碱金属热管填充储罐及装置和对热管填充碱金属的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热管技术领域，具体说，涉及一种碱金属热管填充储罐及装置和对热管填充碱金属的方法。
【背景技术】
[0002]热管是一种具有很强传热能力的高效传热元件，其传热能力比金属材料高得多，等效传热系数大约是铜棒的数百倍，因此在热工程领域具有广泛的应用前景和巨大的开发潜力。热管结构上主要由外壳、吸液芯、工质三部分组成。不用的热管根据使用要求可采用不同的管壳材料和外形，选用不同的工质和吸液芯结构。按照工作温度可将热管分为低温热管、中温热管和高温热管。
[0003]碱金属具有工作温度范围大，汽化潜热大，饱和蒸汽压低、性能稳定等优点，因此常被用作高温热管的工质。碱金属在空气中极易氧化，尤其在加热时其氧化更加严重。碱金属在室温下为块状固态，为了便宜充装，需要对其加热，使其熔化为液态。若不采取任何保护措施，势必会造成碱金属的严重氧化甚至燃烧爆炸等危险。工质的纯度对热管的正常工作和良好的传热性能具有重要影响。因此热管的充装是整个热管制备过程中的重要环节，也是决定热管性能的重要因素。
[0004]目前高温热管制备时，常用的充装方法是在手套箱中，在真空环境或惰性气体保护环境下，将固态的碱金属切割成小块进行充装，或将碱金属加热熔化为液态再进行充装，这都对设备要求非常高，而且也不能保证完全无氧化，充装效果非常差。
【发明内容】
[0005]本发明的一个目的在于提供一种碱金属热管填充储罐；
[0006]本发明的另一目的在于提供一种碱金属热管填充装置；
[0007]本发明的又一目的在于提供利用所述碱金属热管填充装置对热管填充碱金属的方法。
[0008]为达上述目的，一方面，本发明提供了一种碱金属热管填充储罐，所述储罐1为密闭容器，底部为圆锥形，在储罐上设置能够由封闭装置13封闭的开口 14，在储罐上部和底部分别设置将储罐内部与外部连通的上部管路11和底部管路12，且底部管路12向储罐内部伸出高度为10-20mm。
[0009]根据本发明一些具体实施方案，其中所述储罐材质为不锈钢。
[0010]根据本发明一些具体实施方案，其中在储罐上部设置的上部管路11是设置在储罐的顶部。
[0011]另一方面，本发明还提供了一种碱金属热管填充装置，所述装置包含:本发明所述的储罐1、能够对储存罐1和热管2加热的加热装置3、以及用于即时测量热管重量的称重装置4，所述储罐底部设置的底部管路12与热管的碱金属入口 21连接。
[0012]根据本发明一些具体实施方案，其中所述装置还包括:在储罐上部设置的管路上设置第一阀门51，在储罐与热管的碱金属入口 21之间的管路12上顺序设置第二阀门52和第三阀门53，在与热管的排气口 22连接的管路23上设置第四阀门54。
[0013]根据本发明一些具体实施方案，其中在第二阀门52和第三阀门53之间的管路，以及在第四阀门后面设置的管路为耐高温橡胶管，其余管路为金属管路；
[0014]其中优选所述其余管路为不锈钢管路。
[0015]根据本发明一些具体实施方案，其中所述加热装置为加热炉，所述加热炉能够将储罐和热管置于其中加热；
[0016]优选所述加热炉设置开口 31，使得热管在灌注碱金属时，热管底部能够由开口 31伸出加热炉外。
[0017]又一方面，本发明还提供了利用所述碱金属热管填充装置对热管填充碱金属的方法，所述方法包括利用惰性气体调节储罐1和热管2的压力差，从而将储罐1中的熔融的碱金属压入热管中，并通过称量热管的增重来控制碱金属的填充重量。
[0018]根据本发明一些具体实施方案，其中所述方法包括将固体碱金属预处理后通过开口 14放入储罐1，将封闭装置13封闭开口 14，将储罐1和通过上部管路11和惰性气体储罐连接，用加热装置3对连接好的储罐1和热管2进行加热，至碱金属熔化成液态，向储罐1中通入惰性气体，在保持热管与外界连通的状态下，将液态的碱金属通过管路压入热管中，并通过称重装置4来读取热管在填充碱金属前后的重量差，来控制碱金属的填充重量。
[0019]根据本发明一些具体实施方案，其中所述预处理包括除掉碱金属表面的氧化层。
[0020]根据本发明一些具体实施方案，其中所述方法包括在对热管填充碱金属前，对储罐1填充惰性气体:将固体碱金属放入储罐1后，关闭第二阀门52，打开第一阀门51，对储罐1抽真空后通入惰性气体，然后关闭第一阀门51。
