В данной статье мы затронем весьма немаловажную тему лазеростроения - охлаждение. Вообще этот вопрос можно легко решить при помощи подходящего по темплосъему чиллера, который не просто банально сбрасывает тепло, но термостабилизирует тепловую нагрузку. Плюс ко всему, чиллер за счет применения компрессора может держать температуру меньше температуры окружающей среды, чего никогда не добиться при простом радиаторе или теплообменнике (в котором температура во внутреннем контуре не может быть меньше температуры во внешнем).
Однако применение чиллера в некоторых задачах - тот еще оверкилл. В процессе работы полетела у меня система водяного охлаждения активного элемента. Такая система не требует термостабилизации, поэтому проста, как валенок. Насос гоняет воду из емкости, через нагрузку и радиатор, использовался обычный насос для аквариумов, похоже он просто выработал ресурс. Аналогичного насоса не было, а ехать покупать было лень, поэтому было решено собрать новую систему, а старую починим потом...
Собирать будем как обычно из "говна и палок" :). Окинув взором хлам в лаборатории найдено следующее добро: сломанная система прогонки и охлаждения красителя от советского лазера на красителе, хороший насос от венгерской лазерной твердотельной машины, отличный радиатор из нержи с вентилятором, блок питания компьютерный.
Рис. 1. Сломанная система прокачки родамина.
Рис. 2. Радиатор из нержавейки+вентилятор.
Чтобы понять, что представляет из себя СВО, посмотрим на следующую схему.
Рис. 3. Схема системы водяного охлаждения.
Вода из бачка попадает в улитку насоса (насос должен быть ниже уровня воды!), улитка гонит воду в нагрузку. Нагрузка подогревает протекающую воду, затем вода втекает обратно в блок СВО, попадает в радиатор, остужается, затем гонится обратно в емкость. Путь воды можно изменить, но такая трасса оптимальна, так как вода с нагрузки сразу попадает в радиатор, не грея воду в бачке.
Берем старую систему прокачки красителя, в ней есть прекрасный стеклянный бочок. Кстати в бачке есть стеклянная же спираль, к которой можно подключить внешний водяной контру и забацать систему охлаждения вода-вода. Нам же нужна система вода-воздух, поэтому спираль оставим незатронутой про запас. Вытаскиваем старый насос, он протекает; блок питания (обычный транс+мост на диодах+емкости+реле задержки включения насоса), разбираем корпус до винтика, все чистим от родамина (весь уделался в нем...).
Рис. 4. Разбираем старый блок и чистим от родамина.
Следующий этап - крепим радиатор на заднюю стенку. Сделать это можно любым доступным методом. Я попросил мужиков выфрезеровать большую дырку, что вся сборка радиатора встала без проблем. Затем в задней стенке просверлил 4 установочных отверстия, нарезал резьбу М3 и винтами закрепил радиатор.
Рис. 5. Примеряем сборку радиатора на заднюю стенку. Насос потом будет закреплен в другом месте.
Рис. 6. Фрезеруем отверстие под радиаторную сборку.
Рис. 7. Крепим радиатор.
Закрепив радиатор, можно заняться расстановкой внутри корпуса. На плите из гетинакса я просверлил пару отверстий, прямо в гетинаксе нарезал резьбу М4, прикрутил металлическую планку, к которой округлой скобой притягивается насос. Насос работает от постоянного напряжения 12В, мощность 11Вт, значит потребляет порядка 1А. Для питания насоса я использовал обычный компьютерный блок питания. Его закрепил на вертикальной платине, к которой притягивается эластичным жгутом стеклянная емкость. Очень понравилась элегантность крепления бачка, к платине приклеена мягкая прорезиненная подушка (снизу тоже), к жгуту из тонкого листа металла с резиновой муфтой припаяны обычные винты, винты крепятся к пластине обычными гайками, затягивая бачок. Вероятность пережать емкость минимальна, а держит очень хорошо.
Рис. 8. Компоновка внутренностей.
Для удобства электрической разводки я решил рядом с бачком установить колодку на 8 клемм. Этого как раз хватило чтобы аккуратно и грамотно все развести, при этом снизив возможность ошибки в разводке до минимума. Колодка просто привинчена к гетинаксовому основанию.
Рис. 9. Установка клеммника.
