专利名称：一种中低温区环路热管的工质充装装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种热管工质充装装置及方法，具体涉及一种工作温区在100-200K 之间的环路热管的工质充装装置及方法。
背景技术：
常见的环路热管充装工质的方法有2种常温充装和低温充装。常温充装适用于常温环路热管和常温下工质饱和压力比较高的低温环路热管。而低温充装主要用于低温环路热管，它是通过一边冷却已经进入管体内的工质气体、一边再充入新的工质气体，直到充入的工质量达到我们预先计算的要求，低温充装往往需要多次反复地往热管内充入工质。一般工作在100-200K温区内的工质，其常温下的饱和蒸汽压都比较低，如300K 时，丙烯饱和蒸汽压为1.2118MPa.乙烷饱和蒸汽压为4. 3565MPa.在这种情况下，采用常温充装，往往充入的工质气体量达不到我们设计的要求。而采用低温充装则需要时刻地控制充入工质量，而且反复多次充装往往会带来比较大的误差。
发明内容
本发明的目的是提供一种中低温区环路热管工质的充装装置及方法。它解决了常温充装带来的充装工质量不足和低温充装带来的反复多次充装的问题，利用这种方法，可一次性地充入所需的工质量。该装置主要由一个存在气液两相工质的倒置钢瓶，四个阀门，一段透明的石英玻璃管和一套真空机组组成。第一阀门2使用可控制工质流量及流速的计量阀，第二阀门4、第三阀门5和第四阀门6均采用耐压高、漏率低的针阀，自制的石英玻璃管3要求长 1000mm、内径为6mm、外径为25mm，保证常温下耐压> 5MPa，并且管壁上需均勻地刻有标度， 真空机组7采用的是高真空分子泵排气机组。具体连接方式为钢瓶出口处通过一转接头与外径3mm的不锈钢管连接，不锈钢管的另一端连接到第一阀门2，第一阀门出口处再接一段不锈钢管路，该段管路连接到石英玻璃管3 —端的不锈钢可伐接头上(可伐接头在石英玻璃管两端并与其焊接在一起)，石英玻璃管另一端可伐接头通过一段不锈钢管路与第二阀门4相连，第二阀门出口处连到一个三通，一路通过第三阀门5连到真空机组7，另一路通过第四阀门6连到环路热管。热管工质充装步骤如下首先，打开第一阀门2、第二阀门4、第三阀门5和第四阀门6，通过真空机组7对整个充装管路抽真空，当真空度达到10-2帕后，关闭真空机组和所有阀门。然后，打开钢瓶瓶阀和第一阀门2，钢瓶内的液体将在其上方气体饱和蒸汽压力的推动下，进入到第一阀门2中，通过第一阀门2控制工质液体的流量和流速，并同时观测已经进入到石英玻璃管3中的工质液体量，当玻璃管中的液体量达到我们计算所需后，关闭第一阀门2和钢瓶瓶阀。最后，打开第二阀门4和第四阀门6，玻璃管内的液体将在重力辅助下进入热管管体内循环流动。对于该种中低温区环路热管的工质充装方法，其特征在于它包含有一个存在气液两相工质的倒置钢瓶1、第一阀门2、一段透明的石英玻璃管3、第二阀门4、第三阀门5、 第四阀门6和一套真空机组7。倒置钢瓶内的工质液体将在其饱和蒸汽压的推动下，流向石英玻璃管中，通过调节第一阀门以对工质液体流量和流速进行控制，当石英玻璃管中工质液体达到我们计算所需，关闭第一阀门，打开第二阀门和第四阀门，石英玻璃管中的工质液体将在重力的辅助下流入环路热管中。本发明的优点如下(1)、使用这种中低温区环路热管工质的充装装置及方法，可透过玻璃管精确控制工质的流量，减小充装工质带来的误差。O)、使用这种中低温区环路热管工质的充装装置及方法，可避免了因为工质常温下饱和蒸汽压低而造成的反复多次充气。(3)、使用这种中低温区环路热管工质的充装装置及方法，工质液体在重力的辅助下，由玻璃管进入到环路热管中，可在一定程度上加快环路热管的降温过程。
图1 中低温区环路热管充装装置的总体结构图。
