液氫溫區低溫製冷設備

液氫溫區低溫製冷設備，全稱10kW/20K臥式高真空絕熱冷箱，是航天工程所需的大型低溫製冷設備，不僅可以滿足未來大科學工程、航天工程等國家戰略高技術發展對液氫溫區大型製冷設備的需要，更將促進相關領域先進技術的發展。

設計背景

液氫溫區低溫製冷設備

大型低溫製冷設備是指製冷溫度20K(-253℃)及以下、製冷量數百乃至萬瓦以上，集精密加工、氣體軸承氦透平膨脹機技術、低溫傳熱與絕熱技術、高效安全集成調控技術為一體的低溫製冷系統。

液氫溫區的大型低溫技術是一項長期影響中國航天事業和前沿科學發展的重大敏感技術，中科院科研人員在幾十年低溫技術積累的基礎上，自主研製了一台技術指標為10kW/20K、氦透平膨脹機絕熱效率≥70%的大型低溫製冷設備。

2015年4月29日，由財政部支持、中國科學院理化技術研究所承擔的國家重大科研裝備“大型低溫製冷設備研製”項目通過驗收，中國液氫溫區低溫製冷設備研發和製造能力打破國外技術壟斷。

結構特點

液氫溫區低溫製冷設備是一台高約3米、長約6米的臥式高真空絕熱冷箱。如果將冷箱想像成人體，換熱器相當於皮膚，透平膨脹機相當於心臟，氦氣相當於血液。壓縮過後的氦氣通過透平膨脹機時製冷，達到氫液化的溫度。

性能優勢

設備的核心裝置“10kW/20K氦透平轉子”。

中國科學家此前已研製出2kW/20K大型低溫製冷設備並已成功套用於航天產品性能測試。而這台新的設備“肺活量更大了”。新設備突破了高速氦氣體軸承透平膨脹機穩定性技術、超低漏率板翅式低溫換熱器設計和製造技術等關鍵技術，形成具有自主智慧財產權的核心技術及工藝包，綜合性能達到國際先進水平，實現了中國在液氫溫區萬瓦級製冷量低溫設備研發方面零的突破。

這台設備可以滿足未來大科學工程、航天工程等國家戰略高技術發展的需要。比如，低溫運載火箭研製過程中，設備既可以模擬太空環境測試部件，也可製造火箭高能燃料。
目前（2015年）業界專門開發以氦氣體軸承透平膨脹機為核心技術的氫氦液化與製冷設備的主要是瑞士Linde低溫公司和法國Airliquid公司，中國自主研發的設備的穩定性雖有待檢驗，但單項技術指標已達到國際同等水平，並且成本下降了40%。

科學前景

中科院已啟動大型低溫製冷設備二期研製工作，將進行更低溫區(液氦/超流氦)大型低溫設備研製，一旦研製成功，基本可覆蓋物理領域的需求，同時還可參與國際競爭。