[发明专利]离心式氢气压缩机

说明书

本公开涉及用于压缩低分子量流体的多级离心式高纯度氢气压缩机。更具体地，本公开涉及多级高纯度离心式氢气压缩机，其中，每个级包括具有至少两排多个刀片的叶片式扩散器。

技术领域

本发明整体涉及用于压缩低分子量流体的离心式压缩机。更具体地，本发明涉及用于生产高压氢气和向管道供应高压氢气的离心式压缩机。

背景技术

容积式压缩机通常已用于压缩氢气。一些用于在高压下提供氢气的最高容量的、可商购获得的容积式压缩机是活塞式压缩机。这些压缩机价格昂贵，需要大量的地脚，维护成本高，并且降负荷低效。

虽然离心式压缩机的流量比活塞式压缩机更高，但是由于它们的设计存在技术挑战以及缺乏大量市场而难以证明其开发的合理性，因此它们尚未投入商业使用。例如，与活塞式压缩机不同，离心式压缩机的工作原理是流体的角动量发生变化，在低分子量气体的情况下，这需要非常高的旋转速度，从而导致产生非常高的离心力，并且因此导致在压缩元件上产生应力。技术挑战源于要求旋转压缩机元件(即，叶轮)使用不易受氢脆影响的高强度材料。

过去，已经作出一些制造用于氢气的多级压缩机的尝试。例如，Becker等人的美国专利第9,316,228号涉及一种利用六个串联布置的高速(约60,000rpm)离心式压缩机的多级压缩系统，在大于1,000psig的压力下输送约200,000千克/天的氢气。每个离心式压缩机的叶轮/轴组件已经被设计成使用不同的材料。本专利中描述的六个离心式压缩机通过齿轮箱驱动，每个齿轮箱被构造成在正常运行期间提供至少1.20的增压比。然而，在美国专利第9,316,228号中描述的多级压缩机不提供足够的氢气产生。

为了满足氢气基础设施的未来需求，需要克服本领域的问题的高级高效压缩机。因此，仍然需要能够有效地输送大量加压氢气，尤其是此类低分子量气体的氢气压缩机。仍然进一步需要能够承受苛刻的工作条件的氢气压缩机。还需要提供多级高纯度离心式氢气压缩机，其中，每个级包括具有至少两排多个刀片的的叶片式扩散器。本发明至少部分满足这些需求和其它需求。

发明内容

本发明涉及一种离心式气体压缩机，利用角动量变化的原理来压缩低分子量流体，诸如氢气。

在特定方面中，本文描述了一种多级离心式氢气压缩机，其中，每个级包括翼型扩散器，该翼型扩散器包括周向布置成至少两排的多个扩散器叶片(下文中称为“叶片”)，其中，第一排包括第一数量的叶片，并且第二排包括第二数量的叶片，其中，第一排中的多个叶片中的每个叶片的密实度值为1或更大；并且其中，第二排中的多个叶片中的每个叶片的密实度值为1或更大。在又另外的方面中，本文所述的多级离心式氢气压缩机包括彼此流体连通的2个至8个级。

本文还公开了一种系统。在特定方面中，所公开的系统包括氢气压缩机，该氢气压缩机包括彼此流体互连以形成多个顺序级的多个离心式压缩机，其中，该多个离心式压缩机中的每个离心式压缩机均包括本发明的翼型扩散器和叶轮，并且其中，该系统被构造成为每个级提供约1.05至1.25的增压比。在又另外的方面中，本文公开了一种在本发明的多级离心式氢气压缩机中形成压缩氢气的方法。

本发明的附加方面将在随后的详细描述、附图和权利要求书中进行部分阐述，并且部分将从详细描述中得出或可通过实践本发明获得。应当理解，前述一般描述和以下详细描述两者仅为示例性和解释性，并且不对如所公开的本发明构成限制。

附图说明

图1A至图1B示出了在一个方面中的示例性翼型扩散器的侧视图的一般示意图(图1A)以及另一方面中的翼型扩散器的片段正视图(图1B)。

图2示出了具有密实度值小于1的第一排叶片以及密实度值大于1的第二排叶片的常规两排扩散器。

图3A至图3B示出：(图3A)具有如在一个方面中所用的密实度值大于1的第一排刀片以及密实度值大于1的第二排刀片的示例性两排扩散器的示意图；和(图3B)示例性叶片的定向的特写。