CN114439728B - 一种循环液封压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明属于压缩机技术领域，特别公开一种循环液封压缩机，包括：气缸体和储液罐；气缸体的活塞腔内设有活塞；活塞的外圆面中部设有一个环形凹陷，该环形凹陷与气缸体内壁之间形成有环形空腔；所述环形空腔上设有环形空腔入口和环形空腔出口；所述环形空腔入口连接储液罐的出口，所述环形空腔出口连接储液罐的入口。本发明一种循环液封压缩机，储液罐中的循环液直接对活塞、气缸内壁和活塞密封环进行强化冷却的，结构简单，输气流量大，工作可靠；全面消除现有高压无油加氢站压缩机的不足解，将在很大范围内取代现有的隔膜式压缩机、液驱型压缩机。

Description

一种循环液封压缩机

技术领域

本发明属于压缩机技术领域，特别涉及一种循环液封压缩机。

背景技术

氢气发动机和氢燃料电池驱动交通车辆技术是当今世界最受关注的发展方向之一，对车辆进行高压充氢是氢能汽车的重要环节。当前的车辆充氢所要求的输气压力一般是40～100MPa，所采用的氢压缩机一般都是隔膜压缩机、液驱压缩机和离子液压缩机。传统的无油润滑活塞式压缩机难以满足高压密封和高可靠运行的要求。隔膜压缩机是一种技术成熟的压缩机，但是其输气流量小，机器体积大，以及膜片易损坏等缺陷的存在，对于现今刚刚起步的加氢站小规模充氢需求，仅能凑合可用。传统的液驱压缩机的主要缺点是输气流量小，液压油容易向压缩氢气中泄漏等，较难满足加氢站的充氢需求。近年来，国外新发展起来的离子液压缩机被很多人认为是加氢站压缩机的希望。但是其主要缺点是，离子液被灌装在立式气缸内之后，在甚低的活塞速度下，靠重力沉积在往复运动的活塞顶部的离子液难免被抛入气缸中的压缩氢气，容易跟随压缩气体排出，这些抛入压缩气体中的离子液有造成活塞和气阀液击的风险。另外，气缸中的气体压缩热和密封环摩擦热会使离子液温度逐渐升高。实际上不具备冷却气缸和冷却密封环的作用。况且，其输气量小，结构复杂等因素，现今市场上离子液压缩机产品的远没有达到加氢站压缩机的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种循环液封压缩机，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种循环液封压缩机，包括：气缸体和储液罐；

气缸体的活塞腔内设有活塞；活塞的外圆面中部设有一个环形凹陷，该环形凹陷与气缸内壁面之间形成有环形空腔；

所述环形空腔上设有环形空腔入口和环形空腔出口；所述环形空腔入口连接储液罐的出口，所述环形空腔出口连接储液罐的入口。

本发明进一步的改进在于：气缸体位于所述环形空腔下部为下部柱体；气缸体位于所述环形空腔上部为上部柱体；下部柱体与活塞腔内壁之间设有第一密封圈，上部柱体与活塞腔内壁之间设有第二密封圈。

本发明进一步的改进在于：第一密封圈和第二密封圈为单环或者多环；

所述橡胶圈或塑料环；

所述多环为多个橡胶圈和/或塑料环的组合。

本发明进一步的改进在于：气缸体的顶部安装有在阀板；活塞顶部的气缸空间是气缸工作容积；阀板上安装有进气阀和排气阀安装在阀板上，并连通气缸工作容积；阀板上部设有阀盖，进气阀和排气阀之间形成进气阀阀腔和排气阀阀腔；阀盖中间设有隔板将进气阀阀腔、排气阀阀腔相互隔开。

