壓縮機(jī)作為加氫站關(guān)鍵核心裝備，市場(chǎng)需求隨著建站熱潮而逐漸增加。吸引了產(chǎn)業(yè)鏈上下游的關(guān)注目光。在加氫站設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中，制定符合需要的工藝流程方案和選取合適的工藝設(shè)備，對(duì)加快加氫站建設(shè)進(jìn)度、合理控制建設(shè)成本，能起到至關(guān)重要的作用。

目前國(guó)內(nèi)加氫站主要采用的工藝流程是基于高壓氣態(tài)氫的儲(chǔ)運(yùn)方式，主要以站外長(zhǎng)管拖車(chē)供氫為主。站外長(zhǎng)管拖車(chē)供氫的高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫加氫站工藝流程，長(zhǎng)管拖車(chē)將20MPa的壓縮氫氣從氫氣生產(chǎn)單位運(yùn)送進(jìn)固定站，通過(guò)加氫站內(nèi)壓縮機(jī)將氫氣卸載至站內(nèi)高壓儲(chǔ)氫罐，車(chē)輛加氫時(shí)，長(zhǎng)管拖車(chē)或儲(chǔ)氫罐中輸出的氫氣，通過(guò)加氫機(jī)充裝到燃料電池汽車(chē)的車(chē)載儲(chǔ)氫瓶中。

目前國(guó)際上應(yīng)用比較廣泛的車(chē)載儲(chǔ)氫瓶壓力等級(jí)主要有35MPa和70MPa兩種。加氫站的最高設(shè)計(jì)壓力等級(jí)也需要與其加注車(chē)輛車(chē)載儲(chǔ)氫的壓力等級(jí)相匹配，除了利用長(zhǎng)管拖車(chē)作為20MPa移動(dòng)儲(chǔ)氫設(shè)施外，35MPa氫燃料電池車(chē)的加氫站站內(nèi)最高固定儲(chǔ)氫壓力一般為45MPa，70MPa氫燃料電池車(chē)的加氫站站內(nèi)最高固定儲(chǔ)氫壓力一般為90MPa。

常見(jiàn)氫氣壓縮機(jī)中傳統(tǒng)隔膜式壓縮機(jī)、液驅(qū)式活塞壓縮機(jī)、離子式壓縮機(jī)、新型液驅(qū)隔膜式壓縮機(jī)的工作原理、組成、特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)。

01、傳統(tǒng)隔膜式壓縮機(jī)

工作原理

隔膜壓縮機(jī)是靠隔膜在氣缸中作往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)壓縮和輸送氣體的往復(fù)壓縮機(jī)。隔膜沿周邊由氣側(cè)膜頭和油側(cè)膜頭夾緊，隔膜由機(jī)械或液壓驅(qū)動(dòng)在氣缸內(nèi)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體的壓縮和輸送。

為了更好的了解隔膜壓縮機(jī)的工作原理，下圖顯示了典型的壓縮機(jī)布置，包括電機(jī)，曲軸箱，液壓系統(tǒng)，膜頭。

組成

電機(jī)、皮帶輪、曲軸箱、曲柄連桿機(jī)構(gòu)、活塞、油側(cè)膜頭、膜片、氣側(cè)膜頭等組成；

特點(diǎn)

用膜片將油氣完全隔離，可保證氣體純度、密封性好、單級(jí)壓縮比大；

優(yōu)點(diǎn)

無(wú)污染，確保了氫氣壓縮過(guò)程的潔凈；

密封性好，適合易燃易爆等危險(xiǎn)氣體的壓縮；

壓縮比大，容易實(shí)現(xiàn)低進(jìn)氣、高排氣；

等溫壓縮結(jié)合一體化冷卻，排氣溫度低；

缺點(diǎn)

膜頭的穹形表面為特殊型面，加工比較困難；

難適用于頻繁啟停工況；

價(jià)格高于一般活塞式壓縮機(jī)；

膜片比較容易損壞，膜片安裝過(guò)程對(duì)工人經(jīng)驗(yàn)要求較高；

排氣量由于受到高的壓比和氣腔容積的限制而相對(duì)較小；

02、液驅(qū)式活塞壓縮機(jī)

工作原理

液驅(qū)式活塞壓縮機(jī)通過(guò)液壓油驅(qū)動(dòng)活塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的活塞直接作用于氫氣，實(shí)現(xiàn)氫氣的壓縮和輸送。液壓油一般由液壓泵提供，并通過(guò)電磁換向閥控制液壓油流動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞的往復(fù)作用。這種結(jié)構(gòu)可以做成多列。

組成

電機(jī)、液壓泵、電磁換向閥、活塞缸、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、冷卻器等組成；

特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)單，多級(jí)串、并聯(lián)壓縮，布局靈活；

優(yōu)點(diǎn)

結(jié)構(gòu)緊湊；

操作簡(jiǎn)單；

控制簡(jiǎn)單；

綜合成本較低；

缺點(diǎn)

