CN110411253B - 一种高温热管工质充注装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温热管工质充注装置及方法，该装置从上至下，包括依次设置的工质容器、锥形管、石英容器、封装管和高温热管，工质容器底部与第一连通管道第一端连通，第一连通管道第二端与锥形管第一端连接，锥形管第二端设置在石英容器的管腔内，石英容器底部与第二连接管道第一端连通，第二连通管道第二端与封装管连通，封装管与高温热管连通，第一连通管道第一端通过第一阀门与第一连通管道第二端连接，第二连通管道第一端通过第二阀门与第二连通管道第二端连接。本发明避免了人为接触，降低了工质在充装过程中被污染的风险，该装置可以实现连续充装，适用于连续生产，且装置结构简单，操作便捷。

Description

一种高温热管工质充注装置及方法

技术领域

本发明属于热管技术领域，具体涉及一种高温热管工质充注装置及方法。

背景技术

热管是一种高性能的传热元件，它的结构比较简单，管壳采用金属管，其内壁贴附毛细芯，以利用毛细力使工质在毛细芯内不受热管位置的限制而移动。管壳抽真空后密封，灌入适当的工质，工作时蒸发段的工质被加热，工质蒸发为蒸汽，蒸汽经绝热段，流向冷凝段。在冷凝段，蒸汽被冷却，凝结为液体，放出热量，传递给管外物体。 冷凝段的液态工质由于毛细力的作用而逐渐回流至蒸发段。这种循环就把热量从蒸发段传递到冷凝段，实现几乎没有温差的导热。

高温热管是热管的一种，具有工作温度高、传热能力强、成本低、传输距离远等优点。高温热管一般以碱金属钾、钠、锂等作为工质，运行温度均在500℃以上。碱金属常温下是固态，而且极易氧化。因此，碱金属工质在充入高温热管过程中必须在无氧环境中，如真空或惰性气体保护。不同的碱金属工质的熔点不同，如钾是64℃，钠是98℃，锂是181℃，因此充装时需要不同的温度控制。但充装过程是在高真空下进行，而且需要保持在工质熔点以上的温度，这就使得工质充装量的计量产生了很大困难。然而关于高温热管工质充注的方法研究较少，例如专利201210378002.5和201410306757.3均是利用手套箱结构进行充注，首先切割一定量的固态工质，利用天平称重后加热融化，然后冲入热管。这种方法一次只能称重一根热管所需的工质重量，后续热管需要重新切割称重，操作相对繁琐。另外切割过程中，刀具、手套以及惰性气体中的杂质、水分等影响工质的纯度。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种高温热管工质充注装置及方法，该高温热管工质充注装置及方法不仅能实现连续充装，而且避免了人为接触，降低了工质污染的风险。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种高温热管工质充注装置，从上至下，包括依次设置的工质容器、锥形管、石英容器、封装管和高温热管，工质容器底部与第一连通管道第一端连通，第一连通管道第二端与锥形管第一端连接，锥形管第二端设置在石英容器的管腔内，石英容器底部与第二连通管道第一端连通，第二连通管道第二端与封装管连通，封装管与高温热管连通，第一连通管道第一端通过第一阀门与第一连通管道第二端连接，第二连通管道第一端通过第二阀门与第二连通管道第二端连接。

一种高温热管工质充注方法，包括以下步骤：

步骤（1），依次打开第四阀门和第三阀门，利用惰性气体罐罐内的惰性气体置换出充注装置内的空气，保持其他阀门关闭；

步骤（2），依次关闭第三阀门和第四阀门，除工质容器外周设置的加热层外，其他加热层开始升温至150℃～200℃，打开第二阀门和第五阀门，启动真空泵对充注装置抽真空，真空度达到10^-3～10^-2Pa；

步骤（3），对工质容器外周设置的加热层升温至超过工质的熔点50℃～100℃，关闭第五阀门和真空泵；

步骤（4），打开第一阀门并控制阀门开度，工质通过锥形管一滴一滴充入高温热管，透过石英管侧面，通过肉眼观察或使用特殊计数仪器记录滴数；

步骤（5），充装适量的工质后，依次关闭第一阀门和第二阀门，打开真空泵和第五阀门对高温热管继续抽真空，真空度达到10^-5～10^-3，并保持1～2小时。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下有益效果：

（1）本发明的高温热管工质充注装置及方法，避免了人为接触，降低了工质在充装过程中被污染的风险。

（2）本发明的高温热管工质充注装置及方法，采用了直观的充注方法，即通过肉眼观察滴数，避免了复杂的称重系统。

（3）本发明的高温热管工质充注装置及方法，可以实现连续充装，即一个工质容器中的工质可以连续充装多个高温热管，适用于连续生产。

（4）本发明的高温热管工质充注装置及方法，结构简单，操作便捷，因而适用性更广。

附图说明

图1是本发明一种高温热管工质充注装置的结构示意图。

其中标号解释：工质容器1、石英管2、高温热管3、惰性气体罐4、真空泵5、工质6、第一管道7、第一阀门8、第二管道9、锥形管10、第一接头11、漏斗12、三通管13、第一加热层14、第二加热层15、第三加热层16、第四加热层17、第一法兰18、第二法兰19、密封槽20、第二接头21、第二阀门22、封装管23、第三阀门24、第四阀门25、第五阀门26。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的技术实质和有益效果，申请人在下面以实施例的方式做详细说明，但是对实施例的描述均不是对本发明方案的限制，任何依据本发明构思所作出的仅仅为形式上而非实质性的等效变换都应视为本发明的技术方案范畴。

