СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ СМЕСИ ДЛЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ЛАЗЕРА

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ СМЕСИ ДЛЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ЛАЗЕРА


RU (11) 2057387 (13) C1

(51) 6 H01S3/22 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5027914/25 
(22) Дата подачи заявки: 1992.02.19 
(45) Опубликовано: 1996.03.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. E.T. Gerry. Gasdynamic lasers, IEEE Spectrum, 1970, v. 7, N, 11, р.51-58. 2. Антропов Е.Т. и др. Газодинамический CO 2 лазер с высокотемпературным регенеративным теплообменным нагревателем рабочей смеси. М., 1979, препарат ИВТАН N 5, 39. 
(71) Заявитель(и): Карпухин Вячеслав Тимофеевич; Конев Юрий Борисович; Коява Горгий Александрович 
(72) Автор(ы): Карпухин Вячеслав Тимофеевич; Конев Юрий Борисович; Коява Горгий Александрович 
(73) Патентообладатель(и): Карпухин Вячеслав Тимофеевич; Конев Юрий Борисович; Коява Горгий Александрович 

(54) СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ СМЕСИ ДЛЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ЛАЗЕРА 

Использование: в квантовой электронике, в частности в способе приготовления рабочей смеси для газодинамического лазера. Сущность изобретения: для увеличения КПД и улучшения массогабаритных характеристик мощных технологических лазеров в способе предусмотрена подача жидкого азота в жидкостный компрессор, где его сжимают до заданного давления, а затем подают в теплообменник на испарение. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке и создании мощных технологических лазеров.

Известен лазер [1] в котором рабочая смесь образуется при сгорании газообразных горючего и окислителя. Его недостатки следующие:

состав продуктов сгорания далек от оптимального по КПД генерации;

для подачи компонентов в камеру сгорания они должны быть предварительно сжаты до высокого давления, на что расходуется много энергии.

В результате КПД лазера низок.

Известен лазер непрерывного действия [2] в котором газообразные компоненты рабочей смеси азот и углекислота сжимаются компрессором и подаются в баллоны высокого давления. Во время работы лазера компоненты поступают из баллонов, перемешиваются в заданном соотношении, к ним добавляется водяной пар из парогенератора, затем они нагреваются в теплообменнике и подаются на расширение в сверхзвуковые сопла. Состав компонентов рабочей смеси азот, углекислота, водяной пар. Вследствие того, что в известном лазере состав рабочей смеси может быть выбран близким к оптимальному по КПД генерации, его КПД выше. Однако, как и в лазере [1] на сжатие газообразной рабочей смеси расходуется много энергии.

Известный лазер работает в непрерывном или циклическом режиме. Для охлаждения его элементов (соплового аппарата, оптического резонатора и сверхзвукового диффузора СРД блока) расходуется много воды (несколько десятков кг/с при расходе рабочей смеси 10 кг/с). Из экономических и экологических требований система охлаждения такого лазера должна быть замкнутой, для отвода большого количества тепла от охлаждающей воды (20-30% теплосодержания рабочей смеси) требуется крупногабаритный теплообменник.

Важно подчеркнуть, что недостатки известного лазера являются очень существенными. Например, при расходе рабочей смеси 10 кг/с, нагретой до температуры 1600-1800 К и сжатой до давления 40 атм, мощность компрессора составит 7-10 МВт, а теплообменник в системе охлаждения должен обеспечить отвод тепловой мощности 4-6 МВт.

Способ приготовления рабочей смеси в лазере [2] наиболее близок к заявляемой и принят за прототип.

В предлагаемом изобретении устраняются указанные недостатки.

Сущность изобретения заключается в том, что азот используют в жидком виде, что позволяет существенно снизить расходуемую мощность: при одинаковом расходе и степени сжатия мощность, расходуемая на привод жидкостного компрессора, в 20-50 раз меньше, чем расходуемая на привод газового компрессора. Испарение жидкого азота производится за счет тепла, отводимого из системы охлаждения СРД блока, а также тепла отработавшего рабочего тела. Таким образом КПД лазера будет больше, а габаритные размеры меньше, чем у прототипа.

Для достижения указанного технического эффекта в способе приготовления рабочей смеси для газодинамического лазера, включающем подачу азота в компрессор, смешение его с двуокисью углерода и водяным паром, подогрев его в циклически переключаемых теплообменниках, подачу жидкого азота осуществляют в жидкостный компрессор, сжимают его до заданного давления, а затем подают в теплообменник на испарение.

На чертеже представлена структурная схема газодинамического лазера непрерывного действия, в котором может быть использован способ приготовления рабочей смеси в соответствии с изобретением. Лазер работает следующим образом.

Жидкий азот из танка 1 сжимается жидкостным компрессором 2 до заданного давления, проходит по трубопроводам через теплообменники 3 и 4 и испаряется. Образовавшийся газообразный азот высокого давления смешивается в заданном соотношении с СО2 и Н2О. Далее рабочая смесь поступает в теплообменник 5, где происходит ее предварительный подогрев, затем в теплообменнике 6 она догревается до заданной температуры. Нагретая рабочая смесь проходит через СРД блок 7, где ее внутренняя энергия частично преобразуется в излучение, затем отдает свое тепло теплообменнику 3 и через трубу 8 выбрасывается в атмосферу. В это время работает камера сгорания 9, нагревая своими продуктами теплообменник 3 и 10. После того, как аккумулированное теплообменниками 5 и 6 тепло израсходуется на нагрев рабочей смеси, происходит переключение вентилей 11 и 12 таким образом, что теплообменник 3 переходит в режим предварительного подогрева рабочей смеси, теплообменник 10 в режим догрева рабочей смеси до заданной температуры, теплообменник 6 в режим аккумуляции тепла от камеры сгорания 13, теплообменник 5 в режим отбора тепла от израсходованной рабочей смеси и продуктов камеры 13 сгорания. Жидкий азот в это время испаряется в теплообменниках 5 и 4. В теплообменнике 4 испарение жидкого азота происходит за счет тепла воды в контуре охлаждения СРД блока.

Температура жидкого азота значительно ниже, чем температура окружающей среды, а его удельная теплота испарения довольно велика. Поэтому теплообмен в теплообменнике 4 происходит значительно интенсивнее, чем, например, в радиаторном теплообменнике. Это позволяет существенно уменьшить его габариты.

Таким образом КПД лазера, в котором реализуется предлагаемый способ приготовления рабочей смеси, будет больше, а габаритные размеры меньше, чем у прототипа. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАБОЧЕЙ СМЕСИ ДЛЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО ЛАЗЕРА, включающий подачу азота в компрессор, смешение его с двуокисью углерода и водяным паром, подогрев в циклически переключаемых теплообменниках, отличающийся тем, что подачу азота производят в жидкостный компрессор в жидком виде, сжимают его до заданного давления, а затем подают на испарение в теплообменники.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к лазерным квантовым генераторам, а именно лазеры и лазерное оборудование:

- твердотельные полупроводниковые лазеры

- газовые лазеры

- химические лазеры

- практическое применение в промышленности, науке и в быту газовых, твердотельных и химических лазеров.


Лазеры. Лазерное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+газовый -лазер".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "лазер" будут найдены слова "лазеры", "лазерный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("лазер!").



Рейтинг@Mail.ru