CN104075599A - 一种被动式集成热管灌注装置 - Google Patents

Abstract

一种被动式集成热管灌注装置，包括相连的储液部件和注液部件两部分，其中注液部件包括热管装夹组件、真空组件、吹液组件及灌注针管，热管装夹组件包括密封气囊(5)、充气孔、气囊空气压缩机(4)、气囊阀门(3)，吹液组件包括吹液空气压缩机(25)、注液主体(2)内的吹气口(23)及连接吹液空气压缩机(25)及注液主体(2)内的吹气口(23)的吹液阀门(24)；储液部件和注液部件的连接处设置在真空流道(9)与灌注针管(6)的连接处；其中储液部件包括工质加注组件及被动注液组件。该被动式集成热管灌注可以将注液流道内的残余工质清除掉，提高灌注速度。

Description

一种被动式集成热管灌注装置

技术领域

本发明涉及一种热管灌注装置，尤其是一种被动式集成热管灌注装置及应用该装置的热管灌注方法，属于热能交换工程领域。 

背景技术

热管技术是在1963年美国LosAlamos国家实验室的G.M.Grove发明的一种称为“热管”的传热元件后发展起来的，其充分利用了相变换热和热传导原理与制冷戒指的快速传热性质，通过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外，其导热能力超过已知的任何一种金属的导热能力。典型的热管由管壳、吸液芯和端盖组成，将热管内抽成1.3×(10^-1～10^-4)Pa的负压后充以适量的工作液体，使紧贴管内壁的吸液芯毛细多孔材料中充满液体后加以密封。热管的一端为蒸发段(加热端)，另一端为冷凝段(冷却段)，根据应用需要在两端中间可布置绝热段。当热管的加热端受热时毛细芯中的液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下流向冷凝段，蒸汽遇冷凝结成液体，液体靠多孔材料的毛细力或重力的作用流回到蒸发段。如此循环不已，热量由热管的一端传至另一端。热管是靠自身内部工作液体相变传热的传热元件，具有很高的导热性、优良的等温性、热流密度可变性、热二极管与热开关性能等诸多优点。热管技术广泛应用于宇航、军工等行业，并逐步引入到散热器行业、太阳能热利用行业等，具有巨大的市场应用范围。 

现有技术中，热管工质的灌注方法主要有真空排气法和沸腾法。沸腾法因设备、工艺简单而在低端热管中得到广泛使用，但存在工质质量控制精度低，不冷凝气体不能完全排除，性能稳定性差等多种问题。真空排气法是采用真空机组将热管腔体预抽为高真空后再进行工质灌注。一种微热管充液装置专利(专利号为03223886)提出了一种对一般直径小于3mm的热管进行工质灌注的装置。另外，在需少量碱金属工质的高温热管的精确充装设备和方法中提出了针对碱金属工质的高温热管的充装设备和方法(专利号为201110088089)。但以上两者均没有提出针对常规热管工质的灌注设备和灌注方法，在灌注过程中也没有提出并解决灌注过程中管道中残留工质的问题及处理。而在实际真空灌注中，如果不能很好的处理掉灌注过程中管道中残留的工质，则会严重影响热管的灌注速度和灌注质量。且上述装置过于复杂，集成化程度较低。基于上述原因，本发明提出了被动式集成热管灌注装置及应用该装置的热管工质灌注方法。 

发明内容

本发明提出了一种被动式集成热管灌注装置，并以此装置为基础，提出了应用该装置的热管工质灌注方法。 

本发明的目的是通过采用集成式热管灌注装置，解决现有技术中热管工质灌注过程中设备复杂，操控难度大等诸多问题，同时，在灌注过程中设置了被动式灌注方式，使灌注速度更快，精度更高，适合 大工质量热管工质的灌注。为了解决灌注过程中装置管道中工质残留的问题，设计了残留工质吹气清除装置，彻底解决工质灌注过程残留工质影响热管加工速度和加工质量的问题。 

