Коаксиальная тепловая труба для охлаждения отражателя лазера
Описаны результаты разработки и исследования коаксиальной тепловой трубы для охлаждения отражателя твердотельного лазера. Показано, что система охлаждения, функционирующая по испарительно-конденсационному принципу, позволяет обеспечить равномерность температуры охлаждаемой поверхности при низком тер...
Saved in:
| Published in: | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70554 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Коаксиальная тепловая труба для охлаждения отражателя лазера / А.Н. Гершуни, А.П. Нищик // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2014. — № 2-3. — С. 37-41. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859786384895639552 |
|---|---|
| author | Гершуни, А.Н. Нищик, А.П. |
| author_facet | Гершуни, А.Н. Нищик, А.П. |
| citation_txt | Коаксиальная тепловая труба для охлаждения отражателя лазера / А.Н. Гершуни, А.П. Нищик // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2014. — № 2-3. — С. 37-41. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Технология и конструирование в электронной аппаратуре |
| description | Описаны результаты разработки и исследования коаксиальной тепловой трубы для охлаждения отражателя твердотельного лазера. Показано, что система охлаждения, функционирующая по испарительно-конденсационному принципу, позволяет обеспечить равномерность температуры охлаждаемой поверхности при низком термическом сопротивлении 0,03 К/Вт.
Наведено результати розробки та дослідження коаксіальної теплової труби для охолодження відбивача твердотільного лазера. Система охолодження, яка функціонує за випаровувально-конденсаційним принципом, дозволяє забезпечити рівномірність температури охолоджуваної поверхні при низькому термічному опорі.
The paper presents the development and research results for coaxial heat designed for cooling reflector of a solid-state laser. A coaxial cylindrical heat pipe, designed to cool the laser reflector, provides that the temperature of the heat-removing surface does not exceed 120°C at any orientation in the gravitational field, if the heat is removed by forced convection of air with the temperature of 60°C in a pulsed mode of heat flow supply of 300 W. Thermal resistance of the developed heat pipe is 0,03 K/W, the specific thermal resistance — 1,1•10⁻³ m²•К/W. The developed cooling system based on the evaporation-condensation principle, allows ensuring temperature uniformity of the cooling surface at low thermal resistance.
|
| first_indexed | 2025-12-02T10:03:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 2–3
37
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
ÓÄÊ 621.3.032.42:621.378.8.038.825
К. ò. í. А. Н. ГЕРШУНИ, к. ò. í. А. П. НИЩИК
Óêðàèíà, НТÓÓ «Кèевсêèй полèтехíèчесêèй èíстèтут»
E-mail: politekhins@gmail.com
КОАКСИАЛЬНАЯ ТЕПЛОВАЯ ТРÓБА
ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ОТРАЖАТЕЛЯ ЛАЗЕРА
Шèðоêое пðèмеíеíèе твеðдотельíых оптè-
чесêèх êвàíтовых геíеðàтоðов (ÎКГ), èлè лà-
зеðов, вызвàло íеобходèмость èíтеíсèвíого
отводà теплоты от íàгðетых чàстей пðèбоðов.
Использовàíèе жèдêостíых теплоíосèтелей че-
тыðех поêолеíèй (водà è состàвы íà ее осíове;
этèлеíглèêолевые ðàствоðы, спèðтооêтàíовые
è фосфоðоðгàíèчесêèе жèдêостè; êðемíèйоð-
гàíèчесêèе è фтоðоðгàíèчесêèе жèдêостè, эфè-
ðы угольíой êèслоты; теплоíосèтелè íà осíо-
ве êðемíèйоðгàíèчесêèх жèдêостей è эфèðов
угольíой êèслоты) пðèвело ê улучшеíèю хà-
ðàêтеðèстèê ОКГ [1—4]. В то же вðемя сèсте-
мы водяíого (жèдêостíого) охлàждеíèя чàсто
ðàссмàтðèвàются êàê íеудобíые пðè пðàêтèче-
сêом èспользовàíèè вследствèе существеííых èх
íåдîñòàòêîâ [5]. Äîñòîèíñòâà êîíòàêòíîãî ñïî-
собà охлàждеíèя элемеíтов ОКГ зàêлючàются
в возможíостè пðостðàíствеííого ðàзделеíèя
èсточíèêà è стоêà теплоты, в пðèíцèпèàльíой
возможíостè ðàзвèтèя повеðхíостè охлàждеíèя
вíе зоíы тепловыделеíèя, в повышеíèè безо-
пàсíостè è íàдежíостè èз-зà отсутствèя жèд-
êостè в ðàбочей зоíе пðèбоðà è отêàзà от под-
вèжíых детàлей è ðàзъемíых соедèíеíèй в сè-
стеме охлàждеíèя [6—10], что хàðàêтеðíо для
жèдêостíых сèстем. К íедостàтêàм êоíтàêтíого
способà охлàждеíèя отíосятся íеðàвíомеðíость
темпеðàтуðы повеðхíостè охлàждàемых элемеí-
тов, большое теðмèчесêое сопðотèвлеíèе тепло-
водов, дополíèтельíое увелèчеíèе мàссы è гà-
бàðèтов èз-зà íàлèчèя моíолèтíых метàллèче-
сêèх тепловодов.
