兩級壓縮製冷循環

兩級壓縮制冷機是將壓縮過程分兩次來實現，即將自蒸發器來的壓力為P₀的製冷劑蒸氣，先用低壓壓縮機(或壓縮機的低壓級)壓縮到中間壓力P_m，然後再用高壓壓縮機(或壓縮機的高壓級)壓縮到冷凝壓力。因此，它需要用兩台壓縮機，或使用雙級壓縮機。現在，對於活塞式及螺桿式壓縮機，多不專門針對兩級壓縮製冷循環的要求，設計和生產高壓壓縮機和低壓壓縮機，而是選用單級壓縮機組合成兩級壓縮制冷機；或者將8缸(或4缸)單級活塞式壓縮機，改型設計成單機雙級壓縮機，高壓級與低壓級氣缸數的比為1：3。

基本介紹

• 中文名：兩級壓縮製冷循環 
• 外文名：two-stage compression refrigeration cycle
• 實現方式：將壓縮過程分兩次來實現 
• 壓縮機數量：兩台或使用雙級壓縮機
• 性質：科學
• 蒸汽壓縮順序：先低壓後高壓

兩級壓縮制冷機工作過程

圖1（A-低壓壓縮機(4F10型，n=960 r/min) B-高壓壓縮機(2F10H型，n=600r/min) C₁、C₂-油分離器 D-冷凝器，E-乾燥過濾器 F-中間冷卻器 G-蒸發器 H-氣液熱交換器(回熱器) I₁、I₂-熱力膨脹閥 J₁、J₂-電磁閥）示出上海某冷氣機廠生產的SD2—4F10A型兩級壓縮制冷機的流程圖，它是由兩台活塞式壓縮機、一台冷凝器、一台蒸發器和相應的輔助設備及控制閥門組成。各個設備的名稱及管道連線方式已在圖中示明，下面僅說明制冷機的工作過程。

圖1 SD2-4 F 10A型兩級壓縮制冷機流程圖

蒸發器G中產生的製冷劑蒸氣(壓力為p₀)，經回熱器H與高壓液體發生熱交換，溫度提高后，進入低壓壓縮機A，被壓到中間壓力p_m。低壓壓縮機的排氣先進入油分離器C₁，蒸氣中夾帶的潤滑油被分離出來並自動返回壓縮機A的曲軸箱中，而蒸氣出油分離器後，進入高壓壓縮機B，被繼續壓縮到冷凝壓力p_t。製冷劑蒸氣從高壓壓縮機排出後，先流經油分離器C₂，將潤滑油分出(分離出的油自動流回壓縮機B的曲軸箱中)，然後進入冷凝器D中冷凝為液體。由冷凝器出來的高壓液體，先流經乾燥過濾器E，除去水分和機械雜質，然後分為兩路；一路經熱力膨脹閥I₁供入中間冷卻器F，在其中蒸發製冷，用以冷卻另一路高壓液體，而蒸發的蒸氣同低壓壓縮機的排氣混合，一同進入高壓壓縮機被壓縮，另一路(主要的一路)高壓液體，依次流經中間冷卻器F及回熱器H，被進一步冷卻之後，經熱力膨脹閥I₂供入蒸發器G，在其中蒸發製冷，並對外提供冷量。這樣便完成了兩級壓縮製冷循環。該制冷機可以用R22或R12為製冷劑，蒸發溫度可低達-70℃。

圖2（A-低壓壓縮機 B-高壓壓縮機 C-油分離器 D-單向閥 E-冷凝器 F-高壓貯液器G-過冷器 H-中間冷卻器 I-浮球調節閥 J-調節站 K-氣液分離器 L-冷卻排臂）示出食品冷庫常用的以氨為製冷劑的兩級壓縮制冷機的流程簡圖。圖中只畫出流程的主要部分，省去了放油、排除空氣、熔霜、排液等管道系統。它是由兩台活塞式壓縮機、一台冷凝器、多台並聯的室內冷卻排管(冷卻空氣的蒸發器)和輔助設備、控制閥門等組成。圖2所示流程同圖1所示流程相比，主要有如下的區別：①庫房一般較多，故採用多台並聯的室內冷卻排管，每層樓的庫房用一個氣液分離器並採用重力供液方式，而每個氣液分離器有一根自調節站來的供液管，②在冷凝器後設有一台高壓貯液器，它具有足夠的容量，以適應多個蒸發器的供液不均勻性，並可減少每年向系統中補充氨液的次數；③中間冷卻器不只用來冷卻高壓氨液，同時還用來冷卻低壓壓縮機排出的氨氣。

