[发明专利]一种轴快流气体激光器的一体化热交换系统

说明书

技术领域

本发明涉及激光器技术领域，具体地指一种轴快流气体激光器的一体化热交换系统。

背景技术

轴快流CO₂激光器是目前大功率激光工业加工应用的主力光源，因其放电方向、气流方向和谐振腔方向均同轴，可以获得很好的光束质量，从而广泛用于激光切割、焊接和表面处理等领域，是目前性价比最高、应用技术最为成熟的工业激光器。

轴快流CO2激光器在工作过程中由于气体放电会产生大量的热量，随着温度的升高，激光器的效率会下降甚至不能出光，需要气体在放电管内产生亚音速的高速流动，将热量带离放电区域，保证放电的稳定和激光的效率，因此气体循环系统以及风机热交换系统的优化设计便相当关键。如何提高工作气体的换热效率、降低换热过程中的压力损失以达到提升激光器的输出功率的目的，是轴快流CO2激光器设计中的关键技术问题。

传统的风机热交换系统的设计均采用了分体式的设计，即风机和热交换器均是单独的部件，风机具有单独的涡壳，通过风机的出入口和热交换器相连接。由于风机在运行过程中压缩气体会做功，因此会导致风机温度上升，效率下降，因此为了提高效率还需要对风机的涡壳单独进行冷却，增加了风机的制造成本和工艺复杂性；而且，采用分体式的设计，风机的出入口的尺寸受到限制，会对风机的压头和流量有一定的损失，降低的风机的效率；另外，对于风机和换热器，需要加工多个外壳及换热器芯等部件，尤其在热交换系统的出入口较多时，部件数量更多，增加了制造的成本和装配的复杂性。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种轴快流气体激光器的一体化热交换系统，该一体化系统能提高热交换的效率，并且结构简单，制造成本较低。

为实现此目的，本发明所设计的一种轴快流气体激光器的一体化热交换系统，包括立式无风壳涡轮离心风机，其特征在于：还包括环状气室隔板、进气气室顶板、进气气室外侧壁、出气气室环状底板、出气气室外侧壁、环状进气换热器和环状出气换热器，其中，所述环状气室隔板的内圈安装在立式无风壳涡轮离心风机的进气气道边缘上，出气气室环状底板的内圈安装在立式无风壳涡轮离心风机的出气气道边缘上，环状气室隔板的顶部与进气气室外侧壁及进气气室顶板围成进气换热气室，环状气室隔板的底部与出气气室外侧壁及出气气室环状底板围成出气换热气室；

所述进气换热气室内固定有与所述进气气道同轴的环状进气换热器，所述出气换热气室内固定有与所述出气气道同轴的环状出气换热器，环状进气换热器内圈与环状气室隔板内圈之间的空间形成气流收拢带，环状进气换热器自身成为进气换热环状带，环状进气换热器外圈与进气气室外侧壁之间的空间形成进气缓冲环状带，环状出气换热器的内圈与出气气室环状底板内圈之间的空间形成气流扩散环状带，环状出气换热器自身成为出气换热环状带，环状出气换热器外圈与出气气室外侧壁之间的空间形成出气缓冲环状带；

所述进气气室外侧壁上开设有多个与进气缓冲环状带连通的进气口，所述出气气室外侧壁上开设有多个与出气缓冲环状带连通的出气口。

优选的，所述出气缓冲环状带中设有数量与出气口相等的多个导风板，每个导风板的一端与环状出气换热器外圈固定连接，每个导风板的另一端与对应的出气口固定连接。

优选的，所述环状气室隔板内设置有冷却水道。

优选的，所述环状进气换热器和环状出气换热器均为冷轧全铜翅片管螺旋盘出的环状换热器。

优选的，所述进气口有四个，四个进气口均匀分布在进气气室外侧壁上；所述出气口有四个，四个出气口均匀分布在出气气室外侧壁上。

优选的，所述出气气室环状底板与立式无风壳涡轮离心风机的出气气道边缘固定连接，出气气室外侧壁的底部与出气气室环状底板的外圈固定连接，出气气室外侧壁的顶部与环状气室隔板外圈的底部固定连接，进气气室外侧壁的底部与环状气室隔板的顶部固定连接，进气气室外侧壁的顶部与进气气室顶板的边缘固定连接。

优选的，所述出气气室环状底板与立式无风壳涡轮离心风机的出气气道边缘之间通过第一密封条密封连接，所述出气气室外侧壁的顶部与环状气室隔板外圈的底部之间通过第二密封条密封连接，所述进气气室外侧壁的底部与环状气室隔板的顶部之间通过第三密封条密封连接，所述环状气室隔板的内圈与立式无风壳涡轮离心风机的进气气道边缘之间通过第四密封条密封连接。

优选的，所述环状进气换热器的外径与内径的差值范围为80～120mm。

优选的，所述环状出气换热器的外径与内径的差值范围为60～80mm。

本发明的有益效果：