Аíàлèз особеííостей ðàботы ОКГ è воз-
можíостей èзвестíых способов èх охлàждеíèя,
вêлючàя êоíвеêтèвíый (гàзовый è жèдêостíой)
è êоíтàêтíый (êоíдуêтèвíый), à тàêже èх êом-
бèíàцèè, поêàзывàет, что тðебуемые тепловые
ðежèмы дàííых пðèбоðов могут быть обеспече-
Описаíы резульòаòы разрабоòки и исследоваíия коаксиальíой òепловой òрубы для охлаждеíия
оòражаòеля òвердоòельíого лазера. Показаíо, чòо сисòема охлаждеíия, фуíкциоíирующая по
испариòельíо-коíдеíсациоííому приíципу, позволяеò обеспечиòь равíомерíосòь òемпераòуры
охлаждаемой поверхíосòи при íизком òермическом сопроòивлеíии 0,03 К/Вò.
Ключевые слова: оòражаòель лазера, сисòема охлаждеíия, коаксиальíая òепловая òруба.
íы эффеêтèвíымè теплопеðедàющèмè устðой-
ствàмè — тепловымè тðубàмè (ÒÒ). Рàботàют
оíè по èспàðèтельíо-êоíдеíсàцèоííому пðèí-
цèпу [11, 12], что дàет возможíость сохðàíèть
положèтельíые свойствà êоíтàêтíого способà
пðè одíовðемеííом устðàíеíèè ðядà его суще-
ствеííых íедостàтêов. Пðèмеíеíèе ТТ позволяет
зíàчèтельíо умеíьшèть теðмèчесêое сопðотèв-
леíèе тепловодà зà счет большей (в сотíè ðàз)
эêвèвàлеíтíой теплопðоводíостè ТТ по сðàвíе-
íèю с лучшèмè моíолèтíымè теплопðоводíы-
мè мàтеðèàлàмè, зíàчèтельíо увелèчèть отво-
дèмые тепловые íàгðузêè пðè мàлых пеðепà-
дàх темпеðàтуðы, повысèть степеíь èзотеðмèч-
íостè охлàждàемой повеðхíостè è íàдежíость
ðàботы сèстемы обеспечеíèя теплового ðежèмà.
Пðè меíьшей мàссе è соèзмеðèмых ðàзмеðàх ТТ
способíы отводèть теплà в десятêè, à èíогдà è
в сотíè ðàз больше, чем любые метàллèчесêèе
òåïëîâîды [13].
Рàцèоíàльíое ðешеíèе тðех взàèмосвязàí-
íых зàдàч в случàе пðèмеíеíèя ТТ для обеспе-
чеíèя тðебуемых тепловых ðежèмов лàзеðов, à
èмåííî: âíóòðåííåé (îõëàждåíèå ýëåмåíòîâ ïðè-
боðà), тðàíспоðтíой (пеðедàчà теплоты вíутðè
сèстемы охлàждеíèя è ê сèстеме теплосбðосà)
è вíешíей (обеспечеíèе теплообмеíà между сè-
стемой охлàждеíèя è вíешíей сðедой) [11, 14],
позволяет в èтоге повысèть эíеðгèю èзлучеíèя è
чàстоту повтоðеíèя èмпульсов. Появляется тàê-
же возможíость ðàзðàботêè íà дàííой элемеíт-
íой бàзе сèстем обеспечеíèя теплового ðежèмà
пàссèвíого тèпà.
Стàтья посвящеíà опèсàíèю êоíстðуêцèè ðàз-
ðàботàííой тепловой тðубы, способíой обеспе-
чèть темпеðàтуðу теплоотдàющей повеðхíостè
îòðàжàòåëÿ ëàзåðà íå бîëåå 120°С ïðè åãî ðàбî-
те в èмпульсíом ðежèме. Тàêое теплопеðедàю-
щее устðойство èспàðèтельíо-êоíдеíсàцèоííого
DOI: 10.15222/TKEA2014.2-3.37
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 2–3
38
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
тèпà должíо фуíêцèоíèðовàть пðè любой оðè-
еíтàцèè в пðостðàíстве в условèях теплосъемà
путем выíуждеííой êоíвеêцèè воздухà пðè его
òåмïåðàòóðå дî 60°С.
Конструкция тепловой трубы
Рàзðàботàííàя цèлèíдðèчесêàя êоàêсèàльíàя
тепловàя тðубà (рис. 1) состоèт èз вíутðеííей
оболочêè с êоíèчесêèм отвеðстèем è вíешíей
оболочêè-ðàдèàтоðà с цельíоточеíымè ðебðàмè.