本发明提出的被动式集成热管灌注装置主要包括相连的储液部件和注液部件两部分。注液部分包括热管装夹组件、真空组件、吹液组件及灌注针管等部分。 

热管装夹组件包括密封气囊、充气孔、气囊空气压缩机、气囊阀门，真空组件包括真空机组、注液主体内部的真空流道及连接真空流道和真空机组的真空阀门，吹液组件包括吹液空气压缩机、注液主体内的吹气口及连接吹液空气压缩机及注液主体内的吹气口的吹液阀门，注液主体内的真空流道内设置有灌注针管，灌注针管和注液部注液口相连。 

储液部件和注液部件的连接处设置在真空流道与灌注针管的连接处。 

真空流道通过灌注针管与注液部出液口、热管、吹气口等相连通。 

储液部件包括工质加注组件及被动注液组件。工质加注组件包括加注活塞、加注主体、加注气缸、加注密封件、储液器和进液口等部分，主动注液组件包括注液气缸、注液密封件、注液活塞、定量室、储液部出液口及组件注液主体。 

储液器与定量室通过进液口相连。 

储液部件和注液部件通过连接件连接。 

上述系统除真空机组、空气压缩机外，其他零部件、组件均集成在一体，形成一套被动式集成热管灌注装置。 

根据需要可以在一台设备上同时设置多套被动式集成热管灌注装置，实现批量化热管工质灌注和加工。 

使用被动式集成热管灌注装置进行灌注的方法，对热管的工质灌注步骤依次如下： 

1)关闭所有阀门； 

2)将待注液的热管插入到注液部件内的密封气囊内，灌注针管插入到热管的管口，打开气囊阀门，开启空气压缩机，通过充气孔对密封气囊进行充气至气囊达到设定压力，完成待注液热管的固定装卡； 

3)打开工质加注组件的加注气缸，使加注活塞与进液口分离；打开真空阀门，开启真空机组，对待注液的热管及定量室进行抽真空至设定真空度； 

4)关闭被动注液组件的注液气缸，使注液活塞与注液口接触密封； 

5)打开工质加注组件加注气缸，移动工质加注组件的加注活塞，储液器内的工质在大气压力作用下进入到定量室，直至定量室充满工质，关闭工质加注组件的加注活塞，切断储液器和定量室的连通； 

6)打开被动注液组件的注液气缸，使注液活塞与注液口分离； 

7)定量室的工质在热管真空作用下，工质通过灌注针管进入到热管内，直至工质完全流出定量室； 

8)关闭被动注液组件的注液气缸，使注液活塞与注液口接触密封； 

9)打开工质加注组件加注气缸，移动工质加注组件加注活塞，储液器内的工质在大气压力作用下进入到定量室，直至定量室充满工质，关闭工质加注组件加注活塞，切断储液器和定量室的连通； 

10)采用液压钳将热管从灌注装置上封离，完成热管的灌注； 

11)对密封气囊进行放气，取出留在密封气囊内的热管灌注部分； 

12)打开吹液阀门，启动吹气压缩空气机。高压气体通过吹气口对注液部件的灌注通道及灌注针管 进行吹气，去除流道内的残余工质。 

上述动作完成首次热管灌注流程。 

后续连续工作流程如下： 

1)将待注液的热管插入到注液部件内的密封气囊内，灌注针管插入到热管管口，打开气囊阀门，开启气囊空气压缩机，通过充气孔对密封气囊进行充气至气囊达到设定压力，完成待注液的热管1的固定装卡； 

2)打开真空阀门，开启真空机组，对待注液热管及定量室进行抽真空至设定真空度； 

3)打开被动注液组件的注液气缸，使注液活塞与注液口分离； 

4)定量室工质在热管真空作用下，工质通过灌注针管进入到热管内，直至工质完全流出定量室； 

5)关闭被动注液组件的注液气缸，使注液活塞与注液口接触密封； 

6)打开工质加注组件加注气缸，移动被动注液组件加注活塞，储液器内的工质在大气压力作用下进入到定量室，直至定量室充满工质；关闭被动注液组件加注活塞，切断储液器和定量室的连通； 

