2段式圧縮機冷凍原理

2段式圧縮機冷凍サイクルは、一般的に低圧圧縮機と高圧圧縮機の2つの圧縮機を使用する。

1.1 冷媒ガスの蒸発圧力から凝縮圧力への上昇過程は2段階に分けられる。

第1段階：低圧段コンプレッサーによってまず中間圧力まで圧縮される。
第2段階：中間冷却後、中間圧力下のガスは高圧圧縮機によってさらに凝縮圧力まで圧縮され、往復サイクルによって冷凍プロセスが完了する。

低温を生成する際、二段圧縮冷凍サイクルのインタークーラーは、高圧段圧縮機における冷媒の入口温度を低下させるとともに、同じ圧縮機の吐出温度も低下させる。

2段圧縮冷凍サイクルは、冷凍プロセス全体を2つの段階に分割するため、各段階の圧縮比は1段圧縮よりもはるかに低くなり、機器の強度に対する要求が軽減され、冷凍サイクルの効率が大幅に向上します。2段圧縮冷凍サイクルは、中間冷却方法の違いに応じて、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。絞り方式に基づく場合は、第1段階絞りサイクルと第2段階絞りサイクルに分けられます。

1.2 2段圧縮冷媒方式

2段圧縮式冷凍システムのほとんどは、中低温冷媒を採用しています。実験的研究によると、エネルギー効率の面では、R448AとR455aはR404Aの良い代替品となります。環境に優しい作動流体であるCO2は、ハイドロフルオロカーボンの代替品として有望であり、優れた環境特性を備えています。

しかし、R134aをCO2に置き換えると、特に周囲温度が高い場合、システムの性能が低下します。CO2システムの圧力は非常に高いため、主要部品、特にコンプレッサーには特別な処理が必要です。

1.3 2段圧縮冷凍の最適化研究

現在、2段圧縮冷凍サイクルシステムの最適化研究結果は主に以下のとおりです。
（１）インタークーラーの管列数を増やし、エアクーラー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増やしつつ、エアクーラーの管列数が多いことによる空気の流れを減らすことができる。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も確保できる。

（２）低圧コンプレッサの周波数を一定に保ち、高圧コンプレッサの周波数を変更することで、高圧コンプレッサのガス供給量の比率を変化させる。蒸発温度が-20℃で一定の場合、最大COPは3.374であり、COPに対応する最大ガス供給比率は1.819である。

（３）いくつかの一般的なCO2超臨界二段圧縮冷凍システムを比較した結果、ガス冷却器の出口温度と低圧段圧縮機の効率が所定の圧力でのサイクルに大きな影響を与えることがわかったので、システムの効率を向上させたい場合は、ガス冷却器の出口温度を下げ、運転効率の高い低圧段圧縮機を選択する必要がある。