CN212157863U - 一种便携式极化氢气的低温设备 - Google Patents
一种便携式极化氢气的低温设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN212157863U CN212157863U CN202020876249.XU CN202020876249U CN212157863U CN 212157863 U CN212157863 U CN 212157863U CN 202020876249 U CN202020876249 U CN 202020876249U CN 212157863 U CN212157863 U CN 212157863U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- hydrogen
- catalytic reaction
- reaction cavity
- primary
- cold
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
Landscapes
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
一种便携式极化氢气的低温设备，包括：制冷机恒温器、压缩机、控温仪以及真空泵组，制冷机恒温器包括制冷机冷头、仪表裙、外壳、多个冷台、氢气管路、多个催化反应腔以及多个温度计和加热器；制冷机恒温器为极化氢气的主体设备，不需要消耗液氦即可固化氢气；且通过内部的氢气管路及两级催化反应腔对氢气进行极化；部分氢气管路和初级催化反应腔热锚在制冷机的一级冷台上，在催化剂的辅助下进行预冷和初步催化；氢气进入二级催化反应腔后可液化甚至固化，加速氢气转化为仲氢。本实用新型提高了仲氢的转化效率和纯度，将纯化后的仲氢升至室温后便于长时间储存。
Description
技术领域
本实用新型属于低温物理实验装置技术领域，具体说，是一种不消耗液氦即可为极化仲氢实验提供低温环境的设备。
背景技术
仲氢可用于核磁共振波谱或者临床前核磁成像的超极化基底的制备，增强核磁共振信号，在医学、生物、化学、物理、能源和航天等领域有较广泛的应用前景。
通常氢气分子是正氢(Ortho-H2)和仲氢(Para-H2)两种自旋异构体混合物组成，核自旋方向相同的氢分子为正氢，核自旋方向相反的氢分子为仲氢。正氢和仲氢的平衡组分比与温度密切相关，比如在273K时仲氢平衡组分比约25％，在20K时仲氢的平衡组分比超过99.8％。
原则上来讲可通过改变温度来改变仲氢在氢气混合物中组分比，不过因为正氢和仲氢间的转变牵涉原子核自旋(磁性)的变化，在没有催化剂的情况下正氢和仲氢间的自发转变过程是缓慢的。在低温和合适催化剂(比如活性炭、Fe2O3、CrO:SiO2等)的作用下可加速正氢向仲氢的转变。而纯化后的仲氢自发转变为正氢的过程是缓慢的，可以较长时间储存。
目前极化氢气的装置转换效率低，耗时较久，且仪器笨重，无法在特定环境下便捷快速获得高纯度的仲氢。
实用新型内容
本实用新型提供了一种便携式极化氢气的低温设备，在不需要消耗液氦的情况下，利用制冷机给高纯氢气降温，并加以催化剂辅助加速正氢向仲氢转化，所用设备集成于一体式机柜中，便于移动。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种便携式极化氢气的低温设备，包括：制冷机恒温器21、压缩机17、控温仪20以及真空泵组19，其特征在于：
所述制冷机恒温器21包括制冷机冷头1、仪表裙2、外壳3、一级冷台16、二级冷台5、氢气管路9、催化反应腔以及多个温度计和加热器，且所述外壳3内为真空腔，所述一级冷台16、二级冷台5、氢气管路9、催化反应腔以及多个温度计和加热器均设在所述真空腔内；
所述制冷机冷头1、仪表裙2、一级冷台16以及二级冷台5自上而下依次排列；
所述仪表裙2上设有真空电学接头、抽真空接口6、氢气引入口组件7以及氢气出口8；
所述催化反应腔包括对氢气进行预冷和初步催化的初级催化反应腔10和对氢气进行液化或者固化的二级催化反应腔15，所述初级催化反应腔10设在所述一级冷台16的下方；
所述二级催化反应腔15设在所述二级冷台5的下方；
多个所述氢气管路9分别设在所述氢气入口组件7与所述初级催化反应腔10之间、所述初级催化反应腔10与所述二级催化反应腔15之间、所述二级催化反应腔15与氢气出口8之间，从而在所述真空腔内形成氢气的流动通道；
所述制冷机冷头1分别通过氦气进口和氦气出口与所述压缩机17连接，形成氦气循环回路；
所述控温仪20通过所述真空电学接头与多个所述温度计和加热器电连接；
所述真空泵组19分别与所述抽真空接口6、氢气引入口组件7的氢气管路抽真空接口连接。
本实用新型还进一步采用以下优选技术方案：
所述制冷机恒温器21、压缩机17、控温仪20以及真空泵组19集成在机柜18中。
所述氢气引入口组件7包括氢气管路抽真空接口、真空计、氢气入口接口和内部氢气管路接口；
