Что такое водородный компрессор?

Что такое водородный компрессор?

Водородный компрессор — это устройство, которое сжимает водородный газ.

Водородные компрессоры используются для сжатия водородного газа под высоким давлением или для сжижения водорода путем его охлаждения. По сравнению с газом сжиженный водород намного меньше по объему, что выгодно для хранения и транспортировки.
Водородные компрессоры бывают разных видов, включая механические типы, такие как объемные и центробежные, а также методы, использующие электрохимические реакции.

Известный пример использования водородного газа — топливные элементы. Они постепенно становятся популярными для использования в автомобилях, бытовой электроэнергетике и водонагревании. Водородная энергия не производит углекислый газ, а выделяет только воду, что делает ее отличным источником энергии в эту экологически сознательной эпоху. В будущем ожидается большой скачок вперед.

Применение водородных компрессоров

1. Хранение и транспортировка водорода

Водородный газ является отличным методом хранения и транспортировки, поскольку его объем уменьшается до 1/800 при сжижении. Водород может быть сжижен водородным компрессором на заводе по производству водорода и храниться в резервуаре для хранения. Его также можно загружать в транспортные цистерны на кораблях и цистерны прицепов для транспортировки к месту назначения.

2. Для топливных элементов

Водород подается в автомобильные топливные элементы путем установки водородного компрессора на водородной заправочной станции, повышения давления до необходимого уровня и заправки водородного бака автомобиля. В Японии используется 70 МПа. Топливные элементы для домашнего использования являются когенерационными системами и используются для выработки электроэнергии, а также для нагрева воды. Кроме того, генераторы на топливных элементах также находят практическое применение.

3. Другие области применения

Сжиженный водород используется в качестве сырья на химических заводах, фармацевтических заводах, при производстве удобрений и т. д., в качестве топлива для электростанций, компрессоров двигателей и т. д.

Принципы работы водородного компрессора

Водородный газ является элементом с самой низкой плотностью, и для повышения давления необходимо использовать различные методы. Используются механические компрессоры, такие как объемные и центробежные типы, а также электрохимические и термические типы.

Механические компрессоры имеют высокую степень сжатия, поэтому большинство из них являются многоступенчатыми компрессорами. Им также требуются высокие температуры, поэтому охлаждение также важно. Максимальное давление нагнетания составляет около 100 МПа. Электрохимический тип реакции и термический тип имеют такие особенности, как отсутствие движущихся частей, отсутствие вибрации, отсутствие шума и отсутствие масла.

Типы водородных компрессоров

Типы используемых водородных компрессоров включают в себя компрессоры прямого вытеснения, центробежные, электрохимические и термические.

1. Компрессоры прямого вытеснения

Компрессор прямого вытеснения изменяет объем для вдыхания, сжатия и выпуска газа. Типы водородных компрессоров, которые используются на практике, включают поршневые компрессоры, винтовые компрессоры и диафрагменные компрессоры.

Возвратно-поступательный тип сжимает газ посредством возвратно-поступательного движения поршня. Различные типы доступны в зависимости от расположения цилиндров. Тип с наклонной шайбой, в котором поршень совершает возвратно-поступательное движение в осевом направлении, также относится к этому типу. Винтовой тип сжимает газ путем вращения двухосного или одноосного винта для уменьшения объема. Компрессоры диафрагменного типа сжимают посредством возвратно-поступательного движения диафрагм.

2. Центробежный компрессор

Центробежные компрессоры преобразуют энергию скорости газа в давление, вращая рабочее колесо с высокой скоростью. Водородный газ — это газ с наименьшей плотностью, и для увеличения давления требуется увеличение скорости рабочего колеса. Центробежные водородные компрессоры используются на практике в США, а в Японии разрабатываются сверхскоростные одновальные многоступенчатые и многовальные многоступенчатые компрессоры.

3. Компрессор электрохимического реакционного типа

Электрохимический тип реакции — это не механический компрессор, а метод получения сжатого водорода посредством химической реакции. При подаче напряжения на электроды ионы водорода восстанавливаются до водорода, и водород извлекается из катода. Этот метод сейчас используется на практике в Германии и США, а Япония, вероятно, расширит его в будущем.

4. Термический компрессор

Этот метод повышает давление путем подачи тепла на водородный газ. Когда водородный газ хранится в сплаве для хранения водорода, выделяется тепло и образуется металлогидрид. Затем, когда тепловая энергия подается на металлогидрид, водород отделяется и получается газ высокого давления. Выходное давление составляет около 25 МПа. Металлгидрид является стабильным веществом и очень безопасен. Нагревание является экологически чистым методом, поскольку можно использовать отходящее тепло. В Скандинавии он используется на водородных станциях.

Другая информация о водородных компрессорах

1. Система смазки водородных компрессоров

Используются три типа систем смазки.

• Тип смазки

Этот метод подразумевает впрыскивание масла в скользящие и уплотнительные части цилиндра и винта для смазки, герметизации и охлаждения. Существуют такие методы, как разбрызгивание, перекачка масла и смазка под давлением. Масляный туман содержится в выбрасываемом газе.

• Безмасляный тип

Этот метод не использует масло или воду в газовом канале. В выбрасываемом газе нет масла или воды.

• Тип с циркуляцией воды

Вода впрыскивается в винт для смазки, охлаждения и герметизации. Расход масла в выбрасываемом газе равен нулю.

2. Преимущества безмасляного типа

Безмасляный водородный газ имеет много преимуществ. Во многих отраслях промышленности требуется чистый водород. К ним относятся сектор мобильности, выработка/хранение электроэнергии, химическая/нефтехимическая промышленность, производство удобрений и нефтепереработка. Преимущество безмасляного в том, что оно не влияет на химические реакции, используемые при его производстве. Также важно, что оно не влияет на процесс или оборудование.