215、225，扩展泵浦二极管安装在扩展泵浦二极管安装孔区域214、224上，扩展电路板安装在扩展电路板安装孔区域215、225上。
法兰连接头310、320上设置有八个用于扩展的螺栓通孔311、321和第一水连接通道312、322、第二水连接通道313、323，八个用于扩展的螺栓通孔311、321贯穿法兰连接头310、320的上面314、324和下面315、325，第一水连接通道312、322、第二水连接通道313、323也贯穿法兰连接头310、320的上面314、324和下面315、325。
扩展时，将法兰连接头310安装在主水冷板100的水冷面120上并使法兰连接头310上的第一水连接通道312、第二水连接通道313分别与主水冷板100的水冷面120上的水入口151和水出口152对齐，法兰连接头310上的八个用于扩展的螺栓通孔311与主水冷板100上的八个螺栓通孔161一一对齐。
然后将扩展水冷板210叠放在法兰连接头310的上面314上，并使扩展水冷板210上的入水口211、出水口212分别与法兰连接头310上的第一水连接通道312、第二水连接通道313对齐，扩展水冷板210上的八个用于扩展的螺栓通孔213与法兰连接头310上的八个用于扩展的螺栓通孔311一一对齐。
接着，将法兰连接头320安装在扩展水冷板210上并使法兰连接头320上的第一水连接通道322、第二水连接通道323分别与扩展水冷板210上的水入口211和水出口212对齐，法兰连接头320上的八个用于扩展的螺栓通孔321与扩展水冷板210上的八个螺栓通孔213一一对齐；
接着，将扩展水冷板220叠放在法兰连接头320的上面324上，并使扩展水冷板220上的入水口221、出水口222分别与法兰连接头320上的第一水连接通道322、第二水连接通道323对齐，扩展水冷板220上的八个用于扩展的螺栓通孔223与法兰连接头320上的八个用于扩展的螺栓通孔321一一对齐，
最后，用八根螺栓穿过主水冷板100上的螺栓通孔161、法兰连接头310上的螺栓通孔311、扩展水冷板210上的螺栓通孔213、法兰连接头320上的螺栓通孔321、扩展水冷板220上的螺栓通孔223后用螺母锁紧，使主水冷板100上的入水口151、水出口152分别与法兰连接头310上的第一水连接通道312、第二水连接通道313的底面密封对接，法兰连接头310上的第一水连接通道312、第二水连接通道313的顶面分别与扩展水冷板210上的入水口211、出水口212的底面密封对接，扩展水冷板210上的入水口211、出水口212的顶面分别与法兰连接头320上的第一水连接通道322、第二水连接通道323的底面密封对接，法兰连接头320上的第一水连接通道322、第二水连接通道323的顶面与扩展水冷板220上的入水口221、出水口222的底面密封对接，再用两个封头将扩展水冷板220上的入水口221、出水口222顶部封堵即可。
另外在扩展水冷板210、220的四个角上分别设置有扩展板连接支撑杆接口216、226，用四根扩展板连接支撑杆(图中未示出)穿过扩展水冷板210、220四个扩展板连接支撑杆接口216、226即可将扩展水冷板210、220强化连接。

Claims (4)

1.一种可扩型双面高效光纤激光器冷却系统，其特征在于，至少包括一块主水冷板，所述主水冷板具有相对设置的第一水冷面和第二水冷面，并具有用以连接所述第一水冷面和第二水冷面的连接面，在所述连接面上设置有第一入水口和第一出水口，在所述第一水冷面与第二水冷面之间设置有第一循环冷却水道，所述第一循环冷却水道的两端分别与所述第一入水口和第一出水口连通；所述光纤激光器中的增益光纤盘绕在所述第一水冷面上；所述光纤激光器中的泵浦二极管和合束器安装在所述第二水冷面上；在所述连接面上设置有一合束器输出光纤绕出口，所述合束器中的出射光纤穿过所述合束器输出光纤绕出口绕制到所述第一水冷面上；
还包括至少一块以上用以安装扩展泵浦二极管和扩展电路板的扩展水冷板和至少一个法兰连接头，并在所述主水冷板的第二水冷面上设置有第二入水口和第二出水口，所述第二入水口和第二出水口分别通过第一循环冷却水道与所述第一入水口和第一出水口连通；每一扩展水冷板内均设置有第二循环水冷通道并在每一扩展水冷板上设置有贯穿所述第二循环水冷通道的第三入水口和第三出水口；所述法兰连接头上设置有用于扩展的第一水连接通道和第二水连接通道；扩展时，将所述法兰连接头和扩展水冷板依次交错叠加在所述主水冷板的第二水冷面上，并将所述主水冷板上的第二入水口、所述法兰连接头上的第一水连接通道和所述扩展水冷板上的第三入水口对齐，将所述主水冷板上的第二出水口、所述法兰连接头上的第二水连接通道和所述扩展水冷板上的第三出水口对齐，再用两个封头将最上面一块扩散水冷板上的第三入水口和第三出水口封堵。
2.如权利要求1所述的一种可扩型双面高效光纤激光器冷却系统，其特征在于，在所述第二水冷面上安装有若干风扇。
3.如权利要求1或2所述的一种可扩型双面高效光纤激光器冷却系统，其特征在于，在所述主水冷板上还设置有用于扩展的第一螺栓通孔；在所述扩散水冷板上还设置有用于扩展的第二螺栓通孔，第二螺栓通孔与所述第三入水口、第三出水口相互平行；所述法兰连接头上设置有用于扩展的第三螺栓通孔；扩展时，将所述主水冷板上的第一螺栓通孔、所述法兰连接头上的第三螺栓通孔和所述扩展水冷板上的第二螺栓通孔一一对齐，用扩展螺栓一一穿过所述主水冷板上的第一螺栓通孔、所述法兰连接头上的第三螺栓通孔和所述扩展水冷板上的第二螺栓通孔后用螺母锁紧；将所述主水冷板上的第二入水口与所述法兰连接头上的第一水连接通道的底面密封对接，所述法兰连接头上的第一水连接通道的顶面与所述扩展水冷板上的第三入水口的底面密封对接；
所述光纤激光器中的光栅、焊接点以及光纤毛化点安装在第一水冷面上并位于所述增益光纤的外围，所述光纤激光器中的电路板和红外二极体安装在所述第二水冷面上。
4.如权利要求3所述的一种可扩型双面高效光纤激光器冷却系统，其特征在于，所有的扩展水冷板还通过扩展板连接支撑杆连接。
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