熱管相變工質(zhì)的充裝裝置及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航天用槽道型相變熱管領(lǐng)域，涉及以相變工質(zhì)為傳熱介質(zhì)的熱管，具體地，涉及熱管相變工質(zhì)的充裝裝置及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]熱管是一種高效強(qiáng)化傳熱的方法和技術(shù)，采用工質(zhì)在蒸發(fā)和冷凝過(guò)程中所吸收和釋放的大量潛熱，以及工質(zhì)相變后的快速流動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)小溫差、大熱量的傳熱。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行穩(wěn)定、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)需外部能量驅(qū)動(dòng)，被廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)緊湊、散熱量大的場(chǎng)合，近年來(lái)成為計(jì)算機(jī)通信領(lǐng)域、航天器熱控領(lǐng)域的主要散熱方法之一。
[0003]根據(jù)熱管使用的場(chǎng)合對(duì)溫度要求的不同，熱管中所充裝的工質(zhì)的相變溫度也不同。熱管完成熱源熱量向冷源的快速傳遞，熱管冷端處于冷源中，在冷源溫度下冷凝釋放出大量的熱量，冷凝后的液態(tài)工質(zhì)通過(guò)熱管微通道毛細(xì)虹吸作用，向熱管熱源端流動(dòng);熱管熱端處于熱源中，在熱源所處的溫度下蒸發(fā)吸收大量的熱量，蒸發(fā)后的氣態(tài)制冷劑從氣體通道中流回冷端，如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)工質(zhì)相變溫度范圍的小溫差傳熱。因此，熱管的使用溫度取決于其充裝的工質(zhì)的相變溫度。對(duì)于工作于高溫環(huán)境的下的熱管，需采用沸點(diǎn)較高的工質(zhì)。
[0004]石蠟為熱管中常用的一種工質(zhì)，其中熔點(diǎn)最高的為十八烷，28°C，而十四烷的熔點(diǎn)僅有6°C，充裝過(guò)程與熱管運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生相變，對(duì)于采用此類(lèi)工質(zhì)的熱管充裝過(guò)程因?yàn)橄嘧冊(cè)斐闪嗽S多問(wèn)題。此類(lèi)工質(zhì)在_10°C到45°C的環(huán)境溫度下會(huì)出現(xiàn)固態(tài)，或者是在稍高溫度為液態(tài)，遇到冷管道時(shí)會(huì)發(fā)生凝固，而熱管的充裝要求工質(zhì)處于流動(dòng)狀態(tài)?，F(xiàn)有僅加熱工質(zhì)源的充裝方法在充裝過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)工質(zhì)在冷管路中凝固堵塞管道的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響充裝的速率，熱管充裝量無(wú)法得到保證，經(jīng)常出現(xiàn)多充或少充的現(xiàn)象。為了保證熱管在高溫工況下使用不會(huì)出現(xiàn)脹裂等問(wèn)題，現(xiàn)有熱管充裝過(guò)程在工質(zhì)充裝完成后，需將熱管進(jìn)行4小時(shí)以上的90°C高溫烘烤，而充裝過(guò)程如果工質(zhì)出現(xiàn)多充現(xiàn)象，在此高溫烘烤時(shí)熱管內(nèi)部壓力會(huì)升得較高，出現(xiàn)脹裂等問(wèn)題，熱管質(zhì)量無(wú)法得到保證。熱管充裝時(shí)是用工質(zhì)將熱管內(nèi)部的空氣擠出，此過(guò)程無(wú)法保證空氣中的水分等雜質(zhì)被排出，而這些殘留在熱管內(nèi)部的雜質(zhì)將影響到熱管傳熱的性能，甚至對(duì)熱管造成腐蝕等損壞。隨著此類(lèi)高溫相變熱管的廣泛使用，熱管充裝所存在的這些問(wèn)題嚴(yán)重影響了熱管的制造成本和速度，質(zhì)量也難以達(dá)到要求。
