CN110454364A - 一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及隔膜压缩机技术领域，具体涉及一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，包括缸体、配油盘、缸盖、排气阀、排气接管、膜片；配油盘可拆卸连接于缸盖与缸体之间，配油盘上方设有膜片，缸盖与膜片之间形成气腔，缸体与膜片之间形成油腔；排气阀设置在缸盖上，且排气阀的一端与气腔连通，另一端与排气接管连接，所述排气阀与排气接管的外部设有用于散热的热管。本发明一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，其不仅打破传统隔膜压缩机缸盖水冷的冷却方式，还能使冷却结构尽可能地贴近排气阀与排气接管等区域，使得排气阀与排气接管的温度能够快速降低，增大隔膜压缩机在运行时的可靠性，提高隔膜压缩机的使用寿命。

Description

一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构

技术领域

本发明涉及隔膜压缩机技术领域，具体涉及一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构。

背景技术

作为燃料电池汽车的能源补充场所，加氢站的建设在燃料电池汽车的发展中具有至关重要的地位。近年来，氢能行业迅速发展，以美、欧、日为代表都从国家可持续发展和安全战略的高度，制定了长期的氢能发展战略。作为加氢站中用于氢气增压的关键设备之一，隔膜压缩机因为具有压缩比大、密封性好、压缩气体不受润滑油和其它固体杂质所污染等特点，在加氢站的建设与推广上具有不可或缺的作用。

一般地，隔膜压缩机主要由曲柄连杆机构、气缸部件、润滑油系统气管路部件以及曲轴箱部件组成。而在隔膜压缩机中，冷却系统主要包括对油侧液压油的冷却以及对气侧压缩气体的冷却。其中对于压缩气体的冷却，最重要的一环则是对缸盖进行冷却。高压比、大功率的隔膜压缩机在压缩气体的过程中，会产生大量的压缩热，此时排气温度也会较高，导致缸盖内部温度较高，尤其是缸盖排气阀孔、排气阀以及排气接管等压缩气体在排气过程中会经过的地方和部件，温度能够达到200℃以上。在这种高温情况下，隔膜压缩机缸盖的强度将会受到极大的影响，严重时则会导致缸盖发生塑性变形、排气阀螺栓松动等现象，对隔膜压缩机的安全性与可靠性造成威胁。

传统隔膜压缩机缸盖冷却方式主要采用水冷的方式，即在缸盖侧面加工冷却水道，水道在沿缸盖径向方向深入缸盖内部。这种冷却方法虽然在一定程度上能够降低缸盖温度，但是由于缸盖结构与加工工艺的限制，水道位置并不能靠缸盖中心排气阀孔太近，这也导致排气阀孔、排气阀与排气接管处的温度不能得到有效降低，缸盖的强度并不能得到提高与改善。

发明内容

为解决上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，其不仅打破传统隔膜压缩机缸盖水冷的冷却方式，还能使冷却结构尽可能地贴近排气阀与排气接管等区域，使得排气阀与排气接管的温度能够快速降低，增大隔膜压缩机在运行时的可靠性，提高隔膜压缩机的使用寿命。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，其特殊之处在于：

包括缸体、配油盘、缸盖、排气阀、排气接管、膜片；

配油盘可拆卸连接于缸盖与缸体之间，配油盘上方设有膜片，缸盖与膜片之间形成气腔，缸体与膜片之间形成油腔；

排气阀设置在缸盖上，且排气阀的一端与气腔连通，另一端与排气接管连接，所述排气阀与排气接管的外部设有用于散热的热管。

进一步地，上述热管为套筒结构，包括蒸发段和冷凝段，

蒸发段套装于排气接管与排气阀的外围；冷凝段向外延伸至缸盖外部，与蒸发段相垂直。

进一步地，上述热管包括管壳，所述管壳为空心结构，空心结构设有支撑体；支撑体为一个框架结构，将管壳内的空心结构分为若干个相互连通的空间，管壳内壁与支撑体表面上设有吸液芯，吸液芯之间的空间为蒸汽腔。

进一步地，上述冷凝段外壁还设有散热翅片，用以增强热管冷凝时的换热效果。

进一步地，上述冷凝段上端还设有热管顶盖，顶盖上还设有排气管。

进一步地，上述管壳的材料为铜。

进一步地，上述吸液芯的材料为金属卷绕丝网吸液芯，或烧结金属吸液芯，或多孔泡沫金属吸液芯或具有毛细力的毛细材料。

进一步地，上述吸液芯的工作介质为水或者导热姆A或者其它适宜在中温或高温环境工作且与管壳材料和吸液芯材料相容的介质。

进一步地，上述蒸发段内径比排气阀与排气接管外径稍大，使得热管能够顺利安装于排气阀与排气接管外且缝隙不至于太大，安装后在缝隙中注入导热油或者导热胶，以减少热量传递中的热阻。

