高壓氫氣壓縮的制造方法
【專利摘要】一種氣體壓縮機(jī)，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于待壓縮氣體的進(jìn)氣口，一個用于被壓縮氣體的出氣口和一個用于高壓流體的流體入口。所述壓縮機(jī)被布置為將所述高壓流體經(jīng)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(jī)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]至少在本發(fā)明目前的優(yōu)選實施例中，本發(fā)明主要涉及使用高壓水泵進(jìn)行氫氣和任何其它氣態(tài)物質(zhì)的壓縮，由于接近等溫壓縮，所述高壓水泵高效節(jié)能。
【背景技術(shù)】
[0002]市場上可用的最小的工業(yè)用的氫氣壓縮機(jī)的流速明顯大于小型電解槽的氣體產(chǎn)生率。為此，需要一個位于電解槽和壓縮機(jī)之間的緩沖罐以補(bǔ)償它們的不匹配。
[0003]將壓縮空氣用于抽水是眾所周知的現(xiàn)有技術(shù)。與使用壓縮空氣的水泵有關(guān)的已知的現(xiàn)有技術(shù)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(tǒng)，所述組合水泵和空氣壓縮系統(tǒng)通過供給壓縮空氣和水實現(xiàn)在一個單元內(nèi)執(zhí)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(chǎn)生壓縮空氣和水的混合物的等溫壓縮。
[0005]在基于燃?xì)廨啓C(jī)和動力裝置的應(yīng)用中使用水柱以增加氣體壓力同樣可從現(xiàn)有技術(shù)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(chǎn)生用于渦輪機(jī)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(jìn)氣引入到壓縮機(jī)之前對進(jìn)氣進(jìn)行處理以增加具有壓縮機(jī)、燃燒室和渦輪發(fā)電機(jī)的燃?xì)鉁u輪機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行能力和效率的方法；所述處理通過建立進(jìn)氣的垂直下降的氣流來完成；將處理水引入到進(jìn)氣氣流中以產(chǎn)生比進(jìn)氣向下的速率大的向下的速率，以在進(jìn)氣中產(chǎn)生增大的誘導(dǎo)阻力壓強(qiáng)。
[0008]自從大約1890年液壓空氣壓縮機(jī)在遍及北美洲和歐洲被使用以提供用于采礦場的壓縮空氣以來，液壓空氣壓縮機(jī)存在至今。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)還包括美國專利543410，543411，543412，618243，892772，199819，3643426，3797234，4343569，4391552。
[0010]然而，這些現(xiàn)有技術(shù)的公開完成了它們各自的壓縮氣體的目的，但這些發(fā)明都不適合于氫氣的壓縮。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了一種氣體壓縮機(jī)，包括高壓流體源和壓力容器，所述壓力容器具有用于待壓縮氣體的進(jìn)氣口、用于壓縮氣體的出氣口和用于高壓流體的流體入口。所述壓縮機(jī)被布置為將高壓流體經(jīng)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]由于使用了水封，本發(fā)明的實施例提供了一種安全的且無泄漏的氣體壓縮機(jī)，這使得所述氣體壓縮機(jī)可以完美地對諸如氫氣的易爆氣體進(jìn)行壓縮。本發(fā)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(guī)的氫氣壓縮機(jī)更加經(jīng)濟(jì)的方式來明顯地增加氣體壓力。這種新的壓縮機(jī)與離心式空氣壓縮機(jī)、活塞式或隔膜式的氣體壓縮機(jī)相比具有的部件數(shù)量明顯較少，并且因此具有較低的制造成本。此外，本發(fā)明可消除對任何氫氣的緩沖罐的需求，因為所述壓縮機(jī)的流速可在10毫升/分鐘到實際上數(shù)百立方米/小時的范圍內(nèi)，所述流速取決于所述水泵的流速。此外，至少在優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明能夠通過在使用接近等溫壓縮的多級壓縮來高效地產(chǎn)生高達(dá)700bar的氫氣或任何其他氣體。
[0013]至少在本發(fā)明的優(yōu)選的實施例中，本發(fā)明提高了效率、減少了制造成本、降低了維護(hù)成本并且覆蓋了從非常低的流速到非常高的流速的運(yùn)行范圍和現(xiàn)有技術(shù)無法使用的工作壓力的廣闊范圍。
[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(dāng)液壓活塞。在這種情況下，所述壓縮機(jī)可不具有用于凈化空氣的氮氣源，因為水可能被注入到所述壓力容器的出口以凈化來自系統(tǒng)的任何空氣。
