專利名稱：凍堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體的液化凍堆裝置，尤其是涉及一種雙原子分子的氣體深凍液化，特別是對氫氣和氧氣的高效深凍液化，特別是為地球人類即將到來的氫能源時代所設(shè)計。
背景技術(shù)：
地球環(huán)境危在旦夕，能源危機迫在眉睫，要想徹底解決這一時代難題，挽救地球人于危難之中，地球人們必須徹底改變以往的能源模式，果斷啟動氫能源時代。用“南極風車” 采集地球風能，南極風車申請?zhí)?01110197710.4 ；再用“南極風車”產(chǎn)生的電能帶動“紫外線光堆”將水分解成氫氣和氧氣，紫外線光堆的申請?zhí)?01110288757. 1 ；再利用本發(fā)明的凍堆裝置將氫氣和氧氣進行高效高質(zhì)液化。因為氫氣和氧氣的高效高質(zhì)液化是氫能源時代的重要環(huán)節(jié)，它將是氫能源的輸送和使用成為可能。為此“凍堆”裝置便應(yīng)用而生，這正是本人所倡導(dǎo)的“地球人類的氫能源時代”的系列發(fā)明的第三項發(fā)明。經(jīng)檢索沒有發(fā)現(xiàn)有類似發(fā)明。在地球上氫氣和氧氣的液化已有100多年的歷史，尤其是氫氣的液化極不容易，盡管地球人類在這100多年里探索出很多與氫氣液化有關(guān)的規(guī)律，先后開發(fā)出節(jié)流氫循環(huán)液化氫氣、帶膨脹機的液氮冷凍液化氫氣、氦制冷的氫氣液化，不論是哪種液化技術(shù)都沒擺脫氣液單管一線通的局面，促使液化的因素單一，氣相和液相處于同一管道，連續(xù)液化不好， 導(dǎo)致整個液化系統(tǒng)效率低下。本發(fā)明的凍堆一改以往液化系統(tǒng)中的氣液單管一線通的困局，將待液化的氣體進行集中堆疊處理，多因素共治，新理論的應(yīng)用，最終使本發(fā)明的凍堆成為一個氣相和液相相隔離，液化連續(xù)性好，生產(chǎn)效率高的液化終端設(shè)備。另外本發(fā)明的凍堆還具有液化單元的特點，為大規(guī)模液化和自動化管理創(chuàng)造了很好的條件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種將預(yù)冷到一定程度的雙原子分子的氣體進行高效、高質(zhì)液化的凍堆裝置。尤其是對氫氣、氧氣的高效、高質(zhì)液化的裝置。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的凍堆由堆體和堆芯組成，堆體是凍堆的物理殼體和盛器，堆芯位于堆體內(nèi)的種子原凍液中。凍堆堆體是一個具有夾層結(jié)構(gòu)的絕熱罐體，罐體具有支腳和一對電極，同時有幾個不同作用的管道以絕熱切入法從不同部位進入凍堆， 這些管道在凍堆堆體夾層中以不同的路徑進入到堆體的內(nèi)腔，與凍堆的堆芯相聯(lián)接或與凍堆內(nèi)腔相通。在凍堆堆體內(nèi)層頂部有一開口，此開口與一直角彎管相連接，使凍堆堆體內(nèi)空間與該管內(nèi)空間相通，這就是凍堆蒸發(fā)腔的抽吸通道，此通道的出口從凍堆的一端引出； 在蒸發(fā)腔抽吸出口的同側(cè)還有一個凍液抽吸出口和一個凍堆回填蒸發(fā)系統(tǒng)出入口 ；在凍堆的另一端有一個凍堆的輸入總管，這是凍堆的原料氣體進入通道，同樣以絕熱切入法穿越夾層后與凍堆內(nèi)的堆芯體相連接，整個堆芯體浸沒在液化種子液中。