本发明的优点：

1、本发明为一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，具有结构简单、易于拆装、加工成本低的优点；

2、本发明所用热管是利用介质在热端蒸发后在冷端冷凝的相变过程(即利用液体的蒸发潜热和凝结潜热)，使热量快速传导，与传统水冷的对流换热方式相比，具有换热迅速、高效的特点；

3、传统隔膜压缩机缸盖冷却采用水冷的方式，结构复杂且零部件较多，除此以外，在缸盖内部打冷却水道还会影响缸盖的强度，增加了隔膜压缩机运行时的风险及成本，而采用本发明热管冷却则不会带有附加零部件，且对缸盖强度的影响甚小，甚至由于热管的冷却作用，还会改善缸盖由于高温引起的强度问题；

4、传统隔膜压缩机缸盖冷却采用水冷的方式，在缸盖内部打冷却水道，这种方法虽然在一定程度上能够降低缸盖内部的温度，但是由于缸盖结构与加工工艺的限制，水道位置并不能靠排气阀太近，同样水道与排气接管也相距甚远，并不能达到对排气阀孔、排气阀以及排气接管进行降温的目的，使得换热效果大大降低；而本发明中采用热管结构直接对排气接管、排气阀以及阀台阶进行冷却降温，进而达到对排气阀以及排气阀孔进行降温的目的，避免由于压缩机在运行过程中由于排气阀孔、排气阀以及排气接管处的热应力较高导致缸盖强度受到影响的问题，增大隔膜压缩机在运行时的可靠性，提高隔膜压缩机的使用寿命。

附图说明

图1是本发明实例中隔膜压缩机缸头结构剖视示意图；

图2是本发明实例中隔膜压缩机缸头结构的俯视示意图；

图3是本发明实例隔膜压缩机缸头结构内排气接管、排气阀与热管部位的局部剖视示意图；

图4是本发明实例中热管蒸发段剖视示意图；

图5是图中A处放大图；

图6是本发明实例中热管冷凝段剖视示意图；

图7是图中B处放大图；

图8是本发明实例中热管工作流体工作原理图。

下图中1-缸体、2-配油盘、3-缸盖、4-主螺栓、5-排气阀、6-排气接管、7-热管、8-排气压阀盖、9-阀螺栓、10-吸气压阀盖、11-吸气阀、12-吸气阀、13-膜片、14-阀台阶、15-蒸发段、16-冷凝段、17-吸液芯、18-支撑体、19-管壳、20-排气管、21-蒸汽腔、22-热管底端、23-热管顶盖、24-散热翅片。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

参见图1和图2，一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，包括缸体1、配油盘2、缸盖3、主螺栓4、排气阀5、排气接管6、热管7、排气压阀盖8、阀螺栓9、吸气压阀盖10、吸气接管11、吸气阀12、膜片13、阀台阶14以及热管的蒸发段15、冷凝段16、吸液芯17、支撑体18、管壳19、排气管20、蒸汽腔21、热管底端22、顶盖23和散热翅片24。

缸盖3与缸体1通过主螺栓4连接，配油盘2可拆卸连接于缸盖3与缸体1之间，配油盘2上方设有膜片13，缸盖3与膜片13之间形成气腔，缸体1与膜片13之间形成油腔。

排气压阀盖8在阀螺栓9的作用下，通过压紧排气接管6将排气阀5压紧在阀台阶14上。排气阀5与排气接管6周围安装有热管7，热管7为空心套筒结构，包括蒸发段15和冷凝段16。

蒸发段15环绕套装于排气接管6与排气阀5的外圈，热管底端22与阀台阶14接触，蒸发段15内壁与底面为受热面。为避免冷凝段16与排气压盖8相冲突，冷凝段16向外延伸至缸盖3外部，与蒸发段15相垂直。这样，当隔膜压缩机在运行过程中，气腔内的高温高压气体依次通过排气阀5以及排气接管6导出，排气阀5与排气接管6在高温气体强烈的对流换热作用下温度迅速升高，此时热管7则通过连续不断的蒸发与冷凝过程通过排气阀5与排气接管6将压缩气体的压缩热带走，进而达到对压缩气体与排气接管的降温过程。

参见图3，排气阀5与排气接管6周围上安装有热管结构7，其中热管分为蒸发段15和冷凝段16，包括吸液芯17、支撑体18、管壳19、排气管20、蒸汽腔21、热管底端22、顶盖23和散热翅片24。

