一种采用直线电机直驱离子液体的气体增压系统技术方案

本发明专利技术涉及一种采用直线电机直驱离子液体的气体增压系统，属于直线电机以及气体压缩技术领域。本发明专利技术采用直线电机单元作为驱动结构，直线电机驱动单元的左右两侧分别连接一个离子液体压缩单元，每一个离子液体压缩单元与一个气体增压压缩单元连接，每一个气体增压压缩单元还与外部的气源以及外部的存储设备连接，离子液体压缩单元中的离子液体在直线电机驱动单元的驱动作用下实现对气体增压压缩单元中气体的增压压缩，外部的气源用于提供待压缩的气体，外部的存储设备用于储存压缩后的高压气体。本发明专利技术所述系统结构简单，容易维护，运行成本低，压缩效率高，而且能够将气体压缩到几十兆帕以上的压力，在气体压缩领域具有很好的应用前景。的应用前景。的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种采用直线电机直驱离子液体的气体增压系统


[0001]本专利技术涉及一种采用直线电机直驱离子液体的气体增压系统，属于直线电机以及气体压缩


技术介绍

[0002]随着氢能源技术与压缩天然气等技术的发展和普及，对如氢气、天然气等气体燃料的高压压缩需求日益增加。氢气压缩设备的性能、可靠性和使用成本决定着加氢站的加氢能力和运营成本，是加氢站的核心设备。现有的氢气压缩机主要是采用活塞式和隔膜式机，其中，活塞机密封寿命低，活塞缸需要频繁维护并且有污染氢气的风险，隔膜式压缩机虽然克服了活塞式压缩机的主要缺点，但也存在着容积效率低，膜片使用寿命不长，更换成本较高的问题。
[0003]离子液体压缩机是采用离子液体替代金属活塞形成液体活塞在缸体内压缩氢气，减少了活塞与缸体的摩擦，能长期运行而只需较少的维护，能耗更低，并且离子液体与氢气不相溶，不会污染氢气。目前，氢能领域现有的离子液体压缩机，如林德公司的离子液体压缩机，主要采用液压系统推动多级活塞实现氢气的逐级压缩，缸体内金属活塞前端填充少量离子液体，最高可将氢气压缩至几十兆帕。由于其采用了液压驱动多级活塞缸的型式，也使其机构及工艺管路较为复杂，存在潜在泄露点较多和造价较高的缺点，不利于普及。因此，需要研发一种压缩效率更高、结构更简单、泄露率更低的采用离子液体压缩的高压气体增压系统，以满足压缩天然气、氢能源行业内加气站等应用场景下高压气体燃料的压缩需求。

