CN104848717B - 一种低温热管的充装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低温热管的充装方法，包括热管抽真空、热管的充装、充装工质置换、充装完成热管冷焊、热管分段局部加热、热管排气、热管检漏、热管封焊过程。本发明的低温热管充装工艺通过使用充装工质置换抽真空与热管分段局部加热排气的技术方案，解决了低饱和蒸汽压低温热管工质的常温充装的纯度问题。发明提出的工艺方法设备要求简单、安全可靠、操作方便、效果优异。使用本发明充装工艺，减少了低温热管充装后的内部不凝气体量，提高低温热管的等温性能、增强了低温热管的传热能力，工艺方法实施难度小，具备工程应用及推广价值与意义。

Description

一种低温热管的充装方法

技术领域

本发明涉及一种低温热管工质的充装工艺，尤其涉及一种低饱和蒸汽压的低温热管工质充装工艺，属于航天器热控制领域。

背景技术

目前，航天器热控制中的低温热管主要应用在光学载荷的表面温度控制、红外扫描系统散热、超导电磁线圈的热控等领域。低温热管指工作在200K以下的一种热管单元，属于热管的一种，主要由低温工质、热管管内毛细结构以及热管管壳构成。低温热管使用的低温工质一般根据低温热管的使用温区进行选取。通常将低温热管的工作温区划分为0-50K、60-100K、100-160K、160-200K 4个子温区，目前国内航天器热控制领域中使用低温热管作为飞行器热控手段主要集中在160-200K温区。

国内外对于160-200K温区低温热管选取的低温介质有乙烷、丙烷、丙烯等。对于此工作温区，低温工质的饱和蒸汽压较低，常温充装的少许不凝气体在低温热管处于此温区工作时，其体积急剧膨胀，占据了大部分热管管内空间，造成热管性能衰减乃至失效。因此在常温充装时，需要保证充装的低温热管管内的工质纯度，减少不凝气体量，提高低温热管在低温温区工作时的性能。不凝气体在低温下占据的热管体积比如表1所示。

表1不凝气体在低温下占据的热管体积比

各温区体积比	丙烷工质饱和蒸汽压bar	低温工质与不凝气体体积比
			常温20℃	8.37	1:0.1
低温-80℃	0.130	1:8
			低温-120℃	0.004	1:250

目前航天器热控领域广泛使用的铝氨热管的充装过程对于氨工质的纯度的保证主要依靠设备的抽真空能力与氨工质本身的纯度来保证，同样的充装方法，不能保证低饱和蒸汽压的低温工质的充装纯度，主要原因在于低温工质本身的物性差异。常温充装过程存在的小部分不凝气体会在低温工作温区下放大数十数百倍，占据大部分低温热管的管内空间，导致低温热管性能衰减甚至无法工作。

因此，对于低饱和蒸汽压的低温热管的充装问题，必须寻求能够在常温下提高热管内部工质纯度的充装工艺方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种低温热管的充装方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种低温热管的充装方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、将待充装热管抽真空至10Pa数量级后，向所述待充装热管中充入3～5g低温工质；

b、保持热管的抽真空状态，将步骤a中充入的低温工质排出后，继续抽真空；

c、步骤a和步骤b重复操作不少于3次后，向热管内充入重量比理论充装量多出5～10g的低温工质，并将热管通过冷焊焊断方式进行冷焊密封；

d、将步骤c中处理过的热管进行水平加热排气和竖直加热排气，所述水平加热排气时，保持热管水平度为0.2mm/m，对热管的蒸发段、绝对段和冷凝段分别交替进行加热，加热温度在40-50℃范围，加热时间不少于3min，每次水平加热结束后，打开热管的冷焊密封口进行不少于3次的排气；所述竖直加热排气时，保持热管的水平倾角不小于60°，每次竖直加热结束后，打开热管的冷焊密封口进行不少于3次的排气；直至热管内工质的重量等于理论充装量，所述加热排气顺序为竖直加热-水平加热-竖直加热，依次交替进行；