7)采用液压钳将热管从灌注装置上封离，完成热管的灌注； 

8)对密封气囊进行放气，取出留在密封气囊内的热管的灌注部分； 

9)打开吹液阀门，启动吹液空气压缩机。高压气体通过充气孔对注液部件的灌注通道及灌注针管进行吹气，去除流道内的残余工质。 

重复上述工作可实现连续热管工质灌注。 

当完成全部热管灌注，需要重新调整灌注工艺条件时，仍需要从首次灌注流程开始。 

被动式集成热管灌注装置及使用其进行灌注的方法具有如下优点： 

通过被动灌注，可以灌注大剂量的工质，尤其是单支热管一次性灌注30ml以上的工质量。 

通过设置吹气组件，可以在每次工质灌注完成后，将注液流道内的残余工质清除掉，消除残余工质对工艺中灌注速度的负面影响。 

由于系统集成在一起，便于对系统进行自动化控制，操作简单、方便，自动化程度高。 

附图说明

图1为本发明的被动式集成热管灌注装置系统图。 

图中，1热管、2注液主体、3气囊阀门、4气囊空气压缩机、5密封气囊、6灌注针管、7真空阀门、8真空机组、9真空流道、10加注气缸、11加注活塞、12加注密封件、13储液器、14注液流道、15储液主体、16组件主体、17注液气缸、18注液密封件、19注液活塞、20定量室、21进液口、22注液口、23吹气口、24吹液阀门、25吹液空气压缩机、26连接件。 

具体实施方式

本发明提出的主动式集成热管灌注装置包括相连的储液部件和注液部件两部分。 

注液部件包括热管装夹组件、真空组件、吹液组件及灌注针管等部分。热管装夹组件包括密封气囊5、充气孔、气囊空气压缩机4、气囊阀门3，真空组件包括真空机组8、注液主体2内部的真空流道9及连接真空流道9和真空机组8的真空阀门7，吹液组件包括吹液空气压缩机25、注液主体2内的吹气 口23及连接吹液空气压缩机25及注液主体2内的吹气口23的吹液阀门24，注液主体2内的真空流道9内设置有灌注针管6，灌注针管6和注液部注液口22相连。真空流道9通过灌注针管6与注液口22、热管1、吹气口23等相连通。储液部件和注液部件的连接处设置在真空流道9与灌注针管6的连接处。储液部件包括工质加注组件及被动注液组件。 

工质加注组件包括加注活塞11、储液主体15、加注气缸10、加注密封件12、储液器13和进液口21等部分，被动注液组件包括注液气缸17、注液密封件18、注液活塞19、定量室20、注液口22及组件主体16。 

储液器13与定量室20通过进液口21相连。 

储液部件和注液部件通过连接件26连接。 

使用被动式集成热管灌注装置进行灌注的方法，对热管的工质灌注步骤依次如下： 

1)关闭所有阀门； 

2)将待注液的热管1插入到注液部件内的密封气囊5内，灌注针管6插入到热管1的管口，打开气囊阀门3，开启空气压缩机4，通过充气孔对密封气囊5进行充气至气囊达到设定压力，完成待注液热管的固定装卡； 

3)打开工质加注组件的加注气缸10，使加注活塞11与进液口21分离；打开真空阀门7，开启真空机组8，对待注液的热管1及定量室20进行抽真空至设定真空度； 

4)关闭被动注液组件的注液气缸17，使注液活塞18与注液口22接触密封； 

5)打开工质加注组件加注气缸10，移动工质加注组件的加注活塞11，储液器13内的工质在大气压力作用下进入到定量室20，直至定量室20充满工质，关闭工质加注组件的加注活塞11，切断储液器13和定量室20的连通； 

6)打开被动注液组件的注液气缸17，使注液活塞18与注液口22分离； 

7)定量室20的工质在热管1真空作用下，工质通过灌注针管6进入到热管1内，直至工质完全流出定量室20； 

8)关闭被动注液组件的注液气缸17，使注液活塞18与注液口22接触密封； 

9)打开工质加注组件加注气缸10，移动工质加注组件加注活塞11，储液器13内的工质在大气压力作用下进入到定量室20，直至定量室20充满工质，关闭工质加注组件加注活塞11，切断储液器13和定量室20的连通； 