技术实现思路

[0004]针对目前气体压缩系统存在的不足，本专利技术提供一种采用直线电机直驱离子液体的气体增压系统，采用直线电机驱动的离子液体增压泵结构，可以将氢气等气体从低压压缩到几十兆帕，而且可根据气体被压缩的压力，实时调节驱动离子液体的压力及气体的压缩速率，以实现能效的更高效利用，并且该系统的结构简单，泄露率低，容易维护，成本低，在气体压缩领域具有很好的应用前景。
[0005]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
[0006]一种采用直线电机直驱离子液体的气体增压系统，包括直线电机驱动单元、离子液体压缩单元以及气体增压压缩单元；
[0007]直线电机驱动单元的左右两侧分别连接一个离子液体压缩单元，直线电机驱动单元用于对离子液体压缩单元中的离子液体提供高压液压力；每一个离子液体压缩单元与一个气体增压压缩单元连接，离子液体压缩单元中的离子液体在直线电机驱动单元的驱动作用下实现对气体增压压缩单元中气体的增压压缩；每一个气体增压压缩单元还与外部的气源以及外部的存储设备连接，外部的气源为气体增压压缩单元提供待压缩的气体，外部的存储设备用于储存气体增压压缩单元压缩后的高压气体。
[0008]进一步地，直线电机驱动单元包括动子铁芯、环形永磁体、环形磁钢、电机壳体、电机端盖、柱塞、环形定子线圈、定子内铁芯、定子外铁芯、定子铝环、动子铝环、直线电机驱动器、磁霍尔传感器；
[0009]电机端盖上加工有柱塞孔；
[0010]直线电机驱动器具有电流闭环控制功能；
[0011]电机壳体的两端与两个电机端盖一一对应连接；环形磁钢沿轴向依次排列在电机壳体的内壁上；环形永磁体沿轴向依次排列在动子铁芯上以形成径向磁场(即磁场方向沿径向分布)，相邻两个环形永磁体之间设有一个动子铝环，且相邻两个环形永磁体的径向磁场方向相反；环形定子线圈套于定子内铁芯与定子外铁芯中间且三者组成一个线圈单元，多个线圈单元沿轴向依次排列于电机壳体内壁且位于环形磁钢上，相邻两个线圈单元之间设置一个定子铝环，每一个线圈单元连接一根导线，导线的一端与线圈单元中的环形定子线圈连接，导线穿过电机壳体，导线的另一端与位于电机壳体外部的直线电机驱动器连接，通过直线电机驱动器对每组线圈单元独立供电；每个定子内铁芯的内表面上均安装有磁霍尔传感器，以判断运动或静置的动子与定子的相对位置；磁霍尔传感器与直线电机驱动器电性连接，直线电机驱动器根据磁霍尔传感器反馈的信号控制每个线圈单元的供电状态(如正向供电、断电或反向供电状态)以控制直线电机左右往复运动状态；动子铁芯的两端分别连接一个柱塞，每个柱塞穿过与其对应的电机端盖上的柱塞孔，直线电机驱动单元通过柱塞压缩离子液体压缩单元中的离子液体。
[0012]直线电机驱动单元在电磁力的拖动下带动其中的动子铁芯进行往复运动，从而推动其两侧的柱塞在离子液体压缩单元的离子液体压缩缸中往复运动，进而将离子液体压缩单元中的离子液体压缩使其进入气体增压压缩单元的气体压缩缸内以完成对气体的增压压缩。
[0013]进一步地，电机壳体内部沿轴向加工有多条冷却介质流道，且多条冷却介质流道之间串联连接，向冷却介质流道中通入冷却介质能够将直线电机工作过程中线圈产生的热量带出。
[0014]进一步地，柱塞与离子液体压缩单元的离子液体压缩缸内壁之间为动密封，更优选选用三活塞环进行动密封。
[0015]进一步地，气体增压压缩单元与外部的气源连接的管路上安装有压力传感器Ⅰ，气体增压压缩单元与外部的存储设备连接的管路上安装有压力传感器Ⅱ，压力传感器Ⅰ和压力传感器Ⅱ均与直线电机驱动器电性连接，直线电机驱动器根据两个压力传感器反馈的信号调整每个线圈单元的电流值大小。
[0016]进一步地，动子铝环和定子铝环的材质均为具有抗磁性的铝合金，起到抗磁作用；动子铁芯、定子内铁芯以及定子外铁芯的材质均为具有导磁性的钢材，起到导磁作用。环形永磁体的磁场通过动子铁芯和定子内铁芯的导磁，呈径向穿过环形定子线圈，直线电机工作过程中，环形定子线圈中通过的电流方向与穿过其的磁场方向完全垂直，产生沿直线电机轴向的电磁拖动力。