進入凍堆的待液化的氣體在凍堆堆芯的凍芯內(nèi)受到壓力、種子原凍液吸熱、液化觸媒化學(xué)作用、回填蒸發(fā)強力吸熱、徑向電場的核外寄生子替換、電場牽拉、原子篩剪切的多因素共同作用下，氣體的雙原子結(jié)構(gòu)立刻瓦解，瓦解后的原子穿過原子篩進入到凍堆腔中，由于整個堆芯都浸在已經(jīng)液化的種子液中，使穿過原子篩的原子第一時間被這一液體環(huán)境所左右；穿過原子篩的原子受到種子液的影響，使原子核的自旋、核外寄生子的物理動性與種子液趨于一致，氣體原子得到與種子液一致的液相排列，從而產(chǎn)生出穩(wěn)定的凍液，這一點在氫氣液化上極其重要； 為了使凍堆的低溫效果更加明顯本凍堆在設(shè)計時還增加了蒸發(fā)腔抽吸裝置，產(chǎn)品凍液抽吸裝置，凍液回填注入裝置，整個凍堆的工作是在電腦的自動控制下進行，為了實際生產(chǎn)的需要，凍堆又可以以一個液化單元來使用，用大量的凍堆作為液化終端并聯(lián)在液化生產(chǎn)線上。此凍堆的堆芯是一個多頭管堆疊排列的管堆結(jié)構(gòu)體，組成凍堆堆芯的每一個堆芯管都相互平行，堆芯管的一端有管底，另一端有氣體輸送支管與之相通，每一個堆管的液化區(qū)段的管壁和管底都有微通孔布設(shè)，所有堆芯管通過兩端的堆芯支架加以固定，整個堆芯都浸沒在凍堆內(nèi)腔的種子原凍液中；構(gòu)成堆芯的堆芯管以及與堆芯管相貫通的氣體輸送支管都利用抗氫脆，抗氧化、抗低溫的高級奧氏體材料制造。堆管外壁進行鏡面拋光，內(nèi)壁進行精密加工和精密磨砂處理，這有利于堆芯的裝配和凍芯的耐久，更有利于種子液的滲透。此凍堆的凍芯是一個多層組合體，各種不同工能的圓筒型體在凍堆芯管內(nèi)由內(nèi)而外同心套組布設(shè)；凍芯的中心是電極蒸發(fā)管，此電極蒸發(fā)管有高級奧氏體材料制造，一端有底，另一端與回填輸送支管相通，在凍芯的液化區(qū)段，電極蒸發(fā)管壁有一定數(shù)量的微蒸發(fā)孔；在電極蒸發(fā)管的外圍裝有液化觸媒，在凍堆芯管內(nèi)，液化觸媒層占有較大空間，由于凍堆液化的氣體不同，觸媒的化學(xué)成分就不同，但凍芯中的液化觸媒必須有很好的透氣性和密集的有效成分與氣體的大面積接觸性；在觸媒層的外圍就是原子篩，原子篩同樣是圓筒狀，一端有底，另一端則通過原子篩端口與待液化氣體的輸送支管精密連接，確保輸入的氣體不從接口縫隙穿過，原子篩是抗氫腐、抗氫脆、抗氧化、超低溫穩(wěn)定性極好的高級奧氏體材料制造；由于凍堆所液化的氣體不同，原子篩的篩孔徑向尺寸就不同，如果是液化氫氣的凍堆，原子篩的篩孔只能允許氫原子穿過，氫分子則被阻擋，如果是氧氣液化凍堆，原子篩的篩孔只能允許氧原子通過，氧分子則被阻擋；這種原子篩是高能粒子加工品或特殊合金， 由于所選擇的高能粒子“炮彈”或晶格間隙的合金不同，加工出的原子篩隔離性質(zhì)就不同； 覆在原子篩外壁的是凍芯的絕緣層，絕緣層將原子篩和堆芯管進行絕緣隔離，絕緣層可以是獨立的套層，也可以是連接在凍芯管內(nèi)壁的非金屬涂層，又可以是覆設(shè)在原子篩外壁的涂層，不論是獨立的絕緣層還是作在堆芯管內(nèi)壁或者是覆設(shè)在原子篩外壁的絕緣層都應(yīng)有很好的透氣性和絕緣性。此凍堆的堆芯全部浸沒在凍堆內(nèi)腔中的種子原凍液中，凍堆的種類不同，其種子液就不同，如果是氫氣的液化凍堆，凍堆內(nèi)腔中種子原凍液就是液體仲氫，如果是氧氣的液化凍堆，凍堆內(nèi)腔中的種子原凍液就是液體氧；種子原凍液的作用，一是有凍堆的制冷劑的作用，它通過凍堆的堆芯管壁對原料氣體制冷；二是種子的作用，在堆芯內(nèi)經(jīng)過超低溫冷凍和多因素作用的氣體，其原子掙脫雙原子互束后，穿過原子篩到達原子篩外壁表面時，第一時間受到種子原凍液的作用，由于穿過氫篩的原子處于液態(tài)溫區(qū)，其原子核動量很低，極易受到環(huán)境同質(zhì)原子的影響，影響的結(jié)果使該原子的原子核自旋和核外寄生子動性與種子原凍液的原子狀態(tài)和排列保持一致，有利于液化產(chǎn)品的穩(wěn)定和貯存。此凍堆蒸發(fā)腔抽吸系統(tǒng)是在凍堆的內(nèi)腔頂部留有一定空間，也就是在給凍堆灌裝種子原凍液時，使液面沒過凍堆堆芯便可，液面上部的空間就是蒸發(fā)腔，在蒸發(fā)腔頂部有一個抽氣管與之相通；當抽氣管上的抽氣泵工作時，凍堆蒸發(fā)腔內(nèi)產(chǎn)生負壓，在負壓環(huán)境中， 種子原凍液表面蒸發(fā)加速，是種子原凍液的溫度始終保持在最適合液化的溫度范圍。