2段圧縮機の冷凍原理

2 段コンプレッサー冷凍サイクルでは、通常、低圧コンプレッサーと高圧コンプレッサーの 2 つのコンプレッサーが使用されます。

1.1 冷媒ガスが蒸発圧力から凝縮圧力まで上昇するプロセスは2段階に分かれています

第１段：まず低圧段コンプレッサで中間圧力まで圧縮される。
第 2 段階: 中間圧力下のガスは中間冷却後に高圧コンプレッサーによって凝縮圧力までさらに圧縮され、往復サイクルによって冷凍プロセスが完了します。

低温を生成する場合、2 段圧縮冷凍サイクルのインタークーラーは、高圧段コンプレッサー内の冷媒の入口温度を下げ、同じコンプレッサーの吐出温度も下げます。

二段圧縮冷凍サイクルは、冷凍プロセス全体を二段に分割するため、各段の圧縮比は単段圧縮に比べて大幅に低くなり、設備の強度要件が軽減され、冷凍サイクルの効率が大幅に向上します。二段圧縮冷凍サイクルは、中間冷却方式の違いにより、中間完全冷却サイクルと中間不完全冷却サイクルに分けられます。絞り方式の場合は、第一段絞りサイクルと第二段絞りサイクルに分けられます。

1.2 二段圧縮冷媒の種類

二段圧縮冷凍システムの多くは、中低温用冷媒を選択しています。実験的研究によると、R448AとR455aはエネルギー効率の点でR404Aの優れた代替品であることが示されています。ハイドロフルオロカーボン（HFC）の代替品と比較して、CO2は環境に優しい作動流体であり、優れた環境特性を備えており、HFC冷媒の潜在的な代替品となります。

しかし、R134a を CO2 に置き換えると、特に周囲温度が高い場合にシステムのパフォーマンスが低下し、CO2 システムの圧力が非常に高くなり、特にコンプレッサーなどの主要コンポーネントに特別な処理が必要になります。

1.3 二段圧縮冷凍の最適化研究

現在、二段圧縮冷凍サイクルシステムの最適化研究成果は主に次のとおりです。
（1）インタークーラー内の管列数を増やすと同時に、エアクーラー内の管列数を減らすことで、インタークーラーの熱交換面積を拡大し、同時にエアクーラー内の管列数の増加に伴う空気流を低減することができます。入口に戻ると、上記の改良により、インタークーラーの入口温度を約2℃下げることができ、同時にエアクーラーの冷却効果を確保することができます。

（2）低圧圧縮機の周波数を一定に保ち、高圧圧縮機の周波数を変化させることで、高圧圧縮機のガス吐出量比を変化させる。蒸発温度が-20℃で一定の場合、最大COPは3.374となり、最大COPに対応するガス吐出量比は1.819となる。

（3）いくつかの一般的なCO2トランスクリティカル二段圧縮冷凍システムを比較すると、ガスクーラーの出口温度と低圧段圧縮機の効率は、所定の圧力でのサイクルに大きな影響を与えることが判明した。したがって、システム効率を向上させるには、ガスクーラーの出口温度を下げ、運転効率の高い低圧段圧縮機を選択する必要がある。