[0015]然而，在一個實施例中，所述壓力容器包括用于將高壓流體與所述壓力容器內(nèi)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于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(kuò)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(jī)可包括安裝在垂直定向的壓力容器內(nèi)部的機(jī)械活塞。由于由所述高壓流體源產(chǎn)生的背壓，所述機(jī)械活塞可被向上驅(qū)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(nèi)部來避免水和待壓縮的氣體之間直接接觸。當(dāng)膨脹時，所述可膨脹的水袋可以被制成需要的尺寸以在膨脹時占據(jù)所述壓力容器的內(nèi)表面，以使在保持進(jìn)水管上的可開關(guān)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(nèi)部的形狀和容積可大體上等于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復(fù)合材料制成，例如用強(qiáng)化橡膠、強(qiáng)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占據(jù)所是壓力容器的內(nèi)部空間，并且隨后在保持進(jìn)水管上的可開關(guān)控制的通氣孔對大氣打開時對所述壓力容器中的氣體進(jìn)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(yōu)選的實施例中，所述高壓流體為水?？墒褂萌魏畏菈嚎s液體或液壓流體來代替水。本發(fā)明的氣體壓縮機(jī)可使用任何合適的液體介質(zhì)，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?？商娲?，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(jī)可包括至少一個另一壓力容器，所述另一壓力容器具有進(jìn)氣口和用于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后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?？蓪λ龅谝缓退隽硪粔毫θ萜髋渲酶髯缘谋茫@并不是優(yōu)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(jīng)由所述進(jìn)氣口將氣體吸進(jìn)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(jīng)由所述進(jìn)氣口將氣體吸進(jìn)所述另一容器中。這樣，就提供了一個往復(fù)系統(tǒng)。
[0021]所述第一壓力容器的進(jìn)氣口和所述另一壓力容器的進(jìn)氣口可被連接到相同的氣體源上。
[0022]所述氣體壓縮機(jī)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(jìn)氣口和用于高壓流體的流體入口。所述壓縮機(jī)可被布置為經(jīng)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(jìn)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(fā)明的一個優(yōu)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(jìn)氣口。在此應(yīng)用和其它的應(yīng)用中，所述氣體為氫氣。所述氣體壓縮機(jī)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于將所述高壓液體噴射到所述(另一)壓力容器中的噴嘴。有益之處在于，更大的液體的表面積可呈現(xiàn)給所述壓力容器中的氣體，以吸收氣體中的雜質(zhì)。
[0026]在一個配置中，所述氣體壓縮機(jī)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(nèi)部的可膨脹的水袋、到所述壓力容器的進(jìn)氣口閥、所述壓力容器的高壓出氣口放氣閥、氮氣放氣閥、位于所述底部水罐頂部的可開關(guān)控制的大氣通氣孔、管路結(jié)構(gòu)和閥機(jī)構(gòu)、壓力、溫度、流速和液位的監(jiān)控和控制裝置、安裝在高壓氣體放氣閥之后和所述水泵的出口之后的單向閥、內(nèi)聯(lián)的氣體傳感器、液體冷凝和分離單元、用于從氫氣中去除氧氣的除氧單元、氣體干燥單元和電子控制系統(tǒng)。
[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(zhì)容器上。在多級的情況下，所述壓縮機(jī)的工作范圍可從IOmbar的表壓直到700bar的表壓，這取決于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、氣體干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后。
[0030]氣體傳感器可檢測氣體的純度，并且將電壓和/或直流信號發(fā)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(jìn)行任何維護(hù)工作的情況下，所述壓縮氣體可被排到大氣中。
