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CN1032127C - 泥氢生产方法和所用装置 - Google Patents

泥氢生产方法和所用装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种泥氢生产方法和所用装置，可通过工业程序有效地生产具有均匀颗粒直径的泥氢。将液态氢供应/泄出通道(2)连到绝缘封闭容器(1)的底部，将排出通道(4)及氦气供应通道(5)连到绝缘封闭容器(1)的上部。热交换器(7)及真空泵(9)在排出通道(4)中从绝缘封闭容器(1)以此顺序来安置，搅动装置(16)安装在绝缘封闭容器(1)中且搅动装置(16)采用从绝缘封闭容器(1)的外部来驱动。

Description

泥氢生产方法和所用装置
本发明涉及一种泥状氢生产方法和生产装置，它适用于生产泥氢，泥氢包括互相共存的固态氢和液态氢。
以往，作为生产泥氢的原则，下列方法是在低温工程协会的国际会议或1990年在夏威夷举行的第8届世界氢能会议中提出的科学研究成果。即它们是，一种间接冷却方法，在这种方法中将液态氦提供到包含有液态氢的容器的一个冷却外壳中，以便液态氦通过外壳流动并产生凝固在容器内壁上的固态氢，然后用螺旋装置将固态氢刮去。一种直接冷却方法，在这个方法中将低温气态氦通过一氦供应管吹到液态氢中以便在管的前端产生固态氢。一种连续降低压力的方法，在这种方法中，通过将液态氢供应到一封闭容器中并在该封闭容器中使压力降至不超过其三相点压力，在液态氢的表面产生氢的固态层。以及一种间歇降低压力方法，在这种方法中，在通过降低封闭容器中的压力使其不超过三相点，而在液态氢的表面形成氢的固态层之后，将那里的压力增到三相点，以便溶解表面固态层的部分即与容器的内壁表面接触的部分来使固态层下降。然而，使得可以通过工业程序有效大量地生产泥氢装置还没有研制出来。
在通过间接冷却方法生产泥氢的场合，由于是通过螺旋的方法刮去凝固在容器内壁的固态氢，就存在着这样一个问题即在固态氢生产的内壁与螺旋刮刀间的间隙调节太精细以致不能使固态氢的颗粒直径均等。
在通过直接冷却方法来生产泥氢的场合，由于固态氢是通过将低温气态氦吹进液态氢而在氦供应管的前端生成的，所以要在那里生成固态氢易于以管状方式在气态氦流动的方向上生长。因而，通过搅动的方法来破坏管状生长的固态氢是必要的。在这种场合，也存在着这样的问题即固态颗粒直径的均匀化很困难。
在连续降低压力方法来生产泥氢的场合中，由于是将液态氢供应到封闭容器中然后使封闭容器中的压力降低到不超过三相点压力以便在液态表面部分产生氢的固态层，所以固态氢易于从这样的液态层即与气相接触的液态层中生成，也易于从其与容器内周壁相接触的部分生成。因此，虽然在液相部分进行搅动，但由于固态层已沿周壁生成，很难破坏这种固态层。也存在着这样一个问题即在封闭容器的内部处处产生泥氢是很困难的。
另一方面，在用间断降低压力方法生产泥氢的场合，由于沿容器周壁凝固的固态氢部分的溶解是通过周期地在封闭容器中将压力改变到不超过三相点的压力及在三相点之上的压力而进行的，其结果，液体表面生成的固态层由于液体固体间的密度差而可以沉降在液体里，通过每隔一定时间(从几秒到十几秒)。将液体表面暴露到气相可以加强固态层的形成与生长。但是在这种场合，由于固态氢仅仅是沉降到液体中，存在着这样一个问题即要想使液体中的固体颗粒的直径都均匀是很难的。
即，通过普通的泥氢生产装置是可以生产泥氢的，但是要生产这样的泥氢使它包括具有均匀直径的固体颗粒却是很困难的。结果这些装置的实际应用还差得很远。此外，在这些会议中提出的泥氢生产装置主要涉及生产泥氢，而在这些装置中作为原材料的液态氢的供应及泥氢的取出却没有被涉及。
本发明解决这些问题，并且本发明的目的是提供泥氢生产装置，该装置可以通过工业程序有效地生产包括具有均匀直径的固体颗粒的泥氢。
本发明解决这些问题，本发明的目的是提供一种在绝缘容器内产生泥氢的方法。并且本发明另一目的是提供泥氢生产装置，该装置可以通过工业程序有效地生产包括具有均匀直径固体颗粒的泥氢。
为了完成上述目的，本发明属于使用间歇降低压力法的泥氢生产装置，在这个装置中，将一液态氢供应/泄出通道连到绝缘封闭容器的底部，一个排出通道与一氦气供应通道被连到其上部，热交换器与真空泵在排出通道中从绝缘封闭容器的端边以此顺序排列，搅动装置安装在绝缘封闭容器里且搅动装置采用从绝缘封闭容器的外边来驱动。
根据本发明，由于在通过间歇压力降低法的泥氢生产装置中，液态氢供应/泄出通道连到绝缘封闭容器的底部，排出通道与氦气供应通道连到其上部，热交换器与真空泵在排出通道中以此顺序从绝缘封闭容器的端侧排列，搅动装置安置在绝缘封闭容器中，且搅动装置采用从绝缘封闭容器外边来驱动，当通过降低绝缘容器中的真空使固态层沉降到液态氢里时，通过搅动装置破坏固态层来使固态氢的颗粒与液态氢混合是可能的。
因而，由于固态氢与液态氢被搅动，可以使固态氢颗粒均等化并产生在流动性上具有优势的泥氢。
