CN214998096U - 一种单缸活塞式氢气压缩机 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于氢气的压缩与储存设备技术领域，尤其涉及一种单缸活塞式氢气压缩机。包括筒体和活塞，活塞同轴安装在筒体的腔体内；活塞上部与上筒体之间通过无油润滑密封环实现对氢气密封，活塞下部与下筒体的下部腔体之间通过油润滑密封环实现对液压油密封；下筒体上部的筒体侧璧上开有进风口和排风口；下筒体上部的内侧壁上加工有与漏油小管相联通的漏油环槽，漏油环槽通过漏油小管和漏油回收环管与漏油回收管相连通。本实用新型的单缸活塞式氢气压缩机，具有结构简单、设备成本低的优点。

Description

一种单缸活塞式氢气压缩机

技术领域

本实用新型属于氢气的压缩与储存设备技术领域，尤其涉及一种单缸活塞式氢气压缩机。

背景技术

随着能源向绿色低碳转型，氢能的利用将成为未来重要的发展领域。其中，氢燃料汽车是新能源汽车的重要发展方向，需要建造大量的加氢站，向氢燃料汽车快速注入高压的氢气，因此高压氢气压缩与储存系统成为未来重要的技术发展领域。

目前，国内外的氢气压缩主要采用两类技术：隔膜式氢气压缩机、液压活塞式氢气压缩机。

1、隔膜式氢气压缩机

隔膜式压缩机是液压油系统和氢气压缩系统两个系统的结合。两个体系之间采用金属膜片完全隔离开，通过金属膜片的来回收缩和膨胀，反复对氢气进行压缩。

液压油系统包括电机驱动的曲轴、连杆和活塞。电机驱动曲轴旋转，带动连杆推动活塞往复运动，当活塞向前移动时，推动液压油的压力升高，液压油压力升高推动金属膜片向氢气侧膨胀，从而压缩氢气，使其压力升高，压力升高的氢气通过出口阀排出，进入高压储罐内。当液压油侧压力降低和活塞回缩后，氢气侧进口阀自动打开，低压侧的氢气再进入缸内，推动金属膜片向液压油侧收缩。如此反复进行，将氢气压力升高到设定的压力。

该技术目前国内外应用较多，我国大多采用这种技术。该技术的缺点是由于金属隔膜来回的收缩和膨胀，致使隔膜长期受到疲劳应力的作用而易损坏。

2、增压缸式液压驱动活塞氢气压缩机

该技术通过电动液压控制系统作为动力,配合制造精密的增压缸,施压的液压油和被施压的氢气分别包容在增压缸两端的两个活塞缸内，每一个活塞缸中均有一个活塞，两个活塞通过同轴连杆连接，同轴连杆贯穿通过两个活塞缸之间连接法兰的中心孔。中心孔和连杆之间设置有密封环，以防连杆来回移动时液压油的泄漏。施压的液压油推动该缸内的活塞移动，该活塞再通过连杆推动氢气气缸内的活塞移动，对氢气进行压缩，生成高压的氢气，进入到高压储气罐内。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种单缸活塞式氢气压缩机，采用液压油驱动，对氢气进行压缩，产生高压的氢气加以储存，以用于氢燃料汽车加氢站，电解制氢气的压缩与储存等。

本实用新型提出的单缸活塞式氢气压缩机，包括筒体和活塞，活塞同轴安装在筒体的腔体内；活塞上部与上筒体之间通过无油润滑密封环实现对氢气密封，活塞下部与下筒体的下部腔体之间通过油润滑密封环实现对液压油密封；下筒体上部的筒体侧璧上开有进风口和排风口；下筒体上部的内侧壁上加工有与漏油小管相联通的漏油环槽，漏油环槽通过漏油小管和漏油回收环管与漏油回收管相连通。

