De tweetraps compressor-koelcyclus maakt doorgaans gebruik van twee compressoren, namelijk een lagedrukcompressor en een hogedrukcompressor.
1.1 Het proces waarbij de druk van het koelmiddelgas stijgt van verdampingsdruk naar condensatiedruk is verdeeld in 2 fasen.
De eerste fase: Eerst gecomprimeerd tot de tussendruk door de lagedrukcompressor:
De tweede fase: het gas onder tussendruk wordt na tussentijdse koeling verder gecomprimeerd tot de condensatiedruk door de hogedrukcompressor, waarna de heen-en-weergaande beweging het koelproces voltooit.
Bij het produceren van lage temperaturen verlaagt de tussenkoeler van de tweetraps compressiekoelcyclus de inlaattemperatuur van het koelmiddel in de hogedrukcompressor en verlaagt tevens de uitlaattemperatuur van diezelfde compressor.
Omdat de tweetraps compressiekoelcyclus het gehele koelproces in twee fasen verdeelt, is de compressieverhouding van elke fase veel lager dan bij een eentraps compressie. Dit vermindert de eisen aan de sterkte van de apparatuur en verbetert de efficiëntie van de koelcyclus aanzienlijk. De tweetraps compressiekoelcyclus is, afhankelijk van de gebruikte tussenkoelingsmethode, onderverdeeld in een volledige tussenkoelingscyclus en een onvolledige tussenkoelingscyclus. Indien de cyclus gebaseerd is op de smoormethode, kan deze worden onderverdeeld in een eerste smoorcyclus en een tweede smoorcyclus.
1.2 Tweetraps compressiekoelmiddeltypen
De meeste tweetraps compressiekoelsystemen gebruiken koudemiddelen voor middelhoge en lage temperaturen. Experimenteel onderzoek toont aan dat R448A en R455a goede vervangers zijn voor R404A wat betreft energie-efficiëntie. Vergeleken met alternatieven voor fluorkoolwaterstoffen is CO2, als milieuvriendelijk werkmedium, een potentiële vervanger voor fluorkoolwaterstofkoudemiddelen en heeft het goede milieueigenschappen.
Het vervangen van R134a door CO2 zal echter de prestaties van het systeem verslechteren, vooral bij hogere omgevingstemperaturen. De druk in het CO2-systeem is namelijk vrij hoog en vereist een speciale behandeling van belangrijke onderdelen, met name de compressor.
1.3 Optimalisatieonderzoek naar tweetrapscompressiekoeling
De huidige onderzoeksresultaten met betrekking tot de optimalisatie van het tweetraps compressiekoelsysteem zijn hoofdzakelijk als volgt:
(1) Door het aantal buisrijen in de intercooler te verhogen en het aantal buisrijen in de luchtkoeler te verlagen, kan het warmteoverdrachtsoppervlak van de intercooler worden vergroot, terwijl de luchtstroom die wordt veroorzaakt door het grote aantal buisrijen in de luchtkoeler wordt verminderd. Terugkerend naar de inlaat, kan door de bovenstaande verbeteringen de inlaattemperatuur van de intercooler met ongeveer 2 °C worden verlaagd, terwijl tegelijkertijd het koeleffect van de luchtkoeler wordt gegarandeerd.
(2) Houd de frequentie van de lagedrukcompressor constant en verander de frequentie van de hogedrukcompressor, waardoor de verhouding van het gasdebiet van de hogedrukcompressor verandert. Wanneer de verdampingstemperatuur constant is op -20 °C, is de maximale COP 3,374 en de maximale gasdebietverhouding die overeenkomt met de COP 1,819.
(3) Door verschillende gangbare transkritische tweetrapscompressiekoelsystemen voor CO2 te vergelijken, wordt geconcludeerd dat de uitlaattemperatuur van de gaskoeler en het rendement van de lagedrukcompressor een grote invloed hebben op de cyclus bij een gegeven druk. Om de systeemefficiëntie te verbeteren, is het daarom noodzakelijk de uitlaattemperatuur van de gaskoeler te verlagen en een lagedrukcompressor met een hoog bedrijfsrendement te selecteren.
Geplaatst op: 22 maart 2023