圖2 兩級壓縮氨制冷機的流程簡圖

上述兩種兩級壓縮制冷機工作過程的區別，主要是中間冷卻方式不同。在圖2所示汽程中，由高壓貯液器引出的氨液，在過冷器G中被冷卻之後分為兩路：主要的一路流經中間冷卻器內的盤管，被進一步冷卻後，經調節站分別供液到各個冷卻排管(蒸發器)；另一路經浮球調節閥節流到中間壓力，進入中間冷卻器中蒸發製冷，用來冷卻盤管內的高壓氟液和低壓壓縮機的排氣。低壓壓縮機的排氣是直接通入中間冷卻器的氨液中，並被冷卻到中間壓力下的飽和溫度，匯同中間冷卻器中產生的氨氣，一起進入高壓壓縮機被繼續壓縮。其餘部分的工作過程與圖1所示流程相同。

兩級壓縮製冷循環的型式

由圖1和圖2所示的兩級壓縮制冷機的流程，可以抽象出兩級壓縮製冷循環的原則性系統圖，如圖3(A-蒸發器 B-低壓壓縮機 C-中間冷卻器 D-高壓壓縮機 E-冷凝器 F-主節流閥 G-中間冷卻器的節流閥)所示。在原則性系統圖中，只畫出構成循環必不可少的設備及其連線方式，而略去了其它設備和控制閥門等。這兩個循環的液體節流方式有一共同之點，就是供向蒸發口的製冷劑液體，在中間冷卻器中被冷卻之後，經主節流閥F，由冷凝壓力一次節流到蒸發壓力，故稱為一級節流兩級壓縮循環。但兩個循環的低壓壓縮機排氣的冷卻方式是不相同的。圖3表示一級節流兩級壓縮製冷循環的原則性系統圖。其中a)中間不完全冷卻；b)中間完全冷卻。在圖3b所示的循環中，是令低壓壓縮機的排氣同中間冷卻器中的製冷劑液體直接接觸，並被冷卻到中間壓力下的飽和溫度，故稱中間完全冷卻。在圖3 a所示的循環中，是令低壓壓縮機的排氣，同中間冷卻器中產生的蒸氣在管道中混合，在這一混合過程中，低壓壓端機排氣的溫度有所降低，但不能達到中間壓力下的飽和溫度，故稱中間不完全冷卻。

圖3 一級節流兩級壓縮製冷循環的原則性系統圖

兩級壓縮製冷循環型式差別

兩級壓縮製冷循環可以有不同的型式，其差別主要體現在製冷劑液體的節流方式和低壓壓縮機排氣的冷卻方式兩個方面。液體節流方式有一級節流和兩級節流兩種。採用一級節流時，可利用其較大的壓力差，實現遠距離供液及向多層冷庫供液，而且供液量便於凋節，故套用較廣；採用兩級節流時，循環的製冷係數較高，而且中間容器中產生的氣量較多(因進入第二節流閥的液體已達中間壓力下的飽和溫度)，故適宜用於離心式制冷機。低壓壓縮機排氣的冷卻方式，有中間不完全冷卻和中間完全冷卻兩種。採用哪一種方式是與製冷劑的種類有關。就兩級壓縮循環中的高壓壓縮機而言，當採用中間完全冷卻時，吸入的是飽和蒸氣，相當於單級壓縮制冷機的無回熱循環；當採用中間不完全冷卻時，吸入的是過熱蒸氣，相當於單級壓縮制冷機的回熱循環。由此可知，對於R12和R502，採用中間不完全冷卻循環比較有利，高壓部分的單位容積製冷量增大，循環的製冷係數提高；對於R717則宜於採用中間完全冷卻循環。對於R22，兩種中間冷卻方式均可採用，而一般多採用中間不完全冷卻。