液化器：

可实现在3 bar下液化1 L/hr的氢气，同事能够储存高达200 L的LH2。根据NIST的氢气热力学性质数据，包括从正氢到仲氢(O-P)的转化热(516 kJ/kg)，需要80 W的制冷量才能实现1 L/hr的液化。根据这些数据；在20 K下冷却70 W或在25 K下冷却100 W，确定采用Cryomech公司的AL325 GM型制冷机

保温设计：

为了减少漏热量，与其他传统的低温储存系统类似，该液化器采用了双壁真空夹套杜瓦设计。在这个系统中，有两个同心罐，一个内罐和一个外罐，由304不锈钢制成。两罐之间是多层绝热层(MLI)和10-4 ~10-5托的高真空。

使用40层Lydall's双面镀铝Mylar (DAM)和CRS-wrap(一种微玻璃垫片)包裹内容器的所有表面，图1[17]。本实验采用Edwards公司的nEXT400D涡轮分子泵(TMP)，并配有旋转叶片背泵。制造了一系列G-10 CR挡板，用5层DAM包裹，没有间隔，以减少通过内罐颈部的对流和辐射传热。为了减少内部储罐的导热传热，在外部储罐和内部储罐之间使用了大型G-10 CR盘。最后，为了减少内罐颈部的重量压力，制造了一个低损耗的g - 10cr支撑结构，并安装在内外罐之间的底部。在采取了所有这些减少热泄漏的步骤后，预计漏热量在10w左右。

氢热管及正仲氢转化器：

    AL325冷头表面积有限，位于液化器顶部;为了快速地将热量从储罐的下部部分传递到冷头，并提高液化的表面积，需要额外增加热管。热管主体由304不锈钢管制成。两个无氧高导电性(OFHC)帽在一侧加工成扩展的同心鳍，另一侧加工成光滑的镜面。翅片是为了增加热管内部的表面积，镜面抛光是为了减少冷头或OeP转换器与铜帽之间的接触电阻。加工后，在热管的顶部和底部镀银。为了进一步提高外表面面积，铜质轴向翅片被焊接到管道的外表面。机体用氦气加压至36bar进行泄漏测试。还有一个正仲氢转换器安装在热管的底部。

氢气流将通过铜块中的流动路径进入转化器，在那里它将冷却或冷凝，然后向下流到催化剂床上。在床上转化后，氢气将从床的底部流出，进入主储罐。当将LH2转移到外部非冷藏储罐时，作为对氢储存尤为重要，因为转化的热量会导致蒸发增加。该正仲氢转换器确保了99%以上的液氢是仲氢。

预冷器

为了提高液化速率，还制作了预冷器。

使用带有正仲氢转换催化剂的液氮(LN2)预冷器可显著降低制冷机的热负荷。300 ~ 20 K的氢气感热为3509 kJ/kg, 300 ~ 77 K的氢气感热为2905 kJ/kg[14,16]。因此，83%的热量可以通过使用预冷器去除。该系统被设计成一个填充床热交换器，放置在商用35l LN2杜瓦瓶中。在设计中，室温下的氢气首先流过真空屏蔽管；这种最初的真空绝缘可以防止杂质在到达活性炭之前凝结。在填料床的上部，有大约400毫升的活性炭，以去除气体中的杂质。接下来，气体将通过床底约100毫升的商用催化剂。通过催化剂后，气体将通过非绝缘管道返回，以除去正仲氢转换产生的任何额外热量，然后进入真空夹套卡口适配器，用于传输管道。

数据采集系统

制作了多个带阀门的卡口和两条 2 m 柔性真空夹套传输线。这些传输管线在液化期间将预冷器连接到液化器，并在液体传输和再冷凝期间在 5 L 和液化器之间重新配置。为了测量温度，其中一根传输线配备了直接焊接到其内管表面的 E 型热电偶。安装热电偶后，将 DAM MLI 缠绕在热电偶线上。然后将低热损失垫片安装在 MLI 上，并将内管滑入外管并焊接。连接热电偶线的真空馈入件以将温度数据传送至数据采集系统。

5L液氢储罐

航烨能源科技还额外制作了一个5L的储罐来演示当前的低温技术。这种储罐的设计可与目前的商业或工业储存系统相媲美或更好。例如，Technifab的5l储存系统，其LN2的蒸发速率为6%/天，Cryofab的150l LH2储存系统，其蒸发速率为1.5%/天[18,19]。

基于在可用的实验设施内实际和安全的操作目的，设计的初始体积为5升。为了确保最小的残余气体热泄漏，使用Edwards EXT75DX TMP和旋转叶片背泵可以实现优于104 Torr的真空度。为了限制传导性热传递并为内罐提供支撑，使用了两个长G-10 CR支撑颈。一侧用于液化器的液体填充，另一侧用于传感器。传导热泄漏，对于许多低温系统，如这一个，是热泄漏到系统的主要来源，因此，为了尽量减少这种热泄漏，这些颈将需要尽可能长，但不增加容器的尺寸超过一个可行的高度；因此选择1 m长度。然后，制作了一个2毫米厚的铜蒸汽冷却辐射屏蔽。用8公斤的测试单丝钓鱼线将这个保护罩挂在盖子的顶部。

这个屏蔽层拦截来自外壳的热量，防止它到达内部5l的存储空间。最后，为了减少辐射传热，储罐的所有表面都包裹了40层DAM MLI: 5l内罐，G-10 CR颈和辐射屏蔽。包装后，储罐完全组装完成。在液氢条件下，整个组件的预期蒸发率为0.57 L/天(11.5%/天)，在液氮条件下为0.11 L/天(2%/天)。在完成所有部件的组装后，将它们连接在一起，形成一个完整的液化、储存和再液化系统，如图1所示。

航烨能源为您提供实验室用小型氢液化系统方案，欢迎来电咨询。