CN113852300B - 一种汽馈式amtec器件工质净化与充装装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置及方法，解决现有汽馈式AMTEC器件充装方法不能确保钠纯净度，对器件性能造成影响的问题。装置包括储钠罐、第一真空机构、氩气保护系统、工质净化回路和器件定量充装系统；第一真空机构包括1#机械泵、2#真空波纹管和1#真空规，1#机械泵出口通过2#真空波纹管与储钠罐连通；1#真空规测量储钠罐真空度；工质净化回路的钠循环回路管道一端与储钠罐连通，另一端通过2#钠阀、电磁泵、净化冷阱、3#钠阀与储钠罐连通；器件定量充装系统包括烘箱、充装管路、玻璃定量管、4#钠阀及真空单元；充装管路一端位于烘箱内，另一端与玻璃定量管连通；4#钠阀一端与3#钠阀和净化冷阱间管路连通，另一端与玻璃定量管连通。

Description

一种汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置及方法

技术领域

本发明涉及热电转换研究领域，具体涉及一种汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置及方法。

背景技术

碱金属热电转换(AMTEC)作为一种静态热电转换方式，具有热电转换效率高、设备结构简单紧凑、无污染、无振动、可适应不同热源等特点，十分适合空间核反应堆的热电转换。目前AMTEC还处于前期研究阶段，其(BASE)材料和电极材料随运行时间的电退化效应、AMTEC的高效热电转换效率和长寿期、反应堆与AMTEC的高效耦合等技术问题仍然没有得到很好的解决。因此，AMTEC系统的BASE管研制、电极材料的选择、高效热电转换效率、工作寿命、材料相容性、反应堆与AMTEC的高效耦合等若干关键技术仍是目前研究的热点。

AMTEC分为汽馈式和液馈式两种工作方式，为了提高AMTEC的输出电压，需要多根BASE管进行串并联，由于钠优良的导电性，液馈式AMTEC多根BASE管之间的绝缘在工程上难以实现，因此，汽馈式多管AMTEC在实用化发展过程中更受到青睐。

在汽馈式AMTEC器件研制过程中，对器件进行纯净工质的定量充装是非常重要的一个环节，工质的纯净度和质量对器件的性能均有重要影响。目前汽馈式AMTEC器件常用的充装方法是，将固态钠在惰性气体保护环境下，利用天平称重定量，并直接将固态钠放入器件后完成器件封装，该充装方法相对比较简单，但是，由于碱金属化学性质极其活泼，固体充装方法不能确保钠的纯净度，不纯净的钠工质会对器件性能造成严重影响。

发明内容

为了解决现有汽馈式AMTEC器件的充装方法，由于碱金属化学性质极其活泼，不能确保钠的纯净度，不纯净的钠工质会对器件性能造成严重影响的技术问题，本发明提供了一种汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置及方法，用于汽馈式AMTEC器件工质存储、净化和定量充装。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，其特殊之处在于：包括熔钠压钠系统、工质净化回路和器件定量充装系统；

所述熔钠压钠系统包括储钠罐、第一真空机构和氩气保护系统；

所述储钠罐上安装有液位探针和热电偶；储钠罐外壁设置第二加热机构，顶部密封安装有玻璃视窗Ⅱ；

所述第一真空机构包括1#机械泵、2#真空波纹管和1#真空规，1#机械泵的出口通过2#真空波纹管与储钠罐连通，2#真空波纹管上安装有2#真空阀；1#真空规设置在1#机械泵的出口处，用于测量储钠罐的真空度；

所述氩气保护系统包括氩气瓶、减压阀和2#气阀，氩气瓶的出口通过减压阀、2#气阀与储钠罐连通；

所述工质净化回路包括2#钠阀、3#钠阀、电磁泵、净化冷阱和钠循环回路管道；钠循环回路管道的一端与储钠罐底部连通，另一端通过依次设置的2#钠阀、电磁泵、净化冷阱、3#钠阀与储钠罐顶部连通；净化冷阱为内部填充有不锈钢丝网的不锈钢容器，净化冷阱外壁设置第三加热机构；

