一种离子液体氢气压缩机及其使用方法
阅读说明：本技术 一种离子液体氢气压缩机及其使用方法 (Ionic liquid hydrogen compressor and using method thereof ) 是由 郑立 于 2021-10-27 设计创作，主要内容包括：一种离子液体氢气压缩机及其使用方法,涉及一种氢气压缩机技术,包括离子液体箱、电机泵组、低压氢气罐和缓冲罐,电机泵组由电机和离子液体泵组成,离子液体泵的输入端与离子液体箱通过管路A连接,输出端通过管路B与压缩罐A连通,管路B上设有与压缩罐B连通的支管A,在低压氢气罐的顶部设有与压缩罐B连通的管路C,管路C上设有与压缩罐A连通的支管B；在缓冲罐的底部设有与压缩罐A上端连通的管路D,管路D上设有与压缩罐B上端连通的支管C；压缩罐A、压缩罐B和缓冲罐的下端出口上均设有与换热器连通的管路E；本发明对氢气进行压缩同时对被压缩的氢气进行内部充分冷却,通过一次压缩就得到高压缩比的高压气体,压缩效率更高。(An ionic liquid hydrogen compressor and a using method thereof relate to a hydrogen compressor technology, and comprise an ionic liquid tank, a motor pump set, a low-pressure hydrogen tank and a buffer tank, wherein the motor pump set consists of a motor and an ionic liquid pump, the input end of the ionic liquid pump is connected with the ionic liquid tank through a pipeline A, the output end of the ionic liquid pump is communicated with the compression tank A through a pipeline B, a branch pipe A communicated with the compression tank B is arranged on the pipeline B, a pipeline C communicated with the compression tank B is arranged at the top of the low-pressure hydrogen tank, and a branch pipe B communicated with the compression tank A is arranged on the pipeline C; a pipeline D communicated with the upper end of the compression tank A is arranged at the bottom of the buffer tank, and a branch pipe C communicated with the upper end of the compression tank B is arranged on the pipeline D; pipelines E communicated with the heat exchanger are arranged on the outlets of the lower ends of the compression tank A, the compression tank B and the buffer tank; the invention compresses hydrogen and fully cools the compressed hydrogen, and high-pressure gas with high compression ratio can be obtained by one-time compression, and the compression efficiency is higher.)
