高低温试验箱单机自复叠低温制冷技术简介

高低温试验箱单机自复叠低温制冷技术简介

1. 技术背景

实现制冷温度低于-70℃甚至-100℃以下的低温制冷，传统的复叠式（即双级复叠或者多级复叠）制冷系统必须采用双机复叠甚至三机复叠才能实现，如此复杂的系统结构，必然会导致机组庞大、可靠性差等问题系统。

现有-70℃~-120℃温区的低温制冷技术主要存在如下问题：

a）机组庞大、效率低、能耗大；

b）结构复杂、控制难度大、初投资大；

c）可靠性差、使用寿命短。

1. 单机自复叠低温制冷技术

单机混合工质自复叠制冷系统，将精馏装置用于非共沸混合工质组元以及润滑油的汽液两相分离过程，采用单台普通商用空调压缩机，通过精馏的方法巧妙的将润滑油从低沸点制冷剂中分离出来，实现高效稳定的-120℃低温制冷。结构简单、控制方便、成本低、稳定性高。

相比传统双机复叠式制冷技术，混合工质单机自复叠低温制冷技术具有以下优势：

1. 装机成本低

单机自复叠制冷技术相比双机复叠（-70℃）少一套压缩机，这意味着减少了一套制冷系统，包括压缩机、油分离器及其他相关配件，并减少了一个用于两级制冷复叠用的板式换热器，这些减少的部件的成本可覆盖单机自复叠增加的自复叠套件的成本。单机复叠的总成本基本与双机复叠的总成本持平，且相比于制冷温度-100℃ 甚至更低的三机复叠，单机复叠可减少两台压缩机及相关配件，成本优势更为明显。

1. 运行能耗低

相同制冷温度与降温速率下，单机复叠低温制冷机技术的单台压缩机功率低于双机复叠两台压缩机的总功率，运行总能耗约能降低40%。以某低温乙醇箱工程项目为例，设计目标温度为-70℃，对500L的酒精进行降温，双机复叠需采用两台20匹压缩机，而单机复叠只需采用单台25匹压缩机即可实现设计目标，总能耗得到了有效的降低。

1. 可靠性高

单机复叠制冷技术仅有一套制冷系统，结构简单，部件少，因而连接管路与连接点少。相比双机复叠技术，单机复叠机组焊接点减少了约20%，而焊点是影响制冷机组可靠性的重要因素，减少焊点可有效提高机组的长期运行可靠性。

压缩机为制冷机组的运动部件，其寿命直接关系到机组的整机使用寿命。单机复叠减少一台压缩机相当于将机组中压缩机损坏的概率减半，可有效提高机组可靠性。单机复叠增加的部件均为结构件，不存在运动部件，可靠性高。

1. 控制与调试简便

双机复叠需控制两台压缩机的运行，高温级系统为低温级系统提供冷量，其启停顺序以及时间需进行很好的耦合与调试，高温级制冷温度需达到一定的温度后方可启动低温级，如存在一些变动复杂的制冷要求，两级耦合将会相当复杂。而且高、低温两级系统的规格匹配与调试也需要进行大量的实验与改进。

而单机复叠则只需对一台压缩机进行控制，无需复杂的控制逻辑，且调试简单，机组安装与运行操作简单。

1. 维修维护方便

单机复叠机组结构简单，整机部件少，布置也相对简单，因而后期维护相对简单，故障排除与维修也相对简单。