所述器件定量充装系统包括烘箱、充装管路、玻璃定量管、4#钠阀和真空单元；烘箱内壁设置隔热屏层，玻璃定量管位于烘箱的上方，玻璃定量管外壁设有第四加热机构；充装管路的一端位于烘箱内，用于与待充装AMTEC器件内腔连通，另一端穿出烘箱后通过5#钠阀与玻璃定量管连通；4#钠阀的一端与3#钠阀和净化冷阱之间的管路连通，另一端与玻璃定量管连通；真空单元与烘箱内腔、充装管路分别连通。

进一步地，所述熔钠压钠系统还包括熔钠罐；熔钠罐的底部通过1#钠阀与储钠罐的顶部连通；熔钠罐上也安装有液位探针和热电偶，熔钠罐外壁设置第一加热机构，顶部密封安装有玻璃视窗Ⅰ；

所述第一真空机构还包括1#真空波纹管，1#机械泵的出口还通过1#真空波纹管与熔钠罐连通，1#真空波纹管上安装有1#真空阀；1#真空规还用于测量熔钠罐的真空度；

所述氩气保护系统还包括1#气阀，氩气瓶的出口通过减压阀后分为2路，其中一路通过1#气阀与熔钠罐连通，另一路通过2#气阀与储钠罐连通。

进一步地，所述真空单元包括烘箱真空机构和器件真空机构；

所述烘箱真空机构包括2#机械泵、3#真空阀、烘箱放气阀，2#机械泵的出口通过3#真空阀与烘箱内腔连通，烘箱放气阀与烘箱内腔连通，2#真空规用于测量烘箱内腔的真空度；

所述器件真空机构包括3#机械泵、分子泵、4#真空阀、真空放气阀手和3#真空规，3#机械泵的出口通过依次设置的分子泵、4#真空阀与充装管路连通，真空放气阀手与分子泵和4#真空阀之间的管路连通，且该管路上设有3#真空规。

进一步地，所述熔钠罐和储钠罐内的液位探针均为3个，分别给出罐体内底位、中间和顶位三个液位信号。

进一步地，所述1#机械泵、2#机械泵和3#机械泵的出口均设有过滤器。

进一步地，1#钠阀、2#钠阀、3#钠阀、4#钠阀、5#钠阀、熔钠罐与储钠罐之间的管路外壁、储钠罐底部与电磁泵之间的管路外壁、储钠罐顶部与净化冷阱之间的管路外壁、玻璃定量管与3#钠阀和净化冷阱之间的管路外壁、位于烘箱外的充装管路外壁均缠绕加热丝。

进一步地，所述第一加热机构为缠绕在熔钠罐外壁的电加热丝；

所述第二加热机构为缠绕在储钠罐外壁的电加热丝；

所述第三加热机构为缠绕在净化冷阱外壁的电加热丝；

所述第四加热机构为红外加热机构。

进一步地，所述电磁泵的线圈与外部水冷系统相连，形成水冷冷却回路。

进一步地，所述1#真空阀、2#真空阀均靠近1#机械泵一侧设置。

同时，本发明提供了一种汽馈式AMTEC器件工质净化与充装方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)准备

使2#钠阀、3#钠阀打开，1#钠阀、4#钠阀、5#钠阀关闭，2#气阀打开；

2)器件连接

冷态下，将AMTEC器件置于烘箱内，并与充装管路连接，关闭烘箱；真空单元分别对烘箱内腔、AMTEC器件抽真空；

3)系统加热

开启储钠罐上第二加热机构、净化冷阱上第三加热机构、玻璃定量管上第四加热机构的加热电源；

4)器件烘烤除气

烘箱真空度达到设定要求值，开烘箱加热电源，对烘箱内AMTEC器件进行烘烤除气，烘烤后设置烘箱目标温度；

5)系统抽真空

5.1)各温度点到达目标温度后，关闭2#气阀，打开2#真空阀，对储钠罐及工质净化回路抽真空；

5.2)在1#真空规测得储钠罐的真空度到达设定要求值，打开4#钠阀，抽玻璃定量管真空，待玻璃定量管真空度稳定后，关闭4#钠阀；

6)滴定管充液

打开电磁泵，当从储钠罐上部的玻璃视窗Ⅱ观察到储钠罐有滴液时，关闭3#钠阀，微开4#钠阀，玻璃定量管液位上升至所需钠量对应刻度处，关闭4#钠阀，完成玻璃定量管充液；然后关闭电磁泵，打开3#钠阀，使钠循环回路管道中液钠回流至储钠罐。

