[发明专利]高压氢气压缩机

说明书

技术领域

至少在本发明目前的优选实施例中，本发明主要涉及使用高压水泵进行氢气和任何其它气态物质的压缩，由于接近等温压缩，所述高压水泵高效节能。

背景技术

市场上可用的最小的工业用的氢气压缩机的流速明显大于小型电解槽的气体产生率。为此，需要一个位于电解槽和压缩机之间的缓冲罐以补偿它们的不匹配。

将压缩空气用于抽水是众所周知的现有技术。与使用压缩空气的水泵有关的已知的现有技术包括美国专利6,942,463，所述美国专利6,942,463公开了一种组合水泵和空气压缩系统，所述组合水泵和空气压缩系统通过供给压缩空气和水实现在一个单元内执行两项独立的功能。

美国专利4,478,553公开了使用叶轮叶片以产生压缩空气和水的混合物的等温压缩。

在基于燃气轮机和动力装置的应用中使用水柱以增加气体压力同样可从现有技术中获知。

美国专利4,497,563公开了一种动力装置，所述动力装置在没有额外的压缩的情况下，使用了水流产生用于涡轮机的燃烧器的压缩空气。

美国专利5,537,813公开了一种通过在将进气引入到压缩机之前对进气进行处理以增加具有压缩机、燃烧室和涡轮发电机的燃气涡轮机系统的运行能力和效率的方法；所述处理通过建立进气的垂直下降的气流来完成；将处理水引入到进气气流中以产生比进气向下的速率大的向下的速率，以在进气中产生增大的诱导阻力压强。

自从大约1890年液压空气压缩机在遍及北美洲和欧洲被使用以提供用于采矿场的压缩空气以来，液压空气压缩机存在至今。

现有技术还包括美国专利543410，543411，543412，618243，892772，199819，3643426，3797234，4343569，4391552。

然而，这些现有技术的公开完成了它们各自的压缩气体的目的，但这些发明都不适合于氢气的压缩。

发明内容

本发明提供了一种气体压缩机，包括高压流体源和压力容器，所述压力容器具有用于待压缩气体的进气口、用于压缩气体的出气口和用于高压流体的流体入口。所述压缩机被布置为将高压流体经由所述流体入口引入到所述压力容器，从而压缩所述压力容器中的气体的体积。

由于使用了水封，本发明的实施例提供了一种安全的且无泄漏的气体压缩机，这使得所述气体压缩机可以完美地对诸如氢气的易爆气体进行压缩。本发明允许低压气体（比如来自大气水电解槽的氢气）以比昂贵的加压电解槽或常规的氢气压缩机更加经济的方式来明显地增加气体压力。这种新的压缩机与离心式空气压缩机、活塞式或隔膜式的气体压缩机相比具有的部件数量明显较少，并且因此具有较低的制造成本。此外，本发明可消除对任何氢气的缓冲罐的需求，因为所述压缩机的流速可在10毫升/分钟到实际上数百立方米/小时的范围内，所述流速取决于所述水泵的流速。此外，至少在优选的实施例中，本发明能够通过在使用接近等温压缩的多级压缩来高效地产生高达700bar的氢气或任何其他气体。

至少在本发明的优选的实施例中，本发明提高了效率、减少了制造成本、降低了维护成本并且覆盖了从非常低的流速到非常高的流速的运行范围和现有技术无法使用的工作压力的广阔范围。

所述压力容器中的流体可与待压缩的气体直接接触。例如，通过水泵，水被泵送到垂直定向的压力容器中与气体直接接触。水封和上升的水柱充当液压活塞。在这种情况下，所述压缩机可不具有用于净化空气的氮气源，因为水可能被注入到所述压力容器的出口以净化来自系统的任何空气。

然而，在一个实施例中，所述压力容器包括用于将高压流体与所述压力容器内的气体分离的隔离部件。这样，所述流体不与受到压缩的气体直接接触。

所述隔离部件可以是容纳于所述压力容器中的活塞的形式。所述压力容器在使用中被定向为使得所述流体在所述压力容器的底部被引入且所述气体在所述压力容器的顶部被引入。这样，所述活塞、其它隔离部件或者所述压力容器中的流体的体积可扩充对所述压力容器中在重力的作用下的气体有效的体积。因此，所述压缩机可包括安装在垂直定向的压力容器内部的机械活塞。由于由所述高压流体源产生的背压，所述机械活塞可被向上驱动。