一种利用喷射方式压缩气体的制冷系统及做功系统的制作方法

本发明实施例涉及做功或发电技术领域，具体涉及一种利用喷射方式压缩气体的制冷系统及做功系统。

背景技术：

传统的制冷方式是，使液体工质在低压蒸发，然后通过压缩蒸汽的方式，获得高温高压蒸汽工质，通过冷凝使高温高压蒸汽成为液体工质，再进行下一个循环。压缩气体的方式，最常用的是通过压缩机来压缩。通过机械方式给蒸汽加压，会产生很多的热量，压缩比越大发热越多。

早期也采用过喷射泵的方式压缩蒸汽，但效率很低。效率低的原因是因为，喷射过程中会产生大量的低温蒸汽，而且这些低温蒸汽无法得到充分利用，并且由于早起的喷射方式多为单级制冷，基本上是同工质喷射，压缩蒸发器内的低压蒸汽工质，由此产生的低温蒸汽只能散发到环境中。

但是由于这些低温蒸汽，对于更低温度的工质来说就是高温热源。利用更低沸点的工质，做多级制冷，尤其是深冷，则可以充分利用这些单级制冷产生的低温蒸汽。因此如何利用创造的低温，是提高发电效率的关键。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种利用喷射方式压缩气体的制冷系统及做功系统，以解决现有技术中采用喷射泵压缩蒸汽效率低的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，一种利用喷射方式压缩气体的制冷系统，包括一级发生器、一级喷射泵、一级工质分离器以及制冷装置，所述一级发生器、一级喷射泵以及一级工质分离器首尾依次连通，并构成喷射工质回路，所述一级喷射泵、一级工质分离器以及制冷装置首尾依次连通，并构成制冷工质回路，所述一级喷射泵上设有工作流体入口和引射蒸汽入口，所述一级发生器与一级喷射泵的工作流体入口连通，供喷射工质自一级发生器进入一级喷射泵内，所述制冷装置的入口与一级工质分离器连通，供分离后的制冷工质返回制冷装置，且制冷装置的出口与一级喷射泵的引射蒸汽入口连通，供制冷工质在制冷装置出口被喷射工质引射入一级喷射泵内，并增压，其中，制冷工质的沸点低于喷射工质。

进一步地，所述制冷装置包括膨胀机和换热器，所述膨胀机的入口与一级工质分离器连通，且膨胀机的出口与换热器连通，所述换热器的出口与一级喷射泵的引射蒸汽入口连通。

进一步地，所述制冷装置包括一级蒸发器和一级冷凝器，所述一级冷凝器的入口与一级工质分离器连通，且一级冷凝器的出口与一级蒸发器连通，所述一级蒸发器的出口与一级喷射泵的引射蒸汽入口连通。

进一步地，所述制冷系统包括一组供液体工质循环的喷射工质回路和一组供气体工质循环的喷射工质回路，使供液体工质循环的喷射工质回路包括首尾依次连通的一级发生器、一级喷射泵以及一级工质分离器，并使供气体工质循环的喷射工质回路包括首尾依次连通的高压蒸汽发生器、蒸汽喷射泵以及蒸汽工质分离器，所述一级工质分离器的蒸汽出口与蒸汽喷射泵的引射蒸汽入口连通，所述蒸汽工质分离器与一级冷凝器的入口连通，所述一级冷凝器的出口与一级蒸发器的入口连通，所述一级蒸发器的出口与一级喷射泵的引射蒸汽入口连通。

进一步地，所述喷射工质回路还包括用于制冷工质冷凝的冷凝回路，所述冷凝回路包括首尾依次连通的制冷喷射泵、制冷冷凝器以及制冷蒸发器，所述一级发生器的出口与制冷喷射泵的工作流体入口连通，所述制冷蒸发器的出口与制冷喷射泵的引射蒸汽入口连通，且制冷蒸发器与一级冷凝器器通过换热的方式连通。