本发明进一步的改进在于：进气阀阀腔、排气阀阀腔分别连接进气管路和排气管路；

储液罐通过第一截止阀进气管路；储液罐通过并联的第二截止阀和减压阀连接排气管路。

本发明进一步的改进在于：所述环形空腔和储液罐连接形成循环液回路；

所述循环液回路上设有循环液泵和液体冷却器；

所述循环液回路中流通的循环液为离子液体、水、油或其他液体。

本发明进一步的改进在于：所述环形空腔的轴向高度等于或大于一个活塞的往复行程。

本发明进一步的改进在于：气缸体的下端安装有皮碗；活塞下端连接的活塞杆穿过皮碗连接驱动机构。

本发明进一步的改进在于：所述驱动机构为曲柄连杆机构。

本发明进一步的改进在于：包括若干气缸体；所述若干气缸体布置在同一个曲轴箱上，并通过一根多拐曲轴驱动。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明用于全面消除上述高压无油加氢站压缩机的不足；本发明中，循环液直接对活塞、气缸内壁和活塞密封环进行强化冷却的，结构简单，输气流量大，工作可靠的高压无油压缩机，称之为循环液封压缩机。解决当今和将来加氢站的急需。选择的循环液应是对压缩氢气不造成污染、容易从压缩气体中分离清除、不对零部件腐蚀、具有良好润滑性能的无机或者有机物溶液。鉴于循环液封压缩机显著的有点，它将在很大范围内取代现有的隔膜式压缩机、液驱型压缩机。

本发明在对应活塞高度方向中部位置的气缸壁面上，开设两只孔，与缸壁外部的循环液管路相连接，两只孔按气缸圆周面呈轴对称分布。活塞两端的外圆柱面上各设置一至两道密封环槽，槽内安置密封圈，将循环液密封在活塞体的外圆面中间部位的环形凹槽内。同时，密封圈也密封了气缸压缩腔中的压缩气体向活塞外圆环形槽的泄漏。在活塞下端，密封了循环液与曲轴箱之间的泄漏。

循环液回路是由储液罐、循环液泵、循环液冷却器、阀门和管路、气缸和活塞组成的活动通道等构成。储液罐中的液位保持在储液罐高度的三分之一到四分之一之间。储液罐上部接出一条管路，与压缩机的排气管路或者进气管路相通，用来提高循环液体管路中的压力，使得活塞上的密封圈两侧的压差适当减小，或者变成循环液压力高于和等于气缸的压力，使得循环液产生向压缩气缸中泄漏的倾向。

活塞外圆表面上的环形凹槽的径向深度一般在1～5mm之内，环形凹槽的轴向高度应等于或大于一个活塞的往复行程。气缸上的输液孔位置应保证在活塞的上止点和活塞的下至点时，输液孔始终与活塞中部的环形凹槽相通。

循环液储罐与压缩机进气或者排气管路连接的方式有三种，它们分别是：压缩机的排气管路与储液罐的连接；压缩机的排气管路经过减压阀的连接；压缩机的进气管路与储液罐的连接方式。一台循环液封压缩机的储液罐可以同时安装三种连接方式，也可以安装其中的两种的连接方式，也可以安装其中的一种安装方式。但是，对于某时段的压缩机运行，如果同时装有多个气体管路与储液罐的连接方式，只能让一种管路连接方式通流和运行，另外一种或两种连接管路通过截止阀处于切断状态。

压缩机活塞杆与十字头的连接处，通过一段两端为球形关节结构的短杆连接。短杆件处在活塞杆导向套及刮油圈与十字头之间。刮油圈与导向套组成一体部件，刮油圈在靠近气缸一侧。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一种循环液封压缩机的剖视示意图。

其中：

1表示曲轴箱；

2表示曲轴连杆机构；

3表示十字头；

4表示双球头球形关节结构；

5表示导向套刮油圈组件；

5A表示皮碗；

6表示活塞杆；

7表示密封圈；

8表示气缸体；

9表示输出管路；

10表示液体冷却器；

11表示活塞；

110表示下部柱体；

111表示上部柱体；

12表示密封圈；

13表示第一截止阀；

14表示阀板；

15表示阀盖；

16表示进气管路；

17表示进气阀；

18表示排气阀；

19表示排气管路；

20表示第二截止阀；

20A表示减压阀；

21表示储液罐；

22表示循环液泵；

23表示循环液截止阀。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本发明所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。