由于以这种方式通过搅动装置进行了固态及液态氢的混合，即使绝缘封闭容器的内直径很大，也可以在绝缘封闭容器中均匀混合固体颗粒。由此，固态氢颗粒在液态氢的下一次凝固时用作核，促进了固态氢的生产率并加强了泥氢的生产效率，结果大量的泥氢可在短时间内生成。
此外，由于液态氢供应/泄出通道连到绝缘封闭容器的低部而排出通道及氦气供应通道连到绝缘封闭容器的上部，可以有效地供应作为原材料的液态氢及排出所生产的泥氢。
图1是本发明装置的结构示意图。
图2是绝缘封闭容器的一个剖面图。
图1与图2中，符号1代表绝缘封闭容器。液态氢被包含在绝缘封闭容器1中，泥氢在绝缘封闭容器中的生产是通过在氢的三相点(7kPa帕)压力的附近升降绝缘封闭容器中的压力来进行的。
一个液态氢供应/泄出通道2被连到绝缘封闭容器1的下部，通道2用于将液氢提供到绝缘封闭容器1的内部并排出所生产的泥氢。在液态氢供应/泄出通道2中安置一个液态氢填充/取出阀3。
用于排出在绝缘封闭容器1中气体的排出通道4及用于将增压氦气供应到绝缘封闭容器1中的氦气供应通道5被连到绝缘封闭容器1的上部。开/关转换阀6、热交换器7、流动调节阀8及真空泵9在排出通道里从绝缘封闭容器1的端侧以此顺序安置，且流动调节阀10及流动通道开/关阀11在氦气供应通道5中从氦气供应源(未示出)的端侧以此顺序排列。
如图2所示，绝缘封闭容器1是双容器型的且在内容器12及外容器13还有液氮存储容器14之间有一个绝缘真空空间，液氮存储容器14安装在内外容器12、13之间的空间内，用于冷却外容器13以便降低它们之间的温差。在内外容器12，13中分别安置观察窗口15，以便操作者能亲眼证实内容器12中的液态氢的状态。
在内容器12中装有搅动装置16。搅动装置16的转动轴17由驱动马达19来旋转，驱动马达安置在绝缘封闭容器1的上部开口18的外部，搅动装置16的旋转轴17及驱动马达19的输出轴在非接触状态下通过使用磁性耦合器的耦合装置20来互相可旋转地耦合在一起。
包括热电耦的温度检测仪器21及一密度测量仪器22以这样的方式即浸入内容器12的液态氢中的方式，被安装在双容器型绝缘封闭容器1的内容器12中。
顺便说说，图1及图2中，符号23代表一控制装置，该装置用于处理温度检测仪器21及密度测量仪器22的输出信号，符号24代表一摄像机，它面对观察窗口15而装置。可以通过摄像机24来监控液态氢的状态。将绝缘装置施加到置于绝缘封闭容器1之下的液态氢供应/泄出通道2上。
下面将解释与泥氢生产装置相关的泥氢的生产程序。
将液态氢通过液态氢供应/泄出通道2供应到已足够预冷的绝缘封闭容器1中。在这种场合，由于在液态氢供应之前在绝缘封闭容器1中有大气压力，所供应的液态氢的温度为20.3K(开)，其中的压力为101.4千帕且所供应液态氢的密度为0.81kg/m3(千克/米3)。通过操作真空泵9以便在排出通道4开启后从绝缘封闭容器1中排出氢气，绝缘封闭容器1中的压力被降到7.3千帕，为氢的三相点压力。因而液态氢在其表面部分及与内容器12的壁面接触的部分上开始凝固。这时，液态氢的温度为13.8开，其密度为77.06千克/米3，而固态氢的温度为13.8开，密度为86.67千克/米3。
然后，在压力降低之后一定时间过后(约10秒)，并闭开/关转换阀6来增加一点绝缘封闭容器1中的内部压力，以便内部压力增加在三相点压力之上。因而，由于从容器壁而来的热供应使得凝固氢与壁表面接触的部分溶解，然后由凝固的固态氢构成的其表面部分按原来的样子沉降到液态氢中。这时在绝缘封闭容器1中搅动装置16运行，凝固的固态氢被破成固态氢的小块，这些块与液态氢混合在一起。
在真空度降低之后一定时间(约10秒)过后，在排出通道4中的开/关转换阀6又一次开启，用来从绝缘封闭容器1中进行排出并将容器1的内部压力减到三相点压力，结果，在液态氢的表面部分中可以又一次生成固态氢。当泥氢生产的完成由通过观察窗口15的目视检查而确认时或者当浸入绝缘封闭容器1中液态氢的密度测量仪器22所检测的液态氢的密度通过重复这些程序而达到一中间值(例如81.54kg/m3)时，这个中间值包括在三相点压力的液态氢密度(77.06kg/m3)与固态氢密度(86.67kg/m3)之间，在绝缘封闭容器1中的压力被取消几小时以便保持三相点压力。在这种场合，压力被取消几小时的原因是固态氢颗粒在其刚刚产生后带有严重的影响其流动性的棱角，但是在其产生后过几小时，棱角从固态氢颗粒上去除，结果它们的形状将改变成不会严重影响其流动性的形状。
在取消压力的时间过后，打开氢气供应通道5的流动调节阀10并且打开液态氢供应/泄出通道5的液态氢填充/取出阀3，结果加压氦气被提供到绝缘封闭容器1，然后从中取出冰糕状泥氢。
由于本发明的许多不同实施例对于那些熟知本领域的人们是明显的，这些实施例之一在这里已被披露或涉及到，应该理解到这里提出的本发明的特殊实施例只是用于示例，对本发明并不限制，还应理解到在不偏离如权利要求中所陈述的本发明的精神及范围的条件下，可以进行实施、变化或修改。

