CN217882275U - 光纤激光器及其冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及激光技术领域，公开了一种光纤激光器及其冷却系统，包括主控模块、压缩机、冷凝器、储液灌、冷媒板及氟泵，所述冷媒板密封的设于激光模块内，所述压缩机、冷凝器、储液罐及冷媒板串联形成第一冷却回路，所述氟泵与所述压缩机并联，所述氟泵、冷凝器、储液罐及冷媒板串联形成第二冷却回路。本实用新型的冷却系统可在多个工作模式下运，可以满足冷却系统在不同温环境下的冷却散热要求，提高了冷却散热的效率。

Description

光纤激光器及其冷却系统

【技术领域】

本实用新型实施例涉及激光加工技术领域，尤其涉及一种光纤激光器及其冷却系统。

【背景技术】

近年，随着国家工业发展越来越快，越来越多的光纤激光器厂商开始投入先进技术/充足资金，开发出更多、更高功率的多模块连续光纤激光器。现有激光器的内部的冷却大多还是采用水冷方式。由于水冷散热必须通过水冷机和水箱来持续循环冷却水给水冷板散热，并且目前水冷机和水箱大多采用外置于激光器外的形式，导致激光器的必须固定放置，无法移动，并且会增加激光器的体积和占用空间。

申请号为“CN2201721589856.2”，专利名称为“一种无水化嵌入式散热系统及光纤激光器”的中国专利中，公开了一种无水化嵌入式散热系统及光纤激光器，所述散热系统设在光纤激光器内部，用于对光纤激光器进行散热，包括压缩机、冷凝器、节流阀和用于给冷凝器散热的散热风扇，所述节流阀、压缩机、冷凝器和光纤盘绕板通过铜管连接形成一个制冷循环；所述光纤盘绕板一面贴合半导体泵浦源，另一面表面设有盘旋槽；所述散热系统还设有回热器，所述回热器分别与冷凝器、节流阀与光纤盘绕板连接；光纤激光器，包括了上述的无水化嵌入式散热系统。

该方案虽然可改善大功率光纤激光器的散热问题，占用空间小，能和激光器其他器件一起内置于机箱内，能同时给泵浦源和光纤降温，且不增加额外的安全问题。但是，该专利的散热系统只适应于在常温环境下正常工作，假如在超宽温度范围的低温环境(例如-40℃-5℃)中，依然采用压缩机制冷散热系统循环，由于从压缩机出来的冷媒为高温高压的气态冷媒，外界低温环境会大幅降低压缩机制冷散热系统制冷效率，并且为了抵消外界低温带来的影响，需要增加压缩机的功率，此外也还需要增加额外的系统部件，不仅增加了散热系统的能耗；而且也会导致散热系统的比较复杂庞大，增加了占用空间。

【实用新型内容】

本实用新型实施例旨在提供一种激光器的冷却系统，冷却系统可在多个工作模式下运，可以满足冷却系统在不同温环境下的冷却散热要求，提高了冷却散热的效率。

本实用新型解决其技术问题采用以下技术方案：

一种光纤激光器的冷却系统，包括主控模块、压缩机、冷凝器、储液灌、冷媒板及氟泵，所述冷媒板密封的设于激光模块内，所述压缩机、冷凝器、储液罐及冷媒板串联形成第一冷却回路，所述氟泵与所述压缩机并联，所述氟泵、冷凝器、储液罐及冷媒板串联形成第二冷却回路。

