高壓氫氣壓縮的製造方法
2023-10-09 17:20:49 1
高壓氫氣壓縮的製造方法
【專利摘要】一種氣體壓縮機，包括高壓流體源和壓力容器，其中所述壓力容器具有一個用於待壓縮氣體的進氣口，一個用於被壓縮氣體的出氣口和一個用於高壓流體的流體入口。所述壓縮機被布置為將所述高壓流體經由流體入口引入到所述壓力容器中，從而壓縮壓力容器中的氣體的體積。
【專利說明】高壓氫氣壓縮機
【技術領域】
[0001]至少在本發明目前的優選實施例中，本發明主要涉及使用高壓水泵進行氫氣和任何其它氣態物質的壓縮，由於接近等溫壓縮，所述高壓水泵高效節能。
【背景技術】
[0002]市場上可用的最小的工業用的氫氣壓縮機的流速明顯大於小型電解槽的氣體產生率。為此，需要一個位於電解槽和壓縮機之間的緩衝罐以補償它們的不匹配。
[0003]將壓縮空氣用於抽水是眾所周知的現有技術。與使用壓縮空氣的水泵有關的已知的現有技術包括美國專利6，942，463，所述美國專利6，942，463公開了一種組合水泵和空氣壓縮系統，所述組合水泵和空氣壓縮系統通過供給壓縮空氣和水實現在一個單元內執行兩項獨立的功能。
[0004]美國專利4，478，553公開了使用葉輪葉片以產生壓縮空氣和水的混合物的等溫壓縮。
[0005]在基於燃氣輪機和動力裝置的應用中使用水柱以增加氣體壓力同樣可從現有技術中獲知。
[0006]美國專利4，497，563公開了一種動力裝置，所述動力裝置在沒有額外的壓縮的情況下，使用了水流產生用於渦輪機的燃燒器的壓縮空氣。
[0007]美國專利5，537，813公開了一種通過在將進氣引入到壓縮機之前對進氣進行處理以增加具有壓縮機、燃燒室和渦輪發電機的燃氣渦輪機系統的運行能力和效率的方法；所述處理通過建立進氣的垂直下降的氣流來完成；將處理水引入到進氣氣流中以產生比進氣向下的速率大的向下的速率，以在進氣中產生增大的誘導阻力壓強。
[0008]自從大約1890年液壓空氣壓縮機在遍及北美洲和歐洲被使用以提供用於採礦場的壓縮空氣以來，液壓空氣壓縮機存在至今。
[0009]現有技術還包括美國專利543410，543411，543412，618243，892772，199819，3643426，3797234，4343569，4391552。
[0010]然而，這些現有技術的公開完成了它們各自的壓縮氣體的目的，但這些發明都不適合於氫氣的壓縮。
【發明內容】
[0011]本發明提供了一種氣體壓縮機，包括高壓流體源和壓力容器，所述壓力容器具有用於待壓縮氣體的進氣口、用於壓縮氣體的出氣口和用於高壓流體的流體入口。所述壓縮機被布置為將高壓流體經由所述流體入口引入到所述壓力容器，從而壓縮所述壓力容器中的氣體的體積。
[0012]由於使用了水封，本發明的實施例提供了一種安全的且無洩漏的氣體壓縮機，這使得所述氣體壓縮機可以完美地對諸如氫氣的易爆氣體進行壓縮。本發明允許低壓氣體(比如來自大氣水電解槽的氫氣)以比昂貴的加壓電解槽或常規的氫氣壓縮機更加經濟的方式來明顯地增加氣體壓力。這種新的壓縮機與離心式空氣壓縮機、活塞式或隔膜式的氣體壓縮機相比具有的部件數量明顯較少，並且因此具有較低的製造成本。此外，本發明可消除對任何氫氣的緩衝罐的需求，因為所述壓縮機的流速可在10毫升/分鐘到實際上數百立方米/小時的範圍內，所述流速取決於所述水泵的流速。此外，至少在優選的實施例中，本發明能夠通過在使用接近等溫壓縮的多級壓縮來高效地產生高達700bar的氫氣或任何其他氣體。
