Il ciclo di refrigerazione con compressore a due stadi utilizza generalmente due compressori, ovvero un compressore a bassa pressione e un compressore ad alta pressione.
1.1 Il processo di aumento del gas refrigerante dalla pressione di evaporazione alla pressione di condensazione è suddiviso in 2 fasi
Primo stadio: compresso prima alla pressione intermedia dal compressore dello stadio a bassa pressione:
Seconda fase: il gas sottoposto a pressione intermedia viene ulteriormente compresso fino alla pressione di condensazione dal compressore ad alta pressione dopo il raffreddamento intermedio e il ciclo alternativo completa un processo di refrigerazione.
Quando si producono basse temperature, l'intercooler del ciclo di refrigerazione a compressione a due stadi riduce la temperatura di ingresso del refrigerante nel compressore ad alta pressione e riduce anche la temperatura di scarico dello stesso compressore.
Poiché il ciclo di refrigerazione a compressione a due stadi suddivide l'intero processo di refrigerazione in due fasi, il rapporto di compressione di ciascuna fase sarà molto inferiore rispetto a quello della compressione a stadio singolo, riducendo i requisiti di resistenza delle apparecchiature e migliorando notevolmente l'efficienza del ciclo di refrigerazione. Il ciclo di refrigerazione a compressione a due stadi è suddiviso in un ciclo di raffreddamento intermedio completo e un ciclo di raffreddamento intermedio incompleto a seconda dei diversi metodi di raffreddamento intermedio; se basato sul metodo di strozzamento, può essere suddiviso in un ciclo di strozzamento del primo stadio e un ciclo di strozzamento del secondo stadio.
1.2 Tipi di refrigerante a compressione a due stadi
La maggior parte dei sistemi di refrigerazione a compressione a due stadi utilizza refrigeranti a media e bassa temperatura. Ricerche sperimentali dimostrano che R448A e R455a sono buoni sostituti dell'R404A in termini di efficienza energetica. Rispetto alle alternative agli idrofluorocarburi, la CO₂, in quanto fluido di lavoro ecologico, è un potenziale sostituto dei refrigeranti a idrofluorocarburi e presenta buone caratteristiche ambientali.
Tuttavia, la sostituzione dell'R134a con la CO2 comprometterà le prestazioni del sistema, soprattutto a temperature ambiente più elevate; la pressione del sistema a CO2 è piuttosto elevata e richiede un trattamento speciale dei componenti chiave, in particolare del compressore.
1.3 Ricerca di ottimizzazione sulla refrigerazione a compressione a due stadi
Attualmente, i risultati della ricerca sull'ottimizzazione del sistema di ciclo frigorifero a compressione a due stadi sono principalmente i seguenti:
(1) Aumentando il numero di file di tubi nell'intercooler, riducendo il numero di file di tubi nel refrigeratore d'aria, è possibile aumentare l'area di scambio termico dell'intercooler, riducendo al contempo il flusso d'aria causato dall'elevato numero di file di tubi nel refrigeratore d'aria. Tornando all'ingresso, grazie ai miglioramenti sopra descritti, la temperatura di ingresso dell'intercooler può essere ridotta di circa 2 °C e, allo stesso tempo, può essere garantito l'effetto di raffreddamento del refrigeratore d'aria.
(2) Mantenere costante la frequenza del compressore a bassa pressione e modificare la frequenza del compressore ad alta pressione, modificando così il rapporto del volume di erogazione del gas del compressore ad alta pressione. Quando la temperatura di evaporazione è costante a -20 °C, il COP massimo è 3,374 e il rapporto di erogazione del gas massimo corrispondente al COP è 1,819.
(3) Confrontando diversi comuni sistemi di refrigerazione a compressione transcritica a due stadi con CO2, si conclude che la temperatura di uscita del refrigeratore di gas e l'efficienza del compressore a bassa pressione hanno una grande influenza sul ciclo a una data pressione, quindi se si desidera migliorare l'efficienza del sistema, è necessario ridurre la temperatura di uscita del refrigeratore di gas e selezionare un compressore a bassa pressione con elevata efficienza operativa.
Data di pubblicazione: 22-03-2023