结合图1，本发明一种高温热管工质充注装置，从上至下，包括依次设置的工质容器1、锥形管10、石英容器、封装管23和高温热管3，工质容器1底部与第一连通管道第一端连通，第一连通管道第二端与锥形管10第一端连接，锥形管10第二端设置在石英容器的管腔内，石英容器底部与第二连通管道第一端连通，第二连通管道第二端与封装管23连通，封装管23与高温热管3连通，第一连通管道第一端通过第一阀门8与第一连通管道第二端连接，第二连通管道第一端通过第二阀门22与第二连通管道第二端连接。

在本发明的一个实施例中，石英容器包括设置在第一法兰18和第二法兰19之间的石英管2，石英管2顶部和底部分别与第一法兰18和第二法兰19密封连接，第一法兰18焊接在锥形管10第二端上，第二法兰19焊接在第二连接管道第一端上。

在本发明的一个实施例中，工质容器1底部与第一连通管道第一端连通，第一连通管道第二端通过第一接头11与锥形管10连通。

在本发明的一个实施例中，锥形管10第一端与第一接头11连接，锥形管10第二端穿过第一法兰18设置在石英管2的管腔内。

在本发明的一个实施例中，石英容器底部与第二连通管道第一端连通，第二连通管道第二端通过第二接头21与封装管23连通。

在本发明的一个实施例中，第二连通管道第一端为漏斗12，漏斗12顶部与第二法兰19连接，底部与第二阀门22连接。

在本发明的一个实施例中，第二连通管道第二端为三通管13，三通管13第一端与第二阀门22连接，三通管13第二端与第二接头21连接；三通管13第三端还分别与惰性气体罐4和真空泵5连接，惰性气体罐4通过第四阀门25与三通管13第三端连接，真空泵5通过第五阀门26与三通管13第三端连接。

在本发明的一个实施例中，在所述充注装置外周设置加热层。

在本发明的一个优选实施例中，由于石英容器仅仅是为了工质储存，除石英容器外，所述充注装置外周设置加热层。

在本发明的一个优选实施例中，从上至下设置的各组件，除第一阀门8、石英容器和第二阀门22外，各组件外周均设置加热层。

在本发明的一个实施例中，工质容器1内部空腔内设置工质6，工质6可以是钾、钠、锂等。

在本发明的一个优选实施例中，锥形管10尖端内径在0.5～2mm之间。

在本发明的一个优选实施例中，石英管2为高纯度的透明石英玻璃。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种高温热管工质充注装置，从上之下，包括依次连接的工质容器1、第一管道7、第一阀门8、第二管道9、第一接头11、锥形管10、石英容器、漏斗12、第二阀门22、三通管13、第二接头21、封装管23以及高温热管3。其中，石英容器包括石英管2、第一法兰18和第二法兰19，石英管2顶部和底部分别与第一法兰18和第二法兰19通过密封槽20连接，工质容器1中设置高纯度的工质6，并且工质容器1内保持高真空即10^-3~10^{- 5}Pa。锥形管10的第一端与第一接头11连接，第二端穿过第一法兰18伸入石英管2管腔内，第二法兰19与漏斗管12的进口连接，并形成通路，漏斗管12的出口通过第二阀门22与三通管13第一端连接，三通管13第二端与第二接头21连接，三通管13第三端还分别与惰性气体罐4和真空泵5连接，惰性气体罐4通过第四阀门25与三通管13第三端连接，真空泵5通过第五阀门26与三通管13第三端连接，第二管道9为三通管，其一端口还连接用于排气的第三阀门24，所述充注装置还包括第一加热层14，第一加热层14设置在工质容器1和第一管道7的外周。所述充注装置还包括第二加热层15，第二加热层15设置在第二管道9、第一接头11和锥形管10第一端的外周。所述充注装置还包括第三加热层16，第三加热层16设置在漏斗12外周。所述充注装置还包括第四加热层17，第四加热层17设置在三通管13、第二接头21、封装管23和高温热管3外周，其中第一加热层14加热工质容器1及第一管道7；第二加热层15加热第二管道9和锥形管10；第三加热层16加热漏斗12；第四加热层17加热高温热管3。

