[發明專利]一種石英可視化熱管

在審

• 申請號: 201610065788.3
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105698410A
• 公開（公告）日: 2016-06-22
• 發明（設計）人: 陳海軍;夏婷;朱躍釗
• 申請（專利權）人: 南京工業大學
• 主分類號: F24J2/32
• 分類號: F24J2/32
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;袁正英

技術領域

本發明涉及一種石英可視化熱管，屬于材料科學和熱管等多交叉學科領域。

背景技術

熱管是依靠自身內部的工作液體相變來實現傳熱的高效傳熱元件，具有良好 的均溫性。熱管內工作過程同時涉及到兩相流和相變換熱，是復雜的傳熱傳質問 題。開展可直接觀察熱管內部工質行為研究，對于掌握熱管內部傳熱傳質的機理， 改善其換熱性能，具有重要的意義。

目前，可視化熱管裝置最常見的是選用各種玻璃材料制作。但是，普通玻璃 脆性強，基本沒有承壓能力；由于全玻璃結構在抽真空時真空度不夠，封裝難， 及保持真空度更難，因此，不能應對較高溫度和有一定壓力的工況，從而不能完 全反映真實工況。

石英主要成分為二氧化硅，無色透明，耐溫性能好，并能承受一定的壓力， 可作為可視化熱管的主體材質。但是不管哪一種可視化熱管，抽氣口(充液口) 均需用金屬管，以便抽真空和充液完成后進行夾焊封接，保證其真空度。由于石 英膨脹系數很小，比不銹鋼等低1～2個數量級，聯結難度大；當系統有壓力時， 聯結頭需承受相應的應力。

槽式太陽能直通式集熱管可以實現金屬和玻璃的焊接，但玻璃的膨脹系數比 石英高一個數量級，和金屬封接難度較低；同時，集熱管承受的是溫差導致的熱 應力，兩者工況不一樣。

發明內容

本發明的目的在于克服現有工作的不足，而提供一種適應較高溫度及一定壓 力的石英可視化熱管。

本發明的技術方案為：一種石英可視化熱管，其特征在于由石英管1、高硅 玻璃環2、可伐合金環3、波形膨脹節4、金屬管5、抽真空接管6和、充液接管 8構成；其中石英管1上部與高硅玻璃環2下部焊接，高硅玻璃環2上部與可伐 合金環3下部焊接，可伐合金環3上部與波形膨脹節4下部焊接，波形膨脹節4 上部與金屬管5下部焊接；金屬管5頂部聯接抽真空接管6，金屬管5上部側面 聯接充液接管8，其中真空接管6通過抽真空閥門7與抽真空機組聯接進行抽真 空，充液接管8通過充液閥門9聯接工質進行充液。

優選上述的石英管1內充裝工質A；優選工質A為水、乙醇、正丁烷、導 熱姆、萘或汞等。

優選上述的石英管1直徑范圍為10～50mm，長度為0.5～1m，膨脹系數為 4～8×10^-7m/(m·℃)；優選上述的金屬管5的直徑和石英管1相同。

所述的高硅玻璃環2的膨脹系數為7～10×10^-7m/(m·℃)。

所述的可伐合金環3的膨脹系數為2～9×10^-6m/(m·℃)。

所述的波形膨脹節4材質為不銹鋼；波形為U型或Ω型，波數范圍為1～10； 膨脹系數為3～17×10^-6m/(m·℃)。

所述的石英管內抽真空真空度為5×10^-5～0.05Pa；工作時最大壓力為0.5MPa。

所述的石英可視化熱管，其制作過程為：(1)石英管1上部與高硅玻璃環2 下部焊接，高硅玻璃環2上部與可伐合金環3下部焊接，可伐合金環3上部與膨 脹節4下部焊接，膨脹節4上部與金屬管5下部焊接；金屬管5頂部聯接抽真空 接管6和抽真空閥門7，以及頂部側面聯接充液接管8和充液閥門9；(2)依次 使用弱酸溶液和有機溶劑對熱管進行清洗；(3)利用前級機械泵和分子泵組合， 對其抽真空，抽真空完成后，充液閥門和真空閥門均關閉；(4)利用充液閥門充 入工質；(5)將抽真空接管和充液接管頂部進行夾焊封接。

所述的石英可視化熱管，其工作過程為：加熱蒸發段，工質蒸發，并在冷凝 段冷凝回流，將熱量傳送至冷凝段。上述蒸發冷凝現象可通過透明的石英玻璃觀 測，達到可視化目的。

有益效果：

(1)本發明的石英可視化熱管，在實現可視化的基礎上，其金屬接管能保 證熱管生成時的抽真空排氣和充液，充液后采用夾焊，熱管密封性良好；

(2)本發明的石英可視化熱管，采用梯度材料密封的工藝，成功實現了石 英和金屬的焊接；

(3)本發明的石英可視化熱管，具有一定強度，可在保證實際工況的條件 下(管內有壓力)開展可視化；

(4)本發明的石英可視化熱管，可在較高溫度下工作，且熱穩定性較好， 實現高溫熱管的可視化。