[0013]至少在本發明的優選的實施例中，本發明提高了效率、減少了製造成本、降低了維護成本並且覆蓋了從非常低的流速到非常高的流速的運行範圍和現有技術無法使用的工作壓力的廣闊範圍。
[0014]所述壓力容器中的流體可與待壓縮的氣體直接接觸。例如，通過水泵，水被泵送到垂直定向的壓力容器中與氣體直接接觸。水封和上升的水柱充當液壓活塞。在這種情況下，所述壓縮機可不具有用於淨化空氣的氮氣源，因為水可能被注入到所述壓力容器的出口以淨化來自系統的任何空氣。
[0015]然而，在一個實施例中，所述壓力容器包括用於將高壓流體與所述壓力容器內的氣體分離的隔離部件。這樣，所述流體不與受到壓縮的氣體直接接觸。
[0016]所述隔離部件可以是容納於所述壓力容器中的活塞的形式。所述壓力容器在使用中被定向為使得所述流體在所述壓力容器的底部被引入且所述氣體在所述壓力容器的頂部被引入。這樣，所述活塞、其它隔離部件或者所述壓力容器中的流體的體積可擴充對所述壓力容器中在重力的作用下的氣體有效的體積。因此，所述壓縮機可包括安裝在垂直定向的壓力容器內部的機械活塞。由於由所述高壓流體源產生的背壓，所述機械活塞可被向上驅動。
[0017]在一個實施例中，所述隔離部件可以是連接到所述壓力容器的流體入口上的可膨脹的袋的形式。可膨脹的水袋之前從未被使用在壓力容器內部來避免水和待壓縮的氣體之間直接接觸。當膨脹時，所述可膨脹的水袋可以被製成需要的尺寸以在膨脹時佔據所述壓力容器的內表面，以使在保持進水管上的可開關控制的通氣孔對大氣打開時對氣體加壓。所述壓力容器的內部的形狀和容積可大體上等於所述可膨脹的水袋的外部的形狀和體積。所述袋可由任何柔性或複合材料製成，例如用強化橡膠、強化纖維塑料等。水在高壓下可被泵送到所述可膨脹的水袋中以佔據所是壓力容器的內部空間，並且隨後在保持進水管上的可開關控制的通氣孔對大氣打開時對所述壓力容器中的氣體進行加壓；在這種情況下，水不與所述壓力容器中受壓縮的氣體接觸。
[0018]通常，所述高壓流體為液體。在優選的實施例中，所述高壓流體為水。可使用任何非壓縮液體或液壓流體來代替水。本發明的氣體壓縮機可使用任何合適的液體介質，例如使用水、水-溶劑混合物、防凍劑混合物、各種具有高沸點的溶劑、液壓油等。所述壓力容器可被連接到主高壓流體源上。可替代地，所述高壓流體源可包括泵，所述泵被布置為將流體泵送到所述壓力容器的流體入口。所述高壓流體源可包括罐和所述泵，所述泵被布置為將流體從所述罐泵送到所述壓力容器的流體入口。
[0019]所述氣體壓縮機可包括至少一個另一壓力容器，所述另一壓力容器具有進氣口和用於所述高壓流體的流體入口。所述泵可被布置為將流體從所述第一壓力容器泵送到所述另一壓力容器的流體入口，從而壓縮所述另一壓力容器中的氣體的體積。所述泵大體上可被布置為隨後將流體從所述另一壓力容器泵送到所述第一壓力容器的流體入口，從而壓縮所述第一壓力容器中的氣體體積。可對所述第一和所述另一壓力容器配置各自的泵，但這並不是優選地。
[0020]所述第一壓力容器和所述另一壓力容器可被配置為使得:流體從所述第一壓力容器到所述另一壓力容器的泵送引起所述第一壓力容器中的壓力下降，從而經由所述進氣口將氣體吸進所述第一容器中。流體從所述另一壓力容器到所述第一壓力容器的泵送可引起所述另一壓力容器中的壓力下降，從而經由所述進氣口將氣體吸進所述另一容器中。這樣，就提供了一個往復系統。
[0021]所述第一壓力容器的進氣口和所述另一壓力容器的進氣口可被連接到相同的氣體源上。
