Самодельная система охлаждения для твердотельного лазера

Охлаждение твердотельного лазера является весьма немаловажной задачей, так как этого зависят характеристики лазера, такие как скажем энергия импульса излучения, которая с ростом температуры активного элемента падает и при достижении свыше 100 градусов для граната с неодимом приводит к срыву генерации. Готовые чиллеры стоят очень дорого да и там слишком много мозгов устанавливают, для самодельной системы охлаждения это не нужно. Свою систему охлаждения мы сделали из говна, которое попалось под руки. Сам принцип системы охлаждения называется ВОДА - ВОЗДУХ. Ее смысл заключается в том, что насос гонит воду из емкости в квантрон, который является тепловой нагрузкой. Вода проходя через квантрон снимает тепло с лампы и активного элемента лазера, затем уже нагретая ввода возвращается обратно в систему охлаждения, проходит радиатор, который продувается мощным вентилятором и попадает обратно в изначальную емкость. Вода передает свое тепло в радиатор, а с радиатора тепло выносится в окружающий воздух за счет продува вентилятором. Такая система позволяет в нашем случает держать комнатную температуру охлаждающей жидкости на протяжении всего времени работы лазера. Эта первая грубая модель, мозги пока не устанавливали, вторая модель будет более компактна и оснащена всем необходимым для совместной работы с блоком питания лазера. Сама схема девайса на рисунке. Так же прилагаются фотки уже в железе как получилось.

 

Вот как получилось

 

фото сзади, виден радиатор

 

Вид сбоку, видны потроха. В данной конструкции применен стандартный насос, который крепится на трубы для повышения давления воды, марку насоса уточню, просто не помню так на память, стоит он у нас на Чеховском базаре 2000 рублей, есть у него два режима работы, ручной и автоматический. Радиатор взят от тепловой печки машины классики, вентилятор тоже автомобильный от ВАЗ 2110. Сам вентилятор рассчитан на 12 В и ток до 40 А, но и на 10 А работает очень хорошо. Бачок для воды тоже автомобильный от стеклоочестителя, у меня был старой марки, он литров на 5.

 

В данном случе влияние оказывают несколько критерием - и площадь радиатора и мощность вентилятора и скороть потока (мощность помпы).
Вон - процессоры по 100 ват без всякого жижкого носителя охлаждаются, и ничего.

 

Есть у кого нибудь достоверная информация по эрбию? Какая у него рабочая температура носителя?

 

Если судить по трубочкам охлаждения с сабжевых эрбиевых голов - а они "распухают" уже при 50 точно..

 

! мАлаЦЦА
- а у меня тоже собирается коллекция батарей от Квантов(остаются от них после замены ИП)..там ка-раз 1000Дж в каждой. - пока не придумал куда ее вкачать.
а насчет холодилок - я вААпЧе консерватор и сторонник высокостабильных высокопроизводительных - типа как у них-же, только с норм. насосом. - все- таки теплосброс в 10-20кВт при дельте в несколько непросто обеспечить. С фреоновыми чиллерами на обслуживаемых станках уже намучился.

Как говорил один знакомый -"давайте прикинем"
Теплосброс пропорционален:
в случае без принудительного продува(для сравнения) Дельте Тэ в четвертой степени (вспоминаем А.Ч.Т.) т.е. если мы говорим что "процессор мощностью сто ватт" то должны помнить что эффективность его охлаждения показана при "дэльте" в 50 градусов - соответственно в голове как-то надо уместить его эффективность на "дэльте" в пять раз меньше, с производительностью...в сто-двести раз меньшей..

в случае принудительного обдува - зависимость наверняка сохранится, с добавлением в уравнение линейного коэффициента
кроме того теплосброс всего-лишь прямопропорционален площади поверхности - излучающей или обдуваемой.
например та-же фреонка является частным случаем второго варианта, где "дельта" как-раз и формируется с помощью компрессора холодильника (таким подходом в расчетах можно избежать повсеместной ошибки в выборе подходящей фреонки)..
для прикидки - у меня на фреонках с производительностью(теплосбросом) 6,5 кВт стоит радиатор габаритами 800на800мм и "дэльта" - 40-50градусов..
т.е на вышеописанной конструкции стоит ожидать "производительности" в десятки ватт на "дэльте"в 10градусов(а выше 35-40град на гранате уже падает КПД) т.е. весь огород спокойно заменит пельтьюшка с током потребления не сильно больше того вентилятора(что мы и наблюдаем в маломощных модулях ДПСС)
хотя, конечно можно провести
эксперимент - пустить систему с нагревателем(резистором) и термопарой в потоке воды на час-два(в зависимости от обьема воды и мощности) и посмотреть на каких
температурах/мощностях система будет стабилизироваться.

Может проделаешь(-те?) такой эксперимент? - тема "злобно-дневная" - многие на этом спотыкаются.

P/S - забыл напомнить - к мощности "нагревателя" еще прибавляется мощность насоса, перекачивающего воду(в рассматриваемом случае она весьма значима).

 

Здравствуйте. Хочу сделать систему охлаждения для теврдотела. Пока использовался импульсный режим для рубина/граната, 1 импульс в 5 минут - было достаточно обычной помпы и ёмкости с водой. Но вот пришла пора частотного режима для граната и... за 10 минут работы на частоте 1 Гц вода нагревается градусов до 40-50. Видел, что в аппаратах лазерной сварки/наплавки МУЛ, ЛАТ - используются обычные радиаторы, обдуваемые вентилятором, т.е. такой нехитрой системы охлаждения вполне достаточно. В связи с этим пришла в голову идея: использовать повсеместнораспространённый и недорогой чиллер CW-3000. Правда помпа в них качает воду не с той скоростью, которая требуется (20-25 л/мин). Но ведь помпу заменить и не проблема. Кто, что думает по этому поводу?