Сðедíяя темпеðàтуðà стеíêè в зоíе íàгðевà для
дàííой êоíстðуêцèè должíà отвечàть условèю
tñò
í #120°С (tñò
í =(t1+t2)/2 , ãдå t1 è t2 — зíàче-
íèя темпеðàтуðы, èзмеðяемые теðмопàðàмè Т1 è
Т2 íà ðèс. 1). Рàзмеðы ðàдèàтоðà, à тàêже êоí-
стðуêтèвíые пàðàметðы оðебðеíèя опðеделеíы
дëÿ ñàмыõ íåбëàãîïðèÿòíыõ óñëîâèé: ñêîðîñòь
âîздóõà â «жèâîм» ñåчåíèè ðàдèàòîðà 3 м/ñ,
соответствующее этой сêоðостè оðèеíтèðовочíое
зíàчеíèе êоэффèцèеíтà вíешíей теплоотдàчè
α=25 Вò/(м2∙Ê), òåïëîâîé ïîòîê Q=300 Вò ïîд-
âîдèòñÿ â дâóõ ðåжèмàõ: â èмïóëьñíîм (ðåàëь-
íый ðежèм) è в íепðеðывíом. Повеðхíость оðе-
бðеíèя площàдью Fð=0,16 м2 выполíеíà в вèде
116 êольцевых ðебеð высотой hð=5 мм, òîë-
щèíой δð=0,5—0,6 мм, ðàзмåщåííыõ ñ шàãîм
1,75 мм. Мàòåðèàë îбîëîчêè òåïëîâîé òðóбы
(медь) è теплоíосèтель (водà) выбðàíы èз тðе-
бовàíèй совместèмостè, высоêой пðочíостè пðè
ðàбочей темпеðàтуðе, íàèбольшèх зíàчеíèй те-
плопðоводíостè êомпоíеíтов è пàðàметðà N ðà-
бочей жèдêостè (N=ρжσr/μж, где ρж — плот-
íость, σ — êоэффèцèеíт повеðхíостíого íàтя-
жеíèя, r — òåïëîòà ïàðîîбðàзîâàíèÿ, μж — дè-
íàмèчесêèй êоэффèцèеíт вязêостè ðàбочей жèд-
êостè).
К íàðужíой цèлèíдðèчесêой повеðхíостè
вíутðеííей оболочêè методом дèффузèоííой
свàðêè пðèпечеí поðèстый мàтеðèàл — êàпèл-
ляðíàя стðуêтуðà. С целью упðощеíèя техíоло-
гèè èзготовлеíèя ТТ, à тàêже èíтеíсèфèêàцèè
пðоцессов теплообмеíà в ее зоíе êоíдеíсàцèè,
вíутðеííяя повеðхíость оболочêè-ðàдèàтоðà вы-
ïîëíåíà ãëàдêîé. Мåждó êàïèëëÿðíîé ñòðóêòó-
ðой è оболочêой-ðàдèàтоðом устàíовлеí поðè-
стый мàтеðèàл в вèде àðтеðèè, êотоðàя пðед-
íàзíàчеíà для подàчè êоíдеíсàтà, стеêàюще-
го в íèжíюю чàсть оболочêè-ðàдèàтоðà, в зоíу
íàгðевà ТТ. Кàпèлляðíàя стðуêтуðà è àðтеðèя
èзготовлеíы èз медíых моíодèспеðсíых дèс-
êðетíых волоêоí дèàметðом dв=50 мêм, дëè-
íой lв=3 мм. Пîðèñòîñòь (87%), òîëщèíà êàïèë-
ляðíой стðуêтуðы (δêс=0,5 мм) è òîëщèíà àð-
теðèè (δà=1 мм) опðеделеíы с учетом ðеêомеí-
дàцèй по оптèмèзàцèè пàðàметðов êàпèлляð-
íой стðуêтуðы пðè гоðèзоíтàльíой ðàботе ТТ
[15]. Êàïèëëÿðíî-ïîðèñòàÿ ñòðóêòóðà ÒÒ зàïîë-
íеíà теплоíосèтелем с обðàзовàíèем íебольшо-
го èзбытêà в зоíе êоíтàêтà àðтеðèè с вíутðеí-
íåé ïîâåðõíîñòью ðàдèàòîðà. Мàññà ÒÒ ñîñòàâ-
ляет 0,94 êг.
Техíологèя èзготовлеíèя ТТ вêлючàлà в себя
ñëåдóющèå ýòàïы:
— èзготовлеíèе оболочеê è доíышеê;
— войлоêовàíèе è спеêàíèе поðèстого мà-
теðèàлà, пðèпеêàíèе êàпèлляðíой стðуêтуðы ê
вíешíей повеðхíстè вíутðеííей оболочêè, à àð-
теðèè — ê êàпèлляðíой стðуêтуðе è ê вíутðеí-
íей повеðхíостè оболочêè-ðàдèàтоðà;
— сбоðêà è теðмèчесêàя обðàботêà êàпèлляð-
íой стðуêтуðы è àðтеðèè;
— выполíеíèе íеðàзъемíого соедèíеíèя до-
íышеê с вíутðеííей è вíешíей оболочêàмè пàй-
êой твеðдым пðèпоем èлè свàðêой;
— пðовеðêà тепловой тðубы íà геðметèчíость
è ее дегàзàцèя в вàêууме;
— вàêуумèðовàíèе, зàполíеíèе теплоíосèте-
лем è геðметèзàцèя.
