CN114790975A - 一种液压驱动氢气压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种液压驱动氢气压缩机，涉及压缩机领域；液压驱动氢气压缩机包括：气路和油路；路包括依次串联的低压氢气管口、氢气管路球阀、进气管路气动阀、压缩前冷却器、一级活塞压缩缸体、一级冷却组件、二级活塞压缩缸体、二级冷却组件、排气管路气动阀和排气管口；油路包括油箱、电动机、电动泵组和三阀组；电动机与电动泵组连接；电动泵组的进油口与油箱连通，出油口通过三阀组分别与一级活塞压缩缸体和二级活塞压缩缸体的进油口连通；一级活塞压缩缸体和二级活塞压缩缸体的出油口分别通过三阀组与油箱连通；本发明能够解决现有电驱氢气压缩机因频繁启停而缩短使用寿命的技术问题，且氢气输出压力稳定。

Description

一种液压驱动氢气压缩机
技术领域
本发明涉及压缩机领域，尤其涉及一种液压驱动氢气压缩机。
背景技术
现如今压缩机是加氢站氢气增压的关键设备，其设备性能的可靠性直接决定加氢站的整体运行可靠性；目前，加氢站多使用的是传统的隔膜式压缩机。
加氢站中的隔膜式压缩机是依据加氢站日加氢量、车辆数量、单车加注量等设计条件进行增压流量参数的选型，因此在氢气使用波动的时段，电驱压缩机需要频繁的启停以调整输出功率，而频繁的启停会极大的影响电驱压缩机的使用寿命以及压缩氢气的稳定输出。隔膜压缩机的控制较为复杂，目前多数现场需要人工操作设备，对于多级隔膜压缩机，甚至需要两名或更多人员同时操作设备，浪费人力物力且无法满足自动化生产控制的要求。另外，随着加氢站的成熟，加氢市场需求变化，压缩机的工作压力越来越高，压缩机设备占地越来越大，为保证操作人员的安全，不宜近距离人工操作设备。
发明内容
本发明旨在解决现有电驱氢气压缩机因频繁启停而缩短使用寿命，且氢气输出压力不够稳定的技术问题。
本发明提供一种液压驱动氢气压缩机，包括：气路和油路；
所述气路包括依次串联的低压氢气管口、氢气管路球阀、进气管路气动阀、压缩前冷却器、一级活塞压缩缸体、一级冷却组件、二级活塞压缩缸体、二级冷却组件、排气管路气动阀和排气管口；
所述油路包括油箱、电动机、电动泵组和三阀组；所述电动机与所述电动泵组连接；所述电动泵组的进油口与所述油箱连通，出油口通过所述三阀组分别与所述一级活塞压缩缸体和所述二级活塞压缩缸体的进油口连通；所述一级活塞压缩缸体和所述二级活塞压缩缸体的出油口分别通过所述三阀组与所述油箱连通。
进一步地，所述液压驱动氢气压缩机还包括第一放散管路、高压压力变送器和控制器；
所述第一放散管路设置在所述二级冷却组件与所述排气管路气动阀之间；所述放散管路包括依次串联的放散管口、放散管路单向阀和放散管路气动阀；所述高压压力变送器设置在所述二级冷却组件与所述排气管路气动阀之间，用于检测所述二级冷却组件与所述排气管路气动阀之间管路内的第一气压值；所述控制器分别与所述高压压力变送器和所述放散管路气动阀电性连接；所述控制器用于接收并判断所述第一气压值与第一预设气压阈值的大小；当所述第一气压值与所述第一预设气压阈值相等时，所述控制器控制所述放散管路气动阀关闭；其中，所述第一预设气压阈值大于大气压。
进一步地，所述液压驱动氢气压缩机还包括第二放散管路；所述第二放散管路设置在所述二级冷却组件与所述排气管路气动阀之间，所述第二放散管路包括依次串联的放散管路手阀和高压管路安全阀；其中，所述高压管路安全阀与所述放散管口连通。
进一步地，所述液压驱动氢气压缩机还包括第三放散管路；所述第三放散管路设置在所述氢气管路球阀和所述进气管路气动阀之间，所述第三放散管路包括低压管路安全阀；所述低压管路安全阀与所述放散管口连通。
进一步地，所述液压驱动氢气压缩机还包括第一压力变送器针阀；所述高压压力变送器通过所述第一压力变送器针阀与所述气路连通。
进一步地，所述气路还包括氮气支路；所述氮气支路设置在所述氢气管路球阀和所述进气管路气动阀之间，所述氮气支路包括依次串联的氮气管口、氮气管路球阀和氮气管路单向阀。
进一步地，所述气路还包括过滤器；所述过滤器设置在所述进气管路气动阀和所述压缩前冷却器之间，用于过滤进入所述压缩前冷却器的气体。
进一步地，所述气路还包括排气管路手阀；所述排气管路手阀设置在所述排气管路气动阀与所述排气管口之间。
