CN114144584B - 一种电动液驱动活塞式氢气压缩机及压缩方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动液驱动活塞式氢气压缩机及压缩方法，涉及压缩机技术领域，包括液压换向系统、第一两级压缩缸、第二两级压缩缸、气体冷却装置和气体管路，第一两级压缩缸和第二两级压缩缸串联布置，实现四级压缩，液压换向系统通过电机驱动油泵向液压系统供油，分别为第一两级压缩缸和第二两级压缩缸提供动力，气体冷却装置分别为第一两级压缩缸和第二两级压缩缸的两级压缩降温，油箱还连接有循环散热的冷却装置，气体管路上设置有进气阀、高压气出口阀、中压气出口阀和多个压力表。该压缩机实现了氢气的四级增压压缩，并解决了压缩散热问题，提高了压缩效率，另外该压缩机还具有稳定性高、震动小、控制灵活等优点。

Description

一种电动液驱动活塞式氢气压缩机及压缩方法

技术领域

本发明涉及压缩机技术领域，尤其是一种电动液驱动活塞式氢气压缩机及压缩方法。

背景技术

近年来，为了减少车辆排放的二氧化碳，燃料电池电动汽车和将氢气发动机汽车等的氢作为燃料的燃氢汽车的开发盛行。燃氢汽车一般都配备有灌装了氢气的氢气罐作为氢气供给源。氢气加气站具有由多个气瓶组成的氢气储存设备、以及、将氢气储存设备供给的氢气灌装到车辆的氢气罐中的分配器(灌装机)。并且，在将设置在分配器软管前端的连接器连接在所述氢气罐的灌装口上的状态下，利用氢气储存设备与氢气罐之间的压力差向氢气罐内灌装氢气。

氢气在通过压力差转移的过程中或者其他的运输使用过程中，需要对氢气进行压缩，从而还原氢气的存储压力及温度，现有的压缩机包括曲柄连杆活塞式压缩机、隔膜式压缩机，这两种压缩机不能直接启动，必须将压缩机内的高压气体放掉，电机才能带动“空”负荷缩机起动，因此电能消耗很大，并且工作噪音大；隔膜式压缩机靠膜片在膜腔内往复挠曲实现气体压缩，隔膜寿命较低，且隔膜破裂存在气液混合的风险。

另外现有的氢气压缩机大多只能实现两级压缩，并且压缩效率有待提高；为了实现氢气的多级有效压缩，需要解决多级压缩之间的连接和控制问题，以及压缩氢气冷却的问题，还需要合理的设计氢气压缩线路，减小震动和噪音，避免油气混合带来的危险，实现高效的多级压缩，需要对氢气压缩机做进一步的改进。

发明内容

为了实现氢气的四级增压压缩，并解决压缩散热问题，提高压缩效率、压缩机的稳定性，并减小压缩机震动，本发明提供了一种电动液驱动活塞式氢气压缩机及压缩方法，具体技术方案如下。

一种电动液驱动活塞式氢气压缩机，包括液压换向系统、第一两级压缩缸、第二两级压缩缸、气体冷却系统和气体管路，第一两级压缩缸和第二两级压缩缸通过气体管路串联布置，液压换向系统分别给第一两级压缩缸和第二两级压缩缸独立的提供动力，气体冷却系统为第一两级压缩缸和第二两级压缩缸的两级压缩分别降温。

优选的是，第一两级压缩缸包括第一气缸、第一气缸活塞、第二气缸、第二气缸活塞、油缸、油缸活塞、活塞杆和支撑隔板，还连接有第一液压系统、第一冷却装置和油气隔离密封结构；所述第一气缸的直径大于第二气缸的直径，所述第一气缸和第二气缸分别通过支撑隔板和油缸同轴相连，所述活塞杆的两端分别设置有第一气缸活塞和第二气缸活塞，活塞杆中部设置有油缸活塞；所述第一液压系统控制油缸内的油缸活塞运动，活塞杆带动第一气缸活塞和第二气缸活塞分别沿第一气缸和第二气缸运动；所述第一气缸活塞和第二气缸活塞分别把第一气缸和第二气缸内的空间分隔为两个腔体；所述第一气缸两个腔体的出气口分别连接第二气缸两个腔体的进气口；第一气缸和第二气缸腔体相连的气体连接管路上，第二气缸腔体的出气口连接管路上均设置有第一冷却装置；所述活塞杆和支撑隔板之间设置有油气隔离密封结构和油气监测通道。

