本发明涉及一种双工艺接口热管的固态工质充 装设备及充装方法， 属于工程热物理学科的热管关键工艺过程技术 领域。

背景技术

热管的概念已经扩展到热管板（二维）， 乃至热管蒸汽腔（三维）。 目 前，适应特殊热控场合的需要，要求设计热管 的外形和内部空间不断增大。 大充装量的热管板及蒸汽腔热管的需求不断增 大。

高温热管（工作温度达到或大于 500°C时）和超高温热管（工作温度 达到或大于 1200 °C时） 一般釆用碱金属、 铅、 银等作为工质， 这些工质 在常温下大多是固态， 有的极容易氧化。 通常情况下， 碱金属工质在常温 下是固态，弱氧环境也容易氧化，工艺过程中 惰性气体保护显得十分重要； 另外， 不同的碱金属的熔点各不相同， 对工质的充装要求不断提高。 现有 热管工艺技术状况下， 针对热管充装的工艺稳定、 无氧化、 大量程、 量精 确、 操作方便等需求， 以前发明的充装方法不能满足需求。

碱金属的分装过程应该保证： 充装前热管具有足够高的真空度； 能够 控制充入工质的量； 充入的工质具有较高的纯度， 即达到高纯工质的要求 等。 对于超高温热管， 例如以锂为工质， 以前的钠、 钾等碱金属分装方法 已经不能适应， 体现在充装工艺不够稳定、 不能适应大量程、 后处理麻烦、 寿命较短等方面。 钠热管方面， 以前典型的充装工艺有四个：

(1 )、 金属钠的蒸馏充装工艺， 例如， 文献"马同泽， 侯增祺， 吴文銑， 《热管》， 科学出版社， ISBN 7-03-002011 -1 , 1991 , 277-282"中介绍了蒸 馏充钠方法， 如图 1所示。 这种蒸馏工艺方法， 控制碱金属的过程变化是， 从固态→液态→气态→液态→固态， 过程和设备复杂， 耗时间长， 后处理 麻烦， 不易精确定量。

(2) 、 固态碱金属工质的定量充装设备与充装方法 (200910091897.2， 曲伟、 虞斌)， 如图 2所示。 这种方法釆用过滤工艺， 控制碱金属的过程变 化是， 从固态→液态→液态→固态。 与（1)所述方法相比， 过程简单， 但由 于所连接热管的排气要通过工质， 真空阻力大， 真空度不易达到。 另外， 真空手套筒属于开式惰性气体保护， 分装过程中仍有少部分碱金属氧化， 影响了热管的最终性能。

(3)、 小型高温热管固态碱金属工质的精确充装设备 与充装方法 (曲伟， 段颜军， 申请号： 201110088089)， 如图 3所示。 与（2)所述方法相比， 釆 用旁路结构， 加热装置釆用外围加热带来加热， 可拆卸。 由于釆用加热带 外围加热， 加热带的缠绕方法对控温影响很大， 工艺不够稳定； 而且缠绕 过程比较麻烦， 所用加热带的绝缘材料有挥发性， 对操作员会产生不利影 响； 另外， 开式真空手套筒的惰性气体保护， 分装过程中仍有少部分碱金 属氧化， 也限制了热管最终性能的提升。

(4)、 一种碱金属工质的无氧化分装方法及一体化设 备 （曲伟， 艾邦成， 俞继军， 薛志虎， 申请号： 201210378002.5)， 如图 4所示。 与（3)中所述 方法相比，手套箱内部釆用 4根吸排气管，每根管对经过的两角区排吸气 不够均匀； 内置天平占用了手套箱内的大部分空间； 工艺方法和设备限定 的充装量也不大； 工艺罐壁面结构较为复杂， 不易拆装， 图 4 中编号说 明如下： 101工质罐、 102手套箱上端盖 (透明）、 103主进气管 (惰性气体)、 104第一超高真空密封阀、 105第二超高真空密封阀、 106第三超高真空密 封阀、 107超高真空分子泵机组、 108第四进气阀门、 109第一进气管、 110 第五进气阀门、 111 第六进气阀门、 112第七排气阀门、 201 工质罐、 205 冷却水进口、 206冷却水出口、 208加热棒军固定螺钉孔、 209工质罐密封 下法兰、 210密封篦齿、 211工质罐密封上法兰、 212支路抽气旁路、 213 支路惰性气体进气旁路、 301手套操作箱、 302手套口、 303排气总管。 发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷， 提供一种双工艺接口热 管的固态工质充装设备， 实现了热管充装量程可按需扩大、充装时管路 无 工质残留、工艺更稳定、工质纯度更高、后处 理更方便、热管性能更优异、 寿命更长等目的。

