随着应对气候变化的压力逐渐增大、能源的低碳转型加速，氢能源以其清洁、高效和应用场景丰富的优势备受世界瞩目。为达成“碳中和、碳达峰”的目标，中国的氢能需求量不断增加。目前，中国加氢站的数量已经超过270座，根据《氢能产业发展中长期规划（2021－2035年）》，未来中国氢能产业将逐渐完善。
一、氢冷器简介：
氢在元素周期表中位于**位，是*轻的气体。氢气在常温常压下为气态，在超低温高压下又可成为液态。作为能源，要提高氢气的内能，将氢气转化为液态存储和运输，就必然要将氢气压缩。随着氢气压力的不断增大，温度将持续上升。氢冷器的作用，就是将氢气温度降低到充装使用温度范围内。氢冷器设计的**性、合理性，运转的可靠性，将直接影响到氢气的质量、产量和成本。
高拓微通传热技术（北京）有限公司专注于高温高压下氢气的冷却换热，运用国际**的扩散焊工艺和高效微通道换热技术，成功研发了H系列氢冷器，其具有承压能力高、换热面积大、换热效率高、结构紧凑、体积占比小、密封能力强、运行稳定、安全可靠等诸多优点。被广泛应用于氢能领域、天然气石油、船舶燃气供气、制药化工等领域。图·1 高拓微通氢冷器和传统氢冷器对比图
二、加氢站设备的关键技术难点解析
1.高压工况
加氢机在加注时由于“焦耳－汤姆逊效应”，导致氢气温度上升。因此加注过程中，防止氢气温度不断升高是加氢机的关键性能之一。而加氢站内的氢气是根据重量进行贸易计量的，国际上只有两种加注压力，35MPa或者70MPa。这就意味着加氢机内的氢冷器设计压力至少要达到35MPa。根据我国热交换器的国家标准GB/T 151-2014，管壳式换热器的设计压力不能大于35MPa。也就是说传统管壳式换热器的承压极限，才刚刚达到氢气冷却器*低配承压要求的底线。这意味着传统的换热器承压能力不能满足氢能领域的发展要求。图2 高拓微通道氢冷器芯体结构
高拓H系列氢冷器是一款采用高效微通道换热的芯板式氢气冷却器。换热芯体采用真空扩散焊工艺，使芯板之间的连接形成原子扩散渗透，芯体强度等同于母材强度，具有极强的承压能力，目前，H系列氢冷器主要有以下几种型号：
H35 额定工作压力35Mpa；
H50 额定工作压力50Mpa；
H70 额定工作压力70Mpa;
高拓H系列氢冷器已取得欧盟PED产品认证，图纸通过船级社认证评审。图3 高拓微通道氢冷器PED证书
2.氢脆现象
氢原子很容易进入金属并在晶格中移动，可以在一些晶格缺陷中重新化合为氢气分子，氢气分子的体积是氢原子的26倍，从而在材料内部产生高达1000bar的压力，从而导致材料的缺陷和延迟裂缝，这种现象称为氢脆。
在氢冷器应力集中的部位就会产生氢脆现象，比如焊接接头处，尤其是在热影响区内。所以传统的氢气用换热器通常采用以下几种类型：
（1）套管式换热器图4 选用套管式换热器的撬装
图中的套管式换热器，高压管程由6米/根的钢管弯制而成，低压壳程的粗管焊接在高压管外部，形成同心套管。氢气在高压管程内流动。这种结构减少了焊接接头和应力集中的部位，可以避免氢脆现象的产生，但缺陷较多。比如：
① 检修、清洗和拆卸都较麻烦，在可拆连接处容易造成泄漏。
② 生产中，有较多材料选择受限，由于套管式换热器大多是内管中不允许有焊接，因为焊接会造成受热膨胀开裂，而套管式换热器大多数为了节省空间，选择弯制、盘制成蛇管形态，故有较多特殊的耐腐蚀材料无法正常生产。
③ 套管换热器国内还没有形成统一的焊接标准，各个企业都是根据其他换热产品经验选择焊接方式，所以，套管式换热器的焊接处，出现各类问题司空见惯，需要经常注意检查，保养。
（2）传统氢冷器图5 传统氢冷器结构示意图
这种氢冷器采用传统换热器的传热原理，在结构设计上，去掉了常用的椭圆形封头焊接结构，采用了传统的机械密封连接形式。但受限于传统换热器的结构原理，随着设计压力的不断增加，壁厚不断加厚，产品外形尺寸和重量不断变大，而换热效率已经到了瓶颈，无法突破。如此巨大而笨重的氢冷器并不适合加氢站的规划建设，也无法和加氢机集成为一体，为氢能源汽车加注氢气。图6 换热效率相同的传统换热器和微通道换热器外形尺寸对比图
（3）高拓微通道H系列氢冷器
高拓微通道氢冷器是一种由微通道换热核芯、封头、接管、法兰组合而成的新型高效换热器。换热芯体由扩散焊工艺连接后形成原子融合，整体结构无应力集中点，且无焊缝，**避免了氢脆现象的发生，且换热效率高，产品体积小，维护保养方便。图7 高拓微通道式换热器结构拆分简图
三、氢冷器选型的*佳方案
1. 加氢机的主要功能是为氢燃料电池汽车的车载储氢瓶进行加注。加氢机的基本部件包括箱体、用户显示面板、加氢口、加氢软管、拉断阀、流量计量、控制系统、过滤器、节流保护、管道、阀门、管件和安全系统等。另外，还包括一些辅助系统：电子读卡系统、多级储气优先控制系统、两种不同压力的辅助加氢口和软管、温度补偿系统（以便将氢气预冷至预定温度后充装，预冷温度范围为-40℃～0℃）和车辆信息整合控制系统。
高拓微通道氢冷器小巧的外形尺寸，是加氢机用氢冷器的*优选择，同时也是解决氢气传热问题的*佳方案。图8 加氢机内置微通道氢冷器示意图
2. 氢气压缩机出口冷却器
高拓微通道式氢冷器颠覆了传统的换热器技术，换热效率较传统换热器提高了30%~50%，*大设计压力110MPa，作为氢气压缩机出口冷却器，可应用于加氢站解决方案、加氢站成套设备、撬装式加氢站、移动加氢站等诸多场景。
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