專利名稱：可同時提供冷水和溫水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冷卻系統(tǒng)，尤其涉及激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
據(jù)了解，在激光加工設(shè)備中，激光振蕩器是將電能轉(zhuǎn)換為光能的裝置，是產(chǎn)生激光的主要設(shè)備，是激光加工設(shè)備的核心部件。但是其轉(zhuǎn)換為光能的效率并不高，大部分電能轉(zhuǎn)化為了熱能，這就需要冷卻水把多余的熱量帶走以保證振蕩器正常工作。在本發(fā)明做出以前，常規(guī)的激光加工設(shè)備冷卻機組由壓縮機、冷凝系統(tǒng)、蒸發(fā)器、制冷附件及連接管路組成一個制冷循環(huán)系統(tǒng)，由水泵、蓄水箱及水管路附件組成一套回水出水管路系統(tǒng)，這種機組只能向激光加工設(shè)備提供一種10°c 士 1°C (設(shè)定溫度可調(diào))的冷水。當(dāng)這種低溫的冷水進(jìn)入到激光加工設(shè)備中，激光振蕩器產(chǎn)生的熱量被帶走而得以冷卻；但是，當(dāng)激光加工設(shè)備中始終以10°C 士3°C的冷水循環(huán)時，當(dāng)空氣露點溫度高于水溫時，在激光加工設(shè)備中，如激光聚光腔中產(chǎn)生“凝露”現(xiàn)象?！澳?出現(xiàn)會造成某些部件的損傷，導(dǎo)致輸出功率下降甚至不能出光。此時，如果代替以接近環(huán)境溫度的溫水進(jìn)入激光加工設(shè)備中循環(huán)冷卻，將會有效避免上述問題的發(fā)生。中國CN200910041959. 9號發(fā)明專利提供了一種雙溫工業(yè)冷水機組，其溫水系統(tǒng)無加熱器，出水溫度較低時無法控制，需要用戶側(cè)負(fù)荷將水溫升高，同時無水質(zhì)處理裝置，無法用于激光加工設(shè)備。激光加工設(shè)備作為一種精密而又昂貴的高精尖設(shè)備，需要極其精心的維護(hù)。而本項發(fā)明專利，能使機組從開機階段起始始終提供較低溫度的冷水的同時，又能提供接近于環(huán)境溫度的溫水，可作為大型激光加工設(shè)備的配套冷卻系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供可同時提供冷水和溫水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)及方法，通過巧妙構(gòu)造水系統(tǒng)循環(huán)管路，可同時提供兩種可調(diào)節(jié)溫度的冷水，成本較低、控制簡單，但控制靈活且精度較高，可滿足大型激光加工設(shè)備的冷卻需求。本發(fā)明的可提供不同溫度冷卻水(溫水和冷水)的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其特點是，包括冷媒循環(huán)系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)和控制器，冷媒循環(huán)系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、水-冷媒換熱器和節(jié)流裝置通過連接管路連接構(gòu)成，水循環(huán)系統(tǒng)包括設(shè)置在冷水出水管路中的冷水水泵、溫水出水管路中的溫水水泵和蓄水箱，冷水水泵抽吸蓄水箱中水進(jìn)入冷水出水管路中，冷水出水管路中的冷水一部分經(jīng)過過濾裝置被旁通入蓄水箱中，另一部分冷水進(jìn)入到激光加工設(shè)備對激光加工設(shè)備中需要冷卻的裝置進(