CN1008637B - 生产热管的方法 - Google Patents

生产热管的方法

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Abstract

热管生产方法包括用加热的钒酸盐水溶液处理钢容器内表面和把工作液体(加碱性pH调节剂到纯水，其pH值为8到12)封装容器内的步骤。当容器内表面用加热的钒酸盐水溶液处理后就形成覆盖内表面的保护层，pH值为8到12的工作液体可以使保护层在长期工作中保持稳定状态。

Description

本发明涉及生产热管的方法，该管构成内部封装水（作为工作液体）的钢容器。
构成一个内部装有水（作为工作液体）的钢容器的热管得到广泛的使用，这是由于容器有高的强度并且作为工作液体的水有好的性能。但是，这样的热管存在的问题是铁会同水反应而产生氢气，在短期内就会损害热管的性能。特别是，形成的氢气以原子形式扩散通过钢容器壁，虽有一部分以一恒定速率从容器中释出，但大多部分氢气留在容器内的冷凝部分，从而降低了热管的性能。钢容器的外表面有时候覆有铝层作为防腐蚀的保护层，并且用真空钎焊方法覆上一层钎焊层的铝翅片连接到钢容器上，那么通过容器壁向外扩散的氢气就会受到铝覆盖层的阻挡。
相应地，至今已采取下列措施来防止氢气形成并消除形成的氢气对热管的损坏。
（1）把缓蚀剂添加到工作液体（例如水）中，以抑制水和铁之间的反应。
（2）钢容器的内表面镀铜。
（3）在容器内放置吸氢材料。
（4）设置一条供氢气通行的钯线或类似线，以保持容器内部与外部沟通。
当热管长期使用时，这些措施仍然不能抑制氢气和防止形成的氢气对热管的损坏。
在EP0081612-A2的专利申请中，采用钒酸盐水溶液使钢制容器内表面形成一层保护层，以后，所说的钒酸盐水水溶液作为工作液仍留在容器内。日本专利申请63-141137（特开）中也公开了一种防止金属腐蚀的方法，采用碱性PH值调节剂来调节氯化钙水溶液，使其PH值保持在7至13之间，这样可防止与氯化钙水溶液接触的金属不受腐蚀。但是由含碱金属或碱土金属的碱性调节剂制得的工作液时，随着时间的推移，工作液的PH值逐渐变化，结果，由加热的偏钒酸盐溶液处理容器内表面而形成的保护层溶解，产生化学反应，其中有氢气释出，这对热管的性能大为不利。
本发明的主要目标是克服上述的问题并提供一种生产方法来生产在长期工作中不受损害的热管。
本发明提供一种生产热管的方法，包括用加热的钒酸盐水溶液处理钢制容器以形成容器内表面的保护层，以及把工作液体封装在该容器内的步骤，其特征在于：把处理过的钢制容器内表面、使之形成一保护层的钒酸盐溶液从所说的容器中抽出，然后把工作液封装在容器内，所说的工作液由不含任何碱性金属或碱土金属的碱性调节剂加入纯水而成，调节后的PH值在8至12之间。
在本发明的方法中，用加热的钒酸盐水溶液处理容器容表面，在整个容器内表面上形成一个保护层，因此保护层由至少一个化学上稳定的氧化物（诸如VO2、V2O3、Fe2O3和Fe3O4）所构成，它具有致密的结构，并有突出的抗腐蚀作用，从而抑制了由于水和铁之间反应产生的氢气及形成的氢气对热管的损害。另外，封装在内部有保护层的容器里的工作液体是加有碱性PH调节剂的纯水，其调节后的PH值为8到12，因此使铁和钒纯化，并且使二氧化 钒、三氧化二钒、三氧化二铁、四氧化三铁等稳定化。这就抑制了氢气的形成和长期工作时的腐蚀，使热管可以长期工作而不受损害。
图1是用来制作容器的一根管子的纵向剖视图;以及
图2是容器的纵向剖视图。
