Устройство заполнения тепловых труб несмачивающей жидкостью
Полезная модель относится к области теплотехники, в частности к технологическому оборудованию, предназначенному для заправки и герметизации тепловых труб. Полезная модель направлена на повышение точности заполнения тепловых труб с капиллярно-пористыми вставками несмачивающей жидкостью по предельный уровень, задаваемый нижним срезом индикаторной капиллярной трубки. Поставленная задача решается введением четырех вентилей, один из которых соединяет вход и выход дифференциального измерителя, а три других связывают с входом и выходом дифференциального измерителя и внешней средой дополнительную трубку и индикаторную трубку, нижний торец которой устанавливают на отметке предельного уровня жидкости. При этом дополнительная и индикаторная трубка выполнены капиллярными, а избыточное давление в резервуаре создают поршнем.
Полезная модель относится к области теплотехники, в частности к технологическому оборудованию, предназначенному для заправки и герметизации тепловых труб, и может быть использована при производстве тепловых труб с диэлектрическими и несмачивающими жидкими рабочими телами.
Известен заправочный узел тепловой трубы по а.с. 
1222009 F28D 15/02, в котором капиллярный заполнительный канал подключают к горловине трубы, а окончательное количество жидкого рабочего тела контролируют весовым способом.
Недостатком данного заправочного узла является большая погрешность заполнения тепловой трубы с развитой капиллярно-пористой внутренней вставкой, содержащей формирующие паровой поток канавки и прорези. Существование остаточных примесей в пористой вставке приводит к неполноте ее заполнения рабочей жидкостью, и тем самым, к возможному превышению уровня оставшейся в трубе жидкости над формирующими паровой поток канавками и прорезями, при сохранении правильного значения веса, что может привести к захлебыванию тепловых труб.
Известно устройство для заправки тепловых труб теплоносителем по а.с. 676851 F28D 15/00, F28B 45/00, в котором тепловую трубу заполняют необходимым количеством теплоносителя из дозировочной емкости.
Недостатком данного устройства является большая погрешность заполнения тепловой трубы с развитой капиллярно-пористой внутренней вставкой, содержащей, например, формирующие паровой поток канавки, прорези и сопла. Остаточные примеси, остающиеся в капиллярно-пористой вставке, препятствуют ее полному расчетному заполнению рабочей жидкостью, и уровень жидкости начинает превышать определенные канавки, прорези или сопла, что приводит к ухудшению работы трубы.
Наиболее близкой к заявляемому устройству, принятая в качестве прототипа, является установка для заправки и герметизации тепловых труб рабочей жидкостью по а.с. 1464027 F28D 15/02, в котором тепловую трубу заполняют известным дозированным количеством рабочей жидкости, и пропитку капиллярно-пористой вставки внутри трубы осуществляют за счет капиллярных сил вставки и давления гидростатического столба жидкости.
Недостатком данной установки является неполнота пропитки капиллярно-пористой вставки рабочей жидкостью, связанная с большим гидравлическим сопротивлением вставки, слишком малым давлением при пропитке, и недостаточным временем пропитывания, что приводит к неточности заполнения тепловых труб рабочей жидкостью и в целом к снижению предельных параметров тепловых труб.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является повышение точности заполнения тепловых труб с капиллярно-пористыми вставками несмачивающей жидкостью по предельный уровень, задаваемый нижним срезом индикаторной капиллярной трубки.
Поставленная задача решается введением четырех вентилей, один из которых соединяет вход и выход дифференциального измерителя, а три других связывают с входом и выходом дифференциального измерителя и внешней средой дополнительную трубку и индикаторную трубку, нижний торец которой устанавливают на отметке предельного уровня жидкости. При этом дополнительная и индикаторная трубки выполнены капиллярными, а избыточное давление в резервуаре создают поршнем.
На фиг.1 показана схема устройства заполнения и герметизации тепловых труб несмачивающей жидкостью.
Устройство заполнения и герметизации содержит вакуумную камеру 1, на верхней крышке 2 которой установлено водоохлаждаемое сальниковое уплотнение 3, температура которого при всех операциях не превышает 50°С.
В сальниковое уплотнение 3 с возможностью возвратно-поступательного движения и ограниченных вращательных поворотов установлена труба 4 из нержавеющей стали, во внутренней полости которой размещены три трубки 5, 6, 7. Верхний конец трубки 5 подсоединен через вентиль 8 к резервуару 9 с поршнем 10, манометром 11 и приводом 12, верхний конец трубки 6 через вентиль 13 подсоединен к входу А дифференциального измерителя давления 14, который зашунтирован вентилем 15, верхний конец трубки 7 подсоединен к вентилям 16 и 17 и входу В дифференциального измерителя давления 14.
