负责人:李云

所在学院：化学工程与技术学院

一、项目简介

本项目提供一种用于氢燃料电池汽车加氢站氢气增压的新型压缩机（离

子压缩机）技术和成套产品装置。如图1所示，其主要构成部件包括：若干个用于压缩氢气的气缸、一个多头高压液体泵、液体换向与管路系统、离子液分离回收装置。其核心技术特征在于使用了一种具有特殊物理化学性质的液体（离子液）充注到气缸中，并在液压活塞驱动下进行气体的压缩，离子液由高压液体泵驱动进入气缸并循环使用。离子液几乎不可压缩，也不溶解和污染氢气，还具有良好的润滑和冷却特性，因此离子压缩机解决了传统活塞压缩机高压下密封与润滑的难题，并具有良好的宽工况适应能力和高效的压缩过程，还适于设计成大排量机型，很好解决了其他几种型式压缩机存在的弊端。离子压缩机在一定程度上兼具了传统活塞压缩机、隔膜压缩机、液驱活塞压缩机的综合优势，并可降低能耗约20-30%，提高加氢站充注能力及运行可靠性，是未来加氢站氢气增压的良好解决方案。

二、产品性能优势

该项目致力于研发加氢站用高压离子压缩机成套技术和产品，以实现氢气的高效、可靠增压充注，该技术方案和产品可解决当前加氢站氢气增压过程中存在的一些多项技术困境，其关键技术主要有：

1. 解决了活塞式压缩机高压密封无法实现的难题，使活塞压缩机的综合优势得以发挥。从供气能力、工况适应能力、能达到的压力、大供气量等使用功能角度讲，活塞压缩机是满足加氢站氢气增压的理想选择，但目前其高压密封在世界范围内尚未较好解决，制约了其发展和使用。离子压缩机使用离子液取代活塞进行气体压缩，利用液体良好的密封性回避了高压接触密封材料这一难题。同时，相比于固体活塞而言，因为液体可以流动到缸内余隙腔部位，因而极大减小了气缸余隙容积，提高了气缸容积利用率，大幅度增加了压缩效率。

2. 解决了隔膜式压缩机膜片寿命低维修周期短的问题。目前在加氢站领域应用最多的是隔膜压缩机，其最大的不足是膜片寿命比较低，现阶段只有500-2000小时。离子压缩机没有隔膜部件，也没有活塞压缩机的活塞环和填料等易损件，而离子液具有超强的稳定性，因此离子压缩机具有超长的维护周期，也没有需要频繁更换的易损件，很好解决了压缩机的长周期可靠运行问题。

3. 解决了液驱活塞式压缩机工作频率低占地大的问题。液驱活塞压缩机也是为了解决隔膜压缩机膜片寿命低而研发的一种产品，但其活塞工作频率只能达到每分钟十几次，因此设备供气能力比较小，相比而言尺寸和占地比较大。离子压缩机可达到300～400次/分钟的工作频率，因此能实现较大供气能力，适于未来大排量加氢站的商业化应用，这是现有的隔膜压缩机、曲柄连杆活塞压缩机、液驱活塞压缩机都不具备的重要优势。

4. 解决了氢气的无污染洁净压缩问题。液驱活塞压缩机和传统的曲柄连杆式活塞压缩机，在压缩过程中都会造成润滑（或液压）介质污染被压缩的氢气。隔膜压缩机不存在这个问题，但其关键零部件膜片的使用寿命目前尚未较好解决，严重制约了其使用。离子压缩机使用离子液来压缩氢气，而离子液几乎不挥发，也不存在接触密封摩擦副的磨屑污染，因此能很好保证被压缩介质的纯度要求，维持质子交换膜燃料电池的电机反应效率。

5. 大幅度提升了压缩效率降低压缩过程能耗。影响压缩机能耗的最关键因素是压缩过程的冷却效果，离子压缩机在压缩气体的过程中，气体直接与离子液接触，产生的压缩热直接被冷却效果良好的离子液带走，离子液循环使用前首先进行外部冷却，因此保证了气体压缩过程的良好冷却，使得压缩过程能耗最大程度得到控制，相比于其他形式的压缩机约可降低综合能耗20-30%，具有显著的节能效果。

三、市场前景及应用

鉴于氢能在世界能源转型中的角色价值日益凸显，世界主要发达国家均大力支持氢能产业发展，布局加氢站建设，中国加氢站产业也快速发展。截止2020年12月底，中国累计建成加氢站已超过110座，在建/拟建的加氢站数量达到167座。根据中国制造2025的相关规划，中国预计在2025年实现加氢站配套基础设施的完善。中国在《节能与新能源汽车路线》中提出，计划在2030年达到1000座加氢站，预计对应加氢站投资达800亿元，相关设备投资500亿元，到2050年加氢站服务区覆盖全国，氢燃料电池车辆保留量到达1000万量。

对于离子压缩机，国际成熟在售产品仅德国林德公司一家，且在国外获得广泛应用。上海驿蓝加氢站采用了林德公司IC90离子压缩机。国内对于离子压缩机的研究则刚起步。本项目产品若得以投产应用，价格将远低于进口产品，可实现进口替代，填补国内市场空白，助力35/70MPa加氢站及其核心设备国产化的实现。

四、技术成熟度

√概念验证 □原理样机 □工程样机 √中试 √产业化

五、合作方式

√联合研发 √技术入股 □转让 √授权（许可）□面议

附图