[0022]所述氣體壓縮機可包括至少一個另一壓力容器，所述另一壓力容器具有連接到所述第一壓力容器的出氣口上的進氣口和用於高壓流體的流體入口。所述壓縮機可被布置為經由所述流體入口將所述高壓流體引入所述另一壓力容器中，從而進一步壓縮所述另一壓力容器中的氣體的體積。這樣，可用多級來取得所需的氣體壓力。
[0023]有效地，所述另一壓力容器的流體入口可被連接到所述壓力容器的流體入口所連接的同一高壓流體源上。
[0024]在本發明的一個優選的實施例中，將來自水電解槽的氣體供給到所述(或每個)壓力容器的進氣口。在此應用和其它的應用中，所述氣體為氫氣。所述氣體壓縮機可被連接到待壓縮的氣體源上或者可直接被連接到電解槽上以壓縮氫氣和氧氣。
[0025]所述壓力容器和/或所述另一壓力容器的流體入口可包括用於將所述高壓液體噴射到所述(另一)壓力容器中的噴嘴。有益之處在於，更大的液體的表面積可呈現給所述壓力容器中的氣體，以吸收氣體中的雜質。
[0026]在一個配置中，所述氣體壓縮機可包括一個或多個底部水罐、一個高壓水泵、至少一個安裝在壓力容器內部的可膨脹的水袋、到所述壓力容器的進氣口閥、所述壓力容器的高壓出氣口放氣閥、氮氣放氣閥、位於所述底部水罐頂部的可開關控制的大氣通氣孔、管路結構和閥機構、壓力、溫度、流速和液位的監控和控制裝置、安裝在高壓氣體放氣閥之後和所述水泵的出口之後的單向閥、內聯的氣體傳感器、液體冷凝和分離單元、用於從氫氣中去除氧氣的除氧單元、氣體乾燥單元和電子控制系統。
[0027]所述氮氣放氣閥可被連接到所述壓力容器上或所述電解槽的氫氣電解質容器上。在多級的情況下，所述壓縮機的工作範圍可從IOmbar的表壓直到700bar的表壓，這取決於所述水泵的出口壓力和所述壓力容器的容積。
[0028]所述出口氣體放氣閥可輸送壓縮氣體或壓縮氣體混合物。
[0029]液體蒸汽冷凝單元、液體分離單元、除氧單元、氣體乾燥器和液體吸收單元可安裝在所述壓力容器的氣體出口放氣閥之後。
[0030]氣體傳感器可檢測氣體的純度，並且將電壓和/或直流信號發送給電子控制箱。如果所述氣體的純度不在所需水平或為了進行任何維護工作的情況下，所述壓縮氣體可被排到大氣中。
[0031]在運行中，當所述可開關控制的通氣孔打開時，所述出口排氣閥和所述壓力容器的進氣閥被關閉，以允許在壓差的作用下使得水位從所述可膨脹的水袋或所述壓力容器本身下降到所述底部水罐。
[0032]通過水的主動泵送回所述底部水罐，多閥系統可便利的將水從所述壓力容器或所述可膨脹的水袋中排空。
[0033]如上所述，在一般的運行中，待壓縮的氣體被注入到空的壓力容器中隨後通過將水泵送到所述可膨脹的水袋或直接泵送到所述壓力容器中而被壓縮。
[0034]當膨脹時，所述可膨脹的水袋可機械式地支承在所述壓力容器內部。所述可膨脹的水袋或氣袋上的壓差可被控制在安全的工作壓力之內。
[0035]所述可膨脹的水袋或氣袋提供的與氣體的更大的接觸面積確保了在接近等溫的條件下氣體的快速冷卻並且因此確保了比常規的機械氣體壓縮機更高的功效。待壓縮的氣體的流速可在10立方釐米/分鐘到數百立方米/小時的範圍內。所述壓縮機的工作溫度範圍可從-60攝氏度到200攝氏度。所述液體介質和液體泵的選擇依據最佳的工作溫度、流速和工作壓力。
[0036]本發明還提供了一種直接與大氣電解槽連接的氣體壓縮機，其中，除氧乾燥器去除了存在於氫氣中的微量氧氣，隨後進行氣體乾燥。
[0037]本發明的主要目的在於製造極低成本的氫氣壓縮機；然而，本發明還適用於任何其它氣體。本發明的實施例使用了可膨脹的水袋和高壓水泵以在接近等溫條件下運行，以製造高效的氣體壓縮機。
