岩谷与大林组新技术：90%的液氢冷能用于食品冷冻和空调

大林组（总部：东京都港区，社长：佐藤俊美）与岩谷产业（总部：大阪、东京，社长：间岛寬）共同开发了一项面向液氢冷能利用的新型换热技术。

双方已在日本国内重要的氢能研发基地——岩谷产业中央研究所、岩谷氢能技术研究所内，启动采用该技术的建筑等应用验证。

开发背景

液氢是将氢气冷却至零下253℃并液化后得到的产品。与压缩氢气相比，液氢密度更高，更适合进行大规模运输和大容量储存。

因此，液氢目前主要应用于对运输效率要求较高的工业领域和加氢站等场景。

不过，在使用液氢时，通常需要通过气化器将其重新转化为常温氢气。在这一过程中产生的大量冷能，过去并未得到利用，而是直接释放到大气中。

随着氢能社会不断发展，如何有效利用这部分冷能，已经成为提升能源利用水平的重要课题。液氢冷能的回收利用还可以减少制冷所需的能源消耗，从而推动脱碳社会建设。

液氢换热技术的开发

过去，在利用液氢冷能进行换热时，二次冷媒（注1）容易发生凝固，进而引起传热性能波动，甚至造成流道堵塞等问题。

在换热过程中，位于传热表面的部分二次冷媒会发生凝固（注2），与此同时，液氢则会蒸发。

为解决这一问题，大林组与岩谷产业自2022年10月起，在关西大学的研究协助下，围绕“沸腾与凝固同时发生”的传热过程开展研究，并明确了这一过程的传热特性。

在此基础上，双方利用岩谷产业研究所内的真实液氢，开展换热特性试验，最终开发出一种即使二次冷媒发生凝固，也能够稳定回收冷能的换热技术，以下简称“本技术”。

该技术的换热部分采用结构简单的双层管设计，这是其主要特点。

稳定回收液氢冷能的简易换热结构示意图

液氢冷能利用验证

本次验证以研究所内供应给燃料电池的液氢作为冷源。

通过本技术回收液氢冷能后，再将其用于建筑空调和冷冻设备。

试验结果显示，该技术能够回收液氢气化过程中约90%的冷能。将这些冷能用于建筑空调等设备后，可以有效减少空调用电量。

与此同时，双方还将继续验证一种“梯级利用”方式。

这种方式是根据建筑空调和冷冻设备所需温度的不同，将不同温度等级的冷能分阶段利用，从而进一步提高液氢冷能的整体利用效率。

将液氢冷能分阶段用于建筑制冷和冷冻设备的验证系统流程图

未来展望

今后，大林组与岩谷产业将通过本次验证，继续积累液氢冷能稳定回收与利用方面的设计和运行经验，并明确该技术在建筑空调和冷冻设备中的应用可行性。

从长期来看，双方计划面向液氢生产、储存和使用设施集中的氢能利用基地，建立一套能够充分利用液氢冷能、减少能源浪费的系统。

双方希望通过相关技术的完善，提高整个液氢供应链的能源利用效率。

大林组也在围绕未来无二氧化碳排放氢气的稳定采购，以及氢能在建筑和设备领域的应用，开展多方面研究，以提升氢能的综合利用价值。

大林组表示，将通过这些工作，推动真正意义上的氢能社会建设，为实现脱碳社会作出贡献。

注释

注1：二次冷媒

在间接换热系统中，与一次冷媒进行热交换、温度随之发生变化，并最终用于空调设备等系统的介质。

在本技术中，一次冷媒为液氢，二次冷媒则包括冷水、盐水溶液等。

注2：凝固

凝固是指液体被冷却后转变为固体的物理现象。

由于液氢温度低至零下253℃，换热器内的二次冷媒可能发生凝固。如果凝固范围不断扩大，可能会导致冷媒流道堵塞。