10)采用液压钳将热管1从灌注装置上封离，完成热管1的灌注； 

11)对密封气囊5进行放气，取出留在密封气囊5内的热管1灌注部分； 

12)打开吹液阀门24，启动吹气压缩空气机25。高压气体通过吹气口对注液部件的灌注通道及灌注针管6进行吹气，去除流道内的残余工质。 

上述动作完成首次热管灌注流程。 

后续连续工作流程如下： 

1)将待注液的热管1插入到注液部件内的密封气囊5内，灌注针管6插入到热管1管口，打开气囊阀门3，开启气囊空气压缩机4，通过充气孔对密封气囊5进行充气至气囊达到设定压力，完成待注液的热管1的固定装卡。 

2)打开真空阀门7，开启真空机组8，对待注液热管1及定量室20进行抽真空至设定真空度。 

3)打开被动注液组件的注液气缸17，使注液活塞18与注液口22分离； 

4)定量室20工质在热管1真空作用下，工质通过灌注针管6进入到热管1内，直至工质完全流出定量室20。 

5)关闭被动注液组件的注液气缸17，使注液活塞18与注液口22接触密封； 

6)打开工质加注组件加注气缸10，移动被动注液组件加注活塞11，储液器13内的工质在大气压力作用下进入到定量室20，直至定量室20充满工质。关闭被动注液组件加注活塞11，切断储液器13和定量室20的连通。 

7)采用液压钳将热管1从灌注装置上封离，完成热管1的灌注。 

8)对密封气囊5进行放气，取出留在密封气囊5内的热管1的灌注部分； 

9)打开吹液阀门24，启动吹液空气压缩机25。高压气体通过充气孔对注液部件的灌注通道及灌注针管6进行吹气，去除流道内的残余工质。 

重复上述工作可实现连续热管工质灌注。 

当完成全部热管灌注，需要重新调整灌注工艺条件时，仍需要从首次灌注流程开始。 

以上结合附图和实施例对本发明进行了示意性描述，该描述没有限制性，附图所示的也只是一个实施例而已。本领域的技术人员应该理解，在本发明方案的技术启示下，他人也可能作出与本发明相似的或等效的设计。需要指出的是，只要不脱离本发明的设计宗旨，所有显而易见的改变和相似或等效设计，均包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种被动式集成热管灌注装置，包括相连的储液部件和注液部件两部分，其中注液部件包括热管装夹组件、真空组件、吹液组件及灌注针管，热管装夹组件包括密封气囊(5)、充气孔、气囊空气压缩机(4)、气囊阀门(3)，真空组件包括真空机组(8)、注液主体(2)内部的真空流道(9)及连接真空流道(9)和真空机组(8)的真空阀门(7)，吹液组件包括吹液空气压缩机(25)、注液主体(2)内的吹气口(23)及连接吹液空气压缩机(25)及注液主体(2)内的吹气口(23)的吹液阀门(24)，注液主体(2)内的真空流道(9)内设置有灌注针管(6)，灌注针管(6)和注液部出液口(22)相连；真空流道(9)通过灌注针管(6)与注液部出液口(22)、热管(1)、吹气口(23)相连通；储液部件和注液部件的连接处设置在真空流道(9)与灌注针管(6)的连接处；其中储液部件包括工质加注组件及被动注液组件。

2.根据权利要求1所述的被动式集成热管灌注装置，其特征在于，所述的工质加注组件包括加注活塞(11)、储液主体(15)、加注气缸(10)、加注密封件(12)、储液器(13)和进液口(21)等部分，被动注液组件包括注液气缸(17)、注液密封件(18)、注液活塞(19)、定量室(20)、注液口(22)及组件主体(16)。

