一、復(fù)疊式制冷
復(fù)疊式制冷，是指用兩種或兩種以上的制冷劑，由兩個(gè)或兩個(gè)以上的單級（或雙級）壓縮制冷循環(huán)系統(tǒng)組成的制冷裝置。一般用于-120℃∽-60℃的低溫設(shè)施，比如超低溫的冷庫，快速凍結(jié)工藝設(shè)施，需要超低溫工藝的生物及化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域、低溫箱等。常見的復(fù)疊式制冷裝置，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上分為高溫級部分和低溫級部分。其中高溫部分用的是中溫制冷劑，低溫部分用的是低溫制冷劑。高溫部分的制冷劑蒸發(fā)使低溫部分的制冷劑冷凝，兩個(gè)部分用一個(gè)冷凝蒸發(fā)器連接起來形成一個(gè)整體。冷凝蒸發(fā)器既是高溫部分的蒸發(fā)器，也是低溫部分的冷凝器。示例圖如下：
來自蒸發(fā)器的低溫制冷劑氣體，經(jīng)過低溫級回?zé)崞骱?，再?jīng)過低溫級壓縮機(jī)壓縮后進(jìn)入油分，低溫制冷劑中的潤滑油在油分中大部分被分離出來，潤滑油返回壓縮機(jī)，含油量很少的制冷劑氣體進(jìn)入預(yù)冷器中被預(yù)冷，然后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器中。在冷凝蒸發(fā)器中，低溫制冷劑放出的熱量被高溫制冷劑吸收，高溫制冷劑蒸發(fā)的同時(shí)，低溫制冷劑冷凝，冷凝后的低溫制冷劑經(jīng)過干燥過濾器、低溫級回?zé)崞?，再?jīng)過節(jié)流閥進(jìn)入蒸發(fā)器中，完成一個(gè)制冷循環(huán)。在冷凝蒸發(fā)器中吸熱后蒸發(fā)的高溫制冷劑氣體，被高溫級壓縮機(jī)吸入壓縮后進(jìn)入風(fēng)冷冷凝器中冷凝，放出熱量給冷卻介質(zhì)，冷凝后的高溫制冷劑液體進(jìn)入儲液器，然后經(jīng)過干燥過濾器、節(jié)流閥進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器中，完成一個(gè)制冷循環(huán)。
不同于普通的單級壓縮制冷裝置，復(fù)疊式制冷裝置有兩個(gè)特殊的組件，冷凝蒸發(fā)器和膨脹容器。一般是采用套管式換熱器或板式板式換熱器。用套管式換熱器做冷凝蒸發(fā)器時(shí)，通常為管內(nèi)蒸發(fā)，管間冷凝。即高溫部分的制冷劑在管內(nèi)蒸發(fā)，低溫部分的制冷劑在管間冷凝。用板式換熱器做冷凝蒸發(fā)器時(shí)，一般在高溫級的制冷劑入口裝有制冷劑液體分配器，使液體制冷劑均勻流入各通道。當(dāng)復(fù)疊式制冷裝置停止運(yùn)行后，系統(tǒng)各部分的溫度會逐漸上升，低溫制冷劑會汽化成為蒸汽，壓力不斷上升。由于制冷裝置中的其他部件和管路有一定的極限承壓能力，為防止壓力上升超出極限值，故在低溫部分安裝膨脹容器，當(dāng)壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，壓力控制閥自動開啟，使一部分制冷劑進(jìn)入膨脹容器，限制系統(tǒng)內(nèi)的壓力不會過高。制冷循環(huán)根據(jù)節(jié)流次數(shù)可分為單級壓縮循環(huán)，多級壓縮循環(huán)。所謂多級壓縮，即根據(jù)所需的壓力，將壓縮機(jī)的氣缸分為若干級，逐級提高壓力。并在每級壓縮之后，設(shè)立級間冷卻器，冷卻每級壓縮后的高溫氣體。這樣就能降低每一級的排氣溫度。 用單級壓縮機(jī)將氣體壓到很高的壓力，其壓縮比必然增大，壓縮后氣體的溫度也會升得很高。當(dāng)壓力比超過一定數(shù)值時(shí)，氣體壓縮后的終結(jié)溫度就會超過一般壓縮機(jī)潤滑油的閃點(diǎn)（200℃～240℃），潤滑油會被燒成碳渣，造成潤滑困難。此外，壓力比越大，殘留在余隙容積內(nèi)的氣體壓力越大，膨脹后，占去的氣缸空間越大，大大影響了氣缸的工作效率。
另外，單級制冷壓縮機(jī)所能達(dá)到的最低蒸發(fā)溫度是有限制的，要想獲得更低的溫度，就需要采用多級壓縮。采用多級壓縮可以從根本上改善制冷循環(huán)的性能指標(biāo)。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)可知，只有當(dāng)氨制冷系統(tǒng)壓縮比≥8時(shí)，氟利昂制冷系統(tǒng)壓縮比≥10時(shí)，采用雙級壓縮較單級壓縮更為經(jīng)濟(jì)合理。
在蒸發(fā)器中產(chǎn)生的低壓低溫制冷劑蒸氣，被低壓壓縮機(jī)吸入并壓縮成中間壓力的過熱蒸氣，然后進(jìn)入同一壓力的中間冷卻器，在中間冷器內(nèi)被冷卻成干飽和蒸氣。中壓干飽和蒸氣又被高壓壓縮機(jī)吸入并壓縮到冷凝壓力的過熱蒸氣，隨后進(jìn)入冷凝器被冷凝成制冷劑液體。然后分成兩路，一路經(jīng)膨脹閥Ｆ節(jié)流降壓后進(jìn)入中間冷卻器，大部分液體從另一路進(jìn)入中間冷卻器的盤管內(nèi)過冷。但由于存在傳熱溫差，故其在盤管內(nèi)不可能被冷卻到中間溫度，而是比中間溫度一般高△ｔ＝３－５℃。過冷后的液體再經(jīng)過主膨脹閥節(jié)流降壓成低溫低壓的過冷液，最后進(jìn)入蒸發(fā)器吸熱蒸發(fā)，產(chǎn)生冷效應(yīng)。
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