 

Вы можете сами оценить пригодность выбранного охладителя. В описании указано 50Вт/градус.
Берете мощность подводимую к лампе от источника питания, делите на 50Вт, получаете температуру перегрева.
Если она вса устраивает, значит должен подойти выбранный охладитель.

 

Большое Спасибо за ответ. Посчитал, получается 60-70 градусов. Читал в описании к учебному лазеру, который выпускает эта же компания, что и данные аппараты (МУЛ, ЛАТ), у которого применяется аналогичная система охлаждения, там аварийное отключение предусмотрено при достижении температуры 75 градусов.
Интересно, а чиллер CW-5200 какой имеет показатель рассеивания тепла? У него не указан такой параметр. Но приблизительно, понимаю, что где-то он в 2 раза ниже даст температуру перегрева (раз CW-3000 для трубки 60 Вт, а CW-5200 для трубки 130 Вт). И вот температура перегрева в 27-32 градусов меня очень даже устраивает.

 

Вот этот расчёт мне непонятен. 50 Вт/градус - это что за параметр? В описании указано, что это мощность вентилятора (?). Что это значит?

Я не уверен, что это (23+27=50 градусов) будет устраивать АЭ. У него с ростом температуры КПД падать будет. Квант-12 охлаждает всё же первый контур проточной водой, думаю, не просто так. Но он и жрёт 6 кВт. 6 кВт таким чиллером не отвести будет.

 

Есть вариант проще и дешевле, как в начале темы. Несколько радиаторов печки авто (2 тысячи каждый), у них эффективность огромная при относительно небольшом размере и малом весе. Вентиляторы на них лучше побольше диаметром, чем несколько мелких (140 мм хотя бы), а лучше радиаторы от серверов бушные или же аэродинамически последовательно два-три вентилятора, чтоб лучше пробивали пространство между пластинами. Даже если чуть не будут справлятся, ставите еще один или более мощные вентиляторы. И тогда уж самый поганенький чиллер сойдет для оставшейся неотведенной мощности, если захотите термостабилизацию. Хотя такой совет наверно "оверкилл", для непрерыва ламповой накачки и то сойдет, тут уж вам решать. Можете из объема воды, времени и разницы температуры посчитать, какая нужна мощность охлаждения, чтоб не тратить попусту деньги и время.

Где-то на сайте производителя видел информацию, сколько ватт градус при каком потоке воздуха позволяет обдуть, не помню модель, но сохранил себе такое:
ДАННЫЕ РАДИАТОРА ПЕЧКИ ВАЗ Размер сердцевины 249*156, 5*42
При расходе воздуха (кг/час) — 480:
теплоотдача (Вт/градус) — 114

При расходе воздуха (кг/час) — 360:
теплоотдача (Вт/градус) — 83

Обычные радиаторы (не водяные) слишком тяжелые и дорогие, график отводимой мощности против площади радиатора вас не порадует, а с обдувом там в 2.5-3 раза лишь выше.

 

Спасибо за мнения, идеи. Буду думать.

 

Завтра привезут cw-5200. Да, его маловато. Но то, что применяет "Латиком" - совсем маловато, по идее. Их система охлаждения похожа на cw-3000. Нашёл чиллеры cw-6000 (на 3 кВт) и cw-6100 (на 4.14 кВт). Вот они-то точно подойдут, но меня в них смутила не столько цена, сколько габариты.
https://torden.ru/product/chiller-cw-6100ah/
По итогам экспериментов с cw-5200 - отпишусь обязательно.

 

Не разбираюсь в чиллерах, но они же для поддержки точной температуры? Это очень большое отличие от обычного охлаждения по факту, так как температура для со2 трубок весьма низкая и для этого требуется большая мощность чиллера, хоть и электрическая мощность трубки не сильно высока. Вроде как и хорошо, что мощность большая, но само устройство чиллера может иметь какую-то специфику или недостатки, если он в режиме, когда не в состоянии поддерживать нужную температуру. Прежде всего, компрессор быстрее выходит из строя при постоянной работе. Может там некое термореле, что при перегреве контура оно отрубает все, а не продолжает молотить. Имеет смысл проверить экспериментально в теплом помещении. И все же посчитайте тепловыделение своей системы.

 

Предварительный результат: в чиллере CW-5200TH стоит более мощная помпа, чем та, которую я использовал ранее в самодельной системе "помпа-ёмкость с водой". Параметр л/мин у них одинаковый - 10, но вот другой параметр у них сильно отличается! Помпа чиллера поднимает воду на высоту 12 м, а та, что использовалась мною ранее - всего на 1.5! И это небо и земля. Ощутимо мощнее скорость прокачки воды через квантрон! Такое впечатление, что моя первая помпа прогоняла в минуту 10 литров воды на высоте 1.5 метра, а помпа чиллера прогоняет в минуту те-же 10 литров воды, но на высоте 12 метров. Соответственно, если квантрон стоит на высоте 1 метр, то на ней помпа чиллера прогонит значительно больше литров воды за минуту.
Т.о., рекомендую при выборе помпы обращать внимание не только на параметр л/мин, но и на максимальную высоту, на которую она способна эту воду поднимать. Охлаждающая способность у него 2.14 кВт, а это неплохо. Как это на практике - напишу позже.