双级压缩式制冷循环
2．5两级压缩及复叠式制冷原理
2．5．1采用两级压缩的原因
单级压缩在选用合适的制冷剂时，其蒸发温度只能达到-25～-35℃，原因是压缩比0ppk不能再提高了。因为：
（1）00pppTko，压缩机输气量↓→制冷量↓
（2）0ppk压缩机排气温度↑(RTpv)→汽缸壁温↑→吸入蒸汽温度↑→v→吸气量↓
例如：当蒸发温度-30℃，冷凝温度40℃时，单级氨压缩机排气温度可达160℃以上。必须作如下限制：
① 单级氨压缩机排气温度＜140℃
② 单级氟压缩机（R12）排气温度＜100℃
③ 单级氟压缩机（R22）排气温度＜115℃
（3）0ppk偏离理想等熵压缩机过程的程度↑→压缩机效率↓
我国规定：R717：0ppk≤8 R12、R22：0ppk≤10 （P38表2-3）
要获得-30～-65℃的蒸发温度，又要符合合适的压缩比，则需要两级压缩制冷。
2．5．2两级压缩制冷循环
1．两级压缩制冷循环的类型
kmpppp压缩压缩（中间冷却器冷却后）0201
总压缩比0201ppppkm• 每一级压缩比≤8～10以下
可分为一级节流两级节流
中间不完全冷却中间完全冷却
* 两级节流：冷凝压力kp节流到mp中间压力，再节流到蒸发压力0p * 一级节流：冷凝压力kp节流到蒸发压力0p，容易调节，实际生产中常用一级节流。
* 两级压缩采用中间冷却的目的是降低高压级的排气温度，降低压缩机功耗。
① 中间完全冷却——低压级排气温度（过热蒸汽）被冷却成mp中间压力下的干饱和蒸汽温度。（氨压缩机）
② 中间不完全冷却——低压级排气温度（过热蒸汽）被冷却降低了温度，来达到mp中间压力下的干饱和蒸汽温度。（氟压缩机）
2．一级节流中间完全冷却循环
这种循环形式被大多数的两级压缩氨制冷系统所采用。
・３１９４・ 化 工 进 展
ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＩＮＤＵＳＴＲＹ ＡＮＤ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＰＲＯＧＲＥＳＳ ２０１５年第３４卷第８期
双级压缩与复叠式压缩制冷系统的技术经济分析
郭耀君 ～，谢晶 ～，朱世新 ～，王金锋 ＇
（ 上海海洋大学食品学院，上海２０１３０６； 上海水产品加工与贮藏工程技术研究中心，上海２０１３０６）
摘要：为了探究双级压缩制冷系统与复叠式压缩制冷系统哪种更适合超低温制冷装置，通过对双级压缩系统和
复叠式压缩制冷系统采用循环热力计算的方法，比较分析了双级压缩与复叠式压缩制冷系统的技术特性。同时
从经济性的角度，对两种制冷方案的理论输气量、制冷系数、初投资、实际运行费用进行了对比分析。结果表
明：在相同的工况下，复叠式系统的压缩比、排气温度和理论输气量均低于双级压缩系统，而复叠式系统的吸
气压力和制冷系数高于双级压缩系统。在冷凝温度为４０＊Ｃ、蒸发温度为－６５℃时，采用复叠压缩实际节能可达
１５．１３％，即在超低温工况下复叠式系统更有前帚。
关键词：双级压缩；复叠式压缩；热力学；性能分析；压缩机
中图分类号：ＴＢ ６１ ５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１０００—６６１３（２０１５）０８—３１９４—０８
ＤｏＩ：１０．１６０８５￣．ｉｓｓｎ．１０００—６６１３．２０１５．０８．０４６
Ｔｅｃｈｎｏ—－ｅｃｏｎｏｍｉｃ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｗｏ・－ｓｔａｇｅｄ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｃａｓｃａｄｅ
ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ
ＧＵＯ Ｙａｏｊｕｎ ２，ＸＩＥＪｉｎｇ ～，ＺＨＵＳｈｉｘｉｎ ２，ＷＡＮＧ Ｊｉｎｆｅｎｇ ’
（１Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆＦｏｏｄ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ Ｏｃｅａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１３０６，Ｃｈｉｎａ； Ｓｈａｎｇｈａｉ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆＡｑｕａｔｉｃ Ｐｒｏｄｕｃｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ Ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０１３０６，Ｃｈｉｎａ）
