復疊式VS自復疊式制冷系統詳解

要想制取-60℃以下的低溫，只能采用復疊式制冷循環。根據系統所需制冷量及使用空間大小等條件的不同，復疊式循環又能細分為復疊式制冷和自復疊式制冷：本期將對這兩類系統進行具體介紹。

01 復疊式制冷系統

一、工作原理：復疊式制冷循環指的是將所要求達到低溫的總溫差分割成兩段或若干段，每段選用性質相宜的制冷劑循環（如R404A高溫級+R23低溫級）。高溫級循環通過蒸發冷凝器為低溫級提供冷源，低溫級循環進一步降溫，最終實現-60℃至-150℃的超低溫環境。

低溫級部分

原理：低溫級采用低沸點制冷劑，在較低溫度下蒸發吸熱實現制冷。其蒸發溫度可以達到-80℃甚至更低，滿足深冷要求。

流程：低溫級壓縮機將低溫低壓的制冷劑蒸汽吸入并壓縮為高溫高壓的過熱蒸汽，之后進入與高溫級蒸發器相連的冷凝蒸發器，被高溫級制冷劑冷卻冷凝成高壓液體。高壓液體經節流閥節流降壓后變為低溫低壓的濕蒸汽，進入蒸發器，在蒸發器內吸熱蒸發為低溫低壓的蒸汽，再被壓縮機吸入，完成循環。

高溫級部分

原理：高溫級采用較高沸點的制冷劑，在相對較高溫度下運行，主要負責將低溫級傳遞的熱量散出，確保低溫級正常工作。

流程：高溫級壓縮機將從蒸發器出來的低溫低壓制冷劑蒸汽壓縮成高溫高熱的過熱蒸汽，然后排入冷凝器，在冷凝器中與冷卻介質（如水和空氣）進行熱交換，被冷卻冷凝成高壓液體。高壓液體經節流閥節流降壓后變為低溫低壓的濕蒸汽進入蒸發器，在蒸發器內吸收低溫級冷凝蒸發器放出的熱量而蒸發為低溫低壓的蒸汽，再被高溫級壓縮機吸入，繼續循環。

二、復疊系統優勢：

①超寬溫域：突破單級制冷極限，輕松應對低溫需求；

②高穩定性：雙系統獨立運行，故障率低，適合連續作業；

③能效優化：分級制冷減少壓縮比，降低能耗20%-30%。

三、復疊系統劣勢：

①結構復雜：需要配置雙壓縮機、雙膨脹閥，占地面積大；

②成本較高：設備初投資及維護費用高于常規機組；

③啟動時間長：需逐級降溫，不適合頻繁啟停場景。

四、應用范圍：和自復疊式制冷系統相比，復疊式制冷系統適用于制冷量需求較大，且空間較為寬裕的場所。該系統適合應用于低溫冷凍冷藏（比如儲藏生物樣本和特殊藥品的超低溫冷庫）、航空航天、新能源等領域。

02 自復疊式制冷系統

一、工作原理：自復疊式制冷指的是利用非共沸混合工質在相同壓力下沸點不同的特性，用一臺壓縮機對兩種或兩種以上的制冷劑蒸汽進行壓縮。具體步驟如下：

①壓縮：壓縮機將混合制冷劑蒸汽壓縮，使其壓力和溫度升高。

②冷凝與分離：高溫高壓的混合制冷劑進入冷凝器，高沸點制冷劑在此冷凝為液態，低沸點制冷劑仍為氣態，氣液混合態隨后進入氣液分離器，實現高沸點液態工質和低沸點氣態工質的分離。

③蒸發冷凝：高沸點液態工質經節流閥節流后進入冷凝蒸發器蒸發吸熱，為低沸點氣態工質提供冷量使其在冷凝蒸發器中冷凝成液態。

④低溫制冷：低沸點液態制冷劑經節流閥節流后進入蒸發器，在蒸發器內蒸發吸熱，實現與低溫制冷，蒸發后的低沸點制冷劑蒸汽與未冷凝的高沸點制冷劑蒸汽混合后被壓縮機吸入，進入下一個循環。

二、自復疊系統優勢：

①結構緊湊：單機集成設計，能節省50%的安裝空間；

②快速制冷：混合制冷劑協同作用，提升了降溫速度；

③環保節能：天然制冷劑占比高，GWP值低，符合碳減排趨勢。

三、自復疊系統劣勢：

①溫度下限受限：低溫場景需要配合輔助制冷；

②混合比例敏感：制冷劑配比失衡會導致能效下降；

③維修專業性高：需要使用專用設備回收分餾制冷劑。

快速溫變濕熱試驗箱是指對樣品接解到的可能導致過早故障的氣候、熱力或機械應力進行篩查的方法，比如：可以發現電子模埠設計、料材或生產中的缺點。應力篩選（ESS）技術可以在研制和生產階段發現早期故障，減少由于設計選型錯誤或制程工藝不良引起失敗的風險，大大提高產品可靠性。通過環境應力篩選可以找出已經進入生產測試階段的不可靠的系統。它已經作為質量改進的一種標準方法，有效延長產品的正常工作壽命。SES系例具有制冷、加熱、和除濕、加濕（濕度功能僅SES系例）自動調節功能，主要用于溫度應力篩選，同時也可以用于傳統的高溫、低溫、高低溫循環、恒定濕熱、交變濕熱、溫濕度組合等環境試驗。

滿足電子設備產品應力篩選、無鉛制程、MIL-STD-2164、MIL-344A-4-16、MIL-2164A-19、NABMAT-9492、GJB-1032-90、GJB/Z34-5.1.6、IPC-9701...等試驗要求。注：溫濕度分布均度測試方法依照內箱離各邊1/10距離有效空間量測(GB5170.18-87)

快速溫變濕熱試驗箱技術規格：   SES單位：帶濕度：    SEA單位：不帶濕度