随着低温科学与超导技术的持续进步，其在尖端领域如核聚变实验平台、超导储能电站及航空航天工程中的应用日益深化，进而催生了对高效低温制冷解决方案的迫切需求。在这一背景下，铝质板翅式换热器凭借其卓越性能，在低温过冷系统中崭露头角，成为关键技术组件之一。本文详尽阐述了铝质板翅式换热器在核能领域低温过冷系统中的创新应用与设计策略，旨在为构建更大规模、超临界氦及过冷氦环境下的低温制冷系统提供设计蓝图与运行优化路径，奠定坚实的理论基础与实践指导。
铝制板翅式换热器结构：
板翅式换热器是由翅片（或导流片）、封条和隔板（或侧板）组成一个夹层，称为通道，然后将各个夹层进行叠加或适当排列，构成许多平行的通道，钎焊成整体，就是一组板束，再配上流体出入的封头，就成为完整的板翅式换热器。
翅片是铝制板翅式换热器的基本元件，主要分为锯齿型、多孔型、平直型、波纹型等几个类型，具有实现流体之间热传导的作用。导流片一般为多孔型翅片，主要起流体进出口的导向作用。封条主要分布在换热器的四周，起封闭和支撑各通道的作用。隔板是二层翅片之间的金属平板，其在母体金属表面覆盖有一层钎料合金，在钎焊时合金熔化而使翅片、封条与金属平板焊接成一体。
传热机理：
铝制板翅式换热器的传热主要靠翅片来完成，只有小部分由隔板直接完成的。由于翅片不能直接将能量从热流体传递给冷流体，故翅片有二次表面换热之说，一般情况下，翅片的二次表面换热的效率比一次表面换热的效率要低很多。
应用：
铝制板翅式换热器具有结构紧凑、设备轻、传热效率高等优点，目前，已广泛应用在空分、天然气液化和分离、液氮洗、油田气和合成氨生产、航空、汽车、制冷、空调等领域。随着我国液氦低温、超导技术的不断发展，铝制板翅式换热器在氦低温系统中的应用也越来越广泛。
大型低温制冷系统是指制冷温度在20K以下，制冷量达到数百瓦以上的制冷系统。近年来，随着低温、超导等技术的不断发展，超导磁体在核聚变实验装置、高能粒子加速器、强磁场装置等大型工程研究领域的应用越来越广泛。同时，低温制冷系统在超导储能电站、超导运输系统、超导电力系统、航天航空等方面也得到了广泛应用。
目前，国内普遍采用4.5K超临界氦迫流冷却来增加超导磁体运行的温度裕度和磁场强度，以提高系统的稳定性。近年来，中国科学院等离子体所针对氦低温过冷系统做了大量实验和研究，并建立了氦低温过冷系统测试研究实验平台，自行设计建造500W/4.5K氦制冷机和2.5kW/4.5K氦制冷机。
板翅式换热器的翅片可根据使用场合选择合适的翅型，应综合考虑设计压力、流体状态、允许压降、流量等因素。一般来说，冷热流体的温差较小或介质状态为气相时，宜选用锯齿型翅片；冷热流体的温差过大时，宜选用平直型翅片；在传热过程中，发生相变或介质状态为液相铝制板翅式换热器在氦低温过冷系统中的应用时，宜选用多孔型翅片。
由于介质均为氦气，状态为气相，故该板翅式换热器的翅型选用传热效率高的锯齿型翅片，具体参数如下。翅高：9.5mm；齿距：1.4mm；翅厚：0.2mm；当量直径：2.125mm；通道截面积：0.00797m2；传热面积：15m2。
铝制板翅式换热器是一种换热效率高、结构紧凑的换热器设备，具有体积小、质量轻、单位体积换热面积大等优点，能满足氦低温过冷传热要求。
在满足氦低温过冷传热要求下，要求我们合理结合换热能效和压降，设计出最优方案，即在满足传热和压降的情况下，优化方案，减小换热器体积，从而减小氦低温过冷系统冷箱的体积，减少成本和占地面积。
氦低温过冷系统一般采用的真空绝热，这就要求氦低温系统冷箱内的铝制板翅式换热器具有极低的泄露率，通过优化钎焊工艺，可以不断提高铝制板翅式换热器钎焊质量，降低换热器的内外泄露率，保证换热器的可靠性。
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