CN217816175U - 一种常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常温环路热管的工质充装系统，包括工质罐、充气阀、第一管路、工件电磁阀、枪体、充装电磁阀、增压泵、平衡缸、第一压力传感器、科氏质量流量计、充装电磁阀、真空回路电磁阀、第二管路、第二压力传感器、第一电磁挡板阀、第二电磁挡板阀、第三电磁挡板阀、小抽速真空泵、大抽速真空泵、中抽速真空泵和分子泵，科氏质量流量计测定对工件充装的工质质量，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：对常温环路热管进行精准的充装保证常温环路热管可以正常启动。

Description

一种常温环路热管的工质充装系统

技术领域

本实用新型涉及常温环路热管的工质充装领域，特别涉及一种常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。环路热管由蒸发器、冷凝器、储液器、蒸汽管路和液体管路组成。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)。工质充装量会影响到环路热管系统的启动和稳定运行：初始工质的合理分布能够保证环路热管在恶劣的启动条件下，不借助外加动力仍能顺利启动；同时也能避免在稳态运行时出现温度波动。因此工质充装不合适可能导致常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CN212537491U中公开了一种斯特林制冷制热产品用洁净工质充装装置，通过该装置可以保证斯特林制冷制热产品内所充装的工质纯净度，保障产品长期运行的性能稳定性和长寿命，但未对充装工质质量的控制方法作详细描述。专利CN212843091U中公开了一种碱金属热管工质充装系统，该充装系统在针对之前公布的一系列碱金属工质充装方法作了优化，解决了充装过程中碱金属工质污染后的处理问题以及对多根热管同时高精度充装方法的问题，该充装方法的原理是将固态碱金属工质融化后，用惰性气体打压进入热管；在恒温箱的底部设置有精密天平，用以精确测量热管所充工质的质量。

可以发现现有技术中缺少对常温环路热管工质的充装方法及工质充装量精确控制的方法。

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环路热管工质充装系统，该系统的工质为一种常温下加压可液化的气体，利用平衡缸维持压力的稳定，通过高精度的科氏质量流量计实现常温环路热管工质充装量的精度误差在0.1％以内，本实用新型的技术方案是这样实施的：

一种常温环路热管的工质充装系统，包括工质罐，所述工质罐通过第一管路与工件电磁阀相连接，所述工件电磁阀与枪体连接，所述枪体与工件相连接；所述第一管路还设置有充气阀、增压泵、平衡缸、第一压力传感器、科氏质量流量计和充装电磁阀，所述增压泵、所述平衡缸、所述科氏质量流量计设置在所述充气阀和所述充装电磁阀之间，真空回路电磁阀通过第二管路与所述工件电磁阀相连接，所述真空回路电磁阀和所述工件电磁阀之间设置第二压力传感器，第一电磁挡板阀、第二电磁挡板阀和第三电磁挡板阀并联连接形成并联管路，所述并联管路与所述真空回路电磁阀相连接，其中所述第一电磁挡板阀、所述第二电磁挡板阀和所述第三电磁挡板阀分别与真空泵相连接，所述第三电磁挡板阀的管路中还设置分子泵。

优选地，所述分子泵与中抽速真空泵相连接，所述第三电磁挡板阀和所述分子泵相连接。

优选地，所述第二电磁挡板阀与大抽速真空泵串联连接。

优选地，所述第一电磁挡板阀与小抽速真空泵串联连接。

优选地，所述第一压力传感器设置在所述科氏质量流量计与所述平衡缸之间。

优选地，所述工件电磁阀、所述充装电磁阀和所述真空回路电磁阀采用VCO的密封方式。

优选地，上述系统可以通过以下步骤实现对所述工件进行充装：

步骤一、所述枪体及管路抽真空

首先关闭所述充气阀、所述充装电磁阀、所述工件电磁阀、所述第三电磁挡板阀、所述大抽速真空泵、所述第二电磁挡板阀、所述分子泵、所述中抽速真空泵，打开所述真空回路电磁阀、所述第一电磁挡板阀和所述小抽速真空泵，待所述第二压力传感器压力值降至100Pa时，关闭所述小抽速真空泵和所述第一电磁挡板阀；然后打开所述第二电磁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，关闭所述第二电磁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三电磁挡板阀，待所述第二压力传感器压力降至5·10^-4Pa时，关闭所述中速抽真空泵、所述分子泵及所述第三电磁挡板阀，所述枪体及管路抽真空完成。

步骤二、所述工件抽真空

打开所述工件电磁阀、所述第一电磁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一电磁挡板阀；然后打开所述第二电磁挡板阀和所述大抽速真空泵，待所述压力传感器的压力值降至10Pa时，关闭所述第二电磁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三电磁挡板阀，待压力降至5·10^-4Pa时，关闭所述中速抽真空泵、所述分子泵、所述第三电磁挡板阀及所述真空回路电磁阀，所述工件抽真空完成。

