[发明专利]一种石英可视化热管

说明书

技术领域

本发明涉及一种石英可视化热管，属于材料科学和热管等多交叉学科领域。

背景技术

热管是依靠自身内部的工作液体相变来实现传热的高效传热元件，具有良好 的均温性。热管内工作过程同时涉及到两相流和相变换热，是复杂的传热传质问 题。开展可直接观察热管内部工质行为研究，对于掌握热管内部传热传质的机理， 改善其换热性能，具有重要的意义。

目前，可视化热管装置最常见的是选用各种玻璃材料制作。但是，普通玻璃 脆性强，基本没有承压能力；由于全玻璃结构在抽真空时真空度不够，封装难， 及保持真空度更难，因此，不能应对较高温度和有一定压力的工况，从而不能完 全反映真实工况。

石英主要成分为二氧化硅，无色透明，耐温性能好，并能承受一定的压力， 可作为可视化热管的主体材质。但是不管哪一种可视化热管，抽气口(充液口) 均需用金属管，以便抽真空和充液完成后进行夹焊封接，保证其真空度。由于石 英膨胀系数很小，比不锈钢等低1～2个数量级，联结难度大；当系统有压力时， 联结头需承受相应的应力。

槽式太阳能直通式集热管可以实现金属和玻璃的焊接，但玻璃的膨胀系数比 石英高一个数量级，和金属封接难度较低；同时，集热管承受的是温差导致的热 应力，两者工况不一样。

发明内容

本发明的目的在于克服现有工作的不足，而提供一种适应较高温度及一定压 力的石英可视化热管。

本发明的技术方案为：一种石英可视化热管，其特征在于由石英管1、高硅 玻璃环2、可伐合金环3、波形膨胀节4、金属管5、抽真空接管6和、充液接管 8构成；其中石英管1上部与高硅玻璃环2下部焊接，高硅玻璃环2上部与可伐 合金环3下部焊接，可伐合金环3上部与波形膨胀节4下部焊接，波形膨胀节4 上部与金属管5下部焊接；金属管5顶部联接抽真空接管6，金属管5上部侧面 联接充液接管8，其中真空接管6通过抽真空阀门7与抽真空机组联接进行抽真 空，充液接管8通过充液阀门9联接工质进行充液。

优选上述的石英管1内充装工质A；优选工质A为水、乙醇、正丁烷、导 热姆、萘或汞等。

优选上述的石英管1直径范围为10～50mm，长度为0.5～1m，膨胀系数为 4～8×10^-7m/(m·℃)；优选上述的金属管5的直径和石英管1相同。

所述的高硅玻璃环2的膨胀系数为7～10×10^-7m/(m·℃)。

所述的可伐合金环3的膨胀系数为2～9×10^-6m/(m·℃)。

所述的波形膨胀节4材质为不锈钢；波形为U型或Ω型，波数范围为1～10； 膨胀系数为3～17×10^-6m/(m·℃)。

所述的石英管内抽真空真空度为5×10^-5～0.05Pa；工作时最大压力为0.5MPa。

所述的石英可视化热管，其制作过程为：(1)石英管1上部与高硅玻璃环2 下部焊接，高硅玻璃环2上部与可伐合金环3下部焊接，可伐合金环3上部与膨 胀节4下部焊接，膨胀节4上部与金属管5下部焊接；金属管5顶部联接抽真空 接管6和抽真空阀门7，以及顶部侧面联接充液接管8和充液阀门9；(2)依次 使用弱酸溶液和有机溶剂对热管进行清洗；(3)利用前级机械泵和分子泵组合， 对其抽真空，抽真空完成后，充液阀门和真空阀门均关闭；(4)利用充液阀门充 入工质；(5)将抽真空接管和充液接管顶部进行夹焊封接。

所述的石英可视化热管，其工作过程为：加热蒸发段，工质蒸发，并在冷凝 段冷凝回流，将热量传送至冷凝段。上述蒸发冷凝现象可通过透明的石英玻璃观 测，达到可视化目的。

有益效果：

(1)本发明的石英可视化热管，在实现可视化的基础上，其金属接管能保 证热管生成时的抽真空排气和充液，充液后采用夹焊，热管密封性良好；

(2)本发明的石英可视化热管，采用梯度材料密封的工艺，成功实现了石 英和金属的焊接；

(3)本发明的石英可视化热管，具有一定强度，可在保证实际工况的条件 下(管内有压力)开展可视化；

(4)本发明的石英可视化热管，可在较高温度下工作，且热稳定性较好， 实现高温热管的可视化。