进口温度补偿型氢气隔膜压缩机及对进口氢气降温的方法与流程

1.本发明涉及压缩机领域。更具体地说，本发明涉及一种进口温度补偿型氢气隔膜压缩机及对进口氢气降温的方法。


背景技术：

2.氢气隔膜压缩机主要用于加氢站内氢气增压使用，现有的压缩机由于没有进口冷却功能，入口为环境温度，氢气增压后由于压缩热，压缩后的氢气最高温度会升至180℃，导致压缩机缸头及氢气出口管路系统高温，虽然现有压缩机已经对缸头进行冷却，但是仍有部分结构和管路无法进行有效冷却，从而造成热应力和热疲劳，影响压缩机的可靠性和安全性。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种进口温度补偿型氢气隔膜压缩机及对进口氢气降温的方法，对增压前的氢气进行降温，提高压缩机的可靠性和安全性。
4.本发明解决此技术问题所采用的技术方案是：一种进口温度补偿型氢气隔膜压缩机，所述氢气隔膜压缩机设置有进气阀部件，所述进气阀部件与进气管道的进气尾段连接，所述进气管道由进气入口段、进气中部段和进气尾段构成，所述进气中部段在竖直平面内呈蛇形线布置于冷却系统中；
5.所述冷却系统包括装有载冷液的罐体、装有冷媒的冷媒管和两组辅助组件；
6.所述载冷液的液位低于所述罐体的顶面、高于进气中部段的顶面，所述冷媒管由冷媒入口段、冷媒中部段和冷媒尾段构成，所述冷媒入口段设置有冷媒阀，所述冷媒中部段在竖直平面内沿罐体长度方向呈蛇形布置于冷却系统中且位于所述进气中部段的正下方；两组辅助组件对称设置于进气中部段的两侧，所述辅助组件包括液压升降柱、推板、底管和柔性进气管，所述液压升降柱固定于罐体的侧壁，所述液压升降柱的伸缩端与所述推板连接，以驱动推板平行于进气中部段移动，所述推板上均匀开设有若干透液孔，所述推板的下部固定有底管，两组辅助组件的底管位于罐体中不同高度且均位于所述冷媒中部段正下方，所述底管沿宽度方向设置且不超出冷媒中部段下方，所述底管上方开设有若干出气孔，底管进气口与柔性进气管连接，所述柔性进气管与罐体顶面的管接头连接，所述管接头上连接有刚性进气管，所述刚性进气管上设置有第一进气阀，刚性进气管进气端与气罐连接；
7.所述进气尾段内设置有第一温度传感器，第一温度传感器、液压升降柱、冷媒阀、第一进气阀、进气阀部件均与控制器连接。
8.优选的是，所述进气入口段由上方穿入所述冷却系统，所述进气尾段由下方穿出所述冷却系统；所述冷媒入口段由上方穿入所述冷却系统，所述冷媒尾段由下方穿出所述冷却系统。
9.优选的是，所述推板的宽度小于进气中部段与罐体侧壁的距离，所述推板的高度小于罐体的高度。
10.优选的是，所述罐体外部设置有保温层。
11.优选的是，所述柔性进气管在罐体中的长度设置为可使底管往复运动。
12.优选的是，所述罐体顶面设置有出气管，所述出气管与集气罐连接。
13.优选的是，所述氢气隔膜压缩机设置有缸部件和曲轴箱。
14.优选的是，所述曲轴箱中设置有曲柄连杆活塞部件。
15.本发明还提供了一种利用所述的压缩机对进口氢气降温的方法，包括以下步骤：
16.将待压缩的氢气通入进气管道，通过冷却系统降温；
17.当第一温度传感器检测的温度t＜t1时，所述控制器控制所述进气阀部件开启，通过压缩机对氢气进行压缩；
18.当第一温度传感器检测的温度t＞t2时，t2＜t1，所述控制器同时控制：1)冷媒阀开启，向冷媒管中通入冷媒以对载冷液降温；2)液压升降柱顶推推板往复运动；3)控制第一进气阀开启，通入温度为t3的氮气，t3＜t2；
19.当第一温度传感器检测的温度t≤t4时，t 3
＜t 4
＜t 2
，所述控制器控制液压升降柱停止，控制冷媒阀和第一进气阀关闭。
20.本发明至少包括以下有益效果：进口温度补偿型氢气隔膜压缩机，通过温度补偿的形式提高氢气压缩机性能，所述的温度补偿主要包括冷却系统和温度控制系统(控制器、第一温度传感器、冷媒阀、第一进气阀)，安装在压缩机进口处，通过载冷剂对进压缩机前的氢气进行冷却，温度控制系统主要是通过控制载冷剂的温度保证氢气冷却温度始终低于上限温度，保证氢气可持续输入至压缩机进行压缩。
21.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
22.图1是本发明冷却系统的结构示意图；
23.图2是本发明冷却系统侧视图；
24.图3是本发明氢气隔膜压缩机示意图。
25.附图标记说明：1进气入口段，2进气中部段，3进气尾段，4罐体，5冷媒入口段，6冷媒中部段，7冷媒尾段，8冷媒阀，9液压升降柱，10推板，11底管，12管接头，13刚性进气管，14第一进气阀，15缸部件，16曲轴箱，17透液孔，18出气管，19进气阀部件，20排气阀部件，21活塞部件，22第一温度传感器。
具体实施方式
26.下面结合附图对本发明进行详细、完整的说明。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。在结合附图对本发明进行说明前，需要特别指出的是：本发明中在包括下述说明在内的各部分中所提供的技术方案和技术特征，在不冲突的情况下，这些技术方案和技术特征可以相互组合。
27.此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
28.以下结合附图及实施对本发明作进一步的详细说明，其具体实施过程如下：
29.如图1～3所示，本发明提供一种进口温度补偿型氢气隔膜压缩机，所述氢气隔膜压缩机设置有进气阀部件19、排气阀部件20，所述进气阀部件19与进气管道的进气尾段3连接，所述进气管道由进气入口段1、进气中部段2和进气尾段3构成，所述进气中部段2在竖直平面内呈蛇形线布置于冷却系统中；