2018年第4期（总第438期）
0引言
复叠式制冷系统通常由2个或者2个以上不同制冷剂的
单级或者多级制冷系统组合而成[1]。在对温度要求较低的制冷
场合中，适合采用复叠式制冷系统。通常在-40～-120℃
温度范围内可以采用双级复叠式制冷系统。传统的双级复叠
式制冷系统所用的工质组合主要有R22/R13、R22/R23、
R22/R12等[2]，由于这些工质基本是氟利昂，对臭氧层有巨
大的破坏力，且会产生强烈的温室效应，因此被环保节能的
制冷剂替代是大势所趋。宁静红[3]、王炳明[4]、沈九兵[5]等人分
别对R290/CO2、NH3/CO2、R134a/CO2复叠式制冷系统进
行过实验研究，证实了复叠式制冷系统采用环保工质的可行
性。本文分别用流程模拟软件AspenHYSYS对采用环保工
质组合NH3/CO2、R290/CO2、R134a/CO2、R600a/
CO2、R290/R1150及传统工质组合R22/R23、R22/R13
的双级复叠式制冷系统进行模拟分析。
1双级复叠式制冷系统流程模型建立
根据双级复叠式制冷系统原理，在AspenHYSYS中建
立流程模型（如图1所示），图1中循环1-2-3-4-1为高
温级循环、循环5-6-7-8-5为低温级循环。
物性包计算方法选择Peng-Robinson，组分分别选择
需要模拟计算的工质组合，并对计算条件约束如下：①物流
2、物流6状态为饱和液体；②物流4、物流8状态为饱和
气体；③冷凝蒸发器换热温差△t＝3℃；④物流2温度为
35℃；⑤各换热器压降设为10kPa；⑥每一级循环的总压
比不超过16；⑦压缩机总效率为75%。
本文做以下2类模拟计算：一是分析冷凝蒸发器温度对双级复叠式制冷系统制冷性能的影响规律（假设蒸发温度t7为-50℃情况下模拟计算）；二是分析采用不同制冷工质组
合双级复叠式制冷系统制冷性能大小（分别对采用不同的制
冷工质组合双级复叠式制冷系统冷凝换热器的换热温度进行
最优化，低温级蒸发温度t7分别从-40～-80℃，每间隔
双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环
双级蒸气压缩式制冷循环是一种通过两个不同压力级别的压缩机来实现制冷的技术。在这种循环中，高温高压的蒸汽通过第一级压缩机被压缩，然后通过冷凝器放热并冷却成液体，液体再经过节流阀降压，进入低温低压的蒸发器蒸发，吸收热量进行制冷。而低温低压的蒸汽则通过第二级压缩机再次被压缩，形成高压蒸汽，循环再次进行。这种循环适用于需要同时实现高温和低温制冷的场合，例如冷库和超市的冷冻柜。
复叠式制冷循环是一种通过多个有机朗肯循环进行分级压缩的技术。在这种循环中，不同有机工质通过多个级别的压缩进行循环，同时实现了不同温度级别的制冷。每个循环级别的压力和温度可以根据需要进行调节，使得这种循环对于需要多级别制冷的场合非常适用，例如化工和医药行业的制冷需求。
总的来说，双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环都是高效的制冷技术，它们分别适用于不同的制冷需求。在实际应用中，根据具体的情况可以选择适合的制冷循环技术，以实现最佳的制冷效果。制冷循环是现代生活中不可或缺的技术之一，它广泛应用于家用、商用和工业领域。在不同的环境和使用条件下，需要不同的制冷技术来满足特定的需求。双级蒸气压缩式和复叠式制冷循环就是两种常用的制冷技术，它们分别具有各自独特的特点和优势。
双级蒸气压缩式制冷循环适用于需要同时进行高温和低温制冷的场合。在这种循环中，通过两个不同压力级别的压缩机对蒸汽进行压缩，实现两个不同温度级别的制冷。高温高压的蒸汽通过第一级压缩机被压缩，然后通过冷凝器放热成液体，再经过节流阀降压进入低温低压的蒸发器蒸发，吸收热量进行制冷。低温低压的蒸汽则通过第二级压缩机再次被压缩，形成高压蒸汽，循环再次进行。这种制冷循环适用于需要同时进行高温和低温制冷的场合，例如在冷库和超市的冷冻柜等。
复叠式制冷循环是一种通过多个有机朗肯循环进行分级压缩的技术。在这种循环中，不同有机工质通过多个级别的压缩进行循环，同时实现了不同温度级别的制冷。每个循环级别的压力和温度可以根据需要进行调节，使得这种循环对于需要多级别制冷的场合非常适用，例如在化工和医药行业中的制冷需求。
