CN112747617B - 一种自动化多热管真空定量工质充注系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化多热管真空定量工质充注系统，包括自动计量泵、管路及其控制系统、温度控制装置、测压系统、抽真空系统、充气密封圈系统；自动计量泵与四通管连接，四通管每一条接通的管路外侧有均匀缠绕的电加热丝；四通管的左侧连接测压系统，右侧连接抽真空系统，所述管路及其控制系统包括普通管路、粗管路、三通管、四通管及电磁阀；四通管下方通过管路及其控制系统连接位于冷却装置中的热管；本发明可实现对热管工质的准确定量充注（偏差0.5%～2%）；可实现对多根热管的定量充注，节约时间成本；热管极限真空度可达10^‑4 Pa；系统的各部分功能由电磁阀通断控制，易于实现自动化流水线作业。

Description

一种自动化多热管真空定量工质充注系统

技术领域

本发明涉及一种自动化多热管真空定量工质充注系统，属于节能换热器领域。

背景技术

热管是一种利用相变传热的高效传热元件。现在，热管的应用已从航空航天延伸到工业及民用中，并且在卫星散热、太阳能设备、高原冻土融化、余热回收、电子元件散热等方面发挥着不可替代的作用。人们在使用热管的同时，也对热管性能提出了更高的要求。影响热管性能的因素主要有：热管形状、吸液芯结构、工质类型、不凝结气体、充液率、制备热管的真空环境等。已有的热管方面的专利主要集中在吸液芯制造、热管结构设计等方面。

已有研究发现，热管实际充注误差超过最佳充注量的5％时，热管的性能会发生明显的变化。因此充注量的精确性会明显影响热管性能。当前热管的充注方法主要有两种：①沸腾排气法；②抽真空灌注法。沸腾排气法很难精准控制工质的充注量，但工质充注时间较短。抽真空灌注法可以精准控制工质充注量，但需要使用真空泵机组，成本较高，充注时间较长。另外，空气等不凝性气体在冷凝段的积聚是热管可靠性下降的主要原因。热管内不凝结气体的来源：①热管内以自由气体存在的空气；②热管内壁金属表面吸附的气体。除去不凝结气体多采用抽真空除气法。抽真空除气法不仅影响着热管中空气的残余量，而且影响着热管内壁金属表面吸附的气体的排尽程度。因此，抽真空时能否达到要求的真空度也影响着热管的性能。

发明内容

本发明旨在提供一种自动化多热管真空定量工质充注系统，其核心内容是工质的精确定量充注，该方法可实现对多根热管定量充注工质。

本发明提供了一种热管工质定量充注系统，该系统适用于重力热管、有芯热管。

本发明提供了一种自动化多热管真空定量工质充注系统，包括自动计量泵、管路及其控制系统、温度控制装置、测压系统、抽真空系统、充气密封圈系统；

所述自动计量泵根据不同热管有不同的选择。对不同热管可通过各自最佳充液率得到最佳充注量。研究发现热管的实际充注误差不超过最佳充注量的0.5% ～ 2%，热管性能基本不变。对于不同的热管，采用不同精度的计量泵，以确保充注量在合适的范围。计量泵采用不同型号的平流泵，其流量设定精度为≤±1.5％，可以达到上述要求。

所述管路及其控制系统包括普通管路、粗管路、三通管、四通管及电磁阀；普通管路内径范围为2 mm ~10 mm，普通管路壁厚为1 mm ~2 mm，普通管路管长依实际情况而定；粗管路内径范围为8 mm ~16 mm，粗管路壁厚为2 mm ~ 3 mm，每个粗管路长度比充气密封圈长2 cm ~ 8 cm。在本系统中分别设有第一粗管路、第二粗管路、第三粗管路，其余管路均为普通管路。管路材质根据热管工质不同会有所区别。

计量泵出口管路与第一电磁阀相连。第一电磁阀向下接通四通管。四通管每一条接通的管路外侧有均匀缠绕的电加热丝。电加热丝的分布情况：第一电磁阀到四通管、第二电磁阀到四通管、第三电磁阀到四通管、四通管到第四电磁阀、四通管到距热管最近的电磁阀（第九电磁阀、第十二电磁阀、第十五电磁阀……）。

所述温度控制装置包括加热控制装置和冷却控制装置。所述加热控制装置包括电加热丝、温度计和加热控制器。加热控制器控制方式为：当温度低于设定温度时，电加热丝开始加热；当温度达到设定温度，电加热丝停止加热。在此设计系统正式工作之前，要确定管路加热完成的标志。确定方法：确保阀门均关闭，使用第一电加热丝将管路加热到要求的温度，电加热丝为间歇性加热，记录下电加热丝每次停止的时长，当电加热丝加热的停止时长趋于定值时，认为加热完成。将趋于定值的停止时长作为管路加热完成的标志。后面充注热管时，当加热停止时长达到要求时长，加热就达到了要求。所述冷却控制装置包括热电偶、冷却装置。热电偶包括第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶，分别位于第一热管、第二热管、第三热管的管壁外侧。工质充注过程中冷却装置持续工作，当热电偶温度达到要求时，热管的冷却就达到了要求。当管路加热与热管冷却都达到要求时，热管工质充注完成。对于不同工质，其要求的管路加热温度和热管冷却温度是不同的，原则上管路的加热温度要在当前压力（压力表示数）下工质的饱和温度以上，热管的冷却温度要在当前压力（压力表示数）下工质的饱和温度以下。