此凍堆的凍液抽吸系統(tǒng)是在凍堆的一定位置上設(shè)置的一個直通種子原凍液層的管道，在此管道上安裝有液化凍液抽吸泵，當凍堆內(nèi)腔的液化凍液積累到一定程度后，凍液抽吸泵開始工作，將多出的液化凍液抽出，使凍堆內(nèi)腔的種子原凍液始終保持在合適的范圍，凍堆的凍液抽吸系統(tǒng)與凍堆的蒸發(fā)腔抽吸系統(tǒng)具有負壓形成的一致性。此凍堆的回填蒸發(fā)系統(tǒng)是凍堆的又一個促使液化的降溫深凍措施，它是從凍堆的種子原凍液中抽吸節(jié)流出一少部分凍液，通過注射泵將節(jié)流的種子原凍液經(jīng)過回填輸送管路注射進回填電極蒸發(fā)管中，再有電極蒸發(fā)管上的一定數(shù)量的蒸發(fā)孔將凍液直接蒸發(fā)或滲出后蒸發(fā)，由于蒸發(fā)吸熱，致使凍堆的堆芯管內(nèi)的溫度強力下降，迫使管內(nèi)的高壓氣體溫度向臨界點逼近。此凍堆的凍芯內(nèi)徑向電場是凍堆的又一液化要素，它是在電極回填蒸發(fā)管的上路的芯內(nèi)回填輸送總管上搭接一個導(dǎo)線，并且此回填輸送總管還通過回填輸送管絕緣子與上路輸送管絕緣隔離，芯內(nèi)回填輸送總管上搭接的導(dǎo)線又經(jīng)過管壁穿線絕緣子進入凍堆真空夾層，最后與陽極電極相連接，此陽極電極與凍堆外殼通過電極絕緣子相隔離，另外，由于凍堆的凍芯管與凍堆外殼具有導(dǎo)體相連接構(gòu)，所以在凍堆的外殼上直接設(shè)有陰極；工作時凍堆的陽極和陰極分別和電場的電勢源電極相接，這樣所有的凍芯都存在一個徑向電場； 凍芯內(nèi)的氣體在電場的參與下更容易失去其近核熱子寄生，從而使液化更容易，并且，所產(chǎn)生的凍液更加穩(wěn)定。此凍堆的信息自動控制系統(tǒng)是凍堆的靈魂，用運在凍堆之上的信息部件總共有三大類第一類是凍堆的感覺器官，它包括在凍堆的原料輸入口安裝的信息器件包內(nèi)的氣體壓力感知器和相關(guān)電路、流量流速感知器和相關(guān)的電路、溫度感知器和相關(guān)電路，氣體電性感知器和相關(guān)電路，在蒸發(fā)腔抽吸管道上安裝的信息器件包內(nèi)的蒸發(fā)腔氣壓感知器和相關(guān)電路、氣體電性感知器和相關(guān)電路，在凍液抽吸管道上安裝的信息器件包內(nèi)的凍液流量感知器和流速感知器以及相關(guān)電路、罐內(nèi)凍液液位感知器和相關(guān)電路，在凍液回填管道上安裝的信息器件包內(nèi)的凍液回填壓注流量、流速感知器和相關(guān)電路；第二類是信息處理樞紐， 信息的處理樞紐就是與凍堆配合使用計算機和計算機內(nèi)運作的凍堆的管理程序，它相當于凍堆的大腦；第三類是凍堆的執(zhí)行部件，它主要包括，在凍堆的原料輸入口的信息器件包內(nèi)的信息控制流量閥門，在蒸發(fā)腔抽吸管道上的信息器件包內(nèi)設(shè)立的信息控制的抽吸閥門以及信息控制的氣體抽吸機，在凍液抽吸口處的信息器件包內(nèi)的信息控制的凍液抽吸閥門和信息控制的凍液抽吸機，在凍液回填壓注器件包內(nèi)設(shè)置的信息控制的注入閥門和信息控制的凍液壓注機，這些執(zhí)行部件如同凍堆的手臂；這三類信息部件彼此依賴、互相配合共同構(gòu)成凍堆的信息自動化系統(tǒng)，凍堆的整個信息部件是在凍堆的管理程序的支配下運作。


圖1為發(fā)明凍堆的外觀立體視圖。圖2為本發(fā)明凍堆的A向剖視圖，也就是凍堆的縱剖視圖。圖3為本發(fā)明凍堆的B向剖視圖，也就是凍堆的俯剖視圖。
圖4為本發(fā)明凍堆的C向剖視圖，也就是凍堆的橫剖視圖。圖5為本發(fā)明凍堆的堆芯管的縱剖放大圖。圖6為本發(fā)明凍堆的堆芯管橫剖放大圖。
