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“-271℃超流氦大型低温制冷装备”入选2021年中国十大科技进展新闻

2022-01-21 17:15:39  来源:仪器网整合 浏览量:999次
【导读】大型低温制冷设备是指制冷温度20K(-253℃)及以下、制冷量数百乃至万瓦以上;集精密加工、气体轴承氦透平膨胀机技术、低温传热与绝热技术和高效安全集成调控技术为一体的低温制冷系统。

氦是最不活泼的元素,而且极难液化。氦的应用主要是作为保护气体、气冷式核反应堆的工作流体和超低温冷冻剂等等。氦气在卫星飞船发射、低温超导研究、半导体生产等方面具有重要用途。

2021年4月,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,我国具备了研制液氦温度(-269℃)千瓦级和超流氦温度(-271℃)百瓦级大型低温制冷装备的能力,打破了发达国家的技术垄断。

2022年1月中旬,理化技术研究所承担的“-271℃超流氦大型低温制冷装备”入选两院院士评选“2021年中国十大科技进展新闻”。 项目的成功实施,带动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,在我国初步形成了功能齐全、分工明确的低温产业群。

液氦是氦的液化体。无色透明,无臭无味。临界温度(5.20K)和沸点(4.125K)最低。它可获得mK级的超低温,是一种最主要的低温源。

当液氦(指4He)的温度降到2.17K时,液氦从原来的正常流体突然转变为具有一系列极不寻常的性质的“超流体”,这就是超流现象。氦是人们知道的即使在绝对零度,压力不够也不能被冻结成固体的唯 一天然物质,有这一性质的另一物质是经人工极化的氢气。在极低温度下,液态氦的粘性会消失,它在任何东西上流动都没有阻力,甚至可以垂直的爬上容器的壁,其传热系数比铜还好。科学家把这种没有阻力的流动叫作超流。

大型低温制冷设备是指制冷温度20K(-253℃)及以下、制冷量数百乃至万瓦以上;集精密加工、气体轴承氦透平膨胀机技术、低温传热与绝热技术和高效安全集成调控技术为一体的低温制冷系统。如果将冷箱想象成人体,换热器相当于皮肤,透平膨胀机相当于心脏,氦气相当于血液。压缩过后的氦气通过透平膨胀机时制冷,达到氢液化的温度。

低温制冷机的分类方法很多,例如可以按其用途、制冷工质或机器结构来分类;也可按其工作温区,制冷量大小和换热方式来分类。要是按制冷温度分类,低温制冷机指的是一种在低于120K的温度下产生制冷量的机器或装置。低温制冷机的制冷量的大小,与其提供制冷量的温度有很大的关系。例如,基于卡诺循环的理想制冷机,在120K提供1W制冷量,只需29W能量输入;若在0.5K提供lW制冷量,则需20多倍即600W的能量。而且实际制冷机需求的能量,往往比理论值大几十倍,甚至数百倍,因为制冷机在实际工作过程中,要克服多项不可逆损失,这些损失将由制冷机的理论制冷量来补偿。因此,低温制冷机实际输出的可用制冷量,是其理论制冷量与实际工作过程中所有损失能量之和的差值。

螺杆压缩机,也称螺旋式压缩机,包括螺杆空气压缩机和螺杆工艺压缩机(氯乙烯压缩机等),螺杆机为容积式双螺杆喷油压缩机,一般为箱式撬装结构。螺杆压缩机由一对平行、互相啮合的阴、阳螺杆构成,是回转压缩机中应用最广泛的一种。

换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备,是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体,使流体温度达到流程规定的指标,以满足工艺条件的需要,同时也是提高能源利用率的主要设备之一。换热器行业涉及暖通、压力容器、中水处理设备,化工,石油等近30多种产业,相互形成产业链条。

低温阀门是指介质温度处于-40℃~-196℃的阀门,常见的低温阀门分为低温蝶阀、低温闸阀、低温球阀、低温截止阀、低温止回阀、低温节流阀等。

新闻来源:中国科学院理化技术研究所



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