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一种高温热管工质的充装方法

阅读：73发布：2024-02-22

专利汇可以提供一种高温热管工质的充装方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种高温热管工质的充装方法，包括以下步骤：(1)在高温热管壳体表面加工一内螺纹接口，并加工对应尺寸的堵头；(2)将高温热管壳体放入带上、下通气孔的手套箱中，并通过下通气孔向手套箱内通入足量氩气，过量的氩气通过上通气孔排出；(3)在手套箱中进行工质的切割、称重，而后通过内螺纹接口将切割好的工质放入高温热管壳体；(4)将堵头旋入内螺纹接口并拧紧，然后把带堵头的高温热管壳体放入真空腔室中抽真空；(5)采用电子束或激光束真空焊接堵头与内螺纹接口之间的缝隙，得到密封良好的高温热管。，下面是一种高温热管工质的充装方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种高温热管工质的充装方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，在高温热管壳体一端加工内螺纹端口，并加工与所述内螺纹端口相匹配的封装堵头；
S2，将高温热管壳体放入充满惰性气体的手套箱中，在手套箱中对固体工质进行切割和称重，并从内螺纹端口放入高温热管壳体中；
S3，将封装堵头旋入内螺纹端口并拧紧，然后将带封装堵头的高温热管壳体放入真空腔室中，对真空腔室抽真空后，密封封装堵头和内螺纹端口之间的缝隙，完成对固体工质的充装。
2.根据权利要求1所述的一种高温热管工质的充装方法，其特征在于：所述封装堵头与高温热管壳体材质相同。
3.根据权利要求2所述的一种高温热管工质的充装方法，其特征在于：所述封装堵头与高温热管壳体的材质为不锈钢、镍基高温合金、铌合金或钼合金，所述固体工质为碱金属。
4.根据权利要求1所述的一种高温热管工质的充装方法，其特征在于：所述S3中密封封装堵头和内螺纹端口之间的缝隙的方法为采用电子束或激光束的真空焊接。
5.根据权利要求4所述的一种高温热管工质的充装方法，其特征在于：所述真空焊接的焊接深度为0.5～1.5mm，焊接强度不低于母材强度的80％。
6.根据权利要求1所述的一种高温热管工质的充装方法，其特征在于：所述S3中对真空腔室抽真空的真空度小于2.0×10-3Pa。
7.根据权利要求1所述的一种高温热管工质的充装方法，其特征在于：所述惰性气体为纯度大于99.9％的氩气。
8.根据权利要求1所述的一种高温热管工质的充装方法，其特征在于：所述手套箱具有用于惰性气体流通的位于手套箱下部的下通孔和位于手套箱上部的上通孔。
9.根据权利要求8所述的一种高温热管工质的充装方法，其特征在于：所述惰性气体从下通孔流入的流量为2-7升/分钟。
10.根据权利要求1所述的一种高温热管工质的充装方法，其特征在于：所述封装堵头和内螺纹端口之间的缝隙为0.1～0.5mm。

说明书全文

一种高温热管工质的充装方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种高温热管工质的充装方法，尤其涉及一种无尾管的工质充装方法。

背景技术

[0002] 随着经济和社会的发展，高温热管技术在燃汽轮机发电、工业余热回收、半导体冶炼等方面显示出潜在的应用前景。工质充装是影响高温热管实现及传热传质性能的关键步骤之一。

[0003] 常见的工质充装方法为：在高温热管尾部焊接一充装管，然后在惰性或真空环境下通过充装管将熔化的工质充入高温热管壳体；最后对充装管进行机械封口和焊接。虽然该方法可以实现高温热管结构的制备，但是充装管的存在降低了高温热管的可靠性，对其工程应用产生了不利影响：

[0004] (1)为了实现机械封口，充装管材质与高温热管壳体不完全相同，增加了焊接难度；

[0005] (2)熔化的工质通过充装管进入高温热管壳体，充装过程中工质易产生质量损失，从而降低了充装精度；

[0006] (3)充装管的出现改变了高温热管的形状和尺寸，影响高温热管产品的安装和使用。

发明内容

[0007] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种高温热管工质的充装方法，该方法不涉及充装管，能够有效避免现有充装技术导致的焊接难度增加、工质充装不精确、热管尺寸变化等问题，并可在抽真空前直接将固体工质加入高温热管壳体中，然后与堵头配合并抽真空后即可直接投入使用，避免了工质损失，并且操作简单、充装精确。

[0008] 本发明的技术解决方案是：一种高温热管工质的充装方法，包括如下步骤：

[0009] S1，在高温热管壳体一端加工内螺纹端口，并加工与所述内螺纹端口相匹配的封装堵头；

[0010] S2，将高温热管壳体放入充满惰性气体的手套箱中，在手套箱中对固体工质进行切割和称重，并从内螺纹端口放入高温热管壳体中；

[0011] S3，将封装堵头旋入内螺纹端口并拧紧，然后将带封装堵头的高温热管壳体放入真空腔室中，对真空腔室抽真空后，密封封装堵头和内螺纹端口之间的缝隙，完成对固体工质的充装。

