真空充液裝置和真空充液方法
2023-04-24 04:15:46 1
專利名稱：真空充液裝置和真空充液方法
技術領域：
本發明是關於熱傳導領域，特別涉及一種可用於熱管工作流體填充的真空充液裝置及使用該裝置的真空充液方法。
背景技術：
近年來，電子技術迅速發展，電子器件的高頻、高速以及集成電路的密集及微型化，使得單位面積電子器件發熱量劇增。而熱管技術以其高效、緊湊及靈活可靠等特點，適合解決當前電子器件因性能提升所衍生的散熱問題，逐漸成為當前電子器件的主流散熱方式。
熱管是一中空密封管體，通常包括管殼、緊靠管殼內壁的吸液芯(毛細結構)以及密封在管殼內的工作流體，其一端為蒸發端(受熱端)，另一端為冷凝端(冷卻端)，根據應用需要可在蒸發端和冷凝端之間布置絕緣段。工作時，熱管在蒸發端藉由內部工作流體相變化吸收潛熱，並透過蒸氣流迅速地將熱量輸送到遠離熱源區的冷凝端，從而造成前後兩端溫差小，又達到快速傳送大量熱能的目的。熱管的導熱能力已超過目前所知的導熱性金屬，且可達良好金屬熱傳導係數的70～100倍。因而，熱管利用兩端溫差，即可完成整個傳熱過程而無須外加電源，可減少額外電力負擔。其中，工作流體在整個傳熱過程充當傳熱媒介，其性能以及填充含量對熱管的熱傳效率影響極大。
通常，工作流體選用純水或甲醇，其填充量需結合熱管內壁的毛細吸液芯的毛細結構孔隙率大小而定，而且毛細結構孔隙率越大，工作流體填充量越大，熱管熱傳效率越高，反之亦然。因而，對於選定的毛細吸液芯，其對應填充工作流體的量不能太高，否則會加重毛細結構的負擔，過量的液體會局部集聚在冷凝端，形成局部液體阻塞，使該部位的冷凝端不能工作；而太少的工作流體填充量，在冷凝端凝結的液體流束分為條紋流回蒸發端，使工作流體無法完全將毛細結構內孔隙填滿，造成熱管的蒸發端局部乾燥，降低熱管傳熱能力。
如現有技術提供一種熱管工作流體定量填充裝置，主要由一空氣排洩閥、一冷凝器、一凝結液收集瓶、一假鎖緊閥、一凝結液排放閥及一排汽導管所構成。其中冷凝器上端為空氣排洩閥，供空氣或不凝結氣從中排出；冷凝器下端為凝結液收集瓶，供工作流體蒸汽凝結後集結的瓶體，表面有刻度，下方有凝結液排放閥，使該工作流體能從凝結液收集瓶中排出供回收利用於前述結構中，在冷凝器與凝結液收集瓶之間，還設有一排汽導管，其一端通入冷凝器內，另一端與假鎖緊閥相接，使由假鎖緊閥下方填充管排出的蒸汽或氣體可流入冷凝器內。操作時，先將熱管容器內預注略多於設計量的工作流體後，將假鎖緊閥微開，以瓦斯火焰或電熱器將熱管容器加熱，使容器內的工作流體沸騰，並排放蒸汽；以假鎖緊閥調節蒸汽的排放量，蒸汽和空氣經排汽導管進入冷凝器後蒸汽凝結成液體，沿冷凝器內壁流下聚集於收集瓶中；空氣聚集於冷凝器頂端，並由頂端的排洩閥排放；由前述凝結液收集瓶的量度讀出凝結液的體積，以決定何時封斷熱管容器的填充管，從而實現工作流體定量填充。然而，當停止液體填充時，在熱管充液口到收集瓶之間的通道管內將殘留較多工作流體蒸汽，而熱管填充液量通常為幾毫升，使得熱管實際填充量與預計填充量誤差較大，因而，該裝置難以實現工作流體填充量的精確控制。
有鑑於此，提供一種可精確控制液體填充量的真空充液裝置實為必要。
發明內容以下，將以實施例說明一種可精確控制液體填充量的真空充液裝置。
以及通過實施例來說明一種真空充液方法。
為實現上述內容，提供一種真空充液裝置，其包括一液體輸送系統，其與待充液容器相連通，用於輸送液體到待充液容器內；一抽真空系統，其與待充液容器相連通，用於將待充液容器內部抽成真空；以及一貼靠待充液容器外殼設置的冷凍系統，用於凍結填充到待充液容器的液體。
其中，所述真空充液裝置進一步包括一三通閥，其分別與待充液容器、液體輸送系統以及抽真空系統相通；還可進一步包括一與抽真空系統相併聯的施壓裝置。