[0038]在多級的情況下，所述壓縮機的工作範圍為從IOmbar表壓到的非常高的壓力(t匕如700bar)，這取決於所述水泵的出口壓力和所述壓力容器的容積。所述氣體壓縮機的流速在10釐米/分鐘到數百米/小時的範圍內。
[0039]所述氣體壓縮機的工作溫度在-60攝氏度到200攝氏度的範圍內。
[0040]所述氣體壓縮機可具有到所述壓力容器的可選的氮氣供給點以淨化來自系統的任何氣態物質，在所述系統中，代替空氣或任何其它不易燃氣體的氫氣和其它易爆氣體被壓縮。
[0041]在壓縮氣體被輸送給供給線之後，所述氣體壓縮機自身做好了下一次壓縮循環的準備；所述氣體壓縮機以連續的步驟運行，所述步驟如下:
[0042]i)保持位於底部水罐處的可開關控制的通氣孔打開，
[0043]i i )保持出口排氣閥關閉，
[0044]Iii)關閉處於關閉位置的壓力容器的進氣閥；
[0045]所述壓力容器內部的較高的氣體壓力將使所述水袋收縮；所述氣體壓縮機依據上述順序操控多個閥，以通過將水泵送到所述底部水罐從而將水從所述壓力容器或所述可膨脹的水袋排空。
[0046]對於下一次壓縮循環，所述氣體被注入到空的壓力容器中隨後將水泵送到所述可膨脹的水袋或直接泵送到所述壓力容器中。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0047]參考圖1將更好地理解本發明，圖1為本發明的各種組件的原理圖；
[0048]如表I所示的樣本計算提供了壓縮比的一個示例，但是遵循相同的原則，即通過改變本發明的物理參數將獲得不同的壓縮比；[0049]表2描述了相應於圖1的閥門控制的順序；存在多種方式來使用相同的物理配置和/或使用相同組件的不同配置來執行操作；
[0050]圖2示出了根據本發明的實施例的氣體壓縮機的可替代的配置；
[0051]表3描述了相應於圖2的閥門控制的順序。
【具體實施方式】
[0052]下文將參考附圖對本發明進行更充分地描述，在附圖中示出了實施本發明的優選方式的各方面，在以下的描述開始時就應理解，特定領域內的技術人員可對本文所描述的發明進行修改，同時仍然實現本發明的有利結果；於是，以下的描述應被理解為針對特定領域內的技術人員的非限制的教導性的公開，並且不被理解為對本發明的限制。
[0053]如圖1更好地示出的，供給到根據本發明的實施例的壓縮機的氫氣從氫氣源經由鄰接的管路(I)和第一閥(2)到第一壓力容器(4)的氣體進氣口(3);如圖1所示的所述氫氣源為電解池(6)的氫-電解質容器(5)。所述氫-電解質容器具有氮氣進氣口(7)和氮氣放氣閥(8)。
[0054]所述第一壓力容器(4)具有氣體出氣口(9)和可膨脹的水袋(10)，所述可膨脹的水袋(10)通過防洩漏的埠(11)被牢固地安裝在所述壓力容器內。在所述第一壓力容器
(4)內，氣體和水無法直接接觸。壓力傳感器(12)和溫度傳感器(13)被安裝到所述第一壓力容器上以監控所述第一壓力容器的內部壓力和溫度。
[0055]所述可膨脹的水袋(10)由柔性材料製成，例如使用強化橡膠、複合材料、纖維強化塑膠袋等製成。所述可膨脹的水袋的安全工作壓力大約為10-15bar，並且設計壓力為25bar。因為當完全膨脹到所述壓力容器的壁時所述水袋被支承，所以完全膨脹的水袋的內部壓力和外部壓力之間的壓差不會超過15bar ;從收縮的水袋到膨脹的水袋，可膨脹的水袋的物理的體積變化多達20倍或者甚至更多；完全膨脹的水袋導致所述第一壓力容器(4)內部的氣體壓力增加20倍，因此氣體可通過所述完全膨脹的水袋被壓縮多達20倍，。
