专利名称：真空充液装置和真空充液方法
技术领域：
本发明是关于热传导领域，特别涉及一种可用于热管工作流体填充的真空充液装置及使用该装置的真空充液方法。
背景技术：
近年来，电子技术迅速发展，电子器件的高频、高速以及集成电路的密集及微型化，使得单位面积电子器件发热量剧增。而热管技术以其高效、紧凑及灵活可靠等特点，适合解决当前电子器件因性能提升所衍生的散热问题，逐渐成为当前电子器件的主流散热方式。
热管是一中空密封管体，通常包括管壳、紧靠管壳内壁的吸液芯(毛细结构)以及密封在管壳内的工作流体，其一端为蒸发端(受热端)，另一端为冷凝端(冷却端)，根据应用需要可在蒸发端和冷凝端之间布置绝缘段。工作时，热管在蒸发端藉由内部工作流体相变化吸收潜热，并透过蒸气流迅速地将热量输送到远离热源区的冷凝端，从而造成前后两端温差小，又达到快速传送大量热能的目的。热管的导热能力已超过目前所知的导热性金属，且可达良好金属热传导系数的70～100倍。因而，热管利用两端温差，即可完成整个传热过程而无须外加电源，可减少额外电力负担。其中，工作流体在整个传热过程充当传热媒介，其性能以及填充含量对热管的热传效率影响极大。
通常，工作流体选用纯水或甲醇，其填充量需结合热管内壁的毛细吸液芯的毛细结构孔隙率大小而定，而且毛细结构孔隙率越大，工作流体填充量越大，热管热传效率越高，反之亦然。因而，对于选定的毛细吸液芯，其对应填充工作流体的量不能太高，否则会加重毛细结构的负担，过量的液体会局部集聚在冷凝端，形成局部液体阻塞，使该部位的冷凝端不能工作；而太少的工作流体填充量，在冷凝端凝结的液体流束分为条纹流回蒸发端，使工作流体无法完全将毛细结构内孔隙填满，造成热管的蒸发端局部干燥，降低热管传热能力。
如现有技术提供一种热管工作流体定量填充装置，主要由一空气排泄阀、一冷凝器、一凝结液收集瓶、一假锁紧阀、一凝结液排放阀及一排汽导管所构成。其中冷凝器上端为空气排泄阀，供空气或不凝结气从中排出；冷凝器下端为凝结液收集瓶，供工作流体蒸汽凝结后集结的瓶体，表面有刻度，下方有凝结液排放阀，使该工作流体能从凝结液收集瓶中排出供回收利用于前述结构中，在冷凝器与凝结液收集瓶之间，还设有一排汽导管，其一端通入冷凝器内，另一端与假锁紧阀相接，使由假锁紧阀下方填充管排出的蒸汽或气体可流入冷凝器内。操作时，先将热管容器内预注略多于设计量的工作流体后，将假锁紧阀微开，以瓦斯火焰或电热器将热管容器加热，使容器内的工作流体沸腾，并排放蒸汽；以假锁紧阀调节蒸汽的排放量，蒸汽和空气经排汽导管进入冷凝器后蒸汽凝结成液体，沿冷凝器内壁流下聚集于收集瓶中；空气聚集于冷凝器顶端，并由顶端的排泄阀排放；由前述凝结液收集瓶的量度读出凝结液的体积，以决定何时封断热管容器的填充管，从而实现工作流体定量填充。然而，当停止液体填充时，在热管充液口到收集瓶之间的通道管内将残留较多工作流体蒸汽，而热管填充液量通常为几毫升，使得热管实际填充量与预计填充量误差较大，因而，该装置难以实现工作流体填充量的精确控制。
有鉴于此，提供一种可精确控制液体填充量的真空充液装置实为必要。
发明内容以下，将以实施例说明一种可精确控制液体填充量的真空充液装置。
以及通过实施例来说明一种真空充液方法。
为实现上述内容，提供一种真空充液装置，其包括一液体输送系统，其与待充液容器相连通，用于输送液体到待充液容器内；一抽真空系统，其与待充液容器相连通，用于将待充液容器内部抽成真空；以及一贴靠待充液容器外壳设置的冷冻系统，用于冻结填充到待充液容器的液体。
其中，所述真空充液装置进一步包括一三通阀，其分别与待充液容器、液体输送系统以及抽真空系统相通；还可进一步包括一与抽真空系统相并联的施压装置。
