復(fù)疊式VS自復(fù)疊式制冷系統(tǒng)詳解

要想制取-60℃以下的低溫，只能采用復(fù)疊式制冷循環(huán)。根據(jù)系統(tǒng)所需制冷量及使用空間大小等條件的不同，復(fù)疊式循環(huán)又能細(xì)分為復(fù)疊式制冷和自復(fù)疊式制冷：本期將對這兩類系統(tǒng)進(jìn)行具體介紹。

01 復(fù)疊式制冷系統(tǒng)

一、工作原理：復(fù)疊式制冷循環(huán)指的是將所要求達(dá)到低溫的總溫差分割成兩段或若干段，每段選用性質(zhì)相宜的制冷劑循環(huán)（如R404A高溫級+R23低溫級）。高溫級循環(huán)通過蒸發(fā)冷凝器為低溫級提供冷源，低溫級循環(huán)進(jìn)一步降溫，最終實(shí)現(xiàn)-60℃至-150℃的超低溫環(huán)境。

低溫級部分

原理：低溫級采用低沸點(diǎn)制冷劑，在較低溫度下蒸發(fā)吸熱實(shí)現(xiàn)制冷。其蒸發(fā)溫度可以達(dá)到-80℃甚至更低，滿足深冷要求。

流程：低溫級壓縮機(jī)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(jìn)入與高溫級蒸發(fā)器相連的冷凝蒸發(fā)器，被高溫級制冷劑冷卻冷凝成高壓液體。高壓液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降壓后變?yōu)榈蜏氐蛪旱臐裾羝M(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)吸熱蒸發(fā)為低溫低壓的蒸汽，再被壓縮機(jī)吸入，完成循環(huán)。

高溫級部分

原理：高溫級采用較高沸點(diǎn)的制冷劑，在相對較高溫度下運(yùn)行，主要負(fù)責(zé)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(jī)將從蒸發(fā)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(zhì)（如水和空氣）進(jìn)行熱交換，被冷卻冷凝成高壓液體。高壓液體經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流降壓后變?yōu)榈蜏氐蛪旱臐裾羝M(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)吸收低溫級冷凝蒸發(fā)器放出的熱量而蒸發(fā)為低溫低壓的蒸汽，再被高溫級壓縮機(jī)吸入，繼續(xù)循環(huán)。

二、復(fù)疊系統(tǒng)優(yōu)勢：

①超寬溫域：突破單級制冷極限，輕松應(yīng)對低溫需求；

②高穩(wěn)定性：雙系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行，故障率低，適合連續(xù)作業(yè)；

③能效優(yōu)化：分級制冷減少壓縮比，降低能耗20%-30%。

三、復(fù)疊系統(tǒng)劣勢：

①結(jié)構(gòu)復(fù)雜：需要配置雙壓縮機(jī)、雙膨脹閥，占地面積大；

②成本較高：設(shè)備初投資及維護(hù)費(fèi)用高于常規(guī)機(jī)組；

③啟動時間長：需逐級降溫，不適合頻繁啟停場景。

四、應(yīng)用范圍：和自復(fù)疊式制冷系統(tǒng)相比，復(fù)疊式制冷系統(tǒng)適用于制冷量需求較大，且空間較為寬裕的場所。該系統(tǒng)適合應(yīng)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(lǐng)域。

02 自復(fù)疊式制冷系統(tǒng)

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

①壓縮：壓縮機(jī)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(jìn)入冷凝器，高沸點(diǎn)制冷劑在此冷凝為液態(tài)，低沸點(diǎn)制冷劑仍為氣態(tài)，氣液混合態(tài)隨后進(jìn)入氣液分離器，實(shí)現(xiàn)高沸點(diǎn)液態(tài)工質(zhì)和低沸點(diǎn)氣態(tài)工質(zhì)的分離。

③蒸發(fā)冷凝：高沸點(diǎn)液態(tài)工質(zhì)經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器蒸發(fā)吸熱，為低沸點(diǎn)氣態(tài)工質(zhì)提供冷量使其在冷凝蒸發(fā)器中冷凝成液態(tài)。

④低溫制冷：低沸點(diǎn)液態(tài)制冷劑經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)吸熱，實(shí)現(xiàn)與低溫制冷，蒸發(fā)后的低沸點(diǎn)制冷劑蒸汽與未冷凝的高沸點(diǎn)制冷劑蒸汽混合后被壓縮機(jī)吸入，進(jìn)入下一個循環(huán)。

二、自復(fù)疊系統(tǒng)優(yōu)勢：

①結(jié)構(gòu)緊湊：單機(jī)集成設(shè)計，能節(jié)省50%的安裝空間；

②快速制冷：混合制冷劑協(xié)同作用，提升了降溫速度；

③環(huán)保節(jié)能：天然制冷劑占比高，GWP值低，符合碳減排趨勢。

三、自復(fù)疊系統(tǒng)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(dǎo)致能效下降；

③維修專業(yè)性高：需要使用專用設(shè)備回收分餾制冷劑。

快速溫變濕熱試驗(yàn)箱是指對樣品接解到的可能導(dǎo)致過早故障的氣候、熱力或機(jī)械應(yīng)力進(jìn)行篩查的方法，比如：可以發(fā)現(xiàn)電子模埠設(shè)計、料材或生產(chǎn)中的缺點(diǎn)。應(yīng)力篩選（ESS）技術(shù)可以在研制和生產(chǎn)階段發(fā)現(xiàn)早期故障，減少由于設(shè)計選型錯誤或制程工藝不良引起失敗的風(fēng)險，大大提高產(chǎn)品可靠性。通過環(huán)境應(yīng)力篩選可以找出已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)測試階段的不可靠的系統(tǒng)。它已經(jīng)作為質(zhì)量改進(jìn)的一種標(biāo)準(zhǔn)方法，有效延長產(chǎn)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(diào)節(jié)功能，主要用于溫度應(yīng)力篩選，同時也可以用于傳統(tǒng)的高溫、低溫、高低溫循環(huán)、恒定濕熱、交變濕熱、溫濕度組合等環(huán)境試驗(yàn)。

滿足電子設(shè)備產(chǎn)品應(yīng)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(yàn)要求。注：溫濕度分布均度測試方法依照內(nèi)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(yàn)箱技術(shù)規(guī)格：   SES單位：帶濕度：    SEA單位：不帶濕度