进一步优选的，第二两级压缩缸的结构与第一两级压缩缸结构相同，或者第二两级压缩缸包括第三气缸、第三气缸活塞、第四气缸、第四气缸活塞、油缸、油缸活塞、活塞杆和支撑隔板，还连接有第二液压系统、第二冷却装置和油气隔离密封结构，所述第三气缸和第四气缸分别通过支撑隔板和油缸同轴相连，所述第三气缸和第四气缸结构对称，所述活塞杆的两端分别设置有第三气缸活塞和第四气缸活塞，活塞杆中部设置有油缸活塞；所述第二液压系统控制油缸内的油缸活塞运动，活塞杆带动第三气缸活塞和第四气缸活塞分别沿第三气缸和第四气缸运动；所述第三气缸活塞和第四气缸活塞分别把第三气缸和第四气缸内的空间分隔为两个腔体，腔体相连的气体连接管路上设置有第二冷却装置；所述活塞杆和支撑隔板之间设置有油气隔离密封结构。

还优选的，液压换向系统包括第一液压系统和第二液压系统，第一液压系统为第一两级压缩缸提供液压油，第二液压系统为第二两级压缩缸提供液压油；第一液压系统和第二液压系统共用油箱，油箱设置有独立的油冷却器和油泵形成油箱冷却回路。

还优选的，第一液压系统和第二液压系统均包括油泵、蓄能器、集成控制模块、油缸、控制盖板和换向阀，集成控制模块包括压力表、2个二向插装阀、液压换向阀和电磁换向阀；油泵通过管路与油箱相连，油泵将液压油泵送至集成控制模块，集成控制模块通过管路连接油缸；油泵和集成控制模块之间还设置有蓄能器，控制盖板插接在集成控制模块的二向插装阀上，其中1个控制盖板还连接有独立的电磁控制阀。

进一步优选的，蓄能器包括上端盖、下端盖、缸筒、活塞，所述缸筒的两端分别设置有上端盖和下端盖，活塞设置在缸筒内；所述上端盖上设置有气体通道，下端盖上设置有液压油通道；所述活塞上还设置有凸台，下端盖上设置有与凸台相配合的凹槽；所述凹槽的底面内设置有出油孔通往下端盖的外表面，出油孔内设置有阻尼器。

还优选的，气体管路包括进气管和出气管，所述进气管的支路上还设置有氮气置换进气口，进气管的干路连接第一两级压缩缸，进气管的干路上设置有压力表和过滤器，所述过滤器还连接有排污阀；所述进气管的干路、出气管路上设置有气动阀，气动阀分别与仪表风入口相连；所述出气管的干路分为高压气出口支管和中压气出口支管，高压气出口支管和中压气出口支管上自气体上游至下游均依次设置有气动阀、压力表和氮气置换排气检测口，所述高压气出口支管上还设置有单向阀。

进一步的，第一两级压缩缸和第二两级压缩缸之间的气体管路上，以及第二两级压缩缸与出气管之间的气体管路上，设置有安全放散管路。

一种电动液驱动活塞式氢气压缩方法，利用上述的一种电动液驱动活塞式氢气压缩机进行四级压缩增压，步骤包括：

步骤一，气体从进气管分别进入第一两级压缩缸的第一气缸内，在第一气缸活塞两侧分别完成一级压缩，一级压缩后的气体进入第一冷却器；

步骤二，冷却后的一级压缩气体进入第一两级压缩缸的第二气缸内，在第二气缸活塞两侧分别完成二级压缩，二级压缩后的气体进入第一冷却器；

步骤三，冷却后的二级压缩气体分别进入第二两级压缩缸的第三气缸和第四气缸，第三气缸和第四气缸在气缸活塞的一侧分别完成三级压缩，三级压缩后的气体进入第二冷却器；

步骤四，冷却后的三级压缩气体分别交叉进入第二两级压缩缸的第三气缸和第四气缸，第三气缸和第四气缸完成三级压缩对侧的腔体内完成四级压缩，四级压缩后气体进入第二冷却器；随后通过出气管排出。