所述真空充液装置的管道系统设置成“H”轨道型。
所述液体输送系统、待充液容器、抽真空系统以及施压装置分布在“H”轨道型的四角位置，且所述液体输送系统与待充液容器位于同一轨道上，抽真空系统与施压装置位于同一轨道上。
所述三通阀设置在液体输送系统与待充液容器之间的轨道上。
所述真空充液装置进一步包括一加热装置，用于给热管加热。
所述抽真空系统包括一真空泵以及一真空计量仪。
所述液体输送系统包括一储液容器、一输出储液容器内溶液的毛细管以及一位于储液容器与毛细管之间的微阀，其中，毛细管可采用定量毛细管或微刻度毛细管。
所述冷冻系统的致冷介质选用干冰、液氮、氟利昂或盐水。
所述待充液容器选用热管。
以及，一种真空充液方法，其包括以下步骤通过一液体输送系统将预填充液体输送到待充液容器内；利用一冷冻系统来冻结输入待充液容器内的液体；通过一抽真空系统将待充液容器抽成真空，然后将其密封。
优选地，在待充液容器内通入液体之前，对其进行预热。
优选地，在将预填充液体输入待充液容器内之后，鼓入气体，将滞留在管道内壁的液体吹入待充液容器内。
所述待充液容器选用热管。
与现有技术相比，本实施例提供的真空充液装置可适用于各种热管装置充液或其他真空待充液容器充液，以热管为例，由于液体充入热管后被冻结，当对热管抽真空时，冻结的工作流体凝固在待充液容器内，可避免真空排气时液体挥发而造成的误差，从而固定液体输入量，使得液体填充量可精确地控制。
另外，液体输送系统包括一具有定量刻度或微刻度的毛细管，通过设置毛细管刻度的精确性，以便更加精确地控制充液容量；而管道系统设置成“H”轨道型，使真空充液装置结构优化，操作简便，能避免管道内残留液体，减少充液量误差，从而提高控制热管充液容量的精确性。
现有的真空充液方法多采用填充液体、抽气及密封两段式处理，然而，在抽气过程中，已填充的液体容易挥发，导致液体填充量难以控制。本实施例提供的真空充液方法可用于工业上各种热管装置或其他真空待充液容器的充液，以热管为例，在热管内输入液体后，通过冷冻系统将其冻结，可避免抽真空操作时工作流体挥发而造成的误差，从而可实现液体填充量的精确控制。
图1是本实施例的真空充液装置结构示意图。
图2是本实施例的真空充液方法操作流程图。
具体实施方式下面结合附图对本实施例作进一步详细说明。
请参阅图1，为本实施例提供的真空充液装置结构示意图。真空充液装置1包括一液体输送系统10，其与待充液容器20接通，以输送液体到待充液容器20内；一抽真空系统30，其与待充液容器20接通，用于待充液容器20内部抽真空；以及一贴靠待充液容器外壳设置的冷冻系统40，用于冻结填充到待充液容器20的工作流体22。其中，所述真空充液装置1还包括一三通阀50，其分别能与液体输送系统10、抽真空系统30以及待充液容器20相导通。另外，待充液容器20可包括各种热管装置或其他真空充液的装置，而热管可为单管型热管、平板型热管、循环回路型热管、分离式热管和微型热管等不同形状或种类的热管。本实施例采用单管型热管21。
所述液体输送系统10包括一储液容器11；一毛细管12，作为液体输送系统10的输出管道；以及一位于储液容器11与毛细管12之间的微阀13，作为液体输送系统10的输出管道的控制开关。其中，毛细管12一端与微阀13相接，另一端与三通阀50相接；从而使储液容器11中的液体可由微阀13控制进入毛细管12，然后毛细管12内液体可由三通阀50控制进入热管21。毛细管12管壁标有微刻度，其刻度起点由上至下，最小刻度为0.01毫升，此方法优点在于可适合各种容量液体的填充；也可采用定量毛细管的方式，此时毛细管12只有上端一个刻度线，需将三通阀50到刻度线间的液体容量设成预填充量即可，或者将定量毛细管设置于三通阀50与热管21间的通道上，此方法操作较为简便，但填充量单一。
