Dwustopniowy cykl chłodniczy sprężarkowy wykorzystuje zazwyczaj dwie sprężarki, mianowicie sprężarkę niskiego ciśnienia i sprężarkę wysokiego ciśnienia.
1.1 Proces wzrostu ciśnienia gazu chłodniczego od ciśnienia parowania do ciśnienia skraplania dzieli się na 2 etapy
Pierwszy etap: Sprężanie do ciśnienia pośredniego przez sprężarkę stopnia niskiego ciśnienia:
Drugi etap: gaz pod ciśnieniem pośrednim jest dalej sprężany do ciśnienia skraplania przez sprężarkę wysokiego ciśnienia po schłodzeniu pośrednim, a cykl tłokowy kończy proces chłodzenia.
Podczas wytwarzania niskich temperatur chłodnica międzystopniowa dwustopniowego cyklu chłodzenia sprężarkowego obniża temperaturę wlotową czynnika chłodniczego w sprężarce wysokiego ciśnienia, a także obniża temperaturę wylotową tej samej sprężarki.
Ponieważ dwustopniowy cykl chłodzenia ze sprężaniem dzieli cały proces chłodzenia na dwa etapy, stopień sprężania w każdym etapie będzie znacznie niższy niż w przypadku sprężania jednostopniowego, co zmniejsza wymagania dotyczące wytrzymałości urządzeń i znacznie poprawia wydajność cyklu chłodzenia. Dwustopniowy cykl chłodzenia ze sprężaniem dzieli się na pośredni cykl pełnego chłodzenia i pośredni cykl niepełnego chłodzenia, w zależności od różnych metod chłodzenia pośredniego; w przypadku metody dławienia można go podzielić na cykl dławienia pierwszego stopnia i cykl dławienia drugiego stopnia.
1.2 Typy czynników chłodniczych ze sprężaniem dwustopniowym
Większość dwustopniowych układów chłodniczych ze sprężarką wykorzystuje czynniki chłodnicze o średniej i niskiej temperaturze. Badania eksperymentalne pokazują, że R448A i R455a są dobrymi zamiennikami R404A pod względem efektywności energetycznej. W porównaniu z alternatywami dla fluorowęglowodorów, CO2, jako przyjazny dla środowiska czynnik roboczy, jest potencjalnym zamiennikiem fluorowęglowodorów i charakteryzuje się dobrymi właściwościami środowiskowymi.
Jednak zastąpienie R134a CO2 spowoduje pogorszenie wydajności układu, zwłaszcza przy wyższych temperaturach otoczenia. Ciśnienie w układzie CO2 jest dość wysokie i wymaga specjalnego traktowania kluczowych podzespołów, zwłaszcza sprężarki.
1.3 Badania optymalizacyjne w chłodnictwie sprężarkowym dwustopniowym
Obecnie wyniki badań optymalizacyjnych układu obiegu chłodniczego z dwustopniową sprężarką przedstawiają się następująco:
(1) Zwiększając liczbę rzędów rur w chłodnicy powietrza, a jednocześnie zmniejszając ich liczbę w chłodnicy powietrza, można zwiększyć powierzchnię wymiany ciepła chłodnicy powietrza, jednocześnie zmniejszając przepływ powietrza spowodowany dużą liczbą rzędów rur w chłodnicy powietrza. Wracając do wlotu, dzięki powyższym ulepszeniom temperatura na wlocie chłodnicy powietrza może zostać obniżona o około 2°C, a jednocześnie zapewniony jest efekt chłodzenia chłodnicy powietrza.
(2) Utrzymuj stałą częstotliwość sprężarki niskiego ciśnienia i zmień częstotliwość sprężarki wysokiego ciśnienia, zmieniając w ten sposób współczynnik objętości gazu dostarczanego przez sprężarkę wysokiego ciśnienia. Przy stałej temperaturze parowania wynoszącej -20°C maksymalny współczynnik COP wynosi 3,374, a maksymalny współczynnik objętości gazu dostarczanego przez sprężarkę wysokiego ciśnienia wynosi 1,819.
(3) Porównując kilka powszechnie stosowanych układów chłodniczych z dwustopniowym sprężaniem transkrytycznym CO2, stwierdzono, że temperatura wylotowa chłodnicy gazu i sprawność sprężarki niskiego ciśnienia mają duży wpływ na cykl przy danym ciśnieniu, zatem aby poprawić wydajność układu, konieczne jest obniżenie temperatury wylotowej chłodnicy gazu i wybranie sprężarki niskiego ciśnienia o wysokiej wydajności roboczej.
Czas publikacji: 22 marca 2023 r.