[發明專利]一種鈉熱管工質中氧含量提取測量裝置及方法

在審

• 申請號: 202211515461.3
• 申請日: 2022-11-29
• 公開（公告）號: CN115825216A
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 郭凱倫;張嘉睿;田智星;王成龍;張大林;田文喜;秋穗正;蘇光輝
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N27/72
• 分類號: G01N27/72;G01N27/419;G01N21/31;G01N1/34;G01N1/40
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種鈉熱管工質中氧含量提取測量裝置及方法，該裝置包括電源、熱管管殼、熱管充液管、氧含量平均管、充鈉管、釩絲、電磁感應線圈、電磁屏蔽罩、角度調節器、壓焊機、氧元素分析儀等。本發明通過在熱管內部設置釩絲，利用釩與氧元素相容性好的原理，能夠從完全組裝填充并初次運行的鈉熱管中提取氧的含量，結構緊湊、原理簡單、安全可靠，可實現鈉熱管充液后進行加熱測試后的工質氧含量的提取，為熱管中雜質影響研究提供微觀的可行方案。

技術領域

本發明涉及相變換熱設備技術領域，具體涉及一種鈉熱管工質中氧含量提取測量裝置及方法。

背景技術

高溫鈉熱管采用鈉作為工作介質，利用金屬鈉的兩相相變進行傳熱，由于具有傳熱效率高、結構簡單和非能動的優點。傳熱過程中僅存在內部工質的運動，具有靜默式傳熱的優勢，因此可以應用于許多特種領域中，如核反應堆二回路的余熱排出系統、空間堆、小型核電源、工業鍋爐、機翼熱防護、水下靜默潛航器等。鈉熱管中氧元素的影響對于傳熱性能有顯著影響，氧元素的測量成為雜質影響研究的重要部分。

發明內容

為實現高溫鈉熱管封焊運行后氧元素的提取，本發明的目的在于提供一種鈉熱管工質中氧含量提取測量裝置及方法，利用釩與氧元素相容性好的原理，提取完全組裝填充并初次運行的鈉熱管中的氧含量，結構緊湊、原理簡單、安全可靠，可實現鈉熱管充液后進行加熱測試后的工質氧含量的提取，為熱管中雜質影響研究提供微觀的可行方案。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：

一種鈉熱管工質中氧含量提取測量裝置，包括電源1、熱管管殼2、熱管充液管3、氧含量平均管4、充鈉管5、釩絲6、電磁感應線圈7、電磁屏蔽罩8、角度調節器9、壓焊機10和氧元素分析儀11；所述熱管管殼2、熱管充液管3、氧含量平均管4、充鈉管5依次相連，并安裝在電磁感應線圈7內部，電磁感應線圈7用于加熱與保溫工作，電磁感應線圈7由電源1進行供電，外部設置電磁屏蔽罩8與角度調節器9，保證電磁感應的安全與實驗角度的調節，還包括壓焊機10與氧元素分析儀11，用于加熱后的實驗操作；釩絲6依次穿過充鈉管5、熱管充液管3、氧含量平均管4，并伸入熱管管殼2內部。

所述熱管管殼2、熱管充液管3、氧含量平均管4和充鈉管5采用與液態鈉相容性的金屬材料。

所述與液態鈉相容性的金屬材料為不銹鋼、鈮鋯合金、Haynes233合金、因科鎳、鉬或鎢。

所述釩絲6采用電子束焊接在氧含量平均管4一側，直徑為0.1英寸以防止對于熱管傳熱的影響，釩絲6長度隨熱管管殼2的長度而改變，釩絲6長度為熱管管殼2蒸發段長度與熱管充液管3、氧含量平均管4、充鈉管5長度之和。

所述壓焊機10采用鍛焊、接觸焊、摩擦焊或氣壓焊，保證充液管3壓焊后的密封性。

所述氧元素分析儀11用于測量釩絲中的氧含量，選用順磁式氧分析儀或氧化鋯分析儀或激光氧分析儀。

所述一種鈉熱管工質中氧含量提取測量裝置的測量方法，步驟如下：

步驟1：利用電子束焊接將釩絲6焊接至氧含量平均管4內壁面，之后將熱管管殼2、熱管充液管3、氧含量平均管4、充鈉管5依次焊接，釩絲6經熱管充液管3、氧含量平均管4、充鈉管5伸入熱管管殼2內形成整體，對整體進行氦檢保證密封性；之后將定量后的液態鈉由充鈉管5充入熱管管殼2內；完成充液后使用壓焊機10將充鈉管5上部壓緊加熱封焊；

步驟2：熱管管殼2置于電磁感應加熱內部，外側布置熱電偶測量測試過程中的溫度；使用電磁感應加熱將熱管加熱至800℃-1000℃工作4-24小時，保證熱管完全潤濕；之后將裝置倒置，充液管5處于最下端，保證釩絲6浸入液態鈉中，加熱熱管管殼2至750℃-900℃保溫4至12小時，在此過程中鈉中的氧元素將逐漸轉移至釩絲內，達到鈉與釩絲之間的氧含量平均；