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-271℃!超流氦温区大型低温制冷机实现“中国造”
发布时间:2021-04-29

  -271℃!超流氦温区大型低温制冷机实现“中国造”

  4月15日,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”通过验收及成果鉴定,象征着我国自主研发成功超流氦温度(-271℃)大型低温制冷装备。以中国科学院院士甘子钊为组长的验收专家组认为,这一设备“全面突破了大型氦低温制冷装备核心技术”,“使我国大型液氦到超流氦温区低温制冷技术进入国际进步行列”。

  这项由中国科学院理化技术研究所实现的成果,不仅突破了“卡脖子”关键技术,更顺利实现产业化,带动了上下游产业的发展,初步形成了功能齐全、分工明确的低温产业群,为产学研深度融合的技术立异体制的树立供给了一个模板。

  突破“卡脖子”技术,我国自主研发出超流氦大型低温制冷装备

  氦是一种气体,在-269℃会成为液体,到-271℃就会成为超流氦,流阻变为零,呈现沿着杯壁流到杯外等独特景象。

  中国迷信院理化技巧研讨所副书记、名目总指挥刘新建先容:“液氦跟超流氦在古代产业、能源、科学研究中有十分主要的作用,例如电子对撞机等大型科研装备的要害部件须要‘泡’在其中应用,而咱们要开发氦气资源,也必需将其液化。”

  要想得到液氦或超流氦,就需要低温制冷机。在实验室中使用液氦或把温度降低到濒临相对零度并制备超流氦不算是太大的困难,但要制备作为能源、资源或可能大范围使用的液氦或超流氦却并不轻易??“我们能够把这个大型低温制冷系统设想成一个大冰箱,这个‘大冰箱’要把温度下降到-271℃,还要保障千瓦级、白瓦级的连续稳固工作。”项目首席科学家李青说,大型、持续稳定运行,这是一个世界性难题,“到-269℃之后,温度每降落1℃或功率每增添一个数目级,难度都将指数级地增长,相关联统都需要从新设计,症结部件也要进级换型”。

  跟着我国经济实力和科技实力的增加,对大型低温制冷设备的需求也变得更为急切。国际上重要有两家国际企业能做这个温区的大型低温制冷机,我国大型低温制冷设备多年来全体依附入口。刘新建说:“其中良多关键核心部件和用于特别范畴的专用制冷设备都在发达国度的禁运、禁售的名单上,能卖给我们的,不仅价钱昂贵,而且还有诸多限度,是货真价实的‘洽商’技术。”

  中科院理化所在低温技术领域有深沉的积聚技术积累和人才贮备,经由5年多拼搏斗争,在液氢温度20K(-253℃)制冷机的基本上,自主研制出了技术指标为2500W@4.5K和500W@2K的大型氦制冷机。项目首席科学家刘立强说:“这意味着在液氦温度4.2K,即-269℃能够提供数千瓦制冷量,在超流氦温度2K,即-271℃可以提供数百瓦制冷量的大型低温制冷机。”成果鉴定专家组认为,该项目整体技术达到国际先进水平,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当先水平。

  产学研深度融会,我国正在成为低温大型制冷设备制造的“第三极”

  大型低温制冷系统是运用性很强的设备,以往科研结果转化的先试验室冲破、再中试、再工业化的门路难以满意需要。中科院理化所在这一体系的研制进程中,发明性地采用了“边研究、边利用、边转化”的发展模式。

  研究职员攻克关键核心技术的过程中,就参加“是否产业化”这个指标,关注的不是低温或大功率的指标能“刷”到多高,而是能否实现长期稳定运行。刘破强说:“简直每一项技术或部件,都要在测试平台上‘跑’,不论实验室指标有多好,只有不能通过测试,那就不能视为成功。”

  在这样的模式领导下,产出科研成果时,就是产品下线时。“我们这个项目启动于2015年。2016年研究所就联合社会资本独特创建科技成果转化企业??北京中科富海低温科技有限公司。”刘新建介绍,现在,百瓦级大型制冷机已经用于宁夏盐池液化自然气闪蒸汽提氦项目,初步买通了我国氦资源开发的技术链条,还出口到韩国,应用于韩国核聚变大科学安装(KSTAR)等。

  验收专家组以为,项目获得了包含大型低温制冷系统整机设计系统构建及把持技术、系列化气体轴承氦透平膨胀机技术等一系列中心技术的打破,实现了稳定、高效、主动节制的运行系统,构成了大型氦低温制冷系统集成与调试的工艺包。

  这一项目标胜利实行,还带动了我国高端氦螺杆紧缩机、低温换热器和低温阀门等行业的疾速发展,进步了一批高科技制作企业的核心竞争力,使相干技术实现了从无到有、从低端到高真个晋升,在我国初步造成了功效齐全、分工明白的低温产业群。

  项目常务副总指挥龚懂得说:“我们不可能本人生产所有部件,一个产业需要完美的高低游链条。”但液氦到超流氦温区大型制冷设备对相关配件的请求比拟高,许多关键部件基本买不到。中科院理化所与20多家企业结合,通过配合研发、专利受权等方法,解决了关键部件的生产问题。“目前,百瓦级大型制冷机设备的国产化率能到达90%以上。”技术的更新换代也提升了企业的制造和翻新才能,提高了企业的工艺工程化程度,让企业在国际高端制造市场也能盘踞一席之地。

  “目前,千瓦级的大型氦制冷机出产厂房已经在广东中山破土动工;科研上,我们布局了万瓦级制冷机和液化器技术攻关和装备研制,以及为了知足量子科技发展和应用的mK级大冷量制冷机的研究。”刘新建介绍:“中国成为国际低温大型制冷设备制造的‘第三极’的目的,将来可期!”

  (本报记者 齐 芳) 【编纂:丁宝秀】

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