“500W/4.5K氦制冷机研制”作为ADS先导专项子课题，用于ADS嬗变系统超导腔及超导磁体的测试。超导直线加速器是“未来先进核裂变能”ADS 嬗变系统先导专项的重要任务，低温系统则担负着超导腔的垂直测试、水平测试与超导磁体的测试，是该项任务中必不可少的组成部分。

中国科学院战略性先导科技专项“未来先进核裂变能——ADS嬗变系统”项目二“500W/4.5K氦制冷机研制”子课题由中国科学院等离子体物理研究所低温工程与技术研究室承担完成。课题团队历时两年时间，在国产化、标准化大中型液氦温区制冷机的研制上取得了标志性的进展，500W/4.5K氦制冷机的液化率达到165L/h，4.5K下的当量制冷量达到550W，并在室外温度38℃环境下连续稳定运行10天。

课题团队利用低温制冷机设计软件与编写程序对系统进行热力循环计算与流程设计，完成了各部件基本参数计算与工艺流程设计；完成了制冷机冷箱的设计、加工以及冷箱内部换热器、吸附器、配管的安装与集成；完成了真空系统的设计与安装；进行了氦制冷压缩机与除油系统设计和建设，调试完成氦压机系统、除油系统，经过多轮调试，出口氦纯度达到设计要求；进行了透平系统的设计，完成了气体轴承透平及其控制系统的安装与调试；采用模块化的方法进行控制系统设计，基于PLC自行设计控制软件；最终完成了整个系统集成与多轮的80K、4.5K低温调试及制冷量与液化率测试，达到设计参数与技术要求。

该子课题完成的500W/4.5K氦制冷机，性能与功能达到国外产品的同等水平，在4.5K温区下当量制冷量达到500W，同时具备氦液化和制冷功能。提供80K接口，4.5K、20K、80K回气口。操作简单方便，易维护。经过多轮调试和系统改进，最终现场测试结果显示：500W/4.5K氦制冷机的液化率为165L/h，连续运行超过72小时。氦制冷机在室外温度38℃环境下连续稳定运行10天，在制冷模式下测试的制冷量达到了550W，实现了在液化模式与制冷模式下参数调节的自动控制与安全保护。

大功率多功能氦制冷机是低温系统中的核心设备，目前国际上被德国和法国的两家公司垄断，价格昂贵，生产周期长。ADS 500W/4.5K氦制冷机在液化模式下的液化率与制冷机效率均达到了国外同制冷量级的氦液化器水平，且经济成本较之国外同类产品具有突出优势，对处于垄断地位的国外制冷机生产公司具有牵制作用。500W/4.5K 氦制冷机的研制成功及通过测试，标志着我国已具备自主设计建造标准化大中型氦制冷机的能力，为大中型氦制冷机的国产化、市场化奠定了基础，增强了我国在低温工程技术领域的自主创新能力。

专家简介

张启勇，1971年生，研究员，中国科学院等离子体物理研究所低温工程与技术研究室主任，EAST超导托卡马克低温系统负责人，中国制冷学会高级会员。主要研究方向为大、中型氦低温系统的设计与优化研究，大、中型氦制冷机设计研究，低温超导磁体的超临界氦迫流冷却与测试技术、低温关键设备的设计研究，聚变装置中的低温技术等。曾获得国家科技进步奖2项（集体奖），发表论文10余篇。

长期从事氦低温系统与低温关键技术的研究、设计及工程建设工作，是EAST超导托卡马克低温系统的主要设计与建设者，负责EAST超导托卡马克低温系统的运行与优化。组织完成了中国科学院创新方向性项目“EAST低温系统氦透平膨胀机关键技术研究”，成功研发出可代替俄罗斯透平的改进型油气轴承氦透平膨胀机，应用到EAST装置低温系统中；负责完成中国科学院重大科技基础设施维修改造项目“EAST低温系统维修改造”；负责完成EAST高温超导电流引线阀箱改造设计，负责完成了EAST内置低温泵、小球注入、中性注入低温系统的设计与建设。近年来，作为负责人完成了中国科学院战略性先导科技专项“未来先进核裂变能——ADS嬗变系统”项目二“500W/4.5K氦制冷机研制”子课题、中国科学院修购专项“氦低温过冷测试研究平台”等。曾于2010年受中日核心大学项目（CUP）计划资助赴日本NIFS进行国际交流，共同开展“超导托卡马克磁体低温系统优化研究”。

项目团队简介

中国科学院等离子体物理研究所低温工程与技术研究室于2005年自行设计建造了东方超环（EAST）托卡马克装置2kW@4.5K氦低温系统，并负责低温系统的运行和维护，多年来形成了一个具有丰富工程经验的低温技术研究团队。研究室共有研究与工程技术人员31人，其中正高2人、副高9人，另有10余名博士和硕士研究生参与聚变堆低温关键技术研究工作。