CN108106471A - 一种热管工质精准充注系统及充注方法 - Google Patents
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Classifications
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0283—Means for filling or sealing heat pipes
Abstract
本发明公开了一种热管工质精准充注系统，包括待充注部件、抽真空单元、充注量温压测控单元和工质储存单元，所述抽真空单元通过控制阀Ⅰ与待充注部件连通，所述充注量温压测控单元包括气库和温度压力采集机构，所述气库两端分别通过阀体与待充注部件、工质储存单元连通，所述温度压力采集机构与所述气库连接并采集气库内的压力和温度信息后输出用于计算控制充注量；一种热管工质精准充注方法，根据气库内温度和压力及待充注气体工质质量，计算充注完成时气库内压力来精准控制充注量；本发明通过气库结合温度压力采集机构实现对待充注部件的气体工质的精准控制充注，可对不同应用温区和充液率气体工质充注量精准控制，而且结构简单，成本低廉。
Description
一种热管工质精准充注系统及充注方法
技术领域
[0001] 本发明是涉及一种充注系统及充注方法，具体说，是涉及一种热管工质精准充注 系统及充注方法，属于制冷技术领域，特别适用于在中低温区实验用工质（如甲烷、乙烷、 R508B，C02和氮气等气体)的不同充液率的充注应用。
背景技术
[0002] 随着社会的发展和科技的进步，为了满足日常生活及工业领域如航空航天方面发 展的需要，我国的科研工作者在中低温领域的研究范围越来越广，如小型低温制冷机斯特 林制冷机、脉管制冷机等，中低温区高效传热装置脉动热管等，在对这些装置进行实验之前 一般都需要对其进行制冷剂的充注，充注工质全部换算成冷凝温度下液体的体积与热管的 容积的比值称为热管的充液率，充液率的大小是影响热管传热性能的一个重要因素，而制 冷剂充注的准确率对实验结果的准确性有着直接的影响。
[0003] 现有的充注系统多为空调领域的冷媒充注系统，如对空调系统中的蒸发器冲入冷 媒，其冷媒充注装置主要包括:干燥过滤器、二通电磁阀、电子膨胀阀、室内机、气液分离器 和压力传感器等。其中冷媒通过连接管进入干燥过滤器后，在其中进行干燥和杂志过滤，然 后会经过电子膨胀阀、二通电磁阀、室内机、气液分离器和压力传感其，从液态转化为气态， 压力降低，最后进入蒸发器系统。在整个过程中，当冷媒充注装置进行充注时需要将充注街 头与蒸发器的进液管道连接，当压力传感器检查到蒸发器内的压力达到设定值时，电磁阀 门自动进行充注，然后当蒸发器内压力达到所设定的上限值后，电磁阀又会关闭，完成充注 实验。这种充注方法虽然简单，但是存在几个明显的缺点，一是在对蒸发器进行充注之前没 有进行抽真空，蒸发器内的残留气体等会对后续的实验造成无法估计的误差，二是会造成 蒸发其的腐蚀导致冷媒的泄露等情况。
[0004] 也有中国专利201410483994.7公开了一种冷媒充注系统及方法，包括:抽真空模 块，用于对待充注部件抽真空，并判断其所述的待充注部件里的真空度是否达到要求，如果 是则将产生指令至充注模块，然后向待充注部件进行充注;计量模块，包括流量传感器和流 量计，用于测量所述实际充注部件内的冷媒的实际充注量;控制模块，用于判断所述实际充 注量是否等于预设充注量，如果是则发送指令至充注模块以使其停止充注。对于这种充注 系统及方法，其计量模块中使用流量传感器和流量计来测量实际的充注量，其所得的值与 蒸发器内冷媒的实际值会有偏差，并且受充注应用环境温度的不同其可应用范围有限，尤 其是在对中低温区的制冷剂进行充注时，所需的充注压力很低，使用流量计来测量误差会 明显增大且成本高昂。介于上述原因，研发一种热管工质精准充注系统及充注方法，通过测 量温度和压力指标实现在不同应用温区的气体工质充注量的精准控制，避免简单流量计测 量因温度变化带来的充注误差，但至今未见相关技术报道。
发明内容
[0005] 针对现有技术存在的上述问题和需求，本发明的目的是提供一种热管工质精准充 注系统及充注方法，通过测量温度和压力指标实现在不同应用温区的不同充液率的气体工 质充注量的精准控制，避免简单流量计测量因温度变化带来的充注误差。