本发明的另外一个目的在于提供一种双工艺接 口热管的固态工质充 装设备的充装方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予 以实现的：

一种双工艺接口热管的固态工质充装设备， 包括工质罐、 上盖、 惰性 气源和真空分子泵机组，其中上盖位于工质罐 上方，上盖上的工艺口分别 与惰性气源和真空分子泵机组连通，待充装热 管包括两个工艺口，分别为 主工艺口与副工艺口， 通过主工艺口将待充装热管与工质罐的底部连 通， 使得主工艺口既是抽真空接口和惰性气体通路 接口， 又是工质的充入口， 通过副工艺口将待充装热管与惰性气源和真空 分子泵机组连通，使得副工 艺口既是抽真空接口， 又是惰性气体通路接口。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 还包括手套箱和加热 器，其中工质罐的顶端从手套箱底面的通孔中 深入手套箱内，并与手套箱 紧密配合，罐体和罐体底端位于手套箱外部， 加热器对工质罐的罐体和罐 体底端、 待充装热管、 工质罐与待充装热管之间的连接管路进行加热 。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 待充装热管的主工艺 口与副工艺口位于待充装热管的同一端，或者 主工艺口与副工艺口分别位 于待充装热管的两端。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 当主工艺口与副工艺 口均位于待充装热管的同一端时，与主工艺口 连接的主工艺接口管垂直伸 入待充装热管一端壳体的长度为 0-10mm，与副工艺口连接的副工艺接口 管垂直伸入待充装热管内并距离待充装热管另 一端壳体的长度为 1 -10mm。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 当主工艺口与副工艺 口分别位于待充装热管的两端时，与主工艺口 连接的主工艺接口管垂直伸 入待充装热管一端壳体的长度为 0-10mm，与副工艺口连接的副工艺接口 管垂直伸入待充装热管另一端壳体的长度为 0-10mm。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 当待充装热管为板状 结构时，主工艺接口管的中心线与副工艺接口 管的中心线之间的垂直距离 为与待充装热管连接处的板状结构边长的 1/2~9/10。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 还包括冷却器， 冷却 器在加热器加热时对工质罐的法兰垫圈进行冷 却。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 冷却器为两个冷却半 环形成的冷却环， 套装在工质罐外壁面， 每个冷却半环分别通过冷却水进 口和冷却水出口通入冷却水， 在冷却半环内形成冷却水半环通道。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 手套箱底部开有两个 冷却半环的支撑接口， 支撑接口上耦合两个冷却半环， 两个冷却半环上再 耦合工艺罐法兰。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 工艺罐与手套箱底面 之间、工艺罐法兰与两个冷却半环之间、 两个冷却半环与支撑接口之间均 釆用易拆装的卡口搭接方式连接。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 还包括筛筒和称量天 平， 所述称量天平置于手套箱的外部， 即置于手套箱顶盖的上部， 通过天 平吊钩穿过手套箱上盖的小孔与置于手套箱内 部的筛筒连接，用于工质的 称量， 其中筛筒的侧壁面及底面开设若干通孔。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ，筛筒下端还设有翻底， 翻底与置于筛筒内侧壁的触动机关相接，触发 翻底打开或关闭； 所述触动 机关包括翻底驱动杆和翻底驱动杆控制副。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 筛筒上端设置吊梁， 与手套箱内的筛筒吊钩连接， 筛筒吊钩与称量天平的天平吊钩连接，且所 述吊梁为半环形或倒 V字形。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 还包括气枕， 气枕上 开有偏心孔， 且气枕一侧端面上开有一系列的孔， 孔与气枕中部的集气腔 连通， 且集气腔与惰性气源连通， 通过的惰性气体从孔流出， 对分割的工 质进行防氧化保护； 偏心孔用于吊钩从气枕的中心轴线位置穿过， 还能使 分割的工质落入筛筒， 同时是来自待充装热管惰性气体向上流出的通 路。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 加热器包括第一加热 器、 第二加热器组件和第三加热器， 其中第一加热器为位于手套箱外部的 工质罐的柱状部分加热，第二加热器组件为工 质罐的锥状部分及工质罐与 待充装热管之间的连接管路进行加热， 第三加热器为待充装热管加热。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 第一加热器包于工质 罐的柱状部分外壁进行加热， 第三加热器包于待充装热管的外壁进行加 热， 第二加热组件包括耦合块和第二加热器， 耦合块釆用两半结构， 扣合 锁紧后外形为圓柱， 内部中间掏空，让开锥状外壁、连接管路的结 构空间， 第二加热器包于耦合块的外壁进行加热。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ，第一加热器、第二加 热器和第三加热器釆用热电偶或热电阻监测温 度并反馈控制加热；分别控 温按所述三个加热器的热容大小进行 PID调节， 使工质罐的柱状部分、 锥状部分、待充装热管以及工质罐与待充装热 管之间的连接管路的温度同 时达到设定值。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备中 ， 手套箱的每个角釆用 相互独立的吸排气管， 共釆用 8根吸排气管， 8根吸排气管汇集于排气管 集箱， 通过排气管集箱串接的风机和串接的排气总管 向手套箱外排气。