优选的是，液压换向系统控制油缸活塞的行程和频率；第一气缸活塞的第一气缸和第二气缸的直径比例调整第一两级压缩缸的压缩比，第二两级压缩缸的活塞杆直径调整第二两级压缩缸的压缩比。

本发明的有益效果包括：

（1）提供了一种电动液驱动活塞式氢气压缩机，该压缩机通过第一两级压缩缸和第二两级压缩缸的串联实现了氢气的四级压缩，压缩机通过液压换向系统的电机驱动油泵并完成换向往复运动，冷却系统对每一级压缩的氢气都进行冷却，从而保证了压缩过程中氢气的温度不会上升，气体管路连接第一两级压缩缸第二两级压缩缸和气体冷却，保证了四级压缩的连续性和稳定性。

（2）压缩机的第一两级压缩缸选用非对称的两级双作用活塞式压缩缸，该压缩缸一级压缩和二级压缩同步进行提高了气体的压缩效率，并且排气温度稳定，管路脉动小；压缩机的第二两级压缩缸选用对称的两级双作用活塞式压缩缸，通过对称的两个气缸实现了两级双作用压缩，简化了气体压缩缸的安装结构，提升压缩缸的密封性能和系统的稳定性。

（3）压缩机的液压换向系统解决了液压系统工作中的超压和脉动问题，通过蓄能器减小了液压系统冲击并降低了油压变化幅度，还能够减轻了设备震动和噪音，保护运动部件；集成控制模块提高了液压系统的集成度，并且能够更好的控制液压换向，实现超压溢流；第一液压系统和第二液压系统共用油箱，冷却器与油缸液压回路并列布置，从而可以更好的独立冷却液压油，避免装置温度升高。

（4）利用该压缩机实现氢气压缩的方法，实现了对氢气的四级压缩增压，结合该装置在每一级的压缩后对压缩气体进行冷却，从而保证压缩气体的温度，并且通过液压换向系统精确的控制压缩缸的行程，从而实现对压缩过程的准确控制。

另外该电动液驱动活塞式氢气压缩机，以及利用该压缩机实现四级压缩增压的方法，其具有控制灵活，压缩效率高，维护方便等优点。

附图说明

图1是电动液驱动活塞式氢气压缩机原理结构示意图；

图2是电动液驱动活塞式氢气压缩机整体结构示意图；

图3是电动液驱动活塞式氢气压缩机的侧视图；

图4是电动液驱动活塞式氢气压缩机的另一侧视图；

图5是电动液驱动活塞式氢气压缩机的俯视图；

图6是第一两级压缩缸结构及工作原理示意图；

图7是第二两级压缩缸结构及工作原理示意图；

图8是液压换向系统原理示意图；

图9是蓄能器结构示意图；

图10是气体管路原理示意图；

图11是油气隔离密封结构示意图；

图12是第一两级压缩缸示意图；

图13是第二两级压缩缸示意图；

图中：1-液压换向系统；11-第一液压系统；12-第二液压系统；13-油泵；14-蓄能器；141-上端盖；142-下端盖；143-缸筒；144-活塞；15-集成控制模块；16--油箱；17--控制盖板；18-换向阀；19-油冷却器；2-第一两级压缩缸；21-第一气缸、22-第一气缸活塞；23-第二气缸；24-第二气缸活塞；25-油缸；26-油缸活塞；27-活塞杆；28-支撑隔板；3-第二两级压缩缸；31-第三气缸；32-第三气缸活塞；33-第四气缸；34-第四气缸活塞；4-气体冷却系统；41-第一冷却装置；42-第二冷却装置；5-气体管路；501-进气管；502-出气管；503-氮气置换进气口；504-压力表；505-单向阀；506-安全阀；507-气动阀；508-高压气出口支管；509-中压气出口支管；510-氮气置换排气检测口；511-过滤器；512-温度仪；513-球阀； 6-油气隔离密封结构；61-气密封部件；62-油密封部件；63-油气隔离密封部件；64-气密性检测通道；65-油密性检测通道。

