氦气液化器
氦的液化和超导电性的发现
氦的液化和超导电性的发现发现的背景1823年法拉第第一次观察到液化氯，其后各种气体的液化和更低温度的实现一直是实验物理学的重要课题。
但实验的规模始终不能满足需要。
1873年，范德瓦耳斯（Van der Waals）在他的博士论文“气态和液态的连续性”中，提出了包括气态和液态的“物态方程”，即范德瓦耳斯方程。
1877年，盖勒德（L.P.Caillettet）和毕克特（P.P.Pictet）分别在法国和瑞士同时实现了氧的液化。
1880年，范德瓦耳斯又提出了“对应态定律”，进一步得到物态方程的普遍形式。
在他的理论指导下，英国皇家研究所杜瓦的（J.Dewar）于1898年实现了氢的液化和固化。
1895年德国人林德（C.V.Linde）和英国人汉普逊（Ｗ.Hampson）利用焦耳－汤姆生效应（即节流膨胀效应）开始大规模地生产液氧和液氮。
著名的林德机成了低温技术的基本设备。
但是经过多年努力，用了许多办法都未能实现氦的液化。
人物介绍卡末林-昂纳斯Heike Kamerlingh Onnes1853-1926荷兰莱顿大学低温物理学家超导电性的发现者1913年诺贝尔物理学奖-因对低温下物质特性的研究，特别是这些图12.1 卡末林-昂纳斯研究导致了液氦的生产1853年9月21日出生于荷兰格罗宁根一位砖窑主的家庭里。
1870年进入格罗宁根大学，第二年即获科学学士学位。
l878年通过考试获科学硕士学位。
1879年以论文“地球旋转的新证据”获博士学位。
1882年他被任命为莱顿大学的实验物理和气象学教授。
他在莱顿大学建立了低温实验室，二十世纪之初，莱顿低温实验室成了世界闻名的低温研究中心。
卡末林-昂纳斯三十岁成为阿姆斯特丹皇家科学院院士。
他是国际液化协会的创始人之一。
1926年2月21日卡末林-昂纳斯在莱顿逝世，享年73岁。
卡末林-昂纳斯的主要科学成就是全面研究了低温下物质特性的研究，这些研究导致了液氦的生产和超导电性的发现。
液化气气化器工作原理
液化气气化器的工作原理主要是利用钢瓶充气后的内压作用和虹吸原理，将钢瓶底部的残液和钢瓶里的气相按合理比例，引射到液化气气化器内。
具体步骤如下：
1.液态液化石油气通过钢瓶液相输送到气化器盘管，盘管浸泡在气化器水箱内。
2.通过节能防爆电加热管加热水箱内防冻液或纯净水，强制把液化石油气液态气化成气态。
3.气化后的气体再通过燃气调压器减到适合燃烧设备需要的压力，经过管道输送到燃烧设备，进行
燃烧。
此外，液化气气化器还配备了防爆电控箱、防过液装置等安全设施，以确保设备的安全运行。
温度通常控制在60-70℃范围内，以确保气化的效率和安全性。
这种气化器的主要作用是将液化气从液态强制气化成气态，从而使液化气中的残液得到充分利用，达到燃烧残液节约能源的作用。
同时，它还能实现钢瓶无残液、供气稳定充足的效果。
氦气液化温度
氦气液化温度
氦气液化温度约为-269°C，这是因为氦是原子序数为2的惰性气体，
具有非常低的沸点和凝固点。
在常温下，氦气体是无色、无味且无毒的，但在极低温度下，它会变成一种蓝色的液体，这种液体被称为液
态氦。
液态氦具有许多独特的物理和化学性质，使其在科学研究、医疗保健
和工业领域中都有广泛的应用。
由于其极低的沸点和凝固点，液态氦
被用于冷却超导体，超导体可以在较低的温度下运行并消耗更少的电力。
此外，液态氦还被用于磁共振成像、惯性约束核聚变实验和高能
粒子物理研究中。
液态氦的生产通常是通过将氦气体冷却到其液化温度的方法来实现的。
虽然液态氦在科学和工业领域中的使用非常广泛，但由于其生产和储
存成本较高，因此在普通家庭中的使用极为有限。
总的来说，氦气液化温度约为-269°C，由于其独特的物理和化学性质，它在许多领域中都有广泛的应用。
未来随着科学技术的不断发展，液
态氦的应用也将不断扩大。
氦气提纯技术发展分析
氦气提纯技术发展分析摘要:为实现氦气资源的循环利用，有必要对氦气进行回收纯化。
文中对目前国内外氦气的提纯技术发展现状进行了分析介绍，并综合分析比较了这些方法的应用原理、优缺点及发展趋势，针对各自的使用特点，给出了几种详细的提纯工艺实现方法，为促进我国氦气提纯技术的发展提供了新的思路。
关键词:氦气提纯;低温分馏;选择吸附;薄膜扩散1 引言氦气是宇宙中的天然资源，同时也是不可再生的稀缺性战略资源，在卫星飞船发射、导弹武器工业、飞艇等浮空器、低温超导研究、半导体生产、核磁共振成像、特种金属冶炼及气体检漏等方面具有重要的用途。
氦气在全球的储量分布非常不均匀，北美、北非及俄罗斯等地有着较为丰富的氦气资源，而我国氦气资源严重匮乏，只有四川地区储存有少量的氦气。
长期以来，我国的工业生产和科学试验用氦气(含液氦)基本依靠国外进口，所以国内的氦气价格相对较高，且大批量供货周期很长。
同时随着我国国防工业技术的发展，氦气的需求量越来越大，一旦在非常时期发生氦气禁运，必将在大范围内影响我国的国防安全和经济发展。
因此，为了节约氦气资源，降低使用成本，对氦气回收纯化具有非常重要的意义。
目前工业上氦气常有纯化方法中主要有化学反应法、选择吸附法、低温精馏法、薄膜扩散法。
本文对目前氦气提氦技术的现状进行分析介绍，并综合比较几种方法的应用原理、优缺点及发展趋势，以为促进我国氦气提氦技术的发展提供新的思路。
2低温精馏法低温精馏法主要是利用了各种气体组份在冷却后沸点不一样及气体在低温下可形成固态、液态、气态从而分离不同相态的组份。
在半导体工业用的氦气就是利用低温将氦气中的杂质经低温冷冻室固体化后，再经过滤器过滤固体化的杂质，过滤后的氦气可用于半导体生产。
图1是日本在2005年TAIYOSANSOCOLTD取得的一项将氦气液化的设备的专利中的装置图。
这项专利的创新性主要在于在每个低温冷冻室的冷冻头部插入了真空绝热罐，氦气被降温到液化温度以下，从而产生了液氦。
氦气纯化器性能测试分析
氦气纯化器性能测试分析作者：王双超来源：《西部论丛》2019年第13期摘要：本文笔者根据多年工作经验对氦气纯化器性能测试进行简要分析。