一种双工艺接口热管的固态工质充装设备的充 装方法， 包括如下步骤： 步骤（一）、 通过副工艺口将待充装热管与惰性气源连通， 通过上盖 上的工艺口将工艺罐与惰性气源连通，置换出 待充装热管以及工艺罐中的 空气， 同时置换出手套箱中的空气；

步骤（二）、 在手套箱中对工质进行切割和称量， 并将称量后的工质 装入工艺罐；

步骤（三）、 通过上盖对工艺罐进行密封， 通过副工艺口将待充装热 管与真空分子泵机组连通，通过上盖上的工艺 口将工艺罐与真空分子泵机 组连通，使得通过主工艺口与副工艺口同时对 待充装热管抽真空，真空度 达到 10 ^_3 ~ 10 ^_2 Pa;

步骤（四）、 打开加热器， 加热器对工质罐、 待充装热管、 工质罐与 待充装热管之间的连接管路进行加热， 使工质罐内的工质熔化；

步骤（五）、 关断工质罐和待充装热管与真空分子泵机组的 连通， 通 过上盖上的工艺口将工艺罐与惰性气源连通， 使工艺罐中的液态工质通过 主工艺口进入待充装热管；

步骤（六）、 通过副工艺口将待充装热管与真空分子泵机组 连通， 通 过上盖上的工艺口将工艺罐与真空分子泵机组 连通，使得通过主工艺口与 副工艺口同时对待充装热管抽真空， 使真空度达到 1 (r ⁵ ~ 1 (T ³ Pa 时， 保 持 1 -2小时；

步骤（七）、 将待充装热管与工艺罐分离， 并使待充装热管中的真空度 保持 10· ⁵ ~ 1 (T ³ Pa， 并对待充装热管的主工艺口与副工艺口进行焊 接封口。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备的 充装方法中， 还包括冷 却器， 所述步骤（四 ）中打开冷却器， 冷却器在加热器加热时对工质罐的 法兰垫圈进行冷却。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备的 充装方法中， 冷却器为 两个冷却半环形成的冷却环， 套装在工质罐外表面， 每个冷却半环分别通 过冷却水进口和冷却水出口通入冷却水， 在冷却半环内形成冷却水半环通 道。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备的 充装方法中， 步骤（四 ） 中加热器对工质罐、待充装热管、工质罐与待 充装热管之间的连接管路加 热的温度设定为超出工质的熔点 50 °C ~100 °C。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备的 充装方法中， 步骤（一） 中通过在手套箱的每个角釆用相互独立的吸排 气管， 共釆用 8根吸排气管 向外排气， 置换出手套箱中的空气， 8根吸排气管汇集于排气管集箱， 通 过排气管集箱串接的风机和串接的排气总管向 手套箱外排气。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备的 充装方法中， 步骤（二） 中在手套箱中对工质进行切割和称量，并将称 量后的工质装入工艺罐具体 过程如下：

在惰性气体保护下， 在放置在工艺罐上方的气枕上对工质进行切割 ， 去掉氧化皮， 将切割好的工质通过气枕的偏心孔放入工质罐 中的筛筒内， 重复切割，通过手套箱顶部的称量天平进行称 量， 所述称量天平与 筒连 接， 显示达到设计量时停止切割， 取下气枕， 并将筛筒中的工质装入工艺 在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备的 充装方法中， 筛筒的侧 壁面及底面开设若干通孔，从主工艺接口流出 的惰性气体通过孔向上流过 筛筒， 保护分装过程中落入筛筒的工质， 且筛筒下端设有翻底， 翻底与筛 筒内的触动机关相接， 触发翻底打开， 将切割好的工质装入工质罐中， 其 中触动机关包括翻底驱动杆和翻底驱动杆控制 副。 在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备的 充装方法中， 气枕一侧 端面开有一系列的孔， 孔与气枕中部的集气腔连通， 且集气腔与惰性气源 连通， 通过的惰性气体从孔流出， 对分割的工质进行防氧化保护。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备的 充装方法中， 步骤（四） 中加热器包括第一加热器、 第二加热器组件和第三加热器， 其中第一加热 器对位于手套箱外部的工质罐的柱状部分加热 ， 第二加热器组件对工质罐 的锥状部分及工质罐与待充装热管之间的连接 管路进行加热，第三加热器 对待充装热管加热。

