عملکرد لیزرهای قدرتمند بستگی به خنک کننده موثر دارد. انتخاب چیلر مناسب نیاز به درک نیازهای خنک کننده شما و گزینه های موجود دارد.
در طول 20 سال گذشته، تکامل فنی لیزرها منجر به قدرت نوری بیشتر از یک بسته کوچکتر شده است. این امر چالش های خنک کننده ای را برای مهندسین طراحی لیزر ایجاد کرده است. طول موج و توان خروجی به تغییرات دما حساس هستند، بنابراین کنترل دقیق دما اغلب ضروری است. حتی در کاربردهایی که نیازی به کنترل دقیق دما ندارند، بیشتر لیزرها هنوز نیاز به خنک شدن دارند.
برای لیزرهای کم مصرف که نیاز به کنترل دما دارند، خنک کننده هوا برای حذف گرمای تلف شده کافی است. جریان ثابت آب خنک شده در محیط به یک صفحه سرد، یا مستقیماً به سر لیزر، معمولاً برای لیزری با توان متوسط کافی است (به «آب شیر در مقابل یک سیستم حلقه بسته» مراجعه کنید). اما برای لیزرهای پرقدرت، چیلر چرخشی کارآمدترین روش خنک کننده است. چیلر مایع خنک کننده را در دما، سرعت جریان و کیفیت ثابت ارائه می کند. چیلرهای چرخشی مانند یک تهویه مطبوع از تبرید فعال برای کاربردهایی که نیاز به دمای کمتر از محیط یا کنترل دقیق دما دارند استفاده می کنند (شکل را ببینید). چیلرهای استاندارد توانایی خنک کنندگی از 600 وات تا بیش از چندین کیلووات را دارند و با بسیاری از ویژگی های اختیاری ارائه می شوند.
سازندگان لیزر ممکن است تجهیزات خنک کننده را با ابزار خود تهیه کنند، سازنده چیلر را توصیه کنند یا مشخصات خنک کننده را ارائه دهند و به کاربر اجازه دهند چیلر را انتخاب کند. قیمت نصب چیلر چرخشی نشان دهنده کسر بسیار کمی از کل هزینه خرید و نصب لیزر است. چیلر باید اندازه مناسبی داشته باشد، اما باید به اندازه کافی مجهز، قابل اعتماد و به موقع تحویل داده شود. چیلری که این معیارها را برآورده نمی‌کند می‌تواند برای عملکرد لیزر فاجعه‌آمیز باشد. اولین گام، تعریف الزامات اولیه چیلر مانند ظرفیت، مایع خنک کننده و سرعت جریان است. دوم، برای تعیین گزینه های مورد نیاز. و سوم، بررسی سایر ملاحظات مانند گارانتی و گواهینامه ISO 9001. اطلاعات زیر حاوی دستورالعمل هایی برای کمک به انتخاب چیلر مناسب برای رفع نیازهای برنامه های خاص است.
مشخص کردن چیلر پایه
تعیین نیازهای خنک کننده لیزر اولین گام در انتخاب بهترین چیلر است. فروشنده لیزر باید این اطلاعات را در صورتی که در دفترچه راهنمای عملیات تجهیزات موجود نیست ارائه دهد. چندین موضوع باید در نظر گرفته شود، از جمله ظرفیت خنک کنندگی لیزر مورد نیاز. ظرفیت خنک کننده اندازه چیلر را تعیین می کند. مقدار گرمای هدر رفته ای که باید از لیزر یا تجهیزات دیگر حذف شود، بار حرارتی نامیده می شود. معمولاً بر حسب واحد وات یا BTU/hr بیان می‌شود، بار گرمایی حداقل ظرفیتی است که در چیلر چرخشی برای خنک کردن لیزر باید جستجو کرد.
هر چیلر دارای یک منحنی عملکرد مشخص است. ظرفیت اسمی چیلر معمولاً در دمای خروجی خنک کننده 20 درجه سانتی گراد و دمای هوای محیط 20 درجه سانتی گراد داده می شود. برای مثال، یک چیلر با توان 425 وات با دمای خروجی مایع خنک کننده 10 درجه سانتی گراد، ممکن است در 600 وات با دمای خروجی 20 درجه سانتی گراد کار کند. دمای محیط به میزان قابل توجهی بالاتر از 20 درجه سانتیگراد نیز ظرفیت خنک کنندگی چیلر را کاهش می دهد.
