Лазерный циркуляционный водяной охладитель является основным вспомогательным оборудованием в лазерной системе, принцип работы которого основан на теплообмене и циркуляции жидкости, обеспечивая работу оборудования при стабильной температуре путем постоянного удаления тепла, генерируемого лазером. Ниже приводится подробный анализ принципов его работы:
Основные принципы работы
Лазерный циркуляционный водяной охладитель через закрытую циркуляционную систему передает охлаждающую воду в тепловой источник лазера для поглощения тепла, а затем нагреваемую охлаждающую воду вводят в теплообменник (например, пластинчатый теплообменник или кожухообразный теплообменник), снижая температуру охлаждающей воды путем теплообмена с внешним источником охлаждения (например, воздухом или хладагентом) и повторно циркулируя в лазер, образуя замкнутое кольцо непрерывного охлаждения.
Состав системы и рабочий процесс
циркуляционный насос
Функция: обеспечивает мощность, приводя циркуляционный поток охлаждающей воды в системе.
Режим работы: насос извлекает криогенную охлаждающую воду из резервуара для воды (или буферного резервуара) и транспортирует ее под давлением в радиатор лазера (например, лазерный кристалл, электрод или волоконно - оптическая оболочка).
Ключевые параметры: расход (L / min), напор (m), мощность (W), должны быть выбраны в соответствии с тепловой нагрузкой лазера и сопротивлением трубопровода.
Лазерный теплообмен
Путь передачи тепла:
При работе лазера потеря эффективности электрооптического преобразования (например, эффективность волоконно - оптического лазера около 40% - 50%) приводит к образованию отработанного тепла.
Теплопроводность передается через каналы охлаждающей воды, контактирующие с лазером (например, панели водяного охлаждения или микроканальные холодные пластины).
Температура повышается после поглощения тепла охлаждающей водой (дельта Т обычно рассчитана на 5 - 10°C).
Элементы проектирования:
Каналы охлаждающей воды должны быть тесно связаны с источником тепла, чтобы уменьшить контактное тепловое сопротивление.
Для изготовления холодных пластин используются материалы с высокой теплопроводностью (например, медь или алюминий), оптимизированная компоновка канала (например, конструкция турбулентности) усиливает конвективный теплообмен.
Теплообменник (вторичный теплообмен)
Функция: теплообмен нагреваемой охлаждающей воды с внешним источником охлаждения для снижения температуры воды.
Общие типы:
Пластинчатый теплообменник: состоит из многослойной металлической пластины, охлаждающей воды и источника охлаждения (например, воздуха или хладагента) в противотоке или перекрестном потоке между пластинами с высокой эффективностью теплопередачи (U до 2000 - 5000W / (m² · °C)).
Теплообменник с корпусом: охлаждающая вода течет в трубе, источник охлаждения смывается вне трубы, подходит для сценариев высокого давления или большого расхода.
Примеры работы:
Если используется теплообменник с воздушным охлаждением, охлаждающая вода проходит через пучок труб ребра, вентилятор заставляет воздух течь через ребро, забирая тепло.
Если используется теплообменник с водяным охлаждением, охлаждающая вода косвенно обменивается теплом с другой криогенной циркулирующей водой (или хладагентом) через теплообменник.
Регулирование и регулирование температуры
Мониторинг датчиков: установка датчиков температуры (например, PT100 или термопар) на выходе лазера и выходе теплообменника для мониторинга температуры воды в реальном времени.
PID - управление: Контроллер регулирует скорость вращения насоса или расход вентилятора / хладагента теплообменника в соответствии с отклонением заданной температуры от фактической температуры воды для достижения точного контроля температуры (точность до ±0,1°C).
перепускной клапан: при частичной нагрузке регулировать расход охлаждающей воды, входящей в теплообменник, регулируя открытие перепускного клапана, чтобы избежать чрезмерного охлаждения.
Система хранения и фильтрации воды
Резервуары для хранения воды: буферные колебания объема охлаждающей воды, стабилизация давления в системе и размещение дополнительного количества воды, создаваемого тепловым расширением.
Фильтры: Установка фильтрующих сеток (например, с апертурой 50 - 100 мкм) на входе насоса и на входе теплообменника для перехвата твердых примесей и предотвращения засорения трубопровода или образования накипи в теплообменнике.
Деионизационные устройства: системы, требующие высокого качества воды (например, лазеры высокой мощности), должны быть оснащены резервуарами для деионной смолы, чтобы снизить проводимость (< 10 мкС / см) и предотвратить электрохимическую коррозию.
Типичный сценарий применения
Промышленная лазерная резка / сварка
Высокомощные CO2 - или волоконно - оптические лазеры (1kW - 20kW) требуют постоянного охлаждения, а охладители должны иметь большой расход (> 50L / min) и быструю терморегулирующую способность.
Лазерная медицинская аппаратура
Например, лазерные косметические приборы (например, лазеры с пикосекундным лазером) требуют высокой температурной стабильности (±0,5 °C) и требуют высокоточного PID - управления.
Научная лазерная система
Например, титановые лазеры требуют ультранизкой вибрационной конструкции (чтобы избежать влияния на стабильность светового пути), часто с магнитным приводом насоса или виброизоляционной опоры.
Техническое обслуживание и устранение неполадок
Периодические проверки:
Очистите крылья / пучки теплообменника, чтобы предотвратить накопление пыли и снизить эффективность теплообмена.
Замените фильтр фильтра, чтобы избежать блокировки, которая приводит к снижению потока.
Частые неисправности:
Температура воды слишком высока: проверьте, неисправн ли насос, не накипел ли теплообменник или не остановился ли источник холода (например, вентилятор).
Утечка: Проверьте, повреждено ли уплотнительное кольцо или сварной шов на стыке трубопровода.
Регулирование колебаний температуры: калибровка датчиков температуры или настройка параметров PID.