回顾前三篇我们对主流储氢技术的深度对比 —— 无论是依赖吸附材料的固态储氢，受限于压力设备的高压气态储氢，还是需复杂催化反应的有机液态储氢，它们在实际应用中都或多或少面临着 “瓶颈”。与之相对，低温液态储氢凭借 “高储氢密度、低运输成本、长储存周期” 的核心优势，完美契合了氢能在长距离输送、大规模储能、重型交通等关键场景的应用需求。
尤其是在当前氢能产业加速落地，从 “示范项目” 向 “规模化应用” 迈进的阶段，液氢已成为打通 “制氢 - 储氢 - 运氢 - 用氢” 全产业链的关键纽带，更是决定氢能能否高效、经济走向终端市场的核心环节。然而，这一核心领域却长期被国际技术垄断 —— 美国通过 “设备禁运 + 技术封锁 + 市场挤压” 的组合策略，层层加码液氢技术与装备出口管制，导致国内氢能产业面临成本飙升、周期延长、技术断供的多重困境。
在此逆境下，自主突破液氢核心技术成为我国氢能产业规模化发展的唯一出路。而我司科洛超低温技术团队，正是在这一背景下深耕不辍，不仅联合国内顶尖低温领域专家攻克技术难关，更在液氢制取主流工艺与核心部件上实现重大突破，为我国液氢产业链自主可控注入关键力量。
在全球氢能产业竞争日趋激烈的背景下，美国为维护其技术霸权与产业优势，对中国实施了层层加码的液氢技术与设备出口管制，极大地增加了我国获取相关核心技术的难度，给国内氢能产业的规模化发展设置了多重障碍。
在设备与技术禁运层面，美国通过明确的法规与清单对关键领域实施严格管控。根据美国商务部工业和安全局的商业管制清单，液氢的生产和应用涉及 “材料加工”“电子”“航空航天与推进” 三大类受管制行业，与大规模液氢生产和储运相关的系统装备、核心组件以及测试检测与生产装备均被列入禁运范围。其中不仅包括氢液化装置、氢膨胀机等核心主机设备，还涵盖了 DN50 以上液氢阀门、液氢泵等关键零部件，同时明确限制向中国出口 10 吨 / 天以上的大型氢液化技术及装备。2024 年美国国会通过的《清洁能源供应链安全法案》更是以 “国家安全” 为名，进一步强化了对中国的氢液化设备及相关技术出口禁令。这种全方位的禁运直接导致国内企业采购进口设备的成本飙升 300%，项目建造周期被迫延长 6-12 个月，部分依赖进口设备的企业在价格谈判中陷入被动，且设备维修维护费用高达原值的 20%，严重制约了产业推进效率。更值得警惕的是，美国还通过施压其盟国企业，限制法液空、林德等国际巨头向中国开放高端技术与装备，进一步压缩了我国的国际合作空间。
在技术交流层面，美国构建了严密的合作壁垒，彻底切断了正常的技术沟通渠道。美国政府明确禁止国家航空航天局（NASA）及国内企业与中国航天系统在液氢技术领域开展任何形式的合作研发、技术研讨等交流活动，从官方到民间全面封堵技术传播路径。这种封锁不仅体现在航天等高端应用领域，更延伸至民用液氢技术的基础研究与产业应用层面，导致我国无法通过国际合作获取先进经验，只能在核心技术研发上从零起步、独自探索。与此同时，部分美国企业试图通过向中国出口液氢储箱等终端产品，支持美国气体公司高价倾销液氢，在攫取暴利的同时进一步巩固其技术垄断地位，加剧了我国氢能产业的成本压力 。
美国这套 “禁运 + 限合 + 市场挤压” 的组合策略，本质上是通过技术封锁遏制中国氢能产业的发展进程。然而，这也倒逼我国科研团队与企业加快自主创新步伐，在逆境中突破关键技术瓶颈，逐步构建自主可控的液氢产业链体系。
在这一自主创新浪潮中，我司科洛超低温技术团队同样深耕不辍，凭借对核心技术的执着突破，目前已完全掌握 5TPD 液氢制储关键技术，不仅拥有核心自主知识产权，技术先进性也处于行业前列，过往成果的验收指标更是已达到国际一流水平。
