CN102172800B - 可同时提供冷水和温水的激光加工设备用冷却系统及方法 - Google Patents
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Abstract
可同时提供冷水和温水的激光加工设备用冷却系统及方法，其中，冷水水泵抽吸蓄水箱中水进入冷水出水管路中，冷水出水管路中的冷水一部分经过过滤装置被旁通入蓄水箱中，另一部分冷水对激光加工设备中需要冷却的装置进行冷却，然后回到水-冷媒换热器中，最后返回到蓄水箱中；冷媒循环系统由控制器根据冷水温度传感器检测到的水温控制以使蓄水箱中的水温由冷媒循环系统调节；温水水泵抽吸蓄水箱中的冷水进入到温水出水管路中，控制器根据温水温度传感器检测到的水温来开启电加热器，以使温水出水管路中冷水被加热成温水，温水出水管路中的温水通过温水出口进入到激光加工设备的需要温水冷却的装置。
Description
技术领域
本发明涉及冷却系统，尤其涉及激光加工设备用冷却系统。
背景技术
据了解，在激光加工设备中，激光振荡器是将电能转换为光能的装置，是产生激光的主要设备，是激光加工设备的核心部件。但是其转换为光能的效率并不高，大部分电能转化为了热能，这就需要冷却水把多余的热量带走以保证振荡器正常工作。在本发明做出以前，常规的激光加工设备冷却机组由压缩机、冷凝系统、蒸发器、制冷附件及连接管路组成一个制冷循环系统，由水泵、蓄水箱及水管路附件组成一套回水出水管路系统，这种机组只能向激光加工设备提供一种10℃±1℃(设定温度可调)的冷水。当这种低温的冷水进入到激光加工设备中，激光振荡器产生的热量被带走而得以冷却；但是，当激光加工设备中始终以10℃±3℃的冷水循环时，当空气露点温度高于水温时，在激光加工设备中，如激光聚光腔中产生“凝露”现象。″凝露″出现会造成某些部件的损伤，导致输出功率下降甚至不能出光。此时，如果代替以接近环境温度的温水进入激光加工设备中循环冷却，将会有效避免上述问题的发生。中国CN200910041959.9号发明专利提供了一种双温工业冷水机组，其温水系统无加热器，出水温度较低时无法控制，需要用户侧负荷将水温升高，同时无水质处理装置，无法用于激光加工设备。激光加工设备作为一种精密而又昂贵的高精尖设备，需要极其精心的维护。而本项发明专利，能使机组从开机阶段起始始终提供较低温度的冷水的同时，又能提供接近于环境温度的温水，可作为大型激光加工设备的配套冷却系统。
发明内容
本发明的目的在于提供可同时提供冷水和温水的激光加工设备用冷却系统及方法，通过巧妙构造水系统循环管路，可同时提供两种可调节温度的冷水，成本较低、控制简单，但控制灵活且精度较高，可满足大型激光加工设备的冷却需求。
本发明的可提供不同温度冷却水(温水和冷水)的激光加工设备用冷却系统，其特点是，包括冷媒循环系统、水循环系统和控制器，冷媒循环系统由压缩机、冷凝器、水-冷媒换热器和节流装置通过连接管路连接构成，水循环系统包括设置在冷水出水管路中的冷水水泵、温水出水管路中的温水水泵和蓄水箱，冷水水泵抽吸蓄水箱中水进入冷水出水管路中，冷水出水管路中的冷水一部分经过过滤装置被旁通入蓄水箱中，另一部分冷水进入到激光加工设备对激光加工设备中需要冷却的装置进行冷却，然后再通过冷水回水口回到水-冷媒换热器中，最后返回到蓄水箱中；冷水出水管路中设置冷水温度传感器，冷媒循环系统的开启由控制器根据冷水温度传感器检测到的水温控制以使蓄水箱中的水温由冷媒系统调节；温水水泵抽吸蓄水箱中的冷水进入到温水出水管路中，温水出水管路中还设置有温水温度传感器、电加热器以及可控的阀，控制器根据温水温度传感器检测到的水温来开启电加热器，以使温水出水管路中冷水被加热成温水，温水出水管路中的温水通过温水出口进入到激光加工设备的需要温水冷却的装置，然后再返回到温水回水口，再使温水进入温水水泵入口处，从而建立一个闭式水循环系统，再使蓄水箱中的冷水不能进入到该闭式水循环系统中；控制器还根据温水温度传感器检测到的水温来控制温水出水管理中的阀以破坏该闭式水循环系统，进而使部分温水旁通至蓄水箱里，再而使蓄水箱中的冷水补充入该闭式水循环系统，所述温水是指温度高于所述冷水的冷却水。
