自动复叠制冷循环有单级压缩、多级分凝产生低温环境、结构简单、运行安全和造价低等优势,是低温节流制冷机发展的一个重要方向。本文对一台采用分凝分离器装置二级自动复叠式制冷系统进行了研究。用状态方程PT和PR来研究三元混合工质的气液相平衡特性,分析了混合制冷工质的气液相变过程,选取R227/R23/R14作为混合制冷工质,用混合工质物性软件NIST Refprop 9.1分析了混合制冷工质的温度、压力等物理性质。进行了非共沸混合制冷工质的热力计算,得到了获得-80℃制冷温度时R227/R23/R14三元非共沸混合制冷工质的质量混合比。制冷系统中提出了分凝分离器,并应用于试验和工程样机中。进行了二级自动复叠制冷系统性能试验,制冷机组的降温过程可以分为延迟段、快速段、慢速段和稳定调整段等四个阶段,系统运行2h后,制冷机组温度达到-80℃,并且温度稳定在-80℃。环境温度对系统制冷量和系统性能影响大,环境温度降低,系统制冷量增大,系统性能提高。相同环境温度下,制冷机温度对制冷量和系统性能有影响,制冷机温度越高,系统的制冷量越大,系统性能越好。制冷机组应选择导热系数高的导热介质,R11比酒精作为导热介质时,系统制冷量高,系统性能好。制冷剂R23、R14和R227的摩尔浓度对系统性能和制冷量有影响,试验得到了系统制冷量最大、系统性能最佳的R23/R14/R227的摩尔浓度比为15/30/55。达到制冷温度-80℃的工况要求时,系统制冷量为480W,系统COP为0.152。试验结果为自动复叠式制冷系统的工程设计提供了指导。