7)器件充钠

关闭4#真空阀，打开5#钠阀，玻璃定量管中液钠充入AMTEC器件中，玻璃定量管中液钠完全充入AMTEC器件，关闭5钠阀，完成AMTEC器件工质充装。

8)器件夹封

打开4#钠阀，关闭2#真空阀，打开2#气阀对储钠罐、工质净化回路、玻璃定量管充氩气保护，等储钠罐压力达到设定要求值后关闭4#钠阀；然后关闭所有加热电源，真空单元对烘箱继续抽真空，减缓AMTEC器件冷却速率，烘箱冷却至常温后，关闭真空单元，打开烘箱放气阀，从烘箱中取出AMTEC器件，完成夹封器件。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1、本发明充装装置由熔钠压钠系统、工质净化系统和器件定量充装系统组成，集工质存储、工质净化、器件烘烤除气、器件充装多项功能于一体；利用电磁泵驱动、净化冷阱净化，实现碱金属(钠)工质长期存储和反复净化，确保系统长期具有干净、充足的碱金属工质；利用玻璃定量管实现汽馈式AMTEC器件充装工质准确定量，并可实现汽馈式AMTEC器件反复充装。

2、本发明充装装置能够存储、净化汽馈式AMTEC器件的工质，对器件进行工质定量充装，采用带有烘箱的器件定量充装系统，对器件进行高温烘烤除气，可实现液钠定量充装，并进行器件烘烤除气，为汽馈式AMTEC器件的研制提供支撑。

3、本发明熔钠压钠系统还设有熔钠罐，利用熔钠压钠系统将金属钠熔化，并将熔钠罐底部较纯净液钠压入储钠罐，实现工质补充。

4、本发明充装装置采用红外加热的玻璃定量管对器件进行工质定量充装，定量管刻度清晰，可实现汽馈式AMTEC器件充装工质准确定量。

5、本发明充装装置采用氩气保护系统，在冷态情况，可对熔钠罐、储钠罐及各管道实现长期保护，防止工质氧化。

附图说明

图1为本发明汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置的结构示意图；

其中，附图标记如下：

01-AMTEC器件；

1-熔钠压钠系统，11-熔钠罐，12-储钠罐，15-1#钠阀；

131-1#机械泵，132-1#真空波纹管，133-2#真空波纹管，134-1#真空规，135-1#真空阀，136-2#真空阀；

141-氩气瓶，142-减压阀，143-1#气阀，144-2#气阀；

2-工质净化回路，21-2#钠阀，22-3#钠阀，23-电磁泵，24-净化冷阱，25-钠循环回路管道；

3-器件定量充装系统，31-烘箱，32-充装管路，33-玻璃定量管，34-4#钠阀，37-5#钠阀；

351-2#机械泵，352-3#真空阀，353-烘箱放气阀，354-2#真空规；

361-3#机械泵，362-分子泵，363-4#真空阀，364-真空放气阀手，365-3#真空规；

41-液位探针，42-过滤器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。

为了研制高性能的汽馈式AMTEC器件，实现空间反应堆电源用AMTEC热电转换装置的实用化应用，本发明提供了一种汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，适用于高性能汽馈式AMTEC器件的研制；其中，AMTEC：(Alkali Metal Thermal to Electric Converter)碱金属热电转换装置。

如图1所示，本发明汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，由熔钠压钠系统1、工质净化回路2和器件定量充装系统3三部分组成。