进一步地，所述制冷系统上逐级叠加有n级低温工质制冷系统，所述低温工质制冷系统包括低温工质发生器、低温级喷射泵、低温级工质分离器、低温级冷凝器以及低温级蒸发器，所述低温工质发生器、低温级喷射泵、低温级工质分离器首尾依次连通，并构成低温喷射工质回路，所述低温级喷射泵、低温级工质分离器、低温级冷凝器以及低温级蒸发器首尾依次连通，并构成低温制冷工质回路，所述低温级冷凝器与上一级制冷系统的一级蒸发器通过换热的方式连通，其中，所述低温级喷射泵的工作流体入口与上一级或者更上一级制冷系统的一级发生器连通。

根据本发明实施例的第二方面，一种做功系统，采用本实施例所述一种利用喷射方式压缩气体的制冷系统，包包括首尾依次连通的做功装置、做功工质冷凝器以及做功工质蒸发器，以供做功工质的循环，所述制冷装置包括一级蒸发器和一级冷凝器，所述做功工质冷凝器与一级蒸发器通过换热的方式连通，使制冷系统的低温液体工质，冷凝做功装置出口的做功工质蒸汽，所述做功工质蒸发器与一级冷凝器通过换热的方式连通，使制冷系统的气体制冷工质被一级喷射泵提升压力并压缩后，与做功工质蒸发器换热冷凝；

其中，所述做功装置包括带液的膨胀机；

或做功装置的出口连通有蒸汽节流装置。

进一步地，所述做功装置的出口连通有节流的液化装置，并在做功装置的出口与液化装置的入口之间，串联有辅助蒸发器，以辅助制冷，降低进入液化装置的蒸汽工质温度，并使经过节流后，未液化的蒸汽工质经一级蒸发器冷凝。

进一步地，所述做功工质蒸发器与做功装置之间串联有二级蒸发器，所述二级蒸发器与做功工质蒸发器之间通过工质泵连通，以供做功工质超临界循环，使做功工质蒸发器在汽化液体做功工质的过程中，先将液体工质加热到接近临界温度，然后靠蒸汽压力将液体工质压出，由工质泵再次加压后送入第二蒸发器汽化，其中，所述第二蒸发器为超临界蒸发器。

进一步地，所述做功系统上逐级叠加有n级低温工质做功系统，使低温工质做功系统中的做功工质蒸发器依次与上一级做功系统的做功工质冷凝器通过换热的方式连通，其中，n为大于或等于2的正整数，且各级系统的做功工质为异种工质，使上级系统中做功工质的临界温度比下级系统中做功工质的临界温度高，以形成不同温度梯度的系统组合。

本发明实施例具有如下优点：

本发明提供的利用喷射方式压缩气体的制冷系统，设置一级发生器、一级喷射泵以及一级工质分离器首尾依次连通，构成喷射工质回路，以及一级喷射泵、一级工质分离器以及制冷装置首尾依次连通，构成制冷工质回路，通过一级喷射泵的喷射方式，采用液体喷射工质来引射，使制冷工质在制冷装置的出口，被喷射工质引射入喷射泵内，使制冷工质的气体成为高压气体，并经工质分离器进行气液分离，使分离后的高压的蒸汽工质返回制冷装置，经冷凝后用于制冷，且液体喷射工质返回一级发生器，再次进行制冷循环，从而采用喷射方式，由喷射工质给制冷工质增压，避免了高压缩比的机械压缩，引起的被压缩气体的温度过度升高，降低了冷凝的负荷压力，同时，对于多级复叠的系统，由于多种低沸点工质系统的复叠，之前所述的造成喷射制冷系统效率低的，需要冷凝的大量的低压蒸汽，可以作为更低沸点工质的加热源，提高更低沸点工质的蒸汽压，来用于更低沸点工质的喷射制冷，从而利用低温蒸汽，提高喷射压缩制冷的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例1提供的一种利用喷射方式压缩气体的制冷系统的整体结构示意图；