具體實施例方式圖1為本發(fā)明凍堆的外觀立體視圖，給出了凍堆的三個視圖方向，A向為凍堆的縱方向，它是本發(fā)明最全面的視圖向，B向為俯視圖方向，C向為橫視圖方向，同時，圖1也示出了凍堆的外結(jié)構(gòu)，1為凍堆的外殼，15為凍堆的支腳，在凍堆的一端有與輸入相關(guān)的預(yù)凍氣體輸入管19，與信息采集、信息編碼、解碼、功放、信息執(zhí)行有關(guān)的原料凍氣輸入器件包18， 在凍堆的另一端設(shè)有與凍堆輸出相關(guān)的出口，其中11為夾層絕熱結(jié)構(gòu)的蒸發(fā)腔氣體輸出管，10是與該管口的自動控制有關(guān)的器件包；在凍堆體上有一個與凍液回填有關(guān)的節(jié)流支路，其中13為凍液分流輸入管，16為凍液回填輸送管，14為與凍液壓注回填有關(guān)的自動控制器件包，在凍堆上還有兩個電極，23為凍堆的陽極，接靜電源的高電勢端，24為陽極絕緣子，25為凍堆的陰極。圖2示出了凍堆的總體結(jié)構(gòu)和原理，從凍堆的內(nèi)部看，凍堆是一個由外殼1和內(nèi)殼 2組成的絕熱結(jié)構(gòu)的罐體，由凍堆芯管3組成的堆芯體44浸沒在凍堆內(nèi)的種子原凍液4中， 凍堆芯管3的內(nèi)腔裝有凍芯45，凍芯45是由芯內(nèi)電極蒸發(fā)管6、液化觸媒8、原子篩5、絕緣層7共同組成；凍堆芯管3 —端有底，另一端與原料氣體輸送支管觀通過原子篩端口分別連接，原料氣體通過堆內(nèi)總管27輸向各支管觀，然后到達各凍堆芯管3內(nèi)腔的原子篩5筒內(nèi)；在凍堆內(nèi)的輸送總管27和支管觀內(nèi)還設(shè)有一個較細的管路39和17它們分別是回填輸送總管和支管，回填輸送支管17的一端分別與各自對應(yīng)的電極蒸發(fā)管6相接，別一端和堆芯內(nèi)回填總管39相通，堆芯內(nèi)回填輸送總管39有回填輸送管絕緣子20和上管路的回填輸送管16相絕緣隔離，在堆芯內(nèi)回填輸送總管39的管壁之上有一導(dǎo)線22與之相接，導(dǎo)線 22通過管壁穿線絕緣子21與原料氣體的堆內(nèi)輸送總管27相絕緣隔離，導(dǎo)線22與凍堆陽極 23相連，電極絕緣子M將電極23與堆外殼1絕緣隔離，25為凍堆陰極，它和凍堆外殼直接連接，為了使凍堆內(nèi)的堆芯穩(wěn)定，還設(shè)有堆芯支架26，15為凍堆支腳；凍堆工作時，計算機 37啟動凍堆管理程序，經(jīng)過自檢程序?qū)龆堰M行全面檢查，一切正常后，管理程序打開預(yù)冷氣體輸送閥40，高壓預(yù)凍的原料氣體便經(jīng)過預(yù)凍氣體輸送管19進入凍堆堆芯的凍芯內(nèi)；與此同時，凍堆的陽極23和陰極25也與靜電場源的對應(yīng)電極相接通，蒸發(fā)腔抽吸管道上的器件包10內(nèi)的抽吸泵和管路閥門41，也開始工作和打開；凍堆內(nèi)，液面上部的蒸發(fā)腔38中多余的蒸發(fā)氣體被泵41通過抽氣管9抽出，再由具有夾層絕熱功能的管道11輸往指定的系統(tǒng)；回填蒸發(fā)系統(tǒng)也開始工作，凍堆內(nèi)的種子原凍液經(jīng)過回填輸入管13分流后進入回填系統(tǒng)器件包14內(nèi)，器件包14內(nèi)的回填閥和壓注泵43開始動作，將引流的種子原凍液壓注到回填輸送管16內(nèi)；當計算機獲得凍堆內(nèi)的液面上升到既定高度的信息后，凍液抽吸管路上的器件包12內(nèi)的凍液管閥和凍液泵42開始動作，將多出的凍液抽出凍堆，并由絕熱管四輸向凍液回收寄存罐；在圖中各器件包上或它處標的1、2為信息傳輸線接口，3、4為各種電器設(shè)備的自用電接口。