本实用新型提出的单缸活塞式氢气压缩机，其优点是：

与已有的隔膜式氢气压缩机和增压缸式液压驱动活塞氢气压缩机相比，本实用新型的单缸活塞式氢气压缩机，采用施压的液压油和被施压的氢气分别包容在增压缸两端的两个活塞缸体内，采用单个活塞缸，液压油驱动，活塞缸内活塞的一侧为由液压泵提供的施压液压油，施压液压油推动活塞移动，对另一侧的氢气进行压缩，形成高压的氢气。本实用新型的单缸活塞式氢气压缩机，具有结构简单、设备成本低的优点。

附图说明

图1是本实用新型提出的单缸活塞式氢气压缩机结构示意图。

图1中，1是氢气入口接管嘴，2是上端盖主螺栓，3是上端盖，4是上端盖橡胶密封环，5是上筒体，6是无油润滑密封环，7是进风口，8是漏油管，9是漏油收集环管，10 是液压油密封环，11是下顶盖，12是氢气出口接管嘴，13是不锈钢堆焊层，14是不锈钢衬里，15是排风口，16是活塞，17是下筒体，18是漏油回收管，19是下顶盖橡胶密封环， 20是下主螺栓，21是液压油管接头。

具体实施方式

本实用新型提出的单缸活塞式氢气压缩机，其结构如图1所示，包括筒体和活塞16，活塞16同轴安装在筒体的腔体内；活塞16上部a与上筒体5之间通过无油润滑密封环6实现对氢气密封，活塞16下部c与下筒体17的下部腔体之间通过油润滑密封环10实现对液压油密封；下筒体17上部的筒体侧璧上开有进风口7和排风口15；下筒体17上部的内侧壁上加工有与漏油小管8相联通的漏油环槽，漏油环槽通过漏油小管8和漏油回收环管9与漏油回收管18相连通。

上述单缸活塞式氢气压缩机中，所述的上筒体6的上端部设有上端盖3，上端盖3上开有氢气入口接管嘴1和氢气出口接管嘴12，还可以开设任何需要的接管座或开孔。

上述单缸活塞式氢气压缩机中，所述的下筒体12的下端部设有下端盖11，下端盖11开有液压油管接头21，也可以设置任何需要的接管座或开孔。

以下结合附图，详细介绍本实用新型提出的单缸活塞式氢气压缩机的工作原理：

本实用新型的单缸活塞式氢气压缩机采用单个活塞缸，活塞缸内活塞16的一侧为由液压泵提供的施压液压油，施压液压油推动活塞移动，对另一侧的氢气进行压缩，形成高压的氢气。

活塞缸内的活塞16采用双端密封的结构，分为上中下三段：活塞下段采用油润滑的活塞密封环10；活塞上段采用无油润滑密封环6；活塞中段的周围空间为常压的通风空间。活塞上段活塞的直径和活塞下段的活塞直径可以根据出口氢气压力和液压泵的施压压力进行设计选择。

单缸活塞式氢气压缩机工作时，液压油由液压系统提供压力，液压油从活塞缸底部的液压油管21进入活塞缸。低压的氢气由低压氢气储罐通过一个止回阀，由氢气入口接管嘴1进入到活塞缸内被施压的氢气一侧，压力升高后的氢气通过氢气出口的止回阀，由氢气出口接管嘴12被排出。

单缸活塞式氢气压缩机主体是一个活塞缸，活塞缸内的活塞采用双端密封的结构，分为上中下三段：活塞上段、活塞中段、活塞下段(如图1所示)。活塞下段采用油润滑的活塞密封环10。活塞下段始终在液压油的缸体段，活塞下段由其下面的液压油来驱动。活塞上段的上方为氢气的缸体段，活塞上段采用无油润滑密封环6，例如格莱圈，具有自润滑性，并具有良好的密封效果。活塞中段的周围空间为常压的通风空间，活塞中段有两个功能，一个是这段空气空间可以通风，筒体侧壁上开有空气的入口的进风管嘴7和空气出口的排风管嘴15，可实现该区域的通风，这可以对压缩机有一定的辅助的冷却作用，也可以由通风带走经活塞上段的氢气密封环泄漏到该空间的微量的氢气；活塞中段的筒体侧壁有漏油收集的结构，使来自活塞下段密封环微量漏人活塞中段空间的液压油，自动收集到与漏油小管8相联通的筒体侧壁的环槽内，再流经漏油小管8、漏油回收环管9和漏油回收管18，可以将漏油回收并再利用。筒体侧壁的不锈钢衬里14，是为了避免发生筒体材料在高压氢气环境下的氢脆，可以视运行工况的需要确定是否设置这层不锈钢衬里(或不锈钢堆焊层)，不锈钢衬里(或堆焊层)14与所述的活塞16之间通过无油润滑密封环6密封。

