專利名稱：泥氫生產(chǎn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種泥狀氫(slush hydrogen，泥氫)生產(chǎn)裝置，它適用于生產(chǎn)泥氫，泥氫包括互相共存的固態(tài)氫和液態(tài)氫。
一般地，作為生產(chǎn)這樣的泥氫的原則，下列方法是作為低溫工程協(xié)會的國際會議或1990年在夏威夷(Hawaii)舉行的第8屆世界氫能會議中的科學(xué)研究成果出現(xiàn)的。即它們是，一種間接冷卻方法，在這種方法中將液態(tài)氦(liquid helium)提供到包含有液態(tài)氫的容器的一個(gè)冷卻外殼中，以便液態(tài)氦通過外殼流動(dòng)并產(chǎn)生凝固在容器內(nèi)壁上的固態(tài)氫，然后用螺旋(screw)裝置將固態(tài)氫刮去，一種直接冷卻方法，在這個(gè)方法中將低溫氣態(tài)氦通過一氦供應(yīng)管吹到液態(tài)氫中以便在和的前端產(chǎn)生固態(tài)氫，一種連續(xù)降低壓力的方法，在這種方法中，通過將液態(tài)氫供應(yīng)到一封閉容器中并在該封閉容器中使壓力降至不超過其三相點(diǎn)壓力，在液態(tài)氫的表面產(chǎn)生氫的固態(tài)層，以及一種間歇降低壓力方法，在這種方法中，在通過降低封閉容器中的壓力使其不超過三相點(diǎn)而在液態(tài)氫的表面形成氫的固態(tài)層之后，將那里的壓力增到三相點(diǎn)壓力之上以便溶解表面固定層的這樣的部分即與容器的內(nèi)壁表面接觸的部分來使固體層下降。然而，使得可以通過工業(yè)程序有效大量地生產(chǎn)泥氫的這樣一種裝置還沒有研制出來。
在通過間接冷卻方法生產(chǎn)泥氫的場合，由于是通過螺旋的方法刮去凝固在容器內(nèi)壁的固態(tài)氫，就存在著這樣一個(gè)問題即在固態(tài)氫生成的內(nèi)壁當(dāng)刮削螺紋間的間隙調(diào)節(jié)(clearance setting)太精細(xì)以致不能使固態(tài)氫的顆粒直徑均等。
在通過直接冷卻方法來生產(chǎn)泥氫的場合，由于固戊氫是通過將低溫氣態(tài)氦吹進(jìn)液態(tài)氫而在氦供應(yīng)管的前端生成的，所以要在那里生成的固態(tài)氫易于以管狀方式(tabular manner)在氣態(tài)氦流動(dòng)的方向上生長。因而，通過攪動(dòng)(stirs)的方法來破壞管狀生長的固態(tài)氫是必要的。在這種場合也存在著這樣的問題即固態(tài)顆粒直徑的均勻化變得很困難。
在連續(xù)降低壓力方法來生產(chǎn)泥氫的場合中，由于是將液態(tài)氫供應(yīng)到封閉容器中然后使封閉容器中的壓力降至到不超過三相點(diǎn)壓力以便在液態(tài)表面部分產(chǎn)生氫的固態(tài)層，所以固態(tài)氫易于從這樣的液態(tài)層即與氣相接觸的液態(tài)層中生成也易于從其與容器內(nèi)周壁相接觸的部分生成。因此，雖然在液相部分進(jìn)行攪動(dòng)，由于固態(tài)層已沿周壁生成很難破壞這相固態(tài)層。也存在著這樣一個(gè)問題即要在封閉容器的內(nèi)部處處產(chǎn)生泥氫是很困難的。
一方面，在用間斷除低壓力方法生產(chǎn)泥氫的場合，由于沿容器周邊壁凝固的固態(tài)氫部分的溶解通過周期地在封閉容器中將壓力改變到不超過三相點(diǎn)的壓力及在三相點(diǎn)之上的壓力而進(jìn)行的結(jié)果，液體表面生成的固體層由于液固間的密度差而可以沉降在液體里，通過每隔一定時(shí)間(從幾秒到十幾秒)。將液體表面暴露到氣相可以加強(qiáng)固體層的形成與生長。但是在這種場合，由于固態(tài)氫僅僅是沉降到液體中，存在著這樣一個(gè)問題即要想使液體中的固體顆粒的直徑都均勻是很難的。
即，通過普通的泥氫生產(chǎn)裝置是可以生產(chǎn)泥氫的但是要生產(chǎn)這樣的泥氫它包括具有均勻直徑的固體顆粒卻是很困難的。結(jié)果在這些裝置的實(shí)際應(yīng)用之前還有一段太長的時(shí)間。此外，在這些會議中先前提出的泥氫生產(chǎn)裝置主要僅僅指導(dǎo)生產(chǎn)泥氫但在這些裝置中作為原材料的液態(tài)氫的供應(yīng)及泥氫的取出卻沒有被擬.
