CN217736912U - 一种低温环路热管的工质充装系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种低温环路热管的工质充装系统，包括工质罐、恒温水浴、气库、放气阀、第一压力传感器、充装气动阀、第二压力传感器、真空回路气动阀、第三气动挡板阀、小抽速真空泵、第二气动挡板阀、大抽速真空泵、第一气动挡板阀、分子泵、中抽速真空泵、工件气动阀和枪体，充装系统通过对第一压力传感器进行精度的选型以及枪体及管路抽真空、工件抽真空、工件充装和枪体及管路残留工质排放四个步骤实现对工件的充装。其中本实用新型的有益效果是：提供一种常温下加压不可液化的工质，实现低温环路热管工质充装的精度误差较小。

Description

一种低温环路热管的工质充装系统

技术领域

本实用新型涉及工作介质充装设备领域，特别涉及一种低温环路热管的工质充装系统。

背景技术

环路热管(LHP)是一种无源的气液两相传热装置，因其具有高效传热性、距离远热传输能力、系统热阻小、可靠性高等优势，使其在航天航空的热控系统中得到广泛的应用。随着各种不同应用领域的扩张，对环路热管的工作温区要求也变得逐渐宽泛。环路热管按照其工作温区的不同一般可分为高温环路热管(350K以上)、常温环路热管(200～350K)和低温环路热管(200K以下)。低温环路热管(CLHP)是用于控制低温运行设备温度的重要部件，由于可在微重力环境下运行，广泛应用于地球探测及深空探测等领域。CLHP能正常运行的关键是系统能从超临界状态转变到正常的低温工作温度，实现CLHP的启动。充装量对系统启动的影响较大，若充装量过大，系统的压力可能达不到临界压力以下，导致次回路的启动失败；而充装量过少，则会降低系统压力使热储液器中的工质进入系统，进而增大启动难度。因此工质充装不合适可能导致低温环路热管工作失效或工作温度波动，这将严重影响其工作稳定性。

专利CN112414188A中公开了一种低温环路热管，一种低温环路热管包括冷凝管，该冷凝管相当于将冷凝路径设置在主体构件的内部，因此相对于传统冷凝器，尤其能够在有效的体积内，将降低表面积的同时增加传热面积，由此大大提高了冷凝器的换热效率和稳定性，专利CN112097011B中通过管线管理装置对螺旋管线的每一圈管段的形变量进行控制，使连接于螺旋管线两端的设备发生较大角度的转动时，能够使螺旋管线的每一圈管段均能够参与，通过每一圈管段的较小程度的形变和位移的叠加，最终实现一个较大角度的转动，降低了螺旋管线因应力集中导致管线疲劳破裂的风险。同时通过管线管理装置也对螺旋管线的每一圈管段进行支撑，避免螺旋管线出现相邻圈层管段的交叉问题，保证每一圈管段均能够顺利地发生形变并形成一定的位移量。

目前的现有技术中缺少对于低温环路热管(CLHP)进行精准充装的系统。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型中披露了一种常温下加压不可液化的工质，实现提高低温环路热管工质充装精度的低温环路热管的工质充装系统，本实用新型的技术方案是这样实施的：

一种低温环路热管的工质充装系统，包括工质罐和恒温水浴，所述恒温水浴中设置气库，所述工质罐与所述气库相连接，所述工质罐和所述气库之间设置放气阀，所述气库通过第一管路连接工件气动阀，所述工件气动阀与枪体相连接，所述枪体连接工件，所述第一管路上设置第一压力传感器和充装气动阀，所述工件气动阀通过第二管路与真空回路气动阀相连接，所述工件气动阀和所述真空回路气动阀之间设置第二压力传感器，所述第一管路和所述第二管路并联连接，第三气动挡板阀、第二气动挡板阀和第一气动挡板阀并联连接形成并联管路，所述并联管路与所述第二管路相连接，所述第一气动挡板阀、所述第二气动挡板阀和所述第三气动挡板阀分别与真空泵串联连接，其中所述第一气动挡板阀的管路中还设置分子泵。