技术领域
本发明涉及一种氢气压缩机技术，尤其是涉及一种离子液体氢气压缩机及其使用方法。
背景技术
公知的，现有高压氢气压缩机常用于新能源汽车的燃料的储存及运输，加气站的储存及运输，对新能源汽车的发展至关重要。氢气储存、运输的压力也由21兆帕提高到35兆帕及70兆帕，还有再到90兆帕的趋势。对于产生这么高压力大压缩机的生产提出了更苛刻的要求，现有的该类氢气压缩机主要有活塞式、离心式，活塞式根据密封的方式和结构又分为常规密封式、隔膜式和离子液体式。这些压缩机都有一个共同的特点是都现有多级压缩，是每级压缩后的出口温度都小于一定值，然后经过冷却，再进入下一级压缩机进行压缩。通常是三级或者更多，这样就造成设备机构复杂、体积庞大、泄露点多、效率低。因此，提出一种压缩效率更高、泄露率低、更安全的离子液体氢气压缩机，成为本领域技术人员的基本诉求。
发明内容
为了克服背景技术中的不足，本发明公开了一种离子液体氢气压缩机及其使用方法。
为了实现所述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种离子液体氢气压缩机，包括离子液体箱、电机泵组、低压氢气罐和缓冲罐，电机泵组由电机和离子液体泵组成，离子液体泵的输入端与离子液体箱通过管路A连接，输出端通过管路B与压缩罐A连通，管路B上设有与压缩罐B连通的支管A，在低压氢气罐的顶部设有与压缩罐B连通的管路C，管路C上设有与压缩罐A连通的支管B；在缓冲罐的底部设有与压缩罐A上端连通的管路D，管路D上设有与压缩罐B上端连通的支管C；压缩罐A、压缩罐B和缓冲罐的下端出口上均设有与换热器连通的管路E。
所述的离子液体氢气压缩机，与压缩罐A、压缩罐B连接的管路B、支管A的一端均设有喷雾喷头，且喷雾喷头均分别设置在压缩罐A、压缩罐B内。
所述的离子液体氢气压缩机，在管路C、管路D、管路B上均设有换向阀，管路C上的换向阀设置在低压氢气罐与压缩罐A之间的管路上；管路D上的换向阀设置在管路D与支管C的连接处；管路B上的换向阀设置在管路B与支管A的连接处。
所述的离子液体氢气压缩机，管路E的一端与缓冲罐连通，另一端与换热器连通，管路E上分别设有分支管与压缩罐A、压缩罐B连通，在靠近换热器处的管路E上与压缩罐A的分支管之间设有换向阀。
所述的离子液体氢气压缩机，所述换向阀为换向开关阀，均与外部控制器通过信号线连接。
所述的离子液体氢气压缩机，在缓冲罐内设有过滤器。
所述的离子液体氢气压缩机，离子液体泵为恒功率变量柱塞泵。
所述的离子液体氢气压缩机，压缩罐A、压缩罐B内均充入有氢气。
所述的离子液体氢气压缩机，离子液体泵的启停、换热器的启停、换热器温度测量及压缩罐A、压缩罐B内的液位控制器均由控制器控制。
一种离子液体氢气压缩机的使用方法，具体操作步骤如下：
（1）、电机驱动离子液体泵，离子液体箱内的液体通过管路A进入离子液体泵，产生有压力的离子液体；低压氢气罐内的氢气通过管路C送至压缩罐A，由管路B及管路B上的换向阀将离子液体通过喷雾喷嘴喷入压缩罐A内，随着压缩罐A内离子液体量的增多，压缩罐A内的氢气被压缩；氢气被压缩的过程被新进压缩罐A内的雾状离子液体冷却，压缩的氢气热量直接交换到离子液体内并落入罐底；
（2）、接上一步骤，被压缩的氢气通过管路D进入缓冲罐中，离子液体充满压缩罐A后完成压缩过程，进气压力将离子液体挤出压缩罐A，通过压缩罐A下部的分支管进入换热器换热后回到离子液体箱内；
（3）、离子液体箱内的液体通过管路A进入离子液体泵，产生有压力的离子液体，控制阀把产生压力的离子液体由压缩罐A切换到压缩罐A，离子液体通过支管A上的喷雾喷嘴喷入压缩罐B内，低压氢气罐内的氢气通过管路C送至压缩罐B内，随着压缩罐B内离子液体量的增多，压缩罐B内的氢气被压缩；氢气被压缩的过程被新进压缩罐B内的雾状离子液体冷却，压缩的氢气热量直接交换到离子液体内并落入罐底；