Claims (7)

1.一种在绝缘容器内产生泥氢的方法，该容器用于容纳固相、液相及气相的氢，该方法其特征在于包括步骤：
断续减小所述氢的压力，使其一部分转变成在所述容器内表面上的固相；
控制增加所述压力一段预定时间，使所述固相从所述表面释放，使其与所述液相混合；以及
将所述固相和所述液相的氢混合，产生固态和液态的氢的泥状混合。
2.根据权利要求1所述产生泥氢的方法，其特征在于包括进一步的步骤：
将所述泥状物维持在三点相压上，由此使所述泥状物产生期间，在所述固相氢颗粒上形成的许多棱角被除去，以增加所述泥状物的流动性。
3.根据权利要求1所述生产泥氢的方法，其特征在于包括进一步骤：
将加压的氦气通入所述绝缘容器，使所述泥状物受压并从所述绝缘容器排出。
4.一种生产泥氢装置，用于通过对液态氢反复进行凝固与溶化来生产泥氢，该装置其特征在于包括；
绝缘封闭容器，用于包含液态氢：
液态氢供应/泄出通道，与所述绝缘封闭容器的下部相连；
气态氢排放通道和氦气供应通道，分别与所述绝缘封闭容器的上部相连；
热交换器和真空泵，以该顺序相对于所述绝缘封闭容器顺次安置在所述排放通道中；以及
搅动装置，安置在所述绝缘封闭容器中并易于从所述绝缘封闭容器的外部被驱动；
其中所述热交换器和所述真空泵断续工作以操纵所述液态氢的压力，由此对所述液态氢的一部分即凝固又部分地不凝固，在所述绝缘封闭容器的底部积累凝固氢的量，以及
所述搅动装置可被操作将所述量的凝固氢与所述液态氢混合，形成泥氢。
5.根据权利要求4所述的生产泥氢装置，其特征在于，所述绝缘封闭容器具有双壁结构，包括一个内容器和一个包围着内容器的外容器，在所述内外容器之间是真空绝缘空间，以及在所述真空绝缘空间中安置的液氮贮藏装置，用于冷却所述外容器。
6.根据权利要求5所述的生产泥氢装置，其特征在于所述内外容器有对应的观察窗口，易于观察在所述内容器内的液体和固体的氢的状态。
7.根据权利要求4所述的生产泥氢装置，其特征在于所述氦气供应通道提供加压氦，使所述泥氢从所述绝缘容器通过所述供应/泄出通道排出所述泥氢。
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