[0006] 为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0007] —种热管工质精准充注系统，包括待充注部件、抽真空单元和用于储存气体工质 的工质储存单元，所述抽真空单元通过控制阀I控制的连接管与待充注部件连通，其特征在 于:还包括充注量温压测控单元，所述充注量温压测控单元包括气库和温度压力采集机构， 所述气库一端通过控制阀Π控制的连接管与待充注部件连通，另一端通过减压阀控制的连 接管与工质储存单元连通，所述温度压力采集机构与所述气库连接并将采集到的所述气库 内的压力数据信息和温度数据信息分别输出用于计算控制待充注部件的气体工质充注量。
[0008] —种实施方案，所述待充注部件外还设有预冷装置。
[0009] 作为优选方案，所述温度压力采集机构包括温度压力采集仪、压力传感器和温度 传感器，所述压力传感器设置于所述气库的出气端，所述温度传感器设置于所述气库内，所 述温度压力采集仪的采集端分别与压力传感器、温度传感器连接并接收压力传感器、温度 传感器的数据采集信息，所述温度压力采集仪的输出端与计算机连接并将采集到的压力数 据信息、温度数据信息分别输出给计算机用于计算控制待充注部件的气体工质充注量。
[0010] —种实施方案，所述抽真空单元为真空栗。
[0011] —种热管工质精准充注方法，可在上述充注系统中实现，包括如下步骤：
[0012] (1)对待充注部件进行抽真空并达到预设真空度；
[0013] (2)向设有的气库内充注气体工质并达到设定值，同时通过温度压力采集机构进 行温度数据信息和压力数据信息的时时采集；
[0014] (3)根据采集的气库内的温度数据信息和压力数据信息以及要充入待充注部件的 气体工质质量，计算出充注完成时对应的气库内的压力；
[0015] ⑷由预冷装置对待充注部件进行冷却处理后，对待充注部件充注气体工质，当温 度压力采集机构测得压力达到步骤(3)计算得到的气库内压力时，完成充注。
[0016] —种实施方案，采用真空栗对待充注部件进行抽真空，先关闭控制阀Π和减压阀， 由真空栗对待充注部件进行抽真空并达到预设真空度时，关闭控制阀I，完成抽真空。
[0017] —种实施方案，向气库内充注热管工质气体时，先打开减压阀，由所述工质储存单 元向气库内充注气体工质，并通过温度压力采集机构进行温度数据信息和压力数据信息的 时时采集，当气库内压力达到设定值时，关闭减压阀，完成气库内气体工质的充注。
[0018] 进一步实施方案，所述工质储存单元为钢瓶。
[0019] 作为优选方案，所述温度压力采集机构将采集的压力数据信息和温度数据信息传 输至计算机，充入待充注部件内的气体工质质量通过计算机根据接收到的压力数据信息和 温度数据信息应用理想气体状态方程计算得到。
[0020] 作为进一步优选方案，所述控制阀I、控制阀Π和减压阀的打开和关闭通过计算机 控制完成。
[0021] —种实施方案，对待充注部件充注气体工质时，打开控制阀Π开始对待充注部件 进行充注，直至温度压力采集仪采集的压力数据信息达到步骤⑶计算得到的气库压力时， 关闭控制阀Π，完成充注。
[0022] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0023] 本发明通过增设的一个中间装置气库来实现对待充注部件的气体工质的间接充 注，结合温度压力采集机构可有效监测的气体工质充注过程中的气库内的压力值与温度值 的变化，并据此计算出待充注部件的充注量而非通过流量来计算实际的充注量，无需流量 计，准确性更高，可实现在不同应用温区的不同充液率的气体工质充注量的精准控制的同 时，避免简单流量计测量因温度变化带来的充注误差，而且本发明还具有结构简单，成本低 廉等优点，具有明显的进步性和应用价值。
附图说明
[0024] 图1为本发明实施例提供的一种热管工质精准充注系统原理示意图。
[0025] 图中标号示意如下：1、待充注部件；11、预冷装置;2、抽真空单元;3、充注量温压测 控单元;31、气库;32、温度压力采集机构;321、温度压力采集仪;322、压力传感器;323、温度 传感器;4、工质储存单元;5、控制阀1;6、连接管;7、控制阀Π;8、减压阀;9、计算机。