所述抽真空系统30包括一真空泵31以及一真空计量仪32，真空泵31与三通阀50相连，真空计量仪32设于真空泵31与三通阀50间通道上任意位置。另外，在真空泵31与三通阀50间通道上还可设置一施压装置60，其可向三通阀50至热管21之间的导管内鼓入气体，因而可采用空气泵或鼓风机等装置，以将残留在管壁的液体吹入热管21内，减少充液误差。
为使整个系统结构优化，本实施例将真空充液装置的管道系统设置成“H”轨道型，即将液体输送系统10、热管21、抽真空系统30、三通阀50以及施压装置60两两之间相互连接的管道系统设置成“H”轨道型，且使液体输送系统10、热管21、抽真空系统30、施压装置60分别位于“H”轨道型的四角位置，如图1所示，液体输送系统10、热管21位于“H”型同一轨道上，减短液体输送路程；而将施压装置60位于“H”型另一轨道上，使该轨道上的导管和中间的横向导管成为纯气体通道，而进入施压装置60的管道与进入抽真空系统30的导管相并联。通过该“H”轨道型管道系统，使管道的液体通道与气体通道相互独立，只在通往热管一通道可切换通入液体或气体或抽气，能避免管道内残留液体，减少充液量误差，以更精确地控制热管充液容量。
所述冷冻系统40采用介质冷冻系统，致冷介质可选用干冰、液氮、氟利昂或盐水等，本实施例采用一液氮冷冻槽41。冷冻时，至少将热管21一端置于该液氮冷冻槽41的液氮42部分；由于热管21管壳为热导体，因而，即使液氮42仅作用于热管21一端(通常为热管蒸发端)，液氮42也能冻结积于该端以及吸纳在热管21的毛细吸液芯23内的工作流体22。优选地，在热管21外壳还设有一加热装置70，如可采用缠绕于热管21外壳局部的加热丝，其在热管21内输入工作流体22之前对热管21预先加热，以排除热管21内的水蒸汽以及吸附在毛细吸液芯23内的液体，从而避免因为这些杂质的存在，占用工作流体22的预填空间，从而造成工作流体22的过量，降低热管21的热传效率。
请一起参阅图1和图2，说明本实施例提供的真空充液方法，其包括以下具体操作过程输液过程，通过一液体输送系统将预填充液体输送到待充液容器内；冻结过程，利用一冷冻系统来冻结输入待充液容器内的液体；真空密封过程，通过一抽真空系统将待充液容器抽成真空，然后将其密封。
(1)注液过程输送预填充液体到待充液容器内。通过液体输送系统10将预填充液体输入热管21内，往热管21内通入液体之前，可对热管21预热，以排除热管21内，尤其是毛细吸液芯23内的液体或水蒸汽；再将微阀13打开，使储液容器11中液体输入毛细管12内，直到预定刻度；然后开通三通阀50，使液体缓缓流入热管21内，同时注意下降的刻度，达到预填充量即截断三通阀50与毛细管12内的导通，完成注液过程。另外，在输入液体到热管21之后，利用一施压装置60向三通阀50至热管21之间的导管内鼓入气体，以将滞留在管道内壁的液体吹入热管21内。施压装置60可采用空气泵或鼓风机等装置。
(2)冻结过程利用一冷冻系统来冻结输入待充液容器内的液体。液体输入热管21内后，即成为热管21内的工作流体22。通过冷冻槽41内的液氮冷冻已输入热管21内的液体，将其冻结凝固在热管21内。
(3)真空密封过程通过一抽真空系统将待充液容器抽成真空，然后将其密封。先开通真空泵31，将热管21抽成真空，通过真空计量仪来监控抽真空的程度，并使真空度低于10-2Pa，一般为1.33×10-3Pa；然后将热管21开口端密封，使热管21成为两端密封的导热管体，即完成热管21的真空充液操作。