在上述双工艺接口热管的固态工质充装设备的 充装方法中， 第一加热 器包于工质罐的柱状部分外壁进行加热，第三 加热器包于待充装热管的外 壁进行加热，第二加热组件包括耦合块和第二 加热器，耦合块釆用两半结 构， 扣合锁紧后外形为圓柱， 内部中间掏空， 让开锥状外壁、 连接管路的 结构空间， 第二加热器包于耦合块的外壁进行加热。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

( 1 )、 本发明对热管的固态工质充装设备进行了创新 设计， 首次釆用 双工艺接口设计，主工艺口既是抽真空接口和 惰性气体通路接口， 又是工 质的充入口， 副工艺口既是抽真空接口， 又是惰性气体通路接口， 一方面 使热管和工艺罐的排气通道增大一倍，排气抽 真空更顺畅， 另一方面充装 时除少量挂壁外工质会全部进入热管，充装量 程可根据需要而扩大，充装 工艺更加稳定， 工艺更简单适用， 并节省了专门的惰性气体管路；

( 2 )、 本发明手套箱底部与左右冷却水环及工艺罐的 上盖釆用搭接耦 合方式， 无固定螺栓的搭接既保证了工艺， 又拆装方便； 半环水套设计使 其方便拆拿，从而能让开两半环水套冷却环的 空间，使工艺罐方便地从手 套箱取下， 容易实现工艺罐的方便清洗、 烘干和再装；

( 3 )、 本发明对分装工质的过程进行两种方式保护， 分装工质前， 副 工艺孔通入惰性气体从工艺罐中向上流动， 对工质进行了一次防氧化保 护； 在手套箱内部分割工质时，新设计的偏心孔气 枕增加了易氧化工质分 装时的进一步保护， 气枕上面开 N个阵列小孔， 通过的惰性气体从这些 小孔流出， 对分割的工质进行了防氧化保护， 保证了工质的纯度；

( 4 )、 本发明增加了底部带翻板的筛筒， 下端设翻底， 翻底与筛筒内 的触动机关相接， 可以触发打开， 能使分割的工质落入筛筒； 此外筛筒侧 壁面， 以及底面的翻板开设沿壁面均匀密布的小孔， 从副工艺接口流来的 惰性气体通过小孔向上流过 筒， 保护分装过程中落入 筒的工质；

( 5 )、 本发明将称量天平置于手套箱的外部， 即手套箱顶盖的上面， 称量天平通过吊钩与筛筒连接， 不但节省了手套箱内的空间， 而且使大量 工质的称量变得更加容易；

( 6 )、 本发明在抽真空工艺过程对工艺罐体、 中间接管和热管釆用三 段分别加热和控温的方式， 第一段和第二段加热器釆用柱加热筒， 以便装 拆方便， 第二段加热器包于过渡耦合体的外壁， 第三段加热器随热管外形 而耦合， 可能是圓桶式、 双板式、 加热棒嵌入式； 分段加热的方式保证了 不同热容的被加热部分按相同速度升温， 保证充装工质的质量和可靠性；

( 7 )、 本发明首次在手套箱内部釆用 8根相互独立的八角吸排气管和 集箱， 内置固定， 使得手套箱内排气的流场更均勾， 排气效果更佳； 改进 了现有手套箱每两个角区共用一根排气管， 其中一个排气口在排气管中 间， 排气流场在这两个角区很难均衡的缺点；

( 8 )、 本发明通过对热管的固态工质充装设备进行了 全面优化设计， 实现了热管充装量程可按需扩大、 工艺更稳定、 工质纯度更高、后处理更 方便、 热管性能更优异、 寿命更长等目的。

附图说明

图 1为金属钠的蒸馏充装工艺设备图；

图 2为固态碱金属工质的定量充装设备图；

图 3为小型高温热管固态碱金属工质的精确充装� �备； 图 4为碱金属工质的无氧化分装方法及一体化设� �图；

图 5为本发明双工艺接口热管的固态工质充装设� �结构示意图； 图 6为本发明的主、 副双工艺口热管示意图； 其中图 6a为本发明主、 副工艺口位于热管同一端示意图； 图 6b为本发明主、 副工艺口分别位于 热管两端示意图； 图 6c为本发明主、 副工艺口分别位于热管两端 （热管 直径较小）示意图；