所述测压系统包括压力表与真空计，为四通管左边。四通管连接第一三通管，第一三通管另外两条管路分别：一条管路经过第二电磁阀连接压力表；另一条管路经过第三电磁阀连接有真空计。注意，压力表和真空计应根据热管要求的灌装压力与抽真空压力适当选取。

所述抽真空系统由冷阱、工质回收罐、沸石管、分子泵和机械泵组成，为四通管右边。四通管接通第四电磁阀，后接通冷阱，冷阱后面连接抽真空机组。冷阱用于回收工质，冷阱下面还要连接一工质回收罐。抽真空机组包括低真空机组和高真空机组两部分。低真空机组采用机械泵对热管进行粗抽，低真空机组的管路连接：冷阱右接第二三通管，第二三通管向下依次连接第六电磁阀、第三三通管、氟石管和机械泵，机械泵向上直接连通大气。高真空机组采用机械泵和分子泵进行精抽，高真空机组的管路连接：第二三通管依次连接第五电磁阀、分子泵、第七电磁阀、第三三通管、氟石管和机械泵，机械泵排气口仍与大气相通。系统的抽真空机组每次起动时，先用机械泵预抽整个系统，后换用分子泵主抽整个系统。更换新的热管后，也应该先预抽，然后主抽。注意抽低真空与抽高真空都用到机械泵。

进一步地，所述分子泵使用磁力轴承型的涡轮分子泵。涡轮分子泵的前级排气压力较低，一般仅是1Pa量级，要求选用抽速较大的机械泵作为前级泵。

四通管下方通过管路及控制系统连接位于冷却装置中的热管；四通管下面的管路首先旁接温度计，之后与第四三通管相连，第四三通管向下连接第九电磁阀，第九电磁阀向下连接的是第一粗管路。第四三通管向右依次连接第八电磁阀、第五三通管、第十一电磁阀、第六三通管、第十四电磁阀、第七三通管。第五三通管向下连接第十二电磁阀，第十二电磁阀向下连通第二粗管路。第六三通管向下连接第十五电磁阀，第十五电磁阀向下连通第三粗管路。与粗管路内壁接触的是充气密封圈。

所述充气密封圈系统由充气密封圈和充气密封圈的充放气装置组成。进一步地，所述充气密封圈的材质应具有防腐蚀的性质，可选用三元乙丙橡胶。充气密封圈在放置时应抵到粗管路的根部。所述充气密封圈的充放气装置由第十电磁阀、第十三电磁阀、第十六电磁阀、第八三通管、第九三通管、第十三通管、第十七电磁阀、第十八电磁阀和压缩空气源组成。第一、第二、第三充气密封圈分别连接第十、第十三、第十六电磁阀，然后通过第八、第九三通管，共同连接到第十三通管。第十三通管向上连接第十七电磁阀，第十七电磁阀另一边连接大气，第十三通管向右连接第十八电磁阀，第十八电磁阀另一边连接压缩空气罐。

热管位于充气密封圈下面。热管倾斜放置，与地面夹角范围为30°~90°。为避免不凝结气体的影响，本发明建议采用除气后的热管。充气密封圈内壁接触的是热管的灌注管。热管的灌注管应使用能够退火的软材料，如无氧铜、纯镍等，以防止灌注管在下一步冷焊时产生不凝结气体。需强调，某些工质是具有腐蚀性的，在选取灌注管材料时需慎重。在灌注管距热管1cm~3cm处为冷焊钳，本系统中冷焊的封口方法为直推凹凸模式，直推凹凸模式需要采用液压方式才能产生足够的封口力。冷焊钳夹紧后产生的临时封口称为压合区。整个系统多根热管共用一套冷焊钳，冷焊钳通过滑轨可移动到不同热管处。灌注管向下接通热管，热管被放置在冷却装置中。

截断后的灌注管较为单薄，需在外面加一保护罩。

此热管抽真空定量充注系统还要注意以下几点：1、对不同类型的热管，工质的种类也有不同，某些工质具有腐蚀性，对于有腐蚀性的工质，管路及阀门管件的选择要注意。2、此设计系统管路中，大部分区域有明显的温度变化和压力变化，因此整个系统的密封推荐采用耐温的硅基密封脂来配合不同的密封管件。3、整个热管工质定量充注系统的高度应保证不低于热管灌注管的高度。