西安交通大学是我国低温领域技术的重要起源地，我司团队核心技术专家之一厉彦忠教授，作为西安交通大学制冷与低温工程系主任、研究所所长和学科带头人，长期深耕低温技术前沿，多次牵头承接国家科技支撑项目、国家自然科学基金项目及国家 863 计划课题，在空分系统及关键技术、冷能回收与利用、传热机理等领域有深厚造诣。
李青教授作为国内低温工程领域深耕近 40 年的领军专家，不仅担任我司核心技术专家，更曾任职中科院理化所二级研究员，在液氢与低温制冷领域具备深厚学术造诣与行业权威性。作为液氢领域仅有的三项国家标准起草组成员，李青教授的研究方向精准聚焦低温制冷机及系统集成、洁净氢能源领域，曾负责主持多项国家及中科院重点低温工程。其中，由李青教授牵头研发的国家重大科研装备项目 “250W 液氦温区制冷机”，作为我国首套完全实现国产化的液氦温区低温设备，成功填补国内该领域技术空白，为行业技术突破提供关键支撑。
李青教授的技术积淀与厉彦忠教授团队的研究成果形成协同互补，不仅为我国低温与液氢技术迈向自主可控、国际先进水平筑牢基础，更向我司科洛超低温技术团队提供了强有力的研发支撑，显著提升了我司在液氢制储关键技术领域的核心竞争力，为技术突破奠定坚实基础。
在当前液氢规模化制取的技术探索中，经过数年的行业验证与迭代，已形成三大基本的技术路线，分别是 汉普逊-林德工艺、逆布雷顿工艺与克劳德工艺。
汉普逊-林德工艺是最基本也是最简单的氢气液化方法。基本原理就是焦耳-汤姆孙（J-T）效应。J-T系数为正时，气体在真空中自由膨胀，压力下降，温度也随之下降。但是由于氢气在1Bar的常压下逆变温度为200K（-73°C），远低于常温，即在常温下J-T系数为负，气体在真空中扩散，温度是上升的。在常压下必须先将温度降至200K以下，才能实现正系数的J-T膨胀。由于逆变温度与压力相关，通常会对氢气进行压缩。
所以汉普逊-林德工艺需要分为两步，先将氢气预冷，再通过J-T膨胀进一步冷却并液化。氢气预冷一般是通过液氮由热交换器来实现的(液氮的沸点是77K/-195°C）。经过几个循环的热交换，氢气被充分冷却至低于逆变温度后再通过膨胀阀（节流阀）实现等焓J-T膨胀，最终将氢气液化。J-T膨胀将一部分氢气液化，未被液化的氢气返回前面的冷却环节与气化氢气混合循环使用。
尽管汉普逊-工艺原理简单和可靠，但是效率不高，整个流程处理复杂。所以目前工业界会倾向于采用其他效率更高的氢气液化过程。
逆布雷顿循环是一种热力学循环，是喷气发动机和电厂的燃气轮机的工作原理。通过使用氦气作为制冷剂，逆布雷顿循环也可以用于液氢的生产，由于氦气的液化温度要低于氢气，可以先将氦气冷却至低于氢气的液化温度，再通过换热器将氢气冷却并液化。氢气可以通过液氮预冷以减少压缩机做功。
逆布雷顿的好处是氢气的工作压力相对较低，一方面压缩机的尺寸（氢气压缩机，非逆布雷顿制冷循环的氦气压缩机）可以缩小，氢气管路的管壁相对也不需要太厚，另一方面也更加安全可靠。
逆布雷顿目前主要应用于实验室规模的制氢，还没有应用于大型的商业制氢工厂。
为了提高效率，大型的液氢工厂普遍采用克劳德工艺。克劳德工艺通过引入膨胀机可以在J-T膨胀（与汉普逊-林德第二阶段相同）之前获得更低的温度，从而提高转换效率。由于氢气预冷可以通过膨胀机的制冷功能实现，理论上甚至可以不使用液氮，但是研究表明通过液氮提供辅组冷却可以进一步提高效率。
克劳德工艺的基本过程如下图所示，氢气经压缩后通过几级热交换器预冷，膨胀机安装于热交换机之间。一部分压缩氢气进入膨胀机进行冷却，冷却后的氢气于J-T膨胀后未被液化的冷却氢气混合，再通过热交换器对剩余部分(未进入膨胀机的)压缩氢气进行冷却。通过级联热交换器充分预冷的氢气进入节流阀，通过正系数的J-T膨胀实现氢气的进一步冷却及最终的冷凝。理论上膨胀机也可以直接实现氢气的冷凝，但是实际应用时冷凝的液体可能会损坏膨胀机，所以还是要通过J-T膨胀来实现最终的氢气液化。