jìn)行冷卻，然后再通過冷水回水口回到水-冷媒換熱器中，最后返回到蓄水箱中；冷水出水管路中設(shè)置冷水溫度傳感器，冷媒循環(huán)系統(tǒng)的開啟由控制器根據(jù)冷水溫度傳感器檢測到的水溫控制以使蓄水箱中的水溫由冷媒系統(tǒng)調(diào)節(jié)；溫水水泵抽吸蓄水箱中的冷水進(jìn)入到溫水出水管路中，溫水出水管路中還設(shè)置有溫水溫度傳感器、電加熱器以及可控的閥，控制器根據(jù)溫水溫度傳感器檢測到的水溫來開啟電加熱器，以使溫水出水管路中冷水被加熱成溫水，溫水出水管路中的溫水通過溫水出口進(jìn)入到激光加工設(shè)備的需要溫水冷卻的裝置，然后再返回到溫水回水口，再使溫水進(jìn)入溫水水泵入口處，從而建立一個閉式水循環(huán)系統(tǒng)，再使蓄水箱中的冷水不能進(jìn)入到該閉式水循環(huán)系統(tǒng)中；控制器還根據(jù)溫水溫度傳感器檢測到的水溫來控制溫水出水管理中的閥以破壞該閉式水循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)而使部分溫水旁通至蓄水箱里，再而使蓄水箱中的冷水補充入該閉式水循環(huán)系統(tǒng)，所述溫水是指溫度高于所述冷水的冷卻水。所述的可同時提供不同溫度冷卻水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其進(jìn)一步的特點是，所述過濾裝置是離子交換裝置。所述的可同時提供不同溫度冷卻水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其進(jìn)一步的特點是，蓄水箱只有一個，而冷水出水管路和溫水出水管路為各自獨立的進(jìn)出水系統(tǒng)，互不干擾。所述的可同時提供不同溫度冷卻水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其進(jìn)一步的特點是，壓縮機為轉(zhuǎn)子式、活塞式、渦旋式、螺桿式壓縮機中的任一種。所述的可同時提供不同溫度冷卻水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其進(jìn)一步的特點是，節(jié)流裝置為毛細(xì)管、孔板、電子膨脹閥或熱力膨脹閥中的任一種。所述的可同時提供不同溫度冷卻水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其進(jìn)一步的特點是，水-冷媒換熱器為套管式、殼管式、板式或翅片式換熱器中的任一種。所述的可同時提供不同溫度冷卻水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其特征在于，冷凝器為套管式、殼管式、板式或翅片式換熱器中的任一種。本發(fā)明的利用所述的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)提供不同溫度冷卻水(溫水和冷水)的方法，特點是，假設(shè)冷水出水溫度設(shè)定為a°c，溫水出水溫度為b°C，包括以下步驟A、開啟冷水水泵，冷水在系統(tǒng)循環(huán)管道中循環(huán)，蓄水箱中的水被抽吸進(jìn)入到冷水出水管路中，一部分冷水經(jīng)過等離子交換裝置被旁通入蓄水箱中，冷水得以過濾，從而滿足激光加工設(shè)備對水質(zhì)的要求；一部分冷水通過冷水出水管路進(jìn)入激光加工設(shè)備中需要冷卻裝置中，對激光加工設(shè)備冷卻后冷水溫度上升，通過冷水回水口回到后回到水-冷媒換熱器中，進(jìn)而再回到蓄水箱中；B、當(dāng)冷水溫度傳感器檢測到冷水出水溫度大于a+c°C時，控制器即開啟冷媒循環(huán