在复叠式制冷系统中尚有一种特殊的形式，称为自动复叠制冷。这种系统中充灌了两种制冷剂，如R23和R22，它们在相同的冷凝压力和蒸发压力下工作，因而在系统中只需要一台压缩机。制冷系统利用了R23的冷凝温度远低于R22的冷凝温度这一特性。
自动复叠制冷系统采用一个普通低温压缩机制取很低的温度，其奥妙在于“一级压缩，多级复叠，自动分离”，即混合工质一次压缩后，在多级复叠管路中的多个冷凝蒸发器中逐级分离，使沸点最低的制冷剂进入蒸发器，制取预定的低温。最简单的自动复叠制冷循环系统图如图2-2所示。当混合的制冷剂进入冷凝器时，
通常的冷却水温度(或空气温度)不足以使R23冷凝，故R23仍保持气体状态。气态的R23进入冷凝蒸发器中，该处的温度低至可使R23冷凝成液体，再经过节流阀进入蒸发器蒸发实现低温制冷。对于R22,由于其冷凝温度较高，在冷凝器内被冷却水(或空气)冷凝成液体，冷凝液体经节流阀后进入冷凝蒸发器，产生较低的温度使R23冷凝成液体。制冷剂R22吸收了R23冷凝时放出的热量变成蒸气，与来自蒸发器的R23蒸气相汇合，进入压缩机中。严格地讲，在R23的回路中混有少量的R22，在R22的回路中也混有少量的R23。自动复叠制冷循环实际上也就是制冷原理中的分凝循环。分凝循环有单级分凝和多级分凝循环。
一、单级压缩一次分凝循环
用R22/R23混合工质的单级压缩一次节流制冷机的系统图。在压缩机A中压缩后的蒸气排到冷凝器B，在这里大量中温组分R22及少量低温组分R23组成的冷凝液体经储液器C和节流阀D到达冷凝蒸发器蒸发；而大量低温组分R23及少量R22组成的未冷凝蒸气，由冷凝器上部引入冷凝蒸发器E，在这里被管内蒸发的液体冷凝。冷凝液流入储液器F，然后由下部引出经节流阀I去蒸发器H蒸发制冷。为了减少损失，在系统中还装设了一个回热器G。 虽按单级压缩循环工作，但由于引入了低温制冷剂R23及采用了分凝过程，从而可以达到比较低的蒸发温度，其温度范围低于采用纯工质的两级压缩循环。同时因为蒸发器中R23的液体（含少量R22）蒸发，其蒸发压力较一般的中温制冷剂高，改善了压缩机的工作条件。上述优点在应用纯工质的常规制冷系统中是无法实现的。
二、单级压缩两级分凝循环
应用混合工质单级压缩一次分凝循环可得到较低的温度，但是这种循环的效率还不很高。因此提出了单级压缩多次分凝混合工质循环(图2-4)。这种循环是基于同一台压缩机实现复叠循环的思想，在它的换热器中，混合工质的冷凝与蒸发有最合适的温差及焓差，同时也消除了常规复叠式循环的级间损耗，因而效率较高。单级压缩两次分凝循环系统中设有一个冷凝器及两个冷凝蒸发器。压缩气体先进入冷凝器中冷凝，然后进入气液分离器被分为气态和液态两部分。其中含大
量R22及少量R23的液体经节流阀减压降温，进入套管式冷凝蒸发器的管间蒸发，用以冷却进入管内的混合气体，并使之分凝。管间蒸发的气体被压缩机吸入，管内的气液混合物则被引到气液分离器又分为气态和液态两部分。其中含较多量R23的及少量R22的液体经毛细管节流降压，进入管间蒸发，以冷却管内的混合气体。管间蒸发的气流被压缩机吸入;管内冷凝下来的液体已基本上是R23(含有微量R22)，经毛细管节流后进入蒸发器蒸发制冷。这个系统进入蒸发器的液体是经过两次气液分离后得到的，故在低温端不会出现油雾冻结而产生的液堵；同时，因吸气连续经过几个换热器，温度回升较高，使循环效率提高，压缩机也不会结霜。
三、自动复叠制冷循环系统及原理
超低温试验箱的自动复叠制冷循环实验原理，R22/R23混合工质从压缩机高压排出，在冷凝器中被部分冷凝。由于制冷剂R22、R23的沸点不 同，在冷凝器中大部分高沸点组分R22被冷凝成液体，制冷剂中大部分低沸点组分R23仍然为蒸气，混合制冷剂进入气液分离器中。在气液分离器中，由于气液分离器的截面积比管路的截面积大得多，致使制冷剂流速骤降，在减速和转向的双重作用下，制冷剂分为R23含量少的液体和R23含量多的蒸气，其中制冷剂液体部分经过一级节流装置后，与从蒸发器出来的温度较低的蒸气混合进入冷凝蒸发器E并和主要成分为R23的蒸气部分进行热交换。主要成分为R23的蒸气被冷凝为液体后，经二级节流装置进入蒸发器进行蒸发制冷。最后，从蒸发器出来的低沸点组分与从一级节流装置出来的高沸点组分混合后进入压缩机，从而完成整个循环。
四、自动复叠制冷循环的优点及应用领域
自动复叠制冷循环充分利用了非共沸混合工质的特性，从以下几方面可以看出，与经典复叠制冷循环相比，该循环的采用是一个重大的改进。 首先，它可以提高系统的热力学效率。在逆流热交换器中，假如其中流动的是纯质，因为冷热流体的热容不同造成热交换器两端温差不同，最终导致了系统有较大的熵差。而如果在热交换器中流动的是非共沸混合工质，其变温特性使得它与变温热源之间可实现最佳的温差匹配，有效地改变了循环中高低压气流的水当量匹配，减少回热损失，改善热交换器中温度分布，减少了由温差引起的不可逆损失，降低了节流前的温度，大大减少了节流损失，从而使系统的熵增减少，系统的效率得到提高。
其次，自动复叠制冷循环具有良好的适应性，在对硬件部分不做重大改变的情况下，通过选择合适的混合物组成，不但可以获得从-40℃~ -180℃较广的制冷温度区间，而且可以采用对臭氧无破坏作用的绿色工质，满足环保的需要。
其三，充分利用了混合物热物性的特点使其具有优于其它低温制冷器的许多优点，增大制冷能力、降低运行压力，减少降温时间。
此外，自动复叠制冷循环由于采用单级油润滑制冷压缩机，而且不需要油分离器，油分离装置是内含于气液分离器的。混合工质中较高沸点的制冷剂与润滑油最好能够互溶，在气液分离后，含有大量高沸点组分的液体把润滑油带回到压缩机，系统中蒸发器不会因为滞留有大量的润滑油而使效率降低；而且低温端没有运动部件使其振动很小，结构简单紧凑，设计简单灵活，使其更具有高可靠性和低造价的特点。
自动复叠制冷循环系统与常规复叠制冷系统相比费用较低。常规复叠制冷循环需要几台压缩机串联达到制冷要求，而自动复叠制冷循环系统用一台压缩机，单级压缩就可以获得较低的制冷温度，从而降低了制造成本。
自动复叠制冷循环还可用一台压缩机得到多个不同的蒸发温度，作多种不同的用途。当蒸发冷凝器中的冷量不完全用来冷却含较多低沸点的制冷剂蒸气时，剩余的一部分冷量可以用于其他温区的制冷。
下一个：