Ðезультаты исследования и их анализ
Эêспеðèмеíтàльíое èсследовàíèе пðоводè-
лось íà устàíовêе, осíовíым элемеíтом êото-
ðой являлàсь тепловàя тðубà с омèчесêèм íà-
гðевàтелем вíутðè, пðедстàвляющèм собой
ñòàëьíîé ñòåðжåíь дèàмåòðîм 15 мм, ïîêðыòыé
элеêтðо èзоляцèоííым слоем, с ðàвíомеðíо íà-
âèòîé íè õðîмîâîé ïðîâîëîêîé íà дëèíå 70 мм.
Сíàðужè íàгðевàтель поêðыт слюдой è с тугой
посàдêой устàíовлеí в медíый èмèтàтоð êоíè-
чесêого отðàжàтеля. Óмеíьшеíèе теðмèчесêого
сопðотèвлеíèя между èмèтàтоðом è оболочêой
тепловой тðубы достèгàлось пðè помощè тепло-
пðоводíой пàсты. Тепловой потоê, пеðедàвàемый
ТТ, èзмеðялся вàттметðом êлàссà 0,1. Измеíеíèе
Рèс. 1. Коíстðуêцèя цèлèíдðèчесêой êоàêсèàльíой тепловой тðубы
А
А
Кàпèлляðíàя
стðуêтуðà
Ò3
Ò5Т6
Т2Т1
Ò7
Т4
А—А
Аðтеðèя
Вíутðеííяя оболочêàРàдèàтоð
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 2–3
39
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
подводèмого теплового потоêà осуществлялось
пðè помощè ðегулятоðà íàпðяжеíèя, подêлю-
чåííîãî ê îдíîфàзíîé ñåòè (220 В, 50 Гц) чå-
ðез стàбèлèзàтоð íàпðяжеíèя. Темпеðàтуðà
ÒÒ èзмåðÿëàñь â ñåмè òîчêàõ: чåòыðå òîчêè íà
вíутðеííей повеðхíостè è тðè íà вíешíей (см.
ðèс. 1) пðè помощè медь-êоíстàíтàíовых теð-
мопàð, пеðеêлючàтеля è цèфðового вольтме-
тðà. Теðмопàðы Т1 è Т2 êðепèлèсь íà ðàссто-
ÿíèè 15 мм îò ñîîòâåòñòâóющèõ òîðцîâ èмèòà-
тоðà. Холодíые спàè теðмопàð ðàзмещàлèсь в
сосуде с тàющèм льдом. Тепловàя тðубà обду-
вàлàсь веíтèлятоðом (сêоðость охлàждàюще-
ãî âîздóõà îêîëî 3 м/ñ, òåмïåðàòóðà
22°С, α≈25 Вò/(м2∙Ê)).
Исследовàíèя пðоводèлèсь пðè веð-
тèêàльíой (угол íàêлоíà осè ТТ ê гоðè-
зоíтàльíой плосêостè ϕ=90°) è ãîðèзîí-
тàльíой (ϕ=0°) îðèåíòàцèè ÒÒ, à òàê-
же в íàêлоííом положеíèè (ϕ=30°). В
опытàх пðè ϕ≠90° òåïëîâóю òðóбó îðè-
еíтèðовàлè тàêèм обðàзом, чтобы àðте-
ðèя íàходèлàсь со стоðоíы íèжíей об-
ðàзующей ТТ.
Зàвèсèмость сðедíей темпеðàтуðы
стеíêè теп ловой тðубы в зоíе íàгðевà
tñò
í от íепðеðывíо подводèмого тепло-
вого потоêà пðедстàвлеíà íà рис. 2, где
вèдíо, что в èсследовàííом дèàпàзоíе
тепловых íàгðузоê оíà íосèт лèíей-
íый хàðàêтеð. Отсутствèе ðезêого èз-
меíеíèя вèдà этой фуíêцèоíàльíой зà-
вèсèмостè, хàðàêтеðíого для íàступле-
íèя пðеделà теплопеðедàющей способ-
íостè, свèдетельствует о том, что мàê-
сèмàльíый тепловой потоê пðè любой оðèеíтà-
цèè ÒÒ ïðåâышàåò 300 Вò.