[0056]所述可膨脹的水袋容納來自底部水罐(16)的進水口的水，所述底部水罐(16)具有兩個液位傳感器，所述兩個液位傳感器為低液位傳感器(17)和高液位傳感器(18);所述水罐具有安裝在管路(20)上的排氣閥(19)，所述管路(20)牢固地連接到所述水罐上。
[0057]高壓水泵(21)具有吸水管(22)，通過使用標準的管件，牢固地連接到所述底部水罐(16)上的所述吸水管(22)被安裝到合適的位置；來自所述水泵的出口管(23)具有第二閥(24)和單向閥(25 );在所述單向閥(25 )之後，所述出口管(23 )被連接到T型接頭(26 )的一個埠上；所述T型接頭(26)的第二埠促使水回流到所述水罐(16)中，這時水繞過所述水泵(21)經由鄰接管(56)和第六閥(55)回流到所述水罐(16)中；所述T型接頭(26)的剩餘的埠經由鄰接管(27)將水泵送到另一個T型接頭(28)。所述T型接頭(28)的第二埠經由壓力調節器(29)、低壓管(30)和第三閥(31)通過所述防洩漏的埠(11)被連接到所述可膨脹的水袋上。
[0058]所述第一壓力容器(4)經由鄰接管(14)和第四閥(14)被牢固地連接到第二壓力容器(33)的防洩漏的埠(32)上。
[0059]所述第二壓力容器(33)具有氣體出氣口(34);可膨脹的水袋(35)經由防洩漏的埠(36)被牢固地安裝在所述壓力容器內；在所述第二壓力容器(33)內，氣體和水無法直接接觸；壓力傳感器(37)和溫度傳感器(38)被安裝到所述第二壓力容器上以監控所述第二壓力容器(33)的內部壓力和溫度。
[0060]所述氣體出氣口被連接到高壓氣體輸送管(39 )、第七閥(40 )和單向閥(41)上。
[0061]所述第二壓力容器(33)的可膨脹的水袋(35)的進水口(32)經由鄰接管(42)被連接到所述T型接頭(28)的剩餘埠上；第五閥(43)被牢固安裝在管路(42)上以控制進入所述可膨脹的水袋(35)的水的流量。
[0062]在所述單向閥(41)之後，氣體純度傳感器(44 )被連接到出口管(39 )上，並被接合到T型接頭(45)上。
[0063]排氣孔(46)通過鄰接管(49)被連接到所述T型接頭(45)的其中一個埠上；排氣閥(47)和阻火器(48)被安裝到所述管路(49)上；出於維護目的以及如果氣體純度不合適的情況下，使用所述排氣孔以將氣體排到大氣中的安全場所。
[0064]所述T型接頭(45 )的剩餘埠通過鄰接管(50 )被連接到氣體-水分離器(51)上。
[0065]除氧單元(52)被連接以產生高純度(99.999%)的氫氣；乾燥器(53)組件被連接以產生非常乾燥的氫氣，即相當於_60°C露點；所述除氧單元(52)具有鈀催化劑床，所述鈀催化劑床促進存在於氫氣中的微量的氧氣與氫氣本身之間的反應，以在大約140°C時形成水蒸氣；然後純的潮溼的氫氣在乾燥器(53)中被乾燥；所述乾燥器包含分子篩床以產生非常乾燥的氫氣。單向閥(54)被安裝在除氧乾燥器之後。
[0066]圖2示出了根據本發明的氣體壓縮機的實施例的可替代的配置，所述配置集合了氣體壓縮機的四個功能:氣體壓縮、氣體乾燥、氣體冷卻、高效且低成本的氣體淨化。
[0067]如圖2所示，流體泵108連續的運行以使所述流體從所述第一容器101到所述第二容器102向前和向後運動並在此之後從所述第二容器102回到所述第一容器101，以實現在兩個連通的容器101和102之間的流體循環。如下文將會描述的，所述流體的往復運動由多個閥的布置來控制。