1、熔钠压钠系统1

熔钠压钠系统1由熔钠罐11、储钠罐12、第一真空机构和氩气保护系统组成。

熔钠罐11的底部通过1#钠阀15与储钠罐12的顶部连通，具体的：熔钠罐11与储钠罐12之间设置注钠管路，注钠管路的入口端伸入熔钠罐11的底部，另一端伸入储钠罐12的顶部，1#钠阀15设置在注钠管路上。1#钠阀15以及熔钠罐11与储钠罐12之间的注钠管路外壁缠绕加热丝，确保液钠流经1#钠阀15时不会发生冷凝，造成堵塞。

熔钠罐11设计直径为200mm，高度610mm，熔钠罐11容积约19.1L左右，熔钠罐11中安装有液位探针41，本实施例熔钠罐11中液位探针41为3个接触式液位探针41，分别给出底位、中间和顶位的三个液位信号，熔钠罐11外壁设置第一加热机构，本实施例第一加热机构为缠绕在熔钠罐11外壁的电加热丝，用于加热熔钠罐11，使放入熔钠罐11中的金属钠熔为液体，熔钠罐11顶部焊接直径50mm法兰，并在该位置安装玻璃视窗Ⅰ，用于观察熔钠罐11的罐内情况。

储钠罐12设计直径200mm，高度360mm，容积约为11.3L，储钠罐12中也安装有3个接触式液位探针41，分别给出底位、中间和顶位三个液位信号，储钠罐12外壁设置第二加热机构，本实施例第二加热机构为缠绕在储钠罐12外壁的电加热丝，用于加热储钠罐12，确保从熔钠罐11压入储钠罐12的液钠保持液态，储钠罐12顶部也焊接直径50mm法兰，并安装玻璃视窗Ⅱ，用于观察储钠罐12的罐内情况。

熔钠罐11、储钠罐12的罐体外壁均紧贴有热电偶，用于测量罐体温度，罐体需要整体加热，使其内的钠为液态钠，钠的熔点为98℃。

第一真空机构包括1#机械泵131、1#真空波纹管132、2#真空波纹管133和1#真空规134，1#机械泵131的出口经过过滤器42后分为两路，其中一路通过1#真空波纹管132与熔钠罐11连通，另一路通过2#真空波纹管133与储钠罐12连通，1#真空波纹管132靠近1#机械泵131的一端安装有1#真空阀135，2#真空波纹管133靠近1#机械泵131的一端安装有2#真空阀136；1#真空规134设置在1#机械泵131的出口处，用于测量熔钠罐11、储钠罐12的真空度；第一真空机构可对熔钠罐11和储钠罐12抽真空，真空度可达1Pa。

氩气保护系统包括氩气瓶141、减压阀142、1#气阀143和2#气阀144，氩气瓶141的出口通过减压阀142后分为2路，其中一路通过1#气阀143与熔钠罐11连通，且1#气阀143靠近熔钠罐11一侧设置，另一路通过2#气阀144与储钠罐12连通，且2#气阀144靠近储钠罐12一侧设置；氩气保护系统可为熔钠罐11和储钠罐12提供氩气保护，防止熔钠罐11和储钠罐12内的钠氧化，此外，还可为熔钠罐11和储钠罐12提供压力差，将熔钠罐11中的液钠从注钠管路的入口端压入，流经钠阀1进入储钠罐12。

本实施例熔钠压钠系统1设计有熔钠罐11，是在储钠罐12的钠量不够时，可通过熔钠罐11向储钠罐12中补充钠，因此1#钠阀15和1#气阀143只有在储钠罐12钠量不够时，需要将熔钠罐11中钠压入储钠罐12中，才开启，平时均处于常闭状态。熔钠罐11顶部有法兰开口，可以将金属钠放入熔钠罐11中熔化，并利用第一真空机构对其进行抽真空除油，因为钠的杂质大部分浮在液钠的表面上，压钠过程中可以只将熔钠罐11底部一部分干净的液钠压入熔钠罐11实现液钠补充。

