CN113899232A - 一种热管的除气装置及除气方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热管的除气装置及除气方法,该装置包括支架和固定在支架中的加热装置和热管;所述热管从下到上依次包括蒸发段、绝热段和冷凝段;所述蒸发段设置于加热装置内,所述冷凝段的顶端设置除气管;所述除气管在远离所述热管的一端设置除气罐,所述热管、所述除气管和所述除气罐相互连通;所述蒸发段、所述绝热段、所述冷凝段、所述除气管和所述除气罐的外壁上分别至少设置一个热电偶;所述热电偶均连接至数据采集仪。本发明装置将不凝性气体收集到除气罐中,通过对高温热管除气中产生的不凝性气体进行二次去除,极大的提升热管的使用性能和寿命,并提高热管自身的均温性。
Description
技术领域
本发明涉及热管技术领域,具体而言,涉及一种热管的除气装置及除气方法。
背景技术
热管是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程(即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热),使热量快速传导的一种散热装置。在热管的生产过程中需要对热管进行除气,目前通常采用真空炉高温烘烤进行除气,即在真空条件下提高温度除去材料内吸附的气体,从而满足在真空条件下对材料出气率的要求。但是,在高温除气过程中,热管经过长时间的运行,热管中的碱金属工质、壳体、焊料等会与热管的壳体材料发生反应并析出不凝性气体。
因此,在高温除气过程虽然除去了材料内吸附的气体,但在其除气过程中会析出不凝性气体,而这些不凝性气体会导致热管性能下降甚至报废,极大的影响热管的使用寿命,造成热管的使用寿命显著缩短。
有鉴于此,特提出此发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热管的除气装置,该装置将不凝性气体收集到除气罐中,通过对高温热管除气中产生的不凝性气体进行二次去除,极大的提升热管的使用性能和寿命,并提高热管自身的均温性。
本发明的另一目的在于提供一种热管的除气方法,采用本发明的装置进行除气,通过除气罐与除气管的温差判断气体是否除净,完全除去热管中的不凝性气体,提升热管的使用性能和寿命。本发明针对充装完工质后的热管,在热管生产及运行后产生的不凝性气体,为热管的二次除气工艺。
本发明是这样实现的:
一种热管的除气装置,包括支架和固定在支架中的加热装置和热管;所述热管从下到上依次包括蒸发段、绝热段和冷凝段;所述蒸发段设置于加热装置内,所述冷凝段的顶端设置除气管;所述除气管在远离所述热管的一端设置除气罐,所述热管、所述除气管和所述除气罐相互连通;
所述蒸发段、所述绝热段、所述冷凝段、所述除气管和所述除气罐的外壁上分别至少设置一个热电偶;所述热电偶均连接至数据采集仪。通过热电偶的温差判断不凝性气体的位置以及是否除尽不凝性气体。
该装置将不凝性气体收集到除气罐中,通过对高温热管除气中产生的不凝性气体进行二次去除,极大的提升热管的使用性能和寿命,并提高热管自身的均温性。
若所述热管长度为1000mm,在蒸发段外壁上等间距布置4个热电偶(即在50、150、250和350mm位置处各设置一个热电偶),热电偶侧得的温度为T1~T4;在绝热段外壁上等间距布置2个热电偶(即在450和550mm位置处各设置一个热电偶),热电偶侧得的温度为T5~T6;在冷凝段外壁上等间距布置4个热电偶(即在650、750、850和950mm位置处各设置一个热电偶),热电偶侧得的温度为T7~T10,则:
蒸发段平均温度为:
Te=(T1+T2+T3+T4)/4 (1)
冷凝段平均温度为:
Tc=(T7+T8+T9+T10)/4 (2)
热管均温性为:
T=Te-Tc (3)
由公式(3)可知,热管均温性可以通过蒸发段和冷凝段的平均温度来确定。通过除气管和除气罐的平均温度变化,可以确定不凝性气体是否进入除气罐,当除气管和除气罐的平均温差小于100℃时,说明气体进入除气罐。
进一步地,所述蒸发段、绝热段和冷凝段的比例根据实际需要进行设置。
进一步地,所述除气罐的容积为热管容积的1/3~1/2;有利于高温热管内部不凝性气体的充分析出和收集。
优选的,所述除气管的长度为10~20cm,直径为6~12mm。长度为10~20cm有利于热管的封口和焊接,直径为6~12mm有利于不凝性气体进入较好的进入除气罐中。