[0068]在過程一開始的時候，所述第一容器101充滿了流體，並且所述第二容器102充滿了氣體。通過所述泵108將來自所述第一容器101的流體供給到所述第二容器102中以壓縮所述第二容器102中的氣體。在此階段，所述泵108的輸入側和所述第一容器101之間的第一閥104是打開的，同時所述泵108的輸出側和所述第一容器101之間的第二閥105是關閉的。同樣地，所述泵108的輸出側和所述第二容器102之間的第三閥106是打開的，同時所述泵108的輸入側和所述第二容器102之間的第四閥107是關閉的。所述第一容器101和所述低壓電解池103之間的第五閥111是打開的，同時所述第二容器102和所述低壓電解池103之間的第六閥112是關閉的。所述第一容器101和高壓氣體輸送管線116之間的第七閥113是關閉的。所述第二容器102和所述高壓氣體輸送管線116之間的第八閥114同樣是關閉的。
[0069]通過所述高壓流體泵108逐步注入所述流體，所述第二容器102中的氣體在單級的情況下被壓縮至700bar或高於外界壓力。這些泵通常在高壓淨化應用、海底鑽探工業和水射流切割工具中使用，並且可產生甚至多於2000bar的排氣壓力；因此，這種布置在沒有任何上限的單級情況下提供了所需的壓縮比，因為其僅取決於高壓液壓泵的能力。
[0070]然後，通過打開第八閥114並同時保持所述第三閥106和所述第六閥112關閉，將壓縮氣體排到所述高壓氣體輸送管線116中。輸出閥109被打開以輸送高壓氣體或充滿用於儲存的緩衝罐。
[0071]所述第一容器101的進氣口由所述第五閥111來控制，所述第五閥111被連接到產生氫氣和氧氣或任何其它氣體源的電解池103上。所述電解池103可以是GB2469265中所述描述的。在所述第二容器102中的壓縮過程期間，由於所述第一容器101的液位逐步下降，從而在所述第一容器101中產生了真空。因此，所述第一容器101注入了來自所述電解池103的氣體。所述真空有助於更有效地從所述電解池103中抽出氣泡。從所述電解池中有效並快速地去除氣體改善了所述電解池的離子導電性，並因此明顯改善了所述電解池的效率。這克服了現有的大氣電解槽的主要問題，在現有的大氣電解槽中由於作用於氣泡和電極表面之間的表面張力使得氣體附著在電極表面。
[0072]在從所述第二容器102排出高壓氣體之後，然後所述流體從所述第二容器102被向後泵送到所述第一容器101中。在此階段，所述泵108的輸入側和所述第一容器101之間的第一閥104是關閉的，同時所述泵108的輸出側和所述第一容器101之間的第二閥105是打開的。同樣地，所述泵108的輸出側和所述第二容器102之間的第三閥106是關閉的，同時所述泵108的輸入側和所述第二容器102之間的第四閥107是打開的。所述第一容器101和所述低壓電解池103之間的第五閥111是關閉的，同時所述第二容器102和所述低壓電解池103之間的第六閥112是打開的。所述第一容器101和高壓氣體輸送管線116之間的第七閥113是關閉的。所述第二容器102和所述高壓氣體輸送管線116之間的第八閥114同樣是關閉的。
[0073]在所述第一容器101中產生了高壓氣體，同時由於所產生的真空引起所述第二容器102從所述電解池103吸進新的氣體。然後通過打開的第七閥113並同時保持所述第二閥105和所述第五閥111關閉，壓縮氣體被從所述第一容器101排到所述高壓氣體輸送管線116中。所述輸出閥109被打開以輸送高壓氣體或注入用於儲存的緩衝罐。
[0074]重複上述過程以對所述容器101、102的每一個進行不斷地充注和排出。表3示出了所述兩個容器101、102中的氣體壓縮和氣體排出期間的閥的位置。
