CN115579714B - 一种激光器散热装置及激光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种激光器散热装置及激光器。一种激光器散热装置，包括冷板，冷板包括冷媒吸热区、散热区、气体通道和液体通道，气体通道和液体通道用于连通散热区和冷媒吸热区。由于冷板中设置了冷媒吸热区和散热区，冷媒吸热区中的液态冷媒能够对激光器中的光模块进行快速吸热转换为气态冷媒，并通过气体通道流通至散热区，散热区对气态冷媒进行换热使气态冷媒转换为液态冷媒回流至冷媒吸热区，实现了冷媒的循环利用，通过利用冷媒提高了散热装置的散热效率，进而提高了光模块的性能，且仅通过设置冷板就能够实现激光器中光模块的快速冷却，集成度高、减小了散热装置的占用空间。

Description

一种激光器散热装置及激光器

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，尤其涉及一种激光器散热装置及激光器。

背景技术

光纤激光器在使用过程中，由于泵浦在电光转化过程和光纤吸收泵浦光束转化成激光的过程中会产生大量的热量，而大量的热量会导致泵浦内部能量分布不均，输出波长产生漂移，影响能量光纤的转化效率，进而影响了激光器的输出性能，为满足输出需求，精确地温度控制是激光器实现性能稳定的重要保证。

现有激光器中的冷却技术多采用水冷或纯风冷的方式，水冷方式中采用水冷板内通入冷却液，依靠外部的水冷机，并依靠压机进行循环冷却，但由于水冷方式中制冷附件较多，集成度低使得占用面积较大，且水管易出现老化现象。而纯风冷受制于环境温度限制、散热效率低，无法满足高效的热量转移。

发明内容

（一）要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种激光器散热装置及激光器，占用空间小且散热效率高。

（二）技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明实施例提供一种激光器散热装置，包括冷板；冷板包括冷媒吸热区、散热区、气体通道和液体通道；气体通道的输入端和输出端分别与冷媒吸热区和散热区连通，液体通道的输入端和输出端分别与散热区和冷媒吸热区连通；冷媒吸热区能够存放液态冷媒，液态冷媒用于吸收激光器中光模块的热量后转换为气态冷媒并通过气体通道进入散热区；散热区用于对气态冷媒进行换热以使气态冷媒转换为液态冷媒并通过液体通道回流至冷媒吸热区。

优选地，还包括叠置在冷板的第一侧的上盖板；冷媒吸热区包括凹设在冷板的第一侧的吸热腔、设置在吸热腔内的多孔板以及液态冷媒；吸热腔分别与气体通道的输入端和液体通道的输出端连通；上盖板与吸热腔配合形成第一封闭空间以放置多孔板和液态冷媒。

优选地，吸热腔包括多个连通的容纳腔，每个容纳腔内均设置一个多孔板；散热区至少与多个容纳腔中的一个，通过气体通道连通；散热区至少与多个容纳腔中的一个，通过液体通道连通。

优选地，散热区包括凹设在冷板的第一侧的散热腔以及设置在散热腔内的散热齿组；散热腔分别与气体通道的输出端和液体通道的输入端连通；上盖板与散热腔配合形成第二封闭空间以放置散热齿组。

优选地，散热区还包括风扇组件，冷板的第二侧沿气态冷媒的流动方向开设有流通通道；风扇组件设置在流通通道的一端且靠近散热腔的一侧，以使散热齿组吸收的热量在流通通道内沿风扇组件的近端向远端流出冷板。

优选地，流通通道内设置多个等间距排布的S形翅片。

优选地，气体通道为凹设在冷板的第一侧上的第一凹槽，第一凹槽的输入端和输出端分别与吸热腔和散热腔连通；上盖板与第一凹槽配合形成第三密闭空间以使气态冷媒在第三密闭空间内流动；液体通道为凹设在冷板的第一侧上的第二凹槽，第二凹槽的输入端和输出端分别与散热腔和吸热腔连通；上盖板与第二凹槽配合形成第四密闭空间以使液态冷媒在第四密闭空间内流动。

优选地，气体通道包括总支路以及沿总支路中气态冷媒的流动方向依次排布的多个分支路，总支路的入口端和出口端分别与吸热腔和散热腔连通；每个分支路包括依次连通的入口段、圆弧段和出口段，入口段和出口段分别与总支路连通；沿总支路中气态冷媒的流动方向依次排布的多个分支路中的圆弧段的直径依次增大。

