一种便携式极化氢气的低温设备制造技术

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。本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种便携式极化氢气的低温设备
本技术属于低温物理实验装置
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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，本技术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。本技术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。本技术具有以下技术效果：本技术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是本技术的便携式极化氢气的低温设备的示意图。图2是本技术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技术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技术的范围。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是本技术的便携式极化氢气的低温设备的示意图；图2是本技术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，本技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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：/n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；/n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；/n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)；/n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；/n所述二级催化反应腔(15)设在所述二级冷台(5)的下方；/n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；/n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；/n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；/n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。/n...

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄社松，王凡，杨威，刘云，
申请(专利权)人：北京飞斯科科技有限公司，
类型：新型
国别省市：北京;11