СИСТЕМА ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРА

СИСТЕМА ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИИ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ЛАЗЕРА
Полезная модель относится к лазерной технике, а именно, к замкнутым одноконтурным системам принудительного жидкостного охлаждения твердотельных лазеров, предназначена для обеспечения их теплового режима и может быть применена в устройствах, устанавливаемых на транспортные средства, например, используемых в авиации.
Современное развитие лазерной техники и особенности применения выдвигают повышенные требования к системам охлаждения твердотельных лазеров с высокими тепловыделениями. Учитывая такие требования, как упрощение конструкции и снижение затрат на изготовление, предпочтение отдается системам принудительного жидкостного охлаждения. При этом для приборов, функционирующих небольшие промежутки времени с большими паузами наибольшей простотой и экономичностью обладают замкнутые одноконтурные системы, в которых возможна циркуляция фильтрующих жидкостей под избыточным давлением.
Известно, что в состав контура таких систем входят емкость с охлаждающей жидкостью, проводящие трубопроводы и нагнетательный элемент, осуществляющий принудительное движение жидкости в контуре, как правило, насос  1   Особенности конструкции таких систем определяются назначением и поставленными задачами.
Известна система охлаждения герметичного объекта  2  , которая содержит компенсационную емкость, насос и теплообменник, соединенные в замкнутый контур. Замкнутый
контур включает в себя фильтры, установленные на входе и выходе из охлаждаемого объекта. Для компенсации объемных изменений жидкости компенсационная емкость содержит сильфон, как эластичный элемент. Система обладает надежностью и долговечностью за счет устранения попадания газообразных примесей, образующихся в жидкости во время работы излучателя, и позволяет работать устройству в любом пространственном положении, но при этом установка эластичного элемента, сильфона, усложняет технологию изготовления системы и ее конструкцию, что в целом понижает эффективность такой системы.
Начиная с середины 70-х годов все чаще в конструкциях отсутствуют сильфоны и другие эластичные элементы, а вместо них используют газовые полости, заполняющие компенсационные емкости таким образом, что попадание газового пузыря в жидкостную охлаждающую магистраль исключается полностью, при этом такие системы более просты в изготовлении и надежны.
Известна система  3  , предназначенная для охлаждения потоком жидкости лазерной головки по замкнутому контуру и состоящая из компенсационной емкости с жидкостью, насоса и охлаждаемого лазера. Компенсационная емкость имеет введенные внутрь конечный участок входного патрубка и начальный участок выходного патрубка, а также, по крайней мере, одну перегородку, закрепленную на внутреннем поперечном выступе вытяжной трубы. Перегородка выполнена проницаемой для газа, но непроницаемой для жидкости и ограничивает горизонтальный уровень жидкости в компенсационной емкости, что создает над ней газовый компенсационный объем. Жидкость оказывает давление на перегородку, образовавшиеся в процессе работы установки газовые пузырьки скапливаются в компенсационной емкости и через перегородку и вытяжную трубу
,
выходят из системы. Таким образсм, такое устройство охлаждения лазера является герметичным для жидкости, но негерметичным для газа.
К достоинствам такой системы относится простота в изготовлении и использование газового компенсационного объема для компенсации объемных расширений жидкости.
Данная система охлаждения лазера принята за прототип.
Недостатком является то, что такое устройство предназначено для работы только в одном пространственном положении.
Кроме того к недостаткам прототипа можно отнести отсутствие нагревателя и контроля за температурой жидкости и давлением газа в компенсационной емкости, а также отсутствие фильтра для очистки от примесей.
Задача, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении надежности и долговременности работы системы в любом пространственном положении при минимизации затрат на изготовление.
Для решения данной задачи необходимо устранить попадание газовых пузырьков к элементам лазера при любом наклоне компенсационной емкости.
Решение поставленной задачи достигается тем, что используют систему термостабилизации твердотельного лазера, содержащую замкнутый циркуляционный контур для жидкостного хладоносителя, в который последовательно включены компенсационная емкость со встроенной перегородкой и системой входного и выходного патрубков с соответственно конечным и начальным участками внутри емкости и насос.
От прототипа заявляемая система отличается тем, что компенсационная емкость выполнена герметичной, а перегородка имеет в центре, по крайней мере, одно отверстие, при этом
начальный участок выходного патрубка располагается по оси компенсационной емкости с началом в центре объема жидкости.
Дополнительно система термостабилизации может быть оснащена фильтром, а компенсационная емкость нагревателем и/или датчиком давления, а нагреватель - рабочим и аварийным термодатчиками. При этом перегородка может быть выполнена со сферической выпуклостью в центре относительно зеркала жидкости.
Сущность заявленной полезной модели заключается в следующем.
