一、项目名称深低温回热制冷关键技术及应用

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1、一、项目名称：深低温回热制冷关键技术及应用二、推荐单位：浙江省科学技术厅三、拟申报奖种：国家技术发明奖四、项目简介：低温制冷机在国防航天、现代工业和科学技术的许多重要部门有着广泛应用。过去，我国急需的低温制冷机主要依赖进口，受到限制或禁运，使我们处于困难的局面。因此，掌握和运用最新低温制冷的关键技术，进行具有自主知识产权的创新和实践，成为一项迫在眉睫的任务。本项目团队长期专注于回热式低温制冷机的基础与应用研究，经过二十余年艰苦努力，攻克了一系列科学和技术难题，取得了多项技术发明和创新成果：技术发明点一：回热式低温制冷循环。首次证明了气体绝热膨胀制冷低温极限，探明进入液氦温区制冷的

2、必要条件和流程组织方案。提出了低温制冷机性能预测的改进型布雷顿循环，论证了各种制冷循环和卡诺循环的关系及分类方法，提出了考虑非理想气体效应回热器和冷端换热器设计新方法，为研究深低温制冷机指明了方向。技术发明点二：低温制冷工质热物性。发明了采用混合工质提高脉管制冷性能的新方法，确立了混合工质对选择原则。发现了磁性材料Er3Ni在氦-氢混合工质中与氢的生成物Er3NiHx能增大回热器热容和提高制冷性能，发明了吸附式氦氢混合工质脉管制冷法。突破传统观念，将德拜晶体比热容理论模型成功用于低温流体氦-3，首次建立了宽范围、高精度的氦-3状态方程，首次发表氦-3热力学数表、T-S图和p-h图

3、及软件包He3pack。技术发明点三：液氦温区低温制冷技术。采用低温下具有比热容反常的磁性蓄冷材料，首次在国产的索尔文制冷机上实现了直接从室温冷却到2.8K的低温，这也是国际上首例在气动型低温制冷机上获得低于液氦温度（4.2K）的记录，突破了回热式制冷机制冷温度不能进入液氦温区的传统观念束缚。在多级脉管制冷中发现严重影响制冷性能的直流问题，首次提出双小孔制冷法来控制和利用脉管中因双向进气引起的直流。研制的双小孔型两级脉管制冷机获得3.1K低温，成为世界上最早用两级脉管制冷获得液氦温度的两单位之一。在此基础上采用热耦合法制成适于工程生产应用的两级脉管制冷机。在研制的单级脉管制冷机中

4、采用发明的双阀双向进气结构获得了10.6K的无负荷制冷温度，创造了当时单级脉管制冷机的最低制冷温度记录。最近研制的三级斯特林型脉管制冷机进入液氦温度，达到世界先进水平。本项目已获授权中国发明专利70余项，软件著作权1项，发表SCI/EI论文200余篇，出版著作教材10余部，国防报告5份。他引1000余次，其中SCI他引300余次，并获多位国际著名专家高度评价。培养万人计划、国家杰出青年科学基金获得者，教育部长江学者、中青年科技创新领军人才1名。获全国优秀博士论文1篇，提名奖1篇；获国际制冷学会卡尔林德奖2项，卡皮查奖1项；美国低温工程会议优秀学生论文奖1篇，国际低温工程委员会首次

5、克里宾（Klipping）奖1项；中国制冷学会首届科技青年奖1项等。相关科研成果获省部级一等奖1项、省部级二等奖3项、中国专利优秀奖1项。本项目解决了一系列深低温制冷机的理论与技术难题，形成了新一代深低温回热制冷理论与技术，创造了显著的社会和经济效益。研制的线性压缩机设计与制冷机性能预测软件，已在多个卫星地面站雷达和军用飞机红外装置中获得应用；基于自行研制的大功率单级脉管制冷机做冷源，首次开展了宽温区（20-80K）泡沫材料低温吸湿性能研究，成果已应用于CZ-3系列和CZ-5火箭；液氦温区脉管制冷机部分专利技术转让给日本岩谷公司，投入商品化生产，“这是日本低温产业第一次从发展中国

6、家购买核心技术。”研制的低温流体物性软件已在美欧日NASA、NAVY、NIST、AIST等国际著名科研机构获得应用。五、主要完成人及技术贡献第一完成人：陈国邦教授，浙江大学。技术发明点一、二和三的主要贡献人。回热式制冷机的理论最低制冷温度边界证明人之一；发明双小孔型脉管制冷法；提出用混合工质提高脉管制冷性能的新方法；指导博士生首次将固体德拜比热容理论模型应用于低温流体氦-3等。编著低温制冷机著作教材10余部，曾荣获省部级一等奖1项、二等奖3项、国防科技三等奖1项等。曾任国际制冷学会低温工程（A1）与气体液化与分离委员会（A2）副主席、国际低温制冷机委员会委员等。第二完成人：邱利民

7、教授，浙江大学。技术发明点一和三的主要贡献人。与陈国邦教授共同发明双小孔脉管制冷法、提出了考虑非理想气体效应回热器和冷端换热器设计新方法，是液氢、液氦温区脉管制冷机的主要研制者和核心专利发明人。系教育部长江学者特聘教授（2011）、中青年科技创新领军人才（2013）、国家杰出青年科学基金（2008）；曾获省部级一等奖1项、二等奖3项、国防科技三等奖1项、中国专利优秀奖1项等；教育部全国优秀博士学位论文、国际制冷学会"卡尔林德"奖、中国制冷学会科技奖青年奖等。兼任国际制冷学会气体液