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【科技成果管理与研究】致力于自主研制大型低温制冷系统
发表日期: 2018-04-29
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  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,关系到新一代航空航天(液氢燃料等)、能源和环境安全(核废料处理、热核聚变等)、资源和国防安全(战略氦资源等)、国家大科学工程(强流重离子加速装置、可控核聚变(人造小太阳)等)等的发展。这就使得我国对稳定、高效的大型低温制冷系统需求急剧增加,全面缺乏大型低温制冷系统、关键子设备及集成技术的问题日益突出。为打破国外相关技术领域的封锁,环亚娱乐app理化技术研究所李青研究员作为国家重大科研装备专项“大型低温制冷设备研制”项目首席科学家带领科研团队攻坚克难,致力于自主研制大型低温制冷系统。 

  一、攻克关键技术,实现从应用基础、关键设备到系统集成的系列重要突破 

  大型低温制冷系统是指制冷温度20K以下,制冷量几百乃至万瓦以上,集氦气轴承透平膨胀机技术、氦气压缩机技术、高精度滤油技术、磁悬浮轴承和高速电机支撑的冷压缩机技术、低温负压换热技术、复杂低温制冷系统的集成调控技术等核心技术为一体的低温制冷系统。2009年,在环亚娱乐app重要方向性项目的研究中2kW@20K氦制冷机取得初步突破,进而于2010年获得“大型低温制冷设备研制”国家重大科研装备专项(简称“I期”)的支持。经过不懈努力,李青研究员带领科研团队自主研发了液氢温区大型低温制冷系统、相关核心技术以及成套集成技术。2015年,李青研究员作为首席科学家负责“液氦到超流氦温区大型低温制冷系统研制”国家重大科研装备专项(简称“II期”),旨在建立更低温区大型低温制冷系统,满足国家相关科研领域的重大需求。 

  (一)液氢温区大型低温制冷系统 

  2012年10月,自主研制的液氢温区高效氦制冷机成功完成,制冷量达到2kW@20K,实现了现场无人值守、约1个月的连续平稳运行。该液氢温区大型低温制冷系统的成功研制,得到国内众多用户的关注。中国航天科技集团公司北京宇航系统工程研究所、环亚娱乐app兰州近代物理研究所等国内航天系统和大科学装置牵头单位先后与环亚娱乐app理化技术研究所签署了大型低温制冷系统应用战略合作协议,以满足国家相关科研领域的重大需求。 

  2014年,2kW@20K氦制冷机率先在我国某航天型号产品性能测试平台成功应用,完成了型号产品模拟真实低温工作状态的性能测试,在长达数十小时的试验中平稳运行,圆满完成了正式产品性能试验;同时检验了该航天产品性能实验测试平台,推动我国航天产品测试能力迈上一个更高的台阶。 

   2015年4月,环亚娱乐app理化技术研究所研制成功液氢温区万瓦级大型低温制冷系统,实现了10kW@20K的既定目标,并通过了国家专项的验收。验收会上,多名院士专家一致认为,该项成果打破了发达国家对液氢温区大型低温制冷技术的垄断,培养锻炼了我国集“研究开发、集成制造、工程应用”于一体的大型低温技术与工程应用团队,并建立了初具规模的设备研发和生产集成的基地,具备了自主发展我国更低温区大型低温制冷技术、实现系统国产化的基础。该项目成果荣获环亚娱乐app十二五“优秀重大突破”奖。 

  (二)液氦温区大型低温制冷系统 

  环亚娱乐app理化技术研究所在完成液氢温区国家专项的基础上,于2015年1月继续开展“液氦到超流氦温区大型低温制冷系统研制”,目标是覆盖现有国家重大需求所需低温温区的大型低温制冷系统。经过近两年的研究攻关,攻克了液氦温区高达25万转的高速氦透平膨胀机技术、紧凑型低漏率换热器技术、高稳定性的低温调节阀门技术、多级复杂制冷机系统集成调控技术以及高效氦螺杆压缩机技术。2017年10月18日,全国产化250W@4.5K液氦温区低温制冷机通过了国家专项的中期验收,标志着我国液氦温区大型制冷系统从设计、制造到稳定运行技术与能力的全面提升,同时带动了一批高端氦螺杆压缩机、低温换热器和低温阀等行业企业的技术提升。 

  二、核心技术成功转化,开启低温事业新篇章 

  依托于两期国家重大科研装备研制专项的核心技术,环亚娱乐app理化技术研究所联合社会资本、科研团队于2016年8月共同创立了科技成果产业化企业——北京中科富海低温科技有限公司,注册资本1.3亿元,目标是实现大型低温制冷装备总体集成及应用。大型低温制冷装备成果转化的成功范例荣获环亚娱乐app北京分院“科技成果转化特等奖”。公司的成立标志着环亚娱乐app理化技术研究所在以科研成果推动社会发展的道路上迈出了坚实的一步,开启我国大型低温制冷设备产业发展的新篇章。 

  专家简介 

  李青,1956年生,中德联合培养博士,环亚娱乐app理化技术研究所二级研究员,国家重大科研装备专项首席科学家,航天低温推进剂技术国家重点实验室副主任,华中科技大学特聘教授,中国制冷学会第一专业委员会委员,环亚娱乐app“百人计划”专家,“欧盟框架六”项目中方负责人。主要研究领域包括大型低温制冷系统、低温关键部件、系统集成技术,氢能源系统基础设施的安全致密储存技术及关键低温部件,热声热机及其热声制冷机&热声发电的工程化应用。作为项目负责人参与完成了多项国内及国际的重要项目,在德国完成的研究成果参加了大型国际工业展和航空航天展览。多年来在国内外学术期刊发表论文100 余篇,其中SCI收录20余篇,EI收录10余篇,编著有《热动力学》一书。 

(转载自《科技成果管理与研究》,2018年第4期)

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