一种高温热管工质充注方法，包括以下步骤：

步骤（1），依次打开第四阀门25和第三阀门24，利用惰性气体罐4内的惰性气体置换出系统内的空气，保持其他阀门关闭；

步骤（2），依次关闭第三阀门24和第四阀门25，第二加热层15、第三加热层16和第四加热层17开始升温至150℃～200℃，打开第二阀门22和第五阀门26，启动真空泵5对系统抽真空，真空度达到10^-3～10^-2Pa；

步骤（3），第一加热层14升温至超过工质6熔点50℃～100℃，关闭第五阀门26和真空泵5；

步骤（4），打开第一阀门8并控制阀门开度（正式充装前，首先测试每一滴液态工质的重量，具体方法是：利用锥形管滴下50滴以上的液态工质，称重后取平均值），工质6通过锥形管10一滴一滴充入高温热管3。透过石英管2侧面，通过肉眼观察或使用特殊计数仪器记录滴数；

步骤（5），充装适量的工质6后，依次关闭第一阀门8和第二阀门22，打开真空泵5和第五阀门26对高温热管3继续抽真空，真空度达到10^-5～10^-3，并保持1～2小时；

步骤（6），利用封装管23将高温热管3焊接密封（对封装管23进行压焊，封装管23被压扁，从而实现高温热管23的密封），并从第二接头21处取下高温热管3，更换新的待充装高温热管。

Claims (14)

1.一种高温热管工质充注装置，其特征在于，从上至下，包括依次设置的工质容器、锥形管、石英容器、封装管和高温热管，工质容器底部与第一连通管道第一端连通，第一连通管道第二端与锥形管第一端连接，锥形管第二端设置在石英容器的管腔内，石英容器底部与第二连通管道第一端连通，第二连通管道第二端与封装管连通，封装管与高温热管连通，第一连通管道第一端通过第一阀门与第一连通管道第二端连接，第二连通管道第一端通过第二阀门与第二连通管道第二端连接。

2.如权利要求1所述的充注装置，其特征在于，石英容器包括设置在第一法兰和第二法兰之间的石英管，石英管顶部和底部分别与第一法兰和第二法兰密封连接，第一法兰焊接在锥形管第二端上，第二法兰焊接在第二连通管道第一端上。

3.如权利要求2所述的充注装置，其特征在于，工质容器底部与第一连通管道第一端连通，第一连通管道第二端通过第一接头与锥形管连通。

4.如权利要求3所述的充注装置，其特征在于，锥形管第一端与第一接头连接，锥形管第二端穿过第一法兰设置在石英管的管腔内。

5.如权利要求4所述的充注装置，其特征在于，石英容器底部与第二连通管道第一端连通，第二连通管道第二端通过第二接头与封装管连通。

6.如权利要求2所述的充注装置，其特征在于，第二连通管道第一端为漏斗，漏斗顶部与第二法兰连接，底部与第二阀门连接。

7.如权利要求5所述的充注装置，其特征在于，第一连通管道的第二端为三通管，三通管的第一端与第一阀门连接，三通管的第二端与第一接头连接，三通管的第三端与用于排气的第三阀门连接，第二连通管道第二端为三通管，三通管第一端与第二阀门连接，三通管第二端与第二接头连接，三通管第三端还分别与惰性气体罐和真空泵连接，惰性气体罐通过第四阀门与三通管第三端连接，真空泵通过第五阀门与三通管第三端连接。

8.如权利要求1所述的充注装置，其特征在于，在所述充注装置外周设置加热层。

9.如权利要求1所述的充注装置，其特征在于，除石英容器外，在所述充注装置外周设置加热层。

10.如权利要求1所述的充注装置，其特征在于，除第一阀门、石英容器和第二阀门外，在所述充注装置外周设置加热层。

11.如权利要求1所述的充注装置，其特征在于，工质容器内部空腔内设置工质，工质包括钾、钠、锂。

12.如权利要求1所述的充注装置，其特征在于，锥形管尖端内径在0.5～2mm之间。

13.如权利要求2所述的充注装置，其特征在于，石英管为高纯度的透明石英玻璃。

14.基于权利要求7所述的高温热管工质充注装置的充注方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤（1），依次打开第四阀门和第三阀门，利用惰性气体罐内的惰性气体置换出所述充注装置内的空气，保持其它阀门关闭；

步骤（2），依次关闭第三阀门和第四阀门，除工质容器外周设置的加热层外，其它加热层开始升温至150℃～200℃，打开第二阀门和第五阀门，启动真空泵对所述充注装置抽真空，真空度达到10^-3～10^-2Pa；

步骤（3），对工质容器外周设置的加热层升温至超过工质熔点50℃～100℃，关闭第五阀门和真空泵；

步骤（4），打开第一阀门并控制阀门开度，工质通过锥形管一滴一滴充入高温热管中，透过石英管侧面，通过肉眼观察或使用特殊计数仪器记录滴数；

步骤（5），充装适量的工质后，依次关闭第一阀门和第二阀门，打开真空泵和第五阀门对高温热管继续抽真空，真空度达到10^-5～10^-3，并保持1～2小时。

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