本發(fā)明指導(dǎo)解決這樣的問題，并且本發(fā)明的一個(gè)目標(biāo)是通過一工業(yè)程序提供泥氫生產(chǎn)裝置，該裝置可以有效地生產(chǎn)包括具有均勻直徑的固體顆粒的泥氫。
為了完成上述目標(biāo)，本發(fā)明屬于使用間歇降低壓力法的泥氫生產(chǎn)裝置，在這個(gè)裝置中，將一液態(tài)氫供應(yīng)/泄出通道連到絕緣封閉容器的底部，一個(gè)排出通道與一氦氣供應(yīng)通道被連到其上部，熱交換器與真空泵在排出通道中從絕緣封閉容器的端邊以此順序排列，攪動(dòng)裝置安裝在絕緣封閉容器里且攪動(dòng)裝置采用從絕緣封閉容器的外邊來驅(qū)動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，由于在通過間歇壓力降低法的泥氫生產(chǎn)裝置中，液態(tài)氫供應(yīng)/泄出通道連到絕緣封閉容器的底部，排出通道與氦氣供應(yīng)通道連到其上部，熱交換器與真空泵在排出通道中以此順序從絕緣封閉容器的邊端排列，攪動(dòng)裝置安置在絕緣封閉容器中，且攪動(dòng)裝置采用從絕緣封閉容器的外邊來驅(qū)動(dòng)，當(dāng)通過降低絕緣容器中的真空等固體層沉降到液態(tài)氫里時(shí)，通過攪動(dòng)裝置破壞固體層來使固態(tài)氫的顆粒與液態(tài)氫混合是可能的。
因而，由于固態(tài)氫與液態(tài)氫被攪動(dòng)，可以使固態(tài)氫顆粒均等化并產(chǎn)生在流動(dòng)性上具有優(yōu)勢的泥氫。
由于以這種方式通過攪動(dòng)裝置進(jìn)行了固態(tài)及液態(tài)氫的混合，即使絕緣封閉容器的內(nèi)直徑很大，也可以在絕緣封閉容器中均勻混合固體顆粒。由此，固態(tài)氫顆粒被液態(tài)氫的下一次凝固用作核來促進(jìn)固態(tài)氫的生產(chǎn)率并加強(qiáng)了泥氫的生產(chǎn)效率，結(jié)果大量的泥氫可在短時(shí)間內(nèi)生成。
此外，由于液態(tài)氫供應(yīng)/泄出通道連到絕緣封閉容器的低部而排出通道及氦氫供應(yīng)通道連到絕緣封閉容器的上部，可以有效地進(jìn)行作為原材料的液態(tài)氫的供應(yīng)及所生產(chǎn)的泥氫的排出。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是絕緣封閉容器的一個(gè)剖面圖。
圖1與圖2中，符號1代表絕緣封閉容器。液態(tài)氫被包含在絕緣封閉容器1中而且泥氫在絕緣封閉容器中的生產(chǎn)是通過在靠近氫的三相點(diǎn)(7Kpa帕)壓力的附近升降絕緣封閉容器中的壓力來進(jìn)行的。
一個(gè)液態(tài)氫供應(yīng)/泄出通道2被連到絕緣封閉容器1的下部，通道2用于將液氫提供到絕緣封閉容器1的內(nèi)部并排出所生產(chǎn)的泥氫。在液態(tài)氫供應(yīng)/泄出通道2中安置一個(gè)液態(tài)氫填充/取出閥3。
用于排出在絕緣封閉容器1中氣體的排出通道4及用于將增壓氦氣供應(yīng)到絕緣封閉容器1中的氦氣供應(yīng)通道5被連到絕緣封閉容器1的上部。開/關(guān)轉(zhuǎn)換閥6、熱交換器7、流動(dòng)調(diào)整閥8及真空泵9在排出通道里從絕緣封閉容器1的端邊以此順序安置，且流動(dòng)調(diào)態(tài)閥10及流動(dòng)通道開/關(guān)閥11在氦氣供應(yīng)通道5中從氦氣供應(yīng)源(未示出)的端邊以此順序排列。