图 7为本发明的手套箱及内置 8根吸排气管的剖视图； 其中图 7a为 本发明手套箱内吸气管的主视图， 图 7b为本发明手套箱内吸气管的侧视 图； 图 7c为本发明手套箱内吸气管的俯视图；

图 8为本发明的气枕结构及接口剖视图； 其中图 8a为本发明气枕结 构的主视图； 图 8b为本发明气枕结构的侧视图； 图 8c为本发明气枕结构 的俯视图；

图 9为本发明的翻底筛筒及翻底触发示意图； 其中图 9a为本发明翻 底筛筒外观图； 图 9b为本发明翻底筛筒的翻底触发装置示意图； 图 9c为 本发明翻底筛筒的筒底示意图；

图 10为本发明的半环冷却水套及水进出接口示意� ��； 其中图 10a为 本发明半环冷却水套侧剖视图； 图 10b为本发明半环冷却水套冷却水进口 出口示意图； 图 10c为本发明半环冷却水套主剖视图；

图 11为本发明的手套箱操作的部件位置及工艺说� ��图；

图 12为本发明的三段加热器及中间耦合结构示意� ��。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步 详细的描述：

如图 5所示为本发明双工艺接口热管的固态工质充� �设备结构示意图， 由图可知本发明热管的固态工质充装设备包括 手套箱 7、工质罐 4、上盖 8、 惰性气源 31、 真空分子泵机组、 加热器和冷却器、 称量天平 17、 带偏心 孔气枕 12、 筛筒 13、 上盖顶紧机构 10、 两个冷却水半环 5、 密封圈 9、 筛筒吊钩 14、 手套箱盖 15、 称量天平吊钩 16、 气枕阀 18、 第一上充气 阀 19、 微调阀 20、 第二上充气阀 21、 上排气阀 22、 下排气阀 23、 高真 空阀 24和低真空阀 25， 其中真空分子泵组包括高总阀 26、 前级隔断阀 27、 緩冲室 28、 分子泵 29和前级泵 30， 上盖 8与工质罐 4上法兰配合， 上盖 8上的工艺口分别与惰性气源 31和真空分子泵机组连通， 待充装热 管 1 上开有主工艺孔和副工艺孔， 工艺管路通过主工艺接头 2与工艺罐 4 底端连接， 使得主工艺口既是抽真空接口和惰性气体通路 接口， 又是工质 的充入口，工艺管路通过副工艺接头 3与惰性起源 31和真空分子泵机组连 接， 使得副工艺口既是抽真空接口， 又是惰性气体通路接口， 其中连接副 工艺接头 3的管路依次通过下排气阀 23、 低真空阀 25和前级隔断阀 27 与分子泵 29和前级泵 30连接， 通过高真空阀 24与緩冲室 28连接， 通过 第二上充气阀 21与惰性起源 31连接。

工质罐 4的顶端从手套箱 7底面的通孔中深入手套箱 7内， 并通过 冷却环与手套箱 7紧密配合， 罐体和底端位于手套箱 7外部， 上盖 8位 于工质罐 4上方， 上盖 8上的工艺口分别与惰性气源 31 和真空分子泵 机组连通，其中与惰性气源 31之间连接有第一上充气阀 19和微调阀 20， 与緩冲室 28之间连接有上排气阀 22和高真空阀 24， 与分子泵 29和前 级泵 30之间连接有低真空阀 25和前级隔断阀 27。 偏心气枕 12与惰性 起源 31之间连接有气枕阀 18。 冷却环在加热时对工质罐（4 )的法兰垫 圈 9进行冷却， 加热器对工质罐 4的罐体和底端、 待充装热管 1、 工质 罐 4与待充装热管 1之间的连接管路进行加热。 此外手套箱 7上开有方 便操作的手套孔 11。

如图 6所示为本发明的主、 副双工艺口热管示意图， 其中图 6a为本发 明主、 副工艺口位于热管同一端示意图； 图 6b为本发明主、 副工艺口分别 位于热管两端示意图； 图 6c为本发明主、 副工艺口分别位于热管两端（热 管直径较小）示意图； 主工艺口与副工艺口可以位于待充装热管 1 的同一 端， 或者主工艺口与副工艺口分别位于待充装热管 1的两端。 如图 6a所 示为主、 副工艺口位于待充装热管 1 的同一端的图示， 与主工艺口连接 的主工艺接口管 54垂直伸入待充装热管 1一端壳体的长度为 0-10mm， 与副工艺口连接的副工艺接口管 55垂直伸入待充装热管 1 内并距离待充 装热管 1另一端壳体的长度为 10mm。 如图 6b、 6c所示为主、 副工艺 口分别位于待充装热管 1的两端的图示，当主工艺口与副工艺口分别� �于 待充装热管 1的两端时， 与主工艺口连接的主工艺接口管 57垂直伸入待 充装热管 1一端壳体的长度为 0-10mm，与副工艺口连接的副工艺接口管 58垂直伸入待充装热管 1 另一端壳体的长度为 0-10mm， 且主工艺接口 管 57与副工艺接口管 58之间的距离尽可能大。