汉普逊-林德工艺以 “节流降温” 为核心，凭借结构简单、运维成本低的优势，在小规模液氢场景中应用广泛；
逆布雷顿工艺依托 “气体膨胀制冷 + 高效回热” 的组合逻辑，低温制冷效率突出，更适配对能耗敏感的中大型项目；
而克劳德工艺则创新性融合 “节流 + 膨胀机” 双重制冷机制，在效率、稳定性与规模化适配性上实现了平衡，成为当前大规模液氢制取的重要方向。
从能耗与产能维度考量，克劳德工艺是当前最具产业化价值的技术路线。
我司团队采用的 “改进型克劳德工艺”，核心特征在于以全氢透平环境为基础、融入液氮预冷技术，形成适配规模化生产的氢液化技术路线，其具体流程如下：首先，气态氢经压缩机压缩增压，再通过换热器降温实现等温压缩；随后，利用液氮将氢气预冷至 80K。预冷后的氢气进入多级氢透平膨胀机完成透平膨胀，温度进一步降至 30K 左右，最终通过节流膨胀至 20K，实现液化。
相较于其他工艺路线，该技术优势显著：不仅在能耗控制与日液化量方面达到国际一线水准，更因无需依赖稀有氦介质，大幅降低了原料成本与供应链风险，进一步提升了整体工艺的经济性与可行性。
如果说克劳德工艺的技术原理是 “蓝图”，那么支撑这套蓝图落地的，就是一个个精密的核心部件。实现改进型带预冷克劳德循环需要的设备包括膨胀机、低温调控阀、压缩机，换热器，各类管路与液氢收集储罐，阀门与仪表系统，控制与分析系统等。目前我司已攻克多个关键部件的技术难关，下文将围绕这些突破部件，一方面分析行业现有技术水平，另一方面详解我司的具体技术成果。
氢透平膨胀机是氢液化系统中的核心设备。压缩后的氢气在膨胀机中膨胀，带动膨胀机叶轮高速旋转对外输出能量，同时令自身温度降低，获得冷量，因此转子-轴承系统能否稳定运转直接决定了整个液化系统。项目透平膨胀机流量可达1000g/s，叶轮直径大于80mm，轮周线速度大于300m/s，主要技术优势体现在透平叶轮、轴向力平衡和气体轴承的设计方面。
透平叶轮设计难点主要在于需要统筹转速、流量、压力等因素，根据工况温度，叶轮边缘线速度接近气体声速，需要从设计角度在保证平稳运行的情况下，尽可能消除膨胀机转子的高应力，误差要求在微米级。透平膨胀过程会经历全压启动、紧急停车、回流阀全开等恶劣工况, 高循环压力、高膨胀比增加了轴承负载，需要消除或平衡轴向力荷载。由于氢气密度小、粘度低等特性，氢气体轴承支撑力小，与氦气轴承差异很大，氢气体轴承不稳定性较大。此外，降温过程中的多级膨胀机之间的性能匹配较复杂，对理论设计、工艺结构和设备调教能力要求较高。
科洛超低温优势：我司目前掌握了氦气和氢气的气体透平膨胀机的整机设计技术，根据公开信息查询，目前国内部分企业基本掌握氦循环透平膨胀机技术，但尚未发现可产业化落地的氢透平膨胀机技术，而我司团队于2021年就已完成国内首套全氢低温高速工况的实验运行，并取得圆满成功。
凭借这一独步行业的技术优势，科洛超低温在国内氢透平膨胀机领域实现了 “从 0 到 1” 的跨越式破壁 —— 不仅打通了该设备从技术图纸走向工业实景的关键通道，更以自主研发的硬实力，直接瓦解了国外企业在该核心设备领域长期筑起的技术壁垒与市场霸权。
这一突破不再是简单的 “补位”，而是对国内液氢核心装备产业话语权的重新定义，让科洛超低温成为推动国内氢透平膨胀机技术摆脱 “跟随式发展”、迈入 “自主定义标准” 新阶段的领军者，彻底改写了该领域长期由国外企业主导的产业格局。
低温调控阀是液氢液氦低温制冷系统中的核心部件之一，属于国际控制进口的部件。低温调节阀需要克服氢脆和长时间低温工况的连续工作，是实现低温系统回路控制的最重要的执行部件。
