復疊式制冷,是指用兩種或兩種以上的制冷劑,由兩個或兩個以上的單級(或雙級)壓縮制冷循環系統組成的制冷裝置。一般用于-120℃∽-60℃的低溫設施,比如超低溫的冷庫,快速凍結工藝設施,需要超低溫工藝的生物及化學工業領域、低溫箱等。
復疊式制冷系統與循環原理圖
兩個單級系統組成的復疊式制冷機
三個單級壓縮循環組成的復疊式制冷機
常見的復疊式制冷裝置,系統結構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使低溫部分的制冷劑冷凝,兩個部分用一個冷凝蒸發器連接起來形成一個整體。冷凝蒸發器既是高溫部分的蒸發器,也是低溫部分的冷凝器。示例圖如下:
一、低溫級部分:來自蒸發器的低溫制冷劑氣體,經過低溫級回熱器后,再經過低溫級壓縮機壓縮后進入油分,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,含油量很少的制冷劑氣體進入預冷器中被預冷,然后進入冷凝蒸發器中。在冷凝蒸發器中,低溫制冷劑放出的熱量被高溫制冷劑吸收,高溫制冷劑蒸發的同時,低溫制冷劑冷凝,冷凝后的低溫制冷劑經過干燥過濾器、低溫級回熱器,再經過節流閥進入蒸發器中,完成一個制冷循環。
二、高溫級部分:在冷凝蒸發器中吸熱后蒸發的高溫制冷劑氣體,被高溫級壓縮機吸入壓縮后進入風冷冷凝器中冷凝,放出熱量給冷卻介質,冷凝后的高溫制冷劑液體進入儲液器,然后經過干燥過濾器、節流閥進入冷凝蒸發器中,完成一個制冷循環。
不同于普通的單級壓縮制冷裝置,復疊式制冷裝置有兩個特殊的組件,冷凝蒸發器和膨脹容器。其中:
一、冷凝蒸發器: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器時,通常為管內蒸發,管間冷凝。即高溫部分的制冷劑在管內蒸發,低溫部分的制冷劑在管間冷凝。用板式換熱器做冷凝蒸發器時,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。
二、膨脹容器:當復疊式制冷裝置停止運行后,系統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,當壓力達到一定數值時,壓力控制閥自動開啟,使一部分制冷劑進入膨脹容器,限制系統內的壓力不會過高。
啟動復疊式制冷裝置時,一般是先啟動高溫部分,再啟動低溫部分。操作時應嚴格按照廠家的要求進行操作。
復疊式制冷VS兩級壓縮
項目
復疊式制冷
兩級壓縮式制冷
系統特性
復雜,要兩套子系統,兩種制冷劑;
低溫制冷劑比中溫制冷劑要貴的許多
簡單, 只要一種中溫制冷劑。單機雙級壓縮機只需一臺;雙機雙級情況下需處理好兩臺壓縮機中潤滑油的分配問題
運行特性
1.存在復疊溫差,造成不可逆損失。2.由于低溫制冷劑的容積制冷能力大,使低溫壓縮機尺寸小,機械效高。 3.每臺壓縮機的壓力適中,容積效率和壓縮過程的指示效率可以提高。4.系統正壓或輕度負壓,外氣滲入系統的危險性小,運行穩定性好。5.溫度調節范圍小。
1.不存在不可逆損失。
2.低壓級壓縮機尺寸大,機械效率低。
3.低壓級壓縮機的容積效率和指示效率低。
4.低壓機負壓程度較高,外氣滲入系統的危險性大。
5.溫度調節范圍大。
主要應用
工業生產用的低溫裝置,大型試驗裝置。
小型試驗裝置,尤其是需要寬范圍溫度調節的應用裝置。
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