优选的,所述热电偶等间距布置。热电偶等间距布置能够更准确的判断不凝性气体的位置热管的均温性。
其中,均温性为蒸发段的平均温度减去冷凝段的平均温度。
进一步地,所述绝热段的外表面设置保温装置;
进一步地,所述保温装置为保温棉。
进一步地,所述加热装置连接至调压器。通过调压器对加热装置的工作功率的调整来调节热管的除气速率和均温性。当蒸发段和冷凝段温差大于100℃时,调压器增加工作功率,加大加热装置的温度,使工质蒸汽携带热管产生的不凝性气体至冷凝段,不仅减少温差,提高不凝性气体的聚集速度,而且使热管的均温性提高。
进一步地,所述除气管和除气罐通过氩弧焊或卡套的方式进行连接。
一种热管的除气方法,采用所述的装置进行除气,包括以下步骤:对热管的蒸发段进行加热,所述热管内的工质由固体变为工质蒸汽;所述热管中的不凝性气体和所述工质蒸汽共同进入热管的冷凝段,所述工质蒸汽冷凝成液体后回到蒸发段,所述不凝性气体汇集到所述冷凝段并通过除气管进入除气罐;所述除气罐温度与所述除气管温度的温差等于或大于350℃时,完成热管的除气。采用本发明的装置进行除气,通过除气罐与除气管的温差判断气体是否除净,完全除去热管中的不凝性气体,提升热管的使用性能和寿命。
所述加热的温度为400~1200℃,加热的时间为4h以上;该温度能够保证碱金属完全蒸发为工质蒸汽,加热4h以上即可完成基本的除气。本发明通过控制加热的时间,对热管进行充分的除气。
优选的,所述加热过程为:以3~6℃/min的升温速率升温至400~600℃,保温20~30min,再以25~35℃/min的升温速率升温至700~1200℃;
优选的,所述加热的时间至少为6h。加热6h以上能够保证完全除气。
所述冷凝段中的工质蒸汽通过与空气自然对流换热进行冷凝;
优选的,所述热管在除气前,内部的真空度大于10-3Pa;
优选的,所述除气罐、所述除气管和所述热管的温度均通过热电偶测温得到;
优选的,通过相邻两个热电偶的温差确定不凝性气体的位置;
更优选的,所述相邻两个热电偶的温差为大于100℃。
还包括完成热管的除气时,将除气管裁剪,并密封热管的步骤。
优选的,采用液压钳剪断除气管,并用氩弧焊对热管进行焊接密封。
完成除气时,所述蒸发段和所述冷凝段的温差小于或等于100℃,热管合格,满足热管的出厂要求。
所述的工质为碱金属,优选为钠、钾或锂中任意一种。
本发明热管的除气原理为:在加热条件下,热管中的工质由固体变为工质蒸汽,工质蒸汽将不凝性气体带到冷凝段,在冷凝段,工质蒸汽被冷凝成液体,并在热管中的毛细芯和重力的共同作用下,回到蒸发段,而不凝性气体在冷凝段滞流并不断汇集并通过除气管进入除气罐,当除气管温度的温差等于或大于350℃时,完成热管的除气,裁剪除气管,并将除气罐密封即可。
本发明的有益效果主要在于:
(1)本发明的热管除气装置中设置了除气管和除气罐,通过除气管将不凝性气体收集到除气罐中,通过对高温热管除气中产生的不凝性气体进行二次去除,极大的提升热管的使用性能和寿命,并提高热管自身的均温性。
(2)本发明通过在热管、除气管和除气罐设置的多个热电偶进行温度控制,并通过热电偶的温差判断不凝性气体的位置以及是否除尽不凝性气体。
(3)采用本发明的装置进行除气,通过除气罐与除气管的温差判断气体是否除净,完全除去热管中的不凝性气体,提升热管的使用性能和寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明除气装置的结构示意图。
图中:1、热管,1-1、蒸发段,1-2、绝热段,1-3、冷凝段,2、除气管,3、除气罐,4、加热装置,5、保温装置,6、支架。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
如图1,一种热管的除气装置,包括支架6和固定在支架6中的加热装置4和热管1;所述热管1从下到上依次包括蒸发段1-1、绝热段1-2和冷凝段1-3;所述蒸发段1-1设置于加热装置4内,所述冷凝段1-3的顶端设置除气管2;所述除气管2在远离所述热管1的一端设置除气罐3,所述热管1、所述除气管2和所述除气罐3相互连通;所述蒸发段1-1、所述绝热段1-2、所述冷凝段1-3、所述除气管2和所述除气罐3的外壁上分别至少设置一个热电偶;所述热电偶均连接至数据采集仪。