[0021]根据本发明一些具体实施方案，其中所述方法还包括在对热管填充碱金属前，对热管2填充惰性气体:将第三阀门53关闭，打开第四阀门54，并通过第四阀门54对热管2抽真空后通入惰性气体，然后关闭第四阀门54。
[0022]根据本发明一些具体实施方案，其中所述方法还包括对热管2填充碱金属:打开第二阀门52和第三阀门53，使用加热装置3对储罐1和热管2及储罐1和热管2之间的管路进行加热，加热装置3温度设定在至少高于碱金属熔点5°C，记录称重装置4的读数，待碱金属熔化后，通过第一阀门51通入惰性气体，将熔化的碱金属压入热管2中，待称重装置4的读数达到所需填充碱金属重量时，停止通入惰性气体，取下热管2，装填完毕；
[0023]其中可以理解的是，在上面所述的对热管2填充碱金属的过程中，第四阀门54可以是开启的，也可以是关闭的；当第四阀门为关闭时，只要保证通过第一阀门通入惰性气体的压力始终大于热管内压力即可；
[0024]或者在填充碱金属前储罐1已经填充了惰性气体时，关闭第一阀门51和第四阀门54，打开第二阀门52和第三阀门53，使用加热装置3对储罐1和热管2及储罐1和热管2之间的管路进行加热，加热装置3温度设定在至少高于碱金属熔点5°C，记录称重装置4的读数，待碱金属熔化后，打开第四阀门54，将熔化的碱金属压入热管2中，待称重装置4的读数达到所需填充碱金属重量时，关闭第四阀门54，取下热管2，装填完毕。
[0025]根据本发明一些具体实施方案，其中所述方法在装填完毕后还包括将管路中残余的熔化的碱金属压回储罐1的步骤:装填完毕后，打开第一阀门51，通过第四阀门54通入惰性气体，将管路中残余的熔化的碱金属压回储罐1，并关闭第一阀门51和第二阀门52 ;
[0026]或者当填充碱金属的过程没有打开第四阀门54时，装填完毕后，打开第一阀门51，将管路中残余的熔化的碱金属压回储罐1，并关闭第一阀门51和第二阀门52。
[0027]综上所述，本发明提供了一种碱金属热管填充储罐及装置和对热管填充碱金属的方法。本发明的方法具有如下优点:
[0028]本发明提出了一种利用惰性气体施压驱动的碱金属高温热管的无氧化充装方法，具有安全可靠，操作简单，充液量控制精确等优点。
【附图说明】
[0029]图1为实施例1的储罐剖视图；
[0030]图2为实施例1的填充装置的示意图。
【具体实施方式】
[0031]以下通过具体实施例详细说明本发明的实施过程和产生的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质和特点，不作为对本案可实施范围的限定。
[0032]实施例1
[0033]待充装工质为碱金属钠，充液量为5g，热管尺寸为Φ 30 X 200mm。步骤如下:
[0034]1、将碱金属从煤油中取出，用刀削掉表面氧化层，然后切成小块(能装入储罐1即可)装入不锈钢储罐1 (如图1所示)中，快速装完后迅速安装上盖13，上盖与储罐之间装有橡胶密封圈，上盖焊有不锈钢气管11，将储罐如图2所示连接第一阀门51、第二阀门52，关闭第二阀门52，打开第一阀门51，通过第一阀门51对储罐抽真空并反充氩气(约0.1MPa)，然后关紧第一阀门51，这样可做碱金属的短期保存。储罐采用不锈钢材料加工，使用前要进行检漏和除气处理。
[0035]2、将热管2如图2所示连接第三阀门53、第四阀门54，对热管2抽真空并反充氩气(约0.1MPa)，然后关紧阀门。按照如图2连接管路(虚线为耐高温软橡胶管，实线为金属管)，将第一阀门51通过减压阀连接氩气瓶，关闭第一阀门51、第四阀门54，打开第二阀门52、第三阀门53。将系统如图2所不部分放入加热炉3中，将热管2放在电子秤4上，记下电子秤读数。升温到120°C，保温30min，待金属钠完全熔化后，打开第一阀门51，慢慢调节减压阀，增加储罐内氩气压力，使储罐中的液态钠流入热管中，同时观察电子秤示数，待达到所需充液量时，快速调节减压阀至完全关闭。将第四阀门54通过减压阀连接氩气瓶，慢慢调节减压阀，增加热管内氩气压力，使存留在管路中的液态钠回流入储罐中。关闭第一阀门51、第四阀门54，关闭加热炉，待降温至室温后取出系统，关闭第二阀门52、第三阀门53，取下热管，充装完毕。
[0036]3、用点焊机将热管上端盖焊接的两根不锈钢管道压扁并焊接密