进一步地，所述气路还包括低压压力变送器；所述低压压力变送器设置在所述氢气管路球阀和所述进气管路气动阀之间。
进一步地，所述一级冷却组件包括一级压缩氢气水冷却器和一级油气分离器；所述一级活塞压缩缸体的气体出口依次通过所述一级压缩氢气水冷却器和所述一级油气分离器与所述二级活塞压缩缸体的气体入口连通；所述二级冷却组件包括二级压缩氢气水冷却器和二级油气分离器；所述二级活塞压缩缸体的气体出口依次通过所述二级压缩氢气水冷却器和所述二级油气分离器与所述排气管路气动阀连通。
进一步地，所述液压驱动氢气压缩机还包括油箱压力变送器和第二压力变送器针阀；所述油箱压力变送器通过所述第二压力变送器针阀与所述油箱连通，用于检测所述油箱内的液压。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例中的液压驱动氢气压缩机通过液压驱动气路中串联的一级、二级活塞压缩缸体，能够将氢气的压力从低压氢气管口处的2～20MPa压缩至排气管口处的90MPa，从而在不增加氢气压缩机体积的前提下，显著的提高氢气压缩机的压缩能力，氢气输出压力稳定；另外，通过液压驱动所述一级活塞压缩缸体和所述二级活塞压缩缸体，可以有效地解决现有电驱氢气压缩机因频繁启停导致使用寿命缩短的问题。
附图说明
图1为本发明某一实施例中液压驱动氢气压缩机的结构示意图；
图2为图1中液压驱动氢气压缩机的部分电路结构示意图；
其中，1、放散管口；2、氮气管口；3、低压氢气管口；4、氮气管路球阀；5、氢气管路球阀；6、氮气管路单向阀；7、低压压力变送器；8、低压管路安全阀；9、进气管路气动阀；10、过滤器；11、压缩前冷却器；12、一级冷却前温度变送器；13、一级冷却组件；14、一级冷却后温度变送器；15、二级冷却前温度变送器；16、二级冷却组件；17、放散管路单向阀；18、放散管路气动阀；19、排气管路气动阀；20、排气管路手阀；21、高压压力变送器；22、第一压力变送器针阀；23、排气管口；24、油箱温度变送器；25、油箱；26、油箱液位计；27、第二压力变送器针阀；28、油箱压力变送器；29、电动机；30、电动泵组；31、三阀组；32、第三压力变送器针阀；33、管路油压压力变送器；34、一级活塞压缩缸体；35、二级活塞压缩缸体；36、二级冷却后温度变送器；37、放散管路手阀；38、高压管路安全阀；39、控制器。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种液压驱动氢气压缩机，包括：气路和油路；
所述气路包括依次串联的低压氢气管口3、氢气管路球阀5、进气管路气动阀9、压缩前冷却器11、一级活塞压缩缸体34、一级冷却组件13、二级活塞压缩缸体35、二级冷却组件16、排气管路气动阀19和排气管口23；其中，低压氢气管口3用于与外部氢气源连通；
油路包括油箱25、电动机29、电动泵组30和三阀组31；电动机29为三相电动机；电动机29与电动泵组30连接；电动泵组30的进油口与油箱25连通，出油口通过三阀组31分别与一级活塞压缩缸体34和二级活塞压缩缸体35的进油口连通；一级活塞压缩缸体34和二级活塞压缩缸体35的出油口分别通过三阀组31与油箱25连通。
参考图2，为了防止空气进入所述气路内，避免因空气进入所述气路内引起的氢气爆炸的问题，所述液压驱动氢气压缩机还包括第一放散管路、高压压力变送器21和控制器39；
所述第一放散管路设置在二级冷却组件16与排气管路气动阀19之间；所述放散管路包括依次串联的放散管口1、放散管路单向阀17和放散管路气动阀18；高压压力变送器21设置在二级冷却组件16与排气管路气动阀19之间，用于检测二级冷却组件16与排气管路气动阀19之间管路内的第一气压值；控制器39分别与高压压力变送器21和放散管路气动阀18电性连接；控制器39用于接收并判断所述第一气压值与第一预设气压阈值的大小；当所述第一气压值与所述第一预设气压阈值相等时，控制器39控制放散管路气动阀18关闭；其中，所述第一预设气压阈值大于大气压；通过上述结构的配合，能够使得气路，包括进气管路气动阀9与排气管路气动阀19之间的部分管路，始终处于微正压的状态，从而能够有效地的防止外部空气进入到所述气路中，进而避免因空气进入所述气路内引起氢气爆炸的问题。