优选地，所述第一气动挡板阀与中抽速真空泵串联连接，所述分子泵设置在所述第一气动挡板阀和所述中抽速真空泵之间。

优选地，所述第二气动挡板阀与大抽速真空泵串联连接。

优选地，所述第三气动挡板阀与小抽速真空泵串联连接。

优选地，依据所述工件中工质的充装量以及所述工质的物性参数确定压力值，所述压力值为所述第一压力传感器的精度选型依据。

优选地，所述充装气动阀、所述真空回路气动阀和所述工件气动阀的阀体采用VCR的密封方式。

优选地，通过枪体及管路抽真空、工件抽真空、工件充装和枪体及管路残留工质排放实现对所述工件的充装。具体包括以下步骤：枪体及管路抽真空：首先关闭所述放气阀、所述充装气动阀、所述工件气动阀、所述第二气动挡板阀、所述大抽速真空泵、所述第一气动挡板阀、所述分子泵和所述中抽速真空泵，打开所述真空回路气动阀、所述第三气动挡板阀和所述小抽速真空泵，待所述第二压力传感器的压力值降至100Pa时，关闭所述小抽速真空泵和所述第三气动挡板阀，然后打开所述第二气动挡板阀和所述大抽速真空泵，待所述第二压力传感器压力值降至10Pa时，关闭所述第二气动挡板阀和所述大抽速真空泵；最后打开所述中速抽真空泵、所述分子泵及所述第一气动挡板阀，待所述第二压力传感器的压力值降至5·10^-4Pa时，关闭所述中速抽真空泵、所述分子泵及所述第一气动挡板阀，所述枪体及管路抽真空完成。

对所述工件进行抽真空：打开所述工件气动阀、所述第三气动挡板阀和所述小抽速真空泵，待所述第二压力传感器的压力值降至100Pa时，关闭所述小抽速真空泵和所述第三气动挡板阀；然后打开所述第二气动挡板阀和所述大抽速真空泵，待所述第二压力传感器的压力值降至10Pa时，关闭所述第二气动挡板阀和所述大抽速真空泵；最后打开所述中速抽真空泵、所述分子泵及所述第一气动挡板阀，待所述第二压力传感器的压力值降至5·10^-4Pa时，关闭所述中速抽真空泵、所述分子泵、所述第一气动挡板阀及所述真空回路气动阀，即所述工件的抽真空完成。

对所述工件进行充装：初始高压状态下的工质被存放在所述工质罐中，所述气库被置放在所述恒温水浴内以控制所述气库内工质的温度和压力，所述工质罐通过管路与所述气库相连，管路上的所述第一压力传感器主要用于测量所述气库及管道内工质的压力。打开所述放气阀、所述充装气动阀及所述工件气动阀，将所述枪体对准所述工件充装，待所述第一压力传感器的压力到达设定的P时，停止充装，关闭所述放气阀、所述充装气动阀及所述工件气动阀，所述工件充装完成。

所述枪体及管路残留工质排放：在所述工件充装过程中，会有部分工质残留在所述枪体及管路内，需打开所述真空回路气动阀、所述第三气动挡板阀及所述小抽速真空泵将残留的工质排空。

实施本实用新型的技术方案可解决现有技术中对于低温环路热管的工质在常温下通常处于过热状态或接近室温的饱和状态，是超临界温度低于常温的气体，如果以初始状态将工质充入环路热管内，将导致充装量过少的问题；实施本实用新型的技术方案，通过对第一压力传感器进行精度的确定，通过枪体及管路抽真空、工件抽真空、工件充装和枪体及管路残留工质排放等步骤的实施可实现低温环路热管工质充装的精度误差在0.01g以内的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