待充装热管 1 可以为管状结构或板状结构， 当待充装热管 1 为板状 结构时， 主工艺接口管 57的轴线与副工艺接口管 58的轴线之间的垂直 距离为板状结构边长（连接待充装热管 1 处的边长） 的 1 /2~9/10。 对于 直径较小的热管 1 可以釆取主、 副工艺口分别位于热管 1 的两端， 如图 6c所示。

本发明副工艺接口与设备通过波纹管的自由端 相接，釆用双工艺接口 设计带来三大好处： 一是使热管和工艺罐的排气通道增大一倍，排 气抽真 空更顺畅， 所需时间少； 二是充装时除少量挂壁外工质会全部进入热管 ， 充装量程可根据需要而扩大， 充装工艺更加稳定， 工艺更简单适用； 三是 不需要以前发明的三通结构中单一工艺口充装 前，要有一根惰性气体细管 穿过手套箱和工艺罐伸向热管底部来置换热管 中的空气。

如图 10 所示为本发明的半环冷却水套及水进出接口示 意图， 其中图 10a为本发明半环冷却水套侧剖视图； 图 10b为本发明半环冷却水套冷却 水进口出口示意图； 图 10c为本发明半环冷却水套主剖视图； 本发明冷却 器为两个冷却半环 5形成的冷却环， 套装在工质罐 4外壁面， 每个冷却半 环 5分别通过冷却水进口 52和冷却水出口 53通入冷却水， 在冷却半环 5 内形成冷却水半环通道 51， 即两个冷却半环内的水道均为半环形。

手套箱 7底部开有两个冷却半环 5的支撑接口 39， 支撑接口 39上 耦合较大直径的两个冷却半环 5，两个冷却半环 5上再耦合直径小的工艺 罐法兰 6， 工艺罐 4法兰直径小于手套箱 7底面开孔的内径。在对工艺罐 4加热时，对工艺罐法兰垫圈 9进行冷却。工艺罐 4与手套箱 7底面之间、 工艺罐法兰 6与两个冷却半环 5之间、 两个冷却半环 5与支撑接口 39之 间均釆用易拆装的卡口搭接方式连接。 搭接后， 通过工艺罐 4 的向上移 动， 两个冷却半环 5先向上再向相反的径向移动， 即可向下取出工艺罐。 本发明半环水套设计使其方便拆装， 从而能让开两半环水套冷却环 5 的 空间， 使工艺罐 4方便地从手套箱 7取下， 这就容易实现了工艺罐 4的 方便清洗、 烘干和再装的目标。

如图 9所示为本发明的翻底筛筒及翻底触发示意图� �其中图 9a为本发 明翻底筛筒外观图； 图 9b 为本发明翻底筛筒的翻底触发装置示意图； 图 9c 为本发明翻底筛筒的筒底示意图； 本发明中增加了底部带翻板的筛筒 13， 即在工艺罐 4内设一与壁面间隙和大小合适的筛筒 13。 筛筒下端设 有翻底 47，翻底 47与置于筛筒 13内侧壁的触动机关相接，触发翻底 47 打开或关闭； 触动机关包括翻底驱动杆 48和翻底驱动杆控制副 50，翻底 驱动杆控制副 50为固定在筛筒 13壁面上的圓环，翻底驱动杆 48穿过翻 底驱动杆控制副 50与翻底 47的边缘连接。 筛筒 13上端设置吊梁 46， 与手套箱 7内的筛筒吊钩 14连接，筛筒吊钩 14与称量天平 17的天平吊 钩 16连接， 用于工质称量， 吊梁 46为半环形或倒 V字形。 如图 1所示， 称量天平 17置于手套箱 7的外部， 即置于手套箱 7顶盖的上部， 称量天 平 17的底孔伸出吊钩 16， 吊钩 16穿过手套箱 7的顶面， 与筛筒吊钩 14 连接， 筛筒吊钩 14钩住置于工艺罐 4内的筛筒 13， 筛筒 13在工艺罐 4 中悬空。 称量天平 17可显示出筛筒 13及内部不断加入工质的总质量。 这一耦合设计不但节省了手套箱 7 内的空间， 而且使大量工质的称量变 得更加容易。

