氢气的单位质量的能量密度虽然比其他燃料大，但氢气的单位体积的能量密度却比其他燃料低。如果与常温下为气态的其他燃料相比，氢气所具有的体积能量密度约是天然气的1/3。若与液体燃料汽油相比，则体积能量密度约是汽油的1/3000。为使汽车加氢与加油有相同的行驶里程，氢气必须要被压缩到35～70MPa。

1.氢气压缩机

压缩机根据结构、原理、性能和技术的不同，可分为多种类型，一般有涡轮式和容积式两大类。压缩机的选择完全取决于应用特点、工艺过程参数以及相关的技术要求，诸如容积排量、要达到的压力等，具体标准如图16-2所示。

活塞式压缩机流量大，单级压缩比一般为3∶1～4∶1；膜式压缩机散热快，压缩过程接近于等温过程，可以有更高的压缩比，最高达20∶1，但是由于流量小，故常用于需求氢气压力较高且流量不大的场合。一般来说压力在30MPa以下的压缩机较常用的是活塞式，而且经验证明其运转可靠程度较高，并可单独组成一台由多级构成的压缩机。由于活塞型氢压缩机存在氢的清洁度问题，因此需要采用不使用润滑油的无给油式。现在除压缩室以外，曲柄部分也不使用润滑油的无给油式压缩机正在开发中。

压力在30MPa以上，容积流量较小时，隔膜式压缩机比较可取。隔膜式氢压缩机如图16-3所示，它利用金属隔膜的弹性变形，通过反复弯曲隔膜进行燃气的吸入和排出。它在高压力时密封可靠性很高，因为其气腔的密封结构是缸头和缸体间夹持的膜片，通过主螺栓紧固成为静密封形式，可以保证气体绝对不会溢漏，因而膜腔是封闭的，不与任何油滴、油雾，以及其他杂质接触，能保证进入的气体在压缩气体时不受外界的污染。这对要求高纯净介质的场合，更显示出特殊的优越性。

为了充分利用活塞式压缩机与隔膜式压缩机的特点，也常常做成多段混合型压缩机。即前段用活塞式压缩机将氢气压缩到一定压力，终段利用隔膜式压缩机加压到最终压力。采用这种压缩机的是日本中心加氢站，其规格见表16-1。

图16-2 压缩机选型标准^[1]

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图16-3 国产氢气隔膜式压缩机实物图

容积流量5～1000Nm³/h，压力范围：5～40MPa

表16-1 日本中心加氢站多段混合压缩机规格

现在汽车用储氢罐加注压力一般为35MPa，为了行驶更长的距离，势必要将其加注压力提高到70MPa。因此超高压压缩机亟待开发。国内已经研制了200MPa，120Nm³/h氢气压缩机组及供气系统，是为战略导弹及宇航飞行器气洞试验提高气源压力而研制的，已经在多个民用化工项目中移植使用，机组按3个压力段分设3台压缩机，将活塞式压缩机和隔膜式压缩机串联操作，进气压力0.102～0.104MPa，排气压力最高可达210MPa。日本Kobe Steel已经专门研制出100MPa氢气压缩机用于加氢站，也是由活塞式和隔膜式压缩机串联构成，排气量50Nm³/h。美国PDC公司的氢压缩机采用三层隔膜结构，能把氢气压缩到85MPa，已经被多个加氢站使用，最近又开发出了最高压力达410MPa，流量为178.6Nm³/h隔膜式氢气压缩机。

2.压缩机的进口系统与出口系统

参考天然气站的压缩系统，加氢站压缩机的进口系统与出口系统主要部件包括气水分离器、缓冲器、减压阀等。氢气进入压缩机之前，必须分离水分，以免损坏下游部件。管道内氢气压力要受环境温度、沿途的流动阻力以及流量等影响，因而是不稳定的。缓冲器的用途是缓冲输气管道内的压力波动。压缩机工作时的活塞运动，会在进气管内引起压力脉动。缓冲器也用来阻断进气管内的压力脉动传入输气管。此外压缩机的卸载阀和安全阀排出的氢气，也送入缓冲器中，使之膨胀到进口压力。减压阀的用途是保持一定的压缩机进口压力。出口系统的主要部件有干燥器、过滤器、逆止阀等。假如压缩机出口的氢气含水量超过要求时，出口系统必须有吸收式干燥器，彻底清除水分，以免下游部件锈蚀和在低温环境下造成水堵。氢气流过干燥器时，会夹带一部分干燥剂颗粒，所以在干燥器后有分子筛过滤器，用来清除干燥剂颗粒，以及水滴和油滴。干燥器是两个并联轮换工作的，其中一个工作时，另一个进行恢复。在压缩机出口引出少量未经冷却的氢气，经减压后从反方向流过干燥器，使干燥器恢复吸收能力。逆止阀则允许氢气从出口流出，而不允许流入。