Hay varios métodos para realizar la compresión de hidrógeno, los principales son los siguientes:
1.Compresor volumétrico
2.Compresor de anillo líquido
Principio de funcionamiento: el impulsor del compresor de anillo líquido está montado excéntricamente dentro de la carcasa cilíndrica de la bomba. Cuando el impulsor gira, el fluido de trabajo forma un anillo líquido bajo la acción de la fuerza centrífuga, y el espacio entre el anillo líquido y el cubo del impulsor se divide en varias cámaras. Con la rotación del impulsor, el volumen de estas cámaras cambia continuamente, realizando así la inhalación, compresión y descarga de gas.
Características: estructura relativamente sencilla, funcionamiento suave, baja vibración y ruido. Capaz de manipular gases que contienen ciertas impurezas y humedad, con requisitos relativamente bajos de pureza del hidrógeno. Adecuado para la compresión de hidrógeno en el rango de presión media, pero el rendimiento es relativamente bajo, especialmente en la relación de presión alta. Requiere la sustitución periódica del fluido de trabajo y unos costes de mantenimiento elevados. Presión de descarga limitada, no adecuado para la compresión de hidrógeno a alta presión.
Compresor de pistón
Principio de funcionamiento: el pistón gira en el cilindro, comprimiendo el gas al cambiar el volumen de trabajo en el cilindro. En el proceso de succión, el pistón se mueve hacia atrás, formando un área de baja presión en el cilindro, y el hidrógeno es succionado hacia el cilindro; en el proceso de compresión, el pistón se mueve hacia adelante, comprimiendo el hidrógeno en el cilindro, haciendo que su presión aumente, y luego descargando el hidrógeno a alta presión a través de la puerta de escape.
Características: Amplia aplicabilidad, puede lograr una compresión de hidrógeno de alta relación de presión. Mayor eficiencia de compresión, especialmente adecuado para la compresión multietapa. Tecnología madura, alta fiabilidad. Sin embargo, es de gran tamaño y ocupa una gran superficie. Movimiento del pistón generado por la vibración y el ruido, la carga de trabajo de mantenimiento es mayor, la necesidad de sustitución periódica de piezas de desgaste.
Compresor de diafragma
Principio de funcionamiento: mediante el movimiento alternativo del diafragma en el cilindro para comprimir y transportar gas. Diafragma a lo largo de la periferia por la sujeción de dos placas de límite, la formación del cilindro. El diafragma se acciona por medios mecánicos o hidráulicos para oscilar en el cilindro, que se divide en dos partes: la cámara de gas y la cámara de aceite. El diafragma se acciona por aceite hidráulico para comprimir el hidrógeno en la cámara de gas, realizando así la compresión y el transporte de hidrógeno.
Características: Durante el proceso de compresión, el gas está completamente aislado del aceite lubricante, lo que garantiza la pureza del hidrógeno. Buen sellado, alta relación de compresión, puede lograr la compresión de hidrógeno a alta presión. Funcionamiento suave, baja vibración y bajo ruido. Sin embargo, el diafragma es un componente clave con una vida útil limitada y debe sustituirse periódicamente a un coste más elevado. El volumen de escape es pequeño, no es adecuado para la compresión de hidrógeno de gran caudal, y el equipo es caro.
Soplante Roots
Principio de funcionamiento: Compresión y transporte de gas mediante la rotación de dos impulsores (normalmente tres o dos álabes). Los dos impulsores giran uno respecto al otro accionados por engranajes sincronizados, comprimiendo y descargando gas en el espacio entre los impulsores y la carcasa.
Características: estructura sencilla, fácil mantenimiento. El rango de presión es moderado, adecuado para la compresión de hidrógeno a media y baja presión. El caudal es relativamente estable y puede ajustarse dentro de un rango determinado. Sin embargo, la compresión es relativamente baja, no aplicable a la compresión de hidrógeno a alta presión. El ruido es grande, es necesario tomar medidas de reducción de ruido. Eficiencia relativamente baja y alto consumo de energía.
2、Compresor de potencia
Compresor centrífugo
Principio de funcionamiento: Utilizando el impulsor de alta velocidad de rotación para hacer el trabajo en el gas, generando fuerza centrífuga, aumentando así la presión y la velocidad del gas. Después de entrar en el impulsor del compresor centrífugo, el gas de hidrógeno se acelera y es expulsado bajo la acción de la rotación del impulsor, y luego entra en el difusor. En el difusor, la velocidad del gas disminuye, la presión aumenta, y finalmente se descarga del compresor.
Características: Gran caudal, adecuado para la compresión y el transporte de hidrógeno a gran escala. Sin embargo, tiene ciertos requisitos en cuanto al peso molecular y la densidad del gas, y no es adecuado para la compresión de hidrógeno de bajo peso molecular. Su puesta en marcha y funcionamiento son relativamente complicados, requiere técnicos profesionales, el coste de los equipos es elevado y su fabricación es difícil.