2、工质净化回路2

工质净化回路2包括2#钠阀21、3#钠阀22、电磁泵23、净化冷阱24和钠循环回路管道25；电磁泵23安装在净化冷阱24的上游，电磁泵23线圈依靠外部水冷回路冷却，钠循环回路管道25的一端与储钠罐12底部连通，另一端通过依次设置的2#钠阀21、电磁泵23、净化冷阱24、3#钠阀22与储钠罐12顶部连通。

净化冷阱24为不锈钢容器，容器内填充不锈钢丝网，容器外壁设置第三加热机构，本实施例第三加热机构为缠绕在净化冷阱24外壁的电加热丝，净化冷阱24温度通过加热丝控制在130℃-150℃，当液钠流经净化冷阱24时，液钠自下而上流经不锈钢丝网，杂质在不锈钢丝网上析出，液钠得到有效净化。

工质净化回路2的工作过程：液钠从储钠罐12底部被电磁泵23泵送，经过2#钠阀21后通过净化冷阱24净化，再流经3#钠阀22后通过储钠罐12顶部流回到储钠罐12，本实施例在2#钠阀21以及储钠罐12底部与电磁泵23之间的管路外壁、3#钠阀22以及储钠罐12顶部与净化冷阱24之间的管路外壁均缠绕加热丝，确保液钠流经2#钠阀21、3#钠阀22时不会发生冷凝，造成堵塞。

3、器件定量充装系统3

器件定量充装系统3由烘箱31、玻璃定量管33、第四加热机构、充装管路32、4#钠阀34、5#钠阀37和真空单元组成。

烘箱31是对AMTEC器件01进行工质充装与真空烘烤除气的不锈钢容器，内部采用4层不锈钢隔热屏隔热，烘箱31可加热至500℃。

玻璃定量管33位于烘箱31的上方，玻璃定量管33设计内径10mm，长20mm，本实施例第四加热机构为设置在玻璃定量管33外壁的红外加热机构，玻璃定量管33采用红外加热，可加热至300℃；本实施例将玻璃定量管33的温度控制在150-180℃，确保定量管中钠保持液态。

充装管路32设置在烘箱31的上方，且下端伸入烘箱31内，用于与待充装AMTEC器件01内腔连通，另一端通过5#钠阀37与玻璃定量管33连通；4#钠阀34的一端与3#钠阀22和净化冷阱24之间的管路上部连通，另一端与玻璃定量管33连通，即4#钠阀34连接工质净化回路2的净化冷阱24下游上升端与玻璃定量管33之间；4#钠阀34以及位于烘箱31外的充装管路32外壁、5#钠阀37以及玻璃定量管33与3#钠阀22和净化冷阱24之间的管路外壁均缠绕加热丝，确保液钠流经4#钠阀34、5#钠阀37时不发生冷凝，造成堵塞。

真空单元包括烘箱真空机构和器件真空机构；

烘箱真空机构包括2#机械泵351、3#真空阀352和烘箱放气阀353，本实施例烘箱放气阀353为烘箱手动放气阀，2#机械泵351的出口通过过滤器42、3#真空阀352与烘箱31内腔连通，烘箱放气阀353与3#真空阀352和烘箱31之间的管路连通，且该管路上设有2#真空规354，用于测量烘箱31内腔的真空度。烘箱真空机构对烘箱31进行抽真空，烘箱真空机构(烘箱31)真空度可达1Pa。

器件真空机构包括3#机械泵361、分子泵362、4#真空阀363、真空放气阀手364和3#真空规365，3#机械泵361的出口通过依次设置的过滤器、分子泵362、4#真空阀363与充装管路32连通，真空放气阀手364与分子泵362和4#真空阀363之间的管路连通，且该管路上设有3#真空规365，用于测量充装管路32(充装管路32与AMTEC器件01连通，即AMTEC器件)的真空度。器件真空机构通过充装管路32与AMTEC器件01连通，实现对烘箱31内AMTEC器件01的抽真空，器件真空机构(AMTEC器件)的真空度可达10^-4Pa。