上述操作过程可广泛应用于工业上各种真空待充液容器的真空充液，尤其适合于热管内填充工作流体。以热管21真空充液为例，由于液体充入热管21后被冻结，当对热管21抽真空时，冻结的工作流体22凝固在热管21内，可避免其在真空排气时挥发而产生的误差，从而，可对液体填充量进行精确控制。同时，液体输送系统10采用一具有定量刻度或微刻度的毛细管，通过设置毛细管刻度的精确性，以更加精确地控制充液容量。另外，通过该“H”轨道型管道系统，使真空充液装置结构优化，操作简便，并能避免管道内残留液体，减少充液量误差，以更精确地控制热管充液容量。
权利要求
1.一种真空充液装置，其包括一液体输送系统，其与待充液容器相连通，用于输送液体到待充液容器内；一抽真空系统，其与待充液容器相连通，用于将待充液容器内部抽成真空；其特征在于还包括一贴靠待充液容器外壳设置的冷冻系统，用于冻结填充到待充液容器的液体。
2.如权利要求1所述的真空充液装置，其特征在于所述真空充液装置进一步包括一三通阀，其分别与待充液容器、液体输送系统以及抽真空系统相通。
3.如权利要求1所述的真空充液装置，其特征在于所述真空充液装置进一步包括一与抽真空系统相并联的施压装置。
4.如权利要求1至3任一项所述的真空充液装置，其特征在于所述真空充液装置的管道系统设置成“H”轨道型。
5.如权利要求4所述的真空充液装置，其特征在于所述液体输送系统、待充液容器、抽真空系统以及施压装置分布在“H”轨道型的四角位置，且所述液体输送系统与待充液容器位于同一轨道上，抽真空系统与施压装置位于同一轨道上。
6.如权利要求2所述的真空充液装置，其特征在于所述三通阀设置在液体输送系统与待充液容器之间的轨道上。
7.如权利要求1所述的真空充液装置，其特征在于所述真空充液装置进一步包括一加热装置，用于给热管加热。
8.如权利要求1所述的真空充液装置，其特征在于所述抽真空系统包括一真空泵以及一真空计量仪。
9.如权利要求1所述的真空充液装置，其特征在于所述液体输送系统包括一储液容器、一输出储液容器内溶液的毛细管以及一位于储液容器与毛细管之间的微阀。
10.如权利要求9所述的真空充液装置，其特征在于所述毛细管采用定量毛细管或微刻度毛细管。
11.如权利要求1所述的真空充液装置，其特征在于所述冷冻系统的致冷介质选用干冰、液氮、氟利昂或盐水。
12.如权利要求1所述的真空充液装置，其特征在于所述待充液容器选用热管。
13.一种真空充液方法，其包括以下步骤通过一液体输送系统将预填充液体输送到待充液容器内；利用一冷冻系统来冻结输入待充液容器内的液体；通过一抽真空系统将待充液容器抽成真空，然后将其密封。
14.如权利要求13所述的真空充液方法，其特征在于在待充液容器内通入液体之前，对其进行预热。
15.如权利要求13、14所述的真空充液方法，其特征在于在将预填充液体输入待充液容器内之后，鼓入气体，将滞留在管道内壁的液体吹入待充液容器内。
16.如权利要求15所述的真空充液方法，其特征在于所述待充液容器选用热管。
全文摘要
本发明提供一种真空充液装置，其包括一液体输送系统，用于输送液体到待充液容器内；一抽真空系统，用于将待充液容器内部抽成真空；以及一冷冻系统，用于冻结填充到待充液容器的液体。本发明还提供可使用上述真空充液装置的真空充液方法。本发明提供的真空充液装置适用于各种热管装置充液或其他真空待充液容器充液，并利用冷冻系统，将充入容器内的液体冻结，使其在抽真空时不会挥发，从而可实现液体填充量的精确控制。
文档编号F28D15/02GK1862209SQ20051003465
公开日2006年11月15日 申请日期2005年5月13日 优先权日2005年5月13日
发明者林孟东 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司