复叠压缩制冷系统

    当需要制取更低的温度，如-70～-120℃的低温箱、低温库时，采用中温制冷剂的双级压缩制冷装置所能得到的最低蒸发温度，也受到蒸发压力过低带来的一系列限制，比如R22在-80℃时，其蒸发压力已低于0．01MPa，氨在-77.7℃时已凝固。

    因此，制取低于-70℃的温度时，就要使用低温制冷剂。低温制冷剂在常压下有较低的蒸发温度（比如R13的蒸发温度在常压下为- 81.5℃，R14为-128℃）。使用低温制冷剂，可以在低蒸发温度下获得较高的蒸发压力。但是低温制冷剂也带来了一个问题，即它的冷凝温度要求也低，用一般的水冷和空气冷却都无法使之凝结为液体（如R13在30℃时其压力已超过临界状态了），必须用人工冷源来冷凝低温制冷剂。这就要有两个制冷系统：一个是采用低温制冷剂的低温侧制冷系统；另一个是采用中温制冷剂用来冷却低温制冷剂的制冷系统，这种制冷形式称为复叠压缩制冷。

    复叠压缩制冷系统，分为二元复叠压缩制冷系统和多元复叠压缩制冷系统，最常用的是二元复叠压缩制冷系统。二元复叠压缩制冷系统有两种制冷剂，多元复叠压缩制冷系统内为多种制冷剂，而双级压缩或多级压缩制冷系统的制冷剂为同一种。

    二元复叠压缩制冷系统中，温度低的一元复叠压缩制冷系统，称为低温侧，温度高的另一元复叠压缩制冷系统，称为高温侧。其低温侧与高温侧通过一个热交换器联结，称之为冷凝蒸发器（也有称为蒸发冷凝器的，但为了与蒸发式冷凝器的命名加以区别，还是称为冷凝蒸发器好）。冷凝蒸发器既是低温侧的冷凝器，又是高温侧的蒸发器。

    利用活塞式压缩机组成的、二元复叠压缩系统，常用的制冷剂组合如表1-16所示。

表1-16复叠制冷剂组合

 

从图1-7中不难看出，二元复叠压缩，即是两种制冷剂单级压缩系统的组合。在停机时，由于低温制冷剂气化，压力升高，因此安装了膨胀桶、单向阀及毛细管组成的降压安全装置。当压力超过1.2MPa时，单向阀打开，将低温制冷剂扩散到膨胀筒内，以保证系统压力不超过1.2MPa;在系统刚刚开始运转时，高温侧来不及冷却低温侧的高温高压制冷剂蒸气时，压力也会上升，当压力超过1.2MPa时，仍旧通过单向阀向膨胀筒内扩散，以便能顺利地起动；在系统开始正常运行时，高温侧已能制冷来冷却低温侧的高压蒸气，此时，低温侧的低温制冷剂会显得不够，那么，膨胀筒内的低温制冷剂会通过毛细管不断地向系统内补充，以保证原有的足量的低温制冷剂。单向阀的关闭压力一般为0.9MPa。

 

图1—7二元复叠式制冷系统流程图

    目前，多采用两台电动机分别带动高、低温侧的压缩机，通过继电器动作的先后程序做到先起动高温侧，运行一段时间，使之正常制冷，然后延时起动低温侧压缩机，那么低温侧的压力便不会上升过高。这种系统的膨胀装置往往不再用单向阀，只有膨胀筒通过毛细管与低温侧的吸气管联结，以保证停机时压力不会过高，正常运行时补充低温制冷剂。

    考虑运行安全和高效，实际的制冷装置增加了一些辅助设备，如干燥过滤器、电磁阀、回热器、油分离器等。

   (1)干燥过滤器：能去掉冷凝器出来的、液体制冷剂中的水分和杂质，防止膨胀阀或干燥过滤器处形成冰堵和脏堵。

   (2)电磁阀：起自动切断供液作用，防止停机后过多的制冷剂进入蒸发器，以免下次开机出现湿冲程或液击。

   (3)回热器：使供液与回气进行热交换，过冷液态制冷剂，提高单位质量制冷量，同时提高回气的过热度，防止压缩机的湿冲程和液击。

   (4)油分离器：将压缩机排气中带出来的润滑油分离出来，并返回曲轴箱，防止油进入热交换器而影响传热效率，同时保证了压缩机润滑的用油。