一种多管束通风冷却式液体活塞等温压缩氢气装置

技术领域

本发明涉及压缩氢气技术领域，更具体的说是涉及一种多管束通风冷却式液体活塞等温压缩氢气装置。

背景技术

氢气是极具发展潜力的清洁能源和重要的化工原料。在非核燃料中，氢具有最大的重量能量密度，可以很容易地转换为热能、机械能和电能，且氢元素是宇宙中最丰富的元素，可以从可再生和可持续资源中生产，因此是可再生能源。

在氢气的储存和运输中使用最广泛的方法是压缩氢气储存运输，在压缩氢气过程中，随着压力的增加，氢气的温度会升高，会影响氢气压缩机的压缩效率。在所有氢气压缩机中，氢气压缩效率最好的是液体氢气压缩机，其值高于83％。使用液体直接压缩氢气，当液体和氢气被压缩在一起，由于液体具有更高的密度和更高的热容，氢气压缩过程中产生的热量被液体和压缩缸体的周围缸壁有效吸收，因此，与其他机械压缩机相比，液体压缩机在压缩氢气的效率方面具有显著优势。但是一般的液体氢气压缩机在压缩氢气时，热量交换只发生在液体和氢气的交界面，传热的面积有限，交换的热量也有限。

专利号为201911171069.X的气体等温压缩装置及其压缩方法中利用离心装置将待压缩气体和压缩介质液体隔离，利用液体循环系统对待压缩气体及压缩介质液体进行有效循环推动，进而实现等温气体压缩，但对输出的压缩介质液体没有进行散热处理，直接进入循环继续使用，压缩介质液体的温度会随着工作时间不断升高，装置的控温效果变差。专利号为201610608949.9 的一种用于等温压缩空气储能的内控温液体活塞装置中通过向压力容器中喷洒控温液体来控制压缩或膨胀过程中气体的温度，但在工作过程中，控温液体不断聚集到填料，重复利用，控温液体在使用中温度不断升高，控温效果变差。

因此，研究出一种可以进行有效散热，提高工作效率的多管束通风冷却式液体活塞等温压缩氢气装置是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种可以进行有效散热，提高工作效率的多管束通风冷却式液体活塞等温压缩氢气装置及压缩方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多管束通风冷却式液体活塞等温压缩氢气装置，包括：

压缩缸体，所述压缩缸体的顶部开设有进气口和排气口；所述压缩缸体的底部开设有液体出口；所述压缩缸体内侧的底部盛装有压缩液体，顶部充满压缩氢气；

管束，所述管束的两端呈开口状，且所述管束设有多个，沿所述压缩缸体的高度方向贯穿所述压缩缸体；

储液罐，所述储液罐的进液口与所述压缩缸体的液体出口通过管路相连通；

液压泵，所述液压泵设置于所述压缩缸体与储液罐之间的管路上。

采用上述技术方案的有益效果是，本发明在压缩缸体内压缩氢气时会产生热量，由于管束的内部有气体通过，可以通过管束将压缩缸体的热量散失到外界环境中，进而稳定压缩缸体的温度，提高氢气压缩装置的工作效率。

优选的，所述管束的底部设置有进气扇。进气扇可以增大管束内气体的流通速度，增加管束的散热速率。

优选的，所述压缩缸体与储液罐之间的管路上设置有散热器。压缩缸体内的压缩液体循环流经散热器时，可以对压缩液体进行散热降温，进而可以降低压缩氢气时产生的热量。

优选的，所述压缩缸体与储液罐之间的管路上设置有换向阀。换向阀方便的压缩液体在压缩缸体和储液罐之间进行往复循环流动。

优选的，所述进气口和排气口呈对称式设置于所述压缩缸体的侧壁处。排气口和进气口对称设置可以使压缩缸体在压缩过程中受力均匀。

优选的，多个所述管束呈阵列式排布，且排布方式为顺排或叉排。若干个管束可以增加散热面积，提高传热系数，强化压缩氢气的散热，不同工况下可以选择不同的排列方式。

优选的，所述压缩液体的热容高于压缩氢气。

一种多管束通风冷却式液体活塞等温压缩氢气装置的压缩方法，操作步骤如下：

1)开启压缩缸体的液体出口，压缩缸体内的压缩液体通过管路回流到储液罐内；同时打开压缩缸体的进气口，并关闭排气口，向压缩缸体内通入氢气；

2)压缩缸体内的氢气通入完毕后，关闭进气口，启动液压泵，将储液罐内的压缩液体注入到压缩缸体内，对压缩缸体内的氢气进行压缩；在压缩氢气的同时，启动进气扇，向管束内通入气体，进行散热；