本实施例汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置的工作过程主要包括器件连接、系统加热、器件烘烤除气、系统抽真空、滴定管充液、器件充钠和器件夹封7个步骤。

操作前，确认2#钠阀21、3#钠阀22开，1#钠阀15、4#钠阀34、5#钠阀37关。2#气阀144打开，1#气阀143以及其他所有真空阀、排气阀关，确认储钠罐12、钠循环回路管道25处于正压氩气保护状态。确认以上状态后进行以下操作。

1)器件连接

冷态下，将AMTEC器件01置于烘箱31内，与伸入烘箱31内充装管路32一端的注钠口连接，关闭烘箱31；

开启2#机械泵351和3#真空阀352对烘箱31内腔(AMTEC器件01所处的环境)抽真空，以及开启3#机械泵361和4#真空阀363对AMTEC器件01抽真空。

2)系统加热

开启储钠罐12上第二加热机构、净化冷阱24上第三加热机构、玻璃定量管33上第四加热机构的加热电源，以及2#钠阀21、3#钠阀22、4#钠阀34、5#钠阀37和钠阀所处管路上加热丝的加热电源，并设置储钠罐12目标温度200℃，所有钠阀目标温度250℃，净化冷阱24150℃，玻璃定量管33200℃。

3)器件烘烤除气

烘箱31真空度达到10Pa以下时，开烘箱31加热电源，设置烘箱31目标温度450℃，对烘箱31内AMTEC器件01进行烘烤除气，烘烤2小时后，设置烘箱31目标温度250℃，准备充装工质。

4)系统抽真空

4.1)等待系统各温度点到达目标温度后，关闭2#气阀144，切断氩气气源。开1#机械泵131，开2#真空阀136，对储钠罐12及工质净化回路2抽真空；

4.2)在1#真空规134测得储钠罐12的真空度到达10Pa以下时，开4#钠阀34，抽玻璃定量管33真空，待玻璃定量管33(或储钠罐12，此时玻璃定量管33和储钠罐12连通，两者真空度一致)的真空度稳定后，关闭4#钠阀34，完成玻璃定量管33抽真空。

5)滴定管充液

开电磁泵23，液钠从储钠罐12底部被电磁泵23泵送，经过2#钠阀21后，通过净化冷阱24净化，再流经3#钠阀22，并通过储钠罐12顶部流回到储钠罐12，当从储钠罐12上部的玻璃视窗Ⅱ观察到储钠罐12有滴液时，打开3#钠阀22，微开4#钠阀34，注意观察玻璃定量管33液位变化，液位上升至所需钠量对应刻度处，关闭4#钠阀34，完成玻璃定量管33充液。关电磁泵23，开3#钠阀22，使钠循环回路管道25中液钠回流至储钠罐12。

6)器件充钠

关闭4#真空阀363，开5#钠阀37，玻璃定量管33中液钠充入AMTEC器件01中，玻璃定量管33中液钠完全充入AMTEC器件01，关闭5钠阀，完成AMTEC器件01工质充装。

7)器件夹封

开4#钠阀34，关闭2#真空阀136，关闭1#机械泵131，开2#气阀144对储钠罐12、工质净化回路2、玻璃定量管33充氩气保护，等储钠罐12压力达到0.5bar后关闭4#钠阀34。关闭所有加热电源，系统冷却过程中，烘箱31继续抽真空，减缓AMTEC器件01冷却速率，烘箱31冷却至常温后，关2#机械泵351，开烘箱放气阀353，开烘箱31取出充装有钠的AMTEC器件01，完成夹封器件。

以上仅是对本发明的优选实施方式进行了描述，并不将本发明的技术方案限制于此，本领域技术人员在本发明主要技术构思的基础上所作的任何变形都属于本发明所要保护的技术范畴。

Claims (10)

1.一种汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，其特征在于：包括熔钠压钠系统(1)、工质净化回路(2)和器件定量充装系统(3)；