（4）接上一步骤，被压缩的氢气通过支管C进入缓冲罐中，离子液体充满压缩罐B后完成压缩过程，进气压力将离子液体挤出压缩罐B，通过压缩罐B下部的分支管进入换热器换热后回到离子液体箱内。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1、本发明所述的离子液体氢气压缩机及其使用方法，用离子液体作为介质压缩氢气，具有蒸汽压小不挥发、比热容大、热稳定性好、压缩率小不容易被压缩、不污染氢气的特点；在对氢气进行压缩同时对被压缩的氢气进行内部充分冷却，这样可以通过一次压缩就可以得到高压缩比的高压气体，这样的压缩效率更高；同时被压缩的气体不与活动部件接触，没有运动泄露的条件，泄露率低，更安全，整个压缩过程只有离子液体参与容积的变化，由于离子液体的性质不污染氢气，使该压缩机可以对高纯氢气进行压缩。
2、本发明所述的离子液体氢气压缩机及其使用方法，采用雾化内冷的方式对压缩氢气进行压缩，使压缩产生的热量能够及时均匀的被带走，氢气压力升高温度不会明显升高，可以一次压缩就能得到较高的压力，能接近于等温压缩的高效率。现有的活塞压缩机对氢气压缩时，气缸内氢气的温度无处释放，氢气温度升高，压缩效率下降，只能靠缸壁散热一部分，大部分还需要中间换热器把氢气的温度降下来，然后再次压缩，多次压缩后才能得到高压氢气；多次压缩也造就了现有压缩机结构复杂，体积庞大；在单个压缩过程中，该压缩机采用了恒功率变量泵，使在不同的压缩时刻提供不同的压力对氢气进行压缩，这样更接近理想状态的气体压缩曲线，无用功更少，效率高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：1、离子液体箱；2、换热器；3、低压氢气罐；4、压缩罐A；5、压缩罐B；6、换向阀；7、缓冲罐；8、过滤器；9、电机泵组；10、控制器；11、支管B；12、管路C；13、支管A；14、管路D；15、管路B；16、管路A；17、支管C；18、管路E。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本发明，公开本发明的目的旨在保护本发明范围内的一切技术改进。
结合附图1所述的离子液体氢气压缩机，包括离子液体箱1、电机泵组9、低压氢气罐3和缓冲罐7、，电机泵组9由电机和离子液体泵组成，离子液体泵的输入端与离子液体箱1通过管路A16连接，输出端通过管路B15与压缩罐A4连通，管路B15上设有与压缩罐B5连通的支管A13，在低压氢气罐3的顶部设有与压缩罐B5连通的管路C12，管路C12上设有与压缩罐A4连通的支管B11；在缓冲罐7的底部设有与压缩罐A4上端连通的管路D14，管路D14上设有与压缩罐B5上端连通的支管C17；压缩罐A4、压缩罐B5和缓冲罐8的下端出口上均设有与换热器2连通的管路E18。
所述的离子液体氢气压缩机，与压缩罐A4、压缩罐B5连接的管路B15、支管A13的一端均设有喷雾喷头，且喷雾喷头均分别设置在压缩罐A4、压缩罐B5内；喷雾喷头设置在压缩罐A4、压缩罐B5内，让离子液体以雾状进入压缩罐A4、压缩罐B5内，雾装的离子液体表面积很大，能够充分的与被压缩的氢气接触，使不断被压缩氢气产生的热量能够及时均匀的把热量传递到离子液体内，被压缩的氢气温度不会大幅度升高，一次压缩就能得到很高的压缩比，不需要多级压缩就能得到35、70或90MPa的高压力；
所述的离子液体氢气压缩机，在管路C12、管路D14、管路B15上均设有换向阀6，管路C12上的换向阀6设置在低压氢气罐3与压缩罐A4之间的管路上；管路D14上的换向阀6设置在管路D14与支管C17的连接处；管路B15上的换向阀6设置在管路B15与支管A13的连接处。
所述的离子液体氢气压缩机，管路E18的一端与缓冲罐7连通，另一端与换热器2连通，管路E18上分别设有分支管与压缩罐A4、压缩罐B5连通，在靠近换热器2处的管路E18上与压缩罐A4的分支管之间设有换向阀6。
所述的离子液体氢气压缩机，所述换向阀6为换向开关阀，均与外部控制器10通过信号线连接；换向阀是响应控制器的信号，对各个工序进行换向及开关控制，对进入氢气的开关切换、离子液体的喷雾喷头开关及切换、离子液体到合适的位置进行排空及切换。
所述的离子液体氢气压缩机，在缓冲罐7内设有过滤器8；缓冲罐是一个高压容器，平衡压缩罐A4、压缩罐B5切换时的冲击与脉动，过滤器是对飞溅的离子液体与氢气进一步净化。