图1为低温环路热管的工质充装系统结构示意图。

在上述附图中，各图号标记分别表示：

1 工质罐

2 恒温水浴

3 气库

4 放气阀

5 第一压力传感器

6 充装气动阀

7 真空回路气动阀

8 第三气动挡板阀

9 小抽速真空泵

10 第二气动挡板阀

11 大抽速真空泵

12 第一气动挡板阀

13 分子泵

14 中抽速真空泵

15 工件气动阀

16 枪体

17 工件

18 第一管路

19 第二管路

20 并联管路

21 第二压力传感器

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

在具体的实施例中，如图1所示，一种低温环路热管的工质充装系统，其包括工质罐1和恒温水浴2，恒温水浴2中设置气库3，工质罐1与气库3相连接，工质罐1和气库3之间设置放气阀4，气库3通过第一管路18连接工件气动阀15，工件气动阀15与枪体16相连接，枪体16连接工件17，第一管路18上设置第一压力传感器5和充装气动阀6，第一压力传感器5可以设置在气库3和充装气动阀6之间，也可以设置其他位置，但要实现对第一管路18进入到工件气动阀15的气压进行精准的测定。工件气动阀15通过第二管路19与真空回路气动阀7相连接，工件气动阀15和真空回路气动阀7之间设置第二压力传感器21，其中充装气动阀6、真空回路气动阀7和工件气动阀15的阀体采用VCR的密封方式进行密封。第二压力传感器21用于测量并联管路20中的压力值。第一管路18和第二管路19并联连接，第三气动挡板阀8、第二气动挡板阀10和第一气动挡板阀12并联连接形成并联管路20，并联管路20与第二管路19相连接，真空回路气动阀7可以设置在第二管路19和并联管路20之间，第一气动挡板阀12、第二气动挡板阀10和第三气动挡板阀8分别与真空泵串联连接，其中第一气动挡板阀12的管路中还设置分子泵13。第一气动挡板阀12与中抽速真空泵14相串联，分子泵13可以设置在第一气动挡板阀12和中抽速真空泵14之间，第二气动挡板阀10与大抽速真空泵11串联连接，第三气动挡板阀8与小抽速真空泵9串联连接。通过分别设置第三气动挡板阀8、第二气动挡板阀10和第一气动挡板阀12三条不同的管路可以依次不同管路的运作实现对管路以及工件进行充分的抽真空。

通过本实施例中的上述系统可以实现提供一种常温下加压不可液化的工质，实现低温环路热管工质充装的精度误差在0.01g以内的实施方法。要实现工质的精准充装需要通过第一压力传感器5进行精度的选型。工质罐1中的工质通过管路通入恒温水浴2中的气库3，其中通过放气阀4控制工质罐1与气库3之间的气体的流通。恒温水浴2保证气库3内的工质保持在一定的温度，气库3通过第一管路18实现对工件17的充装。其中第一压力传感器5就设置在第一管路18上，第一压力传感器5的精度决定了充装的精度，对于第一压力传感器5的精度选型可以采用以下方法：例如工件17的容积为V，工件17设计的充装量为M，恒温水浴2的温度维持在T，体积密度为

在温度T下根据工质的物性参数查出对应的压力P。要求工件17的充装精度为±0.01g，即工质的实际充装量在M₁＝M-0.1g至M₂＝M+0.1g之间，此时所述工件17的容积V及所述恒温水浴2的温度T保持不变，体积密度变为

和

由此可以根据工质的物性参数查出相对应的压力分别为P₁和P₂，取

和

的较大值为所述第一压力传感器5的精度选型。在确定第一压力传感器5的精度选型之后就可以实现对工质的充装进行精准的控制。具体的选用乙烯作为工质对本实施例中的技术内容进行说明，使用乙烯对低温环路热管进行充装，选用的低温环路热管的总容积为343.3ml，乙烯的设计充装量为28.6g，体积密度为0.08330906g/ml，选定恒温水浴2的工作温度为30℃，根据乙烯的物性参数查出对应的压力为4.9655MPa。要求对低温环路热管的充装精度为±0.01g，即乙烯的实际充装量在M₁＝28.59g至M₂＝28.61g之间，在不同的实际充装量下乙烯的体积密度分别为

由此可以根据乙烯的物性参数查出相对应的压力分别为P₁＝4.9648MPa和P₂＝4.9669MPa，取

和

两者中的较大值作为第一压力传感器5的精度值，即所述第一压力传感器5的精度选取0.3‰。

在完成对第一压力传感器5的精度选型后可以对低温环路热管进行乙烯的充装，工质罐1中存储乙烯，对低温环路热管的充装可以采用下述步骤：步骤一、枪体16及管路抽真空：首先关闭放气阀4、充装气动阀6、工件气动阀15、第二气动挡板阀10、大抽速真空泵11、第一气动挡板阀12、分子泵13和中抽速真空泵14，打开真空回路气动阀7、第三气动挡板阀8和小抽速真空泵9，待第二压力传感器21显示的压力值降至100Pa时，关闭小抽速真空泵9和第三气动挡板阀8，然后打开第二气动挡板阀10和大抽速真空泵11，待第二压力传感器21显示的压力值降至10Pa时，关闭第二气动挡板阀10和大抽速真空泵11；最后打开中速抽真空泵14、分子泵13及第一气动挡板阀12，待第二压力传感器21显示的压力值降至5·10^{- 4}Pa时，关闭中速抽真空泵14、分子泵13及第一气动挡板阀12，枪体16及管路抽真空完成。