所述熔钠压钠系统(1)包括储钠罐(12)、第一真空机构和氩气保护系统；

所述储钠罐(12)上安装有液位探针(41)和热电偶；储钠罐(12)外壁设置第二加热机构，顶部密封安装有玻璃视窗Ⅱ；

所述第一真空机构包括1#机械泵(131)、2#真空波纹管(133)和1#真空规(134)，1#机械泵(131)的出口通过2#真空波纹管(133)与储钠罐(12)连通，2#真空波纹管(133)上安装有2#真空阀(136)；1#真空规(134)设置在1#机械泵(131)的出口处，用于测量储钠罐(12)的真空度；

所述氩气保护系统包括氩气瓶(141)、减压阀(142)和2#气阀(144)，氩气瓶(141)的出口通过减压阀(142)、2#气阀(144)与储钠罐(12)连通；

所述工质净化回路(2)包括2#钠阀(21)、3#钠阀(22)、电磁泵(23)、净化冷阱(24)和钠循环回路管道(25)；钠循环回路管道(25)的一端与储钠罐(12)底部连通，另一端通过依次设置的2#钠阀(21)、电磁泵(23)、净化冷阱(24)、3#钠阀(22)与储钠罐(12)顶部连通；净化冷阱(24)为内部填充有不锈钢丝网的不锈钢容器，净化冷阱(24)外壁设置第三加热机构；

所述器件定量充装系统(3)包括烘箱(31)、充装管路(32)、玻璃定量管(33)、4#钠阀(34)和真空单元；烘箱(31)内壁设置隔热屏层，玻璃定量管(33)位于烘箱(31)的上方，玻璃定量管(33)外壁设有第四加热机构；充装管路(32)的一端位于烘箱(31)内，用于与待充装AMTEC器件(01)内腔连通，另一端穿出烘箱(31)后通过5#钠阀(37)与玻璃定量管(33)连通；4#钠阀(34)的一端与3#钠阀(22)和净化冷阱(24)之间的管路连通，另一端与玻璃定量管(33)连通；真空单元与烘箱(31)内腔、充装管路(32)分别连通。

2.根据权利要求1所述汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，其特征在于：所述熔钠压钠系统(1)还包括熔钠罐(11)，熔钠罐(11)的底部通过1#钠阀(15)与储钠罐(12)的顶部连通；熔钠罐(11)上也安装有液位探针(41)和热电偶，熔钠罐(11)外壁设置第一加热机构，顶部密封安装有玻璃视窗Ⅰ；

所述第一真空机构还包括1#真空波纹管(132)，1#机械泵(131)的出口还通过1#真空波纹管(132)与熔钠罐(11)连通，1#真空波纹管(132)上安装有1#真空阀(135)；1#真空规(134)还用于测量熔钠罐(11)的真空度；

所述氩气保护系统还包括1#气阀(143)，氩气瓶(141)的出口通过减压阀(142)后分为2路，其中一路通过1#气阀(143)与熔钠罐(11)连通，另一路通过2#气阀(144)与储钠罐(12)连通。

3.根据权利要求2所述汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，其特征在于：所述真空单元包括烘箱真空机构和器件真空机构；

所述烘箱真空机构包括2#机械泵(351)、3#真空阀(352)、烘箱放气阀(353)，2#机械泵(351)的出口通过3#真空阀(352)与烘箱(31)内腔连通，烘箱放气阀(353)与烘箱(31)内腔连通，2#真空规(354)用于测量烘箱(31)内腔的真空度；

所述器件真空机构包括3#机械泵(361)、分子泵(362)、4#真空阀(363)、真空放气阀手(364)和3#真空规(365)，3#机械泵(361)的出口通过依次设置的分子泵(362)、4#真空阀(363)与充装管路(32)连通，真空放气阀手(364)与分子泵(362)和4#真空阀(363)之间的管路连通，且该管路上设有3#真空规(365)。

4.根据权利要求3所述汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，其特征在于：所述熔钠罐(11)和储钠罐(12)内的液位探针(41)均为3个，分别给出罐体内底位、中间和顶位三个液位信号。

5.根据权利要求4所述汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，其特征在于：所述1#机械泵(131)、2#机械泵(351)和3#机械泵(361)的出口均设有过滤器(42)。