本发明还提供了上述自动化多热管真空定量工质充注系统的使用方法，具体操作过程如下：

（1）首先确保所有电磁阀关闭，安装热管：此发明可以为多根热管充注工质，每根热管的安装方式相同；这里以第一热管为例描述热管的具体安装过程；首先将第一充气密封圈放入第一粗管道中，第一充气密封圈要抵到第一粗管路根部；再将第一灌注管放在第一充气密封圈的中间，第一灌注管要抵到第一粗管路根部；之后调整第一热管到合适的位置（热管中心线与粗管路中心线重合即）；

（2）充气密封圈充气：打开第十电磁阀、第十三电磁阀、第十六电磁阀、第十八电磁阀，压缩空气从压缩空气罐出来先经第十八电磁阀、第十三三通管，然后经过第九三通管、第八三通管，后分别经过第十电磁阀、第十三电磁阀、第十六电磁阀，最后分别进入第一充气密封圈、第二充气密封圈、第三充气密封圈；充气密封圈膨胀，形成严格密封；然后关闭上述所有电磁阀；

（3）抽真空的预抽环节：开启第三电磁阀、第四电磁阀、第六电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十一电磁阀、第十二电磁阀、第十四电磁阀和第十五电磁阀；冷阱内注入适量的冷却液，抽真空期间确保冷阱的温度达到要求；在氟石管中装入适量的氟石；开启机械泵正式进行预抽，预抽环节气体从多根热管出来分别经灌注管、电磁阀、三通管，之后共同经过四通管、冷阱、第二三通管、第六电磁阀、第三三通管、氟石管，最后进入机械泵并排入大气；预抽时，机械泵连续运作，当真空计显示管路内压力低于2Pa，预抽结束；预抽结束无需关闭机械泵；

（4）抽真空的主抽环节：开启第五电磁阀、第七电磁阀，并开启分子泵；待分子泵进入工作状态后关闭第六电磁阀，开始用分子泵主抽管路；分子泵主抽的时间较长，在分子泵工作期间要保证冷阱的温度在要求范围内；在主抽环节，热管内气体的排出路径为：气体从多根热管出来分别经灌注管、电磁阀、三通管，之后共同经过四通管、冷阱、第二三通管、第五电磁阀、分子泵、第七电磁阀、第三三通管、氟石管，最后进入机械泵并排入大气；对于不同工质，真空度最佳值是不同的；抽真空时观察真空计的示数，当真空计示数达到要求，则认为抽真空完成；之后关闭所有电磁阀，随后立即关闭分子泵，关闭机械泵；

（5）对多根热管依次充注工质：首先对第一热管充注工质，打开第一电磁阀、第九电磁阀，自动计量泵经第一电磁阀向系统内注入一定量的工质，之后关闭第一电磁阀；开启第二电磁阀，通过压力表读取管路内的压力，之后开启温度控制装置对管路进行加热，并使用冷却装置对热管进行冷却；管路加热和热管冷却均达到要求后关闭第九电磁阀，关闭温度控制装置；使用冷焊钳将第一灌注管夹紧并产生封口，形成一个暂时的防漏封接；然后对第二热管充注工质，打开第一电磁阀、第八电磁阀、第十二电磁阀，自动计量泵经第一电磁阀向系统内注入一定量的工质，之后关闭第一电磁阀，通过压力表读取管路内的压力，开启温度控制装置对管路进行加热，并使用冷却装置对热管进行冷却；管路加热与热管冷却均达到要求后，关闭第十二电磁阀，关闭温度控制装置；冷焊钳通过滑轨移动到第二灌注管处，将第二灌注管夹紧并产生一个临时的封口；然后对第三热管充注工质，打开第一电磁阀、第十一电磁阀、第十五电磁阀，自动计量泵经第一电磁阀向系统内注入一定量的工质，之后关闭第一电磁阀，通过压力表读取管路内的压力，开启温度控制装置对管路进行加热，并使用冷却装置对热管进行冷却；管路加热与热管冷却均达到要求后关闭第十五电磁阀，关闭温度控制装置；冷焊钳通过滑轨移动到第三灌注管处，将第三灌注管夹紧并产生一个临时的封口；如果后面还有热管，可按上面充注流程依次进行操作；热管全部充注完成后关闭所有电磁阀；

（6）工质回收：打开第二电磁阀、第四电磁阀、第六电磁阀、第八电磁阀、第九电磁阀、第十一电磁阀、第十二电磁阀、第十四电磁阀、第十五电磁阀，开启机械泵；管路及灌注管被截下部分中残余的工质经第四电磁阀进入冷阱，被冷却成液态并被回收到工质回收罐中；刚开始观察压力表，当管路内压力等于大气压力，立即关闭第二电磁阀，打开第三电磁阀，观察真空计示数；系统管路内压力为1 Pa～5 Pa时关闭所有电磁阀，关闭机械泵，工质回收完成；