此外筛筒 13的侧壁面及底面开设均匀密布的孔 49，从主工艺接口流 出的惰性气体通过孔 49向上流过 筒 13， 保护分装过程中落入 筒 13 的工质。

如图 8所示为本发明的气枕结构及接口剖视图，其� �图 8a为本发明气 枕结构的主视图； 图 8b为本发明气枕结构的侧视图； 图 8c为本发明气枕 结构的俯视图； 气枕 12上开有偏心孔 45， 偏心孔 45过气枕 12的中心。 气枕 12—侧的端面上有一系列的孔 41， 孔 41与气枕 12中部的集气腔 42 连通， 且集气腔 42与惰性气源 31连通， 通过的惰性气体从孔 41流过， 对分割的工质进行防氧化保护。偏心孔 45用于筛筒 13的吊钩 14穿过（吊 钩 14穿过偏心孔 45并过气枕 12的中心 ), 还能使分割的工质落入筛筒 13， 同时是来自待充装热管 1惰性气体向上流出的通路。 吊钩 14位于气 枕 12的中心线， 贴孔边缘穿过偏心孔 45， 便于较大尺寸的工质块通过。 与集气腔 42连通的气管接头 43通过气枕阀 18与惰性气源 31连通， 不 进行工质切割时， 气枕 12通过挂钩 44挂在手套箱 4的侧壁上。

如图 12所示为本发明的三段加热器及中间耦合结构� ��意图， 由图可知 本发明在抽真空工艺过程对工艺罐 7罐体、 中间接管和待充装热管 1 釆 用三段分别加热和控温的方式。 第一加热器 61 包于工艺罐 4法兰下一定 距离的柱腔壁外。 第二加热器 62轴向从位于工艺罐 4下部的锥腔壁外开 始，一直到热管 1主充装管根部区间。第二加热器 62包于过渡耦合体 63 的外壁。 耦合体 63釆用两半结构， 扣合锁紧后外形为圓柱； 内部中间掏 空， 让开锥壁、接管及接头的结构空间。 第一加热器 61和第二加热器 62 釆用柱加热筒， 以便装拆方便。 第三加热器 64包于热管 1的管体壁外， 热管 1外壁的加热器 64也要随外形而耦合， 可能是圓筒式、 双板式、 加 热棒嵌入式。 第一、 二和三加热器对相应部位加热时， 对工艺罐 4壁面、 主工艺接口管、及热管壁面分别釆用热电偶或 热电阻监测温度并反馈控制 加热， 分别控温按三个加热器的热容大小进行 PID调节， 使工质罐 4的 柱状部分、 锥状部分、 待充装热管 1 以及工质罐 4与待充装热管 1之间 的连接管路的温度同时达到设定值。

如图 7所示为本发明的手套箱及内置 8根吸排气管的剖视图， 其中图 7a为本发明手套箱内吸气管的主视图， 图 7b为本发明手套箱内吸气管的 侧视图； 图 7c为本发明手套箱内吸气管的俯视图； 由图可知手套箱 7的每 个角釆用相互独立的吸排气管 33， 共釆用 8根吸排气管 33， 8根吸排气管 33汇集于排气管集箱 34， 通过排气管集箱 34 串接的风机和串接的排气 总管 35向手套箱 7外排气。吸排气管 33置于手套箱 7的内部角区或外部 角区， 通过吸排气管固定卡 32固定在手套箱 7的壁面上， 当置于外部角区 时需在手套箱 7的 8个角区开孔。本设计使得手套箱内排气的流� �更均匀， 排气效果更佳。

本发明中各气动阀门、 三段加热器等釆用程序在线控制（PLC )来实 现。 充气阀、排气阀等釆用超高真空气动阀， 主工艺接口的充气阀需要流 量调节， 所以串接了微调阀。 釆用 PLC进行阀门和温度控制， 工艺罐中 通过上法兰封好一定量的工质后， 可釆用一键控制， 减少人为因素影响， 使热管的充装这一关键的制备工艺过程具有好 的稳定性。