30.所述冷却系统包括装有载冷液的罐体4、装有冷媒的冷媒管和两组辅助组件；
31.所述载冷液的液位低于所述罐体4的顶面、高于进气中部段2的顶面，所述冷媒管由冷媒入口段5、冷媒中部段6和冷媒尾段7构成，所述冷媒入口段5设置有冷媒阀8，所述冷媒中部段6在竖直平面内沿罐体4长度方向呈蛇形布置于冷却系统中且位于所述进气中部段2的正下方；两组辅助组件对称设置于进气中部段2的两侧，所述辅助组件包括液压升降柱9、推板10、底管11和柔性进气管(采用低温软管，为市售产品)，所述液压升降柱9固定于罐体4的侧壁，所述液压升降柱9的伸缩端与所述推板10连接，以驱动推板10平行于进气中部段2移动，所述推板10上均匀开设有若干透液孔17，所述推板10的下部固定有底管11，两组辅助组件的底管11位于罐体4中不同高度且均位于所述冷媒中部段6正下方，保证两组辅助组件的底管11运动时不会相互干涉，所述底管11沿宽度方向设置且不超出冷媒中部段6下方，避免底管11干涉对侧辅助组件的推板10运动，所述底管11上方开设有若干出气孔，底管11进气口与柔性进气管连接，所述柔性进气管与罐体4顶面的管接头12连接，所述管接头12上连接有刚性进气管13，所述刚性进气管13上设置有第一进气阀14，刚性进气管13进气端与气罐连接；
32.所述进气尾段3内设置有第一温度传感器，第一温度传感器、液压升降柱9、冷媒阀8、第一进气阀14、进气阀部件19均与控制器连接。
33.本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述进气入口段1由上方穿入所述冷却系统，所述进气尾段3由下方穿出所述冷却系统；所述冷媒入口段5由上方穿入所述冷却系统，所述冷媒尾段7由下方穿出所述冷却系统。
34.本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述推板10的宽度略小于进气中部段2与罐体4侧壁的距离，所述推板10的高度略小于罐体4的高度，以保证推板10在罐体4中前后移动时不与罐体4、进气中部段2、冷媒中部段6发生干涉。
35.本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述罐体4外部设置有保温层。
36.本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述柔性进气管在罐体4中的长度设置为可使底管11往复运动。
37.本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述罐体4顶面设置有出气管18，所述出气管18与集气罐连接，用于收集排出的氮气。
38.本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述氢气隔膜压缩机设置有缸部件15、活塞部件21和曲轴箱16。
39.本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：所述曲轴箱16中设置有曲柄连杆活塞部件21。
40.一种利用所述的压缩机对进口氢气降温的方法，包括以下步骤：
41.将待压缩的氢气通入进气管道，通过冷却系统降温；
42.当第一温度传感器22检测的温度低t＜t1＝-2℃时，所述控制器控制所述进气阀部件19开启，通过压缩机对氢气进行压缩；
43.当第一温度传感器22检测的温度t＞t2＝-4℃时，所述控制器同时控制：1)冷媒阀8开启，向冷媒管中通入冷媒以对载冷液降温；2)控制液压升降柱9顶推推板10往复运动，由于罐体4中进气中部段2靠近进气入口段1的氢气温度高于进气中部段2靠近进气尾段3的温度，载冷液的温度分布不均匀，为了加快载冷液均匀降温，通过推板10将具有温差的载冷液混匀，通过冷媒进行降温降温更迅速；3)控制第一进气阀14开启，通入温度为t3＝-15℃的氮气；
44.当第一温度传感器检测的温度t≤t4＝-10℃时，所述控制器控制液压升降柱9停止，控制冷媒阀8和第一进气阀14关闭。
45.利用所述的压缩机对进口氢气降温，来保证氢气侧的出口温度，由于隔膜压缩机为容积式结构，在环境温度25℃时，预冷后的压缩机排气量相较于现有压缩机增加13％左右，并且出口温度相较于现有结构将下降35℃左右，极大的提高的现有压缩机的可靠性和安全性。
46.由于隔膜压缩机为容积式结构，所以遇冷前后压缩机的进气体积v是不变的，环境温度25℃时，单次进气量m为：
47.m＝pvm/zrt148.p:为进气压力；
49.v：单次进气体积；
50.m：氢气摩尔质量；
51.z：氢气压缩机因子：z＝(1.019
×
10-13
×
t
13-1.0264
×
10-10
×
t
12
3.4664
×
10-8
×
t
1-3.964
×
10-6
)
×
p3 (-1.4
×
10-11
×
t
13
1.4347
×
10-8
×
t
12-4.9551
×
10-6
×
t1 0.00058233)
×
p2 (1.876
×
10-9
×
t
12-0.000014613
×
t1 0.010258)
×
p 0.000009342
×
t1 0.99679；
52.r：气体常数，8.3147；
53.t1:环境温度25℃时的开尔文温度；
54.经过预冷后，进气温度降至-10℃时，进气压力p、单次进气体积、氢气摩尔质量m和气体常数r不变，经计算，预冷后进气质量将增加13％左右。
55.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。