3)压缩完成后，将排气口打开，排出压缩氢气；当下一次压缩缸体内吸取氢气时，压缩液体排入到储液罐内，流经散热器时，对压缩液体进行散热。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种多管束通风冷却式液体活塞等温压缩氢气装置，其有益效果为：本发明中压缩氢气的过程中产生了压缩热，一部分热量被压缩液体吸收，压缩液体在流经散热器时，将热量散失到外界环境中；管束贯通压缩缸体，且两端开口，另一部分热量通过管束散失到外界环境中，可以有效稳定压缩缸体的温度，实现等温压缩，提高氢气压缩装置的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的实施例1中压缩氢气装置的结构示意图；

图2为本发明提供的实施例1中在进气扇作用下压缩氢气装置的结构示意图；

图3为本发明提供的实施例2中压缩氢气装置的结构示意图。

其中，图中，

1-压缩缸体；

11-进气口；12-排气口；13-压缩液体；14-压缩氢气；

2-管束；3-储液罐；4-管路；5-液压泵；6-进气扇；7-散热器；8-换向阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

本发明实施例公开了一种多管束通风冷却式液体活塞等温压缩氢气装置，包括：

压缩缸体1，压缩缸体1的顶部开设有进气口11和排气口12；压缩缸体 1的底部开设有液体出口；压缩缸体1内侧的底部盛装有压缩液体13，顶部充满压缩氢气14；

管束2，管束2的两端呈开口状，且管束2设有多个，沿压缩缸体1的高度方向贯穿压缩缸体1；

储液罐3，储液罐3的进液口与压缩缸体1的液体出口通过管路4相连通；

液压泵5，液压泵5设置于压缩缸体1与储液罐3之间的管路4上。本发明中管束2的两端开口，在管束2内通入自然风，通过自然风将管束处的热量传递到大气中。压缩缸体1为长方体结构，如图1、2所示。

为了进一步地优化上述技术方案，管束2的底部设置有进气扇6。进气扇 6可以将加快管束2处的风速，进而加快散热的速率。

为了进一步地优化上述技术方案，压缩缸体1与储液罐3之间的管路4 上设置有散热器7。压缩缸体1内的压缩液体13流经散热器7时，可以对压缩液体13进行散热，降低压缩液体13的温度。

为了进一步地优化上述技术方案，压缩缸体1与储液罐3之间的管路4 上设置有换向阀8。

为了进一步地优化上述技术方案，进气口11和排气口12呈对称式设置于压缩缸体1的侧壁处。

为了进一步地优化上述技术方案，多个管束2呈阵列式排布，且排布方式为顺排或叉排。管束2呈阵列式排布可以增大压缩氢气的散热面积，增大管束2的散热速率。

为了进一步地优化上述技术方案，压缩液体13的热容高于压缩氢气14，且压缩液体13的氢气溶解度较低，压缩性较低。

一种多管束通风冷却式液体活塞等温压缩氢气装置的压缩方法，操作步骤如下：

1)开启压缩缸体1的液体出口，压缩缸体1内的压缩液体13通过管路4 回流到储液罐3内；同时打开压缩缸体1的进气口11，并关闭排气口12，向压缩缸体1内通入氢气；

2)压缩缸体1内的氢气通入完毕后，关闭进气口11，启动液压泵5，将储液罐3内的压缩液体13注入到压缩缸体1内，对压缩缸体1内的氢气进行压缩；在压缩氢气的同时，启动进气扇6，向管束2内通入气体，进行散热；

3)压缩完成后，将排气口12打开，排出压缩氢气14；当下一次压缩缸体1内吸取氢气时，压缩液体13排入到储液罐3内，流经散热器7时进行散热。

压缩液体13循环过程发生在压缩缸体1的吸气和压缩过程中，在压缩氢气时，液压泵5将储液罐3中的压缩液体13抽出，注入到压缩缸体1中，压缩氢气14中的一部分压缩热传递到压缩液体13中；在吸气时，压缩缸体1 中的压缩液体13流出，在流经散热器7时，压缩液体13中的热量散失到周围的环境中，冷却后的压缩液体13经换向阀8后流入储液罐3中。

实施例2：

如图3所示，压缩缸体1选用椭圆体结构，其主视图为椭圆形，这样的结构设置，可以增大热压缩氢气14和压缩液体13的接触面积，从而有效地吸收了压缩过程产生的热量，增大压缩氢气14中热量的交换量，可以有效的提高液体氢气压缩机的效率。

本实施例中的其他技术方案与实施例1中的相同，在此便不在一一赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。