图2为本发明实施例2提供的一种利用喷射方式压缩气体的制冷系统的整体结构示意图；

图3为本发明实施例3提供的一种利用喷射方式压缩气体的制冷系统的整体结构示意图；

图4为本发明实施例4提供的一种利用喷射方式压缩气体的制冷系统的整体结构示意图；

图5为本发明实施例5提供的一种利用喷射方式压缩气体的制冷系统的整体结构示意图；

图6为本发明实施例6提供的一种利用喷射方式压缩气体的制冷系统的整体结构示意图。

图中：1、一级发生器；2、一级喷射泵；3、一级工质分离器；4、制冷装置；41、膨胀机；42、一级冷凝器；43、一级蒸发器；5、气体工质喷射回路；51、高压蒸汽发生器；52、蒸汽喷射泵；53、蒸汽工质分离器；6、冷凝回路；61、制冷喷射泵；62、制冷冷凝器；63、制冷蒸发器；7、低温工质制冷系统；71、低温工质发生器；72、低温级喷射泵；73、低温级工质分离器；74、低温级冷凝器；75、低温级蒸发器；8、做功系统；81、做功装置；82、做功工质冷凝器；83、做功工质蒸发器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，本发明实施例提供了一种利用喷射方式压缩气体的制冷系统，包括一级发生器1、一级喷射泵2、一级工质分离器3以及制冷装置4。一级发生器1、一级喷射泵2以及一级工质分离器3首尾依次连通，并构成喷射工质回路，一级喷射泵2、一级工质分离器3以及制冷装置4首尾依次连通，并构成制冷工质回路，在一级喷射泵2上设有工作流体入口和引射蒸汽入口，使一级发生器1与一级喷射泵2的工作流体入口连通，供喷射工质自一级发生器1被吸入一级喷射泵2内，制冷装置4的入口与一级工质分离器3连通，供分离后的制冷工质返回制冷装置4，且制冷装置4的出口与一级喷射泵2的引射蒸汽入口连通，供制冷工质在制冷装置4出口被喷射工质引射入一级喷射泵2内，并增压，其中，制冷工质的沸点低于喷射工质。

如上所述，制冷装置4包括一级蒸发器43和一级冷凝器42，一级冷凝器42的入口与一级工质分离器3连通，且一级冷凝器42的出口与一级蒸发器43连通，一级蒸发器43的出口与一级喷射泵2的引射蒸汽入口连通。利用一级喷射泵2来压缩气态的制冷工质，提高气体的压力，并经工质分离器进行气液分离，使分离后的液体喷射工质返回一级发生器1，且高压蒸汽工质返回制冷装置4，并经一级冷凝器42使之冷凝，冷凝后的液体制冷工质，继续进入一级蒸发器43蒸发，再次制冷循环。这样不仅可以通过多级制冷，满足低温甚至超低温的要求，还可以利用制冷产生的低温，复叠式多级做功发电。同时为了增加制冷效率，优选的，一级喷射泵2可引射更低沸点的工质，甚至多级复叠制冷。

除了二氧化碳、氢气等极少数物质以外，一般物质的临界压力在4mp左右。通过喷射方式，可以比较容易地升压至1～1.5mp，再高就需要更多的高温高压喷射工质，效率就会降低很多。此时，通过压缩机增压，将压力升至2～3mp，会在更高的温度冷凝。例如，r23工质，1～1.5mp的冷凝温度是-20～-30度。2～3mp的冷凝温度是-12～8度左右。所以在喷射增压、工质分离后，优选的再用低压缩比的机械方式增压，能够有效提高气体工质的增压效率。工质可以选择r134a/r404a和更低沸点的r23，前者是喷射工质，用来提升制冷工质的蒸汽压力；后者是制冷工质，用来制冷。喷射工质的高压可以通过热源加热，也可以通过机械泵、或者压缩机压缩工质来实现。例如，用普通的压缩机和高吸气/排气压力的临界压缩机组合。也可以只有一台临界压缩机，压缩机的吸气端吸入常温条件下的饱和蒸汽，排气端排出解决临界温度的蒸汽工质。也可以引入r245fa工质，用普通的压缩机来达到100度的高温，而且r245fa更易于与r23分离。其中，根据工质的不同，如果制冷工质被压缩后，其蒸汽温度和饱和压力高于常温条件下对应的温度和压力，可以直接向环境放热并冷凝；如果蒸汽温度和压力低于常温条件下对应的温度和压力，则需要喷射工质系统提供冷凝条件，可以采用现有的喷射制冷方式，也可以采用现有的压缩机制冷方式。