作为优选方案，所述冷却系统还包括第一电磁阀，所述第一电磁阀设于所述压缩机的进口端或出口端，所述氟泵与所述压缩机及第一电磁阀并联。

作为优选方案，所述冷却系统还包括膨胀阀，所述膨胀阀串联在所述冷媒板与所述冷凝器之间。

作为优选方案，所述冷却系统还包括第二电磁阀，所述第二电磁阀串联在所述冷媒板与所述冷凝器之间，所述第二电磁阀与所述膨胀阀并联。

作为优选方案，所述冷却系统还包括单向阀，所述单向阀设于所述氟泵的进口端或出口端。

作为优选方案，所述主控模块包括激光器主控制板、冷却系统控制板、供电模块及泵浦源驱动器及压缩机驱动器，所述激光器主控制板分别与所述冷却系统控制板、供电模块及泵浦源驱动器电连接，所述冷却系统控制板与所述压缩机驱动器电连接。

作为优选方案，所述压缩机的进口端及出口端分别设有第一压力传感器及第二压力传感器，所述第一压力传感器及第二压力传感器均与所述主控模块电连接。

作为优选方案，所述冷媒板上设有温度传感器，所述温度传感器与所述主控模块电连接。

作为优选方案，所述主控模块、压缩机、冷凝器、储液灌、及氟泵均设置于所述激光器的机柜内。

本实用新型还提供了一种光纤激光器，包括上述任一方案的冷却系统。

本实用新型的有益效果是：冷却系统通过冷媒板给激光模块冷却散热，相较于传统的水冷方案，制冷效率更高，制冷温度更低，可快速带走激光模块内部产生的热量，散热效率较高。在低温环境中，可通过第二冷却回路的的氟泵系统制冷，提高制冷效率，降低制冷的能耗，同时也简化了冷却系统的结构，减小了冷却系统的占用空间。

【附图说明】

一个或多个实施例通过与之对应的附图进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1为本实用新型一实施例的光纤激光器的机柜的示意图；

图2为本实用新型一实施例的光纤激光器的一体冷却系统原理示意图；

图3为本实用新型一实施例的光纤激光器的一体冷却系统的主控模块的系统图。

【具体实施方式】

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”/“固接于”/“安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

结合图1及图2所示，本实用新型实施例提供了一种光纤激光器的冷却系统，该激光器包括机柜1、激光模块2及冷却系统；其中，激光模块2、冷却系统均设置在机柜1内，以实现冷却系统及激光模块2的一体化设计布局。

其中，冷却系统包括主控模块、压缩机3、冷凝器4、储液灌5、冷媒板6、氟泵7以及给冷凝器4冷却散热的风机12，冷媒板6密封的设于激光模块2内，用于给激光模块2内的泵浦源、合束器、光纤盘等光学器件冷却散热。

机柜1的内部被分隔成独立的第一容纳室101及第二容纳室102，主控模块、压缩机3、冷凝器4、储液灌5、冷媒板6及氟泵7均设置在第一容纳室101内，激光模块2设置在第二容纳室102内。由于第一容纳室101及第二容纳室102两者为独立空间，从而实现将主控模块与激光模块2分离设计，以利于对激光模块2及主控模块采用不同的冷却方案进行单独冷却。

具体的，压缩机3、冷凝器4、储液罐5及冷媒板6串联形成第一冷却回路。氟泵7与压缩机3并联，使得氟泵7、冷凝器4、储液罐5及冷媒板6串联形成第二冷却回路。

如图2所示，图中箭头所指示方向为冷媒流动方向，当激光器处于常温环境(例如5℃-50℃)中工作时，压缩机3运转工作，氟泵7不工作，冷却系统通过压缩机3制冷，使冷媒在第一冷却回路循环流动，由于冷媒板6密封的设置在激光模块2内，当冷媒在该第一冷却回路中循环流动时，通过冷媒流过冷媒板6给激光模块2进行冷却散热。常温环境有利于压缩机3制取高温高压的气态冷媒，提高压缩机3的制冷效率，降低压缩机3的能耗。因此，在常温环境中冷却系统优先采用第一冷却回路给激光模块2进行冷却散热，能够充分发挥压缩机制冷系统的优势。

