中国大型低温制冷设备技术原理

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、高效安全集成调控技术为一体的低温制冷系统。^[1]

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。^[1]

中国大型低温制冷设备中国发展

液氢温区的大型低温技术是一项长期影响中国航天事业和前沿科学发展的重大敏感技术，中科院科研人员在几十年低温技术积累的基础上，自主研制了一台技术指标为10kW/20K、氦透平膨胀机绝热效率≥70%的大型低温制冷设备。^[1]

新设备突破了高速氦气体轴承透平膨胀机稳定性技术、超低漏率板翅式低温换热器设计和制造技术等关键技术，形成具有自主知识产权的核心技术及工艺包，综合性能达到水平，实现了中国在液氢温区万瓦级制冷量低温设备研发方面零的突破，可以满足未来大科学工程、航天工程等国家战略高技术发展的需要。

2015年5月2日，由支持、理化技术研究所承担的国家重大科研装备“大型低温制冷设备研制”项目于4月29日通过验收，标志中国液氢温区低温制冷设备研发和制造能力打破垄断。^[1]

　2021年4月17日消息，近日，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，标志着我国具备了研制液氦温度（零下269摄氏度）千瓦级和超流氦温度（零下271摄氏度）百瓦级大型低温制冷装备的能力。该项目由支持，理化技术研究所承担。成果鉴定专家组认为，项目整体技术达到水平，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水平。

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^[2]