如圖2所示，絕緣封閉容器1是雙容器型的且在內(nèi)容器12及外容器13還有液氮存儲容器14之間有一個(gè)絕緣真空空間，液氮存儲容器14的安裝是用于在內(nèi)外容器12、13之間空間內(nèi)冷卻外容器13以便降低它們之間的溫差。在內(nèi)外容器12，13中分別安置窺視窗15以便允許操作者從視覺上證實(shí)內(nèi)容器12中的液態(tài)氫的狀態(tài)。
在內(nèi)容器12中裝有攪動(dòng)裝置。攪動(dòng)裝置16的轉(zhuǎn)動(dòng)軸17采用由驅(qū)動(dòng)馬達(dá)19來旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)安置在絕緣封閉容器1的上部開口18的外部，攪動(dòng)裝置16的旋轉(zhuǎn)軸17及驅(qū)動(dòng)馬達(dá)19的輸出軸(output shaft)未接觸狀態(tài)下通過使用磁性耦合器(magnetic coupler)的耦合裝置20來互相可旋轉(zhuǎn)地耦合在一起。
包括熱電偶(thermocouples)的溫度感受儀器21及一密度測量儀器22以這樣一種方式即浸入包含在內(nèi)容器12中的液態(tài)氫中的方式被安裝在雙容器型絕緣封閉容器1的內(nèi)容器12中。
順便說說，圖1及圖2中，符號23代表一控制裝置，該裝置用于處理溫度感受儀器21及密度測量儀器22的輸出信號，且符號24代表一相機(jī)(video camera)，它面對窺視窗15而裝置?？梢杂孟鄼C(jī)24來監(jiān)控液態(tài)氫的狀態(tài)。將絕緣裝置施加到置于絕緣封閉容器1之下的液態(tài)氫供應(yīng)/泄出通道2上。
然后，在下面將解釋與泥氫生產(chǎn)裝置相關(guān)的泥氫的生產(chǎn)程序。
將液態(tài)氫通過液態(tài)氫供應(yīng)/泄出通道2供應(yīng)到已足夠預(yù)冷的絕緣封閉容器1中。在這種場合，由于在液態(tài)氫供應(yīng)之前在絕緣封閉容器1中大氣壓力占壓勢(prevail)，所供應(yīng)的液態(tài)氫的溫度為20.3K(開)，其中的壓力為101.4千帕且所供應(yīng)液態(tài)氫的密度為0.81Kg/m3(千克/米3)。通過操作真空泵9以便在排出通道4開啟后從絕緣封閉容器1中排出氫氣，絕緣封閉容器1中的壓力被降到7.3千帕，它是氫的三相點(diǎn)壓力。因而液態(tài)氫在其表面及其與內(nèi)容器12的壁面接觸的部分上開始凝固。這時(shí)，液態(tài)氫的溫度為13.8開且其密度為77.06千克/米3而固態(tài)氫的溫度為13.8開且密度為86.67千克/米3。
然后，在壓力降低之后一定時(shí)間過后(約10秒)關(guān)閉開/關(guān)轉(zhuǎn)換閥6來增加一點(diǎn)絕緣封閉容器1中的內(nèi)部壓力以便內(nèi)部壓力增加在三相點(diǎn)壓力之上。因而，由于從容器壁而來的熱供應(yīng)使得凝固氫與壁表面相接觸的部分溶解，然后由已凝固固態(tài)氫構(gòu)成的其表面部分按原來的樣子沉降到液態(tài)氫中。于是由于在絕緣封閉容器1中攪動(dòng)裝置16運(yùn)行，已凝固的固態(tài)氫被分成固態(tài)氫的小塊，這些小塊與液態(tài)氫混合在一起。
在真空度降低之后一定時(shí)間(約10秒)過后，在排出通道4中的開/關(guān)轉(zhuǎn)換閥6又一次開啟用來從絕緣封閉容器1中進(jìn)行排出并將容器1的內(nèi)部壓力減到三相點(diǎn)壓力，結(jié)果，在液態(tài)氫的表面部分中可以又一次生成固態(tài)氫。當(dāng)泥氫生產(chǎn)的完成由通過窺視窗15的目視檢查而確認(rèn)時(shí)或者當(dāng)由浸入絕緣封閉容器1中液態(tài)氫的密度測量儀器22所檢測的液態(tài)氫的密度通過重復(fù)這些程序而達(dá)到一中間值(例如81.54Kg/m2)時(shí)，這個(gè)中間值包括在三相點(diǎn)壓力的液態(tài)氫密度(77.06Kg/m3)與固態(tài)氫密度(86.67kg/m3)之間，在絕緣封閉容器1中的壓力被取消(set aside)幾小時(shí)以便保持三相點(diǎn)壓力。