液压油由液压系统提供压力，液压油从活塞缸底部的液压油管21进入活塞缸，推动活塞16向上移动，压缩另一侧的氢气，使其压力升高。施压的液压油系统由液压油泵、液压油止回阀和液压油压力控制阀组成，保证液压油系统在压缩循环过程中，缸体的液压油一侧一直处于充满液压油状态。

低压的氢气由低压氢气储罐通过一个止回阀，由氢气入口接管嘴1进入到活塞缸内被施压的氢气一侧，压力升高后的氢气通过氢气出口的止回阀，由氢气出口接管嘴12 排出到下一级压缩机继续升压，或直接排入高压氢气储罐内。

如果需要，可在氢气被压入高压储气罐前，先通过一个过滤器，以滤除氢气中可能存在的微小固体颗粒。加压后的质量合格的氢气最终充入高压储气罐内。

本实用新型的单缸活塞式氢气压缩机可以采用多级压缩将氢气源内的低压氢气加压到最高100MPa的压力(如果有需要，也可以到更高压力)。

氢气压缩机的主要设计参数是入口低压氢气的压力和被压缩氢气的最高压力，以及压缩氢气的流量(Nm3/小时)。以此设计确定：活塞16的上、中、下直径和活塞缸的尺寸，液压油泵的压力和活塞的行程与速度等。

压缩机的运行状态包括状态A和状态B：

状态A：压气状态，油压机向压缩机内压油，使活塞16自下而上移动，将活塞缸内的氢气升压并压入到压缩机下游的冷却器。

状态B：进气状态(即压缩机向油压机回油状态)，油压机对该压缩机停止压油并打开回油阀，活塞在自重和活塞缸顶部进入的氢气压力下，向下移动，将液压油压回到油压机的油箱内。

运行时，A、B两种运行状态每隔t秒转换1次，t为预设值。状态转换发生在活塞处在上、下的两个极限位置的时刻。活塞的移动速度应使活塞在其上、下的极限位置至少要有0.5秒的停留时间，以保证压缩机最大限度地完成压气和进气过程。

压缩机在压缩过程中，一部分的压缩能会转换成热能，需要对压缩机和氢气进行冷却。可以使压缩机出口的氢气先经过氢气冷却器，冷却后的氢气再进入下一级压缩机或进入氢气储存罐。压缩机的冷却可采用两种方式，即采用水冷套的冷却方式和将压缩机系统全部置于水池之内，利用水池内的水自然循环对压缩机进行冷却。这两种方式的冷却效果很接近，可按实际需要选择适用的冷却方式。

Claims (3)

1.一种单缸活塞式氢气压缩机，其特征在于，包括筒体和活塞，活塞同轴安装在筒体的腔体内；活塞上部与上筒体之间通过无油润滑密封环实现对氢气密封，活塞下部与下筒体的下部腔体之间通过油润滑密封环实现对液压油密封；下筒体上部的筒体侧璧上开有进风口和排风口；下筒体上部的内侧壁上加工有与漏油小管相联通的漏油环槽，漏油环槽通过漏油小管和漏油回收环管与漏油回收管相连通。

2.如权利要求1所述的单缸活塞式氢气压缩机，其特征在于，所述的上筒体的上端部设有上端盖，上端盖上开有氢气入口接管嘴和氢气出口接管嘴。

3.如权利要求1所述的单缸活塞式氢气压缩机，其特征在于，所述的下筒体的下端部设有下端盖，下端盖开有液压油管接头。

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