CN116358205A - 一种基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制方法 - Google Patents
一种基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116358205A CN116358205A CN202310370889.1A CN202310370889A CN116358205A CN 116358205 A CN116358205 A CN 116358205A CN 202310370889 A CN202310370889 A CN 202310370889A CN 116358205 A CN116358205 A CN 116358205A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- waste heat
- refrigerating
- ave
- refrigerating capacity
- laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 title claims abstract description 53
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 claims description 61
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 6
- 230000002222 downregulating effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims 1
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 11
- 239000002699 waste material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 5
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000004781 supercooling Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000000960 laser cooling Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
- F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
- F25B49/022—Compressor control arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
- H01S5/024—Arrangements for thermal management
- H01S5/02407—Active cooling, e.g. the laser temperature is controlled by a thermo-electric cooler or water cooling
- H01S5/02423—Liquid cooling, e.g. a liquid cools a mount of the laser
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
Abstract
本发明属于激光冷水机控制方法技术领域，尤其涉及一种基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制方法。包括如下步骤：根据流量温差法检测激光器在工作时产生的废热量绘制废热量随时间的变化曲线；绘制制冷量平衡线，以制冷量平衡线对应的制冷量作为冷水机的制冷功率对冷水机进行输出控制。本申请采用更合理的控制冷水机制冷量输出功率，抑制或者避免制冷过程现象，提高制冷功率利用，降低资源浪费；有利于降低冷水机输出压力，减少压缩机启停频率，提高压缩机和制冷系统有效寿命；能够简化冷水机制冷输出控制方式，提高控制有效性和科学性。
Description
技术领域
本发明属于激光冷水机控制方法技术领域，尤其涉及一种基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制方法。
背景技术
激光冷水机的作用是给激光器降温，激光器在焊接、切割、清洗等工作时会产生大量的废热量，这部分废热量由冷水机带走，保证激光器可以持续工作。绝大多数激光器在工作时产生的废热量是波动的，存在波峰和波谷的周期性变化。为保证激光器的安全性和稳定性，目前激光制造行业中配备的冷水机的制冷输出功率一般是以激光器的波峰值(最大值)的废热量输出作为冷水机的制冷输出标准，这样虽然能够保证激光器在整个工作周期内得到有效冷却，但在波谷时间段时，激光器产生的废热量大幅下降并远低于冷水机的制冷高输出功率，制冷量产生过剩现象，即行业中所说的“大马拉小车”，一方面这导致冷量资源的无谓浪费，另一方面导致设计制冷量相较于实际所需偏大，不仅需要更大功率的制冷系统，还会增加压缩机的输出压力，提高其启停频率，是的成本增加且影响压缩机乃至整个制冷系统的有效寿命。
