一种高温热管定量充液装置及方法
阅读说明：本技术 一种高温热管定量充液装置及方法 (High-temperature heat pipe quantitative liquid filling device and method ) 是由 王成龙 田智星 郭凯伦 张大林 田文喜 秋穗正 苏光辉 于 2021-08-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高温热管定量充液装置及方法,该装置包括缓冲罐、标定管、液位计、惰性气体罐、真空泵、真空计、压力表、水/氧含量检测计、工质净化回路出口、工质净化回路入口、热管等。本发明结构简单、可靠性高、可实现高温热管的定量充液。(The invention discloses a high-temperature heat pipe quantitative liquid filling device and a method. The invention has simple structure and high reliability, and can realize the quantitative liquid filling of the high-temperature heat pipe.)
技术领域
本发明涉及相变换热设备技术领域，具体涉及一种高温热管定量充液装置及方法。
背景技术
高温热管采用液态金属作为工作介质，工作温度高于500℃，可应用于航天器热防护、核反应堆系统、高温化学反应釜等装置，具有广阔的应用场景。然而，液态金属一般在室温下为固态，多数液态金属会与空气发生反应产生杂质。此外，高温热管工质的充装一般很难在高温条件定量充装。由于现实因素的限制，高温热管的精细化加工制造存在困难，限制了高温热管性能的提升。本发明针对高温热管的充装过程，提出了一种高温热管充装装置及方法，实现高温热管高质量工质充装。
发明内容
为实现在高温热管的定量化工质充装，本发明提出一种高温热管定量充装装置及方法，本装置结构简化，利用标定管实现高温热管的定量充装，结构简单，应用前景广阔。
为了达到上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种高温热管定量充液装置，包括缓冲罐10、标定管20和清洗剂30；所述缓冲罐10底部通过管道连接标定管20顶部；所述缓冲罐10包括充气阀110、惰性气体罐111、第一气阀120、真空计121、第二气阀130、水/氧含量检测计131、第三气阀140、压力表141、排气阀150和真空泵机组151，缓冲罐10顶部通过充气阀110连接惰性气体罐111，缓冲罐10顶部通过第一气阀120连接真空计121，缓冲罐10顶部通过第二气阀130连接水/氧含量检测计131，缓冲罐10顶部通过第三气阀140连接压力表141，缓冲罐10顶部通过排气阀150连接真空泵机组151；所述标定管20包括工质进口阀210、工质净化回路出口211、第一工质阀220、第二工质阀221、浮子222、液位计223、工质出口阀224、工质净化回路入口225、工质充注阀230、充注连接头231、工质封口阀232和热管234，标定管20侧壁通过工质进口阀210连接工质净化回路出口211，标定管20侧壁通过第一工质阀220连接液位计223，液位计223内部含有浮子222,液位计223侧壁由下到上分别设置有第一工质阀220和第二工质阀221，缓冲罐10侧壁通过第二工质阀221连接液位计223，液位计223底部通过工质出口阀224连接工质净化回路入口225，标定管20底部通过工质充注阀230、充注连接头231和工质封口阀232连接热管234。
所述标定管20的容积为标定值，标定管20底部为锥形或半球形结构，便于工质完全流入工质充注阀230，标定管20内第一工质阀220到工质充注阀230之间的容积小于热管234的最小工质充注容积。
所述充注连接头231可选用法兰或活接头，法兰或活接头中的垫片采用石墨垫片、钢骨架外复石墨垫片或不锈钢垫片。
所述缓冲罐10和标定管20外部设置有加热带以维持内部工质的温度高于工质熔点。
所述惰性气体罐111内储存的惰性气体为氦气、氖气、氮气、氩气、氙气或氮气。
所述热管234充装的工质为银、铅、锂、钠、钾、铷或铯等单质金属或包括熔盐在内的混合物。
所述液位计223可选用磁浮子液位计、超声波液位计、压差液位计、磁翻板液位计、投入液位计、电容液位计、射频液位计、雷达液位计或称重液位计。
所述清洗剂30可选用无水乙醇、异丙醇、去离子水或高压氮气。
所述真空泵机组151为四级组合，第一级泵选用活塞泵或水环泵，将压力降低至102Pa量级，第二级泵选用水喷射泵、罗茨泵或旋片泵，将压力降低至10-2Pa量级，第三级泵选用扩散泵或分子泵，将压力降低至10-8Pa量级，第四级泵选用离子泵或低温泵，将压力降低至10-14Pa量级。
和现有技术相比较，本发明具备如下优点：
本发明中标定管20和液位计223组合的方式进行工质定量充装；充装过程装置处于惰性气体氛围，不发生工质氧化；充装前热管采用惰性气体排出空气，避免空气引入装置；采用四级真空泵机组，保证热管内部的真空度，避免引入不凝气体。