Следующий этап - электрическая разводка. На передней панели остался переменный резистор, он не подключен, оставил, чтобы не портить вид передней панели непонятным отверстием. Вольтметр подключен к 12В и просто показывает наличие постоянного напряжение, никакой регулировки мощности насоса нет, как выяснится позже и не надо. Кнопка включения хитрая - в нее встроена лампочка. Я ее подключил к 12В. Когда блок включается, появляется 12В и лампочка горит, радуя глаз. Насос подключен к 12В, оригинальный вентилятор работал от 220В/50Гц, я его заменил на пластиковый китайский 12-вольтовый с аналогичными посадочными отверстиями (они стандартные). Причина замены - жалко было такой хороший вентилятор, у него дюралевый корпус бронебойный, в другом месте пригодится. На рис. 9 видно, что из компьютерного клока вверху торчат провода, это я просто вывел 220В/50Гц, чтобы удобно было подключить к БП. В таком приборе обязательно следует установить предохранитель и предусмотреть заземление корпуса, т.к. в случае ЧП вода из бачка может вылиться и закоротить схему (используйте дистилят, он не проводит, но достать его трудно). Все потребители подведены к нужным местам на клеммной колодке, на концы проводов я напаял клеммы-проушины, защитил места пайки кембриками. Меня очень раздражают торчащие провода, поэтому я их постоянно собираю в жгуты при помощи прочной синтетической упаковочной нити.
Рис. 10. Результат электрической и водяной разводки.
После разводки электрики берем шланг с внутренний диаметром 10мм и разводим оду согласно схеме на рис. 3. Внутренний диаметр выбирается по самому большому соединителю, у меня это диаметр соединителей на задней стенке прибора. Диаметр соединителей на насосе и на радиаторе меньше, около 8мм. Что делать? А очень просто берем шланг с внутренним диаметром 8мм, одеваем на соединитель, отрезаем вровень с концом соединителя. Получился этакий утолститель-переходник, на него уже одеваем шлаг 10мм. Пришлось долго повозиться с радиатором, у него не очень удачно сделаны соединители, они съемные, из места сочилась вода. Сначала я долго и упорно пытался место стыка загерметизировать клеевым пистолетом, никак не получалось. Затем взял обычный водопроводный уплотнитель (такая белая очень тонкая лента, которую сейчас все используют вместо пакли), намотал на соединитель, вставил его в радиатор. Место стыка залил шнягой из термопистолета. Затем одел трубки через описанный выше утолститель-переходник и для пущей надежности обвязал шлаг шнуром, использовав затягивающийся узел Линча (да-да, тот самый на котором вешали людей, оказывается он не только для смертоубийства полезен!).
Рис. 11. Герметизация соединителей радиатора. Красным обведен феерическая завязка Линча :).
Затем осуществляем окончательную сборку, закорачиваем выход и вход шлангом и делаем тестовый прогон девайса. Внимательно смотрим, чтобы нигде ничего не протекало, не коротила электрика, все должно работать в штатном режиме. Погоняв СВО и убедившись, что все ок, я собрал корпус, сделал новые шланги, идущие к нагрузке, сделал новую электровилку, а то старая советская уже не влезает в современные розетки. В общем провел еще кое-какой косметический тюнинг и получил результат!
Рис. 13. Лабораторная СВО на своем рабочем месте. Полет нормальный.
Погоняв систему, могу сделать следующие выводы. Насос лучше конечно помощнее, так как у меня при подходе к источнику тепла сильно уменьшается диаметр трубок, т.е растет сопротивление потоку. Насос с трудом может пропихнуть воздух, который стоит в трубках. При подключении к нагрузке, приходится снимать верхнюю крышку, вытаскивать шлаг, ведущий в бачок и всасывать воду, вытягивая воздушную пробку. Когда воздух выходит, насос начинает исправно прокачивать воду. Такой системы вполне достаточно, для охлаждения DPSS лазеров, мощностью до нескольких ватт. А знаете, что самое важное в получившемся блоке? Это плоская верхняя крышка! На нее ведь теперь можно наставить еще кучу всякого барахла! Измерители там всякие, осциллографы! Конгениальная крышка!
P.S. В корпусе еще полно места, когда-нибудь запихну туда электронную плату управления Пелтье элементом. Получится отличный блок с термостатированным каналом, водяным отводом тепла и сбросом на воздух. Так что в будущем грядет апгрейд!