Principios de funcionamiento de los diferentes tipos de compresores de hidrógeno.
Un compresor de hidrógeno es un dispositivo que puede comprimir el hidrógeno a un estado de alta presión. Se utiliza principalmente para aumentar la presión del hidrógeno para satisfacer las necesidades específicas de los contenedores de almacenamiento de hidrógeno o los procesos de uso. Al introducir energía mecánica, la presión del hidrógeno aumenta de baja a alta. En concreto, los distintos tipos de compresores de hidrógeno funcionan de formas diferentes.
Así es como funcionan los diferentes tipos de compresores de hidrógeno:
Compresor de hidrógeno alternativo: el motor impulsa el cigüeñal para girar, y el cigüeñal impulsa el pistón para moverse alternativamente en el cilindro a través de la biela. Cuando el pistón regresa, se forma una presión negativa en el cilindro, la válvula de admisión se abre, la válvula de escape se cierra y el hidrógeno es succionado hacia el cilindro para completar el proceso de admisión; cuando el pistón se empuja hacia adelante, el hidrógeno se comprime, lo que hace que la presión aumenta hasta alcanzar la presión de escape., la válvula de escape se abre, la válvula de admisión se cierra y el hidrógeno comprimido se descarga desde el puerto de escape para completar el escape. La compresión y el transporte continuos de hidrógeno se logran mediante el movimiento alternativo continuo del pistón.
Compresor centrífugo de hidrógeno: cuando está en funcionamiento, pone en marcha el motor primario para girar el impulsor y las aspas del impulsor impulsan el gas para que gire juntas, generando fuerza centrífuga. Bajo la acción de esta fuerza centrífuga, el gas es lanzado a lo largo del canal de las palas hacia la salida del impulsor y enviado al tubo de escape a través de la voluta. El gas obtiene energía del impulsor, y su presión y energía cinética aumentan, y depende de esta energía para llegar al lugar de trabajo. A medida que el gas se lanza continuamente hacia la salida del impulsor, se forma un área de baja presión en la entrada del impulsor. El gas transportado genera una diferencia de presión entre el tubo de succión y el impulsor. Bajo la acción de esta diferencia de presión, el gas en el tubo de succión es succionado continuamente hacia la cavidad y el impulsor, lo que permite que el compresor de hidrógeno circulante funcione de forma continua.
Compresor de hidrógeno con separación de membrana: se basa en elementos de membrana especialmente diseñados para separar el hidrógeno del gas mezclado y comprimirlo. El sistema de aceite hidráulico consta de un cigüeñal accionado por un motor eléctrico, un pistón alternativo, una biela, una válvula reguladora del circuito de aceite, etc. El movimiento alternativo del pistón genera presión de aceite hidráulico, que empuja el diafragma inferior para moverse hacia el lado del gas, comprimiendo y descargando el gas.
Compresor de hidrógeno accionado por líquido: con aceite hidráulico como medio de accionamiento, el motor eléctrico acciona la bomba hidráulica para generar presión. El aceite hidráulico es controlado por la válvula de inversión electromagnética para que se mueva alternativamente en el cilindro, empujando el pistón para que actúe directamente sobre el hidrógeno. para lograr la inhalación, compresión y descarga de hidrógeno. Cuando el pistón regresa, se forma una presión negativa en el cilindro y se aspira hidrógeno; cuando el pistón empuja, el hidrógeno se comprime y se descarga.
Compresor de hidrógeno de diafragma: impulsado por un motor eléctrico, el cigüeñal gira, el cigüeñal impulsa la biela, la biela impulsa el pistón para que se mueva alternativamente, el pistón usa aceite hidráulico para impulsar el diafragma, el diafragma está sujeto a lo largo de la periferia por el gas. cabezal de diafragma lateral y cabezal de diafragma del lado del aceite. El cilindro se mueve alternativamente para comprimir y transportar hidrógeno. Durante el proceso de succión, el diafragma se mueve hacia el lado del aceite, se forma una presión negativa dentro del cilindro y el hidrógeno ingresa a través de la válvula de succión; durante el proceso de compresión y escape, el diafragma se mueve hacia el lado del gas, comprime el hidrógeno y lo descarga. A través de la válvula de escape.
Compresor lineal: Se utiliza un motor lineal para impulsar directamente el pistón y realizar un movimiento alternativo. El movimiento alternativo del pistón en el cilindro cambia el volumen del gas, logrando así la compresión del hidrógeno. El rotor del motor lineal está conectado directamente al pistón. La fuerza del campo magnético generado por la corriente alterna impulsa el rotor para impulsar el pistón y realizar un movimiento alternativo lineal, completando así los procesos de admisión, compresión y escape de hidrógeno.