نکته دیگر نوع خنک کننده مورد نیاز لیزر است. اکثر چیلرهای مدل استاندارد می توانند آب مقطر معمولی یا شیر را به عنوان خنک کننده کنترل کنند. مواد افزودنی شامل جلبک کش برای جلوگیری از رشد جلبک و/یا اتیلن گلیکول برای جلوگیری از خوردگی و کاهش نقطه انجماد مایع است. برخی از لیزرها به آب دیونیزه (DI) نیاز دارند که می تواند نسبت به بسیاری از مواد بسیار تهاجمی باشد. در این صورت، چیلر باید فقط مواد سازگار با DI در تماس با مایع خنک کننده داشته باشد و برای حفظ سطح مقاومت مورد نیاز، باید به یک کارتریج دییونیزاسیون مجهز شود.
پمپ مناسب برای یک چیلر به سرعت جریان مایع خنک کننده و فشار مورد نیاز برای خنک کردن لیزر بستگی دارد. فروشندگان لیزر معمولاً نرخ جریان را بر حسب لیتر (یا گالن) در دقیقه و فشار تحویل را بر حسب میله یا پوند در هر اینچ مربع مشخص می کنند، مانند 1 لیتر در دقیقه در 1.5 بار. اکثر سازندگان چیلر گزینه های پمپ مختلفی را ارائه می دهند. یک پمپ جابجایی مثبت بدون توجه به افت فشار سیستم، دبی یکسانی را تولید می کند. پمپ گریز از مرکز به فشار وابسته است و در فشارهای پایین تر، دبی بالاتری تولید می کند. و پمپ توربین مشابه پمپ گریز از مرکز است اما برای کاربردهایی با افت فشار زیاد ایده آل است. برخی از پمپ ها نسبت به سایرین عمر طولانی تری دارند. فروشندگان چیلر می توانند در انتخاب پمپ مناسب برای کاربرد کمک کنند. اگر فشار یا دبی پمپ های موجود به اندازه کافی کم نباشد، فروشنده چیلر باید یک حلقه بای پس جریان اختیاری ارائه دهد. حلقه بای پس که به موازات لیزر لوله می شود، اجازه می دهد تا جریان غیر ضروری لیزر را دور بزند.
برخی از لیزرها دمای مایع خنک کننده و پایداری دما را مشخص می کنند. فروشنده چیلر، پایداری دمای مایع خنک کننده را هنگام خروج از چیلر فراهم می کند. برای چیلرهای کوچکتر، کنترل دمای استاندارد 0.1± درجه سانتیگراد است، در حالی که در چیلرهای بزرگتر معمولاً 0.5± درجه سانتیگراد است.
ویژگی های اختیاری
بسیاری از ویژگی های ایمنی، کنترل و راحتی باید برای اطمینان از بهترین عملکرد لیزر در نظر گرفته شود. اکثر چیلرها ویژگیهای حفاظتی اختیاری را برای محافظت از لیزرها ارائه می‌کنند و تضمین می‌کنند که جریان خنک‌کننده ثابت، قابل‌اعتماد را دریافت می‌کنند. از آنجایی که هزینه چنین ویژگی هایی در مقایسه با هزینه اولیه لیزر و تلفات ناشی از خرابی بسیار ناچیز است، استفاده از آنها در خرید چیلر منطقی است.
به عنوان مثال، ویژگی های ارتباطی، به چیلر اجازه می دهد تا به رایانه متصل شود. رابط‌هایی مانند RS-232 راه‌اندازی و خاموش کردن چیلر از راه دور را از طریق رایانه امکان‌پذیر می‌کنند. با این نوع رابط، امکان نظارت از راه دور و تغییر پارامترهایی مانند نقطه تنظیم دما، دمای واقعی خنک کننده، فشار مایع خنک کننده و شرایط خطا نیز وجود دارد. علاوه بر این، امکان ردیابی شرایطی مانند کاهش فشار مایع خنک‌کننده وجود دارد که از مشکلات احتمالی در عملکرد چیلر هشدار می‌دهد.
آلارم و خاموش شدن دمای بالا/پایین به جلوگیری از آسیب مایع خنک کننده که خیلی گرم یا خیلی سرد است کمک می کند. یک نمایشگر بصری، هشدار صوتی یا یک کامپیوتر (در صورت استفاده از رابط RS-232) خطا را نشان می دهد. آلارم‌های جریان کم و خاموش‌کننده هم از چیلر و هم لیزر در برابر مایع خنک‌کننده یخ زده محافظت می‌کنند. این ویژگی‌ها بسیار مهم هستند، زیرا اگر مایع خنک‌کننده یخ بزند، منبسط می‌شود و ممکن است باعث ترک خوردن اواپراتور (جزئی که مایع خنک‌کننده در آن می‌شود) شود و احتمالاً منجر به تعمیرات گسترده شود. این و دلایل دیگر، مانند پیچ خوردگی شیلنگ، می تواند باعث جریان کم شود که می تواند به لیزر آسیب برساند و عملکرد آن را مختل کند. آلارم‌های سطح پایین خنک‌کننده و خاموشی، از لیزر در برابر اتلاف مایع خنک‌کننده به دلیل تبخیر یا نشت محافظت می‌کنند.