具体实施方式
[0026] 以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
[0027] 实施例
[0028] 结合图1所示，本实施例提供的一种热管工质精准充注系统，包括待充注部件1、抽 真空单元2、充注量温压测控单元3和用于储存气体工质的工质储存单元4,所述抽真空单元 2通过控制阀15控制的连接管6与待充注部件1连通，所述充注量温压测控单元3包括气库31 和温度压力采集机构32,所述气库31—端通过控制阀Π 7控制的连接管6与待充注部件1连 通，另一端通过减压阀8控制的连接管6与工质储存单元4连通，所述温度压力采集机构32与 所述气库31连接并将采集到的所述气库31内的压力数据信息和温度数据信息分别输出用 于计算控制待充注部件1的气体工质充注量，所述待充注部件1外还设有预冷装置11。
[0029] 所述温度压力采集机构32包括温度压力采集仪321、压力传感器322和温度传感器 323，所述压力传感器322设置于所述气库31的出气端，所述温度传感器323设置于所述气库 31内，所述温度压力采集仪321的采集端分别与压力传感器322、温度传感器323连接并接收 压力传感器322、温度传感器323的数据采集信息，所述温度压力采集仪321的输出端与计算 机9连接并将采集到的压力数据信息、温度数据信息分别输出给计算机9用于计算控制待充 注部件1的气体工质充注量。
[0030] 所述抽真空单元2为真空栗。
[0031] 本发明所述热管工质精准充注方法，可在上述充注系统中实现，包括如下步骤：
[0032] (1)对待充注部件1进行抽真空并达到预设真空度；
[0033] (2)向设有的气库2内充注气体工质并达到设定值，同时通过温度压力采集机构32 进行温度数据信息和压力数据信息的时时采集；
[0034] (3)根据采集的气库31内的温度数据信息和压力数据信息以及要充入待充注部件 1的气体工质质量，计算出充注完成时对应的气库31内的压力；
[0035] (4)由预冷装置11对待充注部件1进行冷却处理后，对待充注部件1充注气体工质， 当温度压力采集机构32测得压力达到步骤(3)计算得到的气库31内压力时，完成充注。
[0036] 在本实施例中，采用真空栗对待充注部件1进行抽真空，操作时，先关闭控制阀Π 7 和减压阀8,由真空栗对待充注部件1进行抽真空并达到预设真空度时，关闭控制阀15,完成 抽真空。
[0037] 向气库31内充注热管工质气体时，先打开减压阀8,由工质储存单元4向气库31内 充注气体工质，并通过温度压力采集机构32进行温度数据信息和压力数据信息的时时采 集，当气库31内压力达到设定值时，关闭减压阀8，完成气库31内气体工质的充注，在本实施 例中，所述工质储存单元4为钢瓶。
[0038] 考虑到实施的便捷性，在本实施例中，所述温度压力采集机构32将采集的压力数 据信息和温度数据信息传输至计算机9,充入待充注部件1内的气体工质质量通过计算机9 根据接收到的压力数据信息和温度数据信息应用理想气体状态方程计算得到，所述控制阀 15、控制阀Π 7和减压阀8的打开和关闭可通过计算机9控制完成。
[0039] 充入待充注部件1内的气体工质质量应用理想气体状态方程通过下述方法计算得 到：
[0040] 向待充注部件1充入气体工质前，气库31中气体工质的质量为：
[0041]
(1)
[0042] 式中，Po为气库充完气体工质后的压力，Vtank为气库的体积，R为气体常数，R = 8.3145J/(mol · Κ)，M为要充注气体工质的分子的摩尔质量，To为通过温度传感器测时时测 得环境温度；
[0043] 向待充注部件1充入气体工质后，气库31中剩余的气体工质的质量为：
[0044] 丨
(X)
[0045] 式中，P1为当气库中的气态工质充入待充注部件时，通过压力传感器测时时测得 气库中的压力，Vtank为气库的体积，R为气体常数，R = 8.3145J/(mol · Κ)，M为要充注气体工 质的分子的摩尔质量，To为通过温度传感器测时时测得环境温度；
[0046] 则可得出待充注部件1中的气体工质的充注质量为：
[0047] m2=m〇-mi (3)