仅供业内同行参考。
关键词：氦气纯化器性能测试迄今为止，全球范围的低温液氦制冷机供应商主要是德国LINDE和法国AIR LIQUID两家，市场占有率LINDE70%，AIR LIQUID30%。
开发有配套其液氦制冷机产品的中压氦气低温纯化器工作压力介于1MPa到10MPa之间），并在全球范围占有相当大的市场。
一直以来，国内外液氦制冷机用户大多选择购买LINDE的氦气低温纯化器产品配用于其低温系统。
近年来，随着科技的不断进步，一些加速器的研发在一定程度上得到提速，很多新材料、新技术被广泛运用于加速器的研发当中。
而伴随着液氦制冷机的出现，用户越来越多，氦气低温纯化器受到了市场的追捧，应用也越来越广泛，与此同时，也有很多资金雄厚的用户，进行自主研发，研制出的产品也被市场认可。
导致一些低温企业，抓住市场机遇，先后投入大量的资金，对氦气低温纯化器进行研制。
其中，研制最具有潜力的要属中科院理化所和安徽万瑞。
它不紧承担国家重点项目-氦液化器的研发工作，而且还开发研制高压氦气低温纯化器（工作压力在10MPa）以上，对于中压氦气低温纯化器的研发则无人过问。
此企业生产的高压产品已经量产，并且在全国范围内出售，为保证交付氦气纯化器性能合格，本产品在出厂成品之前，就要根据相关技术要求对其进行测试，性能测试时需要大量氦气。
因此，笔者结合实际，对下列两种性能进行对比与分析。
一、材料和方法1.原理。
将不纯氦气作为研究的主要对象，把存储的不纯氦气往纯化器中流通，通过纯化器把多余的杂质给吸附掉，然后出来高纯氦气。
2.仪器。
2.1 纯度测量。
综合分析仪是专为氦气纯度测量而研发的，其纯度采用可测量氮、水、氧的多组分高纯分析仪。
2.2 流量测量。
通过流量测量，可以使流经纯化器的氦气得到有效的控制，并对多余的气体进行处理。
第四章 气体制冷与液化循环
在上述讨论中，都假定两个参数不变。但在实际过程中，三个参数之间是相
互制约的，因此在确定循环参数时要综合考虑，才能得到最佳值
循环、利用气体制冷机的循环、及采用逐级冷却的复叠循环
4.1 节流循环
节流循环是低温技术中最基本的循环之一 由于节流循环的装置结构简单、运行可靠，这就在一定程 度上抵消了节流膨胀过程不可逆损失较大的缺点 主要介绍
简单林德循环
有预冷的节流循环
林德双压循环
4.1.1 一次节流循环
（4-3）
对于制冷循环来说，假设除了节流阀外没有不可逆压力降，没有漏热， 换热器的效率为100%，可分别对贮液槽部分或对除压缩机之外的系 统部分进行热平衡。由此得出制冷系统的制冷量为
Qo qm h1 h2
于是，一次节流制冷循环在理想条件下的制冷系数为
（4-4）
Qo h1 h2 W T1 s1 s2 h1 h2
qmf ——从贮液槽中移出的液体流量
由此可知，在液化循环中，制冷量 Qo 被从贮液槽中移出的液体的
qmf h f 所取代，在这种情况下，只有在节流后未被液化的气体通过
换热器返回到压缩机
4.1.2 有预冷的一次节流循环
降低高压空气进换热器的温度对增加等温节流效应、提高液化率起到 一定的作用 若用一次节流循环液化转化温度低于环境温度的气体，就要求采用外
—次节流循环是最早在工业上采用的气体液化循环
1895年德国林德和英国汉普逊分别独立地提出了一次节流循环。因此 也常称之为简单林德循环或汉普逊循环，或林德-汉普逊循环。
林德循环是指以高压节流膨胀为基础的气体液化循环，其特点是循环
气体既能被液化又起冷冻剂作用
天然气液化及氦资源高效利用关键技术和装备与工业化应用
天然气液化及氦资源高效利用关键技术和装备与工业化应用篇一咱就说这天然气液化及氦资源高效利用这事儿，听起来挺高大上，其实啊，都是我们这些在一线摸爬滚打的人一点点琢磨出来的。
我刚接触这个项目的时候，完全是个门外汉，看着那些复杂的设备和图纸，脑袋都大了。
不过好在有师傅带着，他可是这方面的行家。
就拿我们在工厂里安装一套新的天然气液化设备来说吧。
那设备刚运来的时候，就像个巨大的变形金刚零件，散落在地上。
我们一群人围着它，就像看着一堆待解的谜题。
师傅拿着图纸，指挥着大家：“来，先把这个大件抬到那边去，小心点儿，别磕着碰着了。
”安装过程中，有个关键的阀门怎么都对不上接口，可把大家急坏了。
我和几个工友蹲在那里，拿着扳手捣鼓了半天，手上沾满了油污，脸上也蹭得黑一道白一道的。
我嘟囔着：“这玩意儿咋就这么不听话呢？”师傅走过来看了看，笑着说：“别急，这就跟拼图一样，得找到合适的角度。
”说着，他拿起工具，稍微调整了一下阀门的位置，嘿，还真就对上了！那一刻，大家都欢呼起来，感觉像是打赢了一场小胜仗。
设备安装好后，就开始调试运行。
这天然气液化的过程可复杂了，要把天然气冷却到极低的温度，让它变成液态。
在这个过程中，那些关键技术和装备就开始发挥作用了。
我们守在控制台前，眼睛紧盯着各种仪表和数据。
有一次，温度降不下来，我心里直发慌，想着是不是哪里出了大问题。
师傅却很淡定，他沿着管道仔细检查，发现是一个冷却剂的阀门没完全打开。
他轻轻敲了敲我的头说：“做事要细心，这一个小阀门没开好，整个系统都得闹脾气。
”说到氦资源的高效利用，那更是不容易。
氦气这东西很稀缺，所以得想尽办法把它从天然气中分离出来，而且要尽可能地提高回收率。
我们用的那套分离设备，就像一个精密的筛子，把氦气一点一点地筛选出来。
有一回，氦气的纯度老是达不到要求，大家都愁眉苦脸的。
我们把设备拆开检查，发现是一个过滤膜有点损坏。
更换了过滤膜后，氦气的纯度终于达标了，大家都松了一口气。
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我国氦气发展现状————LNG蒸发气中氦气提取技术及应用
我国氦气发展现状————LNG蒸发气中氦气提取技术及应用摘要：我国目前正在积极发展LNG蒸发气中氦气提取技术，并将其应用于航天科技、医疗领域和科研实验中。
LNG蒸发气中氦气提取技术的研发和应用有助于提供氦气资源，并满足相关领域的需求。