所述真空充液裝置的管道系統設置成「H」軌道型。
所述液體輸送系統、待充液容器、抽真空系統以及施壓裝置分布在「H」軌道型的四角位置，且所述液體輸送系統與待充液容器位於同一軌道上，抽真空系統與施壓裝置位於同一軌道上。
所述三通閥設置在液體輸送系統與待充液容器之間的軌道上。
所述真空充液裝置進一步包括一加熱裝置，用於給熱管加熱。
所述抽真空系統包括一真空泵以及一真空計量儀。
所述液體輸送系統包括一儲液容器、一輸出儲液容器內溶液的毛細管以及一位於儲液容器與毛細管之間的微閥，其中，毛細管可採用定量毛細管或微刻度毛細管。
所述冷凍系統的致冷介質選用乾冰、液氮、氟利昂或鹽水。
所述待充液容器選用熱管。
以及，一種真空充液方法，其包括以下步驟通過一液體輸送系統將預填充液體輸送到待充液容器內；利用一冷凍系統來凍結輸入待充液容器內的液體；通過一抽真空系統將待充液容器抽成真空，然後將其密封。
優選地，在待充液容器內通入液體之前，對其進行預熱。
優選地，在將預填充液體輸入待充液容器內之後，鼓入氣體，將滯留在管道內壁的液體吹入待充液容器內。
所述待充液容器選用熱管。
與現有技術相比，本實施例提供的真空充液裝置可適用於各種熱管裝置充液或其他真空待充液容器充液，以熱管為例，由於液體充入熱管後被凍結，當對熱管抽真空時，凍結的工作流體凝固在待充液容器內，可避免真空排氣時液體揮發而造成的誤差，從而固定液體輸入量，使得液體填充量可精確地控制。
另外，液體輸送系統包括一具有定量刻度或微刻度的毛細管，通過設置毛細管刻度的精確性，以便更加精確地控制充液容量；而管道系統設置成「H」軌道型，使真空充液裝置結構優化，操作簡便，能避免管道內殘留液體，減少充液量誤差，從而提高控制熱管充液容量的精確性。
現有的真空充液方法多採用填充液體、抽氣及密封兩段式處理，然而，在抽氣過程中，已填充的液體容易揮發，導致液體填充量難以控制。本實施例提供的真空充液方法可用於工業上各種熱管裝置或其他真空待充液容器的充液，以熱管為例，在熱管內輸入液體後，通過冷凍系統將其凍結，可避免抽真空操作時工作流體揮發而造成的誤差，從而可實現液體填充量的精確控制。
圖1是本實施例的真空充液裝置結構示意圖。
圖2是本實施例的真空充液方法操作流程圖。
具體實施方式下面結合附圖對本實施例作進一步詳細說明。
請參閱圖1，為本實施例提供的真空充液裝置結構示意圖。真空充液裝置1包括一液體輸送系統10，其與待充液容器20接通，以輸送液體到待充液容器20內；一抽真空系統30，其與待充液容器20接通，用於待充液容器20內部抽真空；以及一貼靠待充液容器外殼設置的冷凍系統40，用於凍結填充到待充液容器20的工作流體22。其中，所述真空充液裝置1還包括一三通閥50，其分別能與液體輸送系統10、抽真空系統30以及待充液容器20相導通。另外，待充液容器20可包括各種熱管裝置或其他真空充液的裝置，而熱管可為單管型熱管、平板型熱管、循環迴路型熱管、分離式熱管和微型熱管等不同形狀或種類的熱管。本實施例採用單管型熱管21。
所述液體輸送系統10包括一儲液容器11；一毛細管12，作為液體輸送系統10的輸出管道；以及一位於儲液容器11與毛細管12之間的微閥13，作為液體輸送系統10的輸出管道的控制開關。其中，毛細管12一端與微閥13相接，另一端與三通閥50相接；從而使儲液容器11中的液體可由微閥13控制進入毛細管12，然後毛細管12內液體可由三通閥50控制進入熱管21。毛細管12管壁標有微刻度，其刻度起點由上至下，最小刻度為0.01毫升，此方法優點在於可適合各種容量液體的填充；也可採用定量毛細管的方式，此時毛細管12隻有上端一個刻度線，需將三通閥50到刻度線間的液體容量設成預填充量即可，或者將定量毛細管設置於三通閥50與熱管21間的通道上，此方法操作較為簡便，但填充量單一。
