创造一个超大深冷“冰箱”，提供20K（开尔文，20K即零下253摄氏度）以下甚至2K（零下271摄氏度）的超低温环境，并保证百瓦级到万瓦级连续稳定工作——大型低温制冷装备凭借这一能力，被称作“超级低温工厂”。科学上把20K称为液氢温区，2K为超流氦温区。液氢至超流氦温区的大型制冷装备，在航天工程、氢能源储运、氦资源开发和许多大科学装置运转中发挥着重要的支撑作用。中国科学院理化所科研团队经过10多年持续攻关，攻克一系列关键核心技术，研制出20K到2K、百瓦到千瓦级的系列化大型低温制冷装备，让“超级低温工厂”实现了中国造，形成了从技术研发、工程示范到产业应用的完整链条。

大型低温制冷装备与常见的空调、冰箱不同，涉及多级压力、温度与制冷级，系统十分复杂。中国科学院理化所研究员刘立强将攻坚难点概括为“两机一箱一集成”，即透平膨胀机、冷压缩机，冷箱集成技术，以及整个系统的设计、控制和调试。作为项目承接单位，中国科学院理化所牵头开展大型低温制冷系统核心部件攻关和样机系统集成技术研究，他们研制的国内首台制冷量为“2kW@20K”的氦透平制冷机，经受住了连续运行考验和测试，由此证明我国具备自主研制大型低温制冷装备的能力。

中国科学院理化技术研究所研制的液氦到超流氦温区大型低温制冷装备

从液氢温区到液氦温区再到超流氦温区，温度每下降1摄氏度或功率每增加一个数量级，相关系统都需要重新设计，关键部件也要升级，研发难度随之指数级增加。走进中国科学院理化所低温工程与系统应用中心，科研人员正盯着轴心轨迹试验平台，查看、记录高速转子运行参数。氦气螺杆压缩机是氦气低温系统的动力源，决定着低温系统运行的稳定性。中国科学院理化所研究员胡忠军介绍，科研人员大胆创新，一遍又一遍摸索，最终开发出具有自主知识产权的氦气螺杆压缩机。

针对大型低温制冷装备应用性强、产业需求迫切的特点，不同于以往先实验室突破、再中试、再产业化的成果转化路径，中国科学院理化所在该装备研制过程中创造性地探索出“边研究、边应用、边转化”的发展模式。

大型低温制冷装备项目的实施，推动我国在该领域形成了从技术研发、工程示范到产业应用的完整链条，我国初步形成了功能齐全、分工明确的低温产业群。

今天，越来越多的国家重大工程用上了我国自主研制的大型低温制冷装备。值得一提的是，我国百瓦级氦制冷机和氢液化器还走出国门，在国外大科学工程中得到应用。

来源：山东省科协