本发明提出的循环液封压缩机，可以通过其中一列气缸的简图来表达，如图1所示。对于多级多列的循环液封压缩机，可由多个单列气缸布置在同一个曲轴箱上，并通过一根多拐曲轴驱动多列活塞来实现。

请参阅图1所示，本发明提供一种循环液封压缩机，包括若干气缸体8；所述若干气缸体8布置在同一个曲轴箱1上，并通过一根多拐曲轴驱动。气缸中的活塞11可以是由曲柄连杆机构2驱动的，也可以是由液压泵分头驱动的。对于曲柄连杆机构驱动的循环液压缩机，其连杆的小头装有十字头3，十字头3在曲轴箱1的滑道中上下移动。为了消除十字头间隙对活塞杆和活塞11造成的微量偏摆，在十字头3与活塞杆6之间设置一个双球头球形关节结构4，紧邻双球头球形关节结构4上侧，设置了活塞杆6的导向套刮油圈组件5。在导向套刮油圈组件5的上端，要留出一个活塞行程的空间，作为十字头3润滑油的隔离腔，避免润滑油跟随活塞杆进入到活塞气缸区域。紧邻气缸筒体的下端，设置一个皮碗5A，专门收集从活塞密封圈7泄漏出来的循环液。

活塞11在气缸体8中上下运动，实现气体的压缩。活塞11的下部柱体110与气缸之间为间隙动配合，下部柱体110上设置有密封槽，槽内装有密封圈7。活塞11的外圆面中部设有一个环形凹陷，与气缸体8内孔形成环形空腔11A。活塞11的上部柱体111与气缸孔是间隙动配合，上部柱体111设有密封槽和密封圈12，密封圈12可以是环形的橡胶圈，或者环形的塑料环，也可以是橡胶圈和塑料环组合的双环结构。

气缸体8的顶部安装有在阀板14；活塞11顶部的气缸空间是气缸工作容积，进气阀17和排气阀18安装在阀板14上，并连通气缸工作容积；阀板14上部是阀盖15，阀盖15中间的隔板将进气阀阀腔、排气阀阀腔相互隔开，通过螺栓连接，可将阀盖15、进气阀17、排气阀18和阀板14压紧在气缸体8顶部。进气阀阀腔、排气阀阀腔分别连接进气管路16和排气管路19。

气缸中部的左右侧壁上各开设一个通孔，通孔与循环液的输入和输出管道9连接。即循环液通过这两只通孔进入和排出气缸和活塞侧壁之间的圆环形通道11A。循环液回路上设有循环液泵22，液体冷却器10、第一截止阀13，第二截止阀20和减压阀20A等。圆环形通道11A的入口通过循环液截止阀23、循环液泵22连通储液罐21，圆环形通道11A的出口直接连接储液罐21；圆环形通道11A的出口处可以设置液体冷却器10；储液罐21通过第一截止阀13连接进气管路；储液罐21通过并联的第二截止阀20和减压阀20A连接排气管路。循环液的回路有两种连接形式：一种是循环回路中的储液罐21与排气管路联通，且回路上的第二截止阀20开通，以便提高回路中的压力达到排气压力水平，即循环回路在该气缸排气压力下运行。另一种是循环回路中储液罐21与该气缸的进气管路连接，这时当连接回路中的第一截止阀13开通时，该液循环回路在该气缸的进气压力下运行。还有一种是情况是，当储液罐21与排气压力管路连接时，排气管路与储液罐21连接管路上设有的第二截止阀20和第一截止阀13都关闭，排气压力通过减压阀20A与液循环管路连通，此时的液循环管路可以在进气压力与排气压力之间的任一压力下运行。液循环管路系统在不同压力下运行，对密封环7和密封环12的工作压差状态是不同的，也即就是密封和润滑的优劣状态有些差异。在循环液的循环回路上，还设有循环液冷却器10，可以通过水冷或者风冷的形式对循环液进行冷却。