然而，我国在氦气发展方面仍面临一些问题和挑战，包括氦气资源的有限性和提取技术的不成熟。
因此，未来需要进一步研究和发展氦气相关技术，以推动我国氦气产业的发展。
关键词：氦气；氦气提取技术；LNG蒸发气引言氦气是一种重要的稀有气体，具有广泛的应用领域。
由于其低密度和低沸点的特点，氦气被广泛应用于航天科技、医疗领域和科研实验等方面。
我国氦气的发展也取得了一定的成就，但仍面临一些挑战。
我国拥有丰富的氦气资源，主要储量分布在天然气中。
目前，我国主要通过液化天然气（LNG）蒸发气中提取氦气的技术，来满足氦气的需求。
这种技术通过分离和提纯步骤将LNG中的氦气提取出来。
氦气在航天科技中具有重要作用，被广泛应用于火箭推进剂和气体推进系统中，为航天器提供动力。
在医疗领域中，氦气被用于超导磁共振成像（MRI）等设备中，提供冷却效果。
同时，氦气还被用于科研实验中，例如核磁共振实验和实验物理等。
尽管我国氦气发展取得了一定的成就，但仍面临一些问题和挑战。
首先，氦气资源的储量有限且分布不均，开采难度较大。
其次，氦气市场竞争激烈，市场需求也在不断变化。
最后，氦气提取技术仍需改进和创新，以提高提取效率和降低成本。
一、LNG蒸发气中氦气提取技术LNG蒸发气中氦气提取技术是一种利用液化天然气（LNG）中的氦气资源的方法。
液化天然气是通过将天然气冷却至极低温下使其液化得到的，其中除了主要成分甲烷外，还含有少量的氦气。
由于氦气具有广泛的应用领域，如激光技术、医疗设备和氦气混合气体的制备等，提取LNG蒸发气中的氦气能够实现资源的有效利用。
LNG蒸发气中氦气提取的技术原理主要基于氦气的物理特性。
在液化天然气中，氦气的沸点较低，因此在LNG蒸发过程中，氦气会以气体的形式释放出来。
211110533_低温技术在中国的早期发展及其对国防建设的影响(1953—1964)
!中国科技史杂志"第!!卷#"#"$年$第%期%"!&$1!"#$"%&#'#()*+&,-.)+/"#0%'/)+1).23%#&3#,&4!#3"&)-)51&'()*!!#"#"$$+(*%低温技术在中国的早期发展及其对国防建设的影响 !Q&$ !Q'%董文凯%'"&熊卫民$#%*中国科学技术大学科技史与科技考古系'合肥"$##".+"*江苏科技大学马克思主义学院'镇江"%"##$+$*北京科技大学科技史与文化遗产研究院'北京%###<$$摘&要&梳理空气,氢气和氦气液化器的研制,安装过程'论述这些低温技术成果在我国导弹和原子弹等国防工程建设中的作用与影响'并介绍了我国低温技术的人才培养情况(由于低温技术对科学研究的重要性'钱三强等人在%,1#年前后就开始给予较大重视(在国外技术封锁,国内一穷二白的背景下'我国的低温技术工作者团结协作,自力更生'使其得到了迅速发展(这一过程对于解决当下我国的)卡脖子*问题具有一定启示%科技部门领导应该具备长远眼光'哪怕是冷门学科'也要有所布置+同时也要从善如流'努力帮助科学家解决各种困难(科学家要树立高远目标'敢于开拓进取,迎难而上+同时也要注重对年轻人才的培养(关键词&物理所&洪朝生&低温技术&液化器&国防建设中图分类号&+#,"e b1%文献标识码&-&&&&文章编号&%./$0%!!%#"#"$$#%0##"!0%"低温技术是当前人们研究原子核物理,半导体物理,超导物理等基础学科以及开展航空航天,火箭发射等大型工程的重要手段(%,!,年以前'低温技术在我国基本处于空白状态(钱三强等人意识到低温物理的重要性'遂在筹建中国科学院#以下简称)中科院*$时就做了有关布置-%'".(到%,.!年时'全国已初步形成一支覆盖面广,素质过硬的低温技术队伍+在低温技术成果上'相继完成了氢液化器和氦液化器的研制(其中'洪朝生,周远等人研制的膨胀机型氦液化器克服了国际通用的柯林斯型氦液化器性能不稳定的缺点'具备较大的创新性()液氢,液氦车间的建立*还使物理所获得了%,.1年的国家科技一等奖-$.(一系列低温技术的建立为我国以)两弹一星*为主体的国防科技建设'如火箭发动机中液氧,液氢高能燃料的制备'原子弹研制中重氢的提取'卫星发射研究中空间模&&&收稿日期%"#""0#"0""+修回日期%"#""0#10#"&&&作者简介%董文凯'%,,!年生'中国科学技术大学科技史与科技考古系博士'江苏科技大学马克思主义学院讲师'研究方向为中国现代科学技术史+通讯作者%熊卫民'%,/!年生'北京科技大学科技史与文化遗产研究院特聘教授'研究方向为中国现代科学技术史(&&&基金项目%)中国科学技术大学物理学院口述史*项目#项目编号%f a"#$###,,,,$+国家社科重大招标项目)当代中国公众历史记录理论与实践研究*#项目编号%%,\-K%,!$(&%期董文凯等%低温技术在中国的早期发展及其对国防建设的影响#%,1$&%,.!$1"拟舱的运行等'提供了基本条件'做出了重要贡献(在国内一穷二白,国外技术封锁的情况下'我国的低温技术事业为何能用短短%"年即完成初步建设0这其中都遇到了哪些困难0又是怎样克服的0考察这些问题'不但有历史价值'对解决当前困扰我们的)卡脖子*问题也会有所裨益(!"洪朝生与我国第一个低温物理组的建立洪朝生是我国低温技术的首要奠基人(%,!#年.月'他从西南联合大学电机工程系毕业'获工学学士学位(%,!1年%"月'他通过中美庚款留学进入麻省理工学院物理系学习物理电子学'师从诺丁汉姆#P*L*+(>>3;A78Q$教授'并于%,!<年,月获麻省理工学院的博士学位(同年%#月'他因成绩优异被诺丁汉姆推荐到美国普渡大学物理系'在系主任哈洛维兹#f*]85M0J(5(F3>O$的指导下从事半导体低温电导方面的研究'自此开启了与低温物理学的不解之缘-".(%,!,年秋天'因已与清华大学签订工作协议'洪朝生与清华大学物理系王竹溪联系'询问回国后从事哪方面的研究为宜(钱三强和彭桓武于翌年年初获悉此事后'联名复信建议%)低温物理很重要'我国也应开展这方面研究'建议再赴西欧学习一年(*-".