具体实施例方式现结合附图对本发明进行详细说明。如图1所示，为本发明的总体结构图，包括一个存在气液两相工质的倒置钢瓶 1、第一阀门2、一段透明的石英玻璃管3、第二阀门4、第三阀门5、第四阀门6、一套真空机组7、一根环路热管8。具体实施时，我们采用大小为40L、纯度为99. 99%的乙烷钢瓶，第一阀门为在Swagelok公司购买的不锈钢计量阀，第二阀门、第三阀门和第四阀门均为在 Swagelok公司购买的不锈钢针阀，自制的石英玻璃管要求长1000mm、内径为6mm、外径为 25mm，保证常温下耐压> 5MPa，并且管壁上需均勻地刻有标度，真空机组为在北京科仪科美公司购买的高真空分子泵排气机组，环路热管是自己加工组装制造的。充装工质前，首先检查各阀门接头是否能正常使用，确认无误后，打开第一阀门、 第二阀门、第三阀门和第四阀门，开启真空机组对整个充装管路进行抽真空，当真空度达到 10_2帕后，关闭真空机组和所有阀门，打开钢瓶瓶阀和第一阀门，钢瓶内的液体将在其上方气体饱和蒸汽压力的推动下，进入到第一阀门中，通过第一阀门控制工质液体的流量和流速，并同时观测已经进入到石英玻璃管中的工质液体量，当玻璃管中的液体量达到我们计算所需后，关闭第一阀门和钢瓶瓶阀。打开第二阀门和第四阀门，玻璃管内的工质液体将在重力辅助下进入热管管体内循环流动。
权利要求
1.一种100-200K中低温区环路热管的工质充装装置，它包括倒置钢瓶(1)、四个阀门、 一段透明的石英玻璃管C3)和一套真空机组(7)，其特征在于所述的四个阀门中第一阀门( 采用可控制工质流量及流速的计量阀，第二阀门G)、 第三阀门(5)和第四阀门(6)均采用耐压高、漏率低的针阀；所述的石英玻璃管(3)是长1000mm、内径为6mm、外径为25mm、常温下耐压> 5ΜΙ^且管壁上均勻地刻有标度的透明石英玻璃管，两端焊接有可伐接头；所述的真空机组(7)采用高真空分子泵排气机组；倒置钢瓶(1)出口处通过一转接头与外径3mm的不锈钢管连接，不锈钢管的另一端连接到第一阀门O)，第一阀门( 出口处再接一段不锈钢管路，该段管路连接到石英玻璃管 (3) 一端的不锈钢可伐接头上，石英玻璃管C3)另一端可伐接头通过一段不锈钢管路与第二阀门(4)相连，第二阀门(4)出口处连到一个三通，其一路通过第三阀门( 连到真空机组(7)，另一路通过第四阀门(6)连到需充工质的环路热管(8)。
2.一种基于权利要求1所述装置的中低温区环路热管的工质充装方法，其特征在于包括以下步骤1)打开第一阀门(2)、第二阀门(4)、第三阀门(5)和第四阀门(6)，通过真空机组(7) 对整个充装管路抽真空，当真空度达到10-2后，关闭真空机组(7)和所有阀门；2)打开倒置钢瓶(1)的瓶阀和第一阀门O)，钢瓶内的液体将在其上方气体饱和蒸汽压力的推动下，进入到第一阀门( 中，通过第一阀门( 控制工质液体的流量和流速，并同时观测已经进入到石英玻璃管(3)中的工质液体量，当玻璃管中的液体量达到我们计算所需后，关闭第一阀门⑵和倒置钢瓶⑴的瓶阀；3)打开第二阀门(4)和第四阀门(6)，玻璃管内的液体将在重力辅助下进入热管(8) 管体内循环流动。
全文摘要
本发明公开了一种中低温区环路热管的工质充装装置及方法，包含有一个存在气液两相工质的倒置钢瓶，四个阀门，一段透明的石英玻璃管，一套真空机组和一根环路热管。其特点在于倒置钢瓶内的工质液体将在其饱和蒸汽压的推动下，流向石英玻璃管中，通过调节第一阀门可实现对工质流量和流速的控制，当石英玻璃管中工质液体达到我们计算所需，关闭第一阀门，打开第二阀门和第四阀门，石英玻璃管中的工质液体将在重力的辅助下流入环路热管中。这种方法便于精确控制所需充装的工质量，而且，这种倒置钢瓶的充液方式由于本身存在重力辅助，所以不需额外的驱动即可令工质液体在环路热管内流动起来，在一定程度上，减少了环路热管降温所需的时间。
文档编号F17D1/02GK102182917SQ20111006359
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月16日 优先权日2011年3月16日
发明者刘成志, 杨帆, 董德平 申请人:中国科学院上海技术物理研究所