圖3示出了組成凍堆堆芯的芯管在水平方向的布局，以及堆芯與凍堆罐體在水平方向的相互配合關(guān)系，凍堆外殼1和內(nèi)殼2共同構(gòu)成凍堆的絕熱罐體，堆芯通過支架沈安裝在凍堆內(nèi)腔的種子原凍液4之中，在凍堆芯管3的正中的細管為電極蒸發(fā)管6，液化觸媒 8填充在凍堆芯管3內(nèi)的空間，筒狀的原子篩5通過絕緣層7帖覆在凍堆芯管3的內(nèi)壁；凍堆芯管3的口通過原子篩端口與各自相對應(yīng)的原料氣體輸送支管觀相接通，輸送支管觀與總管27相通，并且有原料氣體輸送總管27引出凍堆，在原料氣輸送支管觀的內(nèi)部布設(shè)有凍液回填輸送支管17，凍液回填支管17與凍液回填總管39相連通，在凍液回填輸送總管39上搭接一導(dǎo)線22，凍液回填輸送總管39再通過凍液回填管絕緣子20與上級管路相連通，工作時，預(yù)凍氣體輸送器件包18內(nèi)的流量信息調(diào)控閥40打開，原料預(yù)凍氣體便由輸送管19進入到凍堆堆芯內(nèi)，13為凍堆的凍液回填輸入管，14為凍液回填輸送管路上的器件包。圖4示出了組成凍堆的堆芯的芯管在凍堆內(nèi)的橫向布局，以及凍堆的堆芯體與凍堆堆體的橫向位置關(guān)系，凍堆的外殼1和內(nèi)殼2共同構(gòu)成凍堆的絕熱結(jié)構(gòu)罐體，凍堆芯管3 按照最省空間的布局原則在凍堆內(nèi)布設(shè)，種子原凍液4將凍堆芯體淹沒，凍堆芯管3的中心為電極蒸發(fā)管6，電極蒸發(fā)管的外圍布設(shè)液化觸媒8，液化觸媒8的外圍是原子篩5，原子篩 5通過絕緣層7的隔離、覆設(shè)在芯管3的內(nèi)壁，29為凍堆的凍液抽吸口，液面上部空間為凍堆蒸發(fā)腔38，9為蒸發(fā)腔抽吸管，凍堆下部夾層中的16是凍堆的凍液回填輸送管，凍堆最下面為堆體支腳15。圖5示出了凍堆芯管的縱向精細結(jié)構(gòu)，呈長圓柱筒狀的堆芯管3的管壁上具有密布的微通孔32，緊貼芯管3的內(nèi)管壁與原子篩5之間墊有一層通透性很好的絕緣層7，原子篩的內(nèi)腔有液化觸媒8填充，正中間是電極蒸發(fā)管6，電極蒸發(fā)管6上也有一定數(shù)量的凍液蒸發(fā)微孔31，電極蒸發(fā)管的末端有底35，原子篩5的末端有底34，堆芯管3的末端也有底 33，在堆芯管3的管口有原料氣輸送支管觀與原子篩端口 30實行精密無縫連接，其目的是只有使原料氣體從支管觀進入原子篩5的內(nèi)腔，而不會從連接縫泄出。圖6示出了凍堆芯管的橫向精細結(jié)構(gòu)，橫截面呈正圓形的凍堆芯管3其內(nèi)部的層次排列由外而內(nèi)分別是絕緣層7、原子篩5、液化觸媒8、電極蒸發(fā)管6 ；凍堆芯管管壁上有微孔32、絕緣層上的微通孔36、電極蒸發(fā)管上的微蒸發(fā)孔31 ；堆芯管3的橫截面是由不同功能的圓環(huán)形層的同心排列結(jié)構(gòu)。凍堆在使用前必須進行嚴格的沖洗；對于凍堆芯、凍堆內(nèi)腔、各路管道必須有一套嚴格的洗滌程序，洗滌劑是該凍堆的原料氣體；比如，如果是氫氣液化凍堆就用高純度氫氣做清洗劑，如果是氧氣液化凍堆就用高純度氧氣做清洗劑，經(jīng)過多次反復(fù)洗滌確保凍堆各部位沒有雜質(zhì)，經(jīng)檢驗合格后向凍堆內(nèi)注入原凍液，原凍液注入后所有管路都可連；到此， 計算機37開始啟動凍堆的工作程序，首先檢測凍堆各部硬件是否正常，各種信息部件是否就位，執(zhí)行部件是否靈敏，液化系統(tǒng)總網(wǎng)絡(luò)是否識別；一切正常后計算機37緩緩啟動輸入閥門40，高壓預(yù)凍氣體進入凍堆堆芯，氣體抽吸閥門和抽吸泵41打開和工作，回填器件包 14內(nèi)的儀器和執(zhí)行器件43也開始工作，凍液抽吸器件包12內(nèi)的儀器也開始對凍堆內(nèi)液面進行監(jiān)測，達到程序既定高度后，閥門打開，凍液抽吸泵42開始工作，當凍液面下降到程序的既定高度后，閥門關(guān)閉，凍液抽吸泵42停止工作；凍堆工作時計算機隨時向凍堆的各個信息部件發(fā)出訪問命令，隨時收錄凍堆各部位的測試數(shù)據(jù)，供計算機對凍堆做出實時判斷和調(diào)整，使凍堆始終工作在高效、安全并且和原料上段工序保持在同步的友好環(huán)境中。