復(fù)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(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。
復(fù)疊式制冷系統(tǒng)與循環(huán)原理圖
兩個單級系統(tǒng)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)
三個單級壓縮循環(huán)組成的復(fù)疊式制冷機(jī)
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，兩個部分用一個冷凝蒸發(fā)器連接起來形成一個整體。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：
一、低溫級部分：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，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，完成一個制冷循環(huán)。
二、高溫級部分：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特殊的組件，冷凝蒸發(fā)器和膨脹容器。其中：
一、冷凝蒸發(fā)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，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，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(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，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。
啟動復(fù)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(yīng)嚴(yán)格按照廠家的要求進(jìn)行操作。
復(fù)疊式制冷VS兩級壓縮
| 項(xiàng)目 | 復(fù)疊式制冷 | 兩級壓縮式制冷 |
| 系統(tǒng)特性 | 復(fù)雜，要兩套子系統(tǒng)，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(jī)雙級壓縮機(jī)只需一臺；雙機(jī)雙級情況下需處理好兩臺壓縮機(jī)中潤滑油的分配問題 |
| 運(yùn)行特性 | 1.存在復(fù)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(jī)尺寸小，機(jī)械效高。 3.每臺壓縮機(jī)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(tǒng)正壓或輕度負(fù)壓，外氣滲入系統(tǒng)的危險(xiǎn)性小，運(yùn)行穩(wěn)定性好。 5.溫度調(diào)節(jié)范圍小。 | 1.不存在不可逆損失。 2.低壓級壓縮機(jī)尺寸大，機(jī)械效率低。 3.低壓級壓縮機(jī)的容積效率和指示效率低。 4.低壓機(jī)負(fù)壓程度較高，外氣滲入系統(tǒng)的危險(xiǎn)性大。 5.溫度調(diào)節(jié)范圍大。 |
| 主要應(yīng)用 | 工業(yè)生產(chǎn)用的低溫裝置，大型試驗(yàn)裝置。 |
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