优选地，多孔板内沿气态冷媒的流动方向开设有至少一条降阻通道。

本发明还提供了一种激光器，包括上述的激光器散热装置，还包括光模块和壳体；光模块连接于激光器散热装置的吸热区，激光器散热装置设置于壳体的内部。

（三）有益效果

本发明的有益效果是：

本发明提供的一种激光器散热装置，由于冷板中设置了冷媒吸热区和散热区，冷媒吸热区中的液态冷媒能够对激光器中的光模块进行快速吸热转换为气态冷媒，并通过气体通道流通至散热区，散热区对气态冷媒进行换热使气态冷媒转换为液态冷媒回流至冷媒吸热区，实现了冷媒的循环利用，通过利用冷媒提高了散热装置的散热效率，进而提高了光模块的性能，且仅通过设置冷板就能够实现激光器中光模块的快速冷却，集成度高、减小了散热装置的占用空间。

本发明提供的一种激光器，由于散热装置中仅通过设置冷板就能够实现激光器中光模块的快速冷却，减小了散热装置的占用空间，进而使得激光器的整体结构小。

附图说明

图1为本发明实施例一中激光器散热装置的分解结构示意图（未示出风扇组件）；

图2为图1中的冷板的结构示意图；

图3为图2中气体通道的结构示意图；

图4为激光器的结构示意图；

图5为图4的分解示意图（未示出光模块）。

【附图标记说明】

1：冷板；11：冷媒吸热区；111：吸热腔；1111：容纳腔；112：多孔板；1121：降阻通道；12：散热区；121：散热腔；122：散热齿组；123：风扇组件；124：S形翅片；13：气体通道；131：总支路；132：分支路；1321：入口段；1322：圆弧段；1323：出口段；14：液体通道；15：流通通道；

2：上盖板；

3：下盖板；

a：壳体。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例一

如图1所示，本实施例提供了一种激光器散热装置，包括冷板1，其中冷板1包括冷媒吸热区11、散热区12、气体通道13和液体通道14，气体通道13的输入端和输出端分别与冷媒吸热区11和散热区12连通，液体通道14的输入端和输出端分别与散热区12和冷媒吸热区11连通，冷媒吸热区11能够存放液态冷媒，液态冷媒用于吸收激光器中光模块的热量后转换为气态冷媒并通过气体通道13进入散热区12，散热区12用于对气态冷媒进行换热以使气态冷媒转换为液态冷媒并通过液体通道14回流至冷媒吸热区11。

本实施例提供的一种激光器散热装置，由于冷板1中设置了冷媒吸热区11和散热区12，冷媒吸热区11中的液态冷媒能够对激光器中的光模块进行快速吸热转换为气态冷媒，并通过气体通道13流通至散热区12，散热区12对气态冷媒进行换热使气态冷媒转换为液态冷媒回流至冷媒吸热区11，实现了冷媒的循环利用，通过利用冷媒提高了散热装置的散热效率，进而提高了光模块的性能，且仅通过设置冷板1就能够实现激光器中光模块的快速冷却，集成度高、减小了散热装置的占用空间。

其中，光模块设置在基板（未示出）上，基板与冷板1的第一侧连接，光模块包括增益光纤、光栅、吸收盒和泵浦，光模块进行电光转换和光光转换过程中会产生大量热量，其中泵源电光转化效率在48%~52%，增益光纤的光光转化效率在70%~80%，转化以外的能量转化为废热，需要冷却带走，否则温度的升高会反过来影响泵浦的波长漂移，进而影响增益光纤的光光转化效率，在本实施例中，主要目的是对光模块中的增益光纤进行高效散热。

为了提高基板的导热能力，在基板上凹设有光纤槽，增益光纤设置于光纤槽内，以顺时针或逆时针螺旋由内至外或由外至盘旋，当增益光纤安装完成后，使用导热系数较高的导热胶水进行封装，其中，导热胶水主要去除光纤圆形截面和光线槽之间的间隙，提升导热能力，同时避免外部灰尘掉落至光纤表面，以防止在工作过程中灰尘吸热导致光纤局部温度过高，影响光纤的寿命甚至烧毁器件。

如图1所示，冷媒吸热区11包括吸热腔111、多孔板112以及液态冷媒，为了便于吸热腔111的制造以及多孔板112的安装，在冷板1的第一侧叠置有上盖板2，上盖板2为导热系数较高的合金材料，厚度在0.1~0.3mm，经过摩擦焊焊接在冷板1的第一侧。其中，吸热腔111凹设在冷板1的第一侧，吸热腔111分别与气体通道13的输入端和液体通道14的输出端连通，上盖板2与冷板1中的吸热腔111配合形成第一封闭空间以放置多孔板112和液态冷媒。其中，多孔板112为多孔材料，主要起到虹吸作用，以便于吸热腔111内的冷媒从吸热腔111流动到散热腔121内。