实施例2

与实施例1不同之处在于，如图2所示，制冷装置4包括膨胀机41和换热器，膨胀机41的入口与一级工质分离器3连通，且膨胀机41的出口与换热器连通，换热器的出口与一级喷射泵2的引射蒸汽入口连通。其中，该实施方式没有制冷工质的冷凝，制冷工质在膨胀机41出口，被一级喷射泵2内的喷射工质引射，压力提升后，再次进入膨胀机41膨胀制冷。本实施例的不冷凝方式更适用于超低温的深冷，并且可根据选择工质的特性，在一级喷射泵2的引射入口设置换热器，防止喷射工质因低温而出现凝固现场，损坏喷射泵。优选的，在膨胀机41的入口和出口均设置换热器，以便调整制冷工质进入膨胀机41的状态。

实施例3

与实施例1不同之处在于，如图3所示，制冷系统包括一组供液体工质循环的喷射工质回路和一组供气体工质循环的气体工质喷射回路5，其中，供液体工质循环的喷射工质回路包括首尾依次连通的一级发生器1、一级喷射泵2以及一级工质分离器3，气体工质喷射回路5包括首尾依次连通的高压蒸汽发生器51、蒸汽喷射泵52以及蒸汽工质分离器53，一级工质分离器3的出口与蒸汽喷射泵52的引射蒸汽入口连通，蒸汽工质分离器53与一级冷凝器42的入口连通，一级蒸发器43的出口与一级喷射泵2的引射蒸汽入口连通。

如上所述，制冷工质的引射首先采用液体工质来引射，这样简单的气液分离器就能分离两种工质。液体工质返回一级发生器1，气体工质进入一级冷凝器42。再采用汽汽引射的方法，以进一步提高蒸汽工质的压力。对于两种工质的蒸汽混在一起，一般采用冷凝的方法分离，使沸点较高的工质冷凝，即先冷凝喷射工质蒸汽，变成液体的喷射工质回到高压蒸汽发生器51，而沸点较低的工质进入一级冷凝器42，并在一级冷凝器42内冷凝成液体，然后再制冷循环。例如，r134a与r23的混合蒸汽，r23的分压力为1mp，只能在-30度冷凝。在高于-30度的，r134a适合冷凝的温度冷凝，大部分r134a会成为液态，流回高压蒸汽发生器51，剩余的蒸汽进入一级冷凝器42，或者经过机械增压后进入一级冷凝器42冷凝。从而利用多级喷射泵来压缩气体，提高气体的压力后，使之冷凝，其喷射方式包括依次采用液体喷射工质喷射升压、蒸汽喷射工质喷射增压、再辅以机械方式增压。

有些工质也可以采用膜分离，吸附分离等方法分离。分离后的制冷工质和喷射工质，各自回到各自的系统循环。制冷工质蒸汽也可以采用压缩机压缩，因为蒸汽压力越高，采用喷射泵加压越困难。在制冷工质蒸汽压力升到一定程度后，用低压缩比的方法压缩，结构更简单效果更直接，而且产生的热量也有限。

实施例4

与实施例3不同之处在于，如图4所示，喷射工质回路还包括冷凝回路6，冷凝回路6包括首尾依次连通的制冷喷射泵61、制冷冷凝器62以及制冷蒸发器63，一级发生器1的出口与制冷喷射泵61的工作流体入口连通，制冷蒸发器63的出口与制冷喷射泵61的引射蒸汽入口连通，且制冷蒸发器63与一级冷凝器42通过换热的方式连通。使液体工质由制冷冷凝器62流入制冷蒸发器63，与一级冷凝器42换热。蒸发后的蒸汽被制冷喷射泵61引射，进入制冷喷射泵61内，混合后的工质进入制冷冷凝器62冷凝。