热管空腔内壁面加工有吸液芯17，吸液芯17的材料为金属卷绕丝网吸液芯，或烧结金属吸液芯，或多孔泡沫金属吸液芯或其它具有一定毛细力的毛细材料。管壳19材料为纯铜，热管的工作介质为水或者导热姆A或者其它适宜在中温或高温环境工作且与管壳材料和吸液芯材料相容的介质。热管顶盖23位于热管冷凝段上端，通过焊接的方式与热管7焊接在一起，顶盖23上还设有排气管20，通过排气管20注入工作介质和将热管内的空气抽出，排气管采用夹封和焊接的方式封住。热管蒸发段15内径比排气阀5与排气接管6外径稍大，使得热管7能够顺利安装于排气阀5与排气接管6外且缝隙不至于太大，安装后在缝隙中注入导热油或者导热胶，以减少热量传递中的热阻。热管7空腔宽度为6mm左右，热管管壳19厚度为1mm左右。热管冷凝段15外壁还加工有散热翅片24，用以增强热管冷凝时的换热效果。

参见图4-图7，蒸发段15的蒸汽腔内设有一定数量的支撑体18，支撑体连接着蒸发段15空腔的内壁面与外壁面，并沿轴向方向延伸至冷凝段16，支撑体15与热管顶盖23相接触，但与热管冷凝段16侧面不相连，相当于支撑体15将整个热管套管结构分为若干个空间，而若干个空间之间彼此连通，不影响热管抽真空的过程与热管内部工作介质的流通。支撑体18的材料为纯铜，与管壳19共同加工而成，壁面上均加工有吸液芯17。这样，支撑体18的存在既可以防止由于热管7腔体抽真空而导致的变形，还能够增大吸液芯的有效面积，提高热管的效率。

参见图8，本发明实例中热管工作流体工作原理为：当蒸发段15在高温排气阀5与排气接管6的影响下而受热时，蒸发段15内吸液芯17中的工作液体蒸发汽化，蒸汽在微小的压差下通过蒸汽腔21流向冷凝段15，蒸汽遇冷凝结成液体，液体靠吸液芯16多孔材料的毛细力的作用流经吸液芯17回到蒸发段14，如此循环，使得热量由热管的一端传至另一端。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，本领域的技术人员其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行调节，或者对其中部分技术特征进行等同替换。所以，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，其特征在于：

包括缸体(1)、配油盘(2)、缸盖(3)、排气阀(5)、排气接管(6)、膜片(13)；

配油盘(2)可拆卸连接于缸盖(3)与缸体(1)之间，配油盘(2)上方设有膜片(13)，缸盖(3)与膜片(13)之间形成气腔，缸体(1)与膜片(13)之间形成油腔；

排气阀(5)设置在缸盖(3)上，且排气阀(5)的一端与气腔连通，另一端与排气接管(6)连接，所述排气阀(5)与排气接管(6)的外部设有用于散热的热管(7)。

2.根据权利要求1所述的一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，其特征在于：所述热管(7)为套筒结构，包括蒸发段(15)和冷凝段(16)，

蒸发段(15)套装于排气接管(6)与排气阀(5)的外围；冷凝段(16)向外延伸至缸盖(3)外部，与蒸发段(15)相垂直。

3.根据权利要求2所述的一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，其特征在于：所述热管(7)包括管壳(19)，所述管壳(19)为空心结构，空心结构设有支撑体(18)；支撑体(18)为一个框架结构，将管壳(19)内的空心结构分为若干个空间，管壳(19)内壁与支撑体(18)表面上设有吸液芯(17)，吸液芯(17)之间的空间为蒸汽腔(21)。

4.根据权利要求3所述的一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，其特征在于：所述冷凝段(15)外壁还设有散热翅片(24)。

5.根据权利要求4所述的一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，其特征在于：所述管壳(19)的材料为铜。

6.根据权利要求3-5任一所述的一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，其特征在于：所述吸液芯(17)的材料为金属卷绕丝网吸液芯，或烧结金属吸液芯，或多孔泡沫金属吸液芯或具有毛细力的毛细材料。

7.根据权利要求6所述的一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，其特征在于：所述吸液芯(17)的工作介质为水或者导热姆A。

8.根据权利要求7所述的一种带有热管的加氢站隔膜压缩机缸盖冷却结构，其特征在于：所述蒸发段(15)内径大于排气阀(5)与排气接管(6)的外径，在热管(7)与排气阀(5)与排气接管(6)之间的缝隙中注入导热油或者导热胶。