(上海理工大学制冷与低温工程研究所 上海 200093)

自动复叠制冷系统在小型制冷装置、天然气液化中具有较强的优势，能制取氮气液化温度77 K到常规单机压缩制冷温度230 K，常被用于气体液化、半导体加工、低温医学和低温生物等领域。国内外对自复叠节流制冷系统的研究较多，从两级到五级，从二元混合制冷剂到五元混合制冷剂。一般而言，200～230 K采用两级自复叠制冷系统，160～200 K采用三级自复叠制冷系统，120～160 K采用四级自复叠系统，70～120 K采用采用五级自复叠系统[1]。M. Ruhemann[2]将氟利昂制冷剂应用于自动复叠制冷系统，采用R13/R22混合制冷剂取得了200 K的低温。A. P. Kleemenko[3]采用摩尔比为65%/20%/15%的甲烷、乙烷和正丁烷的混合制冷剂通过单级压缩两级分离获得的低温成功液化了天然气，该制冷循环具有很高的热力学效率和运行可靠性，因此成为单流混合工质复叠循环(mixed refrigerant cascade cycle，MRC)。A. Fuderer[4]采用质量分数为20%/80%的R50/R12混合制冷剂成功获取了117 K的低温。此后，众多研究者不断改进自复叠系统，不断提高制冷效率，能获取的温度也越来越低[5-8]。李文林等[9-10]展开了对自动复叠制冷系统的研究，以R12/R13作为混合制冷剂，在70 L的低温箱中得到了218 K的温度，热力学效率为11.4%。Luo Ercang等[11-14]对混合制冷剂做了大量的研究工作，包括混合制冷剂热物性计算、系统优化和气液相平衡等方面。王国栋等[15-16]采用以R22/R23为混合制冷剂、单级压缩、单级分凝的自动复叠制冷系统，在4 h内成功将150 L的低温箱内温度降低到213 K以下，此后又以R134a/R23/R14为混合制冷剂，将冷箱温度降低到173 K，制冷量为38 W。此外……