[0075]圖2的實施例提供了氣體乾燥功能。在所述第一容器101和所述第二容器102內的壓縮期間，水分和其它雜質被冷凝並且自然地脫離，以形成乾燥的高壓氣體，因此無需在壓縮機之前設置氣體乾燥器。常規的基於活塞的壓縮機需要在壓縮機之前設置氣體乾燥器。
[0076]圖2的實施例提供了氣體冷卻功能。首先高壓流體在處於低壓的所述第一容器101和所述第二容器102內擴散，這產生了冷卻效果，所述冷卻效果在壓縮期間控制溫度接近於等溫。一些熱量將從壓力容器的表面消散。在壓縮期間的這種冷卻首先消除了對常規的冷卻迴路的需求，因此節省了成本並且使得所述壓縮機具有更高的能效。
[0077]圖2的實施例提供了氣體淨化功能。所述流體可以是任何液體，例如水、混合有多種化學物質的水、苛性鈉溶液、氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸鐵溶液、酸性水等。流體的選擇取決於存在於進氣中的雜質，所述雜質在壓縮期間通過所述流體被淨化。所述流體被所述壓力容器101、102內部的噴嘴110、115噴射，以通過物理吸附或通過化學反應來淨化各種雜質。例如，氫氧化鈉(sodium hydroxide, NaOH)、氫氧化鉀(potassium hydroxide, K0H)溶液被使用以在壓縮期間從生物氣體中去除二氧化碳CO」通過在硫酸鐵溶液中淨化或者通過在水中清洗未淨化的氣體來去除硫化氫(Hydrogen sulphide, H2SX通過使用相關的流體溶液的各種淨化技術來實現焦油、油、碳氫化合物、微粒和其它雜質的去除。
[0078]總的來說，本發明主要涉及使用了高壓水泵的氫氣和任何其它氣態物質的壓縮。由於使用了水封，本發明提供了安全的且防漏的氣體壓縮機，這使得所述氣體壓縮機可以完美地對諸如氫氣的易爆氣體進行壓縮。本發明允許低壓氣體(比如來自大氣水電解槽的低壓氣體)以比昂貴的加壓電解槽或常規的氫氣壓縮機更加經濟的方式來明顯地增加氣體壓力。市場上可用的最小的工業用的氫氣壓縮機的流速明顯大於小型電解槽的氣體產生率；為此，需要一個位於電解槽和壓縮機之間的緩衝罐以補償它們的不匹配；然而，本發明消除了對任何氫氣的緩衝罐的需求，因為所述壓縮機的流速在10毫升/分鐘到實際上數百立方米/小時的範圍內，所述流速取決於所述水泵的流速。這種新的壓縮機與離心式空氣壓縮機、活塞式或隔膜式的氣體壓縮機相比具有的部件數量明顯較少，因此具有較低的製造成本。本發明適用於其它氣體，例如適用於空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、天然氣等。由於接近等溫壓縮，本發明製造了高效節能的氣體壓縮機。
[0079]本發明已被概括地描述以覆蓋本發明的主要特徵，所述主要特徵為使用可膨脹的水袋或氣袋或任何其它可膨脹的裝置及其連同的如圖1和表I所示的水泵和其它組件和表2所示的相應的閥序列；應理解的是，本發明不限於圖1或圖2的配置；以不同的方式來重新布置圖1和/或圖2的組件的多個不同的配置都能夠實現本發明；還應理解的是，用於描述本發明的術語和短語可以被重新整理以提供本發明更廣泛的範圍。
[0080]本發明的實施例提供了一種成本極低的新型氫氣壓縮機；所述壓縮機對其製造中的工程公差不敏感；本發明同樣也適用於任何其它氣體。所述氣體壓縮機包括高壓流體源和壓力容器，所述壓力容器具有用於待壓縮氣體的進氣口、用於壓縮氣體的出氣口和用於高壓流體的流體入口。所述壓縮機被布置為將高壓流體經由所述流體入口引入到所述壓力容器，從而壓縮所述壓力容器中的氣體的體積。
【權利要求】
