單級壓縮節(jié)流制冷機作為一種結構簡單、運行可靠的制冷機，應用于各個領域，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，例如在普冷領域，當制冷溫度需要降到低于-60℃時，循環(huán)的效率接近零，這時則需要比較高的冷凝壓力，這樣對制冷設備的要求比較高，一般難以實現(xiàn)。在我們的學習過程中，也了解到了雙級壓縮和復疊式壓縮制冷循環(huán)，可以獲得比較低的蒸發(fā)溫度。也就是說復疊制冷系統(tǒng)可以通過增加級數(shù)來制取低于-60℃的溫度，但隨著級數(shù)的增加，系統(tǒng)的復雜性成倍增加，使得制冷循環(huán)變得復雜，設備成本也相對增加。那么如何解決這一問題，科學家們展開了一系列的研究。
于是科學家發(fā)現(xiàn)，可以采用非共沸制冷劑。通過對制冷循環(huán)流程加以改進，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)為單級壓縮分凝循環(huán)。
單級壓縮分凝制冷系統(tǒng)又稱自然復疊制冷系統(tǒng)，是一種采用多元混合工質的制冷系統(tǒng)，它使用單臺壓縮機，通過在相同壓力下制冷劑凝結溫度的不同，對制冷劑進行分離、達到多級復疊的制冷溫度。
壓縮機將氣態(tài)混合制冷劑壓縮為高壓狀態(tài)，經(jīng)過冷凝器凝結后在精餾塔底部進一步放熱，節(jié)流之后稍微降壓進入精餾塔中部，在精餾塔中，混合的制冷劑經(jīng)熱質交換分離成高沸點組分和低沸點組分兩部分。高沸點制冷劑已被冷凝為液體，連同一少部分被冷凝的低沸點制冷劑作為精餾塔的回流液經(jīng)塔底，節(jié)流后進入冷凝蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，同時未被冷凝的低沸點制冷劑為氣態(tài)，從精餾塔頂部進入冷凝蒸發(fā)器中放熱，被冷凝為液態(tài)。此時高沸點制冷劑已經(jīng)完成任務，回到壓縮機中，低沸點制冷劑則經(jīng)過節(jié)流進入蒸發(fā)器中蒸發(fā)吸熱，獲得了低沸點制冷劑所能達到的蒸發(fā)溫度。
可以看出，在蒸發(fā)器里蒸發(fā)的是低沸點制冷劑液體，在相同的蒸發(fā)壓力下，低沸點制冷劑將具有更低的蒸發(fā)溫度，從而實現(xiàn)較低的制冷溫度。如果采用單一低沸點制冷劑單機壓縮循環(huán)，則需要的冷凝壓力非常高，通常難以實現(xiàn)。在分凝循環(huán)中，低沸點制冷劑的冷凝是由高沸點制冷劑的蒸發(fā)來實現(xiàn)的，因而無需很高的壓力。所以，這為單機壓縮實現(xiàn)較低的制冷溫度提供了一種有效途徑。
單級壓縮分凝制冷系統(tǒng)使用混合工質通過單臺壓縮機實現(xiàn)了多級復疊，可以制取-60℃以下的低溫，極大地簡化了制冷系統(tǒng)。自然復疊制冷系統(tǒng)的研究最早始于1959 年，當時前蘇聯(lián)的Klimeenko 教授采用碳氫化合物作制冷劑，用這種系統(tǒng)來液化天然氣。到了本世紀七八十年代，由于能源、環(huán)保等因素，隨著對混合工質研究的深入，各國科學工作者開展了對自然復疊循環(huán)的研究，在美國有多項有關自然復疊制冷系統(tǒng)的專利，美國REVCO 公司利用自然復疊循環(huán)的原理研制出了-150℃的低溫箱。由于自然復疊制冷系統(tǒng)具有比較大的工作溫度范圍，無論是在普冷領域還是在低溫電子、低溫醫(yī)學、冷凍干燥、氣體液化等低溫領域，都具有比較大的實用價值。
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)時為非等溫過程，冷凝溫度和蒸發(fā)溫度都會發(fā)生變化，故可實現(xiàn)非等溫制冷。以R4開頭。
我想如果非共沸制冷劑在單級壓縮分凝循環(huán)中的應用技術成功沿用的話，未來的某一天頂級養(yǎng)生儀零下100℃急凍箱，將會出現(xiàn)在我國各個大型醫(yī)院和養(yǎng)生會所，因為價格再也不會高達2000多萬元，而只會有一臺高端空調的價格。并且零下100℃急凍手術室也會應用而生，那么許多心腦心管疾病也可以在這些手術室內得以痊愈。