用于氢气压缩机的冷却系统技术方案

本发明专利技术提供了一种氢气冷却压力封隔器、系统和操作方法。压力封隔器可以包括凸缘部分和联接到该凸缘部分的多个封隔杯。多个封隔杯中的一个或多个封隔杯包括至少一个注入通道，该注入通道延伸穿过封隔杯并且终止于至少一个注入端口。压力封隔器还可以包括与多个封隔杯中的至少一个封隔杯邻接的密封件。压力封隔器可以被配置为用于能够在氢车辆加氢设施内操作的氢气压缩机中。作的氢气压缩机中。作的氢气压缩机中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于氢气压缩机的冷却系统

技术介绍

[0001]压缩机是常用于多种领域的机械设备，包括油气生产、工业加热和冷却以及化学品和/或燃料的制造。压缩机可用于燃料生产，以压缩作为压缩氢气燃料运输和分配的氢气。在气体压缩期间产生的热量必须缓解，以保护压缩机部件不发生故障，保持燃料生产环境中的安全操作条件，并且确保实现期望的燃料生产速率。热缓解是氢燃料生产压缩机设计和运行的一个重要方面。

技术实现思路

[0002]由于所需的压力(巴)和流速(kg/hr)，使用压缩氢气为车辆加氢可能具有挑战性。例如，大型重型运载工具可能需要以800巴至900巴和800kg/hr至1200kg/hr向车辆的燃料电池提供压缩氢气。常规压缩机由于缓解压缩机的特定部件(例如，密封件)内的热量的限制而不能满足这些要求。用于包围和保护压缩机的活塞杆的密封件可能会被氢气压缩期间产生的热量损坏。
[0003]往复式压缩机的压力封隔器内的动态密封元件很容易因过度的、未缓解的热量而损坏和失效。过多的热量是密封压力的函数，会导致密封表面加速退化，从而缩短密封部件的使用寿命。传统的冷却系统(例如，基于流体或水的冷却系统)可用于减少压缩机部件的热损坏。然而，使用基于流体或水的冷却系统会污染正被压缩的氢气。另外，这些系统的冷却通道可以提供流体路径，正被压缩的氢气可通过该流体路径从压缩机的部件逸出。
[0004]需要一种用于压缩机和压缩机部件的冷却系统，这不会改变或污染正被压缩的气体。另外，需要一种冷却系统，该冷却系统可以包含在冷却系统内正被压缩的气体，以便气体不会经由冷却系统逸出。
[0005]本文描述了一种解决这些限制的冷却系统。压缩机冷却系统包括压力封隔器，该压力封隔器可以经由在压力封隔器中配置的一个或多个注入通道接收和循环压缩的冷却氢气。压缩氢气可以在注入通道内分配到与压缩机的加热部分(例如，往复式活塞杆)的流体接口中，并且可从往复式活塞杆吸收热量。可以包含注入通道的压力封隔器的部分(例如，压力封隔杯)可使用增材制造技术来形成，使得可形成注入通道的更复杂的结构，以改善传热表面和接口。使用氢气进行冷却的一个优点是，与水和其他液体冷却剂相比，氢气的粘度较低，这允许更复杂的流动通道和“湍流行程”，从而进一步改善传热。在压力封隔器的注入通道内提供的冷却的氢气可从压缩机的部分(例如，往复式活塞杆)吸收热量。氢气可以吸收热量，载有热量的氢气可经由相对于一个或多个注入通道相应地配置的一个或多个排气口从压力封隔器和压缩机移除。排气口可经由流体回路联接至冷却系统，例如，一个或多个冷却器，其中载有热量的氢气可以被冷却并再循环回到压缩机的进料流。以这种方式，由于注入通道的表面积增加，传热可以得到改善，并且消除了冷却系统流体与正被压缩的气体之间的交叉污染。
[0006]一般而言，提供用于冷却氢气压缩机的压力封隔器的装置、系统和操作方法。在一个方面中，提供了一种压力封隔器。在一个实施方案中，压力封隔器可以包括凸缘部分和联
接到凸缘部分的多个封隔杯。多个封隔杯中的一个或多个封隔杯可以包括至少一个注入通道，该注入通道延伸穿过封隔杯并且终止于至少一个注入端口。压力封隔器还可以包括与多个封隔杯中的至少一个封隔杯邻接的密封件。
[0007]在另一个实施方案中，压力封隔器可以包括至少一个排气端口，该至少一个排气端口与延伸穿过多个封隔杯的至少一个排气口流体连通。在另一个实施方案中，多个封隔杯和至少一个注入通道是使用增材制造技术形成的。在另一实施方案中，注入通道接收氢气，以冷却压力封隔器。在另一实施方案中，压力封隔器包围压力封隔器能够在其中操作的氢气压缩机的活塞杆。