Нà рис. 3 пðедстàвлеíы зàвèсèмостè пеðепà-
дà темпеðàтуðы по тепловой тðубе tт∆ от пеðе-
дàвàемого теплового потоêà Q (а) è плотíостè
теплового потоêà в зоíе íàгðевà qí (б). Пеðепàд
темпеðàтуðы по ТТ опðеделялся êàê ðàзíость
сðедíèх темпеðàтуð в зоíе íàгðевà tñò
í è в зоíе
êоíдеíсàцèè tñò
ê . В êàчестве tñò
ê пðèíятà темпеðà-
туðà в месте êðеплеíèя теðмопàðы Т6, т. ê. пðè
íàêлоííом положеíèè тðубы поêàзàíèя теðмо-
ïàðы Ò5 (èëè жå Ò7) íåñêîëьêî зàíèжåíы èз-зà
Рèс. 2. Зàвèсèмость сðедíей темпеðàтуðы стеíêè в зоíе íàгðе-
вà цèлèíдðèчесêой êоàêсèàльíой ТТ от пеðедàвàемого тепло-
âîãî ïîòîêà ïðè ðàзëèчíîé åå îðèåíòàцèè:
φ — ϕ=0°;φ — ϕ=30°; — ϕ=90°
tñò
í , °С
100
80
60
40
20
50 100 150 200 250 Q, Вт
Рèñ. 3. Зàâèñèмîñòь ïåðåïàдà òåмïåðàòóðы ïî цèëèíдðèчåñêîé êîàêñèàëьíîé ÒÒ îò ïåðåдàâàåмîãî òåïëîâî-
го потоêà (а) è от плотíостè теплового потоêà в зоíе íàгðевà (б) ïðè ðàзëèчíîé åå îðèåíòàцèè:
φ — ϕ=0°;φ — ϕ=30°; — ϕ=90°
tT∆ , °С
8
6
4
2 0 100 200 Q, Вт
tr∆ , °С
8
6
4
2
à) б)
0 2 4 qí, Вò/ñм2
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 2–3
40
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
íàêоплеíèя èзбытêà жèдêостè в íèжíей чàстè
ÒÒ. Êàê âèдíî èз ðèñ. 3, ïåðåïàд òåмïåðàòóðы
tт∆ мàло зàвèсèт от оðèеíтàцèè ТТ, è пðè Q=300
Вт (qí=7 Вò/ñм2) tт∆ ≈ 9°С.
Следует отметèть, что эêспеðèмеíтàльíо по-
лучеííые велèчèíы tт∆ зàвышеíы, т. ê. теðмо-
пàðы Т1 è Т2 зàчеêàíèвàлèсь в êàíàвêàх, вы-
полíеííых íе в êоðпусе ТТ, à в медíом èмèтà-
тоðе. Коíтàêт теðмопàð с вíутðеííей оболочêой
ТТ осуществлялся пðè пðèжèмàíèè èмèтàтоðà
ê этой повеðхíостè. Тàêой выíуждеííый спо-
соб ðàзмещеíèя è êðеплеíèя теðмопàð пðèвел ê
зàвышеíèю зíàчеíèй tñò
í è, соответствеííо, tт∆ .
Соглàсíо ðàсчету, действèтельíый пеðепàд тем-
ïåðàòóðы ïî ÒÒ ñîñòàâëÿåò 4°С ïðè Q=300 Вò,
ò. å. èзмåðåííîå зíàчåíèå зàâышåíî íà 4—5°С.
Полíый пеðепàд темпеðàтуðы пðè пеðедà-
вàемом тепловом потоêе Q=300 Вò ðàâåí 87°С
(109—22) è состоèт в осíовíом èз пеðепàдà тем-
пеðàтуðы между ðàдèàтоðом è охлàждàющèм
воздухом tîõë∆ = 78°С (100—22).
Нà рис. 4 пðедстàвлеíо èзмеíеíèе темпеðà-
туðы стеíêè в зоíе íàгðевà ТТ в пеðеходíом ðе-
жèме пðè пусêе от момеíтà подàчè тепловой íà-
гðузêè Q=300 Вò дî дîñòèжåíèÿ óñòàíîâèâшå-
гося ðежèмà. Пðè íепðеðывíом теплоподводе
пðодолжèтельíость пусêà τп состàвляет оêоло
14 мèí è темпеðàтуðà устàíàвлèвàется íà уðов-
íå 109°С. Пðè èмïóëьñíîм ïîдâîдå òåïëîâîãî
потоêà, êогдà в течеíèе 10 с подàется íàгðуз-
êà 300 Вò, à â ñëåдóющèå 10 ñ òåïëîâîé ïîòîê
íе подводèтся, вðемя выходà íà устàíовèвшèй-
ся ðежèм íе èзмеíяется, àмплèтудà êолебà íèй
tñò
í ñîñòàâëÿåò îêîëî 4°С, à мàêñèмàëьíîå зíà-
чеíèе темпеðàтуðы стеíêè пðè устàíовèвшем-
ñÿ ðåжèмå ðàâíî 66°С. Сëåдóåò îòмåòèòь, чòî
умеíьшеíèе теплоемêостè èсточíèêà выделеíèя
теплà пðè зàмеíе èмèтàтоðà ðеàльíым отðàжà-
телем пðèведет ê умеíьшеíèю вðемеíè выходà
íà устàíовèвшèйся ðежèм.
Пðè охлàждеíèè ТТ потоêом воздухà с тем-
пеðàтуðой tохл=60°С òåмïåðàòóðà ñòåíêè â зîíå
íàгðевà пðè èмпульсíом подводе теплового по-
òîêà ñîñòàâëÿåò 66+38=104°С (â дåéñòâèòåëьíî-
ñòè жå òåмïåðàòóðà âîзðàñòåò íå íà 38°С (60–22),
à íесêольêо меíьше, т. ê. с увелèчеíèем темпе-
ðàтуðíого уðовíя пðоцессы теплообмеíà в ТТ
èíтеíсèфèцèðуются). Тàêèм обðàзом, условèе
tñò
í ≤120°С âыïîëíÿåòñÿ дàжå ïðè ñàмыõ íåбëà-
гопðèятíых условèях охлàждеíèя.