原料氣體在進入凍堆之前，預(yù)處理是十分重要的；主要包括原料氣體的純度處理、預(yù)凍處理、和電中性處理。原料氣體的純度是液化的重要指標，尤其是像氫氣這樣的深凍液化的易爆氣體，顯得更加重要，如若純度達不到標準，輕者管道堵塞，損壞設(shè)備，重者引起爆炸；當然，如果是紫外線光堆產(chǎn)生的氫氣，一般來講純度十分可靠；對于凍堆來說預(yù)凍處理也是必不可少的工序，因為凍堆只是一個液化終端，其功能偏重液化，預(yù)冷凍的功能并不明顯，尤其是像氫氣這樣的難液化的深冷氣體，必須經(jīng)過多級預(yù)凍處理方可進入凍堆；電中性處理也是一貫注意的問題，氣體在管道中流動、壓縮和失熱難免產(chǎn)生靜電，必須實時將其放電，恢復(fù)電中性，有利于設(shè)備和人身安全。 當然，為了將本發(fā)明凍堆較清楚的表達出來，在發(fā)明文和圖中有一定的簡化、省略并且放大了一些部件；比如在發(fā)明中將凍堆罐體設(shè)計成完整的夾層絕熱結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計不利于凍堆的安裝，更不利于凍堆的日后維護，為此在實際應(yīng)用中，應(yīng)該將凍堆體設(shè)計成組合型，在凍堆的合適部位設(shè)計出合口線，將其進行分體設(shè)計；但是分體設(shè)計又帶來了絕熱和凍液滲的問題，尤其是氫滲更是不好解決，針對此情況的出現(xiàn)，凍堆罐體的組合對接面應(yīng)該設(shè)計成特殊的多道密封合口，并且要開發(fā)出在超低溫狀態(tài)下密封性能優(yōu)良的特殊的封墊材料；同樣，又可將整個凍堆安裝在一個更大的組合罐內(nèi)，實行凍堆的多道真空絕熱隔離；為了使絕熱性能更好，又可將進、出凍堆的管道設(shè)計成復(fù)合一體型；為了使凍堆罐體具有很高的真空度和更高的強度，凍堆的堆體罐又可設(shè)計成球型；在發(fā)明中凍堆的堆芯數(shù)量畫的比較少，在實際應(yīng)用中組成凍堆芯體的芯管遠不止圖中的數(shù)量；為了增加凍堆中的管道抗壓強度，構(gòu)成凍堆芯的堆芯管和與之相接的管路的徑向尺寸都應(yīng)做的較小，與之相配合的其它管路的徑向也應(yīng)相應(yīng)縮小；以上所述都屬本發(fā)明的延伸保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種液化氣體的凍堆，其特征在于所述凍堆的堆體是一個具有多夾層絕熱結(jié)構(gòu)的罐體，凍堆的整個堆芯體(44)都安裝在凍堆體的中心堆體罐內(nèi)，工作時凍堆堆體內(nèi)腔預(yù)先裝有一定數(shù)量的種子原凍液(4)，整個凍堆堆芯體(44)都浸沒在種子原凍液(4)中，經(jīng)過多級預(yù)冷凍的原料氣體通過凍堆的原料輸入管(19)進入到凍堆芯體(44)的凍芯(45)內(nèi)，在凍芯(45)內(nèi)的徑向電場、凍液回填蒸發(fā)、芯內(nèi)觸媒的共同作用下，原料氣體的結(jié)構(gòu)開始產(chǎn)生動搖并且向獨立原子化方向發(fā)展，再經(jīng)過凍堆凍芯(45)內(nèi)的壓力和徑向電場的作用，凍芯內(nèi)產(chǎn)物穿過原子篩(5)到達堆體內(nèi)腔的種子原凍液(4)中，最后有凍液抽吸裝置抽出；所述凍堆還有凍堆蒸發(fā)腔和負壓抽吸裝置、凍液回填系統(tǒng)、芯內(nèi)徑向電場系統(tǒng)、信息控制系統(tǒng)； 