步骤二、对低温环路热管进行抽真空：打开工件气动阀15、第三气动挡板阀8和小抽速真空泵9，待第二压力传感器21显示的压力值降至100Pa时，关闭小抽速真空泵9和第三气动挡板阀8；然后打开第二气动挡板阀10和大抽速真空泵11，待第二压力传感器21显示的压力值降至10Pa时，关闭第二气动挡板阀10和大抽速真空泵11；最后打开中速抽真空泵14、分子泵13及第一气动挡板阀12，待第二压力传感器21显示的压力值降至5·10^-4Pa时，关闭中速抽真空泵14、分子泵13、第一气动挡板阀12及真空回路气动阀7，即工件17的抽真空完成。

步骤三、对低温环路热管进行充装：初始高压状态下的乙烯被存放在工质罐1中，气库3被置放在恒温水浴2内以控制气库3内乙烯的温度和压力，工质罐1通过管路与气库3相连，管路上的第一压力传感器5主要用于测量气库3及管道内乙烯的压力。打开放气阀4、充装气动阀6及工件气动阀15，将枪体16对低温环路热管进行充装，待第一压力传感器5的压力到达设定的压力值时，停止低温环路热管的充装，关闭放气阀4、充装气动阀6及工件气动阀15，低温环路热管充装完成。

步骤四、枪体16及管路残留乙烯排放：在低温环路热管充装过程中，会有部分工质残留在枪体16及管路内，需打开真空回路气动阀7、第三气动挡板阀8及小抽速真空泵9将残留的乙烯排空。

需要指出的是，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种低温环路热管的工质充装系统，其特征在于：包括工质罐和恒温水浴，所述恒温水浴中设置气库，所述工质罐与所述气库相连接，所述工质罐和所述气库之间设置放气阀，所述气库通过第一管路连接工件气动阀，所述工件气动阀与枪体相连接，所述枪体连接工件，所述第一管路上设置第一压力传感器和充装气动阀，所述工件气动阀通过第二管路与真空回路气动阀相连接，所述工件气动阀和所述真空回路气动阀之间设置第二压力传感器，所述第一管路和所述第二管路并联连接，第一气动挡板阀、第二气动挡板阀和第三气动挡板阀并联连接形成并联管路，所述并联管路与所述第二管路相连接，所述第一气动挡板阀、所述第二气动挡板阀和所述第三气动挡板阀分别与真空泵串联连接，其中所述第一气动挡板阀的管路中还设置分子泵。

2.根据权利要求1所述的一种低温环路热管的工质充装系统，其特征在于：所述第一气动挡板阀与中抽速真空泵串联连接，所述分子泵设置在所述第一气动挡板阀和所述中抽速真空泵之间。

3.根据权利要求2所述的一种低温环路热管的工质充装系统，其特征在于：所述第二气动挡板阀与大抽速真空泵串联连接。

4.根据权利要求3所述的一种低温环路热管的工质充装系统，其特征在于：所述第三气动挡板阀与小抽速真空泵串联连接。

5.根据权利要求4所述的一种低温环路热管的工质充装系统，其特征在于：依据所述工件中工质的充装量以及所述工质的物性参数确定压力值，所述压力值为所述第一压力传感器的精度选型依据。

6.根据权利要求5所述的一种低温环路热管的工质充装系统，其特征在于：所述充装气动阀、所述真空回路气动阀和所述工件气动阀的阀体采用VCR的密封方式。

7.根据权利要求1-6任一所述的一种低温环路热管的工质充装系统，其特征在于：通过枪体及管路抽真空、工件抽真空、工件充装和枪体及管路残留工质排放实现对所述工件的充装。

Images