3. Otros métodos de compresión
Además de los tipos de compresores comunes mencionados anteriormente, existen otras formas de lograr la compresión del hidrógeno, tales como:
Compresor de diafragma: rápida disipación del calor, el proceso de compresión se aproxima al proceso isotérmico, puede tener una alta relación de compresión, hasta 20:1. Pero debido al pequeño caudal, se utiliza principalmente en el hidrógeno la presión es mayor pero el caudal no es de grandes ocasiones.
Compresor de tornillo: a través de la rotación del tornillo para comprimir el gas, con una estructura compacta, un funcionamiento suave y otras ventajas, pero la aplicación de la compresión de hidrógeno es relativamente limitada.
En resumen, hay varias formas de realizar la compresión de hidrógeno, y deben seleccionarse los tipos y especificaciones de compresor adecuados según los escenarios y necesidades de aplicación específicos.
Además de los ya mencionados compresores de anillo líquido, compresores de pistón, compresores de diafragma, compresores centrífugos y soplantes Roots para la compresión de hidrógeno, existen otras formas de lograr la compresión de hidrógeno, entre las que se incluyen:
Compresores de tornillo:
Los compresores de tornillo comprimen el gas mediante la rotación de dos tornillos entrelazados (macho y hembra), a medida que los tornillos giran, el gas es aspirado y comprimido en el espacio entre los tornillos y la carcasa, y luego descargado.
Los compresores de tornillo tienen las ventajas de ser compactos, funcionar con suavidad y producir pocas vibraciones y ruido, pero su uso en la compresión de hidrógeno es relativamente limitado, probablemente debido a sus elevados requisitos de hermeticidad y pureza del hidrógeno.
Compresores iónicos:
Los compresores iónicos utilizan líquidos con propiedades fisicoquímicas especiales (líquidos iónicos) para llenar un cilindro y comprimir el gas bajo el accionamiento de un pistón hidráulico. Los líquidos iónicos son prácticamente incompresibles, no disuelven ni contaminan el hidrógeno y tienen excelentes propiedades de lubricación y refrigeración.
El compresor iónico resuelve el problema de estanqueidad del hidrógeno del pistón hidráulico y el problema de contaminación del hidrógeno, y puede arrancarse y pararse frecuentemente con carga, y teóricamente puede funcionar durante mucho tiempo sin mantenimiento. Sin embargo, su coste es alto, la mayoría de las empresas no están suficientemente maduras, la aplicación doméstica es menor.
Compresor de diafragma:
El compresor de diafragma utiliza el movimiento alternativo del diafragma para comprimir el gas. El diafragma se sujeta dentro del cilindro, formando una cámara de gas, a través de la forma mecánica o hidráulica para impulsar el movimiento alternativo de la cámara de gas, la compresión de gas de hidrógeno dentro del cilindro.
El compresor de diafragma tiene las ventajas de una rápida disipación del calor, el proceso de compresión es cercano a la isoterma, se puede obtener una alta relación de compresión. Sin embargo, debido a su pequeño caudal, se utiliza principalmente para la presión de hidrógeno es alta, pero el caudal no es grandes ocasiones.
Compresor scroll:
El compresor scroll es un compresor que utiliza discos scroll para la compresión de gas, con dos discos scroll engranando entre sí para formar múltiples espacios cerrados. Con la rotación del disco scroll, el volumen de estos espacios cerrados cambia constantemente, para lograr la inhalación, compresión y descarga de gas.
Los compresores scroll tienen las ventajas de estructura compacta, alta eficiencia, baja vibración y ruido. Sin embargo, su aplicación en el campo de la compresión de hidrógeno es relativamente limitada, probablemente debido a la dificultad y alto coste de su fabricación.
Compresores de adsorción:
Los compresores de adsorción utilizan adsorbentes (por ejemplo, carbón activado, zeolita, etc.) para adsorber y desorber hidrógeno con el fin de lograr la compresión del gas. En el proceso de adsorción, el hidrógeno se adsorbe en la superficie del adsorbente; en el proceso de desorción, a través de los cambios de presión o temperatura, de modo que el hidrógeno se desorbe de la superficie del adsorbente para lograr la compresión de gas.
El compresor de adsorción tiene las ventajas de estructura simple, sin partes móviles, fácil mantenimiento, etc., pero su eficiencia de compresión es baja, y el adsorbente necesita ser reemplazado periódicamente.
Cabe señalar que los diferentes métodos de compresión de hidrógeno tienen sus propias ventajas y desventajas, y deben ser considerados de acuerdo a los escenarios de aplicación y requisitos específicos. Al elegir un método de compresión de hidrógeno, hay que tener en cuenta la pureza del hidrógeno, la presión, el caudal, la eficiencia del compresor, el coste, la dificultad de mantenimiento y otros factores.