发明内容
本发明的目的在于，通过主动分析和建立激光器工作过程中的废热量输出对冷水机的制冷功率进行主动控制，是的冷水机输出控制更加高效且科学，以提高制冷量功率利用，降低制冷系统输出压力。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
一种基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制方法，包括如下步骤：
1)根据流量温差法检测激光器在工作时产生的废热量Q＝0.07·m·(T1-T2)；式中：Q表示废热量，单位是kW；m表示水流量，单位是L/min；T1表示回水温度，单位是℃；T2表示出水温度，单位是℃；
2)根据检测到废热量数据，以检测时间t为横轴，以废热量值Q为纵轴建立坐标系，绘制废热量Q随时间t的变化曲线Q(t)；
3)绘制与横轴平行的制冷量平衡线Qave，上下调整制冷量平衡线Qave的位置，使需要的制冷周期Δt内，曲线Q(t)位于制冷量平衡线Qave上侧的线段与制冷量平衡线Qave围成的面积Sa＝a1+a2....ai与曲线Q(t)位于制冷量平衡线Qave下侧的线段与制冷量平衡线Qave围成的面积Sb＝b1+b2....bj相等，表示为：
其中ai是指制冷周期Δt＝t1～t2内，曲线Q(t)上第i段位于制冷量平衡线Qave上侧的线段与制冷量平衡线Qave围成的面积；bj是指制冷周期Δt内，曲线Q(t)上第j段位于制冷量平衡线Qave下侧的线段与制冷量平衡线Qave围成的面积；制冷周期Δt＝t′～t″，t′是指制冷周期的开始时刻，t″是指制冷周期的结束时刻；
4)以制冷量平衡线Qave对应的制冷量作为冷水机的制冷功率对冷水机进行输出控制。
对前述基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制方法的进一步完善和补充，对于具有稳定热负载的激光器，待激光器稳定工作后，基于前述步骤1)～2)绘制制废热量Q随时间t的变化曲线Q(t)；并基于下式计算冷量平衡线Qave对冷水机制冷功率进行调节：
其中Q1和Q2分别是指曲线Q(t)在波谷和波峰阶段的平均废热量值，t2-t1为波峰持续时间，t3是指曲线Q(t)两个波谷之间的间隔时间。
其有益效果在于：
1、更合理的控制冷水机制冷量输出功率，抑制或者避免制冷过程现象，提高制冷功率利用，降低资源浪费；
2、降低冷水机输出压力，减少压缩机启停频率，提高压缩机和制冷系统有效寿命；
3、简化冷水机制冷输出控制方式，提高控制有效性和科学性。
附图说明
图1是基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制的建模示意图；
图2是激光器的废热量曲线测试图；
图3是针对具有稳定热负载的激光器的冷水机制冷量控制的建模示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作详细说明。
随着激光器输出功率的不断提高，对配套制冷系统(一般是冷水机)的制冷功率的要求也越来越高，传统冷水机制冷方案的制冷功率的设计标准一般是激光器的最大废热量，这导致冷水机的系统的功率和体积也不断增加，同时制冷系统内压缩机需要频繁的启停控制来保证稳定的功率输出，原本冷水机制冷量过盈的配置的目的是更有效的保证冷水机冷却效果，保障激光器稳定运行，但随着功率和体积的进一步提升，制冷系统本身的成本快速增加的同时，由于系统内制冷功率过大，稳定输出的控制难度不断增加，制冷过剩现象更加严重，对制冷系统内压缩机以及自循环系统的输出压力和控制难度不断提高，反而导致制冷系统本身的稳定性和使用寿命的降低，进而直接影响激光器的稳定性，变得过犹不及。
针对此现象，本申请考虑通过结合激光器工作过程中的废热量输出特点，基于绘制会热曲线数据来合理控制冷水机制冷输出功率，以期达到抑制或者避免冷量过程现象，进而实现节能减排，降低制冷系统输出压力和控制难度，提高其稳定性和使用寿命的目的。
本申请首先需要确定激光器(热负载)的废热量输出数据，并基于相应数据进行制冷量控制，为简化过程，方便设计控制方案，本申请中的具体步骤为：
1)根据流量温差法检测激光器在工作时产生的废热量Q＝0.07·m·(T1-T2)；式中：Q表示废热量，单位是kW；m表示水流量，单位是L/min；T1表示回水温度，单位是℃；T2表示出水温度，单位是℃；
2)根据检测到废热量数据，以检测时间t为横轴，以废热量值Q为纵轴建立坐标系，绘制废热量Q随时间t的变化曲线Q(t)；
3)绘制与横轴平行的制冷量平衡线Qave，上下调整制冷量平衡线Qave的位置，使需要的制冷周期Δt内，曲线Q(t)位于制冷量平衡线Qave上侧的线段与制冷量平衡线Qave围成的面积Sa＝a1+a2....ai与曲线Q(t)位于制冷量平衡线Qave下侧的线段与制冷量平衡线Qave围成的面积Sb＝b1+b2....bj相等，表示为：