（7）充气密封圈放气：打开第十电磁阀、第十三电磁阀、第十六电磁阀、第十七电磁阀；让第一、第二、第三充气密封圈内的气体先分别经第十电磁阀、第十三电磁阀、第十六电磁阀、第八三通管、第九三通管，后共同经过第十三通管、第十七电磁阀，排入大气中；关闭所有电磁阀，然后就可以取下充气密封圈和热管；

（8）封口加固：在冷焊封口的侧面沿着冷焊钳压紧的方向将压合区截开，灌注管被分为两部分；采用锡焊或环氧树脂焊接灌注管的切断端口，形成牢固的密封；然后在热管上加一保护罩保护相对细薄的灌注管。

本发明的有益效果：

（1）本发明可实现对热管工质的准确定量充注（偏差0.5% ～2%）。

（2）本系统可实现对多根热管的定量充注，节约时间成本。

（3）热管极限真空度可达10^-4 Pa。

（4）系统的各部分功能由电磁阀通断控制，易于实现自动化流水线作业。

附图说明

图1为本设计系统管路连接示意图。

图2为冷焊钳压合前、后灌注管的示意图。

图3为粗管路、严格封闭的充气密封圈、灌注管的相对位置剖面图。

图4为灌注管封口及保护罩的剖面图。

图中：1-自动计量泵；2-普通管路；3-第一电磁阀; 4-电加热丝；5-四通管; 6-第一三通管；7-第二电磁阀；8-第三电磁阀；9-压力表；10-真空计；11-第四电磁阀；12-冷阱；13-工质回收罐；14-第二三通管；15-第五电磁阀；16-第六电磁阀；17-分子泵；18-第七电磁阀；19-第三三通管；20-氟石管；21-机械泵；22-温度计；23-第四三通管；24-第八电磁阀；25-第九电磁阀；26-第一粗管路；27-第一充气密封圈；28-第一灌注管；29-冷焊钳；30-第一热电偶；31-第一热管；32-第十电磁阀；33-第五三通管；34-第十一电磁阀；35-第十二电磁阀；36-第二粗管路；37-第二充气密封圈；38-第二灌注管；39-第二热电偶；40-第二热管；41-第十三电磁阀；42-第六三通管；43-第十四电磁阀；44-第十五电磁阀；45-第三粗管路；46-第三充气密封圈；47-第三灌注管；48-第三热电偶；49-第三热管；50-第十六电磁阀；51-第七三通管；52-冷却装置；53-第八三通管；54-第九三通管；55-第十三通管；56-第十七电磁阀；57-第十八电磁阀；58-压缩空气罐；59-保护罩。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1：

如图1~4所示，一种自动化多热管真空定量工质充注系统，包括自动计量泵、管路及其控制系统、温度控制装置、测压系统、抽真空系统、充气密封圈系统。

下文在描述管路连接时使用了上下左右四个方向。但请注意，各设备的具体位置要依实际情况而定。

所述自动计量泵根据不同热管有不同的选择。对不同热管可通过各自最佳充液率得到最佳充注量。研究发现热管的实际充注误差不超过最佳充注量的0.5% ～ 2%，热管性能基本不变。对于不同的热管，采用不同精度的计量泵，以确保充注量在合适的范围。计量泵采用不同型号的平流泵，其流量设定精度为≤±1.5％，可以达到上述要求。该泵在图1中以自动计量泵1表示。

所述管路及其控制系统包括普通管路、粗管路、三通管、四通管及电磁阀；普通管路内径范围为2 mm ~10 mm，普通管路壁厚为1 mm ~2 mm，普通管路管长依实际情况而定；粗管路内径范围为8 mm ~16 mm，粗管路壁厚为2 mm ~ 3 mm，每个粗管路长度比充气密封圈长2 cm ~ 8 cm。在图中分别设有第一粗管路26、第二粗管路36、第三粗管路45，其余管路均为普通管路2。管路材质根据热管工质不同会有所区别。

计量泵出口管路与第一电磁阀3相连。第一电磁阀3向下接通四通管5。四通管5每一条接通的管路外侧有均匀缠绕的电加热丝4。电加热丝的分布情况：第一电磁阀3到四通管5、第二电磁阀7到四通管5、第三电磁阀8到四通管5、四通管5到第四电磁阀11、四通管5到距热管最近的电磁阀（第九电磁阀25、第十二电磁阀35、第十五电磁阀44……）。