)系統(tǒng)運行，在水-冷媒換熱器中，冷水與冷媒進(jìn)行熱量交換，水溫下降，冷媒吸入水側(cè)熱量后以低溫低壓的過熱氣體進(jìn)入壓縮機中，經(jīng)過壓縮后變成高溫高壓的冷媒氣體進(jìn)入冷凝器中，在冷凝器中，冷媒與環(huán)境中空氣(或水等其他冷卻介質(zhì))熱量交換而得以冷卻，以高壓的過冷液體進(jìn)入節(jié)流裝置，經(jīng)過節(jié)流降壓后變成低溫低壓的氣液混合物冷媒進(jìn)入在水-冷媒換熱器中，與冷水進(jìn)行熱量交換，完成一個制冷循環(huán)，通過連續(xù)的制冷循環(huán)，水溫下降，當(dāng)冷水溫度傳感器檢測到出水溫度達(dá)到在a°C a+c°C，冷媒循環(huán)系統(tǒng)保持運行；C、當(dāng)出水溫度達(dá)到a°C時，控制器停止冷媒循環(huán)系統(tǒng)運行；當(dāng)出水溫度上升達(dá)到 a+c°C，冷媒循環(huán)系統(tǒng)重新運行；D、當(dāng)激光加工設(shè)備需要提供b°C的溫水時，開啟溫水水泵，蓄水箱中的冷水進(jìn)入溫水出水管路，溫水溫度傳感器檢測到水溫低于設(shè)定溫度b°C時，控制器開啟電加熱器，冷水被加熱，水溫上升，水通過溫水出口的管路進(jìn)入到需要溫水冷卻的激光裝置，然后再返回到溫水回水口，進(jìn)入溫水水泵入口處，從而形成一個閉式水循環(huán)系統(tǒng)，蓄水箱中的冷水不能進(jìn)入到閉式水循環(huán)系統(tǒng)中，溫水在此閉式循環(huán)系統(tǒng)中，通過吸收電加熱器和激光裝置中的熱量，水溫不斷上升，當(dāng)溫水的出水溫度達(dá)到設(shè)定溫度b°C時，控制器關(guān)閉電加熱器，系統(tǒng)以出水溫度b°C的溫水提供至激光加工設(shè)備；E、當(dāng)b°C的溫水不斷吸收激光加工設(shè)備中熱量，水溫上升，當(dāng)水溫上升至b+d°C 時，熱水旁通電磁閥通電打開，部分熱水旁通至蓄水箱里，閉式水循環(huán)系統(tǒng)被破壞，蓄水箱中的冷水補充入閉式水循環(huán)系統(tǒng)中，水溫持續(xù)下降，當(dāng)水溫下降到b°c以上小于b+d°C設(shè)定值時，重新形成該閉式水循環(huán)系統(tǒng)；F、當(dāng)溫水循環(huán)若干次水溫再上升至b+d°C時，重復(fù)步驟E ；其中a、b、C、d為溫度值。


圖1為冷媒循環(huán)系統(tǒng)的方框圖。圖2為水循環(huán)系統(tǒng)的方框圖。
具體實施例方式
如圖1和圖2所示，假設(shè)冷水出水溫度設(shè)定為a°C，控制范圍為士 1 °C，溫水出水溫度為b°C，控制范圍為士 rc，激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)(簡稱機組)通過以下方式實現(xiàn)兩種出水溫度。在開機前首先將機組所有手動閥門開啟，然后開啟冷水水泵6，蓄水箱5中的水被抽吸進(jìn)入到冷水出口的管路中，一部分冷水經(jīng)過等離子交換裝置10被旁通入蓄水箱5中， 冷水得以過濾，從而滿足激光加工設(shè)備對水質(zhì)的要求；一部分冷水通過出水管路進(jìn)入激光加工設(shè)備中需要冷卻裝置中，對激光加工設(shè)備冷卻后冷水溫度上升，通過冷水系統(tǒng)入口，回到機組冷水回水口里，然后回到水-冷媒換熱器4中，進(jìn)而再回到蓄水箱5中。當(dāng)冷水溫度傳感器11檢測到冷水出水溫度大于a+l°C時，控制器即開啟如圖1所示的冷媒循環(huán)系統(tǒng)或者制冷系統(tǒng)運行，壓縮機1啟動，圖中所示實施例以翅片換熱器舉例說明，冷凝器采用翅片式換熱器時，須同時配置軸流式風(fēng)機，軸流風(fēng)機根據(jù)機組高壓運行壓力進(jìn)行啟?？