同時，一個凍堆又是一個完整的液化單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍堆，其特征在于所述凍堆的堆芯體是一個多頭管筒堆疊排列的管堆結(jié)構(gòu)體，構(gòu)成凍堆芯體的所有堆芯管(3)則通過堆芯支架(26)加以固定，所述凍堆芯管(3)的一端有底，另一端為待液化的原料氣體輸入口，每一個輸入口都與相應(yīng)的原料氣體輸送支管(28)相連接；原料氣體從凍堆的入口管道(19)進入，經(jīng)過各路支管(28)到達凍堆芯管(3)內(nèi)，凍堆芯管(3)的壁和管底都有通氣微孔，在凍堆的堆芯管(3)內(nèi)裝有液化凍芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述凍堆的堆芯體，其特征在于構(gòu)成堆芯體的堆管(3)內(nèi)的液化凍芯是一個多層同心套組的層狀結(jié)構(gòu)體，芯體的中心是一個電極回填蒸發(fā)管(6)，電極回填蒸發(fā)管(6)的外圍是一層通透性很好的液化觸媒(8)，液化觸媒(8)的外層是原子篩(5)，原子篩(5)的外層是帶有微通氣孔的絕緣層(7)，原子篩(5)通過端口(30)與原料氣體輸送支管 (28)實行精密密封連結(jié)，使原料氣體只能到達原子篩(5)的筒體內(nèi)腔，不能從原子篩(5)的端口(30)的連接縫溢出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍堆，其特征在于所述凍堆堆芯體(44)全部浸沒在凍堆腔內(nèi)的種子原凍液(4)中，在此，種子原凍液(4)不但是產(chǎn)品和深冷劑，更重要的是它具有種子的作用，種子原凍液(4)的液面上部是凍堆的蒸發(fā)腔(38)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍堆，其特征在于所述凍堆蒸發(fā)腔上部具有一套負壓抽吸系統(tǒng)，此系統(tǒng)是一個超低溫負壓抽氣機，抽氣機的抽吸口通過夾層絕熱管道與凍堆的蒸發(fā)腔相通，抽氣機工作時，凍堆的蒸發(fā)腔產(chǎn)生負壓，凍堆內(nèi)的種子原凍液(4)的液面蒸發(fā)加速， 加深凍堆制冷，提高液化效率。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍堆，其特征在于所述凍堆的蒸發(fā)腔下部還有一套凍液抽吸裝置，此裝置是一個超低溫凍液抽吸泵(42)，此泵的抽吸口通過夾層絕熱管道與凍堆內(nèi)腔相通，凍液的排出是靠凍液抽吸泵(42)抽出。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述凍堆，其特征在于所述凍堆內(nèi)還設(shè)有一套凍液回填蒸發(fā)系統(tǒng)， 在液化凍芯(45)的中心有一個電極回填蒸發(fā)管(6)，電極回填蒸發(fā)管(6)的一端設(shè)有管底 (35)，另一端和堆芯體(44)內(nèi)的對應(yīng)回填輸送支管(17)相連通；凍液回填輸送泵(43)的吸進口與凍堆的凍液回填分流管(13)相通，輸出口通過凍液回填輸送管道(16)與各路支管 (17)相通；工作時凍液回填輸送泵(43)啟動，凍液由回填輸送管路壓入凍堆凍芯(45)內(nèi)的電極蒸發(fā)管中，由于凍芯(45)內(nèi)的原料氣體溫度較凍液高，凍液從電極回填蒸發(fā)管(6)的管壁和管底的微孔(31)中直接蒸發(fā)或滲出后蒸發(fā)，由于蒸發(fā)的吸熱效應(yīng)，使凍芯(45)的氣體再次強力降溫，為液化創(chuàng)造條件。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凍堆，其特征在于所述凍堆的凍芯(45)還設(shè)有一個徑向電場，凍芯(45)內(nèi)、徑向電場的陽極是中心的電極蒸發(fā)管(6)，電極蒸發(fā)管(6)和回填輸送支管(17)以及回填總管(39)都是導(dǎo)體；在堆芯體(44)的原料氣體輸送總管道(27)內(nèi)，回填總管(39)與回填輸送管(16)的連接處，通過絕緣子(20)相絕緣開來；在芯內(nèi)回填總管(39) 上搭接導(dǎo)線(22)，導(dǎo)線(22)通過管壁穿線絕緣子(21)穿出原料氣體輸送總管道(27)進入凍堆的絕熱夾層，然后有陽極(23)在電極絕緣子M的絕緣隔離下引出凍堆；再由于，凍堆內(nèi)殼體(2)、外殼體(1)和凍堆芯管(3)都是導(dǎo)體且相連接，因此在凍堆外殼體(1)上直接連接電極(25);工作時，電極(25)接電場源的低電勢位，電極(23)接電場源的高電勢位，這樣，凍堆內(nèi)的堆芯管(3)的壁與中心的電極蒸發(fā)管(6)之間就形成一個環(huán)形徑向電場。