密封性要求高，氫氣受污染可能性較大；

密封圈易損壞和老化，更換周期短，維修費(fèi)用較高；

單級(jí)壓縮比較低；

活塞結(jié)構(gòu)，噪聲較大；

03、離子壓縮機(jī)

工作原理

離子壓縮機(jī)的工作原理與液驅(qū)活塞式壓縮機(jī)類(lèi)似。不同之處在于使用了一種具有特殊物理化學(xué)性質(zhì)的液體（離子液）充注到氣缸中，并在液壓活塞驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行氣體的壓縮。離子液幾乎不可壓縮，也不溶解和污染氫氣，還具有良好的潤(rùn)滑和冷卻特性。離子液充注在氫氣和液壓活塞之間，解決了液壓活塞的氫氣密封問(wèn)題和氫氣污染問(wèn)題。

組成

電機(jī)、控制器、活塞缸、離子液等組成；

特點(diǎn)

“液體活塞”，多級(jí)串聯(lián)壓縮，離子液、控制器開(kāi)發(fā)難度高，價(jià)格高，穩(wěn)定性一般；防爆等級(jí)不滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)；

優(yōu)點(diǎn)

原理簡(jiǎn)單；

沒(méi)有活塞壓縮機(jī)的活塞環(huán)和填料等易損件；

工作頻率高，占地小；

離子液保證了氫氣無(wú)污染；

提升壓縮效率，降低能耗；

缺點(diǎn)

由于成本較高，制造標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)內(nèi)不同，國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少；

新型液驅(qū)隔膜式壓縮機(jī)

上海羿弓氫能科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“羿弓氫能”）全球首創(chuàng)“液驅(qū)+隔膜”技術(shù)方案，整機(jī)方案“為氫能而生”，液驅(qū)方案可適應(yīng)“頻繁啟停、冷態(tài)開(kāi)車(chē)、帶載啟�！钡募託湔咎厥夤�況，通過(guò)驅(qū)動(dòng)、增壓?jiǎn)卧�多�?jí)串并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)超大排量、超大壓比需求。由于取消了曲軸連桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，整機(jī)布局緊湊，體積僅為同類(lèi)傳統(tǒng)隔膜式壓縮機(jī)的50%左右，應(yīng)用場(chǎng)景非常廣泛。

工作原理：

利用液壓泵提供高壓液壓油，并通過(guò)高頻換向閥控制液壓油流動(dòng)，使其直接驅(qū)動(dòng)膜片往復(fù)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)氫氣的壓縮和輸送。用液壓泵驅(qū)動(dòng)液壓油代替了傳統(tǒng)的活塞、曲柄連桿驅(qū)動(dòng)液壓油的方式。其氣路系統(tǒng)、膜頭組件、檢漏裝置組件等的基本結(jié)構(gòu)沿用成熟設(shè)計(jì)方案，創(chuàng)新性地減少了活塞組件、曲柄連桿機(jī)構(gòu)組件、曲軸等機(jī)械傳動(dòng)部件，實(shí)現(xiàn)了整機(jī)模塊化設(shè)計(jì)，布局更為靈活，拆裝、維修更加便捷。

特點(diǎn)：

液壓泵直驅(qū)+高頻換向閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的曲柄連桿+活塞、皮帶傳動(dòng)，整機(jī)模塊化，適應(yīng)變工況、頻繁啟停。

優(yōu)點(diǎn)：

創(chuàng)新性的技術(shù)方案，關(guān)鍵部件全自主研發(fā)；

具有隔膜壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，無(wú)污染，確保了氫氣壓縮機(jī)過(guò)程的潔凈；

具有液驅(qū)壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)緊湊，占地小；

能適應(yīng)頻繁啟停、冷態(tài)開(kāi)車(chē)、帶載啟停的加氫站工況

模塊化設(shè)計(jì)，靈活升級(jí)切換；

缺點(diǎn)：

液壓泵和換向閥是液驅(qū)隔膜式壓縮機(jī)的關(guān)鍵核心零部件。液壓泵的負(fù)載特點(diǎn)是高頻脈動(dòng)負(fù)載，液壓泵既能承受高壓，又能夠適應(yīng)高頻脈動(dòng)的特性，對(duì)液壓泵內(nèi)部零件的疲勞壽命要求高。

換向閥既要滿(mǎn)足膜片動(dòng)作的高頻率，又要減小流阻降低能量損失。

由于上述嚴(yán)苛的技術(shù)要求，液壓泵和換向閥的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)難度大，需要企業(yè)有強(qiáng)大的自主研發(fā)能力。

以上這幾種常見(jiàn)壓縮機(jī)的構(gòu)型都在不同的場(chǎng)景得以應(yīng)用，液驅(qū)隔膜式壓縮機(jī)，雖然問(wèn)世時(shí)間短，由于其在性能、壽命、靈活性、可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面的優(yōu)越性，已經(jīng)獲得了廣泛的關(guān)注與認(rèn)可。其應(yīng)用場(chǎng)景包括加氫站、綠電制氫、氫氣充裝、制加氫一體站等。

加氫站

綠電制氫

制加氫一體站