当激光器处于低温环境(例如-40℃-5℃)中工作时，压缩机3不工作，氟泵7运转工作，冷却系统通过氟泵7制冷，使冷媒在第二冷却回路循环流动，由于冷媒板6密封的设置在激光模块2内，当冷媒在该第二冷却回路中循环流动时，通过冷媒流过冷媒板6给激光模块2进行冷却散热。在低温环境中，氟泵7通过热管技术来克服外界的低温，使冷媒在第二冷却回路循环流动时，提高氟泵7的制冷效率，并且氟泵7的功率小于压缩机3的功率，因此可达到节能的目的。因此，在低温环境中冷却系统优先采用第二冷却回路给激光模块2进行冷却散热，能够充分发挥氟泵制冷系统的优势。

由于压缩机3和氟泵7两者是在不同的外界温度环境下工作的，两者不能同时工作，为了实现这一目的，冷却系统还包括第一电磁阀8，第一电磁阀8设于压缩机3的进口端或出口端，氟泵7与压缩机3及第一电磁阀8并联。

当在常温环境下时，主控模块控制第一电磁阀8打开，压缩机3运转工作，氟泵7不工作，从而实现冷媒在第一冷却回路循环流动的目的。

当在低温环境下时，主控模块控制第一电磁阀8关闭，压缩机3停止工作，氟泵7开始工作，从而实现冷媒在第二冷却回路循环流动的目的。

冷却系统还包括膨胀阀9及第二电磁阀10，膨胀阀9串联在冷媒板6与冷凝器4之间，第二电磁阀10串联在冷媒板6与冷凝器4之间，第二电磁阀10与膨胀阀9并联。

设置膨胀阀9的目的是膨胀阀9根据主控模块的控制指令，对从储液罐5流出的冷媒进行节流，使冷媒变成低温低压的液体流入冷媒板6给激光模块2进行冷却散热。由于膨胀阀9只适用于压缩机制冷系统内，即膨胀阀9只能串接到第一冷却回路中，因此，当压缩机3开始工作时，第二电磁阀10关闭，使冷媒只能从膨胀阀9内通过。氟泵7开始工作时，第二电磁阀10打开，膨胀阀9被短路，冷媒通过第二电磁阀10流入冷媒板6，实现冷媒在第二冷却回路中循环的目的。

优选的，冷却系统还包括单向阀11，单向阀11设于氟泵7的进口端或出口端。单向阀11具有流动方向的单一性，可防止第二冷却回路的冷媒回流，也可防止压缩机3工作时，第一冷却回路中的冷媒回流到氟泵7内。

压缩机3的进口端及出口端分别设有第一压力传感器13及第二压力传感器14，第一压力传感器13及第二压力传感器14均与主控模块电连接。本实施例中压缩机3为变频压缩机，第一压力传感器13及第二压力传感器14实时将采集的压力数据反馈给主控模块，主控模块根据反馈的数据，发出控制指令给压缩机3，使压缩机3按照指令工作维持冷却系统的压力，以保证冷媒制冷系统能够按照激光器的工作状态，提供符合要求的制冷条件。

此外，冷媒板6上设有温度传感器15，温度传感器15与主控模块电连接。温度传感器15用于实时监测冷媒板6的温度，并将温度数据反馈给主控模块，主控模块根据接收的温度数据，分别发出执行指令给压缩机4及风机12工作，以使冷却系统中的循环的冷媒温度符合激光模块2的冷却散热要求，实现冷媒温度的自动调节。

可以在冷媒板6的进口端及出口端分别设置第三电磁阀16及第四电磁阀17，通过主控模块控制第三电磁阀16及第四电磁阀17的启闭，来控制冷媒流入或流出冷媒板6的时机，实现冷媒在第一冷却回路或第二冷却回路中流动的可控性。