所述温度控制装置包括加热控制装置和冷却控制装置。所述加热控制装置包括电加热丝4、温度计22和加热控制器。加热控制器控制方式为：当温度低于设定温度时，电加热丝开始加热；当温度达到设定温度，电加热丝停止加热。在此设计系统正式工作之前，要确定管路加热完成的标志。确定方法：确保阀门均关闭，使用第一电加热丝4将管路加热到要求的温度，电加热丝为间歇性加热，记录下电加热丝每次停止的时长，当电加热丝加热的停止时长趋于定值时，认为加热完成。将趋于定值的停止时长作为管路加热完成的标志。后面充注热管时，当加热停止时长达到要求时长，加热就达到了要求。所述冷却控制装置包括热电偶、冷却装置52。热电偶包括第一热电偶30、第二热电偶40、第三热电偶48，分别位于第一热管、第二热管、第三热管的管壁外侧。工质充注过程中冷却装置持续工作，当热电偶温度达到要求时，热管的冷却就达到了要求。当管路加热与热管冷却都达到要求时，热管工质充注完成。对于不同工质，其要求的管路加热温度和热管冷却温度是不同的，原则上管路的加热温度要在当前压力（压力表示数）下工质的饱和温度以上，热管的冷却温度要在当前压力（压力表示数）下工质的饱和温度以下。

所述测压系统包括压力表与真空计，为图1四通管5左边。四通管5连接第一三通管6，第一三通管6另外两条管路分别：一条管路经过第二电磁阀7连接压力表9；另一条管路经过第三电磁阀8连接有真空计10。注意，压力表和真空计应根据热管要求的灌装压力与抽真空压力适当选取。

所述抽真空系统由冷阱、工质回收罐、沸石管、分子泵和机械泵组成，为图1四通管5右边。四通管5接通第四电磁阀11，后接通冷阱12，冷阱12后面连接抽真空机组。冷阱12用于回收工质，冷阱下面还要连接一工质回收罐13。抽真空机组包括低真空机组和高真空机组两部分。低真空机组采用机械泵21对热管进行粗抽，低真空机组的管路连接：冷阱右接第二三通管14，第二三通管向下依次连接第六电磁阀16、第三三通管19、氟石管20和机械泵21，机械泵向上直接连通大气。高真空机组采用机械泵21和分子泵17进行精抽，高真空机组的管路连接：第二三通管14依次连接第五电磁阀15、分子泵17、第七电磁阀18、第三三通管19、氟石管20和机械泵21，机械泵排气口仍与大气相通。系统的抽真空机组每次起动时，先用机械泵预抽整个系统，后换用分子泵主抽整个系统。更换新的热管后，也应该先预抽，然后主抽。注意抽低真空与抽高真空都用到机械泵。

进一步地，所述分子泵使用磁力轴承型的涡轮分子泵。涡轮分子泵的前级排气压力较低，一般仅是1Pa量级，要求选用抽速较大的机械泵作为前级泵。

四通管下方通过管路及控制系统连接位于冷却装置中的热管；四通管下面的管路首先旁接温度计22，之后与第四三通管23相连，第四三通管向下连接第九电磁阀25，第九电磁阀向下连接的是第一粗管路26。第四三通管向右依次连接第八电磁阀24、第五三通管33、第十一电磁阀34、第六三通管42、第十四电磁阀43、第七三通管51。第五三通管向下连接第十二电磁阀35，第十二电磁阀向下连通第二粗管路36。第六三通管向下连接第十五电磁阀44，第十五电磁阀向下连通第三粗管路45。与粗管路内壁接触的是充气密封圈。

所述充气密封圈系统由充气密封圈和充气密封圈的充放气装置组成。进一步地，所述充气密封圈的材质应具有防腐蚀的性质，可选用三元乙丙橡胶。充气密封圈在放置时应抵到粗管路的根部。图1中分别示出了第一充气密封圈27、第二充气密封圈37、第三充气密封圈46。所述充气密封圈的充放气装置由第十电磁阀32、第十三电磁阀41、第十六电磁阀50、第八三通管53、第九三通管54、第十三通管55、第十七电磁阀56、第十八电磁阀57和压缩空气源58组成。第一、第二、第三充气密封圈分别连接第十、第十三、第十六电磁阀，然后通过第八、第九三通管，共同连接到第十三通管55。第十三通管向上连接第十七电磁阀56，第十七电磁阀另一边连接大气，第十三通管向右连接第十八电磁阀57，第十八电磁阀另一边连接压缩空气罐58。

热管位于充气密封圈下面。热管倾斜放置，与地面夹角范围为30°~90°。为避免不凝结气体的影响，本发明建议采用除气后的热管。充气密封圈内壁接触的是热管的灌注管。热管的灌注管图1中以第一灌注管28、第二灌注管38、第三灌注管47表示。热管的灌注管应使用能够退火的软材料，如无氧铜、纯镍等，以防止灌注管在下一步冷焊时产生不凝结气体。需强调，某些工质是具有腐蚀性的，在选取材料时需慎重。在灌注管距热管1cm~3cm处为冷焊钳29，本系统中冷焊的封口方法为直推凹凸模式，其钳口的截面见图二。直推凹凸模式需要采用液压方式才能产生足够的封口力。冷焊钳夹紧后产生的临时封口称为压合区。整个系统多根热管共用一套冷焊钳，冷焊钳通过滑轨可移动到不同热管处。灌注管向下接通热管，热管在图1中表示为第一热管31、第二热管40、第三热管49。热管被放置在冷却装置52中。