本发明针对高温热管充装的问题，提出一种高温热管充液装置及方法，本发明结构简单，不发生工质氧化，可实现高温热管定量工质充装。
附图说明
图1为高温热管定量充装装置示意图
具体实施方式
现结合实例、附图对本发明作进一步描述：
如图1所示，本发明一种高温热管定量充液装置，包括缓冲罐10、标定管20和清洗剂30；所述缓冲罐10底部通过管道连接标定管20顶部；所述缓冲罐10包括充气阀110、惰性气体罐111、第一气阀120、真空计121、第二气阀130、水/氧含量检测计131、第三气阀140、压力表141、排气阀150和真空泵机组151，缓冲罐10顶部通过充气阀110连接惰性气体罐111，缓冲罐10顶部通过第一气阀120连接真空计121，缓冲罐10顶部通过第二气阀130连接水/氧含量检测计131，缓冲罐10顶部通过第三气阀140连接压力表141，缓冲罐10顶部通过排气阀150连接真空泵机组151；所述标定管20包括工质进口阀210、工质净化回路出口211、第一工质阀220、第二工质阀221、浮子222、液位计223、工质出口阀224、工质净化回路入口225、工质充注阀230、充注连接头231、工质封口阀232和热管234，标定管20侧壁通过工质进口阀210连接工质净化回路出口211，标定管20侧壁通过第一工质阀220连接液位计223，液位计223内部含有浮子222,液位计223侧壁由下到上分别设置有第一工质阀220和第二工质阀221，缓冲罐10侧壁通过第二工质阀221连接液位计223，液位计223底部通过工质出口阀224连接工质净化回路入口225，标定管20底部通过工质充注阀230、充注连接头231和工质封口阀232连接热管234。
作为本发明的优选实施方式，所述标定管20的容积为标定值，标定管20底部为锥形或半球形结构，便于工质完全流入工质充注阀230，标定管20内第一工质阀220到工质充注阀230之间的容积小于热管234的最小工质充注容积。
作为本发明的优选实施方式，所述充注连接头231可选用法兰或活接头，法兰或活接头中的垫片采用石墨垫片、钢骨架外复石墨垫片或不锈钢垫片。
作为本发明的优选实施方式，所述缓冲罐10和标定管20外部设置有加热带以维持内部工质的温度高于工质熔点。
作为本发明的优选实施方式，所述惰性气体罐111内储存的惰性气体为氦气、氖气、氮气、氩气、氙气或氮气。
作为本发明的优选实施方式，所述热管234充装的工质为银、铅、锂、钠、钾、铷或铯等单质金属或包括熔盐在内的混合物。
作为本发明的优选实施方式，所述液位计223可选用磁浮子液位计、超声波液位计、压差液位计、磁翻板液位计、投入液位计、电容液位计、射频液位计、雷达液位计或称重液位计。
作为本发明的优选实施方式，所述清洗剂30可选用无水乙醇、异丙醇、去离子水或高压氮气。
作为本发明的优选实施方式，所述真空泵机组为四级组合，第一级泵选用活塞泵或水环泵，将压力降低至102Pa量级，第二级泵选用水喷射泵、罗茨泵或旋片泵，将压力降低至10-2Pa量级，第三级泵选用扩散泵或分子泵，将压力降低至10-8Pa量级，第四级泵选用离子泵或低温泵，将压力降低至10-14Pa量级。
本发明的工作原理为：热管234连接充注连接头231和工质封口阀232，将热管234内部充注惰性气体以排出空气，关闭工质封口阀232，采用清洗剂30冲洗工质充注阀230、充注连接头231和工质封口阀232裸露于空气的部分，通过充注连接头231将热管234连接到工质充注阀230，针对缓冲罐10和标定管20进行加热，加热温度高于工质熔点5～20℃，依次打开第二气阀130、第三气阀140、真空泵机组151、排气阀150、工质充注阀230和工质封口阀232，观察压力表141示数，待压力低于压力表141量程时，关闭第三气阀140，打开第一气阀120，通过真空计121继续观察压力变化，待真空计121示数低于1.0×10-4Pa后，依次关闭排气阀150、真空泵机组151和工质充注阀230，打开工质进口阀210、第一工质阀220和第二工质阀221，工质由工质净化回路出口211流入标定管20，观察液位计223的读数，待液位计读数至设计值时关闭工质进口阀210、第一工质阀220和第二工质阀221，打开工质充注阀230和充气阀100，惰性气体罐111内惰性气体将工质压入热管234，待压力高于设计值后关闭充气阀100，停止对热管234进行加热，待温度低于工质凝固点后依次打开真空泵机组151和排气阀150，待真空计121示数低于1.0×10-4Pa后，依次关闭工质封口阀232、工质充注阀230、排气阀150和真空泵机组151，对热管234进行加热-冷却操作反复3～5次，加热温度500℃，冷却温度为凝固点5℃以下，完成后依次打开真空泵机组151、排气阀150、工质充注阀230和工质封口阀232，待真空计121示数低于1.0×10-4Pa后，依次关闭工质封口阀232、工质充注阀230、排气阀150和真空泵机组151，将热管234与工质封口阀232压紧后剪断焊接完成热管的充装。
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