【应用】制冷量可达600W的奥冷整套半导体水冷机ARC600-DH4-HT-DVE用于飞秒激光微加工设备

时间： 2021-04-28 来源：世强

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客户正在做一款飞秒激光精密微加工设备，联系我司需要选配制冷设备进行降温。为便于理解后文，这里先简单科普下：激光是基于受激发射放大原理而产生的一种相干光辐射。不同于连续激光，飞秒激光是一种短脉冲形式运转的激光，持续时间一般为几个飞秒（一个飞秒等于10^-15秒，也等于0.001皮秒），是人类目前能获得的最短脉冲，被广泛应用在材料微加工、光通讯、医疗手术治疗等领域，其特点是：

1) 有非常高的瞬间功率，可达上百万亿瓦，因而可迅速将材料解离，适合快速微加工；

2) 因为飞秒激光的短时脉冲、相干性好的特性，精度非常高，可达±5μm，同时可精确聚焦定向，适合精密加工；

3) 利用飞秒激光加工，因为持续时间很短，对被加工的材料的热冲击和热效应都很小，可快速散去。

虽然被加工物有诸多好处，但是激光器本身要承受短时较大热功率，因而需要对激光器进行快速有效的降温。经过前期评估，客户此加工设备上的激光器至少需要450W的制冷功率，并且制冷设备尺寸要尽量小，能快速反应，温度可调控，振动尽量小。

跟客户深入沟通和综合评估后，给客户提供了奥冷的整体解决方案——半导体水冷机，整套设备包含电源和温度控制系统，制冷散热系统，水路系统等，一站式配齐，客户不用再单独去配型供电电源和温度控制器、TEC、风扇、水冷板、散热器、水泵、配件等。大大缩短了客户的开发设计、配型和测试的时间。

相较于客户之前使用的压缩机制冷方案，水冷机有以下好处：

a) 同等制冷功率下，体积要更小，自带电源和控制系统，没有压缩机的噪音和振动，只有弱噪音和低振动来自于散热风扇和水泵。

b) 半导体制冷片能短时快速启停，电控更加简单迅速。而压缩机和保护器等不建议这么做，否则对可靠性和寿命是一种损害。

c) 半导体水冷机的生产、可靠性要求没那么高，安全性要更高。压缩机制冷系统需要抽真空、充注易燃易爆的冷媒，零件的可靠性和安全性要求更高，比如继电器和开关等可能产生电弧的零部件需要防爆认证，这对制造装配、成本和配型带来一定难度的挑战。

奥冷的ARC系列台式再循环半导体制冷冷水机通过控制冷却媒介（冷却液）回路的温度，从而提供稳定、可靠的使用性能。冷却液通过高可靠性无刷磁力泵驱动，冷却液吸收的热量，通过高效的热交换器及半导体制冷芯片传递给风冷散热系统，排出到系统之外。通过专门定制的半导体制冷片，保证系统长期稳定运行。全系标配高精度的智能PID 温度控制器，并安装于结构紧凑的钣金外壳内，牢固而且轻便。同时，冷水机还提供加热功能，保证整个液体循环系统能够在量程内任意一个温度点维持恒定。其结构主要如下所示：

图1 结构原理图

除了前述需要至少450W的制冷功率外，其他要求是液温25±0.1℃，流量2L/min以上，压力1.5~3.5ba，给客户选定的具体型号是ARC600-DH4-HT-DVE，具体参数如下：

从上述参数表可以看到，ARC600的制冷量可达600W，大于评估的450W，流量也可以调至15L/min，远大于2L/min，液温可调，精度也可以达到±0.1℃，完全满足客户的需求，并且还了解到，水泵可替换为压力更大的型号，并提供通信接口，使用的是标准的modbus RTU，用户可自行修改控制参数。现在客户准备第二次购买同款不同功率的样机，对其他加工设备进行配套研发。

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