加氫機在加注時由于“焦耳－湯姆遜效應”，導致氫氣溫度上升。因此加注過程中，防止氫氣溫度不斷升高是加氫機的關(guān)鍵性能之一。而加氫站內(nèi)的氫氣是根據(jù)重量進行貿(mào)易計量的，國際上只有兩種加注壓力，35MPa或者70MPa。這就意味著加氫機內(nèi)的氫冷器設計壓力至少要達到35MPa。根據(jù)我國熱交換器的國家標準GB/T 151-2014，管殼式換熱器的設計壓力不能大于35MPa。也就是說傳統(tǒng)管殼式換熱器的承壓極限，才剛剛達到氫氣冷卻器最低配承壓要求的底線。這意味著傳統(tǒng)的換熱器承壓能力不能滿足氫能領(lǐng)域的發(fā)展要求。
圖1 高拓微通道氫冷器芯體結(jié)構(gòu)
高拓H系列氫冷器是一款采用高效微通道換熱的芯板式氫氣冷卻器。換熱芯體采用真空擴散焊工藝，使芯板之間的連接形成原子擴散滲透，芯體強度等同于母材強度，具有極強的承壓能力，目前，H系列氫冷器主要有以下幾種型號：
H35 額定工作壓力35Mpa；
H50 額定工作壓力50Mpa；
H70 額定工作壓力70Mpa;
高拓H系列氫冷器已取得歐盟PED產(chǎn)品認證，圖紙通過船級社認證評審。
圖2 高拓微通道氫冷器PED證書
加氫站設備關(guān)鍵技術(shù)難點2：氫脆現(xiàn)象
氫原子很容易進入金屬并在晶格中移動，可以在一些晶格缺陷中重新化合為氫氣分子，氫氣分子的體積是氫原子的26倍，從而在材料內(nèi)部產(chǎn)生高達1000bar的壓力，從而導致材料的缺陷和延遲裂縫，這種現(xiàn)象稱為氫脆。
在氫冷器應力集中的部位就會產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象，比如焊接接頭處，尤其是在熱影響區(qū)內(nèi)。所以傳統(tǒng)的氫氣用換熱器通常采用以下幾種類型：
（1）套管式換熱器
圖3 選用套管式換熱器的撬裝
圖中的套管式換熱器，高壓管程由6米/根的鋼管彎制而成，低壓殼程的粗管焊接在高壓管外部，形成同心套管。氫氣在高壓管程內(nèi)流動。這種結(jié)構(gòu)減少了焊接接頭和應力集中的部位，可以避免氫脆現(xiàn)象的產(chǎn)生，但缺陷較多。比如：
① 檢修、清洗和拆卸都較麻煩，在可拆連接處容易造成泄漏。
② 生產(chǎn)中，有較多材料選擇受限，由于套管式換熱器大多是內(nèi)管中不允許有焊接，因為焊接會造成受熱膨脹開裂，而套管式換熱器大多數(shù)為了節(jié)省空間，選擇彎制、盤制成蛇管形態(tài)，故有較多特殊的耐腐蝕材料無法正常生產(chǎn)。
③ 套管換熱器國內(nèi)還沒有形成統(tǒng)一的焊接標準，各個企業(yè)都是根據(jù)其他換熱產(chǎn)品經(jīng)驗選擇焊接方式，所以，套管式換熱器的焊接處，出現(xiàn)各類問題司空見慣，需要經(jīng)常注意檢查，保養(yǎng)。
（2）傳統(tǒng)氫冷器
圖4 傳統(tǒng)氫冷器結(jié)構(gòu)示意圖
這種氫冷器采用傳統(tǒng)換熱器的傳熱原理，在結(jié)構(gòu)設計上，去掉了常用的橢圓形封頭焊接結(jié)構(gòu)，采用了傳統(tǒng)的機械密封連接形式。但受限于傳統(tǒng)換熱器的結(jié)構(gòu)原理，隨著設計壓力的不斷增加，壁厚不斷加厚，產(chǎn)品外形尺寸和重量不斷變大，而換熱效率已經(jīng)到了瓶頸，無法突破。如此巨大而笨重的氫冷器并不適合加氫站的規(guī)劃建設，也無法和加氫機集成為一體，為氫能源汽車加注氫氣。
圖5 換熱效率相同的傳統(tǒng)換熱器和微通道換熱器外形尺寸對比圖
（3）高拓微通道H系列氫冷器
高拓微通道氫冷器是一種由微通道換熱核芯、封頭、接管、法蘭組合而成的新型高效換熱器。換熱芯體由擴散焊工藝連接后形成原子融合，整體結(jié)構(gòu)無應力集中點，且無焊縫，完美避免了氫脆現(xiàn)象的發(fā)生，且換熱效率高，產(chǎn)品體積小，維護保養(yǎng)方便。
圖6 高拓微通道式換熱器結(jié)構(gòu)拆分簡圖