当压缩机开始运行时，进气管路或者排气管路与循环液管路接通，同时循环液泵22开始运行，冷却器开始对循环液冷却，循环液回路中液体开始流动循环。活塞11的上密封环12与下密封环7之间气缸内壁和活塞外圆壁面都与冷却后的循环液体直接接触，得到理想的冷却。当然，两只密封环自身也得到有效的冷却，密封环和气缸壁面上滞留的液体对密封环进行润滑。同时也大幅度减小了密封环两侧介质的相互泄漏。

由于活塞两端的密封环都是塑性和弹性良好的整体环，使得气体通过密封环泄漏极小。考虑到有极少的循环液通过活塞下端的密封环泄漏到曲轴箱内，故在气缸体的下端设置一个液体收集皮碗5A，将泄漏出来的液体收集起来，进行处理后再加到循环液回路中去。

如果有循环液体通过上端的密封环12漏到压缩气体中去，则在排气管路上设置的分离罐中对循环液进行分离和过滤。保证气体的纯洁性。

由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (6)

1.一种循环液封压缩机，其特征在于，包括：气缸体(8)和储液罐(21)；

气缸体(8)的活塞腔内设有活塞(11)；活塞(11)的外圆面中部设有一个环形凹陷，该环形凹陷与气缸体(8)内壁之间形成有环形空腔(11A)；

所述环形空腔(11A)上设有环形空腔入口和环形空腔出口；所述环形空腔入口连接储液罐(21)的出口，所述环形空腔出口连接储液罐(21)的入口；

气缸体(8)位于所述环形空腔(11A)下部为下部柱体(110)；气缸体(8)位于所述环形空腔(11A)上部为上部柱体(111)；下部柱体(110)与活塞腔内壁之间设有第一密封圈(7)，上部柱体(111)与活塞腔内壁之间设有第二密封圈(12)；

气缸体(8)的顶部安装有阀板(14)；活塞(11)顶部的气缸空间是气缸工作容积；阀板(14)上安装有进气阀(17)和排气阀(18)，并连通气缸工作容积；阀板(14)上部设有阀盖(15)，进气阀(17)和排气阀(18)之间形成进气阀阀腔和排气阀阀腔；阀盖(15)中间设有隔板将进气阀阀腔、排气阀阀腔相互隔开；

进气阀阀腔、排气阀阀腔分别连接进气管路和排气管路；

储液罐(21)通过第一截止阀(13)连接进气管路；储液罐(21)通过并联的第二截止阀(20)和减压阀(20A)连接排气管路；

所述环形空腔(11A)和储液罐(21)连接形成循环液回路；

所述循环液回路上设有循环液泵(22)和液体冷却器(10)；

所述循环液回路中流通的循环液为离子液体、水或油。

2.根据权利要求1所述的一种循环液封压缩机，其特征在于，第一密封圈(7)和第二密封圈(12)为单环或者多环；

所述单环为橡胶圈或塑料环；

所述多环为多个橡胶圈和/或塑料环的组合。

3.根据权利要求2所述的一种循环液封压缩机，其特征在于，所述环形空腔(11A)的轴向高度等于或大于一个活塞的往复行程。

4.根据权利要求1所述的一种循环液封压缩机，其特征在于，气缸体(8)的下端安装有皮碗(5A)；活塞(11)下端连接的活塞杆(6)穿过皮碗(5A)连接驱动机构。

5.根据权利要求4所述的一种循环液封压缩机，其特征在于，所述驱动机构为曲柄连杆机构。

6.根据权利要求1所述的一种循环液封压缩机，其特征在于，包括若干气缸体(8)；所述若干气缸体(8)布置在同一个曲轴箱上，并通过一根多拐曲轴驱动。