CN202599159U - 一种二氧化碳激光器用水气热交换器 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种二氧化碳激光器用水气热交换器，包括壳体以及设置在壳体内的热交换器芯，在所述的壳体上设置有进气口和出气口，在所述的热交换器芯上设置有进液口和出液口，其特征在于：所述的热交换器芯为至少一层的螺旋管。由于采用上述结构，使得有效换热面积比常规热交换器换热面积在相同体积下增加很多，提高了换热效率，并且无独立的气体腔室，气体不经过变径通道，因此，大大降低了流阻。所以，该实用新型具有体积小、结构简单、便于清洁、便于装配、流阻小、换热效率高等优点。

Description

一种二氧化碳激光器用水气热交换器

技术领域：

本实用新型涉及二氧化碳激光器技术领域，特别涉及二氧化碳激光器热交换技术领域。

背景技术：

二氧化碳激光器是由二氧化碳等混合气体在光学谐振腔内受强电场作用下进行辉光放电而受激辐射振荡产生激光，其输出激光功率的大小是由注入电功率和光电转换效率等因素决定的。二氧化碳激光器光电转换效率一般在20%左右，而大量的能量转换成热能，通常激光工作气体温度越高，光电转换效率越低，气体辉光放电越不稳定，即使注入很高的电功率，输出激光功率也越低。当工作气体温度超过700 K，输出激光功率几乎为零。所以，在二氧化碳激光器工作气体循环系统中必须串接热交换器，以期及时带走激光器工作时产生的80%的废热，提高光电转换效率，从而保证激光器持续稳定、高效地工作。

激光器冷却系统大多采用水冷方式，因此，激光器用热交换器都采用水气交换形式。常用的热交换器（芯）主要采用管板式、绕片式和板翘式，并在其外罩上外壳，形成热交换器芯管内外两个腔室，考虑工作气体流阻问题，一般采用内腔室通水、外腔室通气的方式。影响换热效率的主要因素有：换热面积、热交换时间、换热次数、内外腔室介质温度差、内外腔壁材料的热传导系数。在实际应用中，通常是增加热交换器体积来保证所需换热面积、通过在工作气体流经外腔室内增加绕流板（增加流阻）以提高热交换时间、提高工作气体流动速度以提高换热次数、采用高热传导系数的材料作为热交换器（芯）等工艺来提高换热效率。同时带来热交换器体积大、结构复杂、难于清洁、造价高、增加让工作气体流动的风机负担等诸多弊端。 

发明内容： 

本实用新型所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种二氧化碳激光器用体积小、结构简单、便于清洁、换热效率高的水气热交换器。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是： 

一种二氧化碳激光器用水气热交换器，包括壳体以及设置在壳体内的热交换器芯，在所述的壳体上设置有进气口和出气口，在所述的热交换器芯上设置有进液口和出液口，其特征在于：所述的热交换器芯为至少一层的螺旋管。

所述的壳体包括外壳以及设置在外壳两端的法兰，所述的螺旋管为两层，且最外层螺旋管与外壳内表面之间存在的最小间隙为2-5mm。 

在所述的两个法兰之间设置有一芯棒，所述的螺旋管套在所述的芯棒上。 

所述的螺旋管为翅片管，翅化比为15-22。 

所述的进液口和出液口位于所述同一法兰上。 

本实用新型二氧化碳激光器用水气热交换器的外壳，由外长方形或正方形导热系数高的内圆管材加工而成，管的内径比热交换器芯的最大外径大2-5mm，管壁四边钻轴向孔，形成水冷管道，该管道最大耐受压强大于工作压强的1.5倍，外壳两端有密封固定两个法兰的螺孔，外壳的侧面开有进气孔和出气孔，进气孔和出气孔周围有固定外部气体管道法兰的螺孔。 