在這種場合，它被消除幾小時(shí)的原因是固態(tài)氫顆粒在其剛剛產(chǎn)生后帶有嚴(yán)重地影響其流動(dòng)性的角狀物質(zhì)(horn)，但是在其產(chǎn)生后過幾小時(shí)角狀物質(zhì)從固態(tài)氫顆粒中去除，結(jié)果它們的形狀將改變成不會嚴(yán)重影響其流動(dòng)性的形狀。
在取消的時(shí)間過后，打開氫氣供應(yīng)通道5的流動(dòng)調(diào)整閥10并且打開液態(tài)氫供應(yīng)/泄出通道5的液態(tài)氫填充/取出閥3，結(jié)果增壓氦氣被提供到絕緣封閉容器1，然后從中取出冰糕狀(sherbet-like)泥氫。
由于本發(fā)明的許多不同實(shí)施例對于那些熟知本領(lǐng)域的人們是明顯，這些實(shí)施例之一在這里已被披露或涉及到，應(yīng)該理解到這里提出的本發(fā)明的特殊實(shí)施例只是用于示例，對本發(fā)明并不限制，還應(yīng)理解到在不偏離如附后的權(quán)利要求中所陳述的本發(fā)明的精神及范圍的條件下可以進(jìn)行這樣的實(shí)施例及其變化或修改。
權(quán)利要求
1.通過對包括在絕緣封閉容器(1)中的液態(tài)氫重復(fù)進(jìn)行凝固及溶解的程序生產(chǎn)泥氫的泥氫生產(chǎn)裝置，在這里將液態(tài)氫供應(yīng)/泄出通道(2)連到所說絕緣封閉容器(1)的下部，將排出通道(4)及氦氣供應(yīng)通道(5)連到所說絕緣封閉容器(1)的上部，熱交換器(7)及真空泵(9)在所說的排出通道(4)中從絕緣封閉容器(1)的邊端以此順序來安置，將攪動(dòng)裝置(16)安置在所說絕緣封閉容器(1)中且所說攪動(dòng)裝置(16)采用從絕緣封閉容器(1)的外部被驅(qū)動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1中所述的泥氫生產(chǎn)裝置，其特征為所說絕緣封閉容器(1)是雙容器型的且具有一個(gè)提供在內(nèi)容器(12)與外容器(13)間的真空絕緣空間，而用于冷卻外容器(13)的液態(tài)氮存儲裝置(14)安置在提供于內(nèi)外容器(12)，(13)間的空間里。
3.如權(quán)利要求1中所述的泥氫生產(chǎn)裝置，其特征在于內(nèi)外容器(12)(13)分別帶有窺探窗(15)，結(jié)果內(nèi)容器(12)中的液態(tài)氫的狀態(tài)可以從外部通過窺視窗(15)通過目視而確認(rèn)。
全文摘要
本發(fā)明試圖通過工業(yè)程序提供一個(gè)泥氫生產(chǎn)裝置，它適于有效地生產(chǎn)具有均勻顆粒直徑的泥氫。將液態(tài)氫供應(yīng)/泄出通道(2)連到絕緣封閉容器(1)的底部，將排出通道(4)及氦氫供應(yīng)通道(5)連到絕緣封閉容器(1)的上部，熱交換器(7)及真空泵(9)在排出通道(4)中從絕緣封閉容器(1)以此順序來安置，攪動(dòng)裝置(16)安裝在絕緣封閉容器(1)中且攪動(dòng)裝置(16)采用從絕緣封閉容器(1)的外部來驅(qū)動(dòng)。
文檔編號F25J1/00GK1064848SQ9111197
公開日1992年9月30日 申請日期1991年12月28日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月8日
發(fā)明者宮崎淳 申請人:巖谷產(chǎn)業(yè)株式會社