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述凍堆，其特征在于所述凍堆的信息檢測控制系統(tǒng)是由設(shè)置在各部位的數(shù)據(jù)踩點感知器件和相關(guān)電路、電磁執(zhí)行機構(gòu)和相關(guān)電路以及負責信息處理的計算機組成；其中數(shù)據(jù)采點感知器件和相關(guān)電路有設(shè)立在原料氣體輸入器件包(18)內(nèi)的原料氣體壓力探測儀，原料氣體流量、流速探測儀，原料氣體溫度探測儀，蒸發(fā)腔抽吸器件包 (10)內(nèi)的蒸發(fā)腔氣壓探測儀、溫度探測儀，凍液抽吸器件包(12)內(nèi)的凍液流量儀、流速儀、 腔內(nèi)液位感知儀，凍液回填器件包(14)內(nèi)的凍液輸送流量儀、凍液輸送流速儀，同時，還有與以上儀器配套使用的相關(guān)電路；執(zhí)行器件有原料氣體輸入器件包(18)內(nèi)的信息控制電磁流量閥門，蒸發(fā)腔抽吸器件包(10)內(nèi)的信息控制電磁閥門和信息調(diào)控的氣體抽吸機， 凍液抽吸器件包(12)內(nèi)的信息控制電磁閥門和信息調(diào)控的凍液抽吸機，凍液回填器件包 (14)內(nèi)的信息控制的電磁閥門和信息調(diào)控的凍液壓注輸送泵，同時，還有與以上設(shè)施配套使用的儀器電路；電腦(37)為凍堆的信息處理中心；在以上信息系統(tǒng)中，1、2接口為信息接口，3、4為自用電接口，通過信息線路將所有踩點感知器件、執(zhí)行器件以及相關(guān)電路的1、2 接口與計算機的信息接口 1、2連接起來，所有器件的自用電接口 3、4與供電設(shè)備的輸出接口相接；計算機(37)通過運作凍堆的管理程序?qū)龆堰M行操作管理。
10.根據(jù)權(quán)利要求1一9所述的凍堆，其特征還在于所述凍堆在實際應(yīng)用中可以進行多凍堆并列使用，這是大幅度提高液化效率、實現(xiàn)大規(guī)模液化的重要手段。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種能將氣體冷凍液化的凍堆裝置，尤其適合氫氣、氧氣等雙原子氣體的高效液化，它包括凍堆的堆體罐1和2，安裝在凍堆內(nèi)且浸沒在種子原凍液4中的凍堆芯體，經(jīng)過預(yù)凍的原料氣體從凍堆入口19進入到凍堆芯內(nèi)，原料氣體在堆芯內(nèi)受到核外寄生子的替換效應(yīng)、回填蒸發(fā)效應(yīng)、化學(xué)觸媒效應(yīng)、電勢牽拉效應(yīng)、壓力推動效應(yīng)、原子篩剪切效應(yīng)的共同作用，使預(yù)凍氣體發(fā)生高效液相轉(zhuǎn)化；成功轉(zhuǎn)化且穿出原子篩后的低核外寄生態(tài)原子第一時間受到種子原凍液的左右，使其原子核的動性姿態(tài)與種子原凍液保持一致，形成穩(wěn)定的液體，給日后遠距離投送、儲存和使用創(chuàng)造了極其重要的條件；凍堆是氫能源時代極其重要的設(shè)備，它也是南極風車、紫外線光堆的姊妹發(fā)明。
文檔編號F25J1/02GK102494514SQ20111040663
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月9日
發(fā)明者不公告發(fā)明人 申請人:張立永