参考图1，为了保证进气管路气动阀9与排气管路气动阀19之间的部分气路的气压处于安全范围内，所述液压驱动氢气压缩机还包括第二放散管路；所述第二放散管路设置在二级冷却组件16与排气管路气动阀19之间，所述第二放散管路包括依次串联的放散管路手阀37和高压管路安全阀38；其中，高压管路安全阀38与放散管口1连通；使用时，放散管路手阀37处于打开状态；当进气管路气动阀9与排气管路气动阀19之间的部分气路中的气压高于第一安全气压阈值时，高压管路安全阀38打开，从而实现泄压。
在本实施例中，所述液压驱动氢气压缩机还包括第三放散管路；所述第三放散管路设置在氢气管路球阀5和进气管路气动阀9之间，所述第三放散管路包括低压管路安全阀8；低压管路安全阀8与放散管口1连通；当氢气管路球阀5和进气管路气动阀9之间的部分气路中的气压高于第二安全气压阈值时，低压管路安全阀8打开，从而实现泄压。
示例性地，在本实施例中，所述液压驱动氢气压缩机还包括第一压力变送器针阀22、过滤器10、排气管路手阀20、低压压力变送器7；高压压力变送器21通过第一压力变送器针阀22与所述气路连通；过滤器10设置在进气管路气动阀9和压缩前冷却器11之间，用于过滤进入压缩前冷却器11的气体；排气管路手阀20设置在排气管路气动阀19与排气管口23之间；低压压力变送器7设置在氢气管路球阀5和进气管路气动阀9之间；一级冷却组件13与一级活塞压缩缸体34之间设置有一级冷却前温度变送器12；一级冷却组件13与二级活塞压缩缸体35之间设置有一级冷却后温度变送器14；二级活塞压缩缸体35与二级冷却组件16之间设置有二级冷却前温度变送器15；二级冷却组件16与排气管路气动阀19之间设置有二级冷却后温度变送器36。
在本实施例中，所述气路还包括氮气支路；所述氮气支路设置在氢气管路球阀5和低压压力变送器7之间，所述氮气支路包括依次串联的氮气管口2、氮气管路球阀4和氮气管路单向阀6；氮气管口2用于与外部氮气源连通；所述液压驱动氢气压缩机开机使用时，先通过所述氮气支路向所述气路中通入氮气，以排空所述气路中的空气；再通过低压氢气管口3向所述气路中通入氢气。
具体地，一级冷却组件13包括一级压缩氢气水冷却器和一级油气分离器；一级活塞压缩缸体34的气体出口依次通过所述一级压缩氢气水冷却器和所述一级油气分离器与二级活塞压缩缸体35的气体入口连通；二级冷却组件16包括二级压缩氢气水冷却器和二级油气分离器；二级活塞压缩缸体35的气体出口依次通过所述二级压缩氢气水冷却器和所述二级油气分离器与排气管路气动阀19连通；通过在一级活塞压缩缸体34和二级活塞压缩缸体35之后分别设置所述一级压缩氢气水冷却器和所述二级压缩氢气水冷却器，以水冷的方式进行各级压缩氢气的冷却，冷却后收集冷凝水，无需通过专门的冷干机进行冷凝水收集。
参考图1，在本实施例中，所述液压驱动氢气压缩机还包括油箱温度变送器24、油箱液位计26、管路油压压力变送器33、第二压力变送器针阀27、油箱压力变送器28和第三压力变送器针阀32；油箱压力变送器28通过第二压力变送器针阀27与油箱25连通，用于检测油箱25内的液压；油箱温度变送器24用于检测油箱25中的油温；油箱液位计26用于检测油箱25中液压油的液位；管路油压压力变送器33通过第三压力变送器针阀32与三阀组31连接，用于检测油路中的油压。
液体驱动氢气增压是最为核心的部分，以电动泵组30输送的高压液压油为动力，往复运动活塞实现氢气的吸入和输出，将低压氢气加压到更高压力；示例性地，在本实施例中，所述液压驱动氢气压缩机的工作参数如下：
气体介质：氢气；
最大液驱压力：25MPa；
最小进气压力：0.69MPa；
系统设计最小进气压力：2MPa；
最大进气压力：69MPa；
系统设计最大进气压力：20MPa；
最大出口压力：96MPa；
系统设计最大出口压力：90MPa。
