单级蒸气压缩式制冷系统如下图1所示。它由压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成。其工作过程如下:制冷剂在蒸发压力下沸腾, 蒸发温度低于被冷却物体或流体的温度。压缩机不断地抽吸蒸发器中产生的蒸气,并将它压缩到冷凝压力, 然后送往冷凝器,在冷凝压力下等压冷却和冷凝成液体,制冷剂冷却和冷凝时放出的热量传给冷却介质(通常是水或空气) 与冷凝压力相对应的冷凝温度一定要高于冷却介质的温度,冷凝后的液体通过膨胀阀或其它节流元件进入蒸发器。 当制冷剂通过膨胀阀时,压力从冷凝压力降到蒸发压力,部分液体气化,剩余液体的温度降至蒸发温度,于是离开膨胀阀的制冷剂变成温度为蒸发温度的两相混合物。 混合物中的液体在蒸发器中蒸发,从被冷却物体中吸取它所需要的气化潜热。混合物中的蒸气通常称为闪发蒸气,在它被压缩机重新吸入之前几乎不再起吸热作用 。
在整个循环过程中,压缩机起着压缩和输送制冷剂蒸气并造成蒸发器中低压力、冷凝器中高压力的作用,是整个系统的心脏; 节流阀对制冷剂起节流降压作用并调节进入蒸发器的制冷剂流量;蒸发器是输出冷量的设备,制冷剂在蒸发器中吸收被冷却物体的热量,从而达到制取冷量的目的; 冷凝器是输出热量的设备,从蒸发器中吸取的热量连同压缩机消耗的功所转化的热量的冷凝器中被冷却介质带走。根据热力学第二定律, 压缩机所消耗的功(电能)起了补偿作用,使制冷剂不断从低温物体中吸热,并向高温物体放热,从而完整个制冷循环。

压缩机: 压缩和输送制冷蒸汽,并造成蒸发器中低压、冷凝器中高压,是整个系统的心脏。
冷凝器: 是输出热量的设备,将制冷剂在蒸发器中吸收的热量和压缩机消耗功所转化的热量排放给冷却介质。
节流阀: 对制冷剂起节流降压作用,并调节进入蒸发器的制冷剂流量。
蒸发器: 是输出冷量的设备,制冷剂在蒸发器中吸收被冷却对象的热量,从而达到制冷的目的。
两级压缩制冷循环中,制冷剂的压缩过程分两个阶段进行,即将来自蒸发器的低压制冷剂蒸气(压力为 )先进入低压压缩机,在其中压缩到中间压力
,经过中间冷却后再进入高压压缩机,将其压缩到冷凝压力
,排入冷凝器中。这样,可使各级压力比适中,由于经过中间冷却,又可使压缩机的耗功减少,可靠性、经济性均有所提高。
两级压缩制冷循环按中间冷却方式可分为中间完全冷却循环与中间不完全冷却循环;按节流方式又可分为一级节流循环与两级节流循不。所谓中间完全冷却是指将低压级的排气冷却到中间压力下的饱和蒸气。如果低压级排气虽经冷却,但并未冷到饱和蒸气状态时称为中间不完全冷却。一级节流循环虽经济性较两级节流稍差,但它利用节流前本身的压力可实现远距离供液或高层供液,故被广泛采用。
一级节流、中间完全冷却的两级压缩循环
图1 示出一级节流、中间完全冷却的两级压缩循环系统原理图及相应的 图。
进入中间冷却器,节流后的液体在中间冷却器F内蒸发,冷却低压压缩机的排气和盘管内的高压液体,节流后产生的部分蒸气和液体蒸发产生的蒸气随同低压压缩机的排气一同进入高压压缩机B中,压缩到冷凝压力后排入冷凝器C。循环就这样周而复始地进行。进入蒸发器的这一部分高压液体在节流前先在盘管内进一步冷却,可以使节流过程产生的无效蒸气量(即干度)减少,从而使单位制冷量增大。
从循环的工作过程可以看出,与单级压缩制冷循环比较,它不仅增加了一台压缩机,而且还增加了中间冷却器和一只节流阀,且高压级的制冷剂流量因加上了在中间冷却器内产生的蒸气而大于低压级的制冷剂流量。
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