[0005]針對(duì)相變熱管的這些技術(shù)難點(diǎn)，公開(kāi)號(hào)為CN103075904A的專(zhuān)利文獻(xiàn)提出采用提高相變材料充裝時(shí)的溫度來(lái)保證其為液態(tài)狀態(tài)，提高相變材料的充裝速度，可以更精確控制相變材料的充裝量。但熱管中殘留的雜質(zhì)問(wèn)題尚未得到解決，工質(zhì)在充裝過(guò)程中流動(dòng)需靠提高工質(zhì)源的壓力來(lái)保證流動(dòng)壓差。
[0006]針對(duì)熱管相變工質(zhì)充裝過(guò)程中尚未得到解決的問(wèn)題，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種針對(duì)在-10°C到45°C的環(huán)境溫度下會(huì)出現(xiàn)固態(tài)，需加熱到一定溫度以上才會(huì)熔化的工質(zhì)的充裝裝置，能有效提高熱管充裝的速率，保證熱管充裝量與熱管的可靠性，降低熱管充裝制造的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種熱管相變工質(zhì)的充裝裝置及充裝方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明提供的一種熱管相變工質(zhì)的充裝裝置，包括:工質(zhì)源模塊、工質(zhì)流動(dòng)管路、控制閥組模塊、溫度控制模塊、加熱模塊、抽真空模塊、工質(zhì)回收模塊；
[0009]工質(zhì)源模塊包括:工質(zhì)容器、相變工質(zhì)、工質(zhì)出口；相變工質(zhì)位于工質(zhì)容器內(nèi)，工質(zhì)容器的出口構(gòu)成工質(zhì)出口，工質(zhì)源模塊通過(guò)工質(zhì)出口與工質(zhì)流動(dòng)管路連接；
[0010]工質(zhì)流動(dòng)管路包括:從工質(zhì)源模塊延伸出用于連接到熱管接口的管道、從抽真空模塊延伸出用于連接到熱管接口的管道、從工質(zhì)回收模塊延伸出用于連接到熱管接口的管道；
[0011]控制閥組模塊包括:均安裝于工質(zhì)流動(dòng)管路的管道上的工質(zhì)源模塊出口處的閥門(mén)、抽真空模塊進(jìn)口處的閥門(mén)、工質(zhì)回收模塊進(jìn)口處的閥門(mén)、熱管接口處的閥門(mén)；控制閥組模塊通過(guò)閥門(mén)控制用于相變工質(zhì)充裝過(guò)程的切換；
[0012]溫度控制模塊控制各加熱模塊對(duì)工質(zhì)源模塊、工質(zhì)流動(dòng)管路、熱管進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)；
[0013]加熱模塊包括:加熱工質(zhì)源模塊的工質(zhì)源加熱器、加熱熱管的熱管加熱平臺(tái)、加熱工質(zhì)流動(dòng)管路的加熱器；
[0014]抽真空模塊對(duì)熱管及加熱工質(zhì)流動(dòng)管路進(jìn)行抽真空；
[0015]工質(zhì)回收模塊對(duì)熱管充裝后工質(zhì)流動(dòng)管路中殘留的相變工質(zhì)進(jìn)行回收。
[0016]根據(jù)本發(fā)明提供的一種上述的熱管相變工質(zhì)的充裝裝置的使用方法，包括如下步驟:
[0017]第一步:完成熱管與熱管接口處的閥門(mén)的連接，完成抽真空模塊(6)與抽真空模塊進(jìn)口處的閥門(mén)的連接；
[0018]第二步:關(guān)閉工質(zhì)源模塊出口處的閥門(mén)，打開(kāi)抽真空模塊進(jìn)口處的閥門(mén)、工質(zhì)回收模塊進(jìn)口處的閥門(mén)、熱管接口處的閥門(mén)；
[0019]第三步:打開(kāi)抽真空模塊抽真空至極限真空度后，關(guān)閉抽真空模塊進(jìn)口處的閥門(mén)；打開(kāi)工質(zhì)源加熱器、熱管加熱平臺(tái)、加熱器，分別將工質(zhì)源模塊、熱管、工質(zhì)流動(dòng)管路加熱至設(shè)定的溫度，所述設(shè)定的溫度使得相變工質(zhì)在充注過(guò)程中一直處于液態(tài)；
[0020]第四步:充裝熱管，具體為:打開(kāi)工質(zhì)源模塊出口處的閥門(mén)，使從工質(zhì)源模塊延伸出用于連接到熱管接口的管道內(nèi)充滿(mǎn)相變工質(zhì)，然后打開(kāi)熱管接口處的閥門(mén)充裝熱管，待相變工質(zhì)充裝完成后關(guān)閉熱管接口處的閥門(mén)；熱管充裝完成后，取下熱管；