制冷喷射泵61可以采用液汽喷射增压、汽汽喷射增压等方式。

例如，r134a/r404a工质为喷射工质，r23为制冷工质。

利用r134a/r404a工质喷射提升r23的蒸汽压力，或再加机械增压。最后r23蒸汽在一级冷凝器42内，与r134a/r404a系统的制冷蒸发器63换热，冷凝后的液体r23，进入一级蒸发器43蒸发，获得更低的温度。从而使喷射工质回路，不仅仅提供喷射增压，还提供喷射制冷来使制冷工质冷凝。

实施例5

与实施例3不同之处在于，如图5所示，制冷系统上逐级叠加有n级低温工质制冷系统7，低温工质制冷系统7包括低温工质发生器71、低温级喷射泵72、低温级工质分离器73、低温级冷凝器74以及低温级蒸发器75，低温工质发生器71、低温级喷射泵72、低温级工质分离器73首尾依次连通，并构成低温喷射工质回路，低温级喷射泵72、低温级工质分离器73、低温级冷凝器74以及低温级蒸发器75首尾依次连通，并构成低温制冷工质回路，低温级冷凝器74与上一级制冷系统的一级蒸发器43通过换热的方式连通，从而由上一级制冷系统来冷凝。例如，上一级制冷系统的制冷工质是r23工质，与之复叠的低温工质制冷系统7的制冷工质是r14工质。r14制冷系统的低温级蒸发器75内的蒸汽，被上一级制冷系统的r134a喷射工质引射，经工质分离后，r134a返回喷射系统，而r14蒸汽进入低温级冷凝器74，并在低温级冷凝器74内与上一级制冷系统的一级蒸发器43换热冷凝，冷凝后的液体r14进入低温级蒸发器75蒸发制冷。并按照这个方法，可以继续复叠甲烷，及氮气制冷系统，获得液氮。

例如：通过液氮制冷系统，通过让液氮在低压蒸发，来冷却高压甲烷、氮气。让要液化的高压气体比如甲烷进入做功装置，做功后的甲烷气体在做功装置出口，与r14蒸发器换热冷凝，成为液体甲烷便于运输。

通过液氮制冷系统，通过让液氮在低压蒸发，来冷却高压氢气，经节流后可以获得一定量的液氢。

例如，通过液氢制冷系统，让液氢在低压蒸发，来冷却高压氦气，经节流可以获得一定量的液氦。液氢、液氦的制取都是现有技术，可都离不开深冷技术，通过喷射制冷的方式，可以做到深冷。

如上所述，低温级喷射泵72的工作流体入口与上一级制冷系统的一级发生器1连通，使低温级喷射泵72的工作工质，可以采用与之复叠制冷系统的喷射工质，也可以采用与之复叠制冷系统的制冷工质。

实施例6

如图6所示，本发明实施例提供了一种做功系统8，采用上述实施例的一种制冷系统，包括首尾依次连通的做功装置81、做功工质冷凝器82以及做功工质蒸发器83，以供做功工质的循环，制冷装置4包括一级蒸发器43和一级冷凝器42，做功工质冷凝器82与一级蒸发器43通过换热的方式连通，使制冷系统的低温液体工质，冷凝做功装置81出口的做功工质蒸汽，做功工质蒸发器83与一级冷凝器42通过换热的方式连通，使制冷系统的气体制冷工质被一级喷射泵2提升压力并压缩后，与做功工质蒸发器83换热冷凝。其中，做功装置81优选为超临界的做功装置81，包括带液的膨胀机41；或做功装置81的出口连通有蒸汽节流的液化装置。利用喷射泵喷射的方式，由一级喷射泵2引射一级蒸发器43内的制冷工质，以降低一级蒸发器43内的蒸发压力，再利用做功装置81的超临界做功，使做功工质到达做功装置81出口时，其温度和压力越接近临界点状态，根据液体蒸发会产生低温，蒸发压力越低，潜热越大，以及在临界点附近，蒸发潜热很小，同样对于蒸汽，在临界点附近冷凝潜热越小的原理，使做功工质在做功工质冷凝器82内，与一级蒸发器43以换热交换方式冷凝，从而只需要以最少的液体工质，即能冷凝最多的蒸汽工质，以提供一个稳定的，能使做功工质全部冷凝的环境，使做功能够持续进行。同时，制冷工质蒸汽经过喷射增压、机械增压后，冷凝压力越高，需要的潜热越小。增压后制冷工质的冷凝，依靠做功工质在蒸发器内的蒸发。综合考虑制冷工质的冷凝温度和压力，以及做功工质的冷凝温度压力和在做功工质蒸发器内的蒸发温度压力，以找到适合的组合。