所述真空计设在所述内部氢气管路接口处，测量与显示所述氢气管路9内的压强；
所述氢气入口接口与氢气供应设备连接；
所述内部氢气管路接口与所述氢气管路9连接。
在所述真空腔内还设有冷屏4，所述冷屏4固定在所述一级冷台16上。
所述温度计和加热器包括第一温度计和加热器14、第二温度计和加热器以及第三温度计和加热器13；
所述第一温度计和加热器14设置在氢气出口8处的氢气管路9上；
所述第二温度计和加热器设置在所述一级冷台16上；
所述第三温度计和加热器13设置在所述二级催化反应腔15的外壁上。
所述氢气管路9为不锈钢毛细管。
所述氢气管路9的预冷部分管路热锚在所述一级冷台16上。
在所述二级催化反应腔15的下方设有防止固化后的氢堵塞所述氢气管路9的过滤片11；并通过铟密封法兰12进行密封。
所述制冷机冷头1为可烘烤型二级GM机冷头。
所述压缩机17为风冷式氦气压缩机。
本实用新型具有以下技术效果：
本实用新型在无需消耗液氦情况下，利用低温装置给高纯氢气降温并加以催化剂辅助可加速正氢向仲氢的转化，提高了仲氢的转化效率和纯度。并且该设备有连续流工作模式和单发工作模式。连续流工作模式可在低氢气流速下对流动的正氢转化成仲氢。而单发工作模式可将一定量的正氢进行较长时间的转换，为了提高仲氢的纯度，可对氢气进行液化或者固化。
附图说明
图1是本实用新型的便携式极化氢气的低温设备的示意图。
图2是本实用新型的便携式极化氢气的低温设备的制冷机恒温器正视图。
其中，1.制冷机冷头 2.仪表裙 3.真空外壳 4.冷屏 5.二级冷台 6.抽真空口 7.氢气入口 8.氢气出口 9.氢气管路 10.初级催化反应腔 11.过滤片 12.铟密封法兰 13.第三温度计和加热器 14.第一温度计和加热器 15.二级催化反应腔 16.一级冷台 17.压缩机 18.机柜 19.真空泵组 20.控温仪 21.制冷机恒温器。
具体实施方式
现将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1是本实用新型的便携式极化氢气的低温设备的示意图；图2是本实用新型的便携式极化氢气的低温设备的制冷机恒温器21正视图，如图1、图2所示，本实用新型的便携式极化氢气的低温设备包括：制冷机恒温器21、压缩机17、控温仪20以及真空泵组19。
制冷机恒温器21、压缩机17、控温仪20以及真空泵组19集成在机柜18中。机柜18带有可移动和锁定的脚轮，使得极化氢气的低温设备能够根据需求随时移动和固定。
制冷机恒温器21包括制冷机冷头1、仪表裙2、外壳3、冷屏4、冷台、氢气管路9、初级催化反应腔10、二级催化反应腔15、过滤片11、第一温度计和加热器14、第二温度计和加热器以及第三温度计和加热器13，且外壳3内为真空腔。冷屏4、冷台、氢气管路9、初级催化反应腔10、二级催化反应腔15、过滤片11以及多个温度计和加热器均设在真空腔内。
其中，冷台包括一级冷台16和二级冷台5。并且，制冷机冷头1、仪表裙2、一级冷台16以及二级冷台5自上而下依次排列。
制冷机冷头1分别通过氦气进口和氦气出口与压缩机17连接，形成氦气循环回路。即，将高压室温氦气通过氦气传输管线和氦气进口传送至制冷机冷头1进行膨胀制冷，并将膨胀后的低压室温氦气通过另一根氦气传输管线和氦气出口送至压缩机17内部转变为高压氦气，如此循环往复。催化剂失去活性后需要加热进行再生，此时真空腔内的温度能达到350K以上，但标准的二级GM冷头可承受的最高工作温度不超过325K，因此，在对催化剂加热再生时，可能会导致制冷机冷头损坏。可烘烤型的冷头可承受最高工作温度在370K以上，以此保证在对催化剂加热烘烤时制冷机冷头仍可正常工作，因此在本实用新型中，优选使用可烘烤型二级GM机冷头。压缩机17采用风冷式氦气压缩机。
仪表裙2即电学接头、抽真空口等连接部件集中安装在一起的地方，以实现将低温恒温器内相关部件与外界仪表连接。仪表裙2上设有真空电学接头、抽真空接口6、氢气引入口组件7以及氢气出口8。控温仪20通过电学引线和真空电学接头与真空腔内的第一温度计和加热器14、第二温度计和加热器以及第三温度计和加热器13电连接，利用控温仪20内置的PID温度控制程序对温度计和加热器所在位置的温度进行监视和调控。
氢气引入口组件7包括氢气管路抽真空接口、真空计、氢气入口接口和内部氢气管路接口；氢气管路抽真空接口与真空泵组20连接，通过真空泵组19对氢气管路9进行抽泵，以达到真空环境；真空计设在氢气内部氢气管路接口处，测量与显示氢气管路9内的压强；氢气入口接口与氢气供应设备连接；内部氢气管路接口与氢气管路9连接。
真空泵组19还与抽真空接口6和氢气管路抽真空接口连接，对外壳3内部进行泵抽，使其内部达到真空环境。
氢气出口8处的氢气管道9上，设有第一温度计和加热器14，能够将极化后的仲氢恢复至室温，方便储存。
抽真空接口6、氢气引入口组件7以及氢气出口8均设有阀门，控制抽真空接口6、氢气引入口组件7以及氢气出口8的开闭。