6.根据权利要求2至5任一所述汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，其特征在于：1#钠阀(15)、2#钠阀(21)、3#钠阀(22)、4#钠阀(34)、5#钠阀(37)、熔钠罐(11)与储钠罐(12)之间的管路外壁、储钠罐(12)底部与电磁泵(23)之间的管路外壁、储钠罐(12)顶部与净化冷阱(24)之间的管路外壁、玻璃定量管(33)与3#钠阀(22)和净化冷阱(24)之间的管路外壁、位于烘箱(31)外的充装管路(32)外壁均缠绕加热丝。

7.根据权利要求6所述汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，其特征在于：所述第一加热机构为缠绕在熔钠罐(11)外壁的电加热丝；

所述第二加热机构为缠绕在储钠罐(12)外壁的电加热丝；

所述第三加热机构为缠绕在净化冷阱(24)外壁的电加热丝；

所述第四加热机构为红外加热机构。

8.根据权利要求7所述汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，其特征在于：所述电磁泵(23)的线圈与外部水冷系统相连，形成水冷冷却回路。

9.根据权利要求8所述汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，其特征在于：所述1#真空阀(135)、2#真空阀(136)均靠近1#机械泵(131)一侧设置。

10.一种汽馈式AMTEC器件工质净化与充装方法，基于权利要求1-9任一所述汽馈式AMTEC器件工质净化与充装装置，其特征在于：包括以下步骤：

1)准备

使2#钠阀(21)、3#钠阀(22)打开，1#钠阀(15)、4#钠阀(34)、5#钠阀(37)关闭，2#气阀(144)打开；

2)器件连接

冷态下，将AMTEC器件置于烘箱(31)内，并与充装管路(32)连接，关闭烘箱(31)；真空单元分别对烘箱(31)内腔、AMTEC器件抽真空；

3)系统加热

开启储钠罐(12)上第二加热机构、净化冷阱(24)上第三加热机构、玻璃定量管(33)上第四加热机构的加热电源；

4)器件烘烤除气

烘箱(31)真空度达到设定要求值，开烘箱(31)加热电源，对烘箱(31)内AMTEC器件进行烘烤除气，烘烤后设置烘箱(31)目标温度；

5)系统抽真空

5.1)各温度点到达目标温度后，关闭2#气阀(144)，打开2#真空阀(136)，对储钠罐(12)及工质净化回路(2)抽真空；

5.2)在1#真空规(134)测得储钠罐(12)的真空度到达设定要求值，打开4#钠阀(34)，抽玻璃定量管(33)真空，待玻璃定量管(33)真空度稳定后，关闭4#钠阀(34)；

6)滴定管充液

打开电磁泵(23)，当从储钠罐(12)上部的玻璃视窗Ⅱ观察到储钠罐(12)有滴液时，关闭3#钠阀(22)，微开4#钠阀(34)，玻璃定量管(33)液位上升至所需钠量对应刻度处，关闭4#钠阀(34)，完成玻璃定量管(33)充液；然后关闭电磁泵(23)，打开3#钠阀(22)，使钠循环回路管道(25)中液钠回流至储钠罐(12)；

7)器件充钠

关闭4#真空阀(363)，打开5#钠阀(37)，玻璃定量管(33)中液钠充入AMTEC器件中，玻璃定量管(33)中液钠完全充入AMTEC器件，关闭5钠阀，完成AMTEC器件工质充装；

8)器件夹封

打开4#钠阀(34)，关闭2#真空阀(136)，打开2#气阀(144)对储钠罐(12)、工质净化回路(2)、玻璃定量管(33)充氩气保护，等储钠罐(12)压力达到设定要求值后，关闭4#钠阀(34)；然后关闭所有加热电源，真空单元对烘箱(31)继续抽真空，减缓AMTEC器件冷却速率，烘箱(31)冷却至常温后，关闭真空单元，打开烘箱放气阀(353)，从烘箱(31)中取出AMTEC器件，完成夹封器件。

Images