e、对步骤d中处理过的热管进行检漏后，进行焊接密封；

其中，所述冷钳钎焊的方法为：使用模具钢材质的刀口磨具夹断充装管路，管路自动冷焊密封。刀口夹具为对口钳方式设计，钳口为圆弧形，弧段与竖直倾斜角度为30-45°

作为优选方案，所述水平加热排气和竖直加热排气中，每次排气的排气量均为0.2～0.5g。

作为优选方案，步骤e中所述的检漏的方式为采用专用烷类气体检测仪或直接泡水。

作为优选方案，步骤e中所述的焊接方法为手工氩弧焊或真空钎焊。

作为优选方案，所述工质为丙烷、丙烯、乙烷中的一种。

与现有技术相比，本发明解决了低饱和蒸汽压工质的低温热管充装纯度问题，工艺简单可靠，设备要求低，效果优秀。对比使用此充装工艺与未使用此充装工艺下的低温热管等温性、传热能力等数据可以看到，本发明理想解决了低饱和蒸汽压工质低温热管的充装纯度问题，避免了不凝气体对低温热管的性能影响，提高了低温热管在各加热功率下的等温性性能，增大了在各温区的极限传热能力，并使得启动更顺畅，综合性能表现方面全面提升，理想的解决了低饱和蒸汽压低温热管的充装纯度问题，具有工程实用及推广意义。使用本发明的工艺与未使用本发明的工艺的低温热管的性能对比如表2所示。

表2使用此工艺的低温热管的性能对比

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

(1)将待充装热管安装在充装设备上，待充装热管的充装孔内径不小于3mm；

(2)开启设备真空泵，对待充装热管抽真空，至真空度达到10Pa量级后，关闭热管抽真空阀，打开充装阀，充入3～5g丙烷工质后静置3min；

(3)打开热管抽真空阀，直接将充入的丙烷工质抽出，继续抽真空至10Pa量级后重复(2)、(3)步骤；

(4)重复3次后充入理论充装量M+5g低温工质后冷焊密封，并使用40℃温水浴浸泡检漏；

(5)将置换充装结束的热管竖直浸没在300mm深40℃的温水浴中，静置3min后倒置，同样静置3min，结束后使用斜口钳打开充装口排气15秒，继续冷焊密封，使用高精度天平称重后记录排出工质气体量；

(6)将热管水平放置在0级大理石平台上，使用电加热片分别对低温热管的蒸发段、绝热段、冷凝段进行加热，每一个部位的加热时间不少于3min，完成3个局部部位的加热后使用斜口钳打开充装口排气15秒，继续冷焊密封，记录排出工质量；

(7)重复(5)、(6)步骤各不少于3次；

(8)排气至理论充装量M±0.1g范围内，进行冷焊密封并检漏；

(9)完成后使用手工氩弧焊对冷焊口进行焊接，要求满足一级焊缝要求。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (5)

1.一种低温热管的充装方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、将待充装热管抽真空至10Pa数量级后，向所述待充装热管中充入3～5g低温工质；

b、保持热管的抽真空状态，将步骤a中充入的低温工质排出后，继续抽真空；

c、步骤a和步骤b重复操作不少于3次后，向热管内充入重量比理论充装量多出5～10g的低温工质，并将热管通过冷焊焊断方式进行冷焊密封，所述理论充装量为使用具体工质，取设计温度对应下的物性参数，热管气体通道完全被气体工质占据，液体通道完全被液体工质占据相加其质量计算得到；

d、将步骤c中处理过的热管进行水平加热排气和竖直加热排气，所述水平加热排气时，保持热管水平度为0.2mm/m，对热管的蒸发段、绝对段和冷凝段分别交替进行加热，加热温度在40-50℃范围，加热时间不少于3min，每次水平加热结束后，打开热管的冷焊密封口进行不少于3次的排气；所述竖直加热排气时，保持热管的水平倾角不小于60°，每次竖直加热结束后，打开热管的冷焊密封口进行不少于3次的排气；直至热管内工质的重量等于理论充装量，加热排气顺序为竖直加热-水平加热-竖直加热，依次交替进行；

e、对步骤d中处理过的热管进行检漏后，进行焊接密封；

其中，所述冷焊密封的方法为：使用模具钢材质的刀口磨具夹断充装管路，管路实现冷焊密封，刀口夹具为对口钳方式设计，钳口为圆弧形，弧段与竖直倾斜夹角为30-45°。

2.如权利要求1所述的充装方法，其特征在于，所述水平加热排气和竖直加热排气中，每次排气的排气量均为0.2～0.5g。

3.如权利要求1所述的充装方法，其特征在于，步骤e中所述的检漏的方式为采用专用烷类气体检测仪或直接泡水。

4.如权利要求1所述的充装方法，其特征在于，步骤e中所述的焊接方法为手工氩弧焊或真空钎焊。

5.如权利要求1所述的充装方法，其特征在于，所述工质为丙烷、丙烯、乙烷中的一种。