在一级冷台16上固定有冷屏4、第二温度计和加热器以及初级催化反应腔10。并且，氢气管路9为不锈钢毛细管，部分氢气管路9热锚在一级冷台16上，起到对氢气预冷的作用。初级催化反应腔10内装有催化剂，并利用一级冷台16的冷量对氢气进行预冷和初步催化，以提高制备仲氢的纯度和产率。
所述第二温度计和加热器一方面能够监视和调控一级冷台16的温度，另一方面可对初级催化反应腔10内的催化剂进行加热和烘烤来快速再生催化剂。
在二级冷台5上设有二级催化反应腔15，二级催化反应腔15内装有催化剂，能够对已预冷和初步催化的氢气进行液化(20.3K)甚至固化(14K)，几乎可将所有氢气转变为仲氢从而获得高纯的仲氢。
第三温度计和加热器13可对二级催化反应腔15进行变温和控温，结合控温仪20可在14K-30K范围内高精度变温和控温。
在二级催化反应腔15的下方设有过滤片11，用于防止固化后的氢堵塞氢气管路9。过滤片11通过铟密封法兰12进行密封。
多个氢气管路9分别设在氢气入口组件7与初级催化反应腔10之间、初级催化反应腔10与二级催化反应腔15之间、二级催化反应腔15与氢气出口8之间，从而在真空腔内形成氢气的流动通道。
本***采用便携式设计，极化氢气所需部件均集成于一体式机柜中，便于移动。制冷机恒温器为极化仲氢提供合适的温度环境，精巧的氢气管路及催化反应腔设计提高了制备的仲氢的纯度，并提高了该***极化仲氢的效率。该***有连续流工作模式和单发工作模式。连续流工作模式可在低氢气流速下对流动的正氢转化成仲氢。而单发工作模式可将一定量的正氢进行较长时间的转换，为了提高仲氢的纯度，可对氢气进行液化或者固化。
所述***工作时，首先启动控温仪，设置预计达到的温度值；打开压缩机和制冷机恒温器进行降温。其次打开真空泵组通过波纹管与真空腔的抽真空接口和氢气入口处的抽真空接口连接，对真空腔和氢气管路进行抽真空，待真空度和温度达到要求后，关闭对应阀门和真空泵组。最后开启氢气入口阀门，氢气进入氢气管路后进入初级催化反应腔，在催化剂的辅助下初步极化，随后进入二级催化反应腔，在14-30K范围内进行充分极化，转变为仲氢。极化后的仲氢进入氢气管路，在被升至室温后到达氢气出口，进入收集装置，室温储存。
虽然已经通过示例对本实用新型的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本实用新型的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本实用新型的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本实用新型的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种便携式极化氢气的低温设备，包括：制冷机恒温器(21)、压缩机(17)、控温仪(20)以及真空泵组(19)，其特征在于：
所述制冷机恒温器(21)包括制冷机冷头(1)、仪表裙(2)、外壳(3)、一级冷台(16)、二级冷台(5)、氢气管路(9)、催化反应腔以及多个温度计和加热器，且所述外壳(3)内为真空腔，所述一级冷台(16)、二级冷台(5)、氢气管路(9)、催化反应腔以及多个温度计和加热器均设在所述真空腔内；
所述制冷机冷头(1)、仪表裙(2)、一级冷台(16)以及二级冷台(5)自上而下依次排列；
所述仪表裙(2)上设有真空电学接头、抽真空接口(6)、氢气引入口组件(7)以及氢气出口(8)；
所述催化反应腔包括对氢气进行预冷和初步催化的初级催化反应腔(10)和对氢气进行液化或者固化的二级催化反应腔(15)，所述初级催化反应腔(10)设在所述一级冷台(16)的下方；
所述二级催化反应腔(15)设在所述二级冷台(5)的下方；
多个所述氢气管路(9)分别设在所述氢气引入口组件(7)与所述初级催化反应腔(10)之间、所述初级催化反应腔(10)与所述二级催化反应腔(15)之间、所述二级催化反应腔(15)与氢气出口(8)之间，从而在所述真空腔内形成氢气的流动通道；
所述制冷机冷头(1)分别通过氦气进口和氦气出口与所述压缩机(17)连接，形成氦气循环回路；
所述控温仪(20)通过所述真空电学接头与多个所述温度计和加热器电连接；
所述真空泵组(19)分别与所述抽真空接口(6)、氢气引入口组件(7)的氢气管路抽真空接口连接。
2.根据权利要求1所述的便携式极化氢气的低温设备，其特征在于：
所述制冷机恒温器(21)、压缩机(17)、控温仪(20)以及真空泵组(19)集成在机柜(18)中。
3.根据权利要求2所述的便携式极化氢气的低温设备，其特征在于：
所述氢气引入口组件(7)包括氢气管路抽真空接口、真空计、氢气入口接口和内部氢气管路接口；
所述真空计设在所述内部氢气管路接口处，测量与显示所述氢气管路(9)内的压强；
所述氢气入口接口与氢气供应设备连接；
所述内部氢气管路接口与所述氢气管路(9)连接。
4.根据权利要求1或2所述的便携式极化氢气的低温设备，其特征在于：
在所述真空腔内还设有冷屏(4)，所述冷屏(4)固定在所述一级冷台(16)上。