所述除气罐3的容积为热管1容积的1/2;所述除气管2的长度为10cm,直径为12mm。所述热电偶等间距布置。
所述绝热段1-2的外表面设置保温装置5;所述保温装置5为保温棉。所述加热装置4连接至调压器。所述除气管2和除气罐3通过氩弧焊或卡套的方式进行连接。
实施例2
如图1,一种热管的除气装置,包括支架6和固定在支架6中的加热装置4和热管1;所述热管1从下到上依次包括蒸发段1-1、绝热段1-2和冷凝段1-3;所述蒸发段1-1设置于加热装置4内,所述冷凝段1-3的顶端设置除气管2;所述除气管2在远离所述热管1的一端设置除气罐3,所述热管1、所述除气管2和所述除气罐3相互连通;所述除气罐3的容积为热管1容积的1/3;所述除气管2的长度为20cm,直径为6mm。所述绝热段1-2的外表面设置保温棉。所述加热装置4连接至调压器。所述除气管2和除气罐3通过氩弧焊的方式进行连接。
所述热管长度为1000mm,在蒸发段1-1外壁上等间距布置4个热电偶(即在50、150、250和350mm位置处各设置一个热电偶),热电偶侧得的温度为T1~T4;在绝热段1-2外壁上等间距布置2个热电偶(即在450和550mm位置处各设置一个热电偶),热电偶侧得的温度为T5~T6;在冷凝段1-3外壁上等间距布置4个热电偶(即在650、750、850和950mm位置处各设置一个热电偶),热电偶侧得的温度为T7~T10;所述热电偶均连接至数据采集仪。
实施例3
采用实施例2所述的除气装置进行热管的除气,其中,热管中的工质为钠金属,钠纯度为99.8%,除气前热管内部的真空度大于10-3Pa;除气包括以下步骤:
加热装置以6℃/min的升温速率升温至400℃,保温30min,再以25℃/min的升温速率升温至700℃,在700℃温度下对热管的蒸发段加热6h,热管内的工质由固体变为液体,在进一步变为工质蒸汽;所述热管中的不凝性气体和所述工质蒸汽共同进入热管的冷凝段,所述工质蒸汽冷凝成液体后回到蒸发段,所述不凝性气体汇集到所述冷凝段并通过除气管进入除气罐,当除气管和除气罐的平均温差小于100℃时,说明气体进入除气罐,当除气罐温度与所述除气管温度的温差等于或大于350℃时,完成热管的除气;
其中,冷凝段中的工质蒸汽通过与空气自然对流换热进行冷凝;所述除气罐、所述除气管和所述热管的温度均通过热电偶测温得到,当相邻两个热电偶的温差为大于100℃的位置即为不凝性气体的位置。
完成除气时,所述蒸发段和所述冷凝段的温差小于或等于100℃,热管合格,满足热管的出厂要求。采用液压钳剪断除气管,并用氩弧焊对热管进行焊接密封。
实施例4
采用实施例2所述的除气装置进行热管的除气,其中,热管中的工质为钾金属,钾纯度为99.8%,除气前热管内部的真空度大于10-3Pa;除气包括以下步骤:
加热装置以3℃/min的升温速率升温至600℃,保温20min,再以35℃/min的升温速率升温至1000℃,在1000℃温度下对热管的蒸发段加热6h,热管内的工质由固体变为液体,在进一步变为工质蒸汽;所述热管中的不凝性气体和所述工质蒸汽共同进入热管的冷凝段,所述工质蒸汽冷凝成液体后回到蒸发段,所述不凝性气体汇集到所述冷凝段并通过除气管进入除气罐,当除气管和除气罐的平均温差小于100℃时,说明气体进入除气罐,当除气罐温度与所述除气管温度的温差等于或大于350℃时,完成热管的除气;
其中,冷凝段中的工质蒸汽通过与空气自然对流换热进行冷凝;所述除气罐、所述除气管和所述热管的温度均通过热电偶测温得到,当相邻两个热电偶的温差为大于100℃的位置即为不凝性气体的位置。
完成除气时,所述蒸发段和所述冷凝段的温差小于或等于100℃,热管合格,满足热管的出厂要求。采用液压钳剪断除气管,并用氩弧焊对热管进行焊接密封。
实施例5
采用实施例2所述的除气装置进行热管的除气,其中,热管中的工质为锂金属,锂纯度为99.8%,除气前热管内部的真空度大于10-3Pa;除气包括以下步骤:
加热装置以5℃/min的升温速率升温至500℃,保温25min,再以30℃/min的升温速率升温至1200℃,在1200℃温度下对热管的蒸发段加热7h,热管内的工质由固体变为液体,在进一步变为工质蒸汽;所述热管中的不凝性气体和所述工质蒸汽共同进入热管的冷凝段,所述工质蒸汽冷凝成液体后回到蒸发段,所述不凝性气体汇集到所述冷凝段并通过除气管进入除气罐,当除气管和除气罐的平均温差小于100℃时,说明气体进入除气罐,当除气罐温度与所述除气管温度的温差等于或大于350℃时,完成热管的除气;
