一种高温脉动热管多次充装及工质调节装置和方法

1.一种高温脉动热管多次充装及工质调节方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、使用高温脉动热管多次充装及工质调节装置进行首次充液；S2、完成首次充液后，根据需求进行多次充液及充液率调节，或工质比例调节，或纳米颗粒浓度调节；所述多次充液及充液率调节包括增大充液率和减小充液率；所述高温脉动热管多次充装及工质调节装置，包括：手套箱(21)、充液管(4)以及位于手套箱(21)外的分子泵机组(6)、为手套箱供气的气瓶(22)、冷阱(7)、高温脉动热管(1)、温度调节装置(2)和测温仪(5)，其中，所述手套箱(21)为密封箱体结构；所述手套箱(21)内设有四通(20)、至少两个液体管路、至少三个抽真空管路、至少四个真空阀、至少两个工质注射器、至少两个精密天平、真空计(15)、真空罐(10)测温装置和液氮喷枪；所述手套箱(21)的箱体上设有真空塞(3)；两个液体管路分别为第一液体管路(24)和第二液体管路(25)，三个抽真空管路分别为第一抽真空管路(18)、第二抽真空管路(19)和第三抽真空管路(23)，四个真空阀分别为第一真空阀(11)、第二真空阀(12)、第三真空阀(13)和第四真空阀(14)，两个工质注射器分别为第一工质注射器(16)和第二工质注射器(17)，两个精密天平分别为第一精密天平(8)和第二精密天平(9)；所述四通(20)具有四个接口分别为第一接口(201)、第二接口(202)、第三接口(203)和第四接口(204)；所述第一抽真空管路(18)的一侧位于所述手套箱(21)外部并与所述冷阱(7)相连，所述第一抽真空管路(18)的另一侧位于所述手套箱(21)内部并与所述真空罐(10)相连，所述真空罐(10)下方置有所述第一精密天平(8)；所述第二抽真空管路(19)的一侧与所述真空罐(10)相连，另一侧与所述四通(20)的第一接口(201)相连，所述第一真空阀(11)设置在所述第二抽真空管路(19)上，所述第三抽真空管路(23)的一侧与所述真空计(15)相连，另一侧汇集于所述第二抽真空管路(19)上与所述四通(20)的第一接口(201)相连，所述第二真空阀(12)设置在所述第三抽真空管路(23)上；所述第三真空阀(13)设置在所述第一液体管路(24)上，所述第一液体管路(24)的两侧分别与所述第一工质注射器(16)和所述四通(20)的第二接口(202)相连，所述第四真空阀(14)设置在所述第二液体管路(25)上，所述第二液体管路(25)的两侧分别与所述第二工质注射器(17)和所述四通(20)的第三接口(203)相连，所述第二工质注射器(17)下方置有所述第二精密天平(9)；所述四通(20)的第四接口(204)与所述充液管(4)相连；所述分子泵机组(6)与所述冷阱(7)相连；所述温度调节装置(2)包裹在所述高温脉动热管(1)的外部，所述高温脉动热管(1)与所述充液管(4)位于所述手套箱(21)外部的一端相连，所述充液管(4)通过所述真空塞(3)伸入所述手套箱(21)内部，所述充液管(4)与所述真空塞(3)连接部位保证密封，所述充液管(4)的另一端位于所述手套箱(21)内部并与所述四通(20)相连；在所述手套箱(21)内，至少两个所述抽真空管路、所述充液管(4)和至少两个所述液体管路通过所述四通(20)连接在一起，至少一个所述工质注射器的下方置有所述精密天平；所述手套箱(21)通过所述第一抽真空管路(18)与所述冷阱(7)密封连接；所述手套箱(21)通过内部循环保证箱内的惰性气体环境。 2.根据权利要求1所述的高温脉动热管多次充装及工质调节方法，其特征在于，步骤S1中，首次充液方法包括如下步骤：S11、连接各设备，手套箱(21)内进行循环去除氧气和水，保证手套箱(21)内的水、氧含量小于0.1ppm；S12、将烘烤结束的高温脉动热管(1)在内部无氧条件下将充液管(4)与四通(20)下方接口相连接；S13、冷阱(7)中充满液氮，打开第一真空阀(11)和第二真空阀(12)，关闭第三真空阀(13)和第四真空阀(14)，在手套箱(21)配置所需量的工质并装入第一工质注射器(16)中；若工质熔点低于手套箱(21)内温度，则使用液氮喷枪对第一工质注射器(16)内部工质进行冷却，保证其温度低于熔点；S14、打开第三真空阀(13)和分子泵机组(6)，依次通过冷阱(7)、第一抽真空管路(18)、真空罐(10)、第一真空阀(11)、第二抽真空管路(19)、四通(20)和充液管(4)对第一工质注射器(16)和高温脉动热管(1)进行抽真空，真空度低于10 -3 Pa并保持两个小时后关闭第三真空阀(13)；S15、对第一工质注射器(16)、高温脉动热管(1)及二者之间所有连接管路进行加热，使用温度调节装置(2)对高温脉动热管(1)进行保温，使用测温仪(5)检测第一工质注射器(16)、高温脉动热管(1)及二者之间所有连接管路的外壁温度，保证其温度高于工质熔点；S16、关闭第一真空阀(11)和第二真空阀(12)，打开第三真空阀(13)，此时手套箱(21)内压力为正常大气压，第一工质注射器(16)内液态的工质在内外压差的作用下全部充入高温脉动热管(1)的内部；使用液压钳将手套箱(21)外部的充液管(4)钳断，使用电子束对钳断处进行焊接封口，完成高温脉动热管(1)的首次充液。 3.根据权利要求1所述的高温脉动热管多次充装及工质调节方法，其特征在于，步骤S2中，在工质种类不变的前提下，增大充液率方法包括如下步骤：S2.11、连接各设备，手套箱(21)内进行循环，保证手套箱(21)与系统各部分水氧含量小于0.1ppm；S2.12、关闭所有真空阀，将步骤S16中完成首次充液的高温脉动热管(1)的充液管(4)上半部及顶部焊接封口部分通过真空塞(3)通入手套箱(21)，保证手套箱(21)内封闭环境，使用温度调节装置(2)对高温脉动热管(1)进行降温，使用测温仪(5)对高温脉动热管(1)外壁面进行测温，保证外壁温度低于工质熔点，保证在封口打开时高温脉动热管(1)内部的液塞中不会由于惰性气体进入存在气泡难以抽出；在手套箱(21)内通过割管器将封口割断，将充液管(4)的上半部分与四通(20)相连接；在此过程中，手套箱(21)内的惰性气体会通过充液管(4)进入热管内部；S2.13、根据充液率增大所需工质的量，在手套箱(21)配置所需量的工质并装入第一工质注射器(16)中，保证其温度低于熔点；打开第一真空阀(11)、第二真空阀(12)和第三真空阀(13)，将冷阱(7)中充满液氮，使用分子泵机组(6)对整个系统和高温脉动热管(1)进行抽真空操作，保证高温脉动热管(1)内部的气体抽出；对第一工质注射器(16)及其与高温脉动热管(1)连接的管路上进行加热，保证壁面温度高于工质熔点，关闭第一真空阀(11)和第二真空阀(12)，第三真空阀(13)始终保持开启，工质在压差作用下充入，使用液压钳将手套箱(21)外部的充液管(4)钳断，使用电子束对钳断处进行焊接封口，完成充液率增大工作。 4.根据权利要求2所述的高温脉动热管多次充装及工质调节方法，其特征在于，步骤S2中，在工质种类不变的前提下，减小充液率方法包括如下步骤：S2.21、连接各设备，手套箱(21)内进行循环，保证手套箱(21)与系统各部分水氧含量小于0.1ppm；配置少量相同类型的工质装入第二工质注射器(17)中作为预备，第二精密天平(9)用于测量第二工质注射器(17)中工质的质量变化；对第二工质注射器(17)使用液氮进行降温并测量温度，保证其温度低于熔点；S2.22、关闭所有真空阀，将步骤S16中完成首次充液的高温脉动热管(1)的充液管(4)上半部及顶部焊接封口部分通过真空塞(3)通入手套箱(21)，保证手套箱(21)内封闭环境，使用温度调节装置(2)对高温脉动热管(1)进行降温，使用测温仪(5)对高温脉动热管(1)外壁面进行测温，保证外壁温度低于工质熔点，保证在封口打开时高温脉动热管(1)内部的液塞中不会由于惰性气体进入存在气泡难以抽出；在手套箱(21)内通过割管器将封口割断，将充液管(4)的上半部分与四通(20)相连接；在此过程中，手套箱(21)内的惰性气体会通过充液管(4)进入热管内部；S2.23、打开第一真空阀(11)、第二真空阀(12)和第四真空阀(14)，将冷阱(7)中充满液氮，使用分子泵机组(6)对整个系统连通部分、第二工质注射器(17)和高温脉动热管(1)进行抽真空操作，抽出惰性气体，关闭第四真空阀(14)，第二工质注射器(17)中保持真空状态；关闭第一真空阀(11)和第二真空阀(12)，对高温脉动热管(1)及高温脉动热管(1)和真空罐(10)之间管路进行加热，使用测温仪(5)检测高温脉动热管(1)的外壁温度，使用温度调节装置(2)对高温脉动热管(1)进行保温，保证内部工质熔化为液态，此时高温脉动热管(1)内部工质均为液态；使用分子泵机组(6)对真空罐(10)进行持续抽真空30分钟，打开第一真空