当时欧洲低温物理的研究中心位于荷兰的莱顿大学#]4394;c;3F45=3>G$'经哈洛维兹教授的引荐'洪朝生随后顺利进入这所低温物理学的)殿堂*(在欧洲期间'时任中科院应用物理研究所#%,1<年后改名为物理研究所'以下简称)物理所*$副所长的陆学善去信告诉洪朝生'在钱三强等人的支持下'物理所已决定建立低温实验室'并与清华大学商妥邀请他到物理所兼职(%,1%年1月'中科院批准物理所组建低温实验室'并拨专款%#万元用于购买仪器设备(之后'洪朝生相继到民主德国,比利时等国调研并购买了一些低温设备-".(%,1"年年初'洪朝生回国后即到物理所报到'担任副研究员(不过'回国当年他并未能开展相关工作'而是先在清华大学从事教学工作'并相继经历了)三反*)知识分子思想改造*等政治运动(直到%,1$年'他才在物理所组建了低温物理组(低温物理组第一年的工作计划也比较明确'就是建立低温物理实验室基本设备-!.(自此'我国的低温技术进入了起步阶段(#"低温实验设备的研制和安装低温实验设备的研制和安装主要包括三个部分%空气液化器的安装,氢液化器的研制和氦液化器的研制(其中'氦液化器又包括林德型氦液化器和膨胀机型氦液化器(#K!"空气液化器的安装和运转 !Q&$ !Q&%空气液化器是洪朝生%,1%年时在民主德国购进的设备(在他回国后'这方面的主要工作是安装和调试机器(由于洪朝生先前曾在欧洲做过一番考察'并且在美国和荷兰从事过两年左右的低温研究'积累了低温技术方面丰富的工作经验'因而这项工作进展很快(从%,1$年的第一季度开始'经过装备配件,连接管路,开车试验等几个阶段'于第二季度即完成了机器的运转-1.(中&国&科&技&史&杂&志!!卷."但液态空气的生产直到%,1!年的第三季度才完成#产率为每小时%#升液化空气$-..(之所以进展缓慢'除教书,会议等占用了洪朝生不少时间外'还由于他同期开展了氢液化器的研制(当然'更主要的还是高级技术人员的缺乏-1.(除洪朝生外'前后参与这项工作的人员均为实习生或练习生-/.(#K#"氢液化器的研制 !Q&$ !Q&'相比空气液化器的安装'氢液化器的研制工作更加复杂(其工序不仅包括氢液化器的设计'还包括氢气发生装置和纯化装置的设计'以及相应的部件制造(而且由于氢气属于危险气体'进行这项工作需要花费更多的精力(当时'无论从人力上还是技术经验上'该工作都存在较大困难-<.(从%,1$年起'在洪朝生的指导下'白伟民,朱元贞等人首先进行了传热和管道压力降的计算'对热交换器进行了设计和绘图(部分零部件交由物理所附属工厂加工'热交换器等特殊部件则在实验室内自行研制(%,1!年春天'低温物理组迁入新建的实验室(第一季度开始安装空气压机,氢压机,空气抽机等设备-,.'第三季度装备了氢发生器,纯化器,滤化器和控制装备'随后在第四季度对氢液化器进行试车-%#.(到%,11年时'氢液化系统已装配就绪'等待各部分最后检验即可试行液化-%%.(由于氢液化器是低温物理组独立自主地从头做起'其间不免出现一些细节问题(如储氢柜,储气筒,高压阀门等的配置试验是项目中原没有考虑但又必要的工作+设计过程中过于强调了高真空环境'导致进度缓慢+液化器的外筒设计与实际需求不匹配等(此外'由于工厂的生产水平有限'制造的零件无法满足设备需求'往往需要对其进行二次加工(洪朝生和低温物理组其他科研人员对相关问题反复研究,分析'使之逐步完善'低温物理组最终于%,1.年%%月"日成功获得液氢-"'%"'%$.(氢气于%<,<年由杜瓦第一次液化成功(由于设备复杂'安全性要求较高'即使到了%,1.年'各国实验室中有液氢的仍不太多#社会主义国家仅苏联建有五六处$-%!.(而中国从器件设计到设备安装'基本靠自力更生完成这项工作'因而意义重大'标志着我国开启了现代意义上的低温实验工作-$.(!光明日报"曾在头版对此进行专门报道-%1.(此外'氢液化器的研制成功也为接下来氦液化器的研制提供了预冷保障和设计,安装经验( #K$"林德型氦液化器的设计和安装 !Q&$ !Q&Q林德型氦液化器是一种以液氢为制冷剂的氦气液化装置(物理所早在%,1$年就已开始部署这方面的工作'但由于液氢和氦气的来源迟迟无法解决'该项目停顿了较长一段时间'直到%,1/年后才逐渐有所进展(物理所在得到液氢后'很快就氦的液化工作向上级请示#%,1.年%%月"!日$'希望尽快得到液体氦-%!.(早在%,11年'物理所就曾多次向上级汇报氦气的来源问题和解决方案%如果不能由国外订货解决'而国内能找到含氦量适当的自然气'则必须在实验室内进行氦的提取工作-%..+还曾呈请科学院'希望向苏联请求协助提供氦气-%$.(%,1/年'中苏两国科学院有一次交流合作(趁此机会'物理所再次向上级呈报'请求苏联援助氦气-%/.(物理所之所以多次请求外援'是因为氦气在大气中的含量极低##*##"R左右$'在我国存在较大的分离和提纯困难(多次争取外援未果'他们只能自谋出路(物理所帮助低温物理组联系了一位北京市副市长'希望能通过他从北京市氧气厂得到含氦气的混合气'再利用自制的分&%期董文凯等%低温技术在中国的早期发展及其对国防建设的影响#%,1$&%,.!$/"离和纯化装置'获得高纯氦-%!.(此外'在氦液化器方面'低温物理组也曾有过争取苏方援助的想法(%,1.年'在苏联莫斯科大学物理系学习的管惟炎曾来信称'苏联低温物理会议决议要求工业部门为科学研究制造一批液化氦机器(因此'物理所希望中科院能与苏方沟通'请其为我国也制造一台-%/.(但根据后来中科院代表团的访苏报告可知'苏联在重大科学技术方面管制很严'无法为中国提供这样一台机器和相关技术-%<.(于是'低温物理组的工作人员只好放弃这种想法'开始自行设计并制造从氦氖混合气中提取高纯氦的装置(因而'氦液化器的工作进展缓慢-%,.(进入%,1,年后'氦液化器的研制工作取得较大进展(在洪朝生的带领下'低温物理组开始对初步设计好的氦液化器进行开车试验和改进(为了提高工作效率'在每次试验前'洪朝生会对本次试验目的加以明确'列出需要通过试验解决的各项问题(每一次试验后'他会及时写出试验报告'总结试验的成功经验和存在的问题'并在此基础上进行改善和方案调整(氦液化器的研制工作异常繁杂'也并非洪朝生一人所能考虑周全(如在氦液化器的开车试验过程中'曾出现过氦气震荡的现象'这种现象会使氦气在管道内失去大量)冷量*'从而造成氦气无法液化的后果(低温物理组根据曾泽培的建议'及时地采取了改变管道长度的措施'从而保障了氦液化器的正常开车试验-".