结合图2及图3所示，主控模块包括激光器主控制板41、冷却系统控制板42、供电模块43及泵浦源驱动器44及压缩机驱动器45，激光器主控制板41分别与冷却系统控制板42、供电模块43及泵浦源驱动器44电连接，冷却系统控制板42与压缩机驱动器45电连接。激光器主控制板41作为激光器的主控中心，用于控制冷却系统及激光模块2的正常运转工作，其中，压缩机3、风机12、氟泵7、第一电磁阀8、第二电磁阀10、第三电磁阀16及第四电磁阀17均与冷却系统控制板42电连接，冷却系统控制板42用于接收激光器主控制板41的控制指令，控制冷却系统的运行。

主控模块将控制激光器运行的所有控制器件，集成在一个控制盒内，通过激光器主控制板42统一控制冷却系统及激光模块2运行，提高了激光器控制的集成性，有利于优化激光器的控制布局，简化激光器的内部结构，减小激光器的体积。同时，将主控模块的集成设计，也便于主控模块的维护及装配。

本实用新型实施例还提供了一种光纤激光器，包括上述任一方案的冷却系统。

综上总结，本实用新型的有益效果是：

1、将冷却系统、激光模块、主控模块集成设置在机柜内，实现了激光器的冷却一体化设计，减小了激光器的总体积、重量及占用空间，提高了激光器的可移动性。

2、冷却系统通过冷媒在第一冷却回路及第二冷却回路中独立循环，实现压缩制冷模式及氟泵制冷模式，使冷却系统实现在常温环境下和低温环境下进行制冷，给激光模块进行冷却散热。提高了冷却系统制冷效率，降低冷却系统制冷的能耗，同时也简化了冷却系统的结构，减小了冷却系统的占用空间。

3、冷却系统可通过主控模块实现智能化冷却控制，使冷却系统在不同的外界环境温度下自由切换适应不同场景的冷却需求，还可根据激光模块及水箱实时监测的温度，适应性调节压缩机、氟泵、风机等的运转，提供符合要求的冷却环境和温度。

4、冷媒板设置在密封的激光模块内，使激光器内部的光路模块更不容易接触外部环境，避免了凝露的现象发生。

5、激光模块采用了冷媒板直接冷却，使激光模块的外部接口更少，更容易进行密封处理，密封性更高。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光纤激光器的冷却系统，其特征在于，包括主控模块、压缩机、冷凝器、储液灌、冷媒板及氟泵，所述冷媒板密封的设于激光模块内；

所述压缩机、冷凝器、储液罐及冷媒板串联形成第一冷却回路；

所述氟泵与所述压缩机并联，所述氟泵、冷凝器、储液罐及冷媒板串联形成第二冷却回路。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括第一电磁阀，所述第一电磁阀设于所述压缩机的进口端或出口端，所述氟泵与所述压缩机及所述第一电磁阀并联。

3.根据权利要求1或2所述的冷却系统，其特征在于，还包括膨胀阀，所述膨胀阀串联在所述冷媒板与所述冷凝器之间。

4.根据权利要求3所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括第二电磁阀，所述第二电磁阀串联在所述冷媒板与所述冷凝器之间，所述第二电磁阀与所述膨胀阀并联。

5.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括单向阀，所述单向阀设于所述氟泵的进口端或出口端。

6.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述主控模块包括激光器主控制板、冷却系统控制板、供电模块及泵浦源驱动器及压缩机驱动器，所述激光器主控制板分别与所述冷却系统控制板、供电模块及泵浦源驱动器电连接，所述冷却系统控制板与所述压缩机驱动器电连接。

7.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述压缩机的进口端及出口端分别设有第一压力传感器及第二压力传感器，所述第一压力传感器及第二压力传感器均与所述主控模块电连接。

8.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述冷媒板上设有温度传感器，所述温度传感器与所述主控模块电连接。

9.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述主控模块、压缩机、冷凝器、储液灌、及氟泵均设置于所述激光器的机柜内。

10.一种光纤激光器，其特征在于，采用如权利要求1-9所述的冷却系统。

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