Le refroidisseur d'eau à circulation laser est l'auxiliaire central dans le système laser et son principe de fonctionnement est basé sur l'échange de chaleur avec la circulation de fluide, assurant le fonctionnement de l'équipement à une température stable en enlevant en permanence la chaleur générée par le laser. Voici une analyse détaillée de son fonctionnement:
Principe de fonctionnement de base
Le refroidisseur d'eau à circulation laser passe par un système de circulation fermé qui envoie de l'eau de refroidissement à la source chaude du laser pour absorber la chaleur, puis introduit de l'eau de refroidissement réchauffée dans un échangeur de chaleur (tel qu'un échangeur à plaques ou un échangeur de chaleur à tube), ce qui réduit La température de l'eau de refroidissement et la Recycle vers le laser par échange de chaleur avec une source froide extérieure (telle que l'air ou le réfrigérant), créant une boucle fermée qui dissipe continuellement la chaleur.
Composition du système et flux de travail
Pompe de circulation
Fonction: fournit la puissance pour conduire l'eau de refroidissement à circuler dans le système.
Mode de fonctionnement: la pompe prélève de l'eau de refroidissement cryogénique du réservoir de stockage (ou du réservoir tampon) qui, après pressurisation, est envoyée aux composants de dissipation de chaleur du laser (tels que le cristal laser, les électrodes ou le revêtement de fibre optique).
Paramètres clés: débit (L / min), élévation (m), puissance (w), doivent être sélectionnés en fonction de la charge thermique du laser et de la résistance du tube.
Échange de chaleur laser
Chemin de transfert de chaleur:
Lorsque le laser fonctionne, la perte d'efficacité de conversion électro - optique (par exemple, l'efficacité du laser à fibre est d'environ 40% - 50%) produit de la chaleur résiduelle.
La chaleur est transmise par conduction thermique aux canaux d'eau de refroidissement en contact avec le laser (tels que les plaques refroidies à l'eau ou les plaques froides à microcanaux).
La température augmente après que l'eau de refroidissement absorbe la chaleur (Δt est généralement conçu pour 5 - 10 ° c).
Points clés du design:
Le canal d'eau de refroidissement doit être étroitement ajusté à la source de chaleur, ce qui réduit la résistance thermique au contact.
Fabrication de plaques froides à partir de matériaux à haute conductivité thermique, tels que le cuivre ou l'aluminium, optimisation de la disposition des canaux d'écoulement (par exemple, conception turbulente) Amélioration de l'échange de chaleur par convection.
Échangeurs de chaleur (échange de chaleur secondaire)
Fonction: Échanger de la chaleur de l'eau de refroidissement après le réchauffement avec une source froide extérieure, réduire la température de l'eau.
Types communs:
Échangeur de chaleur à plaques: composé de tôles multicouches, l'eau de refroidissement circule à contre - courant ou à travers les tôles avec une source froide telle que l'air ou le réfrigérant, avec une efficacité de transfert de chaleur élevée (valeur u jusqu'à 2000 - 5000w / (m² · °C)).
Échangeur de chaleur à tube: l'eau de refroidissement circule à l'intérieur du tube et la source froide est rincée à l'extérieur du tube, ce qui convient aux scénarios à haute pression ou à grand débit.
Exemples de travail:
Si vous utilisez un échangeur de chaleur refroidi par air, l'eau de refroidissement passe par le faisceau d'ailettes, le ventilateur force l'air à circuler à travers les ailettes, enlevant la chaleur.
Si vous utilisez un échangeur de chaleur refroidi à l'eau, l'eau de refroidissement et l'autre circuit d'eau cryocirculante (ou réfrigérant) sont indirectement échangés par l'échangeur de chaleur.
Contrôle et régulation de la température
Surveillance des capteurs: installez des capteurs de température (tels que pt100 ou thermocouples) à la sortie d'eau du laser et à la sortie de l'échangeur pour surveiller la température de l'eau en temps réel.
Contrôle PID: le Contrôleur ajuste la vitesse de rotation de la pompe ou le débit du ventilateur / réfrigérant de l'échangeur en fonction de l'écart de la température de consigne par rapport à la température réelle de l'eau, ce qui permet un contrôle précis de la température (précision jusqu'à ± 0,1 ° c).
Vanne de dérivation: en charge partielle, contrôler le débit d'eau de refroidissement dans l'échangeur en ajustant l'ouverture de la vanne de dérivation pour éviter un refroidissement excessif.
Réservoir de stockage et système de filtration
Réservoir de stockage: amortit les fluctuations de volume d'eau de refroidissement, stabilise la pression du système et contient la quantité d'eau supplémentaire générée par la dilatation thermique.
Filtres: installez des filtres (tels que des pores de 50 à 100 μm) à l'entrée de la pompe et à l'entrée de l'échangeur pour intercepter les impuretés particulaires et empêcher le colmatage des tuyaux ou l'encrassement de l'échangeur.
Dispositifs de déionisation: systèmes avec des exigences élevées en matière de qualité de l'eau (tels que les lasers haute puissance), doivent être équipés de réservoirs de résine de déionisation, réduire la conductivité (< 10 μs / cm), prévenir la corrosion électrochimique.
Scénarios d'application typiques
Découpe / soudage laser industriel
Les lasers à co₂ ou à fibre haute puissance (1kw - 20kw) nécessitent une dissipation continue de la chaleur et les refroidisseurs doivent avoir un débit élevé (> 50l / min) et une capacité de contrôle rapide de la température.
Équipement laser médical
Tels que les instruments de beauté laser (tels que le laser picoseconde), les exigences de stabilité de la température sont élevées (± 0,5 ° c), le contrôle PID de haute précision doit être adopté.
Systèmes laser pour la recherche scientifique
Tels que les lasers à pierres précieuses en titane, nécessitent une conception ultra - basse Vibration (pour éviter d'affecter la stabilité du chemin optique), utilisent souvent une pompe à entraînement magnétique ou un support d'isolation vibratoire.
Maintenance et dépannage
Vérifier régulièrement:
Nettoyez les ailettes / faisceaux d'échangeurs de chaleur pour empêcher l'accumulation de poussière de réduire l'efficacité de l'échange de chaleur.
Remplacez la cartouche du filtre pour éviter que le blocage ne provoque une chute du débit.
Défaillances communes:
Température de l'eau trop élevée: vérifiez si la pompe est défectueuse, si l'échangeur de chaleur s'incruste ou si la source froide, comme le ventilateur, s'arrête.
Fuite d'eau: vérifiez les joints d'étanchéité ou les soudures à la jonction du tuyau pour les dommages.
Contrôle des fluctuations de température: calibrez le capteur de température ou Ajustez les paramètres PID.