(经过以上反复的试验和完善'低温物理组最终于%,1,年1月完成我国第一套氦液化器设备'每小时能产出!&1升液氦-".(当时'除美国和苏联一些实验室有此设备外'其他国家还比较少见-"#.(显见该工作的突破意义之重大(氦液化器的成功自主研制'打破了包括苏联在内的诸多国家对我国重大科学技术的封锁'并为后来超导物理和空间低温技术等方向的发展'奠定了物质基础(#K%"膨胀机型氦液化器的研制 !Q&Q !Q'%%,1,年'物理所成功试车林德型氦液化器后'获得了液氦(然而'由于液氢易燃,易爆的特点'使得这种使用液氢预冷的氦液化装置具有较大的危险性(为此'从%,.#年开始'公安部门多次找到物理所'督促其将低温实验室由城内搬往中关村(到%,.%年底时'物理所的液氢和液氦已不得不停止正常生产'从而影响了相关的科研任务进展-"%'""'"$.(此外'这种存在安全隐患的设备也极不利于液氦技术的大规模推广'限制了低温物理学科的发展-"!.(鉴于以上原因'在%,1,年完成林德型氦液化器研制工作后'低温物理室#%,1,年由低温物理组扩建而成$就提出了制造无需液氢预冷的膨胀机型氦液化器的计划-"1.(膨胀机型氦液化器最早于%,$!年由苏联低温物理学家卡皮查!#f8W3>O8$提出设计构想并完成实验室研制'但真正实现商品化则是到了%,1#年代#对中国禁售$'由美国人柯林斯#:())3;=$完成(%,.#年'中科院与苏联科学院进行科学技术合作'低温物理也在规划内'洪朝生为访苏的四位科学家之一-"..(低温物理室根据当时的需求提出希望获得苏方氦技术方面的援助-"/.(苏联当时确已掌握了膨胀机型氦液化器的制造技术'并已将其用于工业生产'但中方关于技术层面的请求被苏方婉拒-%<.(争取外援未果'低温物理室决定自力更生解!卡皮查#%<,!&%,<!$'苏联著名物理学家'超流体的发现者之一'获得%,/<年的诺贝尔物理学奖(中&国&科&技&史&杂&志!!卷<"决膨胀机型氦液化器的问题(从苏联回来后'洪朝生即开始部署相关的研制工作(同时'物理所也将其作为所内的重大科研项目予以支持()膨胀机型氦液化器的试制*项目主要包括三个部分%一是膨胀机的活塞与气缸材料试验'二是膨胀机的设计'三是整个液化器的设计与制造-"<.(项目实施过程中困难重重'如氦气的来源问题一直没能很好地解决(在研制林德型氦液化器时'北京氧气厂曾支援过一瓶混合气'但后来该厂计划自己动手制备纯的氦氖混合气'不愿再供给物理所-",.( %,.#年'中科院成立新技术局'专门负责管理国防尖端的科研任务(低温物理室因承担了新型材料低温性能测试的国防任务-$#.'氦气的来源问题才得以解决(与此同时'低温物理室还面临另一项困难&&&实验场所的问题(如前文所述'因存在安全隐患'%,.%年底'低温物理室停止了液氢,液氦的生产'并受命迁往中关村(但搬迁事关中科院基建工程计划和兄弟院所的项目合作等问题'直到%,.$年.月才得到妥善解决-"%'"$'$%.'膨胀机型氦液化器的研制工作也因此被推迟了近两年(随后'在%,.!年的工作计划中'中科院和物理所均加强了对膨胀机型氦液化器研制工作的重视(中科院将膨胀机型氦液化器的研制设为五个重点打歼灭战项目之一-$".+物理所也将其作为%,.!年低温物理室的主要工作-$$.'并为此制定了详细的执行计划-$!.(值得一提的是'负责人之一的周远!当时还只是一名刚毕业的大学生(%,.%年'他从清华大学毕业后'被分配到中科院半导体研究所#以下简称)半导体所*$参加工作(由于当时半导体研究离不开低温条件'半导体所领导就安排他到物理所实习"年(%,."年'周远以研究实习员身份参加膨胀机型氦液化器的研制工作(当时'柯林斯公司生产的膨胀机采用的是氦气润滑原理&&&活塞与气缸之间留有几微米的空隙'而受限于当时我国的工业生产水平'零件加工尚达不到柯林斯型产品所要求的精度(此外'柯林斯型膨胀机的设计还存在一个问题'即固体空气颗粒会通过空隙进入气缸内'造成活塞和气缸壁磨损'以致活塞与气缸在运转过程中会出现卡住的状况-"!.(在这种情况下'周远受到内燃机和小型斯特林制冷机活塞结构的启发'独辟蹊径地提出了用室温密封长活塞结构代替原杠杆结构的设想(但由于他此时只是一名刚毕业的大学生'方案遭到众人的反对'组长洪朝生在经过一番审慎的考虑后'拍板给予支持-$1.(后来'众人根据周远的方案制出的膨胀机成功解决了加工精度和柯林斯型膨胀机的工作稳定性问题'而周远也因此赢得了洪朝生的重视'被他留在物理所继续从事低温技术研究("##$年'周远当选中科院院士'膨胀机型氦液化器的研制是他最主要的贡献之一-$..(值得一提的是'柯林斯公司在%,.!年采用了同样的方法对膨胀机的结构进行优化改装(膨胀机型氦液化器最终于%,.!年%"月,日研制成功'膨胀机的效率达./R'氦液化器的产率为"&$升Z小时'超额完成了这一重大项目-$/.(该液化器采用了与美国同型的新型结构'为当时国际上最常用的氦液化器膨胀机-$<.(洪朝生在晚年谈到他回国后所做的最重要的工作时'认为是低温条件的建立'尤其是氦液化器方面-$,.(物理所氢,氦液化器的相继设计和研制成功'为其他制冷设备的建立提供了宝贵的经验'推动了我国制冷和液化技术的快速发展(!周远#%,$<&$'江苏金坛人'中国低温工程,制冷技术专家'"##$年当选为中科院院士(&%期董文凯等%低温技术在中国的早期发展及其对国防建设的影响#%,1$&%,.!$," $"低温技术成果在国防建设中的应用与影响物理所在%,1!年完成液化空气装置后'就开始给所内的研究组和所外的研究单位提供液化空气-",'!#.(%,1.