芯棒由芯棒、膨胀套、螺母组成，芯棒的一端顶端为圆柱状，其外径与两个法兰中的支架法兰中心盲孔内径过渡配合，其长度大于固定法兰中心盲孔深度，芯棒另一端为过渡锥面，过渡锥面1/2-2/3处直径等于膨胀套内径，过渡锥面小直径端与上述外螺纹内侧根部距离和热交换器芯轴向长度相当，过渡锥面根部外侧为外螺纹，螺纹尺寸与螺母配合，膨胀套的过孔直径大于芯棒外径，长度大于过渡锥面的长度。 

两个法兰中的固定法兰有两个通孔，通孔直径大于热交换器芯的水接头外径，通孔中心距与热交换器芯的水接头中心距相等，通孔带有密封槽，固定法兰带有环状密封槽，密封槽的直径大于外壳内径，固定法兰有与外壳端面的安装螺钉孔。 

两个法兰中的支架法兰中心有盲孔，盲孔直径与固定芯棒一端圆柱外径过渡配合，深度小于圆柱长度，支架法兰带有环状密封槽，密封槽的直径大于外壳内径，支架法兰有与外壳端面配合的安装螺钉孔。 

有益效果：

由于采用上述结构，使得有效换热面积比常规热交换器换热面积在相同体积下增加很多，提高了换热效率，并且无独立的气体腔室，气体不经过变径通道，因此，大大降低了流阻。所以，该实用新型具有体积小、结构简单、便于清洁、便于装配、流阻小、换热效率高等优点。

附图说明： 

下面结合附图对本实用新型进行详述：

图1是本实用新型装配图。

其中：1、热交换器芯；2、芯棒；3、外壳；4、固定法兰；5、并紧螺母；6、密封圈；7、密封圈；8、膨胀套；9、螺母；10、支架法兰； 11、密封圈。 

具体实施方式

从图1中可以看出：本实用新型换热器包括壳体以及交换器芯，其中壳体包括外壳3以及固定在外壳3两端的固定法兰4和支架法兰10。热交换器芯1内孔插入芯棒2，经膨胀套8和螺母9固定定型，热交换器芯1的两个水接头穿过固定法兰4的过孔，经密封圈6和并紧螺母5密封固定于固定法兰4上，将其插入外壳3中，芯棒2圆柱端插入支架法兰10中心盲孔中，支架法兰10经密封圈11密封固定于外壳3的一端，固定法兰4经密封圈7密封固定于外壳3的另一端。 

在工作时，外壳3的侧面进、出气接口分别密封接在气体循环系统中，温度高的气体经进气口进入热交换器中，在热交换器芯1的表面流过，并通过热交换器芯1外表面与其管道内流过的冷却水进行热交换，使得流出热交换器出口的气体温度降低，热交换器芯1的水接头一端接入低温具有一定流量的冷却水，另一端流出经与气体热交换的温度高的热水，这样就完成水气热交换，达到及时带走工作气体的大部分热量，降低工作气体温度的目的。 

Claims (5)

1.一种二氧化碳激光器用水气热交换器，包括壳体以及设置在壳体内的热交换器芯，在所述的壳体上设置有进气口和出气口，在所述的热交换器芯上设置有进液口和出液口，其特征在于：所述的热交换器芯为至少一层的螺旋管。

2.根据权利要求1所述的二氧化碳激光器用水气热交换器，其特征在于：所述的壳体包括外壳以及设置在外壳两端的法兰，所述的螺旋管为两层，且最外层螺旋管与外壳内表面之间存在的最小间隙为2-5mm。

3.根据权利要求2所述的二氧化碳激光器用水气热交换器，其特征在于：在所述的两个法兰之间设置有一芯棒，所述的螺旋管套在所述的芯棒上。

4.根据权利要求1、2或3所述的二氧化碳激光器用水气热交换器，其特征在于：所述的螺旋管为翅片管，翅化比为15-22。

5.根据权利要求4所述的二氧化碳激光器用水气热交换器，其特征在于：所述的进液口和出液口位于所述同一法兰上。

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