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复叠制冷系统技术进展

摘要：制冷技术在人类生产生活中发挥着重要的作用。在低温制冷领域，多

级压缩式制冷循环由于温度过低无法保证生产的顺利进行，此时需要采用复叠制

冷，其是利用高温级的冷量承担低温级的冷凝负荷从而获取较低温度的低温制冷

技术，且因复叠制冷可灵活选用制冷剂、压缩机体积较小等特点广泛应用于食品

冷冻冷藏等领域。

关键词：复叠制冷系统；制冷剂工质对；系统优化；复合制冷

Technicalprogressofoverlappingrefrigerationsystem

Abstract:Refrigerationtechnologyplaysanimportantrolein

humanproductionandlife.Inthefieldoflowtemperature

refrigeration,themulti-stagecompressionrefrigerationcyclecannot

guaranteethesmoothprogressofproductionbecausethetemperatureis

toolow.Inthiscase,itisnecessarytoadoptmultiplerefrigeration,

whichusesthecoolingcapacityofhightemperatureleveltobearthe

condensingloadoflowtemperaturelevelsoastoobtainthelow

temperaturerefrigerationtechnology.Inaddition,itiswidelyused

infoodrefrigerationbecauseofitsflexibleselectionof

refrigerantsandsmallcompressorvolume.

Keywords:overlappingrefrigerationsystem;Refrigerantworking

mediumpair;Systemoptimization;Compositerefrigeration

引言

制冷机，或者说制冷系统，最重要的目的就是产生制冷作用，达到制冷效果。

现如今各行业各领域对制冷温度的要求不同，与此同时涉及的制冷循环方式也就

相应不同。单级压缩制冷可达到温度在-35℃至-40℃，双级压缩制冷可达到温度

-40℃至-80℃。如果还需要进一步达到更低温，对制冷循环方式就需要更深的强

化，改进和组配。科研和生产对低温的要求越来越高，如需要-70℃至-120℃的

低温箱、低温冷库等，要想得到最低点的蒸发温度，目前一般采用中温制冷剂的

双级压缩制冷装置，但这套系统的蒸发压力过低，给系统设计带来了一系列的限

制问题。如果需要低于-70℃的蒸发温度，势必要使用低温制冷剂。低温制冷剂

在常压下的蒸发温度较低，从而使低温下的蒸发压力得到提高。但低温制冷剂要

求较低的冷凝温度，用一般的空气冷却或水冷是无法将低温制冷剂凝结成液体的，

必须用另一种制冷剂来冷凝低温制冷剂，双制冷剂的制冷系统应运而生。

1复叠系统制冷剂选择依据

在复叠式制冷系统中，制冷剂的选择依据主要遵循以下几点：（1）高温级

使用中温制冷工质，低温级使用低温制冷工质。无论是中温制冷工质还是低温制

冷工质，都要重点关注其环保、安全以及节能特性；（2）制冷工质应与制冷系

统设备、阀件和管路的材质相兼容；（3）制冷工质应具有化学稳定性，也要考

虑其与润滑油的互溶性。

2复叠制冷系统技术进展

2.1冷凝蒸发器

复叠式制冷系统通过冷凝蒸发器将较大范围的总温差分割，冷凝蒸发器作为

高温段的蒸发器和低温段的冷凝器，是复叠制冷系统的重要部件之一。盘管式、

壳管式和套管式换热器均在19世纪初开始应用，在20世纪初发展尤为迅速。盘

管式换热器占地面积小，换热效率高，但其结构复杂，检修、清理较困难。壳管

式换热器结构简单，但其制冷剂充装量大。套管式换热器不仅结构简单且可自如

增减传热面积，传热效率高，但检修、清洗和拆卸较为困难，焊接处容易出问题，

其可在管内使用有毒制冷剂，以降低泄漏的风险。19世纪末板式冷凝蒸发器被关

注，20世纪30年代受到广泛应用，具有传热系