刂苹蜃兯僬{(diào)節(jié)控，冷凝系統(tǒng)2中軸流風(fēng)機由高壓壓力控制而開啟運行。在水-冷媒換熱器4中，冷水與冷媒進(jìn)行熱量交換，水溫下降，冷媒吸入水側(cè)熱量后以低溫低壓的過熱氣體進(jìn)入壓縮機1中，經(jīng)過壓縮后變成高溫高壓的冷媒氣體進(jìn)入冷凝系統(tǒng)2中。在冷凝系統(tǒng)2中，冷媒與環(huán)境中空氣熱量交換而得以冷卻，以高壓的過冷液體進(jìn)入節(jié)流膨脹機構(gòu)或者節(jié)流裝置3，經(jīng)過節(jié)流降壓后變成低溫低壓的氣液混合物冷媒進(jìn)入在水-冷媒換熱器4中，與冷水進(jìn)行熱量交換，完成一個制冷循環(huán)。通過連續(xù)的制冷循環(huán)，水溫下降，當(dāng)冷水溫度傳感器11檢測到出水溫度達(dá)到在a°C a+l°C，制冷系統(tǒng)保持運行；當(dāng)出水溫度達(dá)到 a°C時，控制器停止制冷系統(tǒng)運行，壓縮機1和冷凝器2停止運行，冷媒循環(huán)系統(tǒng)停止循環(huán)； 當(dāng)出水溫度上升達(dá)到a+l°C，冷媒循環(huán)系統(tǒng)重新運行。當(dāng)激光加工設(shè)備需要機組提供b°C的溫水時，開啟溫水水泵7，蓄水箱5中的冷水進(jìn)入溫水出口管路，溫水溫度傳感器12檢測到水溫低于設(shè)定溫度b-l°C時，控制器開啟電加熱器8，冷水被加熱，水溫上升，水通過溫水出口的管路進(jìn)入到需要溫水冷卻的激光裝置， 然后再返回到溫水回水口(溫水入口)，進(jìn)入溫水水泵7入口處，從而形成一個閉式水循環(huán)系統(tǒng)，蓄水箱中的冷水不能進(jìn)入到閉式水循環(huán)系統(tǒng)(溫水側(cè)循環(huán)管路)中，例如利用控制器控制管路中相應(yīng)閥的閉合。溫水在此閉式循環(huán)系統(tǒng)中，通過吸收電加熱器8和激光裝置中的熱量，水溫不斷上升，當(dāng)出水溫度達(dá)到設(shè)定溫度b°c時，控制器關(guān)閉電加熱8，系統(tǒng)以出水溫度b°C的溫水提供至激光加工設(shè)備。 當(dāng)b°C的溫水不斷吸收激光加工設(shè)備中熱量，水溫上升，當(dāng)水溫上升至b+3°C (可根據(jù)激光加工設(shè)備要求調(diào)整)時，熱水旁通電磁閥9通電打開，部分熱水旁通至蓄水箱5 里，閉式系統(tǒng)被破壞，蓄水箱中的冷水補充入溫水側(cè)循環(huán)管路中，水溫持續(xù)下降，當(dāng)水溫下降到b+l°C時，熱水旁通電磁閥9關(guān)閉。當(dāng)溫水循環(huán)若干次水溫再上升至b+3°C時，重復(fù)此控制即可降低水溫。
權(quán)利要求
1.可同時提供冷水和溫水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其特征在于，包括冷媒循環(huán)系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)和控制器。冷媒循環(huán)系統(tǒng)由壓縮機、冷凝器、水-冷媒換熱器和節(jié)流裝置通過連接管路連接構(gòu)成；水循環(huán)系統(tǒng)包括設(shè)置在冷水出水管路中的蓄水箱和冷水水泵、溫水出水管路中的溫水水泵、電加熱器和旁通用的可控閥。