一种串联扩管式钠热管制作装置及制作方法与流程

本发明属于高温液体金属热管技术领域，尤其涉及一种串联扩管式钠热管制作装置和制作方法。

背景技术：

钠热管是一种高效的传热器件，其在温度计量、航空航天等技术领域都有应用。现有技术中钠热管的制作装置如图1所示，钠热管2的上端通过镍管段、钠阀b与直角三通4的下部连通，直角三通4的上端通过真空管、钠阀a与钠罐3连接，直角三通4的侧端通过真空管、真空阀c与真空泵1连接。灌装钠时，先关闭阀a，打开阀b和阀c，开启真空泵将待灌装的钠热管2内部抽成真空，然后关闭阀c，加热钠罐3，使得钠罐3中的钠熔化成液态钠后，打开阀a，液态钠在重力和钠热管中的真空抽吸力的作用下从钠罐3中流到钠热管2中，然后关闭阀a，再次打开阀c，对灌装液态钠的钠热管2再次抽真空。发明人发现，在液态钠流到钠热管2中过程中，由于真空抽吸的作用，部分液态钠会被抽吸到dc段真空管中，并冷却成为固态钠堵塞dc段真空管以及真空阀c，并会破坏阀c的阀芯，导致阀体报废，更为严重的是，凝固在dc段管道中的钠堵塞管道后，会造成真空泵1无法对钠热管进行抽真空操作，导致钠热管真空度不足，使得钠热管报废，如果贸然将dc段的钠加热重新熔化再抽真空，则会导致钠蒸汽或液态钠被吸到真空泵中，危害真空设备。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，具体来说，本发明采用以下技术方案：

本发明的串联扩管式钠热管制作装置包括待灌装的钠热管，所述钠热管上部具有镍管段通往管体内部。

所述制作装置还包括斜三通，所述斜三通具有上部出口、下部出口和侧部出口，所述侧部出口与水平方向呈第一夹角，所述第一夹角大于0°小于90°，优选30°至60°，例如45°。所述镍管段的上端与斜三通的下部出口连接，两者之间具有第一钠阀。斜三通的上部出口通过真空管与钠罐连接，斜三通的上部出口与钠罐之间具有第二钠阀。

斜三通的侧部出口通过真空管与真空泵连接，斜三通的侧部出口与真空泵之间依次设置串联扩管部和真空阀。

所述串联扩管部依次连接有第一圆锥部、第一圆柱部、第二圆锥部、第二圆柱部，所述第二圆柱部的底部与第二圆锥部的顶部连接，使得第一圆锥部、第一圆柱部、第二圆锥部、第二圆柱部形成一个中空的密封体，第一圆锥部的顶部出口通过真空管与斜三通的侧部出口连接，第二圆柱部的底部出口通过真空管与真空阀连接。同时，第二圆锥部的外部还具有冷阱部，所述冷阱部包裹整个第一圆锥部的外壁，以形成一个封闭空间，所述冷阱部上部具有冷却口。

进一步地，所述第一圆锥部、第一圆柱部、第二圆锥部、第二圆柱部所形成的中空密封体的体积要远大于串联扩管部与真空阀之间的真空管的体积，同时要远小于钠热管的体积，所述远大于和远小于的差距在五十倍以上。这样设置的目的在于，尽量减少在钠热管灌装过程中被抽吸到dc管段以及串联扩管部中的液态钠的体积，同时保证被抽吸到串联扩管部的体积足以容纳被抽吸到其中液态钠，而不会继续抽吸到真空阀的阀芯中。

所述钠罐包括上部的圆柱体部和下部的倒圆锥部，倒圆锥部的顶点设置有钠罐出口，所述钠罐出口通过真空管道与第二钠阀连接。

所述斜三通侧部出口与串联扩管部之间的真空管、串联扩管部与水平面呈第二夹角，所述第一夹角等于第二夹角。

本发明提出一种钠热管的制作方法，其基于上述制作装置，包括以下步骤：

步骤1：关闭第二钠阀，打开第一钠阀、真空阀，开启真空泵，对钠热管中进行抽真空。

步骤2：关闭真空阀，对钠罐进行加热，加热温度在钠的熔点之上，优选为120℃，同时对钠热管到钠罐之间的真空管路(包括斜三通和两个钠阀的阀体)都进行加热。同时对串联扩管部进行冷却，冷却的方式可以通过从冷却口注入冷却液或冷却气的方式，例如液氮。