本发明的方法中通常所用的钒酸盐是偏钒酸铵、偏钒酸钠、偏钒酸钾等，但不必局限于这些例子。在这些钒酸盐之中，希望采用不含碱金属的偏钒酸铵。钒酸盐水溶液应含有0.1%到5%（重量）的钒酸盐，最好钒酸盐浓度为0.3到0.7%（重量）。当浓度少于0.1%（重量）时，溶液形不成足够厚度的保护层，浓度超过5%（重量）不会有大的改善效果，但却导致费用的增加。钒酸盐水溶液的制备可以是把钒酸盐溶解到纯水中（诸如离子交换水），或者是在一个热管容器中先把钒酸盐放在容器内。然后放入离子交换水或其他纯水。容器中的钒酸盐水溶液的用量最好是使溶液在容器加热膨胀时 充满容器。那么容器的整个内表面上就能形成一层均匀的保护层。应当想到所形成的保护层是由三氧化二钒、二氧化钒、三氧化二铁、四氧化三铁等化合物中的至少一个所构成。
热处理应在至少160℃的温度下进行，最好热处理温度能使保护层在热管的使用过程中不产生任何裂纹。满意的保护层不会在低于160℃的温度下形成，虽然这个温度是不作限制的。根据钒酸盐的种类和浓度、热管的使用温度范围等因素来合适地确定热处理温度和时间。
把碱性PH调节剂添加到纯水里，使所用的工作液体调节到PH值为8到12，因为在这个PH值范围内铁和钒是纯化的，而且二氧化钒、三氧化二钒、三氧化二铁、四氧化三铁等是稳定的，在这个PH值范围内热管长期使用时，铁和水之间不会发生任何反应，保护层也不会变成不稳定。工作液体调节后的PH值最好为8.5到10.5。封装在容器内的工作液体的用量大致为容器内部容积的20%到30%。
虽然未作限制，但是由于下列理由，所用的碱性PH调节剂最好不含碱金属或碱土金属。如果采用含碱金属或碱土金属的碱性PH调节剂（诸如钒酸钠），它会同铁反应形成由铁、钒和混合物组成的覆盖层，结果消耗了钒酸根（VO- 3）并留下了钠（Na）。那么保护层就可能在较高的PH值下溶解，引起产生氢气的反应。使用的碱性PH调节剂的例子是联氨、吗啉、三乙醇胺、类似的胺类化合物和氨水，其中特别推荐采用联氨（N2H4）。如果用联氨可以减少纯水中氧溶解量，使容器内表面上的保护层大大地稳定。
在工作液体封装到有保护层的容器内之前，希望用加热的过氧化氢水溶液处理容器内表面以防止腐蚀。这可提高钒酸盐水溶液热处理 时所形成的保护层的缓蚀效果。其理由推测如下，虽然它尚待充分弄清。当已保护的容器内表面进一步用过氧化氢水溶液作防腐处理时，化学稳定的三氧化钒、二氧化钒、三氧化二铁或四氧化三铁保护层会增长，并且还会新形成三氧化二铁或四氧化三铁，以改善保护层的缓蚀效果。过氧化氢水溶液的浓度应是0.1%到34%（重量），最好是1%到5%（重量）。如果浓度小于0.1%（重量），将不能得到满意的效果;浓度超过34%（重量）则不会有显著的改善，然而费用却大了。加热温度至少是160℃，最好加热温度能使保护层在热管使用过程中不产生任何裂纹。如果温度低于160℃，则得不到满意的结果。根据形成保护层所用的钒酸盐的种类和浓度、热管的使用温度范围、所形成的保护层的厚度等来合适地确定出处理时间。过氧化氢水溶液的用量最好使溶液在容器加热膨胀时充满容器。这样进行钒酸盐水溶液处理形成的整个保护层就能够得到均匀处理以防止腐蚀。
下面，参照附图对本发明的方法给予说明。准备好如图1所示的一根钢管11，一个端盖12焊到管子的一端以封闭该开口端。然后对管子11的内部进行全面清洗以去掉铁锈。再把带接管14的端盖13焊到管子11的另一端，从而制备成如图2所示的热管容器10。在加热容器10的同时利用钒酸盐水溶液处理容器的内表面。工作液体通过接管12装进容器10，工作液体是通过把碱性PH调节剂加到纯水中来制备的，它调节后的PH值为8到12。然后封闭接管14。这样就生产出一根热管。
例子1
