CN115681074B - 双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机 - Google Patents
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Abstract
双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机，包括液压泵、三个三位四通电磁换向阀、T型气液复合缸、工字中空型活塞、T型活塞内出杆、弹性限位柱、多孔介质、离子液体等。通过三个三位四通电磁换向阀的工作位置的变化，控制液压缸三个油腔进行进油、出油、堵死三种工作状态，从而实现快速压缩、减速压缩/排气、快速吸气、减速吸气四种工作过程。该压缩机采用多孔介质和T型活塞内出杆嵌套在工字中空型活塞内的结构，在工字中空型活塞快速压缩后可以进行减速压缩，从而具有在单杠内完成两级压缩，加强两相换热，零余隙容积、高效增压、结构简单，运动部件少，加工及维护方便，能耗低，不污染氢气，低成本等优点。
Description
技术领域
本发明属于压缩机技术领域，尤其涉及双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机。
背景技术
由于全球气候环境压力的不断增大，各国对新能源的布局已经展开。氢气因其燃烧只生成水，且来源丰富，被誉为是本世纪最具发展潜力的清洁能源，以氢气为能源的燃料电池汽车具有环保、高效、零污染、零排放等优点，受到各国越来越多的关注。其中，加氢站作为氢能产业的核心基础设施之一，其数量及普及程度决定了氢燃料电池汽车的商业化进程。加氢站由卸氢系统、增压系统、储氢系统和加氢系统组成。其中，氢气压缩机作为实现氢气增压的设备，其性能和耐久性直接决定着加氢站的规模和后期维护成本。
目前加氢站使用的压缩机主要有往复活塞压缩机、隔膜式压缩机和离子液体压缩机三种。往复活塞压缩机主要通过曲柄联杆曲柄连杆带动活塞做往复运动来实现氢气压缩，其具有技术成熟、系统结构简单等优点，但其活塞往复运动的过程中会对氢气会造成污染，导致运行及维护费用较高；隔膜式压缩机因无需润滑油润滑，从而能够获得满足燃料电池汽车纯度要求的高压氢气。但隔膜式压缩机在压缩过程中需要采用空气冷却或液体冷却的方式进行降温，其冷却系统较为复杂，技术难度高于常规压缩机。此外，隔膜式压缩机的容积流量较低，且用于氢气压缩的隔膜式压缩机对于膜片的质量要求高，导致了加工成本的升高。离子液体压缩机，兼具了传统活塞压缩机、隔膜压缩机的综合优势，可以满足大流量、高压力、频繁启停、低能耗。然而其机电控制比传统压缩机更为复杂，长期运行过程中的可靠性有待评估。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机，能够实现在单缸内完成两级增压，多孔介质强化换热，弹性限位柱缓冲压缩的目标。且具有结构简单、加工方便、控制精度高、能耗低、零余隙容积、通用性强、不污染氢气、低成本等优势。
为了达到上述目的，本发明采取如下的技术方案：
双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机，包括液压油箱1，液压油箱1上连接有第一液压管路2，第一液压管路2上连接有液压过滤器3，液压过滤器3经过第二液压管路4后与液压泵5连接，液压泵5连接有第三液压管路6。第三液压管路6上连接有第四液压管路7、第五液压管路8、第六液压管路9和第一三位四通电磁换向阀12。第四液压管路7与溢流阀10相连接，溢流阀10经过第七液压管路11后与液压油箱1相连。第五液压管路8上连接有第二三位四通电磁换向阀13，第六液压管路9上连接有第三三位四通电磁换向阀14。第二三位四通电磁换向阀13通过第八液压管路15和第九液压管路16与T型气液复合缸24连接，T型气液复合缸24内部安装有配套的工字中空型活塞25，与T型气液复合缸24分别形成液压缸上油腔21和液压缸中油腔20。工字中空型活塞25内部配合安装有T型活塞内出杆18，T型活塞内出杆18上均匀分布有6个弹性限位柱19。