粗管路、严格封闭的充气密封圈、灌注管的相对位置见图三。

截断后的灌注管较为单薄，需在外面加一保护罩，保护罩的剖面图如图四所示。

此热管抽真空定量充注系统还要注意以下几点：1、对不同类型的热管，工质的种类也有不同，某些工质具有腐蚀性，对于有腐蚀性的工质，管路及阀门管件的选择要注意。2、此设计系统管路中，大部分区域有明显的温度变化和压力变化，因此整个系统的密封推荐采用耐温的硅基密封脂来配合不同的密封管件。3、整个热管工质定量充注系统的高度应保证不低于热管灌注管的高度。

本发明还提供了上述自动化多热管真空定量工质充注系统的使用方法，具体操作过程如下：

（1）首先确保所有电磁阀关闭，安装热管：此发明可以为多根热管充注工质，每根热管的安装方式相同；这里以第一热管31为例描述热管的具体安装过程；首先将第一充气密封圈27放入第一粗管道26中，第一充气密封圈要抵到第一粗管路根部；再将第一灌注管28放在第一充气密封圈27的中间，第一灌注管要抵到第一粗管路根部；之后调整第一热管31到合适的位置（热管中心线与粗管路中心线重合即）；

（2）充气密封圈充气：打开第十电磁阀32、第十三电磁阀41、第十六电磁阀50、第十八电磁阀57，压缩空气从压缩空气罐58出来先经第十八电磁阀57、第十三三通管55，然后经过第八三通管53、第九三通管54，后分别经过第十电磁阀、第十三电磁阀、第十六电磁阀，最后分别进入第一充气密封圈27、第二充气密封圈37、第三充气密封圈46；充气密封圈膨胀，形成严格密封；然后关闭上述所有电磁阀；

（3）抽真空的预抽环节：开启第三电磁阀8、第四电磁阀11、第六电磁阀16、第八电磁阀24、第九电磁阀25、第十一电磁阀34、第十二电磁阀35、第十四电磁阀43和第十五电磁阀44；冷阱12内注入适量的冷却液，抽真空期间确保冷阱的温度达到要求；在氟石管20中装入适量的氟石；开启机械泵21正式进行预抽，预抽环节气体从多根热管出来分别经灌注管、电磁阀、三通管，之后共同经过四通管、冷阱、第二三通管、第六电磁阀、第三三通管、氟石管，最后进入机械泵并排入大气；预抽时，机械泵连续运作，当真空计显示管路内压力低于2Pa，预抽结束；预抽结束无需关闭机械泵；

（4）抽真空的主抽环节：开启第五电磁阀15、第七电磁阀18，并开启分子泵17；待分子泵进入工作状态后关闭第六电磁阀16，开始用分子泵主抽管路；分子泵主抽的时间较长，在分子泵工作期间要保证冷阱12的温度在要求范围内；在主抽环节，热管内气体的排出路径为：气体从多根热管出来分别经灌注管、电磁阀、三通管，之后共同经过四通管、冷阱、第二三通管、第五电磁阀、分子泵、第七电磁阀、第三三通管、氟石管，最后进入机械泵并排入大气；对于不同工质，真空度最佳值是不同的；抽真空时观察真空计10的示数，当真空计示数达到要求，则认为抽真空完成；之后关闭所有电磁阀，随后立即关闭分子泵，关闭机械泵；

（5）对多根热管依次充注工质：首先对第一热管31充注工质，打开第一电磁阀3、第九电磁阀25，自动计量泵经第一电磁阀3向系统内注入一定量的工质，之后关闭第一电磁阀3；开启第二电磁阀7，通过压力表9读取管路内的压力，之后开启温度控制装置对管路进行加热，并使用冷却装置52对热管进行冷却；管路加热和热管冷却均达到要求后关闭第九电磁阀25，关闭温度控制装置；使用冷焊钳29将第一灌注管28夹紧并产生封口，形成一个暂时的防漏封接；然后对第二热管40充注工质，打开第一电磁阀3、第八电磁阀24、第十二电磁阀35，自动计量泵经第一电磁阀向系统内注入一定量的工质，之后关闭第一电磁阀，通过压力表9读取管路内的压力，开启温度控制装置对管路进行加热并使用冷却装置52对热管进行冷却；管路加热与热管冷却均达到要求后关闭第十二电磁阀35，关闭温度控制装置；冷焊钳29通过滑轨移动到第二灌注管38处，将第二灌注管夹紧并产生一个临时的封口；然后对第三热管49充注工质，打开第一电磁阀3、第十一电磁阀34、第十五电磁阀44，自动计量泵经第一电磁阀向系统内注入一定量的工质，之后关闭第一电磁阀，通过压力表9读取管路内的压力，开启温度控制装置对管路进行加热并使用冷却装置52对热管进行冷却；管路加热与热管冷却均达到要求后关闭第十五电磁阀44，关闭温度控制装置；冷焊钳29通过滑轨移动到第三灌注管47处，将第三灌注管夹紧并产生一个临时的封口；如果后面还有热管，可按上面充注流程依次进行操作；热管全部充注完成后关闭所有电磁阀；