步骤3：打开第二钠阀，使得钠罐中的液体钠流到钠热管后关闭第二钠阀，在此过程中不停止对钠罐以及中间管路的加热，待钠罐中的钠以及管路中滞留的钠流进钠热管中后再关闭第二钠阀。

步骤4：停止对钠罐的加热，继续保持对斜三通以及镍管段的加热，同时开始对斜三通侧部出口至串联扩管部之间的管路以及串联扩管部进行加热，加热温度控制在钠熔点之上，优选为120℃，并静置整个制作装置。

步骤5：对整个真空管路外壁进行冷却，冷却的目的是让管路中残留的液态钠全部凝固为固体，避免在后续抽真空过程中将液态钠抽入真空泵内，待管路温度降低到室温后，打开真空阀，关闭第二钠阀，开启真空泵对整个真空管路包括钠热管进行抽真空。

步骤6：关闭第一钠阀，对镍管段进行夹断并密封处理。

本发明提出的一种串联扩管式钠热管制作装置，其具有串联扩管部，串联扩管部能够在钠热管的灌装过程中加强钠的吸附，防止液态钠对真空阀或者真空泵的损害，提高了制作成功率，同时由于保护的真空阀的阀芯，因此在制作过程中无需更换真空阀，降低了制作成本。

附图说明

附图1为现有技术中的钠热管制作装置示意图；

附图2为本发明公开的钠热管制作装置示意图；

附图3为本发明公开的串联扩管示意图；

附图4为本发明公开的钠热管制作方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本发明进行进一步说明。

参见图2，本发明的钠热管制作装置包括待灌装的钠热管2，所述钠热管2是由不锈钢制成的圆柱体密封中空管，上部具有镍管段9通往管体内部。

所述制作装置还包括斜三通4，所述斜三通4具有上部出口、下部出口和侧部出口，所述侧部出口与水平方向呈第一夹角，所述第一夹角大于0°小于90°，优选30°至60°，本实施例采用45°。所述镍管段9的上端与斜三通4的下部出口连接，两者之间具有第一钠阀5。斜三通4的上部出口通过真空管与钠罐3连接，斜三通4的上部出口与钠罐3之间具有第二钠阀6。

斜三通4的侧部出口通过真空管与真空泵1连接，斜三通4的侧部出口与真空泵1之间依次设置串联扩管部8和真空阀7。

如图3所示，所述串联扩管部8依次连接有第一圆锥部801、第一圆柱部802、第二圆锥部803、第二圆柱部804，所述第二圆柱部802的底部与第二圆锥部803的顶部连接，使得第一圆锥部801、第一圆柱部802、第二圆锥部803、第二圆柱部804形成一个中空的密封体，第一圆锥部801的顶部出口通过真空管与斜三通4的侧部出口连接，第二圆柱部804的底部出口通过真空管与真空阀7连接。同时，第二圆锥部803的外部还具有冷阱部805，所述冷阱部805包裹整个第一圆锥部803的外壁，以形成一个封闭空间，所述冷阱部805上部具有冷却口806。

进一步地，所述第一圆锥部801、第一圆柱部802、第二圆锥部803、第二圆柱部804所形成的中空密封体的体积要远大于串联扩管部8与真空阀7之间的真空管的体积，同时要远小于钠热管的体积，所述远大于和远小于的差距在五十倍以上。这样设置的目的在于，尽量减少在钠热管灌装过程中被抽吸到dc管段以及串联扩管部8中的液态钠的体积，同时保证被抽吸到串联扩管部8的体积足以容纳被抽吸到其中液态钠，而不会继续抽吸到真空阀7的阀芯中。

本领域技术人员可以理解，本文中描述的“连接”都是通过真空管道对各个组件进行连接，并保障整个装置的气密性。

所述钠罐3包括上部的圆柱体部和下部的倒圆锥部，倒圆锥部的顶点设置有钠罐出口，所述钠罐出口通过真空管道与第二钠阀6连接。在灌装未开始时，所述钠罐3中的钠呈固态并凝固在钠罐内的下部空间内(如图2阴影所示)，固态钠的上方为真空。本实施例设计的具有上部的圆柱体部和下部的倒圆锥部的钠罐在灌装钠时具有优势，这种结构不但减少液态钠流动的阻力，并且减少了钠在钠罐内壁的残余，保障了钠热管中的钠的重量。