Заключение
Исследовàíèя поêàзàлè целесообðàзíость
èспользовàíèя сèстем охлàждеíèя, фуíêцèо-
íèðующèх по èспàðèтельíо-êоíдеíсàцèоííому
пðèíцèпу, для обеспечеíèя теплового ðежèмà
твеðдотельíых оптèчесêèх êвàíтовых геíеðà-
тоðов. Цèлèíдðèчесêàя тепловàя тðубà êоàê-
сèàльíого тèпà, ðàзðàботàííàя для охлàжде-
íèя отðàжàтеля лàзеðà, пðè отводе теплà вы-
íуждеííой êоíвеêцèей воздухà с темпеðàту-
ðîé 60°С â èмïóëьñíîм ðåжèмå ïîдâîдà òåïëî-
âîãî ïîòîêà 300 Вò îбåñïåчèâàåò òåмïåðàòóðó
òåïëîîòдàющåé ïîâåðõíîñòè íå бîëåå 120°С
пðè любой оðèеíтàцèè в поле сèл гðàвèтàцèè.
Теðмèчесêое сопðотèвлеíèе ðàзðàботàííой ТТ
ñîñòàâëÿåò 0,03 Ê/Вò, óдåëьíîå òåðмèчåñêîå
ñîïðîòèâëåíèå — 1,1∙10–3 м2∙Ê/Вò.
ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ ИСТОЧНИКИ
1. Пîдãàåцêèé В. М., Вîëыíêèí В. М., Êîмëåâ И. В.,
Резíèчеíêо А. В. Жèдêостíые теплоíосèтелè для лàзеðов
// Пðèêëàдíàÿ фèзèêà.— 2003.— ¹ 1.— С. 123—142.
2. Пàò. 2097887 Рîññèè. Óñòðîéñòâî îõëàждåíèÿ ëàзåðà
/ В.В.Хîмчåíêî, Г. Н. Êîòàåâ.— 27.11.1997.
3. Пàò. 2498467 Рîññèè. Оïòèчåñêàÿ óñèëèòåëьíàÿ ãî-
ëîâêà ñ дèîдíîé íàêàчêîé / Ю. Ä. Аðàïîâ, А. А. Абышåâ,
Н. В. Êîðåïàíîâ è дð.— 10.11.2013.
4. Pat. 6747789 USA. Laser amplifying system / Martin
Voss Huonker, Christian Schmitz.— 08.06.2004.
5. Êèñåëь В., Гóëåâèч А., Êîíдðàòюê Н. Иòòåðбèåâыå
òâåðдîòåëьíыå ëàзåðíыå ñèñòåмы // Фîòîíèêà.— 2011.—
Вып. 2.— С. 20—24.
6. Pat. 4199735 USA. Optical compensation for thermal
lensing in conductively cooled laser rod / Curt H. Chadwick,
Edward D. Reed.— 03.07.1978.
7. Pat. 4354272 USA. Solid crystal laser emission device
with an improved external cooling circuit / Haus-Peter
Schwob, Peter Soppelsa.— 14.07.1980.
8. Pat. 4429394 USA. Conduction cooled solid state laser
/ Steve Guch, Jr.— 09.11.1981.
9. Пàò. 2197043 Рîññèè. Имïóëьñíî-ïåðèîдèчåñêèé ëà-
зåð / О. Б. Сòîðîжóê, В. А. Бåðåíбåðã, А. Ê. Фåëьê è
дð.— 20.01.2003.
10. Пàò. 2202847 Рîññèè. Имïóëьñíî-ïåðèîдèчåñêèé ëà-
зåð / О. Б. Сòîðîжóê, О. В. Сèзîâ.— 20.04.2003.
11. Нèщèê А. П., Сàâèíà В. Н., Мîõëàé Н. В. Сèñòåмы
îõëàждåíèÿ îïòèчåñêèõ êâàíòîâыõ ãåíåðàòîðîâ / Äåï.
ÓêðНÄІНÒІ 569-Óê87.— Êèåâ, ÓêðНÄІНÒІ.— 1987.
12.Óлèтеíêо А. И. Пðèíцèпы постðоеíèя высоêоэф-
фåêòèâíыõ ñèñòåм îõëàждåíèÿ ýëåêòðîííыõ ïðèбîðîâ /
Рèс. 4. Пусêовые хàðàêтеðèстèêè цèлèíдðèчесêой êо-
àêсèàльíой тепловой тðубы (Q=300 Вò) ïðè íåïðå-
ðывíом (1) è èмпульсíом (2) подводе теплà
tñò
í , °С
100
80
60
40
20
0 2 4 6 8 10 12 14 τ, мèí
1
2
Òåõíîëîãèÿ è êîíñòðóèðîâàíèå â ýëåêòðîííîé àïïàðàòóðå, 2014, ¹ 2–3
41
ÎÁÅÑÏÅЧÅÍÈÅ ÒÅÏËÎÂÛÕ ÐÅÆÈÌÎÂ
A. N. GERSHUNI, A. P. NISHCHIK
Ukraine, NTUU “Kiev Polytechnic Institute”
E-mail: politekhins@gmail.com
COAXIAL HEAT PIPE FOR COOLING OF A LASER’S REFLECTOR
Th� ����r �r����t� th� d���l�����t ��d r����r�h r���lt� ��r � ������l h��t ���� d������d ��r ���l��� �� � r�-h� ����r �r����t� th� d���l�����t ��d r����r�h r���lt� ��r � ������l h��t ���� d������d ��r ���l��� �� � r�-
�l��t�r �� � ��l�d-�t�t� l���r. A ������l �yl��dr���l h��t ����, d������d t� ���l th� l���r r��l��t�r, �r���d�� th�t
the temperature of the heat-removing surface does not exceed 120°C at any orientation in the gravitational
field, if the heat is removed by forced convection of air with the temperature of 60°C in a pulsed mode of heat
�l�w ����ly �� 300 W. Th�r��l r����t���� �� th� d���l���d h��t ���� �� 0,03 K/W, th� �������� th�r��l r����-
tance — 1,1•10–3 �2•К/W. The developed cooling system based on the evaporation-condensation principle,
�ll�w� ����r��� t����r�t�r� �����r��ty �� th� ���l��� ��r���� �t l�w th�r��l r����t����.