（6）工质回收：打开第二电磁阀7、第四电磁阀11、第六电磁阀16、第八电磁阀24、第九电磁阀25、第十一电磁阀34、第十二电磁阀35、第十四电磁阀43、第十五电磁阀44，开启机械泵24；管路及灌注管被截下部分中残余的工质经第四电磁阀11进入冷阱12，被冷却成液态并被回收到工质回收罐13中；刚开始观察压力表，当管路内压力等于大气压力，立即关闭第二电磁阀7，打开第三电磁阀8，观察真空计示数；系统管路内压力为1 Pa～5 Pa时关闭所有电磁阀，关闭机械泵，工质回收完成；

（7）充气密封圈放气：打开第十电磁阀32、第十三电磁阀41、第十六电磁阀50、第十七电磁阀56；让第一、第二、第三充气密封圈内的气体先分别经第十电磁阀32、第十三电磁阀41、第十六电磁阀50、第八三通管53、第九三通管54，后共同经过第十三通管55、第十七电磁阀56，排入大气中；关闭所有电磁阀，然后就可以取下充气密封圈和热管；

（8）封口加固：在冷焊封口的侧面沿着冷焊钳压紧的方向将压合区截开，灌注管被分为两部分；采用锡焊或环氧树脂焊接灌注管的切断端口，形成牢固的密封；然后在热管上加一保护罩59保护相对细薄的灌注管。

Claims (10)

1.一种自动化多热管真空定量工质充注系统，其特征在于：包括自动计量泵、管路及其控制系统、温度控制装置、测压系统、抽真空系统、充气密封圈系统；自动计量泵与四通管连接，四通管每一条接通的管路外侧有均匀缠绕的电加热丝；四通管的左侧连接测压系统，右侧连接抽真空系统，四通管底部通过管路及控制系统连接若干根热管；

所述管路及其控制系统包括普通管路、粗管路、三通管、四通管及电磁阀；

所述温度控制装置包括加热控制装置和冷却控制装置；所述加热控制装置包括电加热丝、温度计和加热控制器；所述冷却控制装置包括热电偶、冷却装置；热电偶位于热管的管壁外侧；工质充注过程中冷却装置持续工作，当热电偶温度达到要求时，热管的冷却就达到了要求；当管路加热与热管冷却都达到要求时，热管工质充注完成；

所述抽真空系统由冷阱、工质回收罐、沸石管、分子泵和机械泵组成，位于四通管右边；四通管接通第四电磁阀，后接通冷阱，冷阱后面连接抽真空机组；冷阱用于回收工质，冷阱下面连接一工质回收罐；抽真空机组包括低真空机组和高真空机组两部分；低真空机组采用机械泵对热管进行粗抽，低真空机组的管路连接：冷阱右接第二三通管，第二三通管向下依次连接第六电磁阀、第三三通管、氟石管和机械泵，机械泵向上直接连通大气；高真空机组采用机械泵和分子泵进行精抽，高真空机组的管路连接：第二三通管依次连接第五电磁阀、分子泵、第七电磁阀、第三三通管、氟石管和机械泵，机械泵排气口仍与大气相通；

四通管下方通过管路及其控制系统连接位于冷却装置中的热管；四通管下面的管路首先旁接温度计，之后与三通管相连，电磁阀连接粗管路；与粗管路内壁接触的是充气密封圈；所述充气密封圈系统由充气密封圈和充气密封圈的充放气装置组成；充气密封圈内壁接触的是热管的灌注管，灌注管下方接通热管，热管被放置在冷却装置中。

2.根据权利要求1所述的自动化多热管真空定量工质充注系统，其特征在于：计量泵采用不同型号的平流泵，其流量设定精度为≤±1.5％；自动计量泵出口管路与第一电磁阀相连，第一电磁阀下方连接四通管。

3.根据权利要求1所述的自动化多热管真空定量工质充注系统，其特征在于：普通管路内径范围为2 mm ~10 mm，普通管路壁厚为1 mm ~2 mm，普通管路管长依实际情况而定；粗管路内径范围为8 mm ~16 mm，粗管路壁厚为2 mm ~ 3 mm，每个粗管路长度比充气密封圈长2 cm ~ 8 cm。

4.根据权利要求1所述的自动化多热管真空定量工质充注系统，其特征在于：加热控制器控制方式为：当温度低于设定温度时，电加热丝开始加热；当温度达到设定温度，电加热丝停止加热；电加热丝为间歇性加热，当电加热丝加热的停止时长趋于定值时，认为加热完成。

5.根据权利要求1所述的自动化多热管真空定量工质充注系统，其特征在于：所述测压系统包括压力表与真空计，位于四通管左边；四通管通过第一三通管分别连接压力表和真空计。