步骤三、所述工件充装

初始高压状态下的工质被存放在所述工质罐中，工质经过所述增压泵增压后液化成液态，在所述平衡缸的作用下，使工质的压力维持平衡，管路上设置所述第一压力传感器监测进入所述科氏质量流量计的工质的压力，管路上连接的所述科氏质量流量计主要用于测量流经的工质质量。打开所述充气阀、所述充装电磁阀及所述工件电磁阀，将所述枪体对准所述工件充装，待所述科氏质量流量计测得的流经工质的质量流量到达设定的M时，停止所述枪体的充装，关闭所述充气阀、所述充装电磁阀及所述工件电磁阀，所述工件充装完成。

步骤四、所述枪体及管路残留工质排放

在所述工件充装过程中，会有部分工作介质残留在所述枪体及管路内，需打开所述真空回路电磁阀、所述第一电磁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工质充装不合适而导致常温环路热管工作失效或工作温度波动的问题；实施本实用新型的技术方案，通过在工质罐与工件电磁阀之间设置增压、科氏质量流量计和平衡缸，实现工质的增压液化、稳定工作压力并保证最终的精确充装技术效果。

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为常温环路热管的工质充装系统示意图。

在上述附图中，各图号标记分别表示：

1 工质罐

2 充气阀

3 增压泵

4 平衡缸

5 科氏质量流量计

6 充装电磁阀

7 真空回路电磁阀

8 第一电磁挡板阀

9 小抽速真空泵

10 第二电磁挡板阀

11 大抽速真空泵

12 第三电磁挡板阀

13 分子泵

14 中抽速真空泵

15 工件电磁阀

16 枪体

17 工件

18 第一管路

19 第二管路

20 并联管路

21 第一压力传感器

22 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，一种常温环路热管的工质充装系统，包括工质罐1，工质罐1通过第一管路18与工件电磁阀15相连接，工件电磁阀15与枪体16连接，枪体16与工件17相连接；第一管路18还设置有充气阀2、增压泵3、平衡缸4、第一压力传感器21、科氏质量流量计5和充装电磁阀6，增压泵3、平衡缸4、第一压力传感器21、科氏质量流量计5设置在充气阀2和充装电磁阀6之间，具体的可以选择以充气阀2、增压泵3、平衡缸4、第一压力传感器21、科氏质量流量计5和充装电磁阀6一次设置在第一管路18上。真空回路电磁阀7通过第二管路19与工件电磁阀15相连接，真空回路电磁阀7和工件电磁阀15之间设置第二压力传感器22，第一电磁挡板阀8、第二电磁挡板阀10和第三电磁挡板阀12并联连接形成并联管路20，并联管路20通过设置不同抽速的真空泵实现对管路以及工件17进行抽真空。并联管路20与真空回路电磁阀7相连接，工件电磁阀15、充装电磁阀6和真空回路电磁阀7采用VCO的密封方式。其中第一电磁挡板阀8、第二电磁挡板阀10和第三电磁挡板阀12分别与真空泵相连接，第三电磁挡板阀12的管路中还设置分子泵13。具体地，分子泵13与中抽速真空泵14相连接，中电磁挡板阀12和分子泵13相连接。第二电磁挡板阀10与大抽速真空泵11串联连接，第一电磁挡板阀8与小抽速真空泵9串联连接。

在第一管路18上设置科氏质量流量计5，科氏质量流量计5是通过流体在科氏质量流量计5内部的震动管中流动而在产生与质量流量成正比的科里奥利力的原理来直接测量质量流量的仪表，精度可达到0.1％。工质罐1中的工质通过第一管道18实现对工件17的充装，通过设置科氏质量流量计5可以对工件17充装的量进行精准的测量。在科氏质量流量计5前设置平衡缸4，平衡缸4可以对增压泵3泵出的液态工质进行稳压平衡，防止进入科氏质量流量计5的液态工质不稳定导致科氏质量流量计5的测量存在误差。第一压力传感器21对进入科氏质量流量计5的液态工质的压力进行监控保证工质的处于液态。第二压力传感器22检测第二管路19、并联管路20以及工件17中的压强保证对于上述管路以及工件17进行抽真空。

常温环路热管的工质根据运行温度范围，可选用氨、水、酒精、丙酮等。在本实施例中可以具体的选用氨(R717)为例，该常温环路热管的充装量为29.6g，氨在常温25℃下的饱和蒸汽压为1.0027MPa。在温度不变的情况下，当压力大于饱和蒸汽压时，气态氨液化成液态氨。打开充气阀2，工质罐1中的气态氨经过增压泵3后增压，实现对气态氨进行液化，在平衡缸4的作用下，使液态氨的压力维持平衡，第一压力传感器21的值大于相应的饱和蒸汽压，气态氨液化成液态，第一管路18上连接的科氏质量流量计5主要用于测量流经的液氨的量。使用氨对常温环路热管进行充装可以采用下述步骤：