具体实施方式

结合图1至图13所示，本发明提供的一种电动液驱动活塞式氢气压缩机及压缩方法的具体实施方式如下。

一种电动液驱动活塞式氢气压缩机具体包括液压换向系统1、第一两级压缩缸2、第二两级压缩缸3、气体冷却系统4和气体管路5，第一两级压缩缸2和第二两级压缩缸3通过气体管路串联布置，液压换向系统分别给第一两级压缩缸2和第二两级压缩缸3独立的提供动力，气体冷却系统4为第一两级压缩缸2和第二两级压缩缸3的两级压缩分别降温。其中压缩机的结构及原理如图1所示，该压缩机通过第一两级压缩缸和第二两级压缩缸的串联实现了氢气的四级压缩，压缩机通过液压换向系统的电机驱动油泵并完成换向往复运动，冷却系统对每一级压缩的氢气都进行冷却，从而保证了压缩过程中氢气的温度不会上升，气体管路连接第一两级压缩缸第二两级压缩缸和气体冷却，保证了四级压缩的连续性和稳定性。

第一两级压缩缸2的具体结构包括第一气缸21、第一气缸活塞22、第二气缸23、第二气缸活塞24、油缸25、油缸活塞26、活塞杆27和支撑隔板28，以及第一液压系统11、第一冷却装置41和油气隔离密封结构6。第一气缸21的直径大于第二气缸23的直径，气体在大直径气缸内实现一级压缩后进入小直径气缸，可以进一步的压缩气体，从而实现了更加高效的压缩气体。第一气缸21和第二气缸23分别通过支撑隔板28和油缸25同轴相连，支撑隔板和活塞杆之间设置了油气隔离密封结构，活塞杆的两端分别设置有第一气缸活塞和第二气缸活塞，活塞杆27中部设置有油缸活塞。第一液压系统11控制油缸内的油缸活塞运动，活塞杆27带动第一气缸活塞和第二气缸活塞分别沿第一气缸和第二气缸运动。第一气缸活塞22和第二气缸活塞24分别把第一气缸和第二气缸内的空间分隔为两个腔体，第一气缸两个腔体的出气口分别连接第二气缸两个腔体的进气口，第一气缸和第二气缸腔体相连的气体连接管路上，第二气缸腔体的出气口连接管路上均设置有第一冷却装置，活塞杆和支撑隔板之间设置有油气隔离密封结构和油气监测通道，实现油气隔离并监测油气隔离的有效性。

第一两级压缩缸2实现两级压缩，气体压缩的步骤包括：第一级压缩，气体从进气管分别进入第一两级压缩缸的第一气缸内活塞的两侧，第一气缸活塞在油缸活塞的带动下，往复运动，气体在第一气缸活塞两侧分别完成一级压缩，一级压缩后的气体进入第一冷却器内冷却；第二级压缩，冷却后的一级压缩气体进入第一两级压缩缸的第二气缸内，在第二气缸活塞两侧分别完成二级压缩，二级压缩后的气体再次进入第一冷却器。第一气缸和第二气缸上还可以设置有位移传感器，位移传感器将位置信号传递至第一液压系统，第一液压系统根据该信号调整油缸活塞的运动。

第二两级压缩缸3的具体结构可以与第一两级压缩缸结构相同或者不同，若不同则第二两级压缩缸的结构包括第三气缸31、第三气缸活塞32、第四气缸33、第四气缸活塞34、油缸25、油缸活塞26、活塞杆27和支撑隔板28，以及第二液压系统12、第二冷却装置42和油气隔离密封结构6。第三气缸和第四气缸分别通过支撑隔板28和油缸25同轴相连，第三气缸31和第四气缸33结构对称，活塞杆的两端分别设置有第三气缸活塞和第四气缸活塞，活塞杆中部设置有油缸活塞。第二液压系统12控制油缸内的油缸活塞运动，活塞杆27带动第三气缸活塞和第四气缸活塞分别沿第三气缸和第四气缸运动。第三气缸活塞32和第四气缸活塞34分别把第三气缸和第四气缸内的空间分隔为两个腔体，腔体相连的气体连接管路上设置有第二冷却装置42，活塞杆和支撑隔板之间设置有油气隔离密封结构6。

第二两级压缩缸3实现两级压缩，气体压缩的步骤包括：冷却后的二级压缩气体分别进入第二两级压缩缸的第三气缸和第四气缸，第三气缸和第四气缸在气缸活塞的一侧分别完成三级压缩，三级压缩后的气体进入第二冷却器；冷却后的三级压缩气体分别交叉进入第二两级压缩缸的第三气缸和第四气缸，第三气缸和第四气缸完成三级压缩对侧的腔体内完成四级压缩，四级压缩后气体进入第二冷却器；随后通过出气管排出。第三气缸和第四气缸上还可以设置有位移传感器，位移传感器将位置信号传递至第一液压系统，第一液压系统根据该信号调整油缸活塞的运动。

