İki kademeli kompresörlü soğutma prensibi

İki kademeli kompresörlü soğutma çevrimi genellikle iki kompresör kullanır; bunlar düşük basınçlı bir kompresör ve yüksek basınçlı bir kompresördür.

1.1 Soğutucu gazın buharlaşma basıncından yoğuşma basıncına yükselme süreci 2 aşamaya ayrılır.

Birinci aşama: Önce düşük basınçlı kademe kompresörü tarafından ara basınca sıkıştırılır:
İkinci aşama: Ara basınç altındaki gaz, ara soğutmadan sonra yüksek basınçlı kompresör tarafından yoğuşma basıncına kadar daha da sıkıştırılır ve karşılıklı hareket döngüsü soğutma işlemini tamamlar.

Düşük sıcaklıklar üretilirken, iki kademeli kompresyonlu soğutma çevriminin ara soğutucusu, yüksek basınç kademesi kompresöründeki soğutucu akışkanın giriş sıcaklığını ve aynı kompresörün çıkış sıcaklığını düşürür.

İki kademeli kompresyonlu soğutma çevrimi, tüm soğutma işlemini iki aşamaya böldüğü için, her aşamanın sıkıştırma oranı tek kademeli kompresyona göre çok daha düşük olur; bu da ekipman dayanıklılığı gereksinimlerini azaltır ve soğutma çevriminin verimliliğini büyük ölçüde artırır. İki kademeli kompresyonlu soğutma çevrimi, farklı ara soğutma yöntemlerine göre ara tam soğutma çevrimi ve ara eksik soğutma çevrimi olarak ikiye ayrılır; eğer kısma yöntemi esas alınırsa, birinci kademe kısma çevrimi ve ikinci kademe kısma çevrimi olarak ayrılabilir.

1.2 İki aşamalı sıkıştırmalı soğutucu akışkan türleri

İki kademeli kompresyonlu soğutma sistemlerinin çoğu orta ve düşük sıcaklıkta soğutucu akışkanlar kullanmaktadır. Deneysel araştırmalar, R448A ve R455a'nın enerji verimliliği açısından R404A'nın iyi alternatifleri olduğunu göstermektedir. Hidroflorokarbonlara alternatiflerle karşılaştırıldığında, çevre dostu bir çalışma akışkanı olan CO2, hidroflorokarbon soğutucu akışkanlar için potansiyel bir alternatiftir ve iyi çevresel özelliklere sahiptir.

Ancak R134a'nın CO2 ile değiştirilmesi, özellikle daha yüksek ortam sıcaklıklarında sistem performansını düşürecektir; CO2 sisteminin basıncı oldukça yüksektir ve özellikle kompresör olmak üzere temel bileşenlerin özel işlemden geçirilmesini gerektirir.

1.3 İki aşamalı kompresyonlu soğutma sistemleri üzerine optimizasyon araştırması

Şu anda, iki kademeli kompresyonlu soğutma çevrimi sisteminin optimizasyon araştırma sonuçları başlıca aşağıdaki gibidir:
(1) Ara soğutucudaki boru sıralarının sayısını artırırken, hava soğutucudaki boru sıralarının sayısını azaltmak, hava soğutucudaki çok sayıda boru sırasının neden olduğu hava akışını azaltırken ara soğutucunun ısı değişim alanını artırabilir. Girişine dönecek olursak, yukarıdaki iyileştirmeler sayesinde, ara soğutucunun giriş sıcaklığı yaklaşık 2°C azaltılabilir ve aynı zamanda hava soğutucunun soğutma etkisi garanti altına alınabilir.

(2) Düşük basınçlı kompresörün frekansını sabit tutun ve yüksek basınçlı kompresörün frekansını değiştirerek yüksek basınçlı kompresörün gaz iletim hacmi oranını değiştirin. Buharlaşma sıcaklığı -20°C'de sabit olduğunda, maksimum COP 3,374 ve COP'ye karşılık gelen maksimum gaz iletim oranı 1,819'dur.

(3) Birkaç yaygın CO2 transkritik iki kademeli kompresyonlu soğutma sistemini karşılaştırarak, gaz soğutucunun çıkış sıcaklığının ve düşük basınç kademesi kompresörünün verimliliğinin belirli bir basınçta çevrim üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğu sonucuna varılmıştır; bu nedenle sistem verimliliğini artırmak istiyorsanız, gaz soğutucunun çıkış sıcaklığını düşürmek ve yüksek çalışma verimliliğine sahip bir düşük basınç kademesi kompresörü seçmek gereklidir.