准备好一根STB35钢制造的、符合日本工业标准JIS-G3461的管子，管长为3000mm，直径为31.8mm， 壁厚为4.5mm。把一个端盖焊到管子的一端以封闭该端。然后管子的内表面用浓度为5%（重量）的柠檬酸铵水溶液进行全面清洗以去掉铁锈。再把带接管的端盖焊到管子的另一端，就得到一个热管容器。含0.5%（重量）偏钒酸铵的水溶液通过接管注进容器，其用量为容器内部容积完全充满时的70%。把一个阀门装在接管上，对容器进行加热，通过排出蒸汽的方法除掉容器内部的气体，然后关闭阀门。接着，容器被整体地均匀加热，并且在300℃下维持4个小时以形成保护层。再打开阀门，从容器里抽出全部偏钒酸铵溶液。容器冷却之后，用混合联氨和纯水的方法制得工作液体，把调节后PH值为9.5的工作液体注进容器，液体充到整个内部容积的20%。再用排出蒸汽的办法除掉内部的气体，并随后关闭阀门。这样就制备好了一根热管。为了检查热管的性能，用电加热器把管子蒸发器部分加热到280℃，同时用自来水冷却其冷凝器部分。在这种状况下测量管子蒸发器部分和冷凝器部分之间的温差（△T）。输热量在所有时间都维持在4000W。结果发现在相隔2000小时之后的温差是0℃左右。
例子2
热管是在与例1相同条件制备的，但是，在放掉偏钒酸铵水溶液之后和注入工作液体之前冷却容器，然后把浓度为3%（重量）的过氧化氢水溶液注入容器，充到整个容器内部容积的70%，再加热容器，在用排出蒸汽办法除掉容器内部气体之后关闭阀门，接着对整个容器均匀加热，在300℃下保持2小时，打开阀门，从容器内完全放掉过氧化氢溶液，并且冷却容器。在例1的同样条件下检查热管的性能。结果发现在相隔2000小时之后的温差是0℃左右。
例子3
热管是与例1相同条件下制备的，但是，工作液体是把偏钒酸铵和纯水相混合制得的，它调节后的PH值为8。在与例1同样条件下检查热管性能。结果，在相隔2000小时之后的温差（△T）是0℃左右。
比较例
热管容器是按与例1相同方式制备的。接着把浓度为0.5（重量）的偏钒酸钠水溶液通过接管注入容器，充到容器整个内部容器的25%。把阀门装在接管上，然后加热容器，用排出蒸汽的办法除掉内部的气体，再关闭阀门。均匀加热整个容器，在300℃下保持1小时，打开阀门，从容器中部分地放掉偏钒酸钠溶液，留下占容器整个内部容积的14%的溶液作为工作液体。该工作液体的PH值为7.8。用这种方式制备了一个热管。按例1同样的方式检查管子性能。结果发现在相隔2000小时之后的温差（△T）是100到200℃左右。

Claims (7)

1、一种生产热管的方法包括用加热的钒酸盐水溶液处理钢制容器以形成容器内表面的保护层，以及把工作液体封装在该容器内的步骤，其特征在于：把处理过钢制容器内表面，使之形成一保护层的钒酸盐溶液从所说的容器中抽出，然后把工作液封装在容器内，所说的工作液由不含任何碱性金属或碱土金属的碱性调节剂加入纯水而成，调节后的pH值在8至12之间。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，碱性PH调节剂是从包括联氨，氨水和胺类化合物在内的一组化合物中选出一种化合物。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于胺类化合物为吗啉或三乙醇胺。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于碱性PH值调节剂为联胺。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于工作液的PH值为8.5到10.5。
6、根据权利要求1所述的方法，其特征在于还包括在工作液封装之前和保护层形成并在钒酸溶液从容器内抽出之后，用过氧化氢溶液对容器内表面进行防腐处理。
7、根据权利要求6所述的方法，其特征在于过氧化氢水溶液的浓度为0.1%到34%（重量）。
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