第一两级压缩缸2和第二两级压缩缸3的油气隔离密封结构6，具体油气隔离密封结构6包括气密封部件61、油密封部件62、油气隔离密封部件63、气密性检测通道64和油密性检测通道65，在活塞杆27和支撑隔板28之间靠近气缸侧设置有气密封部件61，靠近油缸侧设置有油密封部件62，气密封部件61和油密封部件62之间设置有油气隔离密封部件63。油密封部件62和油气隔离密封部件63之间的支撑隔板上还设置有油密性检测通道64，气密封部件61和油气隔离密封部件63之间的支撑隔板上还设置有气密性检测通道64。油气隔离密封结构6利用气密封部件、油密封部件和油气隔离密封部件，分别隔离气缸和油缸，其中气缸包括第一气缸、第二气缸、第三气缸、第四气缸，避免了油气混合，设置气密性检测通道和油密性检测通道实现了对油气密封结构有效性的实时监测，避免了油气混合后发现密封失效带来的危险，另外通过该检测通道还可以对泄露的介质进行回收。

压缩机的第一两级压缩缸2选用非对称的两级双作用活塞式压缩缸，该压缩缸一级压缩和二级压缩同步进行提高了气体的压缩效率，并且排气温度稳定，管路脉动小；压缩机的第二两级压缩缸选用对称的两级双作用活塞式压缩缸，通过对称的两个气缸实现了两级双作用压缩，简化了气体压缩缸的安装结构，提升压缩缸的密封性能和系统的稳定性。

液压换向系统1具体包括第一液压系统11和第二液压系统12，其结构相同，第一液压系统为第一两级压缩缸提供液压油，第二液压系统为第二两级压缩缸提供液压油。第一液压系统和第二液压系统共用油箱，油箱设置有独立的油冷却器和油泵形成油箱冷却回路。第一液压系统和第二液压系统均包括油泵13、蓄能器14、集成控制模块15、邮箱16、油缸25、控制盖板17和换向阀18，集成控制模块15包括压力表、2个二向插装阀、液压换向阀和电磁换向阀。油泵13通过管路与油箱相连，油泵13将液压油泵送至集成控制模块，集成控制模块15通过管路连接油缸。油泵和集成控制模块之间还设置有蓄能器，控制盖板17插接在集成控制模块的二向插装阀上，其中1个控制盖板还连接有独立的电磁控制阀。

第一液压系统11或第二液压系统12工作时，液压油经过从油箱内经过过滤器吸入到油泵，经油泵增压后，液压油通过管路接入到集成控制模块的入口G。当连接在控制盖板上的电磁换向阀处于非工作位置时，二通插装阀阀芯无被压，阀芯在油压作用下开启，液压油通过集成控制模块的出口O回油，进入回油过滤器回到油箱。当连接在控制盖板上的电磁换向阀处于工作位置时，由于二通插装阀在弹簧的作用下封闭，液压油经过另一侧的二通插装阀进入液动换向阀。从液动换向阀内部引出口引控制油路到电磁换向阀。电磁换向阀在工作位和非工作位置时，控制油分别进入液动换向阀的阀芯左侧或右侧，控制阀芯左右运动。当液压换向阀阀芯处于图示的左侧位置时，主油路液压油从液压换向阀的P口进入，通向A口，液压油进入油缸左侧，油缸活塞向右运动，同时油缸活塞右侧液压油通过液压换向阀的B口回油，进入二通插装阀，并从液压集成块的出口O回油。当液压换向阀芯处于右侧位置时，主油路液压油从液压换向阀的P口进入，通向B口，液压油进入油缸右侧，油缸活塞向左运动。同时油缸活塞左侧液压油通过液压换向阀的A口回油，经过二通插装阀回油。油温升高时，油泵启动，将液压油从油箱抽出注入到油冷却器中，液压油冷却后回到油箱中。

