เทคโนโลยีแลกเปลี่ยนความร้อนที่ดีที่สุดสําหรับการลดความเย็นก่อนของไฮโดรเจนคืออะไร?

ตอบคำถามหลัก:เทคโนโลยีแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทันสมัยและมีประสิทธิภาพที่สุดที่ใช้สำหรับการทำความเย็นล่วงหน้าไฮโดรเจนที่สถานีเติมน้ำมันคืออะไร?เทคโนโลยีแลกเปลี่ยนความร้อนที่ดีที่สุดอย่างไม่ต้องสงสัยสำหรับการทำความเย็นล่วงหน้าไฮโดรเจนคือแลกเปลี่ยนความร้อนแบบไมโครแชนเนลแบบเชื่อมติดด้วยการแพร่, ซึ่งมักจะถูกนำมาใช้เป็นแลกเปลี่ยนความร้อนแบบวงจรพิมพ์ (PCHE)เนื่องจากการจ่ายไฮโดรเจนอย่างรวดเร็วเข้าสู่ถังเก็บของรถยนต์ทำให้เกิดความร้อนภายในอย่างรุนแรงเนื่องจากการอัดตัวแบบอะเดียแบติก สถานีต้องทำความเย็นล่วงหน้าก๊าซให้ได้ประมาณ -40°C แลกเปลี่ยนความร้อนแบบไมโครแชนเนลแบบเชื่อมติดด้วยการแพร่จะบรรลุเป้าหมายนี้ด้วยประสิทธิภาพเชิงความร้อนสูงสุดโดยการรวมพื้นที่ขนาดกะทัดรัดเป็นพิเศษ ความปลอดภัยจากการรั่วไหลโดยไม่มีปะเก็น และความสามารถในการทนต่อแรงดันการทำงานที่สูงมากถึง 100 MPa

การเติมรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง (FCEV) ให้เต็มภายในเวลาไม่ถึงห้านาทีต้องใช้การส่งก๊าซแรงดันสูง (35 MPa ถึง 70 MPa หรือสูงกว่า) เข้าสู่ถังคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ในรถยนต์ การถ่ายโอนมวลที่รวดเร็วนี้ก่อให้เกิดความร้อนทางอุณหพลศาสตร์ที่รุนแรง:

• ปัญหาการอัดตัวแบบอะเดียแบติก: เมื่อก๊าซแรงดันสูงไหลเข้าสู่ปริมาตรที่เหลือของรถยนต์ ก๊าซจะถูกอัดอย่างรวดเร็ว เปลี่ยนพลังงานจลน์ให้เป็นความร้อนที่สามารถดันอุณหภูมิการจัดเก็บให้เกินขีดจำกัดความปลอดภัยที่เข้มงวดที่ 85°C
• ความจำเป็นในการทำความเย็นล่วงหน้า -40°C: เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของวัสดุบุถังเนื่องจากความร้อน และเพื่อให้แน่ใจว่ารถยนต์จะได้รับประจุเชื้อเพลิงเต็ม 100% (SoC) หัวจ่ายของสถานีต้องส่งไฮโดรเจนผ่านเครื่องทำความเย็นล่วงหน้าประสิทธิภาพสูงที่ลดอุณหภูมิลงเหลือ -40°C
• ความท้าทายด้านโครงสร้าง: เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนแบบดั้งเดิมล้มเหลวภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้เนื่องจากปะเก็นมาตรฐานเสื่อมสภาพภายใต้การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่รุนแรง และการออกแบบแรงดันต่ำไม่สามารถรองรับแรงดันรอบที่สูงมากที่จำเป็นสำหรับโครงสร้างพื้นฐานไฮโดรเจนสมัยใหม่ได้อย่างปลอดภัย

หน่วยไมโครแชนเนลแบบเชื่อมติดด้วยการแพร่เป็นจุดสูงสุดของวิศวกรรมความร้อนสำหรับการใช้งานไฮโดรเจนเนื่องจากข้อได้เปรียบด้านโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์หลายประการ:

• แกนกลางแบบโมโนลิธิกแข็งโดยไม่มีปะเก็น: ผลิตโดยการกัดเซาะเส้นทางการไหลระดับไมโครลงบนแผ่นโลหะ (โดยทั่วไปคือสแตนเลส 316L) และหลอมรวมเข้าด้วยกันโดยใช้การเชื่อมติดด้วยการแพร่ด้วยความร้อนสูง เครื่องแลกเปลี่ยนเหล่านี้จะกำจัดปะเก็นเชิงกล ข้อต่อบัดกรี และเส้นทางการรั่วไหลที่อาจเกิดขึ้นทั้งหมด
• ประสิทธิภาพเชิงความร้อนที่ยอดเยี่ยมและการเข้าใกล้ที่ใกล้เคียง: รูปทรงเรขาคณิตแบบไมโครแชนเนลที่ซับซ้อนสร้างการไหลวนของของเหลวสูงและอัตราส่วนพื้นที่ผิวต่อปริมาตรที่มหาศาล ทำให้สามารถเข้าใกล้จุดอุณหภูมิระหว่างวงจรทำความเย็นและกระแสไฮโดรเจนได้อย่างใกล้เคียงเป็นพิเศษ
• ความทนทานต่อแรงดันสูงและอุณหภูมิเยือกแข็ง: ได้รับการรับรองให้รองรับแรงดันออกแบบได้ถึง 100 MPa และอุณหภูมิการทำงานที่ลดลงถึงระดับเยือกแข็ง (-253°C) สามารถทนต่อแรงดันที่พุ่งสูงและการกระแทกจากความร้อนของการปฏิบัติงานเติมน้ำมันเชิงพาณิชย์ได้อย่างง่ายดาย