零下271℃!大型低温制冷技术获重大突破

高技术探到低温限 “冷”装备获得“热”发展

图为理化所研发的超流氦大型低温制冷装备。 (朱世慧 摄)

　　中化新网讯 积淀数十载，拼搏五六年，中国人终于用满腔热血，探寻到零下271℃的大型制冷装备新极限。本报记者昨日从中国科学院理化技术研究所获悉，由该所承担的国家重大科研装备研制项目“液氦到超流氦温区大型低温制冷系统研制”于4月15日在理化所廊坊所区通过验收及成果鉴定。专家组认为，该项目整体达到国际先进水平，其中高稳定性离心式冷压缩机技术和兆瓦级氦气喷油式螺杆压缩机技术达到国际领先水平。

　　业内人士表示，该项目的顺利验收，标志着我国从此打破了国外技术垄断，具备了研制液氦温度4.2K(约零下269℃)千瓦级、超流氦温度2K(约零下271℃)百瓦级大型低温制冷装备的能力，大型低温制冷技术进入国际先进行列。

　　理化所科研人员告诉记者，制冷技术分为普通制冷和低温制冷两大类。前者制冷温度在120K(约零下153℃)以上，如家用电器制冷;后者制冷温度低于120K，是开展前沿科学研究，发展高新技术和化工、钢铁等工业制造业不可或缺的支撑技术。化工生产所需要的氧气、氮气等主要就是通过低温制冷液化技术再加低温精馏的方法获得，作为清洁化石燃料的天然气也有相当一部分通过低温液化制冷技术获得。液氦到超流氦温区大型低温制冷装备则是航空航天、氢能源、氦资源、国家大科学装置等领域的基础。多年来，我国大型低温制冷装备全部依赖进口，关键核心部件以及用于特殊领域的专用制冷装备则被国外禁运。

　　理化所依靠几十年低温技术积累，在洪朝生院士、周远院士的指导下和一大批低温科技工作者的不懈努力下，经过五年多攻关，在液氢温度20K(约零下253℃)制冷机的基础上，自主研制出技术指标为2500W@4.5K和500W@2K的大型氦制冷机。该装备的研制成功，不仅可以满足大科学工程、航天工程、氦资源开发等领域的迫切需要，还可促进相关领域先进技术的发展。

　　据介绍，该项目取得了一系列核心技术突破，包括大型低温制冷系统整机设计体系构建及控制技术、系列化气体轴承氦透平膨胀机技术、大型超流氦负压换热器技术、大型高效氦气喷油螺杆压缩机技术、高稳定性离心式冷压缩机技术、大型复杂低温制冷系统集成与调试技术等。

　　在应用和成果转化方面，项目组打造了“边研究、边应用、边转化”的模式。项目成果——百瓦级大型制冷机在宁夏盐池液化天然气闪蒸汽提氦项目中获得应用，初步打通了我国氦资源开发的技术链条。该设备还在直线加速器、韩国核聚变大科学装置(KSTAR)等多个领域成功应用，得到广泛认可，支撑了相关行业的发展。项目的成功实施，还带动了我国高端氦螺杆压缩机、低温换热器和低温阀门等行业的快速发展，提高了一批高科技制造企业的核心竞争力，使相关技术实现了从无到有、从低端到高端的提升，在我国初步形成了功能齐全、分工明确的低温产业群，让“冷”装备获得了“热”发展。