其中液压换向系统中的蓄能器包括上端盖141、下端盖142、缸筒143、活塞144，其中上端盖141和下端盖142为可拆分的安装结构，活塞144设置在缸筒内，活塞144与缸筒143配合安装，缸筒143一般呈圆筒状，缸筒143的两端分别设置有上端盖和下端盖。上端盖141上设置有气体通道，用于注入有压气体，气体包括空气、氮气等，下端盖142上设置有液压油通道，用于接连液压油通道。活塞144上还设置有凸台，下端盖142上设置有与凸台相配合的凹槽，通过活塞144上的凸台和下端盖上的凹槽实现活塞缓冲，避免了液压腔压力骤降时活塞直接冲击下端盖。凹槽的底面内设置有出油孔通往下端盖的外表面，将凹槽内的液压油排出，出油孔内设置有阻尼器，从而对下端盖的凹槽存余液压油产生反作用力进行了限定，更好的实现蓄能器的功能。

压缩机的液压换向系统解决了液压系统工作中的超压和脉动问题，通过蓄能器减小了液压系统冲击并降低了油压变化幅度，还能够减轻了设备震动和噪音，保护运动部件；集成控制模块提高了液压系统的集成度，并且能够更好的控制液压换向，实现超压溢流；第一液压系统和第二液压系统共用油箱，冷却器与油缸液压回路并列布置，从而可以更好的独立冷却液压油，避免装置温度升高。

气体管路5包括进气管501和出气管502，进气管501的支路上还设置有氮气置换进气口503，从而方便系统维护，系统维护后通过氮气置换进气口503向系统内充入氮气保证压缩机不会空转，同时避免对氢气的污染。进气管501的干路连接第一两级压缩缸2，进气管501的干路上设置有压力表504和过滤器511，过滤器511还连接有排污阀，用于保证气体的洁净。进气管501的干路、出气管502路上设置有气动阀507，气动阀507分别与仪表风入口相连。出气管502的干路分为高压气出口支管和中压气出口支管，高压气出口支管和中压气出口支管上自气体上游至下游均依次设置有气动阀507、压力表504和氮气置换排气检测口510，高压气出口支管508上还设置有单向阀505，防止气体回流；氮气置换排气检测口510用于排放氮气以及对氢气进行取样监测。第一两级压缩缸2和第二两级压缩缸3之间的气体管路上，以及第二两级压缩缸与出气管之间的气体管路上，设置有安全放散管路，从而保证管路的运行安全。

一种电动液驱动活塞式氢气压缩方法，利用上述的一种电动液驱动活塞式氢气压缩机进行四级压缩增压，步骤包括：

步骤一，气体从进气管分别进入第一两级压缩缸的第一气缸内，在第一气缸活塞两侧分别完成一级压缩，一级压缩后的气体进入第一冷却器；

步骤二，冷却后的一级压缩气体进入第一两级压缩缸的第二气缸内，在第二气缸活塞两侧分别完成二级压缩，二级压缩后的气体进入第一冷却器；

步骤三，冷却后的二级压缩气体分别进入第二两级压缩缸的第三气缸和第四气缸，第三气缸和第四气缸在气缸活塞的一侧分别完成三级压缩，三级压缩后的气体进入第二冷却器；

步骤四，冷却后的三级压缩气体分别交叉进入第二两级压缩缸的第三气缸和第四气缸，第三气缸和第四气缸完成三级压缩对侧的腔体内完成四级压缩，四级压缩后气体进入第二冷却器；随后通过出气管排出。

在一种电动液驱动活塞式氢气压缩方法中，液压换向系统控制油缸活塞的行程和频率。第一气缸内设置位移传感器为例，设定第一气缸活塞的往复行程为L，其中上极值为0，下极值为L；设置油缸活塞运动的目标上极限值A0和目标下极限值B0。首先通过控制器设置上换向点A1和初始换向点B1，其中A1=0+L1、B1=L-L2，其中L1和L2的取值保证活塞往复运动时不撞缸即可。然后启动液压系统，运行稳定后得到活塞上下往复过程中实际的上极限值A2和下极限值B2；设置换向点递增量P1和P2，该值一般较小。液压系统继续运行，加入增量，下一循环的换向点变为上换向点A1+P1，下换向点变为B1-P2，一个循环后，读取新的实际换向点上极限值A3和下极限值B3；同时对比A3与A0， B3与B0。当A3＞A0，B3＜B0时，继续执行换向点递增量P1和P2；直至达到A3=A0，B3=B0，动态换向调整完毕。若运行过程中工况变化，出现A3＜A0,或B3＞B0时，说明行程超限，系统自动复位，重复以上动态调整流程。该系统通过调整目标上下极限值，可控制液压换向系统的上下行程。当活塞和活塞杆往复速度变化时，系统可自动保持实际行程与目标值相等。