Compresor de líquido iónico: utiliza líquido iónico con propiedades físicas y químicas especiales para llenar el cilindro y comprimir el gas bajo el accionamiento del pistón hidráulico. Los líquidos iónicos son casi incompresibles, no disuelven ni contaminan el hidrógeno y tienen buenas propiedades de lubricación y enfriamiento. El motor acciona el pistón hidráulico, el pistón empuja el líquido iónico y luego el líquido iónico actúa sobre el hidrógeno para lograr la compresión y el transporte del hidrógeno.
Compresor de hidrógeno con bomba de líquido criogénico: utilizando las características criogénicas de los líquidos criogénicos (como el nitrógeno líquido), primero enfríe el hidrógeno a un estado de baja temperatura, reduzca su volumen y aumente su densidad, luego presurice el hidrógeno de baja temperatura a través de una bomba de líquido y Finalmente, el hidrógeno comprimido se calienta a temperatura ambiente, aumentando así la presión del hidrógeno.
Compresor de hidruro metálico: se basa en la propiedad de que ciertos metales o aleaciones pueden experimentar una reacción reversible con hidrógeno para formar hidruros metálicos. Bajo una presión más baja, los metales o aleaciones absorben hidrógeno para formar hidruros metálicos, y el hidrógeno se almacena en la red metálica; cuando el hidruro metálico se calienta o se reduce la presión circundante, el hidruro metálico se descompone y libera hidrógeno a alta presión, logrando así la compresión. de hidrógeno.
Compresor electroquímico de hidrógeno: utiliza principios electroquímicos para comprimir el hidrógeno a través del proceso inverso de los electrolizadores o pilas de combustible. En el modo electrolizador, el hidrógeno pasa a la cámara del cátodo. Bajo la acción del campo eléctrico, los iones de hidrógeno migran a la cámara del ánodo a través de la membrana electrolítica, y los electrones fluyen desde el cátodo al ánodo a través del circuito externo, y se combinan en hidrógeno en la cámara del ánodo. Dado que la presión en el ánodo La cámara es más alta que en la cámara del cátodo, el hidrógeno se comprime; en el proceso inverso de la celda de combustible En este modo, los principios son similares, ambos utilizan reacciones de electrodos y migración de iones para lograr la presurización del hidrógeno.
Compresor de adsorción: utiliza las características de adsorción y desorción del hidrógeno por parte del adsorbente para lograr la compresión. A baja presión, el adsorbente adsorbe hidrógeno; cuando el adsorbente se calienta o se despresuriza, el adsorbente desorbe hidrógeno. Durante el proceso de desorción, la densidad de las moléculas de hidrógeno en los poros del adsorbente aumenta, obteniendo así hidrógeno a mayor presión y realizando la compresión y transporte de hidrógeno.
A continuación se presentan los pros y contras de los diferentes tipos de compresores de hidrógeno:
Compresor alternativo de hidrógeno
Ventajas: tecnología madura, alta confiabilidad; puede lograr una gran relación de presión a través de la compresión de múltiples etapas, adecuada para la nueva compresión de hidrógeno; insensible al peso molecular del gas comprimido; amplio rango de presión de trabajo y caudal; fácil de controlar, puede lograr múltiples modos de manual a automático Un método de control.
Desventajas: gran tamaño, gran ocupación de espacio; hay piezas de desgaste como anillos de pistón y el costo de mantenimiento es alto; hay alta vibración y ruido durante el funcionamiento; durante el proceso de compresión, el hidrógeno se filtra fácilmente a través del anillo del pistón, lo que resulta en en una disminución de la eficiencia volumétrica.
Compresor centrífugo de hidrógeno
Ventajas: gran caudal, adecuado para la compresión y el transporte de hidrógeno a gran escala; alta eficiencia operativa, especialmente en condiciones de alto flujo; funcionamiento suave, vibración y ruido mínimos; sin necesidad de sistema de lubricación (sello de gas seco), evitando el aceite lubricante para el hidrógeno. contaminar.
Desventajas: Tiene ciertos requisitos sobre el peso molecular y la densidad del gas, y no es adecuado para la compresión de hidrógeno de bajo peso molecular; la relación de compresión es relativamente baja y no es adecuado para la compresión de hidrógeno a alta presión; la inversión en equipos y los costos de operación son altos; tiene altos requisitos en cuanto a la limpieza del gas, de lo contrario es fácil dañar el impulsor y otras partes.