本发明双工艺接口热管的固态工质充装设备的 充装方法， 具体包括如 下步骤：

步骤（一）、 前处理。 清洁工作空间和相关部件， 检查各管路和阀门、 电路保证正常； 将充装设备与待充装热管 1 (管状结构或板状结构）通过 主工艺接头 2和副工艺接头 3密封连接； 将装有工质原料的瓶子、 切割 刀等通过手套孔 11放入手套箱 7; 将 筒 13放入工艺罐 4， 放置好气枕 12， 连接好筛筒 13和称量天平 17间的筛筒吊钩 14和电子天平底钩 16， 连好手套接口达到密封，如图 11所示为本发明的手套箱操作的部件位置及 工艺说明图， 称量空筛筒 13的质量并记录。 步骤（二）、 气体置换。 打开吸排风机， 通过 8根吸排气管 33和排 气总管 35， 将手套箱 7中的气体不断外排； 惰性气体罐 31通过第二上充 气阀 21和副工艺接头 3对待充装热管 1 中的气体进行置换； 通过气枕阀 18对气枕 12通入惰性气体， 同时通过上盖 8上的工艺口连接第一上充 气阀 19、 微调阀 20， 将工艺罐 4与惰性气源 31连接通入惰性气体， 经 过短暂时间 （例如 3~5分钟）后热管 1及手套箱 7中空气排净， 热管 1、 工艺罐 4、 手套箱 7及相应管路中充满惰性气体。

步骤（三）、 切割称量工质。 在惰性气体保护下， 在放置在工艺罐 4 上方的气枕 12上对工质进行切割， 去掉氧化皮， 将切割好的工质通过气 枕 12的偏心孔 45放入工质罐 4中的筛筒 13内， 重复切割， 通过手套箱 7顶部的称量天平 17进行称量， 称量天平 17与筛筒 13连接， 显示达到 设计量时停止切割， 关闭气枕阀 18， 取下气枕 12通过挂钩 44挂于手套 箱侧壁； 取出筛筒 13， 同时通过翻底驱动杆 48控制翻底 47， 使工质落 入工艺罐 4; 将筛筒 13挂于手套箱侧壁的另外挂钩。

步骤（四）、 抽真空排气加热。 调整好密封圈 9 的位置， 通过上盖顶 紧机构 10顶住上盖 8， 实现工艺罐 4的密封。 关闭第一上充气阀 19和第 二上充气阀 21 ; 通过副工艺口将待充装热管 1 与真空分子泵机组连通， 通过上盖 8上的工艺口将工艺罐 4与真空分子泵机组连通， 使得通过主 工艺口与副工艺口同时对待充装热管 1 抽真空， 真空度达到 10· ³ ~ 10 ^_2 Pa;

打开两个冷却水半环 5的冷却水泵电源； 打开第一加热器 61、 第二加 热器 62和第三加热器 64的加热电源， 使工艺罐 4、待充装热管 1、 工质罐 4与待充装热管 1之间的连接管路加热到设定温度值， 并保持足够时间使 工艺罐 4内的工质全部熔化。 加热器对工质罐 4、 待充装热管 1、 工质罐 4与待充装热管 1之间的连接管路加热的温度一般设定为超出� �质的熔点 50 °C ~100°C。 不同的工质温度水平不同， 例如， 对于钠来说， 熔点为 98 °C，加热温度设定为 150°C。加热启动后将所达到的真空度保持一定 时间， 例如 1 ~2小时。

步骤（五）、 给气充入工质。 关断工质罐 4和待充装热管 1与真空分 子泵机组的连通，微调阀 20调好开度后一直是开启的，打开第一上充气� �� 19， 将工艺罐 4与惰性气源 31连通， 将工艺罐 4中的液态工质从工艺罐 4压出全部进入待充装热管 1。

步骤（六）、 再抽真空排气。 关闭第一上充气阀 19， 打开上排气阀 22 和下排气阀 23， 打开高真空阀 24， 关闭低真空阀 25， 通过副工艺口将待 充装热管 1 与真空分子泵机组连通， 通过上盖 8上的工艺口将工艺罐 4 与真空分子泵机组连通，使得通过主工艺口与 副工艺口同时对待充装热管 1抽真空， 使真空度达到 10· ⁵ ~ 1 (T ³ Pa时， 保持 2小时。

步骤（七）、 钳断焊接。 使用液压钳对热管 1 的主工艺接头 2和副工 艺接头 3下的工艺管分别进行钳断， 将待充装热管 1与工艺罐 4分离， 并 对待充装热管 1的主工艺口与副工艺口进行焊接封口，过程� �待充装热管 1 中的真空度保持 10· ⁵ ~ 1 (T ³ Pa。

步骤（八）、 后处理。 关闭设备的阀门和真空分子泵机组； 分别取下 主工艺接头 2和副工艺接头 3下的工艺管头； 将两个工艺管头和热管 1 进行共同称量， 确定最终充装工质的量； 对工艺罐等进行拆卸清洁， 再安 装完成一个工艺流程。

以上所述， 仅为本发明最佳的具体实施方式， 但本发明的保护范围并 不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露 的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领 域专业技术人员的公知 技术。