所述抽真空系統30包括一真空泵31以及一真空計量儀32，真空泵31與三通閥50相連，真空計量儀32設於真空泵31與三通閥50間通道上任意位置。另外，在真空泵31與三通閥50間通道上還可設置一施壓裝置60，其可向三通閥50至熱管21之間的導管內鼓入氣體，因而可採用空氣泵或鼓風機等裝置，以將殘留在管壁的液體吹入熱管21內，減少充液誤差。
為使整個系統結構優化，本實施例將真空充液裝置的管道系統設置成「H」軌道型，即將液體輸送系統10、熱管21、抽真空系統30、三通閥50以及施壓裝置60兩兩之間相互連接的管道系統設置成「H」軌道型，且使液體輸送系統10、熱管21、抽真空系統30、施壓裝置60分別位於「H」軌道型的四角位置，如圖1所示，液體輸送系統10、熱管21位於「H」型同一軌道上，減短液體輸送路程；而將施壓裝置60位於「H」型另一軌道上，使該軌道上的導管和中間的橫嚮導管成為純氣體通道，而進入施壓裝置60的管道與進入抽真空系統30的導管相併聯。通過該「H」軌道型管道系統，使管道的液體通道與氣體通道相互獨立，只在通往熱管一通道可切換通入液體或氣體或抽氣，能避免管道內殘留液體，減少充液量誤差，以更精確地控制熱管充液容量。
所述冷凍系統40採用介質冷凍系統，致冷介質可選用乾冰、液氮、氟利昂或鹽水等，本實施例採用一液氮冷凍槽41。冷凍時，至少將熱管21一端置於該液氮冷凍槽41的液氮42部分；由於熱管21管殼為熱導體，因而，即使液氮42僅作用於熱管21一端(通常為熱管蒸發端)，液氮42也能凍結積於該端以及吸納在熱管21的毛細吸液芯23內的工作流體22。優選地，在熱管21外殼還設有一加熱裝置70，如可採用纏繞於熱管21外殼局部的加熱絲，其在熱管21內輸入工作流體22之前對熱管21預先加熱，以排除熱管21內的水蒸汽以及吸附在毛細吸液芯23內的液體，從而避免因為這些雜質的存在，佔用工作流體22的預填空間，從而造成工作流體22的過量，降低熱管21的熱傳效率。
請一起參閱圖1和圖2，說明本實施例提供的真空充液方法，其包括以下具體操作過程輸液過程，通過一液體輸送系統將預填充液體輸送到待充液容器內；凍結過程，利用一冷凍系統來凍結輸入待充液容器內的液體；真空密封過程，通過一抽真空系統將待充液容器抽成真空，然後將其密封。
(1)注液過程輸送預填充液體到待充液容器內。通過液體輸送系統10將預填充液體輸入熱管21內，往熱管21內通入液體之前，可對熱管21預熱，以排除熱管21內，尤其是毛細吸液芯23內的液體或水蒸汽；再將微閥13打開，使儲液容器11中液體輸入毛細管12內，直到預定刻度；然後開通三通閥50，使液體緩緩流入熱管21內，同時注意下降的刻度，達到預填充量即截斷三通閥50與毛細管12內的導通，完成注液過程。另外，在輸入液體到熱管21之後，利用一施壓裝置60向三通閥50至熱管21之間的導管內鼓入氣體，以將滯留在管道內壁的液體吹入熱管21內。施壓裝置60可採用空氣泵或鼓風機等裝置。
(2)凍結過程利用一冷凍系統來凍結輸入待充液容器內的液體。液體輸入熱管21內後，即成為熱管21內的工作流體22。通過冷凍槽41內的液氮冷凍已輸入熱管21內的液體，將其凍結凝固在熱管21內。
(3)真空密封過程通過一抽真空系統將待充液容器抽成真空，然後將其密封。先開通真空泵31，將熱管21抽成真空，通過真空計量儀來監控抽真空的程度，並使真空度低於10-2Pa，一般為1.33×10-3Pa；然後將熱管21開口端密封，使熱管21成為兩端密封的導熱管體，即完成熱管21的真空充液操作。