[0008]在另一个方面，提供了一种生产用于氢燃料车辆的压缩氢气燃料的系统。在一个实施方案中，该系统可以包括氢气压缩机，该氢气压缩机包括压力封隔器。压力封隔器可以包括凸缘部分和联接到该凸缘部分的多个封隔杯。多个封隔杯中的一个或多个封隔杯可以包括至少一个注入通道，该注入通道延伸穿过封隔杯并且终止于至少一个注入端口。压力封隔器还可以包括至少一个排气端口，该至少一个排气端口与延伸穿过多个封隔杯的至少一个排气口流体连通。该系统还可以包括冷箱和多个流体回路，该多个流体回路将压力封隔器的至少一个排气口联接到冷箱。
[0009]冷箱是加氢站常用的设备，用于冷却输送到填充车辆的氢气。冷箱使用制冷来冷却氢气。冷箱的目的是通过降低氢气的温度来增加氢气的密度，从而增加单位体积的存储密度。一部分冷却的氢气可以从冷箱中转移并循环通过封隔杯冷却系统，从而消除对压缩机单独的制冷系统的需要。
[0010]在另一个实施方案中，多个流体回路可以被配置为将加热的氢气从至少一个排气口传送到冷箱并且进一步将冷却的氢气传送到至少一个注入通道，以冷却压力封隔器。在另一个实施方案中，该系统可以被配置在车辆加氢设施中，该车辆加氢设施被配置为产生并分配作为氢燃料车辆的燃料的压缩氢气。在另一个实施方案中，该系统以400kg/hr至500kg/hr的速率和850巴至900巴分配压缩氢气作为燃料。
附图说明
[0011]根据以下结合附图的详细描述，将更容易理解这些和其他特征，其中：
[0012]图1是示出根据本文所述的实施方式的用于压缩氢气的压缩机的一个示例性实施方案的图像；
[0013]图2是示出根据本文所述的实施方式的图1的压缩机的压力封隔器的一个示例性实施方案的侧视图的示图；并且
[0014]图3是示出根据本文所述的实施方案的用于冷却图2的压力封隔器的系统的一个示例性实施方案的示图。
[0015]应注意，附图不一定按比例绘制。附图仅旨在描绘本文所公开的主题的典型方面，因此不应视为限制本公开的范围。
具体实施方式
[0016]炼油厂使用的往复式氢气压缩机可以提供流速，但是压力限制在大约100巴。隔膜压缩机在氢燃料试验站中很常见，压力可达1000巴，但无法提供500kg/hr或更高的流速。高
容量隔膜泵可以供应高达150kg/hr的氢气，但其尺寸与运输集装箱相当，因此在具有多个泵的配置中的使用受到限制。
[0017]电化学氢气压缩机的进步使用质子交换膜和电来迫使氢穿过屏障到达更高的压力。电化学压缩面临着所需材料的成本、低功率密度和大电超电势的挑战。使用金属氢化物或吸收的热驱动压缩是另一种选择，但是需要大型设备并且效率较低。机械压缩(特别是多级往复式活塞)是最有能力的示例，超级压缩机能够输送超过3000巴的压力。
[0018]氢脆、压缩速度和密封是设计和操作氢气压缩机时最关心的一些问题。ANSI/API标准618概述了往复式压缩机的工程指南。由于干密封要求和氢气环境，压力封隔情况下的最高温度限于135℃。压力封隔包含一系列密封压盖，可防止气缸孔与活塞杆之间的气体泄漏。
[0019]用于压缩气体的压缩机(例如，往复式压缩机)产生热量，该热量必须消散或减轻，以保护压缩机免受损坏。高压氢气压缩产生大量的热量，这会导致压缩机的部件(例如，在压缩机中配置的压力封隔器的密封元件)的过度磨损。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种压力封隔器，包括：凸缘部分；多个封隔杯，所述多个封隔杯联接到所述凸缘部分，其中所述多个封隔杯中的一个或多个封隔杯包括至少一个注入通道，所述至少一个注入通道延伸穿过所述封隔杯并且终止于至少一个注入端口；和密封件，所述密封件与所述多个封隔杯中的至少一个封隔杯邻接。2.根据权利要求1所述的压力封隔器，还包括至少一个排气端口，所述至少一个排气端口与延伸穿过所述多个封隔杯的至少一个排气口流体连通。3.根据权利要求1所述的压力封隔器，其中所述多个封隔杯和所述至少一个注入通道是使用增材制造技术形成的。4.根据权利要求1所述的压力封隔器，其中所述注入通道接收氢气，以冷却所述压力封隔器。5.根据权利要求1所述的压力封隔器，其中所述压力封隔器包围所述压力封隔器能够在其中操作的氢气压缩机的活塞杆。6.一种生产用于氢燃料车辆的压缩氢气燃料的系统，所述系统包括：包括压力封隔器的氢气压缩机，所述压力封隔器包括：凸缘部分；和多个封隔杯，所述多个封隔杯联接到所述凸缘部分，其中所述多个封隔杯中的一个或多个封隔杯包括至少一个注入通道...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：诺沃皮尼奥内技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：