如图2所示，多孔板112内沿气态冷媒的流动方向开设有至少一条降阻通道1121，以减轻多孔板112内部的冷媒的气液流动阻力，在本实施例中降阻通道1121为X形，当然也可以设置为S形等其它形状。

如图2所示，吸热腔111包括多个连通的容纳腔1111，每个容纳腔1111内均设置一个多孔板112，散热区12至少与多个容纳腔1111中的一个，通过气体通道13连通。散热区12至少与多个容纳腔1111中的一个，通过液体通道14连通，即能够实现冷媒的循环。

如图1和图2所示，散热区12包括散热腔121和散热齿组122，散热腔121凹设在冷板1的第一侧，散热腔121分别与气体通道13的输出端和液体通道14的输入端连通，上盖板2与散热腔121配合形成第二封闭空间以放置散热齿组122。在本实施例中，散热齿组122为多个并排等间距设置的多个散热齿，能够对气态冷媒进行冷凝，使气态冷媒放热后形成液态冷媒，散热齿组122将吸收的热量传导至冷板1的第二侧。

如图5所示，为了加快冷板1的第二侧的散热，散热区12还包括风扇组件123，冷板1的第二侧沿气态冷媒的流动方向开设有流通通道15，风扇组件123设置在冷板1上，且位于流通通道15的一端且靠近散热腔121的一侧，以使散热齿组122吸收的热量传导在冷板1的第二侧后，风扇组件123将热量在流通通道15内沿风扇组件123的近端向远端吹出冷板1，进而进一步提高了散热效率。其中，风扇组件123为多个并排布置的轴流风扇。

配合风扇组件123，流通通道15内设置多个等间距排布的S形翅片124，延长了传导至冷板1第二侧的热量的流动路径，以使冷板1快速散热。相应的，散热装置还包括下盖板3，下盖板3位于冷板1的第二侧以固定安装S形翅片124。其中，下盖板3为导热系数较高的合金材料，厚度在0.1~0.3mm，经过摩擦焊焊接在冷板1的第二侧。

如图1所示，气体通道13为凹设在冷板1的第一侧上的第一凹槽，第一凹槽的输入端和输出端分别与吸热腔111和散热腔121连通，上盖板2与第一凹槽配合形成第三密闭空间以使气态冷媒在第三密闭空间内流动，液体通道14为凹设在冷板1的第一侧上的第二凹槽，第二凹槽的输入端和输出端分别与散热腔121和吸热腔111连通，上盖板2与第二凹槽配合形成第四密闭空间以使液态冷媒在第四密闭空间内流动。

当然，在实际应用的过程中，可仅设置冷板1，在冷板1的内部开设直接开设吸热腔111、散热腔121、气体通道13以及液体通道14。

如图3所示，气体通道13包括总支路131以及沿总支路131中气态冷媒的流动方向依次排布的多个分支路132，总支路131的入口端和出口端分别与吸热腔111和散热腔121连通，每个分支路132包括依次连通的入口段1321、圆弧段1322和出口段1323，入口段1321和出口段1323分别与总支路131连通，沿总支路131中气态冷媒的流动方向依次排布的多个分支路132中的圆弧段1322的直径依次增大，由此，进一步提高了气体通道13中气态冷媒的流速，加快冷媒在多孔板112和散热齿组122之间的高效流转，进而提高了散热装置的散热效率。

在本实施例中，为了加快冷媒的吸放热效率，吸热腔111内设有4个容纳腔1111，容纳腔1111的底部连通，每个容纳腔1111内均放置一个多孔板112，每个容纳腔1111均通过一条气体通道13与散热腔121连通，以便于容纳腔1111内液态冷媒吸热后同时通过四条气体通道13快速流向散热腔121。在散热腔121的两侧设有两条液体通道14，为了便于液体通道14的制造，两条液体通道14分别与位于两侧的容纳腔1111连通，以便于散热腔121内气态冷媒放热后通过两条液体通道14回流至容纳腔1111。

由于散热齿组122的散热性能与容纳腔1111内液态冷媒的填充量有直接关联，在本实施例中，液态冷媒的液面高度为多孔板112高度的一半，以进一步提高散热齿组122的散热效率。

实施例二

如图4和图5所示，本实施例提供了一种激光器，包括了实施例一中的激光器散热装置，还包括光模块和壳体a，光模块安装于基板上连接于激光器散热装置的吸热区，激光器散热装置设置于壳体a的内部。

其中，壳体a为矩形结构，且内部设有容纳空间以容纳激光器散热装置及光模块。

为了便于激光器散热装置内风扇组件123的空气流通，在壳体a的两侧对应设有通气栅格。

由于激光器的散热装置中仅通过设置冷板1就能够实现激光器中光模块的快速冷却，减小了散热装置的占用空间，进而使得激光器的整体结构小，便于安装及存放。

Claims (9)