所述的可同时提供不同温度冷却水的激光加工设备用冷却系统，其进一步的特点是，所述过滤装置是离子交换装置。
所述的可同时提供不同温度冷却水的激光加工设备用冷却系统，其进一步的特点是，蓄水箱只有一个，而冷水出水管路和温水出水管路为各自独立的进出水系统，互不干扰。
所述的可同时提供不同温度冷却水的激光加工设备用冷却系统，其进一步的特点是，压缩机为转子式、活塞式、涡旋式、螺杆式压缩机中的任一种。
所述的可同时提供不同温度冷却水的激光加工设备用冷却系统，其进一步的特点是，节流装置为毛细管、孔板、电子膨胀阀或热力膨胀阀中的任一种。
所述的可同时提供不同温度冷却水的激光加工设备用冷却系统，其进一步的特点是，水-冷媒换热器为套管式、壳管式、板式或翅片式换热器中的任一种。
所述的可同时提供不同温度冷却水的激光加工设备用冷却系统，其特征在于，冷凝器为套管式、壳管式、板式或翅片式换热器中的任一种。
本发明的利用所述的激光加工设备用冷却系统提供不同温度冷却水(温水和冷水)的方法，特点是，假设冷水出水温度设定为a℃，温水出水温度为b℃，包括以下步骤：
A、开启冷水水泵，冷水在系统循环管道中循环，蓄水箱中的水被抽吸进入到冷水出水管路中，一部分冷水经过等离子交换装置被旁通入蓄水箱中，冷水得以过滤，从而满足激光加工设备对水质的要求；一部分冷水通过冷水出水管路进入激光加工设备中需要冷却装置中，对激光加工设备冷却后冷水温度上升，通过冷水回水口回到后回到水-冷媒换热器中，进而再回到蓄水箱中；
B、当冷水温度传感器检测到冷水出水温度大于a+c℃时，控制器即开启冷媒循环系统运行，在水-冷媒换热器中，冷水与冷媒进行热量交换，水温下降，冷媒吸入水侧热量后以低温低压的过热气体进入压缩机中，经过压缩后变成高温高压的冷媒气体进入冷凝器中，在冷凝器中，冷媒与环境中空气(或水等其他冷却介质)热量交换而得以冷却，以高压的过冷液体进入节流装置，经过节流降压后变成低温低压的气液混合物冷媒进入在水-冷媒换热器中，与冷水进行热量交换，完成一个制冷循环，通过连续的制冷循环，水温下降，当冷水温度传感器检测到出水温度达到在a℃～a+c℃，冷媒循环系统保持运行；
C、当出水温度达到a℃时，控制器停止冷媒循环系统运行；当出水温度上升达到a+c℃，冷媒循环系统重新运行；
D、当激光加工设备需要提供b℃的温水时，开启温水水泵，蓄水箱中的冷水进入温水出水管路，温水温度传感器检测到水温低于设定温度b℃时，控制器开启电加热器，冷水被加热，水温上升，水通过温水出口的管路进入到需要温水冷却的激光装置，然后再返回到温水回水口，进入温水水泵入口处，从而形成一个闭式水循环系统，蓄水箱中的冷水不能进入到闭式水循环系统中，温水在此闭式循环系统中，通过吸收电加热器和激光装置中的热量，水温不断上升，当温水的出水温度达到设定温度b℃时，控制器关闭电加热器，系统以出水温度b℃的温水提供至激光加工设备；
E、当b℃的温水不断吸收激光加工设备中热量，水温上升，当水温上升至b+d℃时，热水旁通电磁阀通电打开，部分热水旁通至蓄水箱里，闭式水循环系统被破坏，蓄水箱中的冷水补充入闭式水循环系统中，水温持续下降，当水温下降到b℃以上小于b+d℃设定值时，重新形成该闭式水循环系统；
F、当温水循环若干次水温再上升至b+d℃时，重复步骤E；
其中a、b、c、d为温度值。
附图说明
图1为冷媒循环系统的方框图。
图2为水循环系统的方框图。
具体实施方式
如图1和图2所示，假设冷水出水温度设定为a℃，控制范围为±1℃，温水出水温度为b℃，控制范围为±1℃，激光加工设备用冷却系统(简称机组)通过以下方式实现两种出水温度。