如上所述，做功装置81的特征是，可以带液的膨胀机41；或者是做功装置81出口，连接蒸汽节流装置等液化装置，使流出做功装置81出口的未液化做功工质，或做功后流出液化装置的未液化蒸汽工质，在做功工质冷凝器82内，与一级蒸发器43以换热交换方式冷凝。优选的，做功工质蒸发器83与一级冷凝器42，和/或喷射工质回路的制冷冷凝器62、工质分离器等高温部件连接，获得更高的温度和压力。为了制冷系统的蒸汽工质顺利冷凝，要冷凝的蒸汽压力要尽可能高，并与做功工质蒸发器83的蒸发温度相配合。

优选的，制冷系统不仅仅可以连接做功装置，并使做功工质冷凝，还可以用于使其他物质的液化，比如，液氦、液氢、液氮、液化天然气等的液化系统。当做功工质与制冷工质为同一工质时，为了提高做功工质的液化率，在做功装置81的出口和液化装置的入口之间，串联一个制冷系统的辅助蒸发器(图中未示出)，来进一步降低做功装置81出口，蒸汽做功工质的温度，提高液化率。液化率越高，需要冷凝的做功工质的量就越少，对制冷系统的制冷负荷的要求就越低，越有利于做功装置的稳定，且节流装置后未液化的做功工质，经一级蒸发器43冷凝。部分液体制冷工质不进入一级蒸发器43，分流进入辅助蒸发器进行辅助制冷。虽然一级蒸发器43的制冷有所削弱，但由于提高了液化率，增加了液体制冷工质量的同时，降低了总的冷凝负荷。提高了制冷和做功系统的稳定性，使做功能够持续进行。

如上所述，制冷系统的液化方式分为两种：

一种为冷凝温度高于制冷工质蒸发温度状态，制冷系统的一级蒸发器43与做功装置81的出口连通，使被液化的高压气体进入做功装置81，并在做功后经做功装置81出口，被一级蒸发器43冷却冷凝。

另一种为冷凝温度低于制冷工质蒸发温度状态，将制冷系统的一级蒸发器43与被液化的高压气体通过换热器连接，并在换热器的出口连接节流装置，其中，换热器为上述的辅助蒸发器，使高压气体进入辅助蒸发器内换热冷却，冷却后的气体经换热器出口的节流装置液化，且未液化的气体或再次压缩后进一级冷凝器42内与一级蒸发器43换热冷凝。

在做功工质蒸发器83与做功装置81之间还串联有二级蒸发器，二级蒸发器与做功工质蒸发器83通过工质泵连通，以供做功工质超临界循环，做功工质蒸发器83优选设置两个以上，使做功工质蒸发器83在汽化液体做功工质的过程中，先将液体工质加热到接近临界温度，然后靠蒸汽压力将液体工质压出，由工质泵再次加压后送入第二蒸发器汽化，其中，第二蒸发器为超临界蒸发器。当接近临界温度时，蒸汽的压力很高，工质泵给流出做功工质蒸发器83的高压液体工质增压，可以节省用于工质泵加压的能源。同时当做功工质蒸发器83内的液体工质全部流出后，换另一个蒸发器来供液，保证做功的连续性，并且通过换热的方式降低已经没有液体工质的做功工质蒸发器83内的蒸汽压力，然后用工质泵将液体工质打入做功工质蒸发器83内，同样起到节约能源的作用。

