文献综述
1 引言
随着社会和科技的发展，多行业都对特定的低温环境有着需求。对于经典复叠循环，随着复叠级数的增加系统复杂度上升，系统制造难度和成本迅速提高，运行效率降低[1]，难以适用于小型制冷系统。
自复叠(Autocascade)制冷系统利用了非共沸混合工质在相平衡时气、液相成分不同的特点，通过冷凝器和气液分离器将高沸点工质和低沸点工质分离并进入两个制冷循环进行复叠制冷制取低温。此系统可通过一个压缩机实现制取-40℃至-150℃甚至更低温区的低温[2-3]。目前对于自复叠制冷循环的研究主要集中在两个方面：一是开发新型混合工质以提高效率，减小对环境破坏[4-6]。二是对于现有循环流程及装置的改进，如对混合制冷剂进一步精馏分离。
2自复叠制冷技术的发展
在20世纪30年代Podbielniak就提出复叠制冷循环的设想[7]。1959年苏联气体研究所的A .P . Klimeenko 教授采用碳氢化合物作制冷剂，通过单级压缩多级分凝产生超低温环境而成功地液化了天然气[8]。同一年Smith和Kennedy也提出了一种采用R12/R115混合制冷剂的自复叠循环系统。较为成熟的混合工质自复叠制冷系统提出于1970年代，80年代末美国 REVCO，公司利用自复叠循环原理研制出了-150℃的低温冰箱，申请了专利，并在 90 年代初投放市场。我国的一些企业与科研院所也研发了采用自复叠制冷循环的低温冰箱。自80年代起华中理工大学的李文林、华小龙对于混合制冷工质进行了研究[9]。上海理工大学联合海尔集团针对R600a/R23低温箱进行了研究,并且已经生产出正式产品[10]。此外，中科院低温中心，浙江大学低温研究所制冷技术研究所等科研单位也对自复叠制冷循环进行了大量的理论和实验研究[11-13] 。
3自复叠制冷循环的工作原理
自复叠制冷循环的基本原理为“一级压缩，多级复叠，自然分离”。自复叠制冷循环采用两种或两种以上组分的混合工质, 在循环中布置一个或多个气液分离器对混合工质进行分凝。当混合制冷工质进入分凝器时，由于冷却介质的温度不足以使低温制冷剂冷凝，低温制冷剂仍保持为气体状态。高沸点制冷剂在分凝器中已大部凝结为液体，遂进入节流阀节流后进入冷凝蒸发器制冷。同时低沸点制冷剂进入蒸发冷凝器后由于高沸点制冷剂制取的低温而冷凝为液体，再经过节流进入蒸发器就可制取所需的低温。
图3.1 自行复叠制冷循环系统