5.根据权利要求1或2所述的便携式极化氢气的低温设备，其特征在于：
所述温度计和加热器包括第一温度计和加热器(14)、第二温度计和加热器以及第三温度计和加热器(13)；
所述第一温度计和加热器(14)设置在氢气出口(8)处的氢气管路(9)上；
所述第二温度计和加热器设置在所述一级冷台(16)上；
所述第三温度计和加热器(13)设置在所述二级催化反应腔(15)的外壁上。
6.根据权利要求1或2所述的便携式极化氢气的低温设备，其特征在于：
所述氢气管路(9)为不锈钢毛细管。
7.根据权利要求6所述的便携式极化氢气的低温设备，其特征在于：
所述氢气管路(9)的预冷部分管路热锚在所述一级冷台(16)上。
8.根据权利要求1或2所述的便携式极化氢气的低温设备，其特征在于：
在所述二级催化反应腔(15)的下方设有防止固化后的氢堵塞所述氢气管路(9)的过滤片(11)；并通过铟密封法兰(12)进行密封。
9.根据权利要求1或2所述的便携式极化氢气的低温设备，其特征在于：
所述制冷机冷头(1)为可烘烤型二级GM机冷头。
10.根据权利要求1或2所述的便携式极化氢气的低温设备，其特征在于：
所述压缩机(17)为风冷式氦气压缩机。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020876249.XU CN212157863U (zh) | 2020-05-22 | 2020-05-22 | 一种便携式极化氢气的低温设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202020876249.XU CN212157863U (zh) | 2020-05-22 | 2020-05-22 | 一种便携式极化氢气的低温设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212157863U true CN212157863U (zh) | 2020-12-15 |
Family
ID=73706967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202020876249.XU Active CN212157863U (zh) | 2020-05-22 | 2020-05-22 | 一种便携式极化氢气的低温设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN212157863U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112610891A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-06 | 北京航天试验技术研究所 | 一种具有活化功能的正仲氢催化转化装置及方法 |
| CN112645281A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-13 | 同济大学 | 一种正仲氢转化装置及正仲氢转化方法 |
| CN112808176A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-18 | 同济大学 | 一种正仲氢转化装置及正仲氢高性能转化方法 |
| CN117160369A (zh) * | 2023-11-01 | 2023-12-05 | 中海石油气电集团有限责任公司 | 一种催化剂持续高效运行的正仲氢催化转化方法及装置 |
-
2020
- 2020-05-22 CN CN202020876249.XU patent/CN212157863U/zh active Active
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112610891A (zh) * | 2020-12-18 | 2021-04-06 | 北京航天试验技术研究所 | 一种具有活化功能的正仲氢催化转化装置及方法 |
| CN112645281A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-04-13 | 同济大学 | 一种正仲氢转化装置及正仲氢转化方法 |
| CN112808176A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-18 | 同济大学 | 一种正仲氢转化装置及正仲氢高性能转化方法 |
| CN112645281B (zh) * | 2020-12-30 | 2022-09-16 | 同济大学 | 一种正仲氢转化装置及正仲氢转化方法 |
| CN112808176B (zh) * | 2020-12-30 | 2022-09-20 | 同济大学 | 一种正仲氢转化装置及正仲氢高性能转化方法 |