1.一种激光器散热装置，其特征在于，包括冷板（1），还包括叠置在所述冷板（1）的第一侧的上盖板（2）；

所述冷板（1）包括冷媒吸热区（11）、散热区（12）、气体通道（13）和液体通道（14）；

所述气体通道（13）的输入端和输出端分别与所述冷媒吸热区（11）和所述散热区（12）连通，所述液体通道（14）的输入端和输出端分别与所述散热区（12）和所述冷媒吸热区（11）连通；

所述冷媒吸热区（11）能够存放液态冷媒，所述液态冷媒用于吸收激光器中光模块的热量后转换为气态冷媒并通过所述气体通道（13）进入所述散热区（12）；

所述冷媒吸热区（11）包括凹设在所述冷板（1）的第一侧的吸热腔（111）、设置在所述吸热腔（111）内的多孔板（112）以及所述液态冷媒；

所述吸热腔（111）分别与所述气体通道（13）的输入端和所述液体通道（14）的输出端连通；

所述上盖板（2）与所述吸热腔（111）配合形成第一封闭空间以放置所述多孔板（112）和所述液态冷媒；

所述散热区（12）用于对所述气态冷媒进行换热以使所述气态冷媒转换为所述液态冷媒并通过所述液体通道（14）回流至所述冷媒吸热区（11）。

2.如权利要求1所述的激光器散热装置，其特征在于，所述吸热腔（111）包括多个连通的容纳腔（1111），每个所述容纳腔（1111）内均设置一个所述多孔板（112）；

所述散热区（12）至少与多个所述容纳腔（1111）中的一个，通过所述气体通道（13）连通；

所述散热区（12）至少与多个所述容纳腔（1111）中的一个，通过所述液体通道（14）连通。

3.如权利要求1所述的激光器散热装置，其特征在于，所述散热区（12）包括凹设在所述冷板（1）的第一侧的散热腔（121）以及设置在所述散热腔（121）内的散热齿组（122）；

所述散热腔（121）分别与所述气体通道（13）的输出端和所述液体通道（14）的输入端连通；

所述上盖板（2）与所述散热腔（121）配合形成第二封闭空间以放置所述散热齿组（122）。

4.如权利要求3所述的激光器散热装置，其特征在于，所述散热区（12）还包括风扇组件（123），

所述冷板（1）的第二侧沿所述气态冷媒的流动方向开设有流通通道（15）；

所述风扇组件（123）设置在所述流通通道（15）的一端且靠近所述散热腔（121）的一侧，以使所述散热齿组（122）吸收的热量在所述流通通道（15）内沿所述风扇组件（123）的近端向远端流出所述冷板（1）。

5.如权利要求4所述的激光器散热装置，其特征在于，所述流通通道（15）内设置多个等间距排布的S形翅片（124）。

6.如权利要求3所述的激光器散热装置，其特征在于，所述气体通道（13）为凹设在所述冷板（1）的第一侧上的第一凹槽，所述第一凹槽的输入端和输出端分别与所述吸热腔（111）和所述散热腔（121）连通；

所述上盖板（2）与所述第一凹槽配合形成第三密闭空间以使所述气态冷媒在所述第三密闭空间内流动；

所述液体通道（14）为凹设在所述冷板（1）的第一侧上的第二凹槽，所述第二凹槽的输入端和输出端分别与所述散热腔（121）和所述吸热腔（111）连通；

所述上盖板（2）与所述第二凹槽配合形成第四密闭空间以使所述液态冷媒在所述第四密闭空间内流动。

7.如权利要求3所述的激光器散热装置，其特征在于，所述气体通道（13）包括总支路（131）以及沿所述总支路（131）中所述气态冷媒的流动方向依次排布的多个分支路（132），所述总支路（131）的入口端和出口端分别与所述吸热腔（111）和所述散热腔（121）连通；

每个所述分支路（132）包括依次连通的入口段（1321）、圆弧段（1322）和出口段（1323），所述入口段（1321）和所述出口段（1323）分别与所述总支路（131）连通；

沿所述总支路（131）中所述气态冷媒的流动方向依次排布的多个所述分支路（132）中的所述圆弧段（1322）的直径依次增大。

8.如权利要求1所述的激光器散热装置，其特征在于，所述多孔板（112）内沿所述气态冷媒的流动方向开设有至少一条降阻通道（1121）。

9.一种激光器，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的激光器散热装置，还包括光模块和壳体（a）；

所述光模块连接于所述激光器散热装置的所述吸热区，所述激光器散热装置设置于所述壳体（a）的内部。

Images