Все межкапиллярное пространство во внутренней полости трубы 4 на всю ее длину заполнено силиконовым герметиком (не показано), и внутри вакуумной камеры 1 труба 4 заканчивается фланцем 18, снабженным уплотнительным элементом 19.
Заполнительная трубка 5, индикаторная трубка 6 и дополнительная трубка 7 введены из трубы 4 через фланец 18 вовнутрь вакуумной камеры 1 таким образом, что длина заполнительной трубки 5 вне фланца 18 и уплотнительного элемента 19 равна внутренней глубине тепловой трубы 20 с учетом капиллярно-пористой вставки, а индикаторная трубка 6 задает необходимый уровень заполнения тепловой трубы 20 рабочей жидкостью.
Тепловая труба 20, верхняя крышка 21 которой снабжена резьбовым заполнительным отверстием 22, причем поверхность резьбы покрыта тонким слоем олова и откалибрована, и уплотняющей поверхностью 23, жестко установлена в гнезде 24 платформы 25, и снабжена нагревателем 26.
Шток 27, жестко связанный с платформой 25, через водоохлаждаемое сальниковое уплотнение 28 выведен из вакуумной камеры 1 и подсоединен к приводу 29, с возможностью возвратно-поступательных перемещений и дискретных ограниченных вращательных поворотов.
На левой боковой поверхности вакуумной камеры 1 установлен патрубок 30 для вакуумной откачки, а передняя стенка 31 вакуумной камеры 1 выполнена прозрачной.
На верхней крышке 2 вакуумной камеры 1 установлен водоохлаждаемый сальниковый узел 32, через который с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения введен запорный ключ 33, снабженный узлом захвата 34, например, в виде шестигранного выступа, и нагревателем 35.
На правой боковой поверхности вакуумной камеры 1 установлен водоохлаждаемый сальниковый узел 36, через который с возможностью возвратно-поступательных перемещений введена подача держателя 37 с зафиксированными в нем запорными элементами 38 с резьбовой поверхностью 39 и узлом захвата 40, например, центральной шестигранной выемкой. Резьбовая поверхность 39 запорных элементов 38 предварительно покрыта тонким слоем олова и прокалибрована.
Устройство работает следующим образом.
Тепловые трубы (3-5 шт.) 20, содержащие уже установленные внутренние капиллярно-пористые вставки (не показаны) и верхние крышки 21, вертикально фиксируют в гнездах 24 платформы 25 крышками 21 с резьбовыми отверстиями 22 вверх, при этом платформа 25 опущена в свое нижнее положение, в держатель 37 устанавливают несколько запорных элементов 38, вакуумную камеру герметизируют с помощью передней прозрачной стенки 31. Затем камеру вакуумируют, при помощи вакуумной системы откачивают из нее воздух до давления 1·10-3 мм рт.ст, и осуществляют постепенный нагрев с помощью нагревателей 26 платформы 25 вместе с трубами 20 до температуры (150-180)°С. В таком состоянии тепловые трубы, содержащие капиллярно-пористые вставки, выдерживают не менее 24 часов.
После термовакуумного обезгаживания при повышенной температуре, тепловые трубы охлаждают до комнатной температуры, и начинается процедура заполнения.
Платформа 25 с тепловыми трубами 20 с помощью привода штока 29 медленно поднимается вверх и в заполнительное отверстие 22 первой тепловой трубы 20 вводятся заполнительная 5, индикаторная 6 и дополнительная 7 трубки, для большей жесткости соединенные вместе. При приближении уплотнительного элемента 19 фланца 18 к уплотняющей поверхности 23 тепловой трубы 20 привод отключают, и далее движение осуществляется в ручном режиме. После герметизации заполнительного отверстия 22 тепловой трубы уплотнительным элементом 19 открывается вентиль 8, и предварительно подготовленная и обезгаженная рабочая жидкость из резервуара 9 начинает заполнять тепловую трубу 20, при этом над уровнем рабочей жидкости в резервуаре 9 находится слой паровой фазы, и поршень 10, отключенный от привода 12, медленно опускают вниз вслед за снижающимся уровнем жидкости, контролируя давление по манометру 11 таким образом, чтобы давление не превышало 1 бар.
Контролируя вакуум в вакуумной камере 1, фиксируют герметизацию уплотняющей поверхности 23 уплотнительным элементом 19, и при необходимости элемент 19 поджимают, дополнительно приподнимая платформу 25 с тепловыми трубами 20.
При касании уровня заполняемой жидкости внутри тепловой трубы 20 нижнего среза индикаторной трубки 6, жидкость его запирает, но в трубку не проникает до достижения определенного превышения, и дифференциальный измеритель давления 14 оказывается неуравновешенным, причем никаких скачкообразных изменений давления не происходит. При дальнейшем небольшом повышении уровня жидкости в тепловой трубе создается избыточное давление, и дифференциальный измеритель давления 14, к входу А которого через вентиль 13 подсоединен верхний конец трубки 6, показывает сигнал разбаланса. Открывают вентиль 15, дифференциальный измеритель давления 14 приводят в нулевое положение и вентиль 15 закрывают, при этом вентили 13 и 16 остаются открытым, вентиль 17 закрыт. Заполнение тепловой трубы 20 продолжается.