本实施例通过将一级活塞压缩缸体34和二级活塞压缩缸体35竖直设置，将一级冷却组件13和二级冷却组件16分别置于一级活塞压缩缸体34和二级活塞压缩缸体35的两边，使得整体结构非常紧凑，大大减少了整个液压驱动氢气压缩机的体积；本实施例中的所述液压驱动氢气压缩机的长度不超过3.5米，宽度不超过1.5米，高度不超过1.8米，整体体积远远小于现有技术的中高压氢气压缩机组；由于本实施例中的液压驱动氢气压缩机整体设计的高耦合程度，减少了很多冗余部件，减少整体的体积，大大利于设备的运输安装，解决了使用场地受限等问题，可实现液压驱动氢气压缩机自动启停控制，保证液压驱动氢气压缩机安全平稳地启动和停机，并为设备提供微正压保护，降低安全风险，减少人为干预，节省人力物力；各个组件单元高耦合集成，再结合电气控制单元是提高设备运行的可靠性、安全性的有效方法，把故障损失降低到最低水平也是设计者和使用者的需求。
以上未涉及之处，适用于现有技术。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种液压驱动氢气压缩机，其特征在于，包括：气路和油路；
所述气路包括依次串联的低压氢气管口、氢气管路球阀、进气管路气动阀、压缩前冷却器、一级活塞压缩缸体、一级冷却组件、二级活塞压缩缸体、二级冷却组件、排气管路气动阀和排气管口；
所述油路包括油箱、电动机、电动泵组和三阀组；所述电动机与所述电动泵组连接；所述电动泵组的进油口与所述油箱连通，出油口通过所述三阀组分别与所述一级活塞压缩缸体和所述二级活塞压缩缸体的进油口连通；所述一级活塞压缩缸体和所述二级活塞压缩缸体的出油口分别通过所述三阀组与所述油箱连通。
2.根据权利要求1所述的液压驱动氢气压缩机，其特征在于，还包括第一放散管路、高压压力变送器和控制器；
所述第一放散管路设置在所述二级冷却组件与所述排气管路气动阀之间；所述放散管路包括依次串联的放散管口、放散管路单向阀和放散管路气动阀；所述高压压力变送器设置在所述二级冷却组件与所述排气管路气动阀之间，用于检测所述二级冷却组件与所述排气管路气动阀之间管路内的第一气压值；所述控制器分别与所述高压压力变送器和所述放散管路气动阀电性连接；所述控制器用于接收并判断所述第一气压值与第一预设气压阈值的大小；当所述第一气压值与所述第一预设气压阈值相等时，所述控制器控制所述放散管路气动阀关闭；其中，所述第一预设气压阈值大于大气压。
3.根据权利要求2所述的液压驱动氢气压缩机，其特征在于，还包括第二放散管路；所述第二放散管路设置在所述二级冷却组件与所述排气管路气动阀之间，所述第二放散管路包括依次串联的放散管路手阀和高压管路安全阀；其中，所述高压管路安全阀与所述放散管口连通。
4.根据权利要求2所述的液压驱动氢气压缩机，其特征在于，还包括第三放散管路；所述第三放散管路设置在所述氢气管路球阀和所述进气管路气动阀之间，所述第三放散管路包括低压管路安全阀；所述低压管路安全阀与所述放散管口连通。
5.根据权利要求2所述的液压驱动氢气压缩机，其特征在于，还包括第一压力变送器针阀；所述高压压力变送器通过所述第一压力变送器针阀与所述气路连通。
6.根据权利要求1所述的液压驱动氢气压缩机，其特征在于，所述气路还包括氮气支路；所述氮气支路设置在所述氢气管路球阀和所述进气管路气动阀之间，所述氮气支路包括依次串联的氮气管口、氮气管路球阀和氮气管路单向阀。
7.根据权利要求1所述的液压驱动氢气压缩机，其特征在于，所述气路还包括过滤器；所述过滤器设置在所述进气管路气动阀和所述压缩前冷却器之间，用于过滤进入所述压缩前冷却器的气体。
8.根据权利要求1所述的液压驱动氢气压缩机，其特征在于，所述气路还包括排气管路手阀；所述排气管路手阀设置在所述排气管路气动阀与所述排气管口之间。
9.根据权利要求1所述的液压驱动氢气压缩机，其特征在于，所述气路还包括低压压力变送器；所述低压压力变送器设置在所述氢气管路球阀和所述进气管路气动阀之间。
10.根据权利要求1所述的液压驱动氢气压缩机，其特征在于，所述一级冷却组件包括一级压缩氢气水冷却器和一级油气分离器；所述一级活塞压缩缸体的气体出口依次通过所述一级压缩氢气水冷却器和所述一级油气分离器与所述二级活塞压缩缸体的气体入口连通；所述二级冷却组件包括二级压缩氢气水冷却器和二级油气分离器；所述二级活塞压缩缸体的气体出口依次通过所述二级压缩氢气水冷却器和所述二级油气分离器与所述排气管路气动阀连通。
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