فیلترهای خنک کننده از لیزر و پمپ در برابر ذرات مضر محافظت می کنند. فیلترهای هوا از تجمع گرد و غبار و کثیفی روی کندانسور جلوگیری می کنند (که می تواند باعث از بین رفتن ظرفیت خنک کننده شود). بای پس گاز داغ از سایش غیر ضروری کمپرسور جلوگیری می کند. برخلاف یخچال‌های خانگی که در آن کمپرسور خاموش و روشن می‌شود، جریان مبرد داغ برای دور زدن کندانسور منحرف می‌شود و مستقیماً به اواپراتور جریان می‌یابد.
کندانسورهای آب خنک امکان حذف گرما از اتاقی که چیلر را در خود جای داده است. اگر “آب تاسیسات” در دسترس باشد، می توان از یک چیلر آب خنک برای دفع گرما از کندانسور خود به جریان آب تاسیسات به جای هوای محیط استفاده کرد. با جستجوی چیلری که نقاط تنظیم درجه کسری مانند افزایش 0.1 درجه سانتی گراد را ارائه می دهد، می توان نقطه تنظیم دما را دقیق به دست آورد. از هیترها می توان برای حفظ دمای بالاتر از محیط و افزایش سریع دما استفاده کرد.
ملاحظات دیگر
ملاحظات ثانویه متعددی نیز در انتخاب چیلر نقش دارند، مانند سهولت استفاده. بسیاری از اپراتورها احتمالاً از چیلر در طول عمر آن استفاده خواهند کرد. چندین سوال خاص وجود دارد: آیا کنترل چیلر بصری است و برنامه ریزی آن آسان است؟ آیا نمادهای قابل درک برای عملکردهای مختلف چیلر نمایش داده می شود؟ آیا نمایشگر دیجیتال است؟ هم دما و هم فشار رو نشون میده؟ در مورد یک نشانگر سطح مایع خنک کننده که به راحتی قابل خواندن است؟
سطح سر و صدای واحد چیلر ممکن است نگران کننده باشد. افرادی که در نزدیکی چیلر قرار دارند از یک دستگاه بی صدا قدردانی خواهند کرد. اگر چیلر اغلب جابه‌جا می‌شود، برای جابه‌جایی راحت‌تر، چیلری با چرخ‌شکن انتخاب کنید. کاستورهای قفلی چیلر را در زمان کارکرد ثابت نگه می دارد.
قابل اعتماد بودن فروشنده یک نگرانی مهم است، همانطور که در همه خریدهای مصرف کننده وجود دارد. اکثر چیلرها دارای یک سال گارانتی و پشتیبانی فنی هستند، اما برخی از فروشندگان ممکن است گارانتی دو ساله ارائه دهند و پشتیبانی فنی شبانه روزی در دسترس باشد. اگر نصب شامل سایر اجزای انتقال حرارت، مانند صفحات سرد و مبدل های حرارتی است، دریابید که آیا فروشنده آنها را نیز تامین می کند یا خیر. به دنبال شرکت هایی با ثبت ISO 9000 و چیلرهایی با گواهینامه های صنعتی مانند UL، CE و CSA باشید.
کلید بدست آوردن بهترین ارزش چیلر، پرسیدن سوال است. با فروشنده لیزر در مورد نیازهای خنک کننده لیزر صحبت کنید و از فروشنده چیلر در مورد ویژگی ها و گزینه های محصول سوال کنید. اکثر تامین کنندگان مهندسانی دارند که می توانند در انتخاب چیلر مناسب برای کاربرد شما کمک کنند. یک چیلر باید نیازهای سرمایشی شما را برای سالیان طولانی برآورده کند، بنابراین از قبل فکر کنید و با در نظر گرفتن نیازهای آینده خرید کنید. اگرچه چیلر درصد کمی از کل هزینه یک سیستم لیزری را نشان می دهد، منطقی است که با دقت یک چیلر قابل اعتماد را برای پشتیبانی از خدمات روان در سال های آینده انتخاب کنید.