T型活塞内出杆18与T型气液复合缸24分别形成液压缸下油腔17与液压缸中油腔20。工字中空型活塞25与T型活塞内出杆18的上端以及T型气液复合缸24的上端分别装有离子液体22与多孔介质23，多孔介质23和T型气液复合缸24的上端安装有进气阀26与排气阀27。液压缸中油腔20连接有第十液压管路28，第十液压管路28上并联连接有第十一液压管路29，第十液压管路28和第十一液压管路29同时与第一三位四通电磁换向阀12相连接，第一三位四通电磁换向阀12经第十二液压管路30、第十三液压管路31后与冷却器35相连。液压缸上油腔21上连接有第十四液压管路32，第十四液压管路32并联连接有第十五液压管路33，第十四液压管路上32和第十五液压管路33同时与第三三位四通电磁换向阀14相连接，第三三位四通电磁换向阀14经第十六液压管路34、第十三液压管路31后与冷却器35相连。冷却器35通过第十七液压管路36与油箱1连通。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)该双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机采用了单缸双活塞内出杆的结构，使其能够在单缸内完成两级增压。
(2)该双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机采用多孔介质布置在压缩机气腔，可以引起绕流以加强两相换热，由于压缩时离子液体可以进入多孔介质，该离子液体压缩机依然可以达到零余隙容积。
(3)该双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机，工字型活塞内的T型活塞内出杆底盘设计有弹性限位柱，与工字活塞接触起缓冲作用，且易于实现T型活塞下行运动时液压管路布置。
(4)该双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机，T型活塞内出杆高于工字型活塞上端面时，一方面可起到绕流作用，另一方面由于截面积变小，可以起到缓冲压缩的作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的快速压缩工作过程示意图。
图3是本发明的减速压缩/排气工作过程示意图。
图4是本发明的快速吸气工作过程示意图。
图5是本发明的减速吸气工作过程示意图。
图中标号说明：液压油箱1，第一液压管路2，液压过滤器3，第二液压管路4，液压泵5，第三液压管路6，第四液压管路7，第五液压管路8，第六液压管路9，溢流阀10，第七液压管路11，第一三位四通电磁换向阀12，第二三位四通电磁换向阀13，第三三位四通电磁换向阀14，第八液压管路15，第九液压管路16，液压缸下油腔17，T型活塞内出杆18，弹性限位柱19，液压缸中油腔20，液压缸上油腔21，离子液体22，多孔介质23，T型气液复合缸24，工字中空型活塞25，进气阀26，排气阀27，第十液压管路28，第十一液压管路29，第十二液压管路30，第十三液压管路31，第十四液压管路32，第十五液压管路33，第十六液压管路34，冷却器35，第十七液压管路36。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
参照图1，双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机，包括液压油箱1，液压油箱1上连接有第一液压管路2，第一液压管路2上连接有液压过滤器3，液压过滤器3经过第二液压管路4后与液压泵5连接，液压泵5连接有第三液压管路6。第三液压管路6上连接有第四液压管路7、第五液压管路8、第六液压管路9和第一三位四通电磁换向阀12。第四液压管路7与溢流阀10相连接，溢流阀10经过第七液压管路11后与液压油箱1相连。第五液压管路8上连接有第二三位四通电磁换向阀13，第六液压管路9上连接有第三三位四通电磁换向阀14。