在开机前首先将机组所有手动阀门开启，然后开启冷水水泵6，蓄水箱5中的水被抽吸进入到冷水出口的管路中，一部分冷水经过等离子交换装置10被旁通入蓄水箱5中，冷水得以过滤，从而满足激光加工设备对水质的要求；一部分冷水通过出水管路进入激光加工设备中需要冷却装置中，对激光加工设备冷却后冷水温度上升，通过冷水系统入口，回到机组冷水回水口里，然后回到水-冷媒换热器4中，进而再回到蓄水箱5中。
当冷水温度传感器11检测到冷水出水温度大于a+1℃时，控制器即开启如图1所示的冷媒循环系统或者制冷系统运行，压缩机1启动，图中所示实施例以翅片换热器举例说明，冷凝器采用翅片式换热器时，须同时配置轴流式风机，轴流风机根据机组高压运行压力进行启停控制或变速调节控，冷凝系统2中轴流风机由高压压力控制而开启运行。在水-冷媒换热器4中，冷水与冷媒进行热量交换，水温下降，冷媒吸入水侧热量后以低温低压的过热气体进入压缩机1中，经过压缩后变成高温高压的冷媒气体进入冷凝系统2中。在冷凝系统2中，冷媒与环境中空气热量交换而得以冷却，以高压的过冷液体进入节流膨胀机构或者节流装置3，经过节流降压后变成低温低压的气液混合物冷媒进入在水-冷媒换热器4中，与冷水进行热量交换，完成一个制冷循环。通过连续的制冷循环，水温下降，当冷水温度传感器11检测到出水温度达到在a℃～a+1℃，制冷系统保持运行；当出水温度达到a℃时，控制器停止制冷系统运行，压缩机1和冷凝器2停止运行，冷媒循环系统停止循环；当出水温度上升达到a+1℃，冷媒循环系统重新运行。
当激光加工设备需要机组提供b℃的温水时，开启温水水泵7，蓄水箱5中的冷水进入温水出口管路，温水温度传感器12检测到水温低于设定温度b-1℃时，控制器开启电加热器8，冷水被加热，水温上升，水通过温水出口的管路进入到需要温水冷却的激光装置，然后再返回到温水回水口(温水入口)，进入温水水泵7入口处，从而形成一个闭式水循环系统，蓄水箱中的冷水不能进入到闭式水循环系统(温水侧循环管路)中，例如利用控制器控制管路中相应阀的闭合。温水在此闭式循环系统中，通过吸收电加热器8和激光装置中的热量，水温不断上升，当出水温度达到设定温度b℃时，控制器关闭电加热8，系统以出水温度b℃的温水提供至激光加工设备。
当b℃的温水不断吸收激光加工设备中热量，水温上升，当水温上升至b+3℃(可根据激光加工设备要求调整)时，热水旁通电磁阀9通电打开，部分热水旁通至蓄水箱5里，闭式系统被破坏，蓄水箱中的冷水补充入温水侧循环管路中，水温持续下降，当水温下降到b+1℃时，热水旁通电磁阀9关闭。当温水循环若干次水温再上升至b+3℃时，重复此控制即可降低水温。
Claims (8)
1.可同时提供冷水和温水的激光加工设备用冷却系统，其特征在于，包括冷媒循环系统、水循环系统和控制器,冷媒循环系统由压缩机、冷凝器、水-冷媒换热器和节流装置通过连接管路连接构成；水循环系统包括设置在冷水出水管路中的蓄水箱和冷水水泵、温水出水管路中的温水水泵、电加热器和旁通用的可控阀,冷水水泵抽吸蓄水箱中水进入冷水出水管路中，冷水出水管路中的冷水一部分经过过滤装置被旁通入蓄水箱中，另一部分冷水进入到激光加工设备对激光加工设备中需要冷却的装置进行冷却，然后再通过冷水回水口回到水-冷媒换热器中，最后返回到蓄水箱中；冷水出水管路中设置冷水温度传感器，冷媒循环系统的开启由控制器根据冷水温度传感器检测到的水温控制以使蓄水箱中的水温由冷媒循环系统调节；温水水泵抽吸蓄水箱中的冷水进入到温水出水管路中，温水出水管路中还设置有温水温度传感器，控制器根据温水温度传感器检测到的水温来开启电加热器，以使温水出水管路中冷水被加热成温水，温水出水管路中的温水通过温水出口进入到激光加工设备的需要温水冷却的装置，然后再返回到温水回水口，再使温水进入温水水泵入口处，从而建立一个闭式水循环系统，再使蓄水箱中的冷水不能进入到该闭式水循环系统中；控制器还根据温水温度传感器检测到的水温来控制温水出水管理中的阀以破坏该闭式水循环系统，进而使部分温水旁通至蓄水箱里，再而使蓄水箱中的冷水补充入该闭式水循环系统，所述温水是指温度高于所述冷水的冷却水。
