CN102172494B

CN102172494B - 一种碱金属真空加注装置

Info

Publication number: CN102172494B
Application number: CN 201110006617
Authority: CN
Inventors: 周春良; 郑洪涛; 张松
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2011-01-13
Filing date: 2011-01-13
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2031-01-13
Also published as: CN102172494A

Abstract

本发明的目的在于提供一种碱金属真空加注装置，包括机械泵、分子泵、充气阀门、气缸、储料罐、加热器、测量段和试验装置，机械泵与分子泵相连，分子泵上安装气缸，充气阀门安装在气缸上，储料罐连接气缸，加热器安装在储料罐上，试验装置通过管与气缸相连，试验装置还通过测量段与储料罐相连。本发明能够克服碱金属性质活泼的特性，确保加注到装置内的碱金属纯净，并满足装置内部对真空度的要求，从而达到装置使用要求，保证装置的正常工作。

Description

一种碱金属真空加注装置

技术领域

本发明涉及的是一种用于活泼金属加注的装置。

背景技术

热管是凭借封闭管内的工作介质反复发生相变(蒸发、冷凝)而进行热量传递的一种高效传热元件，具有蒸发段和冷凝段温差小、相变潜热大、结构简单、无运动部件等特点，是目前颇有发展前途的传热新技术。按照热管管内工作温度区分，热管可分为低温热管(-273-0℃)、常温热管(0-250℃)、中温热管(250-450℃)、高温热管(450-1000℃)等。碱金属热管属于高温热管，其可以承受很高的温度，内部压力却很低，但是制作条件较为苛刻，管必须是耐高温材质，而且对工质的纯度要求较高，管内必须是高真空。

碱金属热电直接转换器(Alkali Metal Thermal to ElectricConverter-AMTEC)是一种新型的热电直接转换技术。该技术主要利用固体电解质(β″-Al₂O₃)的选择渗透性进行工作，中间不经过任何机械部件就可以将热能转化为电能。由于转换器内部无运动部件，故具有无噪音、连续运行数年而无需维修的特点。AMTEC尤其适用于某些需求动力设备绝对可靠，连续运行数年而无需维修的场合，例如外层空间、地球的偏远地区。另外AMTEC内部无需原料的充入，没有废物的排除，因此无体积重量变化，这一特点使其成为不依赖于空气的动力源的最佳选择，适用于水下无人平台等特殊场所。另外，AMTEC技术还可以用于大规模的工业发电，如将垃圾焚烧产生的能量作为AMTEC热量来源，形成“垃圾焚烧+碱金属热电直接转换技术”发电模式；将AMTEC技术应用于太阳能光热发电，形成“太阳能+碱金属热电直接转换技术”新的太阳能热发电模式；AMTEC还可以用于核电领域，将核能作为AMTEC的发电热源，形成“核能+碱金属热电直接转换技术”的发电模式。

碱金属热管、AMTEC等装置内部循环工质是化学性质极为活泼的碱金属，因此对于此类装置，不仅要求装置各部件所用材料具有很强抗腐蚀性，还要求装置内部必须高真空，对工质纯度要求很高，且要加注工质一次成功，否则将可能导致装置整体部件的报废。

发明内容

本发明的目的在于提供克服碱金属性质活泼的特性、确保加注到装置内的碱金属纯净的一种碱金属真空加注装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种碱金属真空加注装置，其特征是：包括机械泵、分子泵、充气阀门、气缸、储料罐、加热器、测量段和试验装置，机械泵与分子泵相连，分子泵上安装气缸，充气阀门安装在气缸上，储料罐连接气缸，加热器安装在储料罐上，试验装置通过管与气缸相连，试验装置还通过测量段与储料罐相连。

本发明一种碱金属真空加注装置还可以包括：

1、所述的机械泵与分子泵之间安装电磁阀。

2、所述的储料罐上安装热电偶接口、手动搅拌器、真空表和充气口。

3、所述的试验装置与气缸之间的管上安装超高真空电离规和阀门。

4、所述的测量段包括两个支路和一个总路，两个支路分别与储料罐连接，总路与试验装置连接，每个支路和总路上分别安装阀门。

本发明的优势在于：本发明能够克服碱金属性质活泼的特性，确保加注到装置内的碱金属纯净，并满足装置内部对真空度的要求，从而达到装置使用要求，保证装置的正常工作。

附图说明

图1为本发明的一种碱金属真空加注装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明包括机械泵A、电磁阀B、分子泵C、充气阀门D、热电偶接口E、手动搅拌器F、充气口G、真空表H、储料罐I、测量段J、超高真空电离规K、试验装置L和加热器M、阀门a～d。机械泵A与分子泵C相连，分子泵C上安装气缸，充气阀门D安装在气缸上，储料罐I连接气缸，加热器M安装在储料罐I上，试验装置L通过管与气缸相连，试验装置L还通过测量段J与储料罐I相连。机械泵A与分子泵C之间安装电磁阀B。储料罐I上安装热电偶接口E、手动搅拌器F、真空表H和充气口G。试验装置L与气缸之间的管上安装超高真空电离规K和阀门d。测量段J包括两个支路和一个总路，两个支路分别与储料罐I连接，总路与试验装置L连接，每个支路和总路上分别安装阀门a～c。管路上的阀门均为高真空阀门，其材质可选择用抗腐蚀性较强的不锈钢。由于整体设备需要至少5×10^-4Pa的高真空度，所以对阀门部分的漏率要求为不大于10^-7Pa·L/s。