所述斜三通侧部出口与串联扩管部8之间的真空管、串联扩管部8与水平面呈第二夹角，所述第一夹角等于第二夹角。为了提高自动化水平，所述真空阀可以采用可控式的真空阀，其阀体的开闭可以由控制器或工控机进行控制。

在一个实施例中，本发明提出一种钠热管的制作方法，其基于上述实施例中的制作装置，包括以下步骤：

步骤1：关闭第二钠阀6，打开第一钠阀5、真空阀7，开启真空泵1，对钠热管2中进行抽真空。如果要取得较好的灌装效果，整个装置内的真空度应在10^-4帕以下。

步骤2：关闭真空阀7，对钠罐3进行加热，加热温度在钠的熔点之上，优选为120度，加热时间视罐内的钠量，保持温度三十分钟，以保障所有的钠都熔化为液体。同时对钠热管2到钠罐3之间的真空管路(包括斜三通和两个钠阀的阀体)都进行加热。以上的加热可采用缠绕加热电阻丝的方式进行，并采用测温装置对钠罐以及管路表面进行温度测量，以控制加热的功率。同时对串联扩管部8进行冷却，冷却的方式可以通过从冷却口806注入冷却液或冷却气的方式，例如液氮，使得整个串联扩管部8的温度明显低于室温。

步骤3：打开第二钠阀6，使得钠罐3中的液体钠流到钠热管2后关闭第二钠阀6，在此过程中不停止对钠罐3以及中间管路的加热。当钠流到钠热管中时，可以听到液体钠在管路中流动以及滴到钠热管中的声音，声音消失后，再保持一段时间，待钠罐中的钠以及管路中滞留的钠尽量流进钠热管2中后再关闭第二钠阀6。在此步骤中，部分钠罐3中的钠被抽吸到dc管段以及串联扩管部8中，由于串联扩管部8具有比dc管段直径大的第一圆锥部801和第一圆柱部802，同时串联扩管部8被液氮冷却，液态钠被抽吸到第一圆锥部801和第一圆柱部802内部后凝固并附着在其内壁，不会进一步进入后续管路中，同时钠蒸汽也被吸附在第一圆锥部801和第一圆柱部802的内壁，即使有极少量的钠蒸汽通过了第一圆锥部801和第一圆柱部802，也会因为通过第一圆柱部802与第二圆锥部803之间的狭窄通道进入相对宽阔的第二圆锥部803、第二圆柱部804的内部空间，使得钠蒸汽压力产生连续变化，加上第二圆锥部803、第二圆柱部804内部较冷的内壁，加强了钠蒸汽在第二圆锥部803、第二圆柱部804内壁的凝结，阻止了钠蒸汽进一步进入真空阀的阀芯。

步骤4：停止对钠罐3的加热，此举的目的是使得钠罐3中的气压下降，继续保持对斜三通以及镍管段的加热，同时开始对斜三通侧部出口至串联扩管部8之间的管路(即dc段)以及串联扩管部8进行加热，加热温度控制在钠熔点之上，优选为120℃，这是使得dc段管路、串联扩管部8中在步骤3中被吸入并冷却凝固的钠重新熔化，并借助dc段与水平面呈45°的角度，在重力的作用下流入钠热管2中。钠罐3中的气压下降也加强了对串联扩管部8中残余的钠的抽吸作用，液态钠在斜三通中因为重力作用流入钠热管中，而不会返回钠罐中。同时，斜三通侧部出口至串联扩管部8之间的管路(即dc段)以及串联扩管部8整体呈倾斜设置，有利于残余的钠流入钠热管中，并且第一圆锥部801和第二圆锥部803的设计也防止了钠的残留，减少钠流动的阻力，保证串联扩管部8中的钠全部流入钠热管中。整个过程可以持续数小时，采用静置的方式等待串联扩管部8中的钠全部流入钠热管中。

步骤5：对整个真空管路外壁进行冷却，冷却的目的是让管路中残留的液态钠全部凝固为固体，避免在后续抽真空过程中将液态钠抽入真空泵内。冷却的方式可采用自然降温、风冷或者液冷的方式。管路温度降低到室温后，打开真空阀7，关闭第二钠阀6，开启真空泵1对整个真空管路包括钠热管进行抽真空。

步骤6：关闭第一钠阀5，对镍管段进行夹断并密封处理。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。