中小型復(fù)疊式制冷機(jī)組能夠?qū)崿F(xiàn)更低的蒸發(fā)溫度，通常在-40℃至-80℃之間，而單級(jí)制冷機(jī)組的蒸發(fā)溫度一般在-15℃至-35℃之間。這使得它在需要低溫制冷的領(lǐng)域具有更廣泛的應(yīng)用。采用兩級(jí)或多級(jí)壓縮，使得制冷劑在不同壓力下進(jìn)行熱交換，從而提高了制冷效率。在運(yùn)行過(guò)程中，各級(jí)壓縮機(jī)之間的負(fù)荷分配較為均衡，從而降低了故障率，提高了運(yùn)行穩(wěn)定性。
中小型復(fù)疊式制冷機(jī)組采用復(fù)疊式制冷的原因：
1、蒸發(fā)溫度必須高于制冷劑的凝固點(diǎn)，否則制冷劑無(wú)法進(jìn)行循環(huán)。當(dāng)制冷循環(huán)的蒸發(fā)溫度，低于該制冷劑凝固點(diǎn)時(shí)，制冷劑就會(huì)凝固而無(wú)法流動(dòng)，從而失去循環(huán)流動(dòng)的特性。例如：R717的凝固點(diǎn)是-77.7℃，R717制冷循環(huán)的極限溫度是-77.7℃;
2、蒸發(fā)溫度很低時(shí)，一般制冷劑蒸發(fā)壓力很低，比體積很大，所以制冷劑單位容積制冷量很小，這樣使壓縮機(jī)尺寸過(guò)于龐大。如常用的制冷劑R22、R17，在tk=40℃，t0=-70℃時(shí)，它們的單位容積制冷量分別只有當(dāng)tk=40℃，t0=-15℃時(shí)的6.9%、和5.2%。而且過(guò)低的蒸發(fā)壓力還增加空氣滲入制冷劑系統(tǒng)的可能性，同時(shí)由于級(jí)間的壓力增大，使壓縮機(jī)的輸氣系統(tǒng)減小，系統(tǒng)的運(yùn)行性能下降，也對(duì)安裝中系統(tǒng)的密封性要求很高;
3、低溫制冷劑大多是有機(jī)物質(zhì)，凝固點(diǎn)低，如R13的凝固點(diǎn)在-180℃，并且低飽和溫度氣化時(shí)，對(duì)制冷循環(huán)的吸氣性能影響較小。
但低溫制冷劑的臨界點(diǎn)低，如R13的臨界點(diǎn)為28.8℃，臨界壓力為3.861MPa,當(dāng)tk>=28.8℃時(shí)，R13的冷凝壓力不僅高而且超出臨界壓力，所以在一般情況下，低溫制冷劑不能像高溫、中溫制冷劑那樣用水、空氣等普通冷卻介質(zhì)來(lái)完成冷卻冷凝過(guò)程。
4、對(duì)于活塞式壓縮機(jī)，由于氣閥的特性，當(dāng)吸氣壓力低于15kPa時(shí)，氣閥將因氣缸內(nèi)外壓差過(guò)小而無(wú)法開(kāi)啟。因此使用活塞式壓縮機(jī)的循環(huán)能達(dá)到的溫度只能是與15kPa相對(duì)應(yīng)的飽和蒸氣溫度。如果要達(dá)到更低的蒸發(fā)壓力，即便級(jí)數(shù)再多也無(wú)能為力。若改用沸點(diǎn)低的制冷劑，雖然蒸發(fā)壓力可不低于15kPa，但其冷凝壓力太高，接近臨界壓力，此時(shí)循環(huán)節(jié)流損失很大。
例如：t0=-100℃時(shí)，R13的冷凝壓力為p0=0.0332MPa,但同時(shí)它的冷凝壓力卻太高，當(dāng)tk=30℃時(shí)，R13已經(jīng)達(dá)到超臨界狀態(tài)，因此單一的低溫制冷劑的多級(jí)循環(huán)仍然不行。為了解決上述的問(wèn)題，采用了兩種制冷劑的復(fù)疊式乙二醇冷凍機(jī)制冷循環(huán)。
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