年氢液化器建成后'其推广应用的范围进一步扩大'尤其是在国防建设中的地位愈加凸显(总的来说'低温技术成果在国防中的应用主要包括三个方面%一是液氧,液氢高能燃料的研究+二是铀材料的低温性能测试+三是新型材料低温性能测试基地#以下简称)低温测试基地*$的运行($K!"洪朝生与液氧 液氢高能燃料!%,1.&%,./年科学技术发展远景规划"制定后'我国开始了以原子弹和导弹为主体的重大国防建设(负责研制导弹的主要是国防五院(院长钱学森提出'搞导弹主要看你火箭用什么燃料'火箭的燃料很重要'一定要搞新的高能燃料(中科院作为重要的协作单位'随即督促院属相关研究所把科研重点放在开发高能燃料上'以使火箭做得大'射得远-!%.(当时的火箭实验基地计划试验液氧'而要把氧气变成液态'就需要用到低温技术( %,1!年'物理所的低温实验室已建立了液化空气装置'因此'生产液氧的技术任务就分配给了他们(%,,,年'张劲夫在关于中科院)两弹一星*研制的回忆中'专门提到了洪朝生负责的低温实验室-!%.(%,.#年%%月1日'我国用自产的火箭发动机成功发射了近程地地导弹-!".(但事情到此还没有结束'根据张劲夫的回忆'要想把导弹实际运用到战场上'还需要燃烧值更高的燃料作为火箭发动机的动力源(钱学森又提出')一定要进一步地搞高能燃料'加大它的推力,速度(新的高能燃料主要是液氢*-!%.(但液氢的生产并不像液氧那么简单'需要把温度降到零下"1#多度'而且氢气极容易爆炸(虽然早在%,1.年时'物理所低温实验室就已建立了液化氢的低温设备'并向上级汇报了该工作的重要性')因为液体氢极轻的缘故'国外已经有人在试验用液体氢作为火箭燃料的可能性*-%!.'但工厂和实验室所需的技术标准有相当大的不同'工业生产液氢必须建立专门的大型液化器研究部门(低温实验室的研究人员一方面意识到低温技术扩大发展的迫切性'另一方面也感到该研究方向与物理所的性质不符'因此在制定%,.$&%,.,年发展规划时'该室特别请求扩大低温技术的研究队伍'并在成都筹建低温研究所'专门用于研究大工程所需的低温技术-!$.(然而'由于当时中国刚从)三年困难时期*走出'各方面的条件尚不允许'该请求没有实现(关于大型液化设备方面的研究暂时交给了一机部的杭州制氧机厂(%,.%年$月'洪朝生到杭州制氧机厂进行了为期.天的技术指导'介绍了低温实验室的氢,氦液化设备的设计与安装经验'并将相关技术资料毫无保留地移交给厂方-".(%,.%年%%月中旬'借全国低温测试基地讨论会#见$*$节$的机会'物理所,中科院原子能研究所,国防五院,杭州制氧机厂等%1家单位的代表共同商讨了低温工程与技术在我国如何发展的问题(在讨论过程中'代表们一致认为'关于大型液氢设备#%###升Z 时$的工作必须尽快安排(之后'为了将相关技术方案尽快落实'参会人员特地组建了中&国&科&技&史&杂&志!!卷)%###升Z时大型液氢设备技术*方案小组!(该小组由中南化工设计院的果仲理,杭州制氧机厂的朱燧炎,北京航空学院的尹章法,大连化工厂的赵明山等人组成(参会人员要求他们在%,."年的第一季度内给出液氢设备的初步技术方案和全部任务的安排意见-!!.(后来'在物理所氢气液化的基础上'化学工业部的大连化工厂建立了大型液氢生产设备和液氢精馏制备重水的设备'较好地保障了我国国防建设对液氢的需求和使用-!1.($K#"管惟炎与铀材料的低温性能测试%,1"年'在清华大学物理系读一年级的管惟炎考取了留苏预备班(为了填补我国的低温物理学科空白'管惟炎在出国前即被中科院指定学习低温物理专业(%,1$年<月至%,.#年1月'管惟炎曾先后在列宁格勒大学,梯比里斯大学,莫斯科大学和物理问题研究所学习与研究低温物理(其中'在物理问题研究所学习期间得到了当时国际著名低温物理学家卡皮查的亲自指导(%,.#年1月'根据国防科委下达的指示'中国驻苏联使馆要求即将毕业的管惟炎到该使馆从事科技情报工作(后经物理所党委书记李德仲从中协调'当年<月'获得副博士学位后的管惟炎得以从苏联回国(%#月'他被分配到物理所担任助理研究员和课题研究组组长-!..(%,.%年"月'李德仲交给他一项重要的国防任务'即)"<号任务*"(张劲夫在关于)两弹一星*研制的回忆中提到%搞原子弹'最重要的问题是浓缩铀的提炼问题-!%.(而制造原子弹需要的是高纯度铀g"$1(因此'在得到浓缩铀后'还需要通过一定的检测手段测定其纯度是否达标(管惟炎的任务即是在低温下测出我国铀g"$1的低温比热曲线'观察它与国外发表的高纯铀g"$1的低温比热曲线是否相符(这对当时刚回国不久的管惟炎来讲并不是一件轻松的工作(首先是%!f低温环境的获得(%!f 的低温环境需要用到液氦'%,.%年时物理所的膨胀机型氦液化器尚未研制成功'仍需使用液氢预冷的林德型氦液化器(管惟炎所在的实验室位于中关村'而生产液氢的工厂在东城'来回有数十里的路程(据管惟炎回忆%)那时我自己'用一个杜瓦瓶'叫一辆三轮车'把罐子放在两腿之间'这是非常危险的行为(*其次是搭建低温设备和测量装置(由于当时我国的基础工业水平还不高'许多高精尖的仪器,设备尚无法生产(例如'他们在低温测量中需要用到一个铂电阻温度计'在国内找不到'后来费了很大一番功夫才从苏联进口一个(最后是测试过程需要花费大量的时间和精力(由于实验测量设备简陋'数据采集较为麻烦'管惟炎只能带领组员使用最原始的方法去测量和记录(他们常常干到深夜'等到回家时'物理所的大门早已关闭'全组人员不得不翻门而出#(后来'在管惟炎和小组成员李世恕,郑国光的日夜奋战下'不到一年时间'他们便获得了大部分的重要数据'为我国第一颗原子弹的成功爆炸做出了一定贡献'得到委托单位二机部的好评-!/.($K$"低温测试基地的筹建与运行%,1,年'我国的国防尖端技术所需材料仍有约%Z1不能实现自给(为此'国家科委#$! " #简称)%%"#方案小组*()"<号任务*是"月<日下的命令'为保密代号(见王新荣,刘兵!中国现代科学家传记%管惟炎"'%,<,年初稿'内部资料(。
透平膨胀机
透平膨胀机是空分设备、天然气(液化石油气)分离设备和低温破碎设备获取冷能所必需的关键部件，是保证成套设备稳定运行的心脏。
其主要原理是将具有一定压力的气体在透平膨胀机中绝热膨胀，向外做功，消耗气体本身的内能，冷却气体本身，达到制冷的目的。