Compresor de hidrógeno de diafragma
Ventajas: El diafragma se utiliza para aislar completamente el petróleo y el gas para garantizar la pureza del gas y la ausencia de contaminación; el rendimiento de sellado es bueno, adecuado para comprimir gases peligrosos inflamables y explosivos; la relación de compresión es alta y es fácil lograr una baja admisión. y alto escape; compresión isotérmica combinada con enfriamiento integrado, baja temperatura de escape.
Desventajas: La superficie en forma de cúpula del cabezal de la membrana es un perfil especial, que es difícil de procesar; es difícil de adaptar a condiciones de arranque y parada frecuentes; el precio es más alto que el de los compresores de pistón generales; la membrana es fácil de dañarse y el proceso de instalación de la membrana requiere una gran experiencia de los trabajadores; Debido a la alta relación de presión y al volumen limitado de la cavidad, el volumen de escape es relativamente pequeño.
Compresor de hidrógeno accionado por líquido
Ventajas: principio estructural simple, compresión en serie-paralelo de múltiples etapas, diseño flexible; operación y control convenientes; costo general relativamente bajo.
Desventajas: altos requisitos de sellado y alta posibilidad de contaminación por hidrógeno; los anillos de sellado se dañan y envejecen fácilmente, con ciclos de reemplazo cortos y altos costos de mantenimiento; la tasa de compresión de una sola etapa es relativamente baja; la estructura del pistón tiene alto nivel de ruido.
Compresor de líquido iónico
Ventajas: Principio simple; sin anillos de pistón, empaquetaduras ni otras piezas de desgaste en los compresores de pistón; alta frecuencia de operación y tamaño reducido; el líquido iónico garantiza que el hidrógeno esté libre de contaminación; mejora la eficiencia de compresión y reduce el consumo de energía.
Desventajas: Debido al alto costo y a los diferentes estándares de fabricación de los de China, rara vez se utilizan en China; los líquidos iónicos y los controladores son difíciles de desarrollar, costosos y tienen una estabilidad promedio; el grado a prueba de explosiones no cumple con los estándares nacionales.
Compresor de hidrógeno con bomba de líquido criogénico
Ventajas: Puede lograr un aumento de alta presión; tiene bajos requisitos de pureza del hidrógeno; no tiene partes de fricción mecánica durante el funcionamiento y tiene alta confiabilidad y bajo costo de mantenimiento.
Desventajas: Requiere un sistema de suministro de líquido a baja temperatura, lo que hace que el sistema sea complejo; alto consumo de energía; sensible a cambios de temperatura y presión ambiente, afectando la estabilidad operacional.
Compresores de hidruro metálico
Ventajas: sin vibración, sin piezas de accionamiento; fácil mantenimiento, bajo costo; masa y volumen del dispositivo pequeños; bajo consumo de energía, puede utilizar el calor residual; la aleación de almacenamiento de hidrógeno absorbe el hidrógeno rápidamente, tiempo de presurización corto y se puede utilizar un diseño de múltiples etapas. alcanzar alta presión.
Desventajas: La velocidad de reacción de absorción y desorción de los hidruros metálicos es limitada, lo que da como resultado una eficiencia del compresor relativamente baja; se requieren dispositivos externos de calentamiento y enfriamiento para controlar la temperatura de reacción, y el sistema es relativamente complejo; el costo de los materiales de hidruros metálicos es alto, y el rendimiento puede deteriorarse después de un uso prolongado.
Compresor electroquímico de hidrógeno
Ventajas: alta eficiencia de compresión; se puede iniciar a menor presión, no se requiere un dispositivo de accionamiento mecánico grande; bajos requisitos de pureza para el hidrógeno; sin ruido ni vibración durante el funcionamiento.
Desventajas: El costo de los materiales de los electrodos y los electrolitos es relativamente alto; se requiere una fuente de alimentación estable y el proceso de electrólisis consume mucha energía; la vida útil y la estabilidad del equipo están limitadas por el rendimiento de los materiales de los electrodos y los electrolitos; La tecnología aún no está lo suficientemente madura y rara vez se utiliza a gran escala.
Compresor de adsorción
Ventajas: estructura simple, bajo costo operativo; insensible a las impurezas del hidrógeno; puede funcionar a menor presión; no se requiere sistema de lubricación para evitar la contaminación del hidrógeno por aceite lubricante.
Desventajas: La capacidad de adsorción del adsorbente es limitada, lo que da como resultado un pequeño desplazamiento del compresor; el proceso de adsorción y desorción lleva una cierta cantidad de tiempo y la eficiencia de trabajo es baja; el rendimiento de adsorción del adsorbente puede disminuir después de un uso prolongado. término de uso y necesita ser reemplazado regularmente.
