带你了解常见氢气压缩机工作原理

压缩机作为加氢站关键核心装备，市场需求随着建站热潮而逐渐增加。吸引了产业链上下游的关注目光。在加氢站设计建设过程中，制定符合需要的工艺流程方案和选取合适的工艺设备，对加快加氢站建设进度、合理控制建设成本，能起到至关重要的作用。

目前国内加氢站主要采用的工艺流程是基于高压气态氢的储运方式，主要以站外长管拖车供氢为主。站外长管拖车供氢的高压气态储氢加氢站工艺流程，长管拖车将20MPa的压缩氢气从氢气生产单位运送进固定站，通过加氢站内压缩机将氢气卸载至站内高压储氢罐，车辆加氢时，长管拖车或储氢罐中输出的氢气，通过加氢机充装到燃料电池汽车的车载储氢瓶中。

目前国际上应用比较广泛的车载储氢瓶压力等级主要有35MPa和70MPa两种。加氢站的最高设计压力等级也需要与其加注车辆车载储氢的压力等级相匹配，除了利用长管拖车作为20MPa移动储氢设施外，35MPa氢燃料电池车的加氢站站内最高固定储氢压力一般为45MPa，70MPa氢燃料电池车的加氢站站内最高固定储氢压力一般为90MPa。

常见氢气压缩机中传统隔膜式压缩机、液驱式活塞压缩机、离子式压缩机、新型液驱隔膜式压缩机的工作原理、组成、特点及优缺点。

01、传统隔膜式压缩机

工作原理

隔膜压缩机是靠隔膜在气缸中作往复运动来压缩和输送气体的往复压缩机。隔膜沿周边由气侧膜头和油侧膜头夹紧，隔膜由机械或液压驱动在气缸内往复运动，从而实现对气体的压缩和输送。

为了更好的了解隔膜压缩机的工作原理，下图显示了典型的压缩机布置，包括电机，曲轴箱，液压系统，膜头。

组成

电机、皮带轮、曲轴箱、曲柄连杆机构、活塞、油侧膜头、膜片、气侧膜头等组成；

特点

用膜片将油气完全隔离，可保证气体纯度、密封性好、单级压缩比大；

优点

无污染，确保了氢气压缩过程的洁净；

密封性好，适合易燃易爆等危险气体的压缩；

压缩比大，容易实现低进气、高排气；

等温压缩结合一体化冷却，排气温度低；

缺点

膜头的穹形表面为特殊型面，加工比较困难；

难适用于频繁启停工况；

价格高于一般活塞式压缩机；

膜片比较容易损坏，膜片安装过程对工人经验要求较高；

排气量由于受到高的压比和气腔容积的限制而相对较小；

02、液驱式活塞压缩机

工作原理

液驱式活塞压缩机通过液压油驱动活塞作往复运动，往复运动的活塞直接作用于氢气，实现氢气的压缩和输送。液压油一般由液压泵提供，并通过电磁换向阀控制液压油流动方向，实现对活塞的往复作用。这种结构可以做成多列。

组成

电机、液压泵、电磁换向阀、活塞缸、润滑油系统、冷却器等组成；

特点

结构原理简单，多级串、并联压缩，布局灵活；

优点

结构紧凑；

操作简单；

控制简单；

综合成本较低；

缺点

密封性要求高，氢气受污染可能性较大；

密封圈易损坏和老化，更换周期短，维修费用较高；

单级压缩比较低；

活塞结构，噪声较大；

03、离子压缩机

工作原理

离子压缩机的工作原理与液驱活塞式压缩机类似。不同之处在于使用了一种具有特殊物理化学性质的液体（离子液）充注到气缸中，并在液压活塞驱动下进行气体的压缩。离子液几乎不可压缩，也不溶解和污染氢气，还具有良好的润滑和冷却特性。离子液充注在氢气和液压活塞之间，解决了液压活塞的氢气密封问题和氢气污染问题。

组成

电机、控制器、活塞缸、离子液等组成；

特点

“液体活塞”，多级串联压缩，离子液、控制器开发难度高，价格高，稳定性一般；防爆等级不满足国标；

优点

原理简单；

没有活塞压缩机的活塞环和填料等易损件；

工作频率高，占地小；

离子液保证了氢气无污染；

提升压缩效率，降低能耗；

缺点

由于成本较高，制造标准与国内不同，国内应用较少；

新型液驱隔膜式压缩机

上海羿弓氢能科技有限公司（以下简称“羿弓氢能”）全球首创“液驱+隔膜”技术方案，整机方案“为氢能而生”，液驱方案可适应“频繁启停、冷态开车、带载启停”的加氢站特殊工况，通过驱动、增压单元多级串并联，实现超大排量、超大压比需求。由于取消了曲轴连杆传动机构，整机布局紧凑，体积仅为同类传统隔膜式压缩机的50%左右，应用场景非常广泛。

工作原理：

利用液压泵提供高压液压油，并通过高频换向阀控制液压油流动，使其直接驱动膜片往复运动，实现氢气的压缩和输送。用液压泵驱动液压油代替了传统的活塞、曲柄连杆驱动液压油的方式。其气路系统、膜头组件、检漏装置组件等的基本结构沿用成熟设计方案，创新性地减少了活塞组件、曲柄连杆机构组件、曲轴等机械传动部件，实现了整机模块化设计，布局更为灵活，拆装、维修更加便捷。