第二三位四通电磁换向阀13通过第八液压管路15和第九液压管路16与T型气液复合缸24连接，T型气液复合缸24内部安装有配套的工字中空型活塞25，与T型气液复合缸24分别形成液压缸上油腔21和液压缸中油腔20。工字中空型活塞25内部配合安装有T型活塞内出杆18，T型活塞内出杆18上均匀分布有6个弹性限位柱19。T型活塞内出杆18与T型气液复合缸24分别形成液压缸下油腔17与液压缸中油腔20。工字中空型活塞25与T型活塞内出杆18的上端以及T型气液复合缸24的上端分别装有离子液体22与多孔介质23，多孔介质23和T型气液复合缸24的上端安装有进气阀26与排气阀27。液压缸中油腔20连接有第十液压管路28，第十液压管路28上并联连接有第十一液压管路29，第十液压管路28和第十一液压管路29同时与第一三位四通电磁换向阀12相连接，第一三位四通电磁换向阀12经第十二液压管路30、第十三液压管路31后与冷却器35相连。液压缸上油腔21上连接有第十四液压管路32，第十四液压管路32并联连接有第十五液压管路33，第十四液压管路上32和第十五液压管路33同时与第三三位四通电磁换向阀14相连接，第三三位四通电磁换向阀14经第十六液压管路34、第十三液压管路31后与冷却器35相连。冷却器35通过第十七液压管路36与油箱1连通。
本发明的工作原理为：
(1)该压缩机快速压缩过程的工作原理具体如下：
如图2所示，当该离子液体压缩机系统的T型活塞内出杆18与T型气液复合缸24处于位A状态时，第一三位四通电磁换向阀12被控制开启左侧控制位、第二三位四通电磁换向阀13开启中间控制位、第三三位四通电磁换向阀14开启左侧控制位，液压油箱1中的液压油经过第一液压管路2、液压过滤器3、第二液压管路4、液压泵5、第三液压管路6、第一三位四通电磁换向阀12、第十液压管路28进入液压缸中油腔20，推动工字中空型活塞25向上运动，同时推动离子液体22向上运动，此时，由于工字中空型活塞25上端与离子液体22相接触的面积大于T型活塞内出杆18上端与离子液体22相接触的面积，所以离子液体22向上运动时能够实现对氢气的快速压缩。在氢气快速压缩过程中，液压缸上油腔21的液压油经第十四液压管路32、第十五液压管路33、第三三位四通电磁换向阀14、第十六液压管路34、第十三液压管路31、冷却器35、第十七液压管路36回到液压油箱1。直至工字中空型活塞25达到上止点，则该离子液体压缩机系统的T型活塞内出杆18与T型气液复合缸24处于位B状态。
(2)该压缩机减速压缩/排气过程的工作原理具体如下：
如图3所示，当该离子液体压缩机系统的T型活塞内出杆18与T型气液复合缸24处于位B状态时，第一三位四通电磁换向阀12被控制开启右侧控制位、第二三位四通电磁换向阀13开启左侧控制位、第三三位四通电磁换向阀14开启中间控制位，液压系统的液压油经过第一液压管路2、液压过滤器3、第二液压管路4、液压泵5、第三液压管路6、第二三位四通电磁换向阀13、第八液压管路15进入液压缸下油腔17，推动T型活塞内出杆18向上运动，同时推动离子液体22向上运动。此时，由于T型活塞内出杆18上端与离子液体22相接触的面积小于工字中空型活塞25上端与离子液体22相接触的面积，所以离子液体22向上运动时能够实现对氢气的减速增压压缩。随着压缩的不断进行，当压力高于背压时，排气阀27打开进行排气。直至弹性限位柱19接触到工字中空型活塞25。在氢气的减速增压压缩过程中，液压缸中油腔20的液压油经第十液压管路28、第十一液压管路29、第一三位四通电磁换向阀12、第十二液压管路30、第十三液压管路31、冷却器35、第十七液压管路36回到油箱1。当T型活塞内出杆18达到其上止点时，该离子液体压缩机系统的T型活塞内出杆18与T型气液复合缸24处于位C状态。
(3)该压缩机快速吸气过程的工作原理具体如下：