1.一種氣體壓縮機，包括: 高壓流體源；以及 壓力容器，所述壓力容器具有用於待壓縮氣體的進氣口、用於壓縮氣體的出氣口和用於高壓流體的流體入口， 其中所述壓縮機被布置將所述高壓流體經由所述流體入口引入到所述壓力容器中，從而壓縮所述壓力容器中的氣體的體積。
2.根據權利要求1所述的氣體壓縮機，其中，所述壓力容器包括用於將高壓流體與所述壓力容器內的氣體分離的隔離部件。
3.根據權利要求2所述的氣體壓縮機，其中，所述隔離部件為容納於所述壓力容器中的活塞的形式。
4.根據權利要求3所述的氣體壓縮機，其中，所述壓力容器在使用中被定向為使得所述流體在所述壓力容器的底部被引入且所述氣體在所述壓力容器的頂部被引入。
5.根據權利要求2所述的氣體壓縮機，其中，所述隔離部件為連接到所述壓力容器的流體入口上的可膨脹的袋的形式。
6.根據權利要求1-5中任一項所述的氣體壓縮機，其中，所述高壓流體為液體。
7.根據權利要求6所述的氣體壓縮機，其中，所述高壓流體為水。
8.根據權利要求1-7中任一項所述的氣體壓縮機，其中，所述高壓流體源包括泵，所述泵被布置為將流體泵送到所述壓力容器的流體入口。
9.根據權利要求8所述的氣體壓縮機，其中，所述高壓流體源包括罐，並且所述泵被布置為將流體從所述罐泵送到所 述壓力容器的流體入口。
10.根據權利要求8所述的氣體壓縮機，所述氣體壓縮機包括至少一個另一壓力容器，所述另一壓力容器具有進氣口和用於所述高壓流體的流體入口， 其中，所述泵被布置為將流體從所述第一壓力容器泵送到所述另一壓力容器的流體入口，從而壓縮所述另一壓力容器中的氣體的體積，以及 其中，所述泵被布置為隨後將流體從所述另一壓力容器泵送到所述第一壓力容器的流體入口，從而壓縮所述第一壓力容器中的氣體的體積。
11.根據權利要求10所述的氣體壓縮機，其中，所述第一壓力容器和所述另一壓力容器被配置為使得:流體從所述第一壓力容器到所述另一壓力容器的泵送引起所述第一壓力容器中的壓力下降，從而經由所述進氣口將氣體吸進所述第一容器中；並且，流體從所述另一壓力容器到所述第一壓力容器的泵送引起所述另一壓力容器中的壓力下降，從而經由所述進氣口將氣體吸進所述另一容器中。
12.根據權利要求10或11所述的氣體壓縮機，其中，所述第一壓力容器的進氣口和所述另一壓力容器的進氣口被連接到同一氣體源上。
13.根據權利要求1-12中任一項所述的氣體壓縮機，所述氣體壓縮機包括至少一個另一壓力容器，所述另一壓力容器具有連接到所述第一壓力容器的出氣口上的進氣口和用於所述高壓流體的流體入口， 其中，所述壓縮機被布置為經由所述流體入口將所述高壓流體引入所述另一壓力容器中，從而進一步壓縮所述另一壓力容器中的氣體的體積。
14.根據權利要求13所述的氣體壓縮機，其中，所述另一壓力容器的流體入口被連接到所述第一壓力容器的流體入口所連接的同一高壓流體源上。
15.根據權利要求1-14中任一項所述的氣體壓縮機，其中，所述壓力容器的進氣口被供給來自水電解槽的氣體。
16.根據權利要求1-15中任一項所述的氣體壓縮機，其中，所述氣體為氫氣。
17.根據權利要求1-16任一項所述的氣體壓縮機，其中，所述壓力容器和/或所述另一壓力容器的流體入口包括 用於將所述高壓液體噴射到所述(另一)壓力容器中的噴嘴。
【文檔編號】F04F5/18GK103534490SQ201280007997
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年2月7日 優先權日:2011年2月7日
【發明者】阿米塔瓦·羅伊 申請人:Re氫能有限公司