其中ai是指制冷周期Δt＝t1～t2内，曲线Q(t)上第i段位于制冷量平衡线Qave上侧的线段与制冷量平衡线Qave围成的面积；bj是指制冷周期Δt内，曲线Q(t)上第j段位于制冷量平衡线Qave下侧的线段与制冷量平衡线Qave围成的面积；制冷周期Δt＝t′～t″，t′是指制冷周期的开始时刻，t″是指制冷周期的结束时刻；
4)以制冷量平衡线Qave对应的制冷量作为冷水机的制冷功率对冷水机进行输出控制。
上述控制过程和原理可以利用图1中的控制模型、图2所示的激光器的废热量曲线测试图以及图中绘制的设计制冷量对照曲线来说明，本方案的主要目的在于通过改变传统的过盈设计方式，利用制冷循环系统实现废热量低输出阶段产生的过冷冷量(废热量曲线波谷阶段)来弥补废热量高输出阶段产生的供冷不足(废热量曲线波峰阶段)，冷水机中冷却水的循环流动为实现不同阶段制冷量的转移提供了基础，在实施过程中，冷却循环系统控制效率的不断提高，冷却介质的储能能力的改善，为实现预制冷、冷量存储、冷量循环利用提供了基础基础，这也是本申请可以实现的背景。
在实际实施过程中，上述废热量曲线与制冷功率曲线围成的面积与系统工作过程中的冷量交换和制冷过程中直接对应，需要说明的是，在实际应用中，废热量曲线实际上也并非顺滑的类三角函数曲线，在更小的时间维度内依然出于波动状态，但整体曲线呈现与激光器周期性启动关联的波峰波谷交错特征，控制效果越好，输出越稳定的激光器，其废热量曲线越稳定，在具体实施时，应当理解，本申请中所述的波峰波谷应当是指废热量曲线整体态势上表现出的与激光器周期性输出相关的阶段性变化而非小时间维度内产生的波动，其中制冷输出功率也并非保持稳定不变，而是随压缩机的周期性工作而波动，但本申请中基于与制冷和冷量滞后循环的方式，利用过冷阶段的冷量来弥补制冷不足阶段缺乏的冷量，进而实现在整体上制冷量的均衡，本申请中所述的制冷功率曲线为冷水机的平均制冷输出表达，在实际实施过程中，其也存在与压缩机启停状态相关的波动性变化，作为相关领域技术人员，可以理解的是，为保障整个过程中的冷热平衡以及提高系统稳定性，应当尽可能的保证制冷系统的制冷输出与制冷功率曲线接近。
考虑到现在新型激光器的输出功率控制方式更加稳定，对于具有稳定热负载的激光器，其输出曲线更加顺滑且一致，绝大多数具有十分明确清晰的周期性波形，且一般表现为具有稳定的波峰段(高废热量输出段)和波谷段(低或者无废热量输出段)的类三角函数，因此待激光器稳定工作后，基于前述步骤1)～2)绘制制废热量Q随时间t的变化曲线Q(t)，可以得到图3所示的变化曲线，基于此曲线可以快速简单的进行计算并对冷水机制冷功率进行调节，具体基于下式计算冷量平衡线Qave：
其中Q1和Q2分别是指曲线Q(t)在波谷和波峰阶段的平均废热量值，t2-t1为波峰持续时间，t3是指曲线Q(t)两个波谷之间的间隔时间。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (2)
1.一种基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据流量温差法检测激光器在工作时产生的废热量Q＝0.07·m·(T1-T2)；式中：Q表示废热量，单位是kW；m表示水流量，单位是L/min；T1表示回水温度，单位是℃；T2表示出水温度，单位是℃；
2)根据检测到废热量数据，以检测时间t为横轴，以废热量值Q为纵轴建立坐标系，绘制废热量Q随时间t的变化曲线Q(t)；
3)绘制与横轴平行的制冷量平衡线Qave，上下调整制冷量平衡线Qave的位置，使需要的制冷周期Δt内，曲线Q(t)位于制冷量平衡线Qave上侧的线段与制冷量平衡线Qave围成的面积Sa＝a1+a2....ai与曲线Q(t)位于制冷量平衡线Qave下侧的线段与制冷量平衡线Qave围成的面积Sb＝b1+b2....bj相等，表示为：
其中ai是指制冷周期Δt＝t1～t2内，曲线Q(t)上第i段位于制冷量平衡线Qave上侧的线段与制冷量平衡线Qave围成的面积；bj是指制冷周期Δt内，曲线Q(t)上第j段位于制冷量平衡线Qave下侧的线段与制冷量平衡线Qave围成的面积；制冷周期Δt＝t′～t″，t′是指制冷周期的开始时刻，t″是指制冷周期的结束时刻；
4)以制冷量平衡线Qave对应的制冷量作为冷水机的制冷功率对冷水机进行输出控制。
2.根据权利要求1所述的基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制方法，其特征在于，对于具有稳定热负载的激光器，待激光器稳定工作后，基于前述步骤1)～2)绘制制废热量Q随时间t的变化曲线Q(t)；并基于下式计算冷量平衡线Qave对冷水机制冷功率进行调节：
