[发明专利]一种蒸发冷却式激光器

说明书

本发明公开了一种蒸发冷却式激光器，包括激光器光源部分、激光器安装基底、散热单元、水泵、布水管道、散热风扇、外壳；所述布水管道和微型水泵相连，底部管道为水泵吸入口，顶部管道连接水泵出口。本发明的好处是无需制冷压缩机，减小投资成本；采用天然冷源的散热方式，运行成本更低；通过蒸发冷却的方式，实现热源与空气之间的显热和潜热的全热交换，换热效率更高，能够适应更大功率的激光器；采用原位热管导热，将热量短距离传输至扰流金属体后便开始与空气进行全热交换，热量无需远距离传输，整机结构更加紧凑。

技术领域

本发明涉及激光器领域，特别是一种能实现低功耗运行的半导体激光器、光纤激光器。

背景技术

激光加工相比传统机加工工艺具备高效率高精度的特点，对于激光切割、熔覆、焊接系统而言，稳定可靠的激光光源至关重要，而激光光源可靠运行的必要条件之一是良好的热管理。目前常见的激光器热管理方式是采用带有制冷压缩机的冷水机组作为冷源，通过水冷的方式将激光器内部各个器件的热量带走。这种冷却方式存在以下缺点：一是采用冷水机将会增大整个激光加工系统的投入成本；二是制冷机组的能耗较高，会增加整个激光加工系统的运行成本；三是在高湿环境下，实际运行过程中容易造成器件表面结露，进而增大系统故障的风险。目前也有通过一种无压缩机的水冷方式散热的激光器，该方式是利用水泵将激光器的热量用液体输送至冷凝器（液气换热器），然后再和空气进行显热交换，其缺点包括：1、整个系统是分体式设计，光源和冷凝器空间上分离，便携性差；2、冷凝器和空气之间是显热交换，即使是液体的最理想温度也不会低于空气的干球温度，因此无法适应更高功率的激光器。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的不足，提供一种蒸发冷却式激光器，可以实现低功耗冷却散热，无需装配制冷压缩机。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

为实现上述目的，本发明提出一种蒸发冷却式激光器，该激光器包括激光光源组件、安装基底、散热单元、水泵、布水管道、散热风扇、外壳；所述激光光源组件固定在所述安装基底的一侧，另外一侧固定散热单元，所述布水管道和水泵相连，分布于所述外壳底部的布水管道为水泵吸入口，分布于散热单元顶部的布水管道连接水泵出口，外壳底部由于良好的密封装配，可形成集水槽，水泵将集水槽的水通过布水管输送并浇淋在散热单元的散热面上，经过散热风扇的鼓风，快速蒸发冷却，从而实现激光器各个器件的快速降温。

进一步地，所述散热单元包括高导热材料及扰流金属体，将所述的高导热材料紧贴于激光器安装基底的一侧并固定，扰流金属体与高导热材料紧密贴合并延伸至空气中。

进一步地，所述的高导热材料可以是热管、铜、铝、钢、石墨烯、金刚石中的任意一种或多种组合。

进一步地，所述的热管可以是平板热管、环路热管、圆热管中的任意一种或多种组合，内部结构可以具有毛细结构或无毛细结构，其作用就是将激光器安装基底上的热量快速导出，并且均匀地分散开。

进一步地，所述的扰流金属体可以是泡沫铜、泡沫铝、多孔铝翅片、多孔铜翅片以及具有扰动结构的各类材质，其作用是强化对流换热、增加蒸发面积，同时减缓水流下降速度。

进一步地，所述的水泵为微型或小型水泵，其水量只要满足散热单元蒸发速率即可。

进一步地，所述的布水管底部开孔，开孔大小及数量可根据激光器的功率而定，只需满足均匀布水以及保证充足的淋水量即可。

优选地，所述的散热风扇安装方向为鼓风工作，如果改成吸风工作，需要选用防水型散热风扇。

进一步地，外壳进出风口的格栅底部需留出一定高度，作为集水槽使用，以储存系统用来蒸发的水量，同时保证格栅能够阻挡激光器使用环境内的杂物，并保证足够的通风量。

进一步地，激光器的参数设置、风扇的转速以及水泵的转速调节、蓄水池的水温和环境的温湿度检测电路的安装方式可选择集成在激光器内部或外置中的任何一种方式。