3.根据权利要求2所述的被动式集成热管灌注装置，其特征在于，所述的储液器(13)与定量室(20)通过进液口(21)相连。

4.根据权利要求1所述的被动式集成热管灌注装置，其特征在于，所述的储液部件和注液部件两部分通过连接件(26)连接。

5.根据权利要求1所述的被动式集成热管灌注装置，其特征在于，除去真空机组(8)、空气压缩机(4、25)外，其余部件、组件均集成在一体。

6.根据权利要求1-5之一所述的被动式集成热管灌注装置，其特征在于，多套所述的被动式集成热管灌注装置组合在一台设备上。

7.应用权利要求1-5之一所述的被动式集成热管灌注装置进行工质灌注的方法，灌注步骤依次如下：

1)关闭所有阀门；

2)将待注液的热管(1)插入到注液部件内的密封气囊(5)内，灌注针管(6)插入到热管(1)的管口，打开气囊阀门(3)，开启空气压缩机(4)，通过充气孔对密封气囊(5)进行充气至气囊达到设定压力，完成待注液热管的固定装卡；

3)打开工质加注组件的加注气缸(10)，使加注活塞(11)与进液口(21)分离；打开真空阀门(7)，开启真空机组(8)，对待注液的热管(1)及定量室(20)进行抽真空至设定真空度；

4)关闭被动注液组件的注液气缸(17)，使注液活塞(18)与注液口(22)接触密封；

5)打开工质加注组件加注气缸(10)，移动工质加注组件的加注活塞(11)，储液器(13)内的工质在大气压力作用下进入到定量室(20)，直至定量室(20)充满工质，关闭工质加注组件的加注活塞(11)，切断储液器(13)和定量室(20)的连通；

6)打开被动注液组件的注液气缸(17)，使注液活塞(18)与注液口(22)分离；

7)定量室(20)的工质在热管(1)真空作用下，工质通过灌注针管(6)进入到热管(1)内，直至工质完全流出定量室(20)；

8)关闭被动注液组件的注液气缸(17)，使注液活塞(18)与注液口(22)接触密封；

9)打开工质加注组件加注气缸(10)，移动工质加注组件加注活塞(11)，储液器(13)内的工质在大气压力作用下进入到定量室(20)，直至定量室(20)充满工质，关闭工质加注组件加注活塞11，切断储液器13和定量室20的连通；

10)采用液压钳将热管(1)从灌注装置上封离，完成热管1的灌注；

11)对密封气囊(5)进行放气，取出留在密封气囊(5)内的热管1灌注部分；

12)打开吹液阀门(24)，启动吹气压缩空气机(25)。高压气体通过吹气口对注液部件的灌注通道及灌注针管6进行吹气，去除流道内的残余工质。

上述动作完成首次热管灌注流程。

8.如权利要求7所述的进行工质灌注的方法，完成首次热管灌注流程后，后续连续工作流程如下：

1)将待注液的热管(1)插入到注液部件内的密封气囊(5)内，灌注针管(6)插入到热管(1)管口，打开气囊阀门(3)，开启气囊空气压缩机(4)，通过充气孔对密封气囊(5)进行充气至气囊达到设定压力，完成待注液的热管1的固定装卡；

2)打开真空阀门(7)，开启真空机组(8)，对待注液热管(1)及定量室(20)进行抽真空至设定真空度；

3)打开被动注液组件的注液气缸(17)，使注液活塞(18)与注液口(22)分离；

4)定量室(20)工质在热管(1)真空作用下，工质通过灌注针管(6)进入到热管(1)内，直至工质完全流出定量室(20)；

5)关闭被动注液组件的注液气缸(17)，使注液活塞(18)与注液口(22)接触密封；

6)打开工质加注组件加注气缸(10)，移动被动注液组件加注活塞(11)，储液器(13)内的工质在大气压力作用下进入到定量室(20)，直至定量室(20)充满工质；关闭被动注液组件加注活塞11，切断储液器13和定量室20的连通；

7)采用液压钳将热管(1)从灌注装置上封离，完成热管1的灌注；

8)对密封气囊(5)进行放气，取出留在密封气囊(5)内的热管1的灌注部分；

9)打开吹液阀门(24)，启动吹液空气压缩机25；高压气体通过充气孔对注液部件的灌注通道及灌注针管6进行吹气，去除流道内的残余工质；

重复上述工作可实现连续热管工质灌注。

9.如权利要求8所述的进行工质灌注的方法，当完成全部热管灌注，需要重新调整灌注工艺条件时，仍需要从首次灌注流程开始。