[0048] 对待充注部件1充注气体工质时，打开控制阀Π 7开始对待充注部件1进行充注，直 至温度压力采集仪321采集的压力数据信息达到步骤⑶计算得到的气库31压力时，关闭控 制阀Π 7,完成充注。
[0049] 综上所述可见:本发明通过增设的一个中间装置气库31来实现对待充注部件1的 气体工质的间接充注，结合温度压力采集机构32可有效监测的气体工质充注过程中的气库 31内的压力值与温度值的变化，并据此计算出待充注部件1的充注量而非通过流量来计算 实际的充注量，无需流量计，准确性更高，可实现在不同应用温区的不同充液率的气体工质 充注量的精准控制的同时，避免简单流量计测量因温度变化带来的充注误差，而且本发明 还具有结构简单，成本低廉等优点。
[0050] 最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明 的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1. 一种热管工质精准充注系统，包括待充注部件、抽真空单元和用于储存气体工质的 工质储存单元，所述抽真空单元通过控制阀I控制的连接管与待充注部件连通，其特征在 于:还包括充注量温压测控单元，所述充注量温压测控单元包括气库和温度压力采集机构， 所述气库一端通过控制阀Π控制的连接管与待充注部件连通，另一端通过减压阀控制的连 接管与工质储存单元连通，所述温度压力采集机构与所述气库连接并将采集到的所述气库 内的压力数据信息和温度数据信息分别输出用于计算控制待充注部件的气体工质充注量。
2. 根据权利要求1所述的充注系统，其特征在于:所述待充注部件外还设有预冷装置。
3. 根据权利要求1所述的充注系统，其特征在于:所述温度压力采集机构包括温度压力 采集仪、压力传感器和温度传感器，所述压力传感器设置于所述气库的出气端，所述温度传 感器设置于所述气库内，所述温度压力采集仪的采集端分别与压力传感器、温度传感器连 接并接收压力传感器、温度传感器的数据采集信息，所述温度压力采集仪的输出端与计算 机连接并将采集到的压力数据信息、温度数据信息分别输出给计算机用于计算控制待充注 部件的气体工质充注量。
4. 根据权利要求3所述的充注系统，其特征在于:所述抽真空单元为真空栗。
5. —种热管工质精准充注方法，其特征在于:可在权利要求1-4任一权利要求所述的充 注系统中实现，包括如下步骤： (1) 对待充注部件进行抽真空并达到预设真空度； (2) 向设有的气库内充注气体工质并达到设定值，同时通过温度压力采集机构进行温 度数据信息和压力数据信息的时时采集； (3) 根据采集的气库内的温度数据信息和压力数据信息以及要充入待充注部件的气体 工质质量，计算出充注完成时对应的气库内的压力； ⑷由预冷装置对待充注部件进行冷却处理后，对待充注部件充注气体工质，当温度压 力采集机构测得压力达到权利要求5所述步骤(3)计算得到的气库内压力时，完成充注。
6. 根据权利要求5所述的充注方法，其特征在于：采用真空栗对待充注部件进行抽真 空，先关闭控制阀Π和减压阀，由真空栗对待充注部件进行抽真空并达到预设真空度时，关 闭控制阀I，完成抽真空。
7. 根据权利要求5所述的充注方法，其特征在于：向气库内充注热管工质气体时，先打 开减压阀，由工质储存单元向气库内充注气体工质，并通过温度压力采集机构进行温度数 据信息和压力数据信息的时时采集，当气库内压力达到设定值时，关闭减压阀，完成气库内 气体工质的充注。
8. 根据权利要求5所述的充注方法，其特征在于:所述温度压力采集机构将采集的压力 数据信息和温度数据信息传输至计算机，充入待充注部件内的气体工质质量通过计算机根 据接收到的压力数据信息和温度数据信息应用理想气体状态方程计算得到。
9. 根据权利要求8所述的充注方法，其特征在于:所述控制阀I、控制阀Π和减压阀的打 开和关闭通过计算机控制完成。
10. 根据权利要求5所述的充注方法，其特征在于:对待充注部件充注气体工质时，打开 控制阀Π开始对待充注部件进行充注，直至温度压力采集仪采集的压力数据信息达到步骤 (3)计算得到的气库压力时，关闭控制阀Π，完成充注。
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