其原理是：做功工质首先进入做功工质蒸发器83内，受热后饱和蒸气压升高。因为超临界循环的压力高，可以使做功工质接近临界状态。此时要综合考虑做功工质蒸发器83内的蒸汽压力，和制冷系统的一级冷凝器42内的蒸汽压力，经过喷射增压、机械增压后能顺利冷凝的条件下，增加做功工质蒸发器83的压力。然后液体做功工质流出做功工质蒸发器83，通过工质泵加压后，打入二级蒸发器，由于工质泵的入口压力高，可以以较少的能耗就获得较高的工质泵出口压力。待做功工质蒸发器83内液体工质都流出后，打入低温液体工质。由于新进的液体温度较低，做功工质蒸发器83内蒸汽压力会迅速降低，同样起到以较低的能耗，加入液体工质的作用。优选的，为了节约能源，依次设置多个做功工质蒸发器83和二级蒸发器。

例如，还是以r134a，r23，r14，甲烷，氮气复叠的制冷系统。待制成一定量的液氮后，一部分液氮进入制冷系统的一级蒸发器43，另一部分进入做功系统8的做功工质蒸发器83。进入一级蒸发器43的液氮，冷凝做功装置81出口的做功工质蒸汽，然后被一级喷射泵2提升压力，再经过机械压缩后，与做功工质蒸发器83换热冷凝。做功工质蒸发器83内的液体工质，经过与制冷系统的一级冷凝器42换热后，再进一步与更高温的部件换热，达到做功要求后，进入做功装置81做功。优选的，做功装置81包含液化过程，液化率越高，需要冷凝的蒸汽做功工质就越少。如果液化率足够高，液化的工质在低压蒸发，就可以满足冷凝剩余的蒸汽工质，就可以关闭复叠式的制冷系统。并且由于低压蒸发的潜热远大于高压冷凝的潜热，所以液化率足够大，就有可能实现靠液化的液体工质，来冷凝未液化的蒸汽工质。

实施例7

与实施例6不同之处在于，做功系统8上逐级叠加有n级低温工质做功系统8，使低温工质做功系统8中的做功工质蒸发器83依次与上一级做功系统8的做功工质冷凝器82通过换热的方式连通，其中，n为大于或等于2的正整数，且各级系统的做功工质为异种工质，使上级系统中做功工质的临界温度比下级系统中做功工质的临界温度高，以形成不同温度梯度的系统组合。

例如，最低温工质为氦气，以氦气为工质的做功系统8，可以与氢气为工质的做功系统8复叠，同时，氢气组成的做功系统8向上再与氖气组成的做功系统8复叠；再向上与氮气组成的做功系统8复叠；再与氩气组成的做功系统8复叠；与甲烷组成的做功系统8复叠；与r14组成的做功系统8复叠；再与二氧化碳组成的做功系统8复叠。其中，工质循环做功系统8的做功工质蒸发器83不仅仅是液体工质蒸发成蒸汽工质，而是包括蒸发、过热成超临界工质，直到进入做功装置81的蒸汽入口整个过程。以氦气工质做功系统8为例，是液体氦在做功工质蒸发器83内，与氦气制冷系统的一级冷凝器42换热后，再与氢气工质做功系统8的做功工质冷凝器82换热，成为超临界工质后，继续与氖气、氮气、氩气、甲烷、r14、二氧化碳等系统换热，加热至常温，甚至更高温的超临界工质的过程。其中，氦气和氢气是比较理想的工质，他们的气体比热容比较高，而且临界压力也比较低，相对来说比较容易通过喷射方式提升到临界压力。但目前技术手段更容易实现的是，氮气为最低温度做功系统，在向更高的温度复叠做功系统。