[0031]在運(yùn)行中，當(dāng)所述可開關(guān)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(jìn)氣閥被關(guān)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(tǒng)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(yùn)行中，待壓縮的氣體被注入到空的壓力容器中隨后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(dāng)膨脹時，所述可膨脹的水袋可機(jī)械式地支承在所述壓力容器內(nèi)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(nèi)。
[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并且因此確保了比常規(guī)的機(jī)械氣體壓縮機(jī)更高的功效。待壓縮的氣體的流速可在10立方厘米/分鐘到數(shù)百立方米/小時的范圍內(nèi)。所述壓縮機(jī)的工作溫度范圍可從-60攝氏度到200攝氏度。所述液體介質(zhì)和液體泵的選擇依據(jù)最佳的工作溫度、流速和工作壓力。
[0036]本發(fā)明還提供了一種直接與大氣電解槽連接的氣體壓縮機(jī)，其中，除氧干燥器去除了存在于氫氣中的微量氧氣，隨后進(jìn)行氣體干燥。
[0037]本發(fā)明的主要目的在于制造極低成本的氫氣壓縮機(jī)；然而，本發(fā)明還適用于任何其它氣體。本發(fā)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(yùn)行，以制造高效的氣體壓縮機(jī)。
[0038]在多級的情況下，所述壓縮機(jī)的工作范圍為從IOmbar表壓到的非常高的壓力(t匕如700bar)，這取決于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(jī)的流速在10厘米/分鐘到數(shù)百米/小時的范圍內(nèi)。
[0039]所述氣體壓縮機(jī)的工作溫度在-60攝氏度到200攝氏度的范圍內(nèi)。
[0040]所述氣體壓縮機(jī)可具有到所述壓力容器的可選的氮氣供給點以凈化來自系統(tǒng)的任何氣態(tài)物質(zhì)，在所述系統(tǒng)中，代替空氣或任何其它不易燃?xì)怏w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后，所述氣體壓縮機(jī)自身做好了下一次壓縮循環(huán)的準(zhǔn)備；所述氣體壓縮機(jī)以連續(xù)的步驟運(yùn)行，所述步驟如下:
[0042]i)保持位于底部水罐處的可開關(guān)控制的通氣孔打開，
[0043]i i )保持出口排氣閥關(guān)閉，
[0044]Iii)關(guān)閉處于關(guān)閉位置的壓力容器的進(jìn)氣閥；
[0045]所述壓力容器內(nèi)部的較高的氣體壓力將使所述水袋收縮；所述氣體壓縮機(jī)依據(jù)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]對于下一次壓縮循環(huán)，所述氣體被注入到空的壓力容器中隨后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(fā)明，圖1為本發(fā)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(fā)明的物理參數(shù)將獲得不同的壓縮比；[0049]表2描述了相應(yīng)于圖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(zhí)行操作；
[0050]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的氣體壓縮機(jī)的可替代的配置；
[0051]表3描述了相應(yīng)于圖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(fā)明進(jìn)行更充分地描述，在附圖中示出了實施本發(fā)明的優(yōu)選方式的各方面，在以下的描述開始時就應(yīng)理解，特定領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可對本文所描述的發(fā)明進(jìn)行修改，同時仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利結(jié)果；于是，以下的描述應(yīng)被理解為針對特定領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員的非限制的教導(dǎo)性的公開，并且不被理解為對本發(fā)明的限制。
[0053]如圖1更好地示出的，供給到根據(jù)本發(fā)明的實施例的壓縮機(jī)的氫氣從氫氣源經(jīng)由鄰接的管路(I)和第一閥(2)到第一壓力容器(4)的氣體進(jìn)氣口(3);如圖1所示的所述氫氣源為電解池(6)的氫-電解質(zhì)容器(5)。所述氫-電解質(zhì)容器具有氮氣進(jìn)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)通過防泄漏的端口(11)被牢固地安裝在所述壓力容器內(nèi)。在所述第一壓力容器
(4)內(nèi)，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(jiān)控所述第一壓力容器的內(nèi)部壓力和溫度。