| CN117160369A (zh) * | 2023-11-01 | 2023-12-05 | 中海石油气电集团有限责任公司 | 一种催化剂持续高效运行的正仲氢催化转化方法及装置 |
| CN117160369B (zh) * | 2023-11-01 | 2024-04-09 | 中海石油气电集团有限责任公司 | 一种催化剂持续高效运行的正仲氢催化转化方法及装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN212157863U (zh) | 一种便携式极化氢气的低温设备 | |
| US10859293B2 (en) | Mechanical vibration-isolated, liquid helium consumption-free and extremely low temperature refrigerating system | |
| CN103606430B (zh) | 高温超导磁体低温氦气自循环冷却*** | |
| US20100275616A1 (en) | Cryogenic refrigerator and control method therefor | |
| CN111412695B (zh) | 一种基于液氧液氮混合再抽空的超级过冷液氧获取*** | |
| CN113030367B (zh) | 一种正仲氢反应催化剂催化性能测试装置 | |
| CN104677000A (zh) | 一种利用液氮致冷的低温装置及其实现方法 | |
| CN114739055B (zh) | 一种基于液氧冷量的液氧/液甲烷综合过冷***及方法 | |
| Wu et al. | An 80 mW/8 K high-frequency pulse tube refrigerator driven by only one linear compressor | |
| CN109027660A (zh) | 一种超临界氢的存储方法及超临界氢的应用 | |
| CN114551025B (zh) | 一种提供液氦迫流冷却工质的装置 | |
| CN112097422A (zh) | 一种采用直流的回热式制冷机高效液化*** | |
| CN110848559A (zh) | 一种超临界液态氢存储*** | |
| CN114322349B (zh) | 耦合直流的回热式制冷机冷却的低温储存*** | |
| CN115406132B (zh) | 一种氦低温制冷***及制冷方法 | |
| CN101818853B (zh) | 带冷量利用的循环吸附储氢装置 | |
| CN116699079B (zh) | 一种超低温气体实验平台及其工作方法 | |
| CN113446216A (zh) | 高纯流体介质增压装置 | |
| CN213040803U (zh) | 一种采用直流的回热式制冷机高效液化*** | |
| CN215672697U (zh) | 高纯流体介质增压装置 | |
| CN211203634U (zh) | 一种超临界液态氢存储*** | |
| CN112129040B (zh) | 一种液氙冷却、氙气再液化撬装装置及其方法 | |
| US20200408463A1 (en) | Liquid air storage device and method, and air liquefaction apparatus | |
| Feng et al. | Metal hydride compressor and its application in cryogenic technology | |
| Baik et al. | Initial test results of laboratory scale hydrogen liquefaction and densification system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder | ||
| CP02 | Change in the address of a patent holder |
Address after: 100085 no.1027, 1st floor, area a, No.1 South anningzhuang back street, Haidian District, Beijing Patentee after: BEIJING PHYSIKE TECHNOLOGY Co.,Ltd. Address before: 100085 no.1027, 1st floor, Lin 831-nei 1, Changping Road, Anning North Road, Haidian District, Beijing Patentee before: BEIJING PHYSIKE TECHNOLOGY Co.,Ltd. |