科洛超低温优势：我司团队自主研发的低温调控阀，可以实现关键性能指标的精准把控：漏热性≤1.5W@20K）、整体密封特性≤1×10-9Pa.m3/s，静态偏差≤±0.6%，调节时间≤1.0s，运行寿命10万次以上，在运行稳定性、响应快速性、密封性能及工作寿命四大核心维度也均展现出行业领先优势，彻底打破了该类部件依赖进口的被动局面。
此前，国外企业长期在该领域牢牢把控技术话语权、垄断市场供给，让国内同行始终面临 “技术卡脖子” 的被动局面。而我们科洛超低温的这一突破，不仅以完全自主研发的成果，精准填补了液氢技术自主化进程中的关键缺口，更用实打实的技术落地，充分彰显了我们在液氢研发领域的深厚积淀。
将常温氢气液化要移除三部分的热量：1）常温氢气冷却至沸点散发的热量；2）氢气冷凝液化所释放的热量；3）正仲氢转化释放的热量。氢分子由两个氢原子组成，但两个原子核自旋方向不同，存在着正、仲两种状态。两个原子核自旋方向相同的是正氢，两个原子核自旋方向相反的是仲氢。
正仲氢状态随温度变化而变化。随着温度的降低，正氢向仲氢转化，使仲氢的平衡浓度增加，随之释放出转化热。由于该转化热高于氢气的汽化潜热，所以很容易引起液氢汽化。在采用标准态氢气（正氢占比75%、仲氢占比25%）进行液化后，如不进行正仲态催化转化，一小时内释放的热量就足以使液氢挥发1%，且蒸发的氢气使储罐内压力迅速升高，使得液氢储存存在重大风险。
科洛超低温优势：针对正仲氢转化引发的液氢存储安全风险，我司团队创新研发正仲氢转化器流程设计技术：通过选用铁基催化剂，强化正仲氢转化过程与转化热的移出技术，最终实现技术水平对标国际先进标准，可稳定保障规模化生产场景下液氢仲氢含量达 95% 以上，彻底解决行业规模化生产中的核心安全与品质难题。
这一突破对科洛超低温而言，不仅是核心部件自主化征程中具有里程碑意义的关键一步，更是企业在低温装备领域实现从 “跟跑” 到 “领跑” 的跨越式技术跃迁，标志着科洛超低温彻底打破了国外技术的长期桎梏，以绝对的技术硬实力站上了全球低温装备领域的前沿高地，成为引领行业技术革新的标杆力量。
从国际技术封锁下的 “卡脖子” 困境，到自主掌握液氢制储全流程关键技术，我司科洛超低温的突破之路，既是我国氢能产业自主创新的缩影，更是技术团队与顶尖专家协同攻坚的成果。依托厉彦忠、李青两位教授的技术支撑，我们在液氢制取工艺上精准选择并优化 “改进型克劳德工艺”，无需稀有氦介质即可实现国际一流的能耗与日液化量；在核心部件领域，从攻克氢透平膨胀机高速稳定运转难题，到打破低温调控阀进口依赖，再到解决正仲氢转化的储存风险，每一项突破都填补了国内技术空白，构建起 “原理研发 - 部件制造 - 系统集成” 的完整技术链条。未来，随着这套自主技术在规模化液氢项目中的落地应用，不仅将大幅降低我国氢能产业的成本门槛，更将推动液氢在航天、交通、能源等领域的广泛渗透，为我国实现 “双碳” 目标与能源结构转型提供坚实的技术保障，真正打破国际垄断，让国产液氢技术在全球竞争中占据一席之地。
我司科洛超低温在这些关键部件上的系统性技术突破，不仅构建起从 “原理研发 - 部件制造 - 系统集成” 的完整技术链条，更从源头保障了液氢规模化生产的安全性、稳定性与经济性，为我国氢能产业突破技术瓶颈、迈向高质量发展筑牢了坚实的技术根基，也为液氢技术在航天、交通、能源等多领域的产业化应用提供了有力支撑。
未来，随着氢能产业向更广阔场景延伸，我们将持续聚焦核心设备的自主研发与制造升级，不断打磨部件性能、优化系统集成能力，以更高效、更可靠的液氢装备解决方案，助力氢能从 “技术可行” 迈向 “产业可控”，在推动行业发展的同时，也为自身构筑更深厚的技术壁垒与市场竞争力。
关于技术落地的具体成果：下一篇我们将带大家直击我司目前的核心产品成果，深入介绍 “小型氢液化器” 和 “5TPD 工业级大型氢液化器” 的规模化优势，敬请期待。
编辑：科洛超低温