阀(11)，高温脉动热管(1)内部的工质在压差作用下被抽出至真空罐(10)，第一精密天平(8)用于称量抽出工质的质量，达到需求后，关闭第一真空阀(11)；S2.24、由于使用分子泵机组(6)和真空罐(10)抽出工质，使用第一真空阀(11)来控制抽出的量，当抽出工质过量时，则需对第二工质注射器(17)及相关管路内的工质进行升温熔化，待步骤S2.23抽真空完成后，关闭第一真空阀(11)和第二真空阀(12)，打开第四真空阀(14)，在压差作用下，将第二工质注射器(17)中的工质补充进高温脉动热管(1)中，由第二精密天平(9)称量补充质量，随即关闭第四真空阀(14)，保证所需充液率；使用液压钳将手套箱(21)外部的充液管(4)钳断，使用电子束对钳断处进行焊接封口，完成充液率减小工作。 5.根据权利要求2所述的高温脉动热管多次充装及工质调节方法，其特征在于，步骤S2中，在充液率不变的条件下，工质比例或纳米颗粒浓度调节方法包括如下步骤：S2.31、根据高温脉动热管(1)内现有工质成分比例与目标成分比例或现有纳米颗粒浓度与目标浓度进行计算，得出应当抽出的工质质量和将要充入的工质成分比例或浓度，以及质量；连接各设备，手套箱(21)内进行循环，保证手套箱(21)与系统各部分水氧含量小于0.1ppm；根据计算结果，配置准确质量和比例或纳米颗粒浓度的待充入工质，将其置于第一工质注射器(16)中，配置少量和热管内相同比例或纳米颗粒浓度的工质置于第二工质注射器(17)中作为预备，第二精密天平(9)用于测量第二工质注射器(17)中的质量变化；对第一工质注射器(16)和第二工质注射器(17)进行降温，保证其温度低于熔点；S2.32、关闭所有真空阀，将步骤S16中完成首次充液的高温脉动热管(1)的充液管(4)上半部及顶部焊接封口部分通过真空塞(3)通入手套箱(21)，保证手套箱(21)内封闭环境，使用温度调节装置对高温脉动热管(1)进行降温，使用测温仪(5)对高温脉动热管(1)外壁面进行测温，保证外壁温度低于工质熔点，保证在封口打开时高温脉动热管(1)内部的液塞中不会由于惰性气体进入存在气泡难以抽出；在手套箱(21)内通过割管器将封口割断，将充液管(4)的上半部分与四通(20)相连接；在此过程中，手套箱(21)内的惰性气体会通过充液管(4)进入热管内部；S2.33、打开所有真空阀，将冷阱(7)中充满液氮，使用分子泵机组(6)对整个系统连通部分、两个工质注射器和高温脉动热管(1)进行抽真空操作，抽出惰性气体，关闭第三真空阀(13)和第四真空阀(14)，两个工质注射器中保持真空状态；关闭第一真空阀(11)和第二真空阀(12)，对高温脉动热管(1)、两个工质注射器及连通管路进行加热，使用测温仪(5)检测外壁温度，保证壁面温度高于工质熔点，使用温度调节装置(2)对高温脉动热管(1)进行保温，保证内部工质全部熔化为液态；使用分子泵机组(6)对真空罐(10)进行持续抽真空30分钟，打开第一真空阀(11)，热管内部的工质在压差作用下被抽出至真空罐(10)，第一精密天平(8)用于称量抽出工质的质量，达到需求后，关闭第一真空阀(11)；打开第三真空阀(13)，第一工质注射器(16)中工质在压差作用下全部充入高温脉动热管(1)；S2.34、使用分子泵机组(6)和真空罐(10)抽出工质时需用第一真空阀(11)来控制抽出工质质量，若抽出工质过量，则需进行补液；补液方法包括如下步骤：对第二工质注射器(17)及相关管路进行升温熔化，打开第四真空阀(14)，通过第四真空阀(14)控制补液量，在压差的作用下，第二工质注射器(17)中的工质充入高温脉动热管(1)，待补液量达到后，关闭第四真空阀(14)；使用液压钳将手套箱(21)外部的充液管(4)钳断，使用电子束对钳断处进行焊接封口，完成工质或纳米颗粒浓度调节工作。 6.根据权利要求1所述的高温脉动热管多次充装及工质调节方法，其特征在于，所述高温脉动热管(1)首次充液的充液率范围为15％～85％，多次充液的充液率调节范围为15％～85％；所述高温脉动热管(1)为高温脉动热管换热器。 7.根据权利要求1或6所述的高温脉动热管多次充装及工质调节方法，其特征在于，所述高温脉动热管(1)的工质为金属钠，或金属钾，或金属锂，金属铷，或金属铯，或不同比例钠钾合金，或不同质量分数的液态金属纳米流体。 8.根据权利要求7所述的高温脉动热管多次充装及工质调节方法，其特征在于，所述高温脉动热管(1)的管材为不锈钢、镍基合金的一种以上的组合形式。