一种高转速离子液体压缩机

本申请属于压缩机，具体涉及一种高转速离子液体压缩机。

背景技术：

1、如今氢能作为零排放、无污染、可持续的绿色能源，被认为是新世纪解决能源问题的重要途径。在氢的众多应用领域当中，氢燃料电池汽车被认为是氢能产业的首要突破口和重要出路。氢燃料电池汽车的普及与推广受到了其续航里程的限制，而氢燃料电池汽车的续航里程取决于车载气瓶的充装压力。因此，高压、大排量、低能耗的氢气加压设备对氢燃料电池汽车产业的发展至关重要。

2、目前加氢站中常用的氢气压缩机类型有隔膜式压缩机、往复活塞式压缩机和液驱活塞式压缩机。隔膜压缩机通过液压油驱动柔性膜片变形来压缩气体，具有密封性好、单机压比高、氢气洁净度高等优点，但在加氢站反复启停的工况下其膜片寿命无法保证；往复活赛式压缩机排量大，工况适应性强，但高压下的密封及无油润滑问题难以解决，导致运行及维护费用较高；液驱活塞式压缩机结构简单，动部件少，易于维护，但液压驱动冲程频率有限，难以实现大排量。

3、离子液体压缩机是一种使用固体活塞推动液体活塞来进行气体压缩机的氢气压缩机。由离子液体构成的液体活塞，在气缸中兼具了气体压缩、强化传热、液体密封、活塞润滑的功能。离子液体压缩机综合了上述三种压缩机的优势，可实现高转速、大排量、低能耗的氢气压缩过过程，满足加氢站频繁启停、进排气压力不断变化的工作环境。

4、然而，高速往复运动会使液体活塞在压缩机工作过程中难以保持形态稳定。一方面，部分液体会在排气阶段随氢气一起排出，导致气缸余隙容积增加，压缩机容积效率降低；另一方面，液体形态的紊乱使固体活塞在下至点时部分关键密封位置没有足够的离子液体，无法形成液膜，导致液体密封和润滑功能失效。这将严重影响离子液体压缩机的工作效率和安全稳定的运行。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种高转速离子液体压缩机，以克服现有压缩机容积效率降低，易导致液体密封和润滑功能失效的问题。

2、一种高转速离子液体压缩机，包括气缸以及设置于气缸内的h型活塞，气缸内设置有压缩腔体和驱动腔体，压缩腔体和驱动腔体之间设置有凸台，h型活塞设置于气缸的压缩腔体内，h型活塞的一端连接驱动装置，驱动装置设置于驱动腔体内，h型活塞上端外径小于下端外径，h型活塞的下端外壁与气缸的压缩腔体内壁贴合；气缸的压缩腔体内位于h型活塞上填充有离子液体，气缸的压缩腔体分别通过进气管路和排气管路连通至气源和高压储罐。

3、优选的，h型活塞的下端外壁与气缸的压缩腔体内壁之间设置有h型活塞密封件。

4、优选的，连接气源和气缸的压缩腔体之间的进气管路上依次设置有第一电磁开关阀、第一单向阀和进气阀，进气阀设置于气缸的进气口。

5、优选的，连接气缸的压缩腔体和高压储罐之间的排气管路上依次设置有排气阀、第二单向阀和换热器。

6、优选的，高压储罐和换热器之间设置有气液分离器，气液分离器与高压储罐之间设置有过滤器，气液分离器的底部设置有液位传感器，气液分离器的底部通过第一补液管路连接至气缸的压缩腔体。

7、优选的，驱动装置包括曲柄连杆机构和连接头，曲柄连杆机构一端通过连接头连接活塞杆一端，活塞杆的另一端与h型活塞下端连接，活塞杆位于驱动腔体内。

8、优选的，连接头与气缸内壁之间设置有连接头密封件。

9、优选的，曲柄连杆机构设置于曲轴箱内，曲轴箱固定于气缸底部。

10、优选的，离子液体的液面高于h型活塞的上端面，离子液体作为液体活塞设置与气缸中，所述离子液体充满h型活塞的环形凹槽，液体活塞液面略高于h型活塞上表面。

11、优选的，气源采用低压气源。

12、与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

13、本实用新型提供一种高转速离子液体压缩机，使用h型活塞作为固体活塞来推动液体活塞，在高速往复运动过程中，h型活塞可以将大部分离子液体集中于自身的环形凹槽中，从而有效的减少排气过程中离子液体的逸出，同时还可以在活塞与气缸壁之间的接触面等关键密封部位保存足够的离子液体，保证离子液体对气缸的液体密封及润滑功能正常实现，使离子液体压缩机高效、安全、稳定的运转。