K�yw�rd�: r��l��t�r l���r, ���l��� �y�t��, ������l h��t ����.
О. Н. ГЕРШУНІ, О. П. НІЩИК
Óêðàїíà, НТÓÓ «Кèївсьêèй політехíічíèй іíстèтут»
E-mail: politekhins@gmail.com
КОАКСІАЛЬНА ТЕПЛОВА ТРÓБА ДЛЯ ОХОЛОДЖЕННЯ ВІДБИВАЧА
ЛАЗЕРА
Наведеíо резульòаòи розробки òа досліджеííя коаксіальíої òеплової òруби для охолоджеííя відбивача
òвердоòільíого лазера. Сисòема охолоджеííя, яка фуíкціоíує за випаровувальíо-коíдеíсаційíим приí-
ципом, дозволяє забезпечиòи рівíомірíісòь òемпераòури охолоджуваíої поверхíі при íизькому òерміч-
íому опорі.
Ключові слова: відбивач лазера, сисòема охолоджеííя, коаксіальíа òеплова òруба.
REFERENCES
1. Podgaetskii V.M., Volynkin V.M., Komlev I.V.,
Reznichenko A.V. [Liquid coolants for lasers]. Pr�kl�d��y�
��z�k�, 2003, no 1, pp. 123-142 (in Russian)
2. Khomchenko V.V., Kotaev G.N. U�tr���t��
�khl�zhd���y� l�z�r� [Laser cooling device]. Patent 2097887
RF, Nov 27, 1997.
3. Arapov Yu.D., Abyshev A.A., Korepanov N.V. et al.
O�t��h��k�y� ���l�t�l'��y� ��l��k� � d��d��� ��k��hk��
[Amplifying optical head with a diode-pumping]. Patent
2498467 RF, Nov 10, 2013.
4. Martin Voss Huonker, Christian Schmitz. L���r
���l��y��� �y�t��. Patent 6747789 USA, Jun 08, 2004.
5. Kisel V., Gulevitch A., Kondratuk N. [Solid state
ytterbium laser systems]. F�t���k�, 2011, iss. 2, pp. 20-24
(in Russian)
6. Curt H. Chadwick, Edward D. Reed. O�t���l
��������t��� ��r th�r��l l������ �� ���d��t���ly ���l�d l���r
r�d. Patent 4199735 USA Jul 03, 1978.
7. Haus-Peter Schwob, Peter Soppelsa. S�l�d �ry�t�l l���r
�������� d����� w�th �� ���r���d ��t�r��l ���l��� ��r���t.
Patent 4354272 USA, Jul 14, 1980.
8. Steve Guch Jr. C��d��t��� ���l�d ��l�d �t�t� l���r.
Patent 4429394 USA, Nov 09, 1981.
9. Storozhuk O.B., Berenberg V.A., Fel'k A.K. et al.
I���l'���-��r��d��h��k�� l�z�r [Repetitively pulsed laser].
Patent 2197043 RF, Jan 20, 2003.
10. Storozhuk O.B., Sizov O.V. I���l'���-��r��d��h��k��
l�z�r [Repetitively pulsed laser] Patent 2202847 RF, Apr
20, 2003.
11. Nishchik A.P., Savina V.N., Mokhlai N.V. [Cooling
system of lasers]. D��. UkrNDINTI 569-Uk87, Kiev,
UkrNDINTI, 1987 (in Russian)
12. Ulitenko A.I.Pr��t���y ���tr����y� �y��k�����kt���ykh
���t�� �khl�zhd���y� �l�ktr���ykh �r�b�r�� D���. d�kt. t�kh�.
���k [Construction principles of high-performance cooling
systems of electronic devices. Dr. tech. sci. diss.]. Ryazan
State Radio Engineering University, 2009.
13. Kolpakov A. [Cooling of high power systems] S�l���y�
�l�ktr���k�, 2010, no 3, pp. 62- 66 (in Russian)
14. Roy M. Hoar. M�th�d� ��d ����r�t�� ��r r�������
h��t �r�� � l����� ��d��� �� � ��l�d-�t�t� l���r �����bly.