Замкнутый циркуляционный контур с жидкостным хладоносителем позволяет осуществлять непрерывный процесс охлаждения лазера, в котором принудительное движение жидкости осуществляется с помощью насоса. Герметичность компенсационной емкости позволяет располагать систему охлаждения в любом месте транспортного средства, поскольку не происходит выделения в пространство посторонних газовых продуктов (как у прототипа). При этом газовый компенсационный объем, служащий для компенсации объемных изменений жидкости, возникших при изменении температуры, устраняет, попадание газовых пузырей, образующихЬя в жидкости, к элементам лазера, что в результате увеличивает надежность и долговечность системы при снижении затрат на изготовление.
Выполнение перегородки, по крайней мере, с одним отверстием в центре позволяет перетекать жидкости при больших углах наклона компенсационной емкости в газовый компенсационный объем, при этом расположение начального участка выходного патрубка по оси компенсационной емкости с началом в центре объема жидкости обеспечивает забор хладоносителя из емкости, исключая попадание газовых пузырей на элементы лазера.
в целом получаем надежно работающую систему в любом пространственном положении, что является важным условием для устройств, устанавливаемых на транспортных средствах, особенно авиационных.
Дополнительное оснащение системы нагревателем позволяет быстро получать необходимую температуру жидкости.
Датчики температуры обеспечивают терморегулирование жидкости и позволяют предотвратить перегрев в аварийных ситуациях. Причем, при выходе из строя по каким-либо причинам рабочего термодатчика, срабатывает аварийный.
Дополнительное оснащение системы датчиком давления позволяет регулировать давление в компенсационной емкости и избежать аварийных ситуаций.
Установка фильтра способствует защите элементов лазера и насоса от преждевременного износа путем задержки нежелательных примесей.
При выполнении перегородки со сферической выпуклостью в центре относительно зеркала жидкости обеспечивается лучший и более быстрый сбор газовых пузырьков.
Таким образом, каждый из дополнительных признаков, введенных в зависимые пункты формулы, усиливает указанный ранее технический результат, улучшая работу системы и увеличивая ее надежность и долговечность.
Система термостабилизации твердотельного лазера представлена на схеме.
В замкнутый циркуляционный контур последовательно включены компенсационная емкость 1, насос 2, фильтр 3, и охлаждаемый лазер 4.
патрубок 7, нагреватель 8 с рабочим и аварийным термодатчиками 9,10 и датчик давления 11.
Система термостабилизации твердотельного лазера работает следующим образом.
Из компенсационной емкости 1 через выходной патрубок 6 насос 2, например шестеренчатый, снабженный магнитной муфтой (на схеме не показана), прокачивает жидкостной хладоноситель через рабочую камеру твердотельного лазера 4 при требуемом тепловом режиме. Хладоноситель, пройдя через элементы лазера и забрав излишнее тепло, возвращается в компенсационную емкость 1 через входной патрубок 7. На выходе из насоса 2 может быть установлен фильтр 3, например механический, задерживающий нежелательные примеси, которые могут находиться в жидкостном хладоносителе, и защищающий от загрязнения и преждевременного износа элементы лазера. Пузырьки газа, образовавшиеся в процессе разложения хладоносителя при работе лазера 4 под воздействием высокой температуры и ультрафиолетового излучения, увлекаются потоком жидкости и попадают в компенсационную емкость 1, где собираются в газовом компенсационном объеме, попадая туда через отверстие в перегородке 5. Выполнение перегородки 5 со сферическим выпуклым участком в центре способствует тому, что пузырьки газа не скапливаются под перегородкой 5 , а стремятся к отверстию , через которое быстрее выходят в газовый компенсационный объем. При значительных наклонах компенсационной емкости начальный участок выходного патрубка, расположенный по оси компенсационной емкости в центре объема жидкости, всегда будет находиться в слое жидкости, что исключает попадание пузырьков газа к элементам лазера. При изменении температуры в системе, выше или ниже, заданной датчик
температуры выдает системе управления лазером сигнал на, соответственно, отключение или включение нагревателя. Аварийный термодатчик выдает сигнал системе управления лазером на отключение нагревателя и накачки импульсной лампы лазера 4 при достижении жидкостным хладоносителем предельной температуры. При достижении предельного давления в системе термостатирования датчик давления выдает сигнал системе управления лазером на отключение накачки импульсной лампы лазера 4.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ, ПРИНЯТЫЕ ВО ВНИМАНИЕ: 1 Велостоцкий Б.Р. и др. «Основы лазерной техники, М., «Советское радио. 1972 г., с.ЗЗО.
2.А.с. СССР №802743, F25B 19/04 от 01.03.79 г.
3.Заявка Франции №2368163, H01S 3/045, опубл. 16.06.78 г. (прототип).