單級(jí)壓縮節(jié)流制冷機(jī)作為一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠的制冷機(jī)，應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，但由于它使用的是單一制冷劑，循環(huán)的效率隨著制冷溫度的降低而降低。假如需要獲得比較低的蒸發(fā)溫度，例如在普冷領(lǐng)域，當(dāng)制冷溫度需要降到低于-60℃時(shí)，循環(huán)的效率接近零，這時(shí)則需要比較高的冷凝壓力，這樣對(duì)制冷設(shè)備的要求比較高，一般難以實(shí)現(xiàn)。在我們的學(xué)習(xí)過程中，也了解到了雙級(jí)壓縮和復(fù)疊式壓縮制冷循環(huán)，可以獲得比較低的蒸發(fā)溫度。也就是說復(fù)疊制冷系統(tǒng)可以通過增加級(jí)數(shù)來制取低于-60℃的溫度，但隨著級(jí)數(shù)的增加，系統(tǒng)的復(fù)雜性成倍增加，使得制冷循環(huán)變得復(fù)雜，設(shè)備成本也相對(duì)增加。那么如何解決這一問題，科學(xué)家們展開了一系列的研究。
于是科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，可以采用非共沸制冷劑。通過對(duì)制冷循環(huán)流程加以改進(jìn)，便可以在原有條件下獲得更低的蒸發(fā)溫度，不需增加額外的功耗，也無需很高的冷凝壓力。此循環(huán)為單級(jí)壓縮分凝循環(huán)。
單級(jí)壓縮分凝制冷系統(tǒng)又稱自然復(fù)疊制冷系統(tǒng)，是一種采用多元混合工質(zhì)的制冷系統(tǒng)，它使用單臺(tái)壓縮機(jī)，通過在相同壓力下制冷劑凝結(jié)溫度的不同，對(duì)制冷劑進(jìn)行分離、達(dá)到多級(jí)復(fù)疊的制冷溫度。
壓縮機(jī)將氣態(tài)混合制冷劑壓縮為高壓狀態(tài)，經(jīng)過冷凝器凝結(jié)后在精餾塔底部進(jìn)一步放熱，節(jié)流之后稍微降壓進(jìn)入精餾塔中部，在精餾塔中，混合的制冷劑經(jīng)熱質(zhì)交換分離成高沸點(diǎn)組分和低沸點(diǎn)組分兩部分。高沸點(diǎn)制冷劑已被冷凝為液體，連同一少部分被冷凝的低沸點(diǎn)制冷劑作為精餾塔的回流液經(jīng)塔底，節(jié)流后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，同時(shí)未被冷凝的低沸點(diǎn)制冷劑為氣態(tài)，從精餾塔頂部進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器中放熱，被冷凝為液態(tài)。此時(shí)高沸點(diǎn)制冷劑已經(jīng)完成任務(wù)，回到壓縮機(jī)中，低沸點(diǎn)制冷劑則經(jīng)過節(jié)流進(jìn)入蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，獲得了低沸點(diǎn)制冷劑所能達(dá)到的蒸發(fā)溫度。
可以看出，在蒸發(fā)器里蒸發(fā)的是低沸點(diǎn)制冷劑液體，在相同的蒸發(fā)壓力下，低沸點(diǎn)制冷劑將具有更低的蒸發(fā)溫度，從而實(shí)現(xiàn)較低的制冷溫度。如果采用單一低沸點(diǎn)制冷劑單機(jī)壓縮循環(huán)，則需要的冷凝壓力非常高，通常難以實(shí)現(xiàn)。在分凝循環(huán)中，低沸點(diǎn)制冷劑的冷凝是由高沸點(diǎn)制冷劑的蒸發(fā)來實(shí)現(xiàn)的，因而無需很高的壓力。所以，這為單機(jī)壓縮實(shí)現(xiàn)較低的制冷溫度提供了一種有效途徑。
單級(jí)壓縮分凝制冷系統(tǒng)使用混合工質(zhì)通過單臺(tái)壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)了多級(jí)復(fù)疊，可以制取-60℃以下的低溫，極大地簡(jiǎn)化了制冷系統(tǒng)。自然復(fù)疊制冷系統(tǒng)的研究最早始于1959 年，當(dāng)時(shí)前蘇聯(lián)的Klimeenko 教授采用碳?xì)浠衔镒髦评鋭眠@種系統(tǒng)來液化天然氣。到了本世紀(jì)七八十年代，由于能源、環(huán)保等因素，隨著對(duì)混合工質(zhì)研究的深入，各國(guó)科學(xué)工作者開展了對(duì)自然復(fù)疊循環(huán)的研究，在美國(guó)有多項(xiàng)有關(guān)自然復(fù)疊制冷系統(tǒng)的專利，美國(guó)REVCO 公司利用自然復(fù)疊循環(huán)的原理研制出了-150℃的低溫箱。由于自然復(fù)疊制冷系統(tǒng)具有比較大的工作溫度范圍，無論是在普冷領(lǐng)域還是在低溫電子、低溫醫(yī)學(xué)、冷凍干燥、氣體液化等低溫領(lǐng)域，都具有比較大的實(shí)用價(jià)值。
也就是說，在分凝循環(huán)過程中，必須要用到非共沸制冷劑。那么共沸制冷劑與非共沸制冷劑究竟有何區(qū)別呢？
查資料可知：共沸制冷劑是由兩種以上不同制冷劑以一定比例混合而成的共沸混合物，這類制冷劑在一定壓力下能保持一定的蒸發(fā)溫度，其氣液兩相沸混合物可以改善制冷劑的特性。以R5開頭。
而非共沸制冷劑也是由兩種以上不同制冷劑以一定比例混合而成的制冷劑，它在飽和狀態(tài)下，氣液兩相的組成分不同，低沸點(diǎn)組分在氣相中的成分總是高于液相中的成分。非共沸制冷劑在一定壓力下冷凝或蒸發(fā)時(shí)為非等溫過程，冷凝溫度和蒸發(fā)溫度都會(huì)發(fā)生變化，故可實(shí)現(xiàn)非等溫制冷。以R4開頭。
我想如果非共沸制冷劑在單級(jí)壓縮分凝循環(huán)中的應(yīng)用技術(shù)成功沿用的話，未來的某一天頂級(jí)養(yǎng)生儀零下100℃急凍箱，將會(huì)出現(xiàn)在我國(guó)各個(gè)大型醫(yī)院和養(yǎng)生會(huì)所，因?yàn)閮r(jià)格再也不會(huì)高達(dá)2000多萬元，而只會(huì)有一臺(tái)高端空調(diào)的價(jià)格。并且零下100℃急凍手術(shù)室也會(huì)應(yīng)用而生，那么許多心腦心管疾病也可以在這些手術(shù)室內(nèi)得以痊愈。