14、优选的，该离子液体压缩机安装了离子液体补充系统，可以在压缩机运行过程中实时地对气缸进行离子液体的补充，弥补离子液体在压缩机往复运动中的损失，阻止气缸额外余隙容积的产生，提高离子液体压缩机的工作效率。

技术特征：

1.一种高转速离子液体压缩机，其特征在于，包括气缸(106)以及设置于气缸(106)内的h型活塞(114)，气缸(106)内设置有压缩腔体和驱动腔体，压缩腔体和驱动腔体之间设置有凸台，h型活塞(114)设置于气缸(106)的压缩腔体内，h型活塞(114)的一端连接驱动装置，驱动装置设置于驱动腔体内，h型活塞(114)上端外径小于下端外径，h型活塞(114)的下端外壁与气缸(106)的压缩腔体内壁贴合；气缸(106)的压缩腔体内位于h型活塞(114)上填充有离子液体(113)，气缸(106)的压缩腔体分别通过进气管路和排气管路连通至气源(101)和高压储罐(204)。

2.根据权利要求1所述的一种高转速离子液体压缩机，其特征在于，h型活塞(114)的下端外壁与气缸(106)的压缩腔体内壁之间设置有h型活塞密封件(112)。

3.根据权利要求1所述的一种高转速离子液体压缩机，其特征在于，连接气源(101)和气缸(106)的压缩腔体之间的进气管路上依次设置有第一电磁开关阀(102)、第一单向阀(103)和进气阀(104)，进气阀(104)设置于气缸(106)的进气口。

4.根据权利要求1所述的一种高转速离子液体压缩机，其特征在于，连接气缸(106)的压缩腔体和高压储罐(204)之间的排气管路上依次设置有排气阀(105)、第二单向阀(115)和换热器(116)。

5.根据权利要求4所述的一种高转速离子液体压缩机，其特征在于，高压储罐(204)和换热器(116)之间设置有气液分离器(201)，气液分离器(201)与高压储罐(204)之间设置有过滤器(203)，气液分离器(201)的底部设置有液位传感器(202)，气液分离器(201)的底部通过第一补液管路l(4)连接至气缸(106)的压缩腔体。

6.根据权利要求1所述的一种高转速离子液体压缩机，其特征在于，驱动装置包括曲柄连杆机构(107)和连接头(109)，曲柄连杆机构(107)一端通过连接头(109)连接活塞杆(111)一端，活塞杆(111)的另一端与h型活塞(114)下端连接，活塞杆(111)位于驱动腔体内。

7.根据权利要求6所述的一种高转速离子液体压缩机，其特征在于，连接头(109)与气缸(106)内壁之间设置有连接头密封件(110)。

8.根据权利要求6所述的一种高转速离子液体压缩机，其特征在于，曲柄连杆机构(107)设置于曲轴箱(108)内，曲轴箱(108)固定于气缸(106)底部。

9.根据权利要求1所述的一种高转速离子液体压缩机，其特征在于，离子液体(113)的液面高于h型活塞(114)的上端面。

10.根据权利要求6所述的一种高转速离子液体压缩机，其特征在于，所述活塞杆(111)长度大于三倍h型活塞(114)行程。

技术总结
本技术公开了一种高转速离子液体压缩机，使用H型活塞作为固体活塞来推动液体活塞，在高速往复运动过程中，H型活塞可以将大部分离子液体集中于自身的环形凹槽中，从而有效的减少排气过程中离子液体的逸出，同时还可以在活塞与气缸壁之间的接触面等关键密封部位保存足够的离子液体，保证离子液体对气缸的液体密封及润滑功能正常实现，使离子液体压缩机高效、安全、稳定的运转，该离子液体压缩机安装了离子液体补充系统，可以在压缩机运行过程中实时地对气缸进行离子液体的补充，弥补离子液体在压缩机往复运动中的损失，阻止气缸额外余隙容积的产生，提高离子液体压缩机的工作效率。

技术研发人员：李云,刘泽坤,康祥
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：20230510
技术公布日：2024/1/5