[0021]第五步:回收相變工質(zhì)，具體為:關(guān)閉工質(zhì)源模塊出口處的閥門(mén)，打開(kāi)工質(zhì)回收模塊進(jìn)口處的閥門(mén)，依靠工質(zhì)回收模塊內(nèi)部真空將工質(zhì)流動(dòng)管路中的相變工質(zhì)吸走回收。
[0022]優(yōu)選地，還包括如下步驟:
[0023]第六步:關(guān)閉工質(zhì)源加熱器、熱管加熱平臺(tái)、加熱器。
[0024]優(yōu)選地，所述熱管為航天用槽道相變熱管，所采用的相變工質(zhì)凝固點(diǎn)在在-10°C到45°C的范圍內(nèi)。
[0025]優(yōu)選地，相變工質(zhì)充裝過(guò)程的加熱溫度為熱管高溫檢測(cè)所達(dá)到的溫度，保證充裝過(guò)程熱管中有足夠的膨脹量。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0027]1)本發(fā)明采用全充裝過(guò)程加熱的方式保證相變工質(zhì)在充裝過(guò)程中一直處于流動(dòng)狀態(tài)，解決了工質(zhì)遇冷凝固堵塞管路的技術(shù)難點(diǎn)，提高了充裝的速度，保證了充裝量；
[0028]2)熱管在充裝時(shí)已被加熱到熱管所設(shè)計(jì)的高溫，解決了熱管在充裝后因?yàn)樯郎責(zé)崦浝淇s而造成的脹裂損壞等問(wèn)題，提高了熱管質(zhì)量與可靠性；
[0029]3)充裝過(guò)程先對(duì)管路和熱管進(jìn)行抽真空處理，處于真空狀態(tài)的熱管可將相變工質(zhì)快速吸入熱管槽道內(nèi)，提高了充裝速度；
[0030]4)抽真空處理將熱管中的空氣等雜質(zhì)抽出，解決了殘留雜質(zhì)對(duì)熱管的腐蝕問(wèn)題，有效提高了熱管的可靠性。
【附圖說(shuō)明】
[0031]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0032]圖1為熱管相變工質(zhì)充裝裝置原理圖；
[0033]圖2為熱管相變工質(zhì)充裝裝置的正視圖；
[0034]圖3為熱管充裝過(guò)程邏輯圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變化和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0036]本發(fā)明提供一種熱管抽真空、工質(zhì)充裝全過(guò)程加熱的充裝裝置，通過(guò)充裝全過(guò)程的加熱保證工質(zhì)在流動(dòng)過(guò)程中始終處于流動(dòng)狀態(tài)，避免工質(zhì)的相變與熱脹冷縮造成熱管使用過(guò)程中的損壞;采用抽真空的方法將管路與熱管中的空氣抽出，以真空將工質(zhì)吸進(jìn)熱管，提高了工質(zhì)的充裝流動(dòng)速度，減少熱管中殘留的雜質(zhì)。本發(fā)明采用全充裝過(guò)程加熱的方法保證工質(zhì)處于自由流動(dòng)態(tài)
[0037]根據(jù)本發(fā)明提供的一種熱管相變工質(zhì)的充裝裝置，包括:工質(zhì)源模塊1、工質(zhì)流動(dòng)管路、控制閥組模塊、溫度控制模塊4、加熱模塊、抽真空模塊6、工質(zhì)回收模塊7;
[0038]工質(zhì)源模塊1包括:工質(zhì)容器101、相變工質(zhì)102、工質(zhì)出口 103;相變工質(zhì)102位于工質(zhì)容器101內(nèi)，工質(zhì)容器101的出口構(gòu)成工質(zhì)出口 103，工質(zhì)源模塊1通過(guò)工質(zhì)出口 103與工質(zhì)流動(dòng)管路連接；
[0039]工質(zhì)流動(dòng)管路包括:從工質(zhì)源模塊1延伸出用于連接到熱管接口的管道、從抽真空模塊6延伸出用于連接到熱管接口的管道、從工質(zhì)回收模塊7延伸出用于連接到熱管接口的管道；
[0040]控制閥組模塊包括:均安裝于工質(zhì)流動(dòng)管路的管道上的工質(zhì)源模塊出口處的閥門(mén)301、抽真空模塊進(jìn)口處的閥門(mén)302、工質(zhì)回收模塊進(jìn)口處的閥門(mén)303、熱管接口處的閥門(mén)304;控制閥組模塊通過(guò)閥門(mén)控制用于相變工質(zhì)充裝過(guò)程的切換；
[0041 ]溫度控制模塊4控制各加熱模塊對(duì)工質(zhì)源模塊1、工質(zhì)流動(dòng)管路、熱管進(jìn)行溫度調(diào)-κ-
τ ；
[0042]加