第一两级压缩缸的第一气缸和第二气缸的直径比例调整第一两级压缩缸的压缩比，第二两级压缩缸的活塞杆直径调整第二两级压缩缸的压缩比。其中第一气缸和第二气缸之间的直径设置是实现制作不同压缩比的压缩缸的关键，通过以下举例对其进行说明：例1.第一气缸的长度为350mm，内径为160mm，第二气缸的长度为350mm，内径为110mm，则此时压缩缸前两级压缩的压缩比是2.1：1；例2.第一气缸的长度为350mm，内径为250mm，第二气缸的长度为350mm，内径为110mm，则此时压缩缸前两级压缩的压缩比是5.1：1；例3.第一气缸的长度为350mm，内径为160mm，第二气缸的长度为350mm，内径为80mm，则此时压缩缸前两级压缩的压缩比是4：1。

利用该压缩机实现氢气压缩的方法，实现了对氢气的四级压缩增压，结合该装置在没一级的压缩后对压缩气体进行冷却，从而保证压缩气体的温度，并且通过液压换向系统精确的控制压缩缸的行程，从而实现对压缩过程的准确控制。另外电动液驱动活塞式氢气压缩机，以及利用该压缩机实现四级压缩增压的方法，具有控制灵活，压缩效率高，维护方便等优点。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

此外，本文中较多的使用了诸如“第一两级压缩缸、第二两级压缩缸、气体冷却系统、气体管路、第一气缸、第二气缸、油缸、油缸活塞、支撑隔板、液压换向系统、油气隔离密封结构”等术语，但不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更为方便的描述和解释本发明的本质；把他们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种电动液驱动活塞式氢气压缩机，其特征在于，包括液压换向系统、第一两级压缩缸、第二两级压缩缸、气体冷却系统和气体管路，所述第一两级压缩缸和第二两级压缩缸通过气体管路串联布置，所述液压换向系统分别给第一两级压缩缸和第二两级压缩缸独立的提供动力，所述气体冷却系统为第一两级压缩缸和第二两级压缩缸的两级压缩分别降温；

所述第一两级压缩缸包括第一气缸、第一气缸活塞、第二气缸、第二气缸活塞、油缸、油缸活塞、活塞杆和支撑隔板，还连接有第一液压系统、第一冷却装置和油气隔离密封结构；所述第一气缸的直径大于第二气缸的直径，所述第一气缸和第二气缸分别通过支撑隔板和油缸同轴相连，所述活塞杆的两端分别设置有第一气缸活塞和第二气缸活塞，活塞杆中部设置有油缸活塞；所述第一液压系统控制油缸内的油缸活塞运动，活塞杆带动第一气缸活塞和第二气缸活塞分别沿第一气缸和第二气缸运动；第一气缸活塞和第二气缸活塞分别把第一气缸和第二气缸内的空间分隔为两个腔体；所述第一气缸两个腔体的出气口分别连接第二气缸两个腔体的进气口；第一气缸和第二气缸腔体相连的气体连接管路上，第二气缸腔体的出气口连接管路上均设置有第一冷却装置；所述活塞杆和支撑隔板之间设置有油气隔离密封结构和油气监测通道。

2.根据权利要求1所述的一种电动液驱动活塞式氢气压缩机，其特征在于，所述第二两级压缩缸的结构与第一两级压缩缸结构相同，或者第二两级压缩缸包括第三气缸、第三气缸活塞、第四气缸、第四气缸活塞、油缸、油缸活塞、活塞杆和支撑隔板，还连接有第二液压系统、第二冷却装置和油气隔离密封结构，所述第三气缸和第四气缸分别通过支撑隔板和油缸同轴相连，所述第三气缸和第四气缸结构对称，所述活塞杆的两端分别设置有第三气缸活塞和第四气缸活塞，活塞杆中部设置有油缸活塞；所述第二液压系统控制油缸内的油缸活塞运动，活塞杆带动第三气缸活塞和第四气缸活塞分别沿第三气缸和第四气缸运动；所述第三气缸活塞和第四气缸活塞分别把第三气缸和第四气缸内的空间分隔为两个腔体，腔体相连的气体连接管路上设置有第二冷却装置；所述活塞杆和支撑隔板之间设置有油气隔离密封结构。

