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用于获得-40℃以下低温的复叠式制冷系统一般由两个单级压缩制冷循环叠加而成，通常分别采用R22和R13作为高、低温级制冷剂，由于R22和R13对大气臭氧层有破坏作用，且会产生严重的温室效应，因此R22和R13在制冷系统中的使用受到了限制，越来越多的制冷系统将采用对环境友好的自然工质。本文在复叠式制冷系统中采用自然工质R290和CO<,2>，对系统进行了理论分析和实验研究。研究内容主要有以下几个方面：
1．从理论上对循环进行了分析。认为R290/CO<,2> 复叠式制冷系统存在最优的低温级冷凝温度使得循环COP最大，且蒸发温度越低，最优的低温级冷凝温度越低；减少冷凝蒸发器传热温差能提高循环的COP和循环的最佳质量流量比。
2．实验研究部分，通过改变工况，研究了性能系数、高低温级压缩机的压比、压缩机排气温度随冷冻箱内温度的变化情况，以及不同冷凝温度下最佳质量流量比、最佳系统COP随蒸发温度的变化情况。还对高温级压缩机分别充灌R290和R22制冷剂，低温级充灌CO<,2>制冷剂的情况下进行了实验研究。结果发现，R290/CO<,2>复叠式制冷系统能够给冷冻箱提供稳定的制冷量，使冷冻箱温度降低至-40℃。R290循环的COP要比CO<,2>循环的大，R290/CO<,2>复叠式制冷循环性能系数约为0.55左右。冷凝温度一定时，蒸发温度升高、最佳质量流量比增大；蒸发温度一定时，冷凝温度降低，最佳质量流量比增大。实验证明在R22压缩机中直接充灌R290完全可行，而且高温循环COP有所提高。在实验研究的同时发现了系统运行中的一些问题，有待于在后续的研究工作中进一步完善。