低溫制冷技術應用潛力大

“我國已經實現了大型液氫和液氦低溫制冷設備的國產化，并正在致力于研究超流氦領域的低溫制冷技術。此類技術不僅有助于我國新能源產業，特別是氫能源產業的發展，還可以解決我國氦氣資源缺乏的問題。”8月8日，由中關村天合科技成果轉化促進中心舉辦的以“低溫制冷裝備技術及其應用”為議題的2018年首期產業前沿技術大講堂上，與會專家這樣描繪低溫制冷技術的應用前景。

裝備技術國產化

中科院理化技術研究所產業策劃部副主任張彥奇介紹，大型低溫制冷裝備技術是我國工業領域的戰略性支撐性關鍵技術。但在此前很長的時間里，很多人都認為這只是一個配套設備，直接從國外進口。為了改變這一局面，財政部于2011年部署了大型低溫制冷裝備技術的研制任務。

中科院理化所作為該項目承擔單位，研制了首臺10kW/20K大型低溫制冷設備，其氦透平膨脹機絕熱效率≥70%。該裝置的研發成功，標志著我國已形成自主設計與制造液氫溫度級大型低溫制冷設備的能力，打破了國外對該類裝備技術的壟斷，為我國液氦溫度乃至超流氦溫度大型低溫氦制冷系統的研制奠定了技術和工業基礎。

此后，中科院理化所和北京中科富海低溫科技有限公司合作，完成了液氦溫區大型氦低溫制冷機制造技術的突破，制備出我國首套250W液氦溫區制冷機，并在2017年10月于河北廊坊通過專家驗收。同年11月，中科富海與韓國國家聚變研究所簽訂了200W/4.5K大型氦制冷機出口商業采購合同，標志著我國大型低溫制冷系統核心技術得到了國際認可。

效力氫能產業

近年來，氫能產業的大力推進帶動我國大型低溫制冷產業快速發展。目前，全球低溫制冷設備及系統市場龐大，需求量約5000億元，預計到2020年，國內大型低溫制冷市場總量預計為600億元，國內20個國家級大科學工程、遠期核廢料處理、新能源氫液化站和氦戰略資源市場都存在巨大的市場需求，且正在以25%的速度持續快速增長。

此外，《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006～2020年)》確定超導托克馬克(人造小太陽)等十多項大科學工程必須在超流氦、液氦、液氫級低溫環境下運行，大型低溫制冷系統也因此成為實現大科學裝置低溫環境的唯一手段。氣體管道配件

“可以預見，第四次工業革命將由氫能源、量子信息以及使用氫燃料電池的交通系統引發。”中科富海公司技術總監熊聯友表示，“我們從事的低溫技術進步不僅是這三項技術發展的必要基礎，而且會加速第四次工業革命的到來。”

熊聯友認為，未來的能源與交通離不開大型低溫制冷技術。我國正在大力推進氫能產業，氫燃料電池汽車的推廣離不開氫氣液化，氫氣液化就要用到大型低溫制冷技術。大型低溫裝置將氫氣液化，再通過遠距離運輸至加氫站，在加氫站對其氣化，最后供給燃料電池汽車。“大型低溫裝置技術，特別是在20K溫區的大型低溫裝置技術是發展氫能源產業必不可少的核心技術。”熊聯友說。

助力氦氣自給

熊聯友表示，大型低溫制冷裝備技術除了能夠助力氫能源產業發展以外，還能在一定程度上助力我國氦氣實現部分自給。

張彥奇介紹說，我國是一個非常貧氦的國家，但同時我國氦的消耗量卻非常大，醫療、光纖等領域都需要大量氦氣，這就導致我國97%的氦氣從國外進口。鄂爾多斯盆地有3萬億立方米天然氣，氦氣含量約占0.04%，也就是說地下氦氣的儲量12億立方米。以前，四川自貢天然氣的氦氣含量比鄂爾多斯天然氣稍微高一點，我國也曾嘗試提取氦氣，但成本非常高。如果能將鄂爾多斯天然氣中的氦氣進行提取回收，就可以滿足國內三分之一的氦氣需求。因此，中科富海的技術人員們產生了一個想法，可不可以使用低溫制冷技術來進行氦氣提純?他們將目光瞄向了閃蒸汽(BOG)提氦裝置。空溫氣化器

“雖然鄂爾多斯地區天然氣里面的氦氣含量非常低，但我們發現，它液化后在儲罐里面產生的閃蒸汽經過多次循環，氦氣含量可從原來的0.04%提升到3.5%，這樣再提氦就有經濟價值了。接下來再用大型低溫制冷裝備技術，對其進行初氦提取，液化后獲得液氦，這樣就可以從一定程度上解決我國氦氣資源缺乏的問題。”熊聯友提出了自己的想法。

文章來源：中國化工報