分类。
按轴承形式可分为气浮膨胀机和油浮膨胀机。
气体轴承膨胀机适用于高速、轻载、小流量的小型设备，油润滑轴承适用于大流量、重载、低速的设备。
根据气膜承载原理，气体轴承分为静压轴承和动压轴承。
气体轴承以其功耗低、适用转速范围广、对工质气体无污染、设备简单等优点得到了广泛的应用，提高其承载能力和稳定性已成为世界各国研究人员的研究热点。
气体轴承透平膨胀机。
气体轴承透平膨胀机运行平稳、转速高、效率高，不需要维修、保养、检修等，适用于空气、氢气、氦气、天然气和各种混合气体。
目前，自行设计生产的气体轴承膨胀机已应用于空分设备、化工尾气回收、天然气液化装置、氦气制冷机等，并可根据用户的各种特殊要求和特殊气体进行设计生产。
氦轴承透平膨胀机。
氦气轴承透平膨胀机的润滑介质为氦气。
由于其特殊的气体性质，具有小分子、低粘度的特点，增加了提高其承载能力、保持高效稳定运行的难度。
低温系统关键技术小组的科研人员完成了KM3、KM4等空间环境模拟用氦气轴承透平膨胀机和氦气制冷系统的设计与制造。
氦液化器使用的最小的氦气轴承透平膨胀机转子直径为7 mm，转速为56万转/分。
2012年，应用于在20K(即-253℃)下提供2000W 冷能的氦气透平膨胀机成功完成了各项低温性能试验。
氦气透平膨胀机稳定性好，转速、流量、透平出口温度均达到设计要求，最高转速达118,700rpm，绝热效率达73%以上。
2014年，应用于20K提供10000 W冷能的氦气制冷机透平膨胀机通过验收，转速82000rpm，绝热效率78%以上。
因此，形成了具有自主知识产权的大型氢氦低温制冷关键技术--高性能、高稳定性氦气透平膨胀机的设计、制造及控制技术。
氦低温系统运行和维护研究
图1 SHMFF氦低温系统示意图氦低温系统运行氦低温系统运行流程主要包括氦气液化、液氦供应、氦气回收、氦气纯化、氦气储存等部分。
氦制冷机要求氦气的纯度为99.999%，首先，将100m³罐中的纯氦气经压缩机压缩、油气分离器去除氦气中的油后输送入氦制冷机，氦气在制冷机内经过与液氮和主路回流氦气换热、膨胀机对外做功、节流阀等焓图2 制冷机流程示意图图3 移动杜瓦输液示意图1.3 氦气的回收与纯化氦回收系统含有两台回收压机，回气系统回收率高，回收量大，回收系统流程具体见图4。
各用户实验室均布置有回收管道并接至50m³气袋，当气袋达到60%的高度时，第一台回收压机启动，将气袋内的氦气压入高压钢瓶组内，当气袋高度上涨至75%的高度时，第二台回收压机启动，当气袋内的氦气高度降至台压机停止工作。
储存回收氦气的高压钢瓶组压力超过图5 回收系统回收率回到回收系统的实验用户氦气纯度约为100PPM，由于氦低温系统对氦气纯度的要求，需要通过纯化器纯化得到5PPM的纯氦气，因此氦气纯化工作至关重要。
氦气纯化器工作压力约为20bar，纯化量为100m³/h。
来自高压钢瓶组的脏氦气经过减压阀减压过后进入纯化器，氦气进排气压差应控制在1bar左右，纯化速度不能过快，以使纯化器充分的吸收氦气中的杂质。
纯化器纯化2000m³的脏氦气后，需要进行纯化器的再生操作，首先放空纯化器内的液氮，用加热后的氮气将纯化筒和干燥筒吹至室温以上，使活性炭在低温下吸附的N2、O2等杂质释放出来，然后抽纯化器管路真空，将液氮重新输入纯化筒，使纯化筒冷却至液氮温度，纯化器的再生过程需要8小时。
随着实验用户液氦需求的增加，氦低温系统原有的一台纯化器无法满足纯化需求，因此，又研制了一台纯化能力相当的纯化器，图4 回收系统流程示意图图6 扩散泵（左）和分子泵（右）回收氦气油含量过高存在的问题：经过长时间的运行，发现回收氦气中的水和油的含量偏高，影响纯化器纯化量。
气体用途
氦（He）氖（Ne）氩（Ar）氪（Kr）氙（Xe）氡（Rn）稀有气体，是由“零”族元素He、Ne、Ar、Kr、Xe、Rn六种元素组成的。
稀有气体都是无色无臭的，并由单原子分子组成。
由于稀有气体分子间的范德华引力很微弱，所以他们的熔点、沸点以及临界温度都很低，并随着相对原子质量的增加而增高。
它们在水中的溶解度随着从氦到氡的顺序而迅速增加。
在0 ℃时，100个体积的水中溶解一个体积的He，6个体积的Ar，50个体积的Rn。
从稀有气体的原子结构来看，在它们的价电子层上都有2个或8个电子，为“稳定结构”。
因而在化学性质上是极不活泼的，在一般的情况下不能彼此相化合，也不与其他元素相化合（但这并不是绝对的，见后面稀有元素化合物）。
由于稀有气体有着许多优良而宝贵的性质，所以它们在工农业生产中，国防建设中，科研事业中以及人们的日常生活中有着许多种的实际用途。
氦气很轻，是除氢以外最轻的元素。
它的重量只有同体积空气的1/7。
由于氦不象氢那样会燃烧，使用非常安全。
因此人们便用氦气来代替氢气填充气球或飞艇的气囊。
用氦气填装的飞艇的上升能力，大约等于同体积用氢气填装的飞艇的93%。
氦最近还被人们混在塑料、人造丝、合成纤维中，制成非常轻盈的泡沫塑料、泡沫纤维。
氦又是极难溶于水的气体，100个体积的水在0 ℃时大约只能溶解1个体积的氦。
在医学上，便利用氦的这一特性来防止“潜水病”。
过去当潜水员潜入海底时，由于深海压力很大，吸进体内的空气中的氮气随着压力的增加大量溶解在血液中，而当潜水员出海时压力猛然下降，原先溶在血液中的氮气便纷纷跑了出来，以致使血管阻塞而造成死亡，这种病叫作“潜水病”，现在人们利用氦气与氧气混合，制成“人造空气”（79%的氦气，21%的氧气）来供给潜水员呼吸，由于氦在血液中溶解很少，因此，潜水员即使潜入海中100米以下，也不会再得“潜水病”。
这种“人造空气”也常用来医治支气管气喘和窒息等病。
因为它的密度只有空气的1/3，因此呼吸时要比吸空气轻松的多，可以减少病人的呼吸困难。
氦气液化可否办理经营许可证
氦气液化可否办理经营许可证氦气液化属于危险化学品生产经营活动，需要按照相关规定取得经营许可证方可开展。
以下是办理氦气液化经营许可证的主要步骤和注意事项。
