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重磅!零下271℃ 自主百瓦级大型低温制冷装备通过验收

2021-04-26 09:39:47

中国科学院理化技术研究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日通过验收及成果鉴定,标志着我国具备了研制液氦温度4.2K(零下269摄氏度)千瓦级、超流氦温度2K(零下271摄氏度)百瓦级大型低温制冷装备的能力。


液氦到超流氦温区大型低温制冷装备是航空航天、氢能源、氦资源、国家重大科技基础设施等战略领域不可或缺的核心基础。中科院理化所依靠几十年低温技术的深厚积累,在中科院院士洪朝生、周远指导下,通过一代代低温科技工作者的不懈努力,坚持走自主创新道路,经过多年拼搏奋斗,在液氢温度20K(零下253摄氏度)制冷机的基础上,自主研制出了技术指标为2500W@4.5K和500W@2K的大型氦制冷机。


      液氦是制造超低温的“神器”。多年来,我国大型低温制冷装备全部依赖进口,但关键核心部件以及用于特殊领域的专用制冷装备国外对我禁运。

      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。

      该项目在应用和成果转化方面也取得重要进展,打造了“边研究、边应用、边转化”的发展模式。百瓦级大型制冷机成功实现应用,包括用于宁夏盐池液化天然气闪蒸气提氦项目、相关加速器,以及出口应用于韩国核聚变大科学装置(KSTAR)等,得到用户广泛认可,支撑了相关行业发展。

      项目首席科学家、中科院理化所研究员李青介绍,到零下269℃之后,温度每下降1℃或功率每增加一个数量级,难度都将指数级地增加。液氦温度万瓦级和超流氦温度千瓦级的大型低温制冷装备,是世界级难题,也将是科研团队下一步挑战的目标。

      项目的成功实施,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。

      据悉,氦气压缩机主要应用于半导体前道制程设备的蒸发、溅射和离子注入的真空系统,同时在天文、航天、医疗等领域也有广泛的应用。氦气压缩机可以驱动不同尺寸的低温泵,按照法兰的口径分成:8英寸、10英寸和16英寸。氦气压缩机也可以用于不同制造商生产的低温泵。

      大型低温制冷系统是国家战略高技术领域不可替代的核心基础平台,关系到我国新一代航空航天、能源与环境安全、国家大科学工程等的发展,我国重大科学基础设施建设中长期规划的16个重大专项中,有8项与低温制冷技术有关。

      载人航天与探月工程重大专项、超导托克马克(人造小太阳)等十多项大科学工程必须在液氦、液氢级低温环境下运行,大型低温制冷设备是实现大科学装置低温环境的唯一手段。大型低温制冷设备也正是氦气资源开采、储存、转运、回收链不可或缺的核心设备。可被应用于航天航空、大科学工程、清洁能源、核工业废料处理、军工产品、癌症治疗等国家重点领域。

      氦气是人类发现临界温度最低的物质,利用液氦的-268.9℃的低沸点,可将液氦用于超低温冷却。氦气压缩机作为大型低温系统的核心部件之一,其效率和寿命直接关系到整个大型低温系统的能力、运行成本以及稳定性。

      低温技术攻关国家队在十几年前就启动了对核心子装备的研究和甄选,先后有10家国内外压缩机制造企业跃跃欲试,其中不乏德国,英国,日本的国际知名品牌压缩机厂商。国产压缩机企业雪人股份此前收购世界螺杆压缩机鼻祖企业瑞典SRM之后,在国内建立了先进的制造工厂和测试试验室,从试验样机做起,作为核心部件之一,要求氦气压缩机组几千小时连续运行,其性能直接关系到整个大型低温系统的可靠性,要求效率高、漏率低、稳定性强。

      据该公司最新对投资者的回复中可以看到:“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”项目所采用的是公司生产的“兆瓦级”大型的氦气压缩机设备,获得-271℃温度下百瓦级的制冷量。” (文章来源:世纪新能源网)

责任编辑:admin
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