上述操作過程可廣泛應用於工業上各種真空待充液容器的真空充液，尤其適合於熱管內填充工作流體。以熱管21真空充液為例，由於液體充入熱管21後被凍結，當對熱管21抽真空時，凍結的工作流體22凝固在熱管21內，可避免其在真空排氣時揮發而產生的誤差，從而，可對液體填充量進行精確控制。同時，液體輸送系統10採用一具有定量刻度或微刻度的毛細管，通過設置毛細管刻度的精確性，以更加精確地控制充液容量。另外，通過該「H」軌道型管道系統，使真空充液裝置結構優化，操作簡便，並能避免管道內殘留液體，減少充液量誤差，以更精確地控制熱管充液容量。
權利要求
1.一種真空充液裝置，其包括一液體輸送系統，其與待充液容器相連通，用於輸送液體到待充液容器內；一抽真空系統，其與待充液容器相連通，用於將待充液容器內部抽成真空；其特徵在於還包括一貼靠待充液容器外殼設置的冷凍系統，用於凍結填充到待充液容器的液體。
2.如權利要求1所述的真空充液裝置，其特徵在於所述真空充液裝置進一步包括一三通閥，其分別與待充液容器、液體輸送系統以及抽真空系統相通。
3.如權利要求1所述的真空充液裝置，其特徵在於所述真空充液裝置進一步包括一與抽真空系統相併聯的施壓裝置。
4.如權利要求1至3任一項所述的真空充液裝置，其特徵在於所述真空充液裝置的管道系統設置成「H」軌道型。
5.如權利要求4所述的真空充液裝置，其特徵在於所述液體輸送系統、待充液容器、抽真空系統以及施壓裝置分布在「H」軌道型的四角位置，且所述液體輸送系統與待充液容器位於同一軌道上，抽真空系統與施壓裝置位於同一軌道上。
6.如權利要求2所述的真空充液裝置，其特徵在於所述三通閥設置在液體輸送系統與待充液容器之間的軌道上。
7.如權利要求1所述的真空充液裝置，其特徵在於所述真空充液裝置進一步包括一加熱裝置，用於給熱管加熱。
8.如權利要求1所述的真空充液裝置，其特徵在於所述抽真空系統包括一真空泵以及一真空計量儀。
9.如權利要求1所述的真空充液裝置，其特徵在於所述液體輸送系統包括一儲液容器、一輸出儲液容器內溶液的毛細管以及一位於儲液容器與毛細管之間的微閥。
10.如權利要求9所述的真空充液裝置，其特徵在於所述毛細管採用定量毛細管或微刻度毛細管。
11.如權利要求1所述的真空充液裝置，其特徵在於所述冷凍系統的致冷介質選用乾冰、液氮、氟利昂或鹽水。
12.如權利要求1所述的真空充液裝置，其特徵在於所述待充液容器選用熱管。
13.一種真空充液方法，其包括以下步驟通過一液體輸送系統將預填充液體輸送到待充液容器內；利用一冷凍系統來凍結輸入待充液容器內的液體；通過一抽真空系統將待充液容器抽成真空，然後將其密封。
14.如權利要求13所述的真空充液方法，其特徵在於在待充液容器內通入液體之前，對其進行預熱。
15.如權利要求13、14所述的真空充液方法，其特徵在於在將預填充液體輸入待充液容器內之後，鼓入氣體，將滯留在管道內壁的液體吹入待充液容器內。
16.如權利要求15所述的真空充液方法，其特徵在於所述待充液容器選用熱管。
全文摘要
本發明提供一種真空充液裝置，其包括一液體輸送系統，用於輸送液體到待充液容器內；一抽真空系統，用於將待充液容器內部抽成真空；以及一冷凍系統，用於凍結填充到待充液容器的液體。本發明還提供可使用上述真空充液裝置的真空充液方法。本發明提供的真空充液裝置適用於各種熱管裝置充液或其他真空待充液容器充液，並利用冷凍系統，將充入容器內的液體凍結，使其在抽真空時不會揮發，從而可實現液體填充量的精確控制。
文檔編號F28D15/02GK1862209SQ20051003465
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月13日 優先權日2005年5月13日
發明者林孟東 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司