一、申请前准备1.企业资质：申请氦气液化经营许可证的单位必须是具有独立法人资格的企业，需获得质量管理体系认证和环境管理体系认证等资质。
2.设备条件：单位需具有符合国家规定的氦气液化生产设备，设备必须获得安全生产许可证并符合相关标准要求。
3.场地环境：生产场地必须符合相关要求，环保、消防等方面需符合国家的相关法律规定。
二、申请材料1.申请表格：按照相关规定填写申请表格。
2.企业营业执照、组织机构代码证、税务登记证等基本资质证件。
3.法定代表人身份证、经办人员证件等相关人员资质证件。
4.生产设备的安全生产许可证、质量认证证书等相关资质证书。
5.场地租赁合同、环保和消防审批证明等相关证明文件。
6.安全生产管理制度、质量管理体系文件、环境管理体系文件等制度文件。
三、审批程序1.提交材料：完成申请材料准备后，到相关部门提交申请材料。
2.初审：相关部门对申请材料进行初步审核，是否符合要求。
3.现场审核：对单位现场进行审核，主要是对企业设备等进行检查，是否符合要求。
4.专家评审：相关部门组织专家对审核意见进行评审。
5.公示：对评审意见进行公示。
6.批准：经评审合格，发放氦气液化经营许可证。
注意事项：1.申请人应严格按照国家相关规定进行申请，提供真实、准确的材料和信息。
2.申请人要积极配合相关部门的现场审核工作，确保企业现场设备、环境等符合国家要求。
3.氦气液化是危险化学品生产经营活动，申请人应加强安全管理，确保生产过程安全。
4.申请人应定期对企业设备、环境等进行检查，保证设备完好，环境卫生。
低温原理和技术
(3.35)
原
➢存在漏热: S6S5(m c/m 6) Sc
(3.37)
理
与
➢液化率:
(SgS5)(mc/m6)Sc y
(3.39)
技
SgSf
术
➢满液体部分的容积比:
V V f m m f6 6 f y6f g/f yyg/f － 1
(3.42)
理
等温压缩后的压力 P2 ，h2由 P2决定。
与
➢我们无法改变环境状态,因此系统的性能取决于压力 p 2
技
要使液化率 y最大，则必须使 h2最小：
术
h ( P )TT1 0
h ( P)T T 1( JT C p)T T 10 (3.10)
简单的林德－汉普逊
循环不能用于液化氖、氢
和氦:
1. 由于这些气体的
技
12. 各种液化系统的性能比较
术
13. 用于氖和氢的预冷林德－汉普逊系统 14. 用于氖或氢的克劳特系统
15. 氦制冷的氢液化系统
16. 考林斯氦液化系统 17. 西蒙氦液化系统
1. 基本概念
制 冷 原 理
系 统
单位质量气体的压缩功 w /m
的 性
单位质量气体液化功
w / m f
能
参
液化率
数
表3.3 以空气为工质，＝300K，P＝101.3kPa液化系统的比较
制 冷 原 理 与 技 术
续上表：
制 冷 原 理 与 技 术
13. 用于氖和氢的预冷林德－汉普逊系统
制 冷 原 理 与 技 术
图3.22 适用于液化氖和氢的 液氮预冷林德－汉普逊系统
制 冷 原 理 与 技 术
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中国会 尊尚会员专讯
Issue 2014-01-03 頁 1 / 1
设备简介：氦气液化器
在低温研究工作中有一个越来越严重的危机，而这危机就是液态氦。
在过去的几年中，低温研究人员和研究机构都不得不接受一个事实，就是，他们很需要用来完成他们的工作的氦，供应量一直在不断下降。
除了供应一直在减少，成本也一直在不断上升。
我们目前的世界，氦气的供应已不可能再被视为理所当然。
如果不要低温研究受到低温缺货的影响，必须找到并实施新的回收和节约氦气的方法。
近年来，全球对液态氦的需求的增加造成了频繁的价格上涨和供应短缺。
即使在生产大部分可用的液态氦的美国，情况也已变得很困难。
研究人员越来越意识到这个问题，也在他们的未来实验室操作计划中正越来越关注节省氦气。
液化技术
对于许多低温仪器，氦的消耗主要是由于每日少量的气化而偶尔的大量气化是由于定期从存储杜瓦罐转移到低温系统。
传统的工业规模的氦液化和回收系统的设计产能为最少每小时50升，而对于只有一个或两个仪器的较小的实验室，这不是可行的解决方法。
最近在氦液化技术的进步让一种新型紧凑的液化器开发出来，它为这些较小的实验室提供了理想的解决方案。
这些更小型的便携式液化器的工作原理的特点是有两个循环：封闭循环，是由冷头（〜 4K ）和压缩机组成的，从氦的气体空间取走热能，并继续把气体冷却，直到凝结和液化发生；和开放循环，其中纯氦气源（用户的仪器或气瓶）流向液化器的杜瓦罐进行液化，然后传送回用户的低温恒温器。
中及高压回收系统
另一个低温系统的氦回收的挑战是捕获传送时的蒸发。
一个典型的低温液体的传送可导致大量的氦气而需要被回收并存储起来。
中压和高压回收装置为这方面的需求提供一个集成的解决方案，并能提供接近回收以前丢失的氦的100％。
在高压回收系统，正常和传送的气化气体通常排入一个气袋作为临时缓冲。
一个压缩机将气体从袋中转移到储气瓶。
这个“不纯洁的”氦从气瓶流至一个净化器以去除污染物，然后进入液化器。
利用这种方法，以前因为量太大而无法直接捕获的传送时的气化，现在可以被收回和送入回收和液化系统。
中压设备的工作方式类似，但以大型的气体储罐代替氦气袋，再不用把过量的氦气长期贮存在气瓶组中。
如何从这两个系统之间选择取决于在实验室的低温仪器的数量和预期的回收氦的需要。
致谢...
gasworld 感谢昆腾设计公司（Quantum Design ）提供这篇设备简介文章。
昆腾设计的ATL160 （液化率为22升/天）是一个便携式、用户友好和只需要很少低温仪器的经验就可以操作。
ATL160（如图）配置的触摸板控制器每日储存几个关键参数，如温度、压力、流量和流速的纪录。
昆腾设计还提供专为整合任何数量的液化器的直接的中高压力回收系统。
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