3.根据权利要求1所述的一种电动液驱动活塞式氢气压缩机，其特征在于，所述液压换向系统包括第一液压系统和第二液压系统，所述第一液压系统为第一两级压缩缸提供液压油，第二液压系统为第二两级压缩缸提供液压油；所述第一液压系统和第二液压系统共用油箱，油箱设置有独立的油冷却器和油泵形成油箱冷却回路。

4.根据权利要求3所述的一种电动液驱动活塞式氢气压缩机，其特征在于，所述第一液压系统和第二液压系统均包括油泵、蓄能器、集成控制模块、油缸、控制盖板和换向阀，所述集成控制模块包括压力表、2个二向插装阀、液压换向阀和电磁换向阀；所述油泵通过管路与油箱相连，油泵将液压油泵送至集成控制模块，集成控制模块通过管路连接油缸；所述油泵和集成控制模块之间还设置有蓄能器，所述控制盖板插接在集成控制模块的二向插装阀上，其中1个控制盖板还连接有独立的电磁控制阀。

5.根据权利要求4所述的一种电动液驱动活塞式氢气压缩机，其特征在于，所述蓄能器包括上端盖、下端盖、缸筒、活塞，所述缸筒的两端分别设置有上端盖和下端盖，活塞设置在缸筒内；所述上端盖上设置有气体通道，下端盖上设置有液压油通道；所述活塞上还设置有凸台，下端盖上设置有与凸台相配合的凹槽；所述凹槽的底面内设置有出油孔通往下端盖的外表面，出油孔内设置有阻尼器。

6.根据权利要求1所述的一种电动液驱动活塞式氢气压缩机，其特征在于，所述气体管路包括进气管和出气管，所述进气管的支路上还设置有氮气置换进气口，进气管的干路连接第一两级压缩缸，进气管的干路上设置有压力表和过滤器，所述过滤器还连接有排污阀；所述进气管的干路、出气管路上设置有气动阀，气动阀分别与仪表风入口相连；所述出气管的干路分为高压气出口支管和中压气出口支管，高压气出口支管和中压气出口支管上自气体上游至下游均依次设置有气动阀、压力表和氮气置换排气检测口，所述高压气出口支管上还设置有单向阀。

7.根据权利要求6所述的一种电动液驱动活塞式氢气压缩机，其特征在于，所述第一两级压缩缸和第二两级压缩缸之间的气体管路上，以及第二两级压缩缸与出气管之间的气体管路上，设置有安全放散管路。

8.一种电动液驱动活塞式氢气压缩方法，利用权利要求1至7任一项所述的一种电动液驱动活塞式氢气压缩机进行四级压缩增压，步骤包括：

步骤一，气体从进气管分别进入第一两级压缩缸的第一气缸内，在第一气缸活塞两侧分别完成一级压缩，一级压缩后的气体进入第一冷却器；

步骤二，冷却后的一级压缩气体进入第一两级压缩缸的第二气缸内，在第二气缸活塞两侧分别完成二级压缩，二级压缩后的气体进入第一冷却器；

步骤三，冷却后的二级压缩气体分别进入第二两级压缩缸的第三气缸和第四气缸，第三气缸和第四气缸在气缸活塞的一侧分别完成三级压缩，三级压缩后的气体进入第二冷却器；

步骤四，冷却后的三级压缩气体分别交叉进入第二两级压缩缸的第三气缸和第四气缸，第三气缸和第四气缸完成三级压缩对侧的腔体内完成四级压缩，四级压缩后气体进入第二冷却器；随后通过出气管排出。

9.根据权利要求8所述的一种电动液驱动活塞式氢气压缩方法，其特征在于，所述液压换向系统控制油缸活塞的行程和频率；第一两级压缩缸的第一气缸和第二气缸的直径比例调整第一两级压缩缸的压缩比，第二两级压缩缸的活塞杆直径调整第二两级压缩缸的压缩比。

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