随着超低温技术与超导研究的快速发展，其在核聚变装置、超导储能系统及航空航天等领域的应用不断拓展，促使高效低温冷却设备的需求持续增长。在此背景下，铝制板翅式换热器凭借其高紧凑性与优异的热交换性能，逐渐成为超低温冷却系统的核心组件之一。

此类换热器的紧凑化设计可追溯至20世纪30年代，国外率先通过钎接技术实现规模化生产。我国于20世纪70年代突破技术壁垒，成功研制出高性能铝制板翅式换热器。历经多年技术迭代与创新，国内相关设计与制造工艺已跻身国际前列，为铝制板翅式换热器在极端低温环境下的稳定运行提供了坚实保障。

1.1 铝制板翅式换热器的结构特性

铝制板翅式换热器由翅片（或导流片）、封边条及隔板（侧板）三大核心部件构成。通过多组夹层通道的精密堆叠与有序排列，形成复杂的并行流体路径，再经高温钎焊工艺将各组件熔接为一体化板束结构，最终与定制化流体进出口封头配合，组成完整的换热装置。翅片作为核心传热单元，其形态涵盖锯齿状、多孔型、平直式及波纹型等多种设计，显著增强了流体间的热交换效率。导流片通过多孔结构精准调控流体分布，优化流动均匀性；封边条则用于密封通道边缘并强化结构稳定性；隔板作为支撑骨架，表面涂覆钎料合金，在高温钎焊过程中实现各部件的高强度连接。

1.2 热传递机理分析

该换热器的卓越性能源于翅片主导的二次表面传热机制。尽管隔板参与部分热量传导，但翅片通过扩展传热面积与扰动流体边界层，间接促成冷热流体间的能量交换。虽然二次传热效率较直接接触的一次表面略低，但其密集分布与多样化形态设计可显著提升整体传热效能，从而实现高效能量传递。

2 铝制板翅式换热器在氦低温制冷系统中的应用

2.1 氦低温制冷系统的技术演进

大型超低温制冷系统需在20K以下温区维持数百瓦级制冷能力，其发展深度关联超导技术的突破。超导磁体在核聚变装置、粒子加速器及强磁场实验装置中的广泛应用，进一步推动了低温制冷技术在超导储能、电力传输及航天热管理等领域的发展。为提升超导磁体的运行效率，国内普遍采用4.5K超临界氦强制冷却技术。以中国科学院等离子体物理研究所为例，其自主研发的500W/4.5K与2.5kW/4.5K氦制冷机组，为氦低温过冷技术的工程化应用奠定了重要基础。

2.2 板翅式换热器在2.5kW/4.5K氦制冷系统中的功能定位

氦低温过冷系统由制冷机组与过冷分配单元组成，其中2.5kW/4.5K氦制冷机采用液氮预冷结合双透平膨胀机的Claude循环方案。通过低温冷压缩机对液氦槽实施真空降压处理，系统可稳定输出3K级过冷氦。

该制冷流程中，高压氦气经水冷净化后进入冷箱，依次通过板翅式换热器HX1与液氮槽HX2完成80K温区的初步冷却，随后在HX3中进一步降温并分流至透平膨胀机与节流阀路径。透平T1、T2的逐级膨胀与板翅式换热器HX5的协同作用，确保氦气在低压侧实现深度冷却。主流程氦气最终经HX7、透平T3及HX8的多级降温与节流处理，以超低压力进入液氦槽。图1所示的冷箱流程清晰体现了板翅式换热器在热力学循环中的关键作用。

值得注意的是，该系统中除压缩机与膨胀机外，绝大多数换热单元均采用铝制板翅式结构。随着氦低温系统规模的扩大，进一步提升板翅式换热器的设计与制造水平已成为技术攻关的重点方向。

结论

1. 高效性与紧凑性优势：铝制板翅式换热器凭借高传热效率、轻量化设计及大比表面积特性，能够满足氦低温过冷系统的严苛传热需求。

2. 优化设计准则：在保证传热性能与压降限制的前提下，需通过多目标优化减小换热器体积，从而降低系统冷箱的占地面积与制造成本。

3. 工艺可靠性提升：针对真空绝热系统的低泄漏率要求，需持续改进钎焊工艺，严格控制换热器的内外泄漏风险，确保其在极端工况下的长期稳定性。