[0055]所述可膨脹的水袋(10)由柔性材料制成，例如使用強(qiáng)化橡膠、復(fù)合材料、纖維強(qiáng)化塑料袋等制成。所述可膨脹的水袋的安全工作壓力大約為10-15bar，并且設(shè)計壓力為25bar。因為當(dāng)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(nèi)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(dá)20倍或者甚至更多；完全膨脹的水袋導(dǎo)致所述第一壓力容器(4)內(nèi)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(dá)20倍，。
[0056]所述可膨脹的水袋容納來自底部水罐(16)的進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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 )之后，所述出口管(23 )被連接到T型接頭(26 )的一個端口上；所述T型接頭(26)的第二端口促使水回流到所述水罐(16)中，這時水繞過所述水泵(21)經(jīng)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)的剩余的端口經(jīng)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)的第二端口經(jīng)由壓力調(diào)節(jié)器(29)、低壓管(30)和第三閥(31)通過所述防泄漏的端口(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(jīng)由鄰接管(14)和第四閥(14)被牢固地連接到第二壓力容器(33)的防泄漏的端口(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(jīng)由防泄漏的端口(36)被牢固地安裝在所述壓力容器內(nèi)；在所述第二壓力容器(33)內(nèi)，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(jiān)控所述第二壓力容器(33)的內(nèi)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(jìn)水口(32)經(jīng)由鄰接管(42)被連接到所述T型接頭(28)的剩余端口上；第五閥(43)被牢固安裝在管路(42)上以控制進(jìn)入所述可膨脹的水袋(35)的水的流量。
[0062]在所述單向閥(41)之后，氣體純度傳感器(44 )被連接到出口管(39 )上，并被接合到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)的其中一個端口上；排氣閥(47)和阻火器(48)被安裝到所述管路(49)上；出于維護(hù)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 )的剩余端口通過鄰接管(50 )被連接到氣體-水分離器(51)上。
[0065]除氧單元(52)被連接以產(chǎn)生高純度(99.999%)的氫氣；干燥器(53)組件被連接以產(chǎn)生非常干燥的氫氣，即相當(dāng)于_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(jìn)存在于氫氣中的微量的氧氣與氫氣本身之間的反應(yīng)，以在大約140°C時形成水蒸氣；然后純的潮濕的氫氣在干燥器(53)中被干燥；所述干燥器包含分子篩床以產(chǎn)生非常干燥的氫氣。單向閥(54)被安裝在除氧干燥器之后。
[0066]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的氣體壓縮機(jī)的實施例的可替代的配置，所述配置集合了氣體壓縮機(jī)的四個功能:氣體壓縮、氣體干燥、氣體冷卻、高效且低成本的氣體凈化。
[0067]如圖2所示，流體泵108連續(xù)的運(yùn)行以使所述流體從所述第一容器101到所述第二容器102向前和向后運(yùn)動并在此之后從所述第二容器102回到所述第一容器101，以實現(xiàn)在兩個連通的容器101和102之間的流體循環(huán)。如下文將會描述的，所述流體的往復(fù)運(yùn)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，并且所述第二容器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(cè)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(cè)和所述第一容器101之間的第二閥105是關(guān)閉的。同樣地，所述泵108的輸出側(cè)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(cè)和所述第二容器102之間的第四閥107是關(guān)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(guān)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(guān)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(guān)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或高于外界壓力。這些泵通常在高壓凈化應(yīng)用、海底鉆探工業(yè)和水射流切割工具中使用，并且可產(chǎn)生甚至多于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，因為其僅取決于高壓液壓泵的能力。