[0012] 进一步地，所述封装堵头与高温热管壳体材质相同。

[0013] 优选地，所述封装堵头与高温热管壳体的材质为不锈钢、镍基高温合金、铌合金或钼合金，所述固体工质为碱金属。

[0014] 进一步地，所述S3中密封封装堵头和内螺纹端口之间的缝隙的方法为采用电子束或激光束的真空焊接。

[0015] 优选地，所述真空焊接的焊接深度为0.5～1.5mm，焊接强度不低于母材强度的80％。

[0016] 进一步地，所述S3中对真空腔室抽真空的真空度小于2.0×10-3Pa。

[0017] 进一步地，所述惰性气体为纯度大于99.9％的氩气。

[0018] 进一步地，所述手套箱具有用于惰性气体流通的位于手套箱下部的下通孔和位于手套箱上部的上通孔。

[0019] 优选地，所述惰性气体从下通孔流入的流量为2-7升/分钟。

[0020] 进一步地，所述封装堵头和内螺纹端口之间的缝隙为0.1～0.5mm。

[0021] 本发明与现有技术相比的优点在于：

[0022] (1)充装过程中不使用充装管，有效避免了异种材质焊接、工质充装不精确、热管尺寸变化等问题；

[0023] (2)焊接环境为真空，不易发生氧化反应；

[0024] (3)采用电子束或激光真空焊接实现高温热管成型，焊接质量高，热影响区域小；

[0025] (4)避免使用充装管，可在抽真空前直接将固体工质加入高温热管壳体中，然后与堵头配合并抽真空后即可直接投入使用，相比现有的必须先将固体工质融化后再向高温热管壳体中进行充装，可避免工质损失，并且具有操作简单、充装精确的特点。附图说明

[0026] 图1为本发明所述高温热管的结构示意图；

[0027] 图2(a)为本发明所述方法中高温热管工质充装过程示意图；

[0028] 图2(b)为本发明所述方法中高温热管与墙头焊接过程示意图；

[0029] 图3为本发明制作的一种高温热管及其试验测温点的分布图；

[0030] 图4为采用本发明所述方法制作高温热管的启动曲线。

具体实施方式

[0031] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

[0032] 如图1、图2(a)和图2(b)所示，本发明提供了一种高温热管工质的充装方法，包括以下步骤：在高温热管壳体上加工一内螺纹接口，并用加工对应尺寸的堵头；(2)将高温热管壳体放入带通气孔的手套箱中，并通过通气孔和内螺纹接口向手套箱和高温热管壳体内通入足量氩气；(3)在手套箱中进行钠工质切割，通过内螺纹接口将切割好的钠工质放入高温热管壳体内；(4)将堵头旋入内螺纹接口并拧紧，然后把带堵头的高温热管壳体放入真空腔室中，对真空腔室抽真空；(5)采用电子束或激光束真空焊接堵头与内螺纹接口之间的缝隙，得到密封良好的钠工质/不锈钢高温热管。

[0033] 进一步地，所述的一种高温热管工质的充装方法中，步骤(2)中，可以将高温热管壳体上的内螺纹接口放在手套箱下端通气孔附近，使氩气先充满高温热管壳体，再充满手套箱，最后通过上端通气孔逸出；也可以将高温热管壳体放在手套箱底部中间位置，使氩气自下向上同时充满高温热管壳体和手套箱，然后通过手套箱上端的通气孔逸出。如图2(a)所示。

[0034] 进一步地，所述的一种高温热管工质的充装方法中，步骤(4)中，将堵头旋入内螺纹接口并拧紧，可以通过在堵头上设置一字或六角结构实现拧紧操作，也可以通过控制螺纹配合程度手工完成拧紧操作。拧紧操作完成后，堵头端面与高温热管壳体外表面相平，便于后续焊接工作的进行，如图2(b)所示。

[0035] 进一步地，所述的一种高温热管工质的充装方法中，所述堵头与高温热管壳体的材质相同，材质为不锈钢、镍基高温合金、铌合金或钼合金。所述堵头与内螺纹接口连接后的形成的缝隙宽度为0.1～0.5mm。

[0036] 进一步地，所述的一种高温热管工质的充装方法中，所述氩气的纯度为大于99.9％，氩气流量为2～7升/分钟。

[0037] 进一步地，所述的一种高温热管工质的充装方法中，所述对真空腔室抽真空，真空-3度要求为小于2.0×10 Pa。

[0038] 进一步地，为了提高焊接质量，所述的一种高温热管工质的充装方法中，步骤(5)中的焊接要求为采用电子束或激光束真空焊接，焊接深度为0.5-1.5mm，焊接强度不低于母材强度的80％。

[0039] 为了说明本方法的可行性，采用1.5mm厚的1Cr18Ni9Ti不锈钢高温热管壳体按照本发明进行了钠工质的充装。在高温热管壳体的尺寸为Ф20×300mm，在其一端加工M16的螺纹，并加工M16的沉头堵头，两者连接后的缝隙为0.2mm；将高温热管壳体和堵头放入500(长)×400(宽)×300mm(高)的手套箱中，并用纯度99.99％的氩气进行气体置换，而后切割5.0g钠工质放入高温热管壳体中，并连接堵头；将连接堵头的高温热管壳体放入真空腔中抽真空至1.0×10-3Pa，然后采用电子束进行真空焊接，得到密封良好的高温热管。

[0040] 为了进一步说明本发明的优越性，用本实施例焊接得到的不锈钢/钠工质高温热管设置了测温点并进行启动试验，图3给出了锈钢/钠工质高温热管上测温点的分布情况，在高温热管上选择了7个测温点。为了确认本方法得到高温热管的传热性能，我们进行静态加热考核试验，具体过程为：将高温热管用夹具固定，并将其长度的一半放入加热器中作为加热端。其余，暴露在空气中作为冷凝端。加热体从室温逐渐升高到950℃。图4给出了不锈钢/钠工质高温热管的加热试验结果。点1－点7为热管上不同位置的温度。从图中可经看到，测温点1-7的温度依次升高，而后其温度差随时间的延长逐渐减小，最后热管趋近等温体。理论预测表明高温热管的等效传热系数大于5000W/(mK)，超过现有材料的传热能力极限。以上试验及分析结果表明，制备的不锈钢/钠工质高温热管顺利启动。成功把施加在高温热管表面的热量从高温区快速传热到了低温区。

[0041] 本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此，本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

[0042] 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

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