如图4所示，该离子液体压缩机系统的T型活塞内出杆18与T型气液复合缸24处于位C状态时，第一三位四通电磁换向阀12被控制开启右侧控制位、第二三位四通电磁换向阀13开启中间控制位、第三三位四通电磁换向阀14开启右侧控制位，液压系统的液压油经过第一液压管路2、液压过滤器3、第二液压管路4、液压泵5、第三液压管路6、第六液压管路9、第三三位四通电磁换向阀14、第十四液压管路32进入液压缸上油腔21，推动工字中空型活塞25下行直至接触弹性限位柱19。此时，由于工字中空型活塞25上端与离子液体22相接触的面积大于T型活塞内出杆18上端与离子液体22相接触的面积，所以离子液体22向下运动时能够实现快速吸气。在氢气的快速吸气过程中，液压缸中油腔20的液压油经第十液压管路28、第十一液压管路29、第一三位四通电磁换向阀12、第十二液压管路30、第十三液压管路31、冷却器35、第十七液压管路36回到油箱1。当工字中空型活塞25达到其下止点时，该离子液体压缩机系统的T型活塞内出杆18与T型气液复合缸24处于位D状态。
(4)该压缩机减速吸气过程的工作原理具体如下：
如图5所示，该离子液体压缩机系统的T型活塞内出杆18与T型气液复合缸24处于位D状态时，第一三位四通电磁换向阀12被控制开启左侧控制位、第二三位四通电磁换向阀13开启右侧控制位、第三三位四通电磁换向阀14开启中间控制位，液压系统的液压油经过第一液压管路2、液压过滤器3、第二液压管路4、液压泵5、第三液压管路6、第一三位四通电磁换向阀12、第十液压管路28进入液压缸中油腔20，推动T字型活塞18下行。此时，由于T型活塞内出杆18上端与离子液体22相接触的面积小于工字中空型活塞25上端与离子液体22相接触的面积，所以离子液体22向下运动时能够实现减速吸气。液压缸下油腔17的液压油经第八液压管路15、第九液压管路16、第二三位四通电磁换向阀13、第十三液压管路31、冷却器35、第十七液压管路36回到油箱1。当T字型活塞18达到其下止点时，该离子液体压缩机系统的T型活塞内出杆18与T型气液复合缸24回到位A状态，完成一次循环。
Claims (1)
1.双活塞两级增压多孔介质高效换热式离子液体压缩机，其特征在于：包括油箱(1)，液压油箱(1)上连接有第一液压管路(2)，第一液压管路(2)上连接有液压过滤器(3)，液压过滤器(3)经过第二液压管路(4)后与液压泵(5)连接，液压泵(5)连接有第三液压管路(6)；第三液压管路(6)上连接有第四液压管路(7)、第五液压管路(8)、第六液压管路(9)和第一三位四通电磁换向阀(12)；第四液压管路(7)与溢流阀(10)相连接，溢流阀(10)经过第七液压管路(11)后与液压油箱(1)相连；第五液压管路(8)上连接有第二三位四通电磁换向阀(13)，第六液压管路(9)上连接有第三三位四通电磁换向阀(14)；第二三位四通电磁换向阀(13)通过第八液压管路(15)和第九液压管路(16)与T型气液复合缸(24)连接，T型气液复合缸(24)内部安装有配套的工字中空型活塞(25)，与T型气液复合缸(24)分别形成液压缸上油腔(21)和液压缸中油腔(20)；工字中空型活塞(25)内部配合安装有T型活塞内出杆(18)，T型活塞内出杆(18)上均匀分布有6个弹性限位柱(19)；T型活塞内出杆(18)与T型气液复合缸(24)分别形成液压缸下油腔(17)与液压缸中油腔(20)；工字中空型活塞(25)与T型活塞内出杆(18)的上端以及T型气液复合缸(24)的上端分别装有离子液体(22)与多孔介质(23)，多孔介质(23)和T型气液复合缸(24)的上端安装有进气阀(26)与排气阀(27)；液压缸中油腔(20)连接有第十液压管路(28)，第十液压管路(28)上并联连接有第十一液压管路(29)，第十液压管路(28)和第十一液压管路(29)同时与第一三位四通电磁换向阀(12)相连接，第一三位四通电磁换向阀(12)经第十二液压管路(30)、第十三液压管路(31)后与冷却器(35)相连；液压缸上油腔(21)上连接有第十四液压管路(32)，第十四液压管路(32)并联连接有第十五液压管路(33)，第十四液压管路上(32)和第十五液压管路(33)同时与第三三位四通电磁换向阀(14)相连接，第三三位四通电磁换向阀(14)经第十六液压管路(34)、第十三液压管路(31)后与冷却器(35)相连；冷却器(35)通过第十七液压管路(36)与油箱(1)连通。
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