2.如权利要求1所述的可同时提供冷水和温水的激光加工设备用冷却系统，其特征在于，所述过滤装置是离子交换装置。
3.如权利要求1所述的可同时提供冷水和温水的激光加工设备用冷却系统，其特征在于，蓄水箱只有一个，而冷水出水管路和温水出水管路为各自独立的进出水系统，互不干扰。
4.如权利要求1所述的可同时提供冷水和温水的激光加工设备用冷却系统，其特征在于，压缩机为转子式、活塞式、涡旋式、螺杆式压缩机中的任一种。
5.如权利要求1所述的可同时提供冷水和温水的激光加工设备用冷却系统，其特征在于，节流装置为毛细管、孔板、电子膨胀阀或热力膨胀阀中的任一种。
6.如权利要求1所述的可同时提供冷水和温水的激光加工设备用冷却系统，其特征在于，水-冷媒换热器为套管式、壳管式、板式换热器中的任一种。
7.如权利要求1所述的可同时提供冷水和温水的激光加工设备用冷却系统，其特征在于，冷凝器为套管式、壳管式、板式或翅片式换热器中的任一种。
8.一种利用如权利要求1所述的激光加工设备用冷却系统提供冷水和温水的方法，其特征在于，假设冷水出水温度设定为a℃，温水出水温度为b℃，包括以下步骤：
A、开启冷水水泵，冷水在系统循环管道中循环，蓄水箱中的水被抽吸进入到冷水出水管路中，一部分冷水经过等离子交换装置被旁通入蓄水箱中，冷水得以过滤，从而满足激光加工设备对水质的要求；一部分冷水通过冷水出水管路进入激光加工设备中需要冷却装置中，对激光加工设备冷却后冷水温度上升，通过冷水回水口回到后回到水-冷媒换热器中，进而再回到蓄水箱中；
B、当冷水温度传感器检测到冷水出水温度大于a+c℃时，控制器即开启冷媒循环系统运行，在水-冷媒换热器中，冷水与冷媒进行热量交换，水温下降，冷媒吸入水侧热量后以低温低压的过热气体进入压缩机中，经过压缩后变成高温高压的冷媒气体进入冷凝器中，在冷凝器中，冷媒与环境中空气或水或其他冷却介质热量交换而得以冷却，以高压的过冷液体进入节流装置，经过节流降压后变成低温低压的气液混合物冷媒进入在水-冷媒换热器中，与冷水进行热量交换，完成一个制冷循环，通过连续的制冷循环，水温下降，当冷水温度传感器检测到出水温度达到在a℃～a+c℃，冷媒循环系统保持运行；
C、当出水温度达到a℃时，控制器停止冷媒循环系统运行；当出水温度上升达到a+c℃，冷媒循环系统重新运行；
D、当激光加工设备需要提供b℃的温水时，开启温水水泵，蓄水箱中的冷水进入温水出水管路，温水温度传感器检测到水温低于设定温度b℃时，控制 器开启电加热器，冷水被加热，水温上升，水通过温水出口的管路进入到需要温水冷却的激光装置，然后再返回到温水回水口，进入温水水泵入口处，从而形成一个闭式水循环系统，蓄水箱中的冷水不能进入到闭式水循环系统中，温水在此闭式循环系统中，通过吸收电加热器和激光装置中的热量，水温不断上升，当温水的出水温度达到设定温度b℃时，控制器关闭电加热器，系统以出水温度b℃的温水提供至激光加工设备；
E、当b℃的温水不断吸收激光加工设备中热量，水温上升，当水温上升至b+d℃时，热水旁通电磁阀通电打开，部分热水旁通至蓄水箱里，闭式水循环系统被破坏，蓄水箱中的冷水补充入闭式水循环系统中，水温持续下降，当水温下降到b℃以上小于b+d℃设定值时，重新形成该闭式水循环系统；
F、当温水循环若干次水温再上升至b+d℃时，重复步骤E；
其中a、b、c、d为温度值。
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2010
- 2010-12-31 CN CN 201010618488 patent/CN102172800B/zh active Active
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