其中,冷凝段中的工质蒸汽通过与空气自然对流换热进行冷凝;所述除气罐、所述除气管和所述热管的温度均通过热电偶测温得到,当相邻两个热电偶的温差为大于100℃的位置即为不凝性气体的位置。
完成除气时,所述蒸发段和所述冷凝段的温差小于或等于100℃,热管合格,满足热管的出厂要求。采用液压钳剪断除气管,并用氩弧焊对热管进行焊接密封。
测试例1
将实施例3~实施例5除气后的热管,以及普通热管(即只采用高温除气后的热管)分别进行传热测试,测试方法为GB/T 14812-2008《热管传热性能实验方法》,测试结果如表1所示:
表1 热管性能测试表
测试名称 | 均温性(℃) | 使用寿命(年) |
实施例3 | ≤50 | 3 |
实施例4 | ≤50 | 3 |
实施例5 | ≤50 | 3 |
现有热管 | 100 | 1 |
由上表可知,本发明能够将高温热管除气中产生的不凝性气体进行二次去除,极大的提升热管的使用性能和寿命,并提高热管自身的均温性。
综上所述,本发明将不凝性气体收集到除气罐中,通过对高温热管除气中产生的不凝性气体进行二次去除,极大的提升热管的使用性能和寿命,并提高热管自身的均温性。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种热管的除气装置,其特征在于,包括支架(6)和固定在支架(6)中的加热装置(4)和热管(1);所述热管(1)从下到上依次包括蒸发段(1-1)、绝热段(1-2)和冷凝段(1-3);所述蒸发段(1-1)设置于加热装置(4)内,所述冷凝段(1-3)的顶端设置除气管(2);所述除气管(2)在远离所述热管(1)的一端设置除气罐(3),所述热管(1)、所述除气管(2)和所述除气罐(3)相互连通;
所述蒸发段(1-1)、所述绝热段(1-2)、所述冷凝段(1-3)、所述除气管(2)和所述除气罐(3)的外壁上分别至少设置一个热电偶;所述热电偶均连接至数据采集仪。
2.根据权利要求1所述的热管的除气装置,其特征在于,所述除气罐(3)的容积为热管(1)容积的1/3~1/2;
优选的,所述除气管(2)的长度为10~20cm,直径为6~12mm;
优选的,所述热电偶等间距布置。
3.根据权利要求1所述的热管的除气装置,其特征在于,所述绝热段(1-2)的外表面设置保温装置(5);
优选的,所述保温装置(5)为保温棉。
4.根据权利要求1所述的热管的除气装置,其特征在于,所述加热装置(4)连接至调压器;
优选的,所述除气管(2)和除气罐(3)通过氩弧焊或卡套的方式进行连接。
5.一种热管的除气方法,其特征在于,采用权利要求1~4任意一项所述的装置进行除气,包括以下步骤:对热管的蒸发段进行加热,所述热管内的工质由固体变为工质蒸汽;所述热管中的不凝性气体和所述工质蒸汽共同进入热管的冷凝段,所述工质蒸汽冷凝成液体后回到蒸发段,所述不凝性气体汇集到所述冷凝段并通过除气管进入除气罐;所述除气罐温度与所述除气管温度的温差等于或大于350℃时,完成热管的除气。
6.根据权利要求5所述的热管的除气方法,其特征在于,所述加热的温度为400~1200℃,加热的时间为4h以上;
优选的,所述加热过程为:以3~6℃/min的升温速率升温至400~600℃,保温20~30min,再以25~35℃/min的升温速率升温至700~1200℃;
优选的,所述加热的时间至少为6h。
7.根据权利要求5所述的热管的除气方法,其特征在于,所述冷凝段中的工质蒸汽通过与空气自然对流换热进行冷凝;
优选的,所述热管在除气前,内部的真空度大于10-3Pa;
优选的,所述除气罐、所述除气管和所述热管的温度均通过热电偶测温得到;
优选的,通过相邻两个热电偶的温差确定不凝性气体的位置;
更优选的,所述相邻两个热电偶的温差为大于100℃。
8.根据权利要求5所述的热管的除气方法,其特征在于,还包括完成热管的除气时,将除气管裁剪并密封热管的步骤。
9.根据权利要求5所述的热管的除气方法,其特征在于,完成除气时,所述蒸发段和所述冷凝段的温差小于或等于100℃。
10.根据权利要求5所述的热管的除气方法,其特征在于,所述的工质为碱金属,优选为钠、钾或锂中任意一种。
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