步骤一、枪体16及管路抽真空

首先关闭充气阀2、充装电磁阀6、工件电磁阀15、第二电磁挡板阀10、大抽速真空泵11、第三电磁挡板阀12、分子泵13、中抽速真空泵14，打开真空回路电磁阀7、第一电磁挡板阀8和小抽速真空泵9，待第二压力传感器22的压力值降至100Pa时，关闭小抽速真空泵9和第一电磁挡板阀8；然后打开第二电磁挡板阀10和大抽速真空泵11，待第二压力传感器22压力值降至10Pa时，关闭第二电磁挡板阀10和大抽速真空泵11；最后打开中速抽真空泵14、分子泵13及第三电磁挡板阀12，待第二压力传感器22的压力值降至5·10^-4Pa时，关闭中速抽真空泵14、分子泵13及第三电磁挡板阀12，枪体16及管路的抽真空完成。

步骤二、常温环路热管的抽真空

打开工件电磁阀15、第一电磁挡板阀8和小抽速真空泵9，待第二压力传感器22的压力值降至100Pa时，关闭小抽速真空泵9和第一电磁挡板阀8；然后打开第三电磁挡板阀10和大抽速真空泵11，待第二压力传感器22的压力值降至10Pa时，关闭第二电磁挡板阀10和大抽速真空泵11；最后打开中速抽真空泵14、分子泵13及第三电磁挡板阀12，待第二压力传感器22压力降至5·10^-4Pa时，关闭中速抽真空泵14、分子泵13、第三电磁挡板阀12及真空回路电磁阀7，常温环路热管的抽真空完成。

步骤三、对常温环路热管进行充装

初始高压状态下的氨被存放在工质罐1中，氨经过增压泵3后液化成液态，在平衡缸4的作用下，使液态氨的压力维持平衡，第一压力传感器21显示的压力值应当在充装的过程当中始终保持在大于1.0027MPa，保证进入科氏质量流量计5的氨为液态，第一管路18上连接的科氏质量流量计5主要用于测量流经的液态氨的量。打开充气阀2、充装电磁阀6及工件电磁阀15，将枪体16对准常温环路热管充装，待科氏质量流量计5测得的流经介质的质量流量到达设定的28.6g时，停止充装操作，关闭充气阀2、充装电磁阀6及工件电磁阀15，常温环路热管充装完成。

步骤四、枪体16及管路残留工质排放

在对常温环路热管充装过程中，会有部分氨残留在枪体16及管路内，需打开真空回路电磁阀7、第一电磁挡板阀8及小抽速真空泵9将残留的氨排空。

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)

1.一种常温环路热管的工质充装系统，包括工质罐，其特征在于：所述工质罐通过第一管路与工件电磁阀相连接，所述工件电磁阀与枪体连接，所述枪体与工件相连接；所述第一管路还设置有充气阀、增压泵、平衡缸、第一压力传感器、科氏质量流量计和充装电磁阀，所述增压泵、所述平衡缸、所述科氏质量流量计设置在所述充气阀和所述充装电磁阀之间，真空回路电磁阀通过第二管路与所述工件电磁阀相连接，所述第一管路和所述第二管路并联连接，所述真空回路电磁阀和所述工件电磁阀之间设置第二压力传感器，第一电磁挡板阀、第二电磁挡板阀和第三电磁挡板阀并联连接形成并联管路，所述并联管路与所述真空回路电磁阀相连接，其中所述第一电磁挡板阀、所述第二电磁挡板阀和所述第三电磁挡板阀分别与真空泵相连接，所述第三电磁挡板阀的管路中还设置分子泵。

2.根据权利要求1所述的一种常温环路热管的工质充装系统，其特征在于：所述分子泵与中抽速真空泵相连接，所述第三电磁挡板阀和所述分子泵相连接。

3.根据权利要求2所述的一种常温环路热管的工质充装系统，其特征在于：所述第二电磁挡板阀与大抽速真空泵串联连接。

4.根据权利要求3所述的一种常温环路热管的工质充装系统，其特征在于：所述第一电磁挡板阀与小抽速真空泵串联连接。

5.根据权利要求4所述的一种常温环路热管的工质充装系统，其特征在于：所述第一压力传感器设置在所述科氏质量流量计与所述平衡缸之间。

6.根据权利要求5所述的一种常温环路热管的工质充装系统，其特征在于：所述工件电磁阀、所述充装电磁阀和所述真空回路电磁阀的阀体采用VCO的密封方式。

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

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