6.根据权利要求1所述的自动化多热管真空定量工质充注系统，其特征在于：系统的抽真空机组每次启动时，先用机械泵预抽整个系统，后换用机械泵和分子泵主抽整个系统；更换新的热管后，也先用机械泵预抽整个系统，后换用机械泵和分子泵主抽整个系统。

7.根据权利要求6所述的自动化多热管真空定量工质充注系统，其特征在于：所述分子泵使用磁力轴承型的涡轮分子泵；涡轮分子泵的前级排气压力较低，为1Pa量级，选用抽速较大的机械泵作为前级泵。

8.根据权利要求1所述的自动化多热管真空定量工质充注系统，其特征在于：所述充气密封圈使用防腐蚀的材质，充气密封圈在放置时应抵到粗管路的根部；所述充气密封圈的充放气装置由电磁阀、三通管和压缩空气源组成。

9.根据权利要求1所述的自动化多热管真空定量工质充注系统，其特征在于：热管倾斜放置，与地面夹角范围为30°~90°；

热管的灌注管应使用能够退火的软材料；在灌注管距热管1cm~3cm处设有冷焊钳，整个系统多根热管共用一套冷焊钳，冷焊钳通过滑轨能移动到相邻的热管处。

10.一种权利要求1~9任一项所述的自动化多热管真空定量工质充注系统的使用方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）首先确保所有电磁阀关闭，安装热管：

每根热管的安装方式相同，以第一热管为例：首先将第一充气密封圈放入第一粗管道中，第一充气密封圈要抵到第一粗管路根部；再将第一灌注管放在第一充气密封圈的中间，第一灌注管要抵到第一粗管路根部；之后调整第一热管到合适的位置，使热管中心线与粗管路中心线重合；

（2）充气密封圈充气：打开电磁阀，压缩空气从压缩空气罐出来先经电磁阀、三通管，最后进入充气密封圈；充气密封圈膨胀，形成严格密封；然后关闭上述所有电磁阀；

（3）抽真空的预抽环节：开启电磁阀；冷阱内注入适量的冷却液，抽真空期间确保冷阱的温度达到要求；在氟石管中装入氟石；开启机械泵正式进行预抽，预抽环节气体从多根热管出来分别经灌注管、电磁阀、三通管，之后共同经过四通管、冷阱、第二三通管、第六电磁阀、第三三通管、氟石管，最后进入机械泵并排入大气；预抽时，机械泵连续运作，当真空计显示管路内压力低于2Pa，预抽结束；预抽结束无需关闭机械泵；

（4）抽真空的主抽环节：开启分子泵两侧的电磁阀，并开启分子泵；待分子泵进入工作状态后，关闭机械泵管路上的电磁阀，开始用分子泵主抽管路；分子泵主抽的时间较长，在分子泵工作期间要保证冷阱的温度在要求范围内；在主抽环节，热管内气体的排出路径为：气体从多根热管出来分别经灌注管、电磁阀、三通管，之后共同经过四通管、冷阱、分子泵、氟石管，最后进入机械泵并排入大气；抽真空时观察真空计的示数，当真空计示数达到要求，则认为抽真空完成；之后关闭所有电磁阀，随后立即关闭分子泵，关闭机械泵；

（5）对多根热管依次充注工质：首先对第一热管充注工质，打开电磁阀，自动计量泵经第一电磁阀向系统内注入一定量的工质，之后关闭第一电磁阀；通过压力表读取管路内的压力，之后开启温度控制装置对管路进行加热，并使用冷却装置对热管进行冷却；管路加热和热管冷却均达到要求后关闭温度控制装置；使用冷焊钳将第一灌注管夹紧并产生封口，形成一个暂时的防漏封接；然后对第二热管充注工质，充注过程与第一热管充注过程相同，充注完成后，冷焊钳通过滑轨移动到第二灌注管处，将第二灌注管夹紧并产生一个临时的封口；按上面充注流程依次进行操作；热管全部充注完成后关闭所有电磁阀；

（6）工质回收：打开电磁阀，开启机械泵；管路及灌注管被截下部分中残余的工质进入冷阱，被冷却成液态并被回收到工质回收罐中；刚开始观察压力表，当管路内压力等于大气压力，立即关闭压力表侧面的电磁阀，打开真空计电磁阀，观察真空计示数；系统管路内压力为1 Pa～5 Pa时关闭所有电磁阀，关闭机械泵，工质回收完成；

（7）充气密封圈放气：打开电磁阀；让充气密封圈内的气体先分别经电磁阀、三通管，排入大气中；关闭所有电磁阀，然后就可以取下充气密封圈和热管；

（8）封口加固：在冷焊封口的侧面沿着冷焊钳压紧的方向将压合区截开，灌注管被分为两部分；采用锡焊或环氧树脂焊接灌注管的切断端口，形成牢固的密封；然后在热管上加一保护罩保护相对细薄的灌注管。

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