El enfriador de agua circulante láser es el equipo auxiliar central en el sistema láser, y su principio de funcionamiento se basa en el intercambio de calor y la circulación de fluidos, al quitar continuamente el calor generado por el láser, se garantiza que el equipo funcione a una temperatura estable. El siguiente es un análisis detallado de su principio de funcionamiento:
Principio de funcionamiento del núcleo
El enfriador de agua de circulación láser transporta el agua de enfriamiento a la fuente de calor del láser para absorber el calor a través de un sistema de circulación cerrado, y luego introduce el agua de enfriamiento calentada en el intercambiador de calor (como el intercambiador de calor de placa o el intercambiador de calor de carcasa) para reducir y recircular la temperatura del agua de enfriamiento al láser mediante el intercambio de calor con fuentes de frío externas (como el aire o el refrigerante), formando un circuito cerrado de disipación continua de calor.
Composición del sistema y flujo de trabajo
Bomba de circulación
Función: proporcionar energía para impulsar el agua de enfriamiento a circular por el sistema.
Modo de funcionamiento: la bomba extrae agua de enfriamiento a baja temperatura del tanque de almacenamiento de agua (o tanque amortiguador) y la presuriza y la transporta a los componentes de disipación de calor láser (como cristales láser, electrodos o recubrimientos de fibra óptica).
Parámetros clave: caudal (l / min), elevación (m), Potencia (w), que deben seleccionarse de acuerdo con la carga térmica del láser y la resistencia de la tubería.
Intercambio de calor láser
Ruta de transmisión de calor:
Cuando el láser funciona, la pérdida de eficiencia de conversión fotoeléctrica (como la eficiencia del láser de fibra óptica de alrededor del 40% - 50%) produce calor residual.
El calor se transmite a través de la conducción térmica a los canales de agua de refrigeración en contacto con el láser (como las placas de refrigeración por agua o las placas de refrigeración por microcanal).
La temperatura aumenta después de que el agua de enfriamiento absorbe el calor (△ t generalmente está diseñada para ser de 5 - 10 ° c).
Puntos clave del diseño:
El canal de agua de enfriamiento debe ajustarse estrechamente a la fuente de calor para reducir la resistencia térmica de contacto.
Fabricar placas frías con materiales altamente conductores de calor (como cobre o aluminio) y optimizar el diseño del canal de flujo (como el diseño turbulento) para mejorar la transferencia de calor por convección.
Intercambiadores de calor (intercambio de calor secundario)
Función: intercambiar calor entre el agua de enfriamiento calentada y la fuente de frío externa para reducir la temperatura del agua.
Tipos comunes:
Intercambiadores de calor de placas: compuestos por láminas metálicas multicapa, el agua de refrigeración y las fuentes de frío (como el aire o el refrigerante) fluyen en contracorriente o cruzadas entre las láminas, con una alta eficiencia de transferencia de calor (valor u de hasta 2000 - 5000w / (m m2 ° c%).
Intercambiadores de calor de carcasa: el agua de enfriamiento fluye dentro del tubo y la fuente de frío se lava fuera del tubo, lo que es adecuado para escenarios de alta presión o gran flujo.
Ejemplo de trabajo:
Si se utiliza un intercambiador de calor refrigerado por aire, el agua de refrigeración pasa por el paquete de aletas, y el ventilador obliga al aire a fluir a través de las aletas para quitar el calor.
Si se utiliza un intercambiador de calor refrigerado por agua, el agua de enfriamiento y otro agua circulante a baja temperatura (o refrigerante) intercambian calor indirectamente a través del intercambiador de calor.
Control y regulación de la temperatura
Monitoreo de sensores: instalación de sensores de temperatura (como Pt100 o termoeléctricos) en la salida de agua del láser y la salida del intercambiador de calor para monitorear la temperatura del agua en tiempo real.
Control eip: el controlador ajusta la velocidad de la bomba o el flujo del ventilador / refrigerante del intercambiador de calor de acuerdo con la desviación de la temperatura establecida de la temperatura real del agua para lograr un control preciso de la temperatura (precisión de hasta ± 0,1 ° c).
Válvula de derivación: en carga parcial, al ajustar la apertura de la válvula de derivación, se controla el flujo de agua de enfriamiento que entra en el intercambiador de calor para evitar el enfriamiento excesivo.
Tanques de almacenamiento y sistemas de filtración
Tanque de almacenamiento de agua: amortiguar las fluctuaciones de volumen del agua de refrigeración, estabilizar la presión del sistema y acomodar la cantidad adicional de agua producida por la expansión térmica.
Filtro: instalar un filtro (como un diámetro de 50 - 100 micras) en la entrada de la bomba y la entrada del intercambiador de calor para interceptar impurezas de partículas y evitar que la tubería se bloquee o el intercambiador de calor se ensucie.
Dispositivo de desionización: los sistemas con altos requisitos de calidad del agua (como los láseres de alta potencia) deben estar equipados con tanques de resina de desionización para reducir la conductividad eléctrica ( < 10 μs / cm) y evitar la corrosión electroquímica.
Escenarios de aplicación típicos
Corte / soldadura láser Industrial
El CO2 de alta potencia o el láser de fibra óptica (1kw - 20kw) necesitan disipación continua de calor, y el enfriador debe tener un gran flujo (> 50l / min) y una capacidad de control rápido de la temperatura.
Equipos láser médicos
Por ejemplo, los aparatos de belleza láser (como el láser picosegundo), que requieren una alta estabilidad de temperatura (+ 0,5 ° c), requieren un control Pi de alta precisión.
Sistema láser de investigación científica
Por ejemplo, los láseres de zafiro de titanio requieren un diseño de vibración ultra baja (para evitar afectar la estabilidad del camino óptico), a menudo con bombas de accionamiento magnético o soportes de aislamiento de vibración.
Mantenimiento y resolución de problemas
Inspecciones periódicas:
Limpiar las aletas / haces de tubos del intercambiador de calor para evitar la acumulación de polvo y reducir la eficiencia del intercambio de calor.
Reemplazar el filtro del filtro para evitar la caída del flujo causada por el bloqueo.
Fallas comunes:
Temperatura excesiva del agua: compruebe si la bomba está averiada, si el interchanger está sucio o si la fuente de frío (como el ventilador) se detiene.
Fugas de agua: compruebe si el anillo de sellado o la soldadura en la conexión de la tubería están dañados.
Fluctuación de control de temperatura: calibrar el sensor de temperatura o ajustar los parámetros de la eip.