[发明专利]一种氢浆发生器、连续批量制备氢浆的系统及方法

权利要求书

1.一种氢浆发生器，其特征在于，包括真空绝缘容器(30)以及位于所述真空绝缘容器(30)内部的液氢深冷装置(26)和氢浆产生装置(27)，其中：

所述液氢深冷装置(26)包括第四热交换器(3)，在所述液氢深冷装置上连接有液氢入口管路(5)和过冷液氢出口管路(25)，所述液氢深冷装置用于使通过所述液氢入口管路(5)进入的液氢经所述第四热交换器(3)进行热交换降温后使其温度低于其正常沸点；

所述氢浆产生装置(27)包括在其底部设置的喷枪总成(18)，所述过冷液氢出口管路(25)的末端通过液氢入口调节阀(24)连接至所述喷枪总成(18)并使过冷液氢经所述喷枪总成(18)后在喷嘴(28)处以雾状喷出，所述氢浆产生装置(27)内部均匀充有能够冷却至氢的三相点温度以下的过冷氦气气氛，以使雾状喷出的液氢过冷形成固态氢颗粒；

在所述氢浆产生装置(27)的顶部设有热交换组件，所述热交换组件包括第一热交换器(15)和过冷板(16)，所述过冷板(16)设置在所述第一热交换器(15)的底部，所述过冷板(16)包括顶板(161)和底板(162)，其中，沿所述顶板(161)的径向设有窄槽(163)，在所述底板(162)的下方布设有多个与所述底板(162)的表面呈夹角设置的挡板(164)；

所述第一热交换器(15)上连接有由第一过冷氦入口管路(8)和第一氦气出口管路(7)组成的第一组氦循环系统以及由第二过冷氦入口管路(12)和第二氦气出口管路(13)组成的第二组氦循环系统，以通过所述第一组氦循环系统和所述第二组氦循环系统为所述第一热交换器(15)提供冷循环使所述热交换器组件周围建立低于氢的三相点温度以下的低温环境；在所述氢浆产生装置(27)的上方设有氢气回收管路(11)；

在所述第二过冷氦入口管路(13)上连接有喷枪氦气入口管路(14)，所述喷枪氦气入口管路(14)与位于所述喷枪总成(18)内的喷枪氦气出口管路(21)相连通，在所述喷枪氦气出口管路(21)的末端设有氦气喷嘴(19)，所述氦气喷嘴(19)靠近所述喷嘴(28)设置；以便将过冷氦气通过第二过冷氦入口管路(13)、喷枪氦气入口管路(14)和喷枪氦气出口管路(21)分流至所述氦气喷嘴(19)，以使过冷氦气能够喷射至液氢束流上。

2.根据权利要求1所述的氢浆发生器，其特征在于，在所述氢浆产生装置(27)的底部形成氢浆收集区(22)，在所述氢浆收集区(22)的流体表面设有液位传感器；所述氢浆收集区(22)通过氢浆出口管路(17)与外部收集容器(10)相连接，且在所述氢浆出口管路(17)上设有氢浆出口低温节流阀(23)，以便利用所述氢浆产生装置(27)与所述外部收集容器(10)之间的压力差使呈流体状态的氢浆连续输送至所述外部收集容器(10)内。

3.根据权利要求2所述的氢浆发生器，其特征在于，在所述氢浆出口管路(17)内设有在线密度传感器和压差式流量计，所述在线密度传感器和所述氢浆出口低温节流阀(23)均与外部控制设备相连接并基于所述在线密度传感器的测量值调节所述氢浆出口低温节流阀(23)的开度；所述压差式流量计用于监测氢浆流量。

4.根据权利要求1所述的氢浆发生器，其特征在于，所述第四热交换器(3)上连接有第三过冷氦入口管路(4)和第三氦气出口管路(6)，以通过所述第三过冷氦入口管路(4)和所述第三氦气出口管路(6)为所述第四热交换器(3)提供冷循环。

5.根据权利要求1所述的氢浆发生器，其特征在于，所述真空绝缘容器(30)包括容器外壳(1)、容器内胆(2)和位于顶部的密封盖；

在所述氢浆产生装置(27)内还设置有检测系统和接口适配器，所述检测系统包括温度控制器、压力传感器、可视化监控系统和低温照明灯；所述检测系统通过所述接口适配器与外部控制设备进行信号传输。

6.一种连续批量制备氢浆的系统，其特征在于，所述系统包括前述权利要求1至5任一项所述的氢浆发生器，所述系统还包括氢气液化装置(120)和过冷氦气发生器(140)，其中，所述氢气液化装置(120)与所述氢浆发生器的液氢深冷装置(26)通过液氢输送管路相连接；所述过冷氦气发生器(140)通过虹吸管路与氢浆产生装置(27)相连接。

7.一种连续批量制备氢浆的方法，其特征在于，所述方法采用权利要求6所述的系统来完成，所述方法包括：

通过液氢输送管路将氢气液化装置(120)产生的液氢或液氢原料输送至氢浆发生器的液氢深冷装置(26)，使液氢经第四热交换器(3)进行热交换降温后使其温度低于其正常沸点；

将液氢深冷装置(26)降温处理后的液氢引入氢浆产生装置(27)的喷枪总成(18)内；

通过虹吸管路将过冷氦气发生器(140)产生的过冷氦引入氢浆产生装置(27)的热交换组件和喷枪总成(18)内，以便使氢浆产生装置(27)内部均匀充有能够冷却至氢的三相点温度以下的过冷氦气气氛，以使自喷枪总成的喷嘴以雾状喷出的液氢过冷形成固态氢颗粒；产生的固态氢自然沉降至位于氢浆产生装置(27)底部的氢浆收集区(22)内，与液氢混合形成具有一定固化率的氢浆；

打开氢浆出口低温节流阀(23)，利用氢浆产生装置(27)内部与外部收集容器(10)之间的压力差使氢浆连续输送至外部收集容器(10)内；

所述氢浆产生装置(27)内部产生的氢气通过氢气回收管路(11)进入氢气回收系统；所述氢浆产生装置(27)内部产生的氦气通过第一氦气出口管路(7)和第二氦气出口管路(13)进入氦气回收系统。