所述的离子液体氢气压缩机，离子液体泵为恒功率变量柱塞泵，用于压缩氢气，在压缩罐中氢气压力在不同时刻压力不同，恒功率泵能够根据氢气压力的高低提供不同压力和流量，压缩罐中氢气压力低时，恒功率泵能够提供大流量的低压力的离子液体用于喷雾压缩氢气；压缩罐中氢气压力高时，恒功率泵能够提供高压力小流量的离子液体用于喷雾压缩氢气，在一个压缩周期内始终满功率运行。
所述的离子液体氢气压缩机，压缩罐A4、压缩罐B5内均充入有氢气；压缩罐A4、压缩罐B5是两个高压容器，进入的氢气在这个密保空间里被不断增多的离子液体压缩，产生高压氢气，两个高压容器交替使用，完成不间断平稳压缩。
所述的离子液体氢气压缩机，离子液体泵的启停、换热器2的启停、换热器2温度测量及压缩罐A4、压缩罐B5内的液位控制器均由控制器控制；控制器包括程序控制器PLC及动作电控原件，对进气开关及切换、离子液体开关及切换、排气开关及切换、温度控制、液位控制、换热器控制、电机及离子液体泵大开关控制、环境氢气含量监控等功能。
一种离子液体氢气压缩机的使用方法，具体操作步骤如下：
（1）、电机驱动离子液体泵，离子液体箱1内的液体通过管路A16进入离子液体泵，产生有压力的离子液体；低压氢气罐3内的氢气通过管路C12送至压缩罐A4，由管路B15及管路B15上的换向阀将离子液体通过喷雾喷嘴喷入压缩罐A4内，随着压缩罐A4内离子液体量的增多，压缩罐A4内的氢气被压缩；氢气被压缩的过程被新进压缩罐A4内的雾状离子液体冷却，压缩的氢气热量直接交换到离子液体内并落入罐底；
低压氢气罐3是储存用于被压缩的氢气，为该压缩机提供稳定的气源；
（2）、接上一步骤，被压缩的氢气通过管路D14进入缓冲罐7中，离子液体充满压缩罐A4后完成压缩过程，进气压力将离子液体挤出压缩罐A4，通过压缩罐A4下部的分支管进入换热器2换热后回到离子液体箱1内；
换热器是把氢气压缩过程中产生的热量被雾化的离子液体吸收，然后离子液体进入换热器，与冷却介质，如：水或空气热量交换后，把氢气压缩产生的热量带走，让离子液体处于低温状态，用于再次吸收压缩过程产生的氢气热量；
（3）、离子液体箱1内的液体通过管路A16进入离子液体泵，产生有压力的离子液体，控制阀6把产生压力的离子液体由压缩罐A4切换到压缩罐A5，离子液体通过支管A13上的喷雾喷嘴喷入压缩罐B5内，低压氢气罐3内的氢气通过管路C12送至压缩罐B5内，随着压缩罐B5内离子液体量的增多，压缩罐B5内的氢气被压缩；氢气被压缩的过程被新进压缩罐B5内的雾状离子液体冷却，压缩的氢气热量直接交换到离子液体内并落入罐底；
（4）接上一步骤，被压缩的氢气通过支管C17进入缓冲罐7中，离子液体充满压缩罐B5后完成压缩过程，进气压力将离子液体挤出压缩罐B5，通过压缩罐B5下部的分支管进入换热器2换热后回到离子液体箱1内。
实施例
采用90KW异步电动机驱动一台恒功率变量柱塞泵，产生控制阀75MPa的离子液体；低压氢气罐3内的氢气通过管路C12送至压缩罐A4，并通过喷雾喷嘴喷出，低压氢气罐3容积3m³、压力1MPa；压缩罐A4、压缩罐B5均为容积40L，耐压100MPa；随着压缩罐A4内的离子液体量的增多，罐内的氢气被压缩，氢气被压缩的过程被新进罐内的雾状离子液体冷却，压缩的氢气热量直接交换到离子液体内并落入罐底，被压缩的氢气不会出现高温，该过程压缩比1：75；被压缩的氢气进入缓冲罐7，缓冲罐7容积20L，耐压100MPa，离子液体充满压缩罐A4后完成压缩过程；进气压力为1MPa，把离子液体挤出压缩罐A4，压缩氢气产生的热量由离子液体带走，经过换热器2后热量被冷却介质带走，冷却后的离子液体回到离子液体箱1中；离子液体箱容积400L，常压；换热器采用水冷，换热面积15㎡，耐压1MPa；压缩罐A4完成压缩后，通过管路C12上的控制阀6切换到压缩罐B5继续工作，其工作原理与压缩罐A4相同；各个管路、支管的管道压力为100MPa，管径DN50；控制器10采用PLC控制器，温度控制原件采用热电阻，安装在离子液体进出压缩罐A4和压缩罐A5的管路上，位置传感器采用磁力接触式，安装在压缩罐A4和A5的下部；离子液体氢气压缩机输出压力额定70MPa，最大75MPa，压缩效率达到89%。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
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