冷水水泵抽吸蓄水箱中水進(jìn)入冷水出水管路中，冷水出水管路中的冷水一部分經(jīng)過過濾裝置被旁通入蓄水箱中，另一部分冷水進(jìn)入到激光加工設(shè)備對激光加工設(shè)備中需要冷卻的裝置進(jìn)行冷卻，然后再通過冷水回水口回到水-冷媒換熱器中，最后返回到蓄水箱中；冷水出水管路中設(shè)置冷水溫度傳感器， 冷媒循環(huán)系統(tǒng)的開啟由控制器根據(jù)冷水溫度傳感器檢測到的水溫控制以使蓄水箱中的水溫由冷媒循環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)；溫水水泵抽吸蓄水箱中的冷水進(jìn)入到溫水出水管路中，溫水出水管路中還設(shè)置有溫水溫度傳感器，控制器根據(jù)溫水溫度傳感器檢測到的水溫來開啟電加熱器，以使溫水出水管路中冷水被加熱成溫水，溫水出水管路中的溫水通過溫水出口進(jìn)入到激光加工設(shè)備的需要溫水冷卻的裝置，然后再返回到溫水回水口，再使溫水進(jìn)入溫水水泵入口處，從而建立一個閉式水循環(huán)系統(tǒng)，再使蓄水箱中的冷水不能進(jìn)入到該閉式水循環(huán)系統(tǒng)中；控制器還根據(jù)溫水溫度傳感器檢測到的水溫來控制溫水出水管理中的閥以破壞該閉式水循環(huán)系統(tǒng)，進(jìn)而使部分溫水旁通至蓄水箱里，再而使蓄水箱中的冷水補充入該閉式水循環(huán)系統(tǒng)，所述溫水是指溫度高于所述冷水的冷卻水。
2.如權(quán)利要求1所述的可同時提供冷水和溫水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其特征在于，所述過濾裝置是離子交換裝置。
3.如權(quán)利要求1所述的可同時提供冷水和溫水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其特征在于，蓄水箱只有一個，而冷水出水管路和溫水出水管路為各自獨立的進(jìn)出水系統(tǒng)，互不干擾。
4.如權(quán)利要求1所述的可同時提供冷水和溫水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其特征在于，壓縮機為轉(zhuǎn)子式、活塞式、渦旋式、螺桿式壓縮機中的任一種。
5.如權(quán)利要求1所述的可同時提供冷水和溫水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其特征在于，節(jié)流裝置為毛細(xì)管、孔板、電子膨脹閥或熱力膨脹閥中的任一種。
6.如權(quán)利要求1所述的可同時提供冷水和溫水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其特征在于，水-冷媒換熱器為套管式、殼管式、板式換熱器中的任一種。
7.如權(quán)利要求1所述的可同時提供冷水和溫水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)，其特征在于，冷凝器為套管式、殼管式、板式或翅片式換熱器中的任一種。
8.一種利用如權(quán)利要求1所述的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)提供冷水和溫水的方法，其特征在于，假設(shè)冷水出水溫度設(shè)定為a°C，溫水出水溫度為b°C，包括以下步驟A、開啟冷水水泵，冷水在系統(tǒng)循環(huán)管道中循環(huán)，蓄水箱中的水被抽吸進(jìn)入到冷水出水管路中，一部分冷水經(jīng)過等離子交換裝置被旁通入蓄水箱中，冷水得以過濾，從而滿足激光加工設(shè)備對水質(zhì)的要求；一部分冷水通過冷水出水管路進(jìn)入激光加工設(shè)備中需要冷卻裝置中，對激光加工設(shè)備冷卻后冷水溫度上升，通過冷水回水口回到后回到水-冷媒換熱器中， 