Patent 6768751 USA, Jul 27, 2004.
15. Semena M.G., Gershuni A.N. [Influence of parameters
of metal-fibrous capillary structure for maximum heat transfer
capacity of the heat pipes]. I�zh���r��-��z��h��k�� zh�r��l,
1982, vol. 43, no 4, pp. 604-609 (in Russian)
DOI: 10.15222/TKEA2014.2-3.37
UDC 621.3.032.42:621.378.8.038.825
Автоðеф. дèс. … доêт. техí. íàуê.— Рязàíсêèй госудàð-
ствеííый ðàдèотехíèчесêèй уíèвеðсèтет.— 2009.
13. Êîëïàêîâ А. Оõëàждåíèå â ñèñòåмàõ âыñîêîé
мîщíîñòè // Сèëîâàÿ ýëåêòðîíèêà.—2010.— ¹ 3.—
С. 62 — 66.
14. Pat. 6768751 USA. Methods and apparatus for
removing heat from a lasing medium of a solid-state laser
assembly / Roy M. Hoar.— 27.07.2004.
15. Сåмåíà М. Г., Гåðшóíè А. Н. Вëèÿíèå ïàðàмå-
тðов метàлловолоêíèстой êàпèлляðíой стðуêтуðы íà мàê-
сèмàльíую теплопеðедàющую способíость тепловых тðуб
// Иíжåíåðíî-фèзèчåñêèé жóðíàë.— 1982.— Ò. 43.—
№ 4.— С. 604—609.
Äаòа посòуплеíия рукописи
в редакцию 05.09 2013 г.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-70554 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2225-5818 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-02T10:03:13Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Гершуни, А.Н. Нищик, А.П. 2014-11-08T10:29:48Z 2014-11-08T10:29:48Z 2014 Коаксиальная тепловая труба для охлаждения отражателя лазера / А.Н. Гершуни, А.П. Нищик // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. — 2014. — № 2-3. — С. 37-41. — Бібліогр.: 15 назв. — рос. 2225-5818 DOI: 10.15222/TKEA2014.2-3.37 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70554 621.3.032.42:621.378.8.038.825 Описаны результаты разработки и исследования коаксиальной тепловой трубы для охлаждения отражателя твердотельного лазера. Показано, что система охлаждения, функционирующая по испарительно-конденсационному принципу, позволяет обеспечить равномерность температуры охлаждаемой поверхности при низком термическом сопротивлении 0,03 К/Вт. Наведено результати розробки та дослідження коаксіальної теплової труби для охолодження відбивача твердотільного лазера. Система охолодження, яка функціонує за випаровувально-конденсаційним принципом, дозволяє забезпечити рівномірність температури охолоджуваної поверхні при низькому термічному опорі. The paper presents the development and research results for coaxial heat designed for cooling reflector of a solid-state laser. A coaxial cylindrical heat pipe, designed to cool the laser reflector, provides that the temperature of the heat-removing surface does not exceed 120°C at any orientation in the gravitational field, if the heat is removed by forced convection of air with the temperature of 60°C in a pulsed mode of heat flow supply of 300 W. Thermal resistance of the developed heat pipe is 0,03 K/W, the specific thermal resistance — 1,1•10⁻³ m²•К/W. The developed cooling system based on the evaporation-condensation principle, allows ensuring temperature uniformity of the cooling surface at low thermal resistance. ru Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України Технология и конструирование в электронной аппаратуре Обеспечение тепловых режимов Коаксиальная тепловая труба для охлаждения отражателя лазера Коаксіальна теплова труба для охолодження відбивача лазера Coaxial heat pipe for cooling of a laser’s reflector Article published earlier |
| spellingShingle | Коаксиальная тепловая труба для охлаждения отражателя лазера Гершуни, А.Н. Нищик, А.П. Обеспечение тепловых режимов |
| title | Коаксиальная тепловая труба для охлаждения отражателя лазера |
| title_alt | Коаксіальна теплова труба для охолодження відбивача лазера Coaxial heat pipe for cooling of a laser’s reflector |
| title_full | Коаксиальная тепловая труба для охлаждения отражателя лазера |
| title_fullStr | Коаксиальная тепловая труба для охлаждения отражателя лазера |
| title_full_unstemmed | Коаксиальная тепловая труба для охлаждения отражателя лазера |
| title_short | Коаксиальная тепловая труба для охлаждения отражателя лазера |
| title_sort | коаксиальная тепловая труба для охлаждения отражателя лазера |
| topic | Обеспечение тепловых режимов |
| topic_facet | Обеспечение тепловых режимов |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/70554 |
| work_keys_str_mv | AT geršunian koaksialʹnaâteplovaâtrubadlâohlaždeniâotražatelâlazera AT niŝikap koaksialʹnaâteplovaâtrubadlâohlaždeniâotražatelâlazera AT geršunian koaksíalʹnateplovatrubadlâoholodžennâvídbivačalazera AT niŝikap koaksíalʹnateplovatrubadlâoholodžennâvídbivačalazera AT geršunian coaxialheatpipeforcoolingofalasersreflector AT niŝikap coaxialheatpipeforcoolingofalasersreflector |