При касании уровня заполняемой жидкости внутри тепловой трубы нижнего среза дополнительной трубки 7, жидкость ее запирает, но в трубку не проникает до достижения определенного превышения, и дифференциальный измеритель давления 14 оказывается неуравновешенным.
При дальнейшем небольшом превышении уровня жидкости в тепловой трубе, дифференциальный измеритель давления 14, к входу В которого через вентиль 16 подсоединен верхний конец трубки 7, показывает сигнал разбаланса. Вентиль 15 открывают, дифференциальный измеритель давления приводят в нулевое положение, закрывают вентили 13, 16, и 15.
Включают привод 12 поршня 10, и поднимают давление в резервуаре 9 до требуемого значения, контролируя вакуум в вакуумной камере 1.
Привод 12 поршня 10 фиксируют, и в течение заданного времени проводят насыщение всей капиллярно-пористой вставки тепловой трубы рабочей жидкостью при заданном давлении.
После завершения пропитки, открывают вентили 13 и 16, приводом 12 отводят поршень 10 назад, при этом удаляя излишки рабочей жидкости из тепловой трубы 20 по заполнительной трубке 5.
Как только уровень рабочей жидкости в тепловой трубе 20 доходит до нижнего среза дополнительной трубки 7, дифференциальный измеритель давления 14 вновь оказывается неуравновешенным и срабатывает.
Продолжают удалять излишки рабочей жидкости, и как только ее уровень в тепловой трубе 20 сравнивается с нижним срезом индикаторной трубки 6, давления в трубках 7 и 6 сравниваются, и дифференциальный измеритель давления 15 автоматически переходит в нулевое положение.
Вентиль 8 закрывают, тепловая труба 20 заполнена несмачивающей жидкостью по предельный уровень нижнего среза индикаторной трубки 6.
Для предотвращения испарения рабочей жидкости из заполненной тепловой трубы 20 в вакуум и неконтролируемого снижения ее количества патрубок откачки 30 закрывают, и вакуумную камеру 1 сообщают с паровой фазой резервуара 9 (не показано).
Включают нагреватель 35 запорного ключа 33, в узле захвата 34 которого уже зафиксирован своим узлом захвата 40 запорный элемент 38.
Включают привод 29 штока 27, и платформу 25 с тепловыми трубами 20 отводят вниз, тем самым вынимают трубки 5, 6, 7 из заполнительного отверстия 22 тепловой трубы. Платформу 25 поворачивают дискретным образом на требуемый угол, например 90°, и медленно поднимают вверх с помощью штока 27. Вводят трубки 5, 6, 7 в заправочное отверстие 22 следующей тепловой трубы 20, и опускают ключ 33 с уже горячим запорным элементом 38, удерживаемым на узле захвата 34 в поле тяжести, например, с помощью магнитного взаимодействия.
Вращением ключа 33 ввинчивают запорный элемент 38 в резьбовое отверстие 22 тепловой трубы до упора, с прогревом резьбового контакта, гарантирующим герметичность. Тепловая труба герметизирована.
В случае, если капиллярно-пористые вставки в тепловых трубах 20 не поглощают воздух и не нуждаются в длительном вакуумировании и обезгаживании, заполнение тепловых труб жидкостью может быть произведено при атмосферном давлении при открытом вентиле 17, самотеком.
При необходимости, возможно увеличение количества труб 4 с наборами капиллярных трубок 5, 6, 7 до нескольких штук, и проведение одновременного вакуумирования, заполнения под давлением с выдержкой нескольких тепловых труб одновременно.
Устройство заполнения тепловых труб несмачивающей жидкостью, содержащее вакуумную камеру, размещенные в ней обогреваемую платформу с тепловыми трубами, систему подачи и герметизации запорными элементами, заполнительный резервуар, вертикальную индикаторную трубку и дополнительную трубку, верхние концы которых подсоединены к дифференциальному измерителю давления, а нижние размещены соответственно на отметке предельного уровня жидкости и в паровой полости тепловых труб, отличающееся тем, что, с целью повышения точности заполнения тепловых труб, введены вентили, один из которых соединяет вход и выход дифференциального измерителя, а три других связывают индикаторную трубку, нижний торец которой установлен на отметке предельного уровня жидкости, и дополнительную трубку с входом и выходом дифференциального измерителя и внешней средой, при этом индикаторная трубка и дополнительная трубка выполнены капиллярными, а избыточное давление в резервуаре создают поршнем.