進(jìn)而再回到蓄水箱中；B、當(dāng)冷水溫度傳感器檢測到冷水出水溫度大于a+c°C時，控制器即開啟冷媒循環(huán)系統(tǒng)運行，在水-冷媒換熱器中，冷水與冷媒進(jìn)行熱量交換，水溫下降，冷媒吸入水側(cè)熱量后以低溫低壓的過熱氣體進(jìn)入壓縮機中，經(jīng)過壓縮后變成高溫高壓的冷媒氣體進(jìn)入冷凝器中，在冷凝器中，冷媒與環(huán)境中空氣或水或其他冷卻介質(zhì)熱量交換而得以冷卻，以高壓的過冷液體進(jìn)入節(jié)流裝置，經(jīng)過節(jié)流降壓后變成低溫低壓的氣液混合物冷媒進(jìn)入在水-冷媒換熱器中，與冷水進(jìn)行熱量交換，完成一個制冷循環(huán)，通過連續(xù)的制冷循環(huán)，水溫下降，當(dāng)冷水溫度傳感器檢測到出水溫度達(dá)到在a°C a+c°C，冷媒循環(huán)系統(tǒng)保持運行；C、當(dāng)出水溫度達(dá)到a°C時，控制器停止冷媒循環(huán)系統(tǒng)運行；當(dāng)出水溫度上升達(dá)到 a+c°C，冷媒循環(huán)系統(tǒng)重新運行；D、當(dāng)激光加工設(shè)備需要提供b°C的溫水時，開啟溫水水泵，蓄水箱中的冷水進(jìn)入溫水出水管路，溫水溫度傳感器檢測到水溫低于設(shè)定溫度b°C時，控制器開啟電加熱器，冷水被加熱，水溫上升，水通過溫水出口的管路進(jìn)入到需要溫水冷卻的激光裝置，然后再返回到溫水回水口，進(jìn)入溫水水泵入口處，從而形成一個閉式水循環(huán)系統(tǒng)，蓄水箱中的冷水不能進(jìn)入到閉式水循環(huán)系統(tǒng)中，溫水在此閉式循環(huán)系統(tǒng)中，通過吸收電加熱器和激光裝置中的熱量，水溫不斷上升，當(dāng)溫水的出水溫度達(dá)到設(shè)定溫度b°C時，控制器關(guān)閉電加熱器，系統(tǒng)以出水溫度b°C的溫水提供至激光加工設(shè)備；E、當(dāng)b°C的溫水不斷吸收激光加工設(shè)備中熱量，水溫上升，當(dāng)水溫上升至b+cTC時，熱水旁通電磁閥通電打開，部分熱水旁通至蓄水箱里，閉式水循環(huán)系統(tǒng)被破壞，蓄水箱中的冷水補充入閉式水循環(huán)系統(tǒng)中，水溫持續(xù)下降，當(dāng)水溫下降到b°C以上小于b+d°C設(shè)定值時， 重新形成該閉式水循環(huán)系統(tǒng)；F、當(dāng)溫水循環(huán)若干次水溫再上升至b+d°C時，重復(fù)步驟E；其中a、b、c、d為溫度值。
全文摘要
可同時提供冷水和溫水的激光加工設(shè)備用冷卻系統(tǒng)及方法，其中，冷水水泵抽吸蓄水箱中水進(jìn)入冷水出水管路中，冷水出水管路中的冷水一部分經(jīng)過過濾裝置被旁通入蓄水箱中，另一部分冷水對激光加工設(shè)備中需要冷卻的裝置進(jìn)行冷卻，然后回到水-冷媒換熱器中，最后返回到蓄水箱中；冷媒循環(huán)系統(tǒng)由控制器根據(jù)冷水溫度傳感器檢測到的水溫控制以使蓄水箱中的水溫由冷媒循環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)；溫水水泵抽吸蓄水箱中的冷水進(jìn)入到溫水出水管路中，控制器根據(jù)溫水溫度傳感器檢測到的水溫來開啟電加熱器，以使溫水出水管路中冷水被加熱成溫水，溫水出水管路中的溫水通過溫水出口進(jìn)入到激光加工設(shè)備的需要溫水冷卻的裝置。
文檔編號B23K26/42GK102172800SQ201010618488
公開日2011年9月7日 申請日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者曾仲國 申請人:堃霖冷凍機械(上海)有限公司