[0017]进一步地，离子液体压缩单元包括离子液体压缩缸、离子液体以及压缩缸端盖；
[0018]压缩缸端盖上加工有离子液体出入孔；
[0019]离子液体压缩缸的一端与直线电机驱动单元连接，通过直线电机驱动单元对离子
液体压缩缸中的离子液体进行压缩，具体是：离子液体压缩缸的一端与直线电机驱动单元的电机端盖连接，直线电机驱动单元中的柱塞穿过电机端盖上的柱塞孔后与离子液体压缩缸的内壁动密封，通过柱塞在离子液体压缩缸中的往复运动实现对离子液体的往复压缩；离子液体压缩缸的另一端安装有压缩缸端盖，且压缩缸端盖上的离子液体出入孔通过管路与气体增压压缩单元连接，具体是与气体增压压缩单元中端盖Ⅱ的离子液体进出口连接，则受压缩的离子液体进入气体压缩缸后对其内部气体进行增压压缩。
[0020]进一步地，与气体增压压缩单元连接(或者接近压缩缸端盖)的离子液体压缩缸一端加工有离子液体回收孔，防止压缩过程中，离子液体压缩缸内通过柱塞的密封圈泄露出的微量离子液体流入直线电机驱动单元内部，通过该离子液体回收孔可以使泄露的离子液体流出离子液体压缩缸并集中收集。
[0021]进一步地，气体增压压缩单元包括气体压缩缸、端盖Ⅰ、端盖Ⅱ以及长螺栓；
[0022]端盖Ⅰ的端面上加工有进气口和出气口，且进气口以及出气口上均安装有阀门；
[0023]端盖Ⅱ的端面上加工有离子液体进出口；
[002本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用直线电机直驱离子液体的气体增压系统，其特征在于：包括直线电机驱动单元、离子液体压缩单元以及气体增压压缩单元；直线电机驱动单元的左右两侧分别连接一个离子液体压缩单元，直线电机驱动单元用于对离子液体压缩单元中的离子液体提供高压液压力；每一个离子液体压缩单元与一个气体增压压缩单元连接，离子液体压缩单元中的离子液体在直线电机驱动单元的驱动作用下实现对气体增压压缩单元中气体的增压压缩；每一个气体增压压缩单元还与外部的气源以及外部的存储设备连接，外部的气源为气体增压压缩单元提供待压缩的气体，外部的存储设备用于储存气体增压压缩单元压缩后的高压气体。2.根据权利要求1所述的一种采用直线电机直驱离子液体的气体增压系统，其特征在于：直线电机驱动单元包括动子铁芯、环形永磁体、环形磁钢、电机壳体、电机端盖、柱塞、环形定子线圈、定子内铁芯、定子外铁芯、定子铝环、动子铝环、直线电机驱动器以及磁霍尔传感器；电机端盖上加工有柱塞孔；直线电机驱动器具有电流闭环控制功能；电机壳体的两端与两个电机端盖一一对应连接；环形磁钢沿轴向依次排列在电机壳体的内壁上；环形永磁体沿轴向依次排列在动子铁芯上，相邻两个环形永磁体之间设有一个动子铝环，且相邻两个环形永磁体的径向磁场方向相反；环形定子线圈套于定子内铁芯与定子外铁芯中间且三者组成一个线圈单元，多个线圈单元沿轴向依次排列于电机壳体内壁且位于环形磁钢上，相邻两个线圈单元之间设置一个定子铝环，每一个线圈单元连接一根导线，导线的一端与线圈单元中的环形定子线圈连接，导线穿过电机壳体，导线的另一端与位于电机壳体外部的直线电机驱动器连接，通过直线电机驱动器对每组线圈单元独立供电；每个定子内铁芯的内表面上均安装有磁霍尔传感器，磁霍尔传感器与直线电机驱动器电性连接，直线电机驱动器根据磁霍尔传感器反馈的信号控制每个线圈单元的供电状态以控制直线电机左右往复运动状态；动子铁芯的两端分别连接一个柱塞，每个柱塞穿过与其对应的电机端盖上的柱塞孔，直线电机驱动单元通过柱塞压缩离子液体压缩单元中的离子液体。3.根据权利要求2所述的一种采用直线电机直驱离子液体的气体增压系统，其特征在于：电机壳体内部沿轴向加工有多条冷却介质流道，且多条冷却介质流道之间串联连接。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑铭路，任圣哲，张明俊，刘晓禹，苏晓冰，王艳萍，朱文杰，王帅，刘焕萍，李洁，
申请(专利权)人：北京派瑞华氢能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：