其中Q1和Q2分别是指曲线Q(t)在波谷和波峰阶段的平均废热量值，t2-t1为波峰持续时间，t3是指曲线Q(t)两个波谷之间的间隔时间。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310370889.1A CN116358205A (zh) | 2023-04-07 | 2023-04-07 | 一种基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310370889.1A CN116358205A (zh) | 2023-04-07 | 2023-04-07 | 一种基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN116358205A true CN116358205A (zh) | 2023-06-30 |
Family
ID=86931541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202310370889.1A Pending CN116358205A (zh) | 2023-04-07 | 2023-04-07 | 一种基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116358205A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116706650A (zh) * | 2023-08-01 | 2023-09-05 | 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 | 激光器的温度控制方法、装置及系统 |
-
2023
- 2023-04-07 CN CN202310370889.1A patent/CN116358205A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116706650A (zh) * | 2023-08-01 | 2023-09-05 | 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 | 激光器的温度控制方法、装置及系统 |
| CN116706650B (zh) * | 2023-08-01 | 2023-10-20 | 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 | 激光器的温度控制方法、装置及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN116358205A (zh) | 一种基于激光器平均废热量的冷水机制冷量控制方法 | |
| CN106229574B (zh) | 电池包的冷却方法及系统 | |
| CN110966170B (zh) | 一种间接空冷发电机组冷端背压的实时控制方法 | |
| TWI472705B (zh) | Control method of air conditioning device | |
| CN111397077B (zh) | 一种温度控制方法、装置、存储介质及空调 | |
| CN108631023A (zh) | 一种精细化液流形式电池冷却方法 | |
| CN111174369B (zh) | 一种光伏直驱变频空调的控制方法、计算机可读存储介质及空调 | |
| JP2016125771A (ja) | 動力最適化システム | |
| CN112833611A (zh) | 一种冷却循环水系统及其控制方法 | |
| CN117134039A (zh) | 一种储能液冷系统的温控方法、储能系统和计算机程序 | |
| CN111457542A (zh) | 一种变频水泵运行控制方法、装置及空调系统 | |
| CN113784582B (zh) | 实现流量稳定分配的泵驱两相液冷系统及流量控制方法 | |
| CN106894854B (zh) | 表凝式间接空冷发电机组冷端系统运行优化方法 | |
| CN116780019B (zh) | 一种风冷储能空调电芯温度控制的方法 | |
| CN105491852B (zh) | 一种有源电力滤波器的散热方法 | |
| CN112556258A (zh) | 一种补偿时延的热泵智能控制方法 | |
| CN111898260A (zh) | 一种中央空调系统变流量优化控制方法及控制器 | |
| CN112310512B (zh) | 一种智能调节电池温度的方法及系统 | |
| CN102722190B (zh) | 一种机床节能型油温控制系统 | |
| CN212300077U (zh) | 一种冷却循环水变频控制系统 | |
| CN115247642A (zh) | 车辆的热管理方法、装置及车辆 | |
| CN210127931U (zh) | 一种空压机循环水控制系统 | |
| CN113865152B (zh) | 一种地源热泵流量温差调节方法 | |
| CN116643602A (zh) | 一种激光制冷系统控制温差自适应修正方法 | |
| CN111384839A (zh) | 一种用于平滑风电变流器中igbt模块低频结温波动的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |