Пристрій для охолодження випромінювача лазера

Корисна модель відноситься до пристроїв технологічних лазерів, переважно твердотільних, і може бути використана в усі х галузях промисловості, де використовується те хнологія лазерної обробки. Відомі пристрої для охолодження лазерів, в яких застосовуються три способи тепловідводу: рідинний, газовий і контактний [1]. В технологічних лазерах для інтенсивного охолодження використовують рідинні одноконтурні й двоконтурні пристрої охолодження. Відомий неавтономний розімкнений одноконтурний пристрій охолодження проточною рідиною з водопровідної магістралі [1]. Вода з магістралі по трубопроводу подається до випромінювача твердотільного лазера і після охолодження активного елемента та лампи накачування повертається до водопровідної магістралі. Недоліком пристрою є забруднення накипом освітлювальної системи активного елемента та зниження енергії випромінювання. Відомий автономний замкнений одноконтурний пристрій охолодження [1]. До складу пристрою входять бак з охолоджувальною рідиною, насос, трубопроводи та контролюючі прилади. Вода з бака насосом подається у випромінювач лазера і після охолодження його елементів направляється до бака. Застосування дистильованої води запобігає забрудненню накипом освітлювальної системи активного елемента. Недоліком пристрою є нагрівання з часом води бака й неможливість тривалої роботи замкненого одноконтурного пристрою охолодження. З відомих пристроїв найбільш близьким до пропонуємого за технічною сутністю є поширений двоконтурний неавтономний рідинний пристрій охолодження [1]. Пристрій має два контури: замкнений і розімкнений. До складу замкненого контуру пристрою входять бак з охолоджувальною рідиною, насос, трубопроводи та контролюючі прилади. У розімкненому контурі є теплообмінник типу „вода - вода", трубопроводи та контролюючі прилади. Дистильована вода з бака подається насосом у випромінювач лазера і по замкненому контуру повертається в бак. Термостабілізація води бака здійснюється теплообмінником типу „вода - вода", який знаходиться в розімкнутому контурі. Вода до теплообмінника подається з зовнішнього розімкненого контуру, який з'єднано з водопровідною магістраллю. Після охолодження води бака вода з теплообмінника подається до водопровідної магістралі. Недоліком пристрою є його неавтономність, великі габарити теплообмінника типу „вода - вода", додаткові витрати води на термостабілізацію в зовнішньому розімкненому - контурі та складність забезпечення точності регулювання температури рідини. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалити відомі пристрої охолодження шляхом спорядження пристроїв термоелектричними модулями, що забезпечують зменшення габаритів, витрат рідини, підвищення точності регулювання температури рідини. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрій для охолодження, що містить бак з рідиною, до якого підключено фільтр, насос, трубопровід подачі рідини, випромінювач лазера, трубопровід зливу рідини та теплообмінник. Новим є те, що на зовнішній поверхні теплообмінника закріплені матриці термоелектричних модулів. При цьому пристрій споряджено щонайменше одним термодатчиком, вихід якого через блок керування і контролю і джерело живлення підключено до входу термоелектричних модулів. На кресленні наведена структурна схема пристрою охолодження випромінювача лазера. Пристрій має замкнений контур охолодження, до якого входить бак 1 із рідиною, фільтр 2, насос 3, трубопровід 4 подачі рідини, випромінювач 5 лазера, трубопровід 6 зливу рідини та теплообмінник 7. Теплообмінник 7 має ємність 8, до боків якої через термопасту приєднані матриці термоелектричних модулів 9 підключені до джерела живлення 10. Бак 1 має термодатчик 12, з'єднаний з блоком керування 11 та джерелом живлення 10. Пристрій охолодження лазера працює таким чином. При включенні насоса 3 із бака 1 через фільтр 2 по трубопроводу 4 подається рідина до випромінювача 5, наприклад, твердотільного лазера, де вона проходить послідовно по каналам уздовж лампи накачки та активного елементу, знімає тепло, що виділено. Після випромінювача нагріта рідина по трубопроводу 6 попадає у теплообмінник 7, в ємності 8 якого вона охолоджується за допомогою матриці термоелектричних модулів 9 і зливається у бак 1. Температура охолоджуваної рідини бака контролюється термодатчиком 12 й регулюється зміною струму джерела живлення 10 через блок керування 11. Термоелектричний модуль працює на ефекті Пельтье. Одиничним елементом термоелектричного модуля є термопара, що складається з одного провідника р-типу й одного провідника n-типу. При послідовному з'єднанні декількох таких термопар теплота, що поглинається на контакті типу n-р, виділяється на контакті типу р-n. Термоелектричний модуль являє собою сукупність таких термопар, з'єднаних між собою послідовно по струму і паралельно по потоку тепла. Термопари містяться між двох керамічних пластин. Гілки напаюють на мідні провідні шини, що кріпляться до спеціальної теплопровідної кераміки, наприклад, з оксиду алюмінію. При проходженні через термоелектричний модуль постійного електричного струму виникає різниця температур між його сторонами: одна пластина охолоджується, а інша нагрівається. Якщо підтримувати температуру гарячої сторони модуля на рівні температури навколишнього середовища, то на холодній стороні можна одержати температур у, що буде на десятки градусів нижче. Модуль є оборотним, тобто при зміні полярності постійного струму гаряча й холодна пластини міняються місцями. Ступінь охолодження пропорційна величині струму, що проходить через термоелектричний модуль, що дозволяє при необхідності плавно регулювати температуру охолоджуваного об'єкта з високою точністю. Термоелектричні модулі можуть додатково мати кулера, які забезпечують необхідний рівень температури гарячої сторони модулів і які можуть бути з'єднані з блоком керування для забезпечення змінного режиму роботи кулерів. Пристрій забезпечує зменшення витрат рідини на охолодження випромінювача лазера й габаритів пристрою охолодження за відсутності другого розімкненого контур у та теплообмінника типу „вода - вода". Застосування термоелектричних модулів й регулювання струм у, що проходить через термоелектричний модуль, дозволяє при необхідності плавно регулювати температуру о холоджуваної рідини з високою точністю. Джерела інформації: 1. Основы лазерной техники. Твердотельные ОКГ. /Б.Р. Белостоцкий, Ю.В.Любавский, В.М.Овчинников. Под ред. акад. А.М.Прохорова. М.: Сов. Радио, 1972, 408 с.: ил.