[0070]然后，通過打開第八閥114并同時保持所述第三閥106和所述第六閥112關(guān)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于儲存的緩沖罐。
[0071]所述第一容器101的進(jìn)氣口由所述第五閥111來控制，所述第五閥111被連接到產(chǎn)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，由于所述第一容器101的液位逐步下降，從而在所述第一容器101中產(chǎn)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。所述真空有助于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并快速地去除氣體改善了所述電解池的離子導(dǎo)電性，并因此明顯改善了所述電解池的效率。這克服了現(xiàn)有的大氣電解槽的主要問題，在現(xiàn)有的大氣電解槽中由于作用于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排出高壓氣體之后，然后所述流體從所述第二容器102被向后泵送到所述第一容器101中。在此階段，所述泵108的輸入側(cè)和所述第一容器101之間的第一閥104是關(guān)閉的，同時所述泵108的輸出側(cè)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(cè)和所述第二容器102之間的第三閥106是關(guān)閉的，同時所述泵108的輸入側(cè)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(guān)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(guān)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(guān)閉的。
[0073]在所述第一容器101中產(chǎn)生了高壓氣體，同時由于所產(chǎn)生的真空引起所述第二容器102從所述電解池103吸進(jìn)新的氣體。然后通過打開的第七閥113并同時保持所述第二閥105和所述第五閥111關(guān)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于儲存的緩沖罐。
[0074]重復(fù)上述過程以對所述容器101、102的每一個進(jìn)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干燥功能。在所述第一容器101和所述第二容器102內(nèi)的壓縮期間，水分和其它雜質(zhì)被冷凝并且自然地脫離，以形成干燥的高壓氣體，因此無需在壓縮機(jī)之前設(shè)置氣體干燥器。常規(guī)的基于活塞的壓縮機(jī)需要在壓縮機(jī)之前設(shè)置氣體干燥器。
[0076]圖2的實施例提供了氣體冷卻功能。首先高壓流體在處于低壓的所述第一容器101和所述第二容器102內(nèi)擴(kuò)散，這產(chǎn)生了冷卻效果，所述冷卻效果在壓縮期間控制溫度接近于等溫。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(guī)的冷卻回路的需求，因此節(jié)省了成本并且使得所述壓縮機(jī)具有更高的能效。
[0077]圖2的實施例提供了氣體凈化功能。所述流體可以是任何液體，例如水、混合有多種化學(xué)物質(zhì)的水、苛性鈉溶液、氫氧化鈉、氫氧化鉀、硫酸鐵溶液、酸性水等。流體的選擇取決于存在于進(jìn)氣中的雜質(zhì)，所述雜質(zhì)在壓縮期間通過所述流體被凈化。所述流體被所述壓力容器101、102內(nèi)部的噴嘴110、115噴射，以通過物理吸附或通過化學(xué)反應(yīng)來凈化各種雜質(zhì)。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凈化或者通過在水中清洗未凈化的氣體來去除硫化氫(Hydrogen sulphide, H2SX通過使用相關(guān)的流體溶液的各種凈化技術(shù)來實現(xiàn)焦油、油、碳?xì)浠衔?、微粒和其它雜質(zhì)的去除。
[0078]總的來說，本發(fā)明主要涉及使用了高壓水泵的氫氣和任何其它氣態(tài)物質(zhì)的壓縮。由于使用了水封，本發(fā)明提供了安全的且防漏的氣體壓縮機(jī)，這使得所述氣體壓縮機(jī)可以完美地對諸如氫氣的易爆氣體進(jìn)行壓縮。本發(fā)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(guī)的氫氣壓縮機(jī)更加經(jīng)濟(jì)的方式來明顯地增加氣體壓力。市場上可用的最小的工業(yè)用的氫氣壓縮機(jī)的流速明顯大于小型電解槽的氣體產(chǎn)生率；為此，需要一個位于電解槽和壓縮機(jī)之間的緩沖罐以補(bǔ)償它們的不匹配；然而，本發(fā)明消除了對任何氫氣的緩沖罐的需求，因為所述壓縮機(jī)的流速在10毫升/分鐘到實際上數(shù)百立方米/小時的范圍內(nèi)，所述流速取決于所述水泵的流速。這種新的壓縮機(jī)與離心式空氣壓縮機(jī)、活塞式或隔膜式的氣體壓縮機(jī)相比具有的部件數(shù)量明顯較少，因此具有較低的制造成本。本發(fā)明適用于其它氣體，例如適用于空氣、氧氣、氮氣、二氧化碳、天然氣等。由于接近等溫壓縮，本發(fā)明制造了高效節(jié)能的氣體壓縮機(jī)。