本发明装置的具体工作过程为：

1.首先对储料罐I和各管路包括阀门进行去油、去水处理。去油方法是用碱水进行清洗，洗后再进行去水处理。

2.连接好各部件，安装过程注意密封性。

3.将碱金属从容器中取出，用滤纸将金属表面吸附干净，放进储料罐I中，将储料罐I封闭。

4.打开除了电磁阀B外的所有阀门，使气动阀门D处于气缸的上部。

5.先打开机械泵A开关，电磁阀门B会随之开启，对整个碱金属真空加注系统包括试验装置L进行初步抽真空，此时用真空表H对低真空度进行测量，可使用真空规管，用复合真空计实现对真空度的监视。

6.当机械泵A达到其极限1×10^-1Pa后，打开分子泵C。用超高真空电离规K对试验装置L内的真空度进行测试，用超高真空计对真空度进行监测。

7.当储料罐I和试验装置L内的真空度达到要求时，首先关闭气动阀门D，而后关闭阀门a、b、c。

8.将保护气体通过充气口G注入到储料罐I中，使储料罐I内的气压达到常压。而此时，由于阀门d没有关闭，所以分子泵C仍对试验装置L进行抽真空。

9.利用加热器M对储料罐I进行加热，通过热电偶接口E对储料罐I内的温度进行监测。当温度在高于工质熔点温度20-30℃左右时，停止加热。靠热惯性使温度达到高于工质熔点温度40-50℃左右，以保证工质完全熔化。同时，对流经液态工质的管路进行保温加热。可使用加热带。

10.在加热过程中，由于碱金属工质的外层具有氧化层，因此利用搅拌器F对储料罐I内的工质进行搅拌，将氧化皮打碎。

11.当工质完全熔化后，打开阀门b，使储料罐I和测量段J形成连通器，液态工质进入到测量段J中。此时，可以关闭机械泵A和分子泵C。

12.关闭阀门d，停止对试验装置L抽真空。打开阀门c使液态工质进入到试验装置L中。通过读取测量段J上的刻度来控制进入到试验装置L的工质的体积。当进入试验装置L内的工质的体积达到要求时，立即关闭阀门c停止加注。当发现工质不能顺利自行流入试验装置L内时，可以通入保护气体，通过气体压注的方法使工质顺利注入试验装置L内

13.对试验装置L加注接口进行密封。而后断开试验装置L，完成对试验装置L工质的真空加注。

14.至此，加注到试验装置L中的工质完全满足碱金属热管、AMTEC等装置苛刻的纯净度要求，同时所达到的真空度也完全满足装置正常工作要求。

本发明主要利用连通器原理，利用管路和阀门将储料罐I和测量段J连接起来，利用熔融碱金属易流动的性质，使加热后的液态工质从储料罐I流入到测量段J内，再利用保护气体和阀门的控制完成对试验装置工质的加注。完成加注的同时，通过阀门控制参与抽气的管路，从而完成为试验装置L抽真空的目的。

由于碱金属化学性质活泼，具有较强的腐蚀性，因此阀门、储料罐I和测量段J都要求具有抗腐蚀性；碱金属对普通玻璃材质的测量段具有侵蚀作用，因此本发明中的测量段J材质选择半透明陶瓷管或者石英玻璃，对碱金属蒸汽具有抗腐蚀作用。在测量段外壁上标定刻度，方便读取液面高度数据；碱金属工质在常温中是固态，而本发明主要利用的是连通器原理，这就需要对储料罐I进行加热，并对加热温度进行控制。本发明主要使用电阻丝加热，通路热电偶可测量储料罐I内部不同高度的温度，通过可调电压的电源控制温度，使储料罐I内部温度控制在高于工质熔点温度40-50℃左右。同时，为了保证将工质顺利加注到试验装置L内，在液态工质流经管路外面包裹加热带用来维持一定温度，以使工质在流动管道中保持为液态，防止工质在管路中凝结堵塞；在抽真空方面，主要有两路抽真空管路，其一是对碱金属真空加注设备内部抽真空，另外就是对试验装置L抽真空。为了达到高真空度的要求，本发明设置了两种真空泵：机械泵A用于设备内处于较低真空时使用，分子泵C用于提升设备内真空度。另外，由于真空测试装置的性能限制，为机械泵A和分子泵C分别配备了相应的测试工具和显示仪器。

本发明的先进性表现在：

1、本发明可以将碱金属工质顺利加注到试验装置内，避免工质的氧化，满足试验装置对纯净工质的需求；

2、本发明可以对试验装置内部进行抽真空，从而满足试验装置内部高真空度的要求。

Claims

1.一种碱金属真空加注装置，其特征是：包括机械泵、分子泵、充气阀门、气缸、储料罐、加热器、测量段和试验装置，机械泵与分子泵相连，分子泵上安装气缸，充气阀门安装在气缸上，储料罐连接气缸，加热器安装在储料罐上，试验装置通过管与气缸相连，试验装置还通过测量段与储料罐相连；所述的试验装置与气缸之间的管上安装超高真空电离规和阀门；所述的测量段包括两个支路和一个总路，两个支路分别与储料罐连接，总路与试验装置连接，每个支路和总路上分别安装阀门。

2.根据权利要求1所述的一种碱金属真空加注装置，其特征是：所述的机械泵与分子泵之间安装电磁阀。

3.根据权利要求1或2所述的一种碱金属真空加注装置，其特征是：所述的储料罐上安装热电偶接口、手动搅拌器、真空表和充气口。