[0079]本發(fā)明已被概括地描述以覆蓋本發(fā)明的主要特征，所述主要特征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(yīng)的閥序列；應(yīng)理解的是，本發(fā)明不限于圖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?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明；還應(yīng)理解的是，用于描述本發(fā)明的術(shù)語和短語可以被重新整理以提供本發(fā)明更廣泛的范圍。
[0080]本發(fā)明的實施例提供了一種成本極低的新型氫氣壓縮機(jī)；所述壓縮機(jī)對其制造中的工程公差不敏感；本發(fā)明同樣也適用于任何其它氣體。所述氣體壓縮機(jī)包括高壓流體源和壓力容器，所述壓力容器具有用于待壓縮氣體的進(jìn)氣口、用于壓縮氣體的出氣口和用于高壓流體的流體入口。所述壓縮機(jī)被布置為將高壓流體經(jīng)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(quán)利要求】
1.一種氣體壓縮機(jī)，包括: 高壓流體源；以及 壓力容器，所述壓力容器具有用于待壓縮氣體的進(jìn)氣口、用于壓縮氣體的出氣口和用于高壓流體的流體入口， 其中所述壓縮機(jī)被布置將所述高壓流體經(jīng)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(jù)權(quán)利要求1所述的氣體壓縮機(jī)，其中，所述壓力容器包括用于將高壓流體與所述壓力容器內(nèi)的氣體分離的隔離部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體壓縮機(jī)，其中，所述隔離部件為容納于所述壓力容器中的活塞的形式。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣體壓縮機(jī)，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(jù)權(quán)利要求2所述的氣體壓縮機(jī)，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(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的氣體壓縮機(jī)，其中，所述高壓流體為液體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣體壓縮機(jī)，其中，所述高壓流體為水。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項所述的氣體壓縮機(jī)，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(jù)權(quán)利要求8所述的氣體壓縮機(jī)，其中，所述高壓流體源包括罐，并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(jù)權(quán)利要求8所述的氣體壓縮機(jī)，所述氣體壓縮機(jī)包括至少一個另一壓力容器，所述另一壓力容器具有進(jìn)氣口和用于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，所述泵被布置為隨后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(jù)權(quán)利要求10所述的氣體壓縮機(jī)，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(jīng)由所述進(jìn)氣口將氣體吸進(jìn)所述第一容器中；并且，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(jīng)由所述進(jìn)氣口將氣體吸進(jìn)所述另一容器中。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的氣體壓縮機(jī)，其中，所述第一壓力容器的進(jìn)氣口和所述另一壓力容器的進(jìn)氣口被連接到同一氣體源上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的氣體壓縮機(jī)，所述氣體壓縮機(jī)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(jìn)氣口和用于所述高壓流體的流體入口， 其中，所述壓縮機(jī)被布置為經(jīng)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(jìn)一步壓縮所述另一壓力容器中的氣體的體積。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的氣體壓縮機(jī)，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(jù)權(quán)利要求1-14中任一項所述的氣體壓縮機(jī)，其中，所述壓力容器的進(jìn)氣口被供給來自水電解槽的氣體。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項所述的氣體壓縮機(jī)，其中，所述氣體為氫氣。
17.根據(jù)權(quán)利要求1-16任一項所述的氣體壓縮機(jī)，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 用于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(yōu)先權(quán)日:2011年2月7日
【發(fā)明者】阿米塔瓦·羅伊 申請人:Re氫能有限公司