หลักการทำความเย็นด้วยคอมเพรสเซอร์สองขั้นตอน

โดยทั่วไปแล้ว วงจรทำความเย็นแบบคอมเพรสเซอร์สองขั้นตอนจะใช้คอมเพรสเซอร์สองตัว ได้แก่ คอมเพรสเซอร์แรงดันต่ำและคอมเพรสเซอร์แรงดันสูง

1.1 กระบวนการที่ก๊าซทำความเย็นเพิ่มความดันจากความดันระเหยไปสู่ความดันควบแน่นนั้น แบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน

ขั้นตอนแรก: อัดอากาศให้มีความดันระดับกลางโดยใช้คอมเพรสเซอร์ขั้นตอนความดันต่ำก่อน:
ขั้นตอนที่สอง: ก๊าซภายใต้ความดันระดับกลางจะถูกอัดเพิ่มเติมไปจนถึงความดันควบแน่นโดยคอมเพรสเซอร์แรงดันสูงหลังจากมีการระบายความร้อนระดับกลาง และวัฏจักรการเคลื่อนที่แบบลูกสูบจะทำให้กระบวนการทำความเย็นเสร็จสมบูรณ์

เมื่อต้องการผลิตสารทำความเย็นที่มีอุณหภูมิต่ำ อินเตอร์คูลเลอร์ของวงจรทำความเย็นแบบอัดสองขั้นตอนจะช่วยลดอุณหภูมิขาเข้าของสารทำความเย็นในคอมเพรสเซอร์ขั้นตอนแรงดันสูง และยังช่วยลดอุณหภูมิขาออกของคอมเพรสเซอร์ตัวเดียวกันด้วย

เนื่องจากวงจรทำความเย็นแบบอัดสองขั้นตอนแบ่งกระบวนการทำความเย็นทั้งหมดออกเป็นสองขั้นตอน อัตราส่วนการอัดในแต่ละขั้นตอนจึงต่ำกว่าการอัดขั้นตอนเดียวมาก ทำให้ลดความต้องการกำลังของอุปกรณ์และเพิ่มประสิทธิภาพของวงจรทำความเย็นได้อย่างมาก วงจรทำความเย็นแบบอัดสองขั้นตอนแบ่งออกเป็นวงจรทำความเย็นสมบูรณ์ขั้นกลางและวงจรทำความเย็นไม่สมบูรณ์ขั้นกลางตามวิธีการทำความเย็นขั้นกลางที่แตกต่างกัน หากพิจารณาจากวิธีการลดแรงดัน ก็สามารถแบ่งออกเป็นวงจรลดแรงดันขั้นแรกและวงจรลดแรงดันขั้นที่สองได้

1.2 ประเภทสารทำความเย็นแบบอัดสองขั้นตอน

ระบบทำความเย็นแบบอัดสองขั้นตอนส่วนใหญ่เลือกใช้สารทำความเย็นอุณหภูมิปานกลางและต่ำ งานวิจัยเชิงทดลองแสดงให้เห็นว่า R448A และ R455a เป็นสารทดแทนที่ดีสำหรับ R404A ในแง่ของประสิทธิภาพการใช้พลังงาน เมื่อเปรียบเทียบกับสารทดแทนไฮโดรฟลูออโรคาร์บอนแล้ว CO2 ซึ่งเป็นสารทำงานที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม เป็นสารทดแทนที่มีศักยภาพสำหรับสารทำความเย็นไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน และมีคุณสมบัติที่ดีต่อสิ่งแวดล้อม

แต่การแทนที่สารทำความเย็น R134a ด้วย CO2 จะทำให้ประสิทธิภาพของระบบลดลง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุณหภูมิแวดล้อมที่สูงขึ้น เนื่องจากความดันของระบบ CO2 ค่อนข้างสูงและต้องมีการจัดการเป็นพิเศษกับชิ้นส่วนสำคัญ โดยเฉพาะอย่างยิ่งคอมเพรสเซอร์

1.3 การวิจัยเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพระบบทำความเย็นแบบอัดสองขั้นตอน

ปัจจุบัน ผลการวิจัยด้านการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบวงจรทำความเย็นแบบอัดสองขั้นตอนมีดังต่อไปนี้:
(1) ในขณะที่เพิ่มจำนวนแถวท่อในอินเตอร์คูลเลอร์ การลดจำนวนแถวท่อในแอร์คูลเลอร์จะช่วยเพิ่มพื้นที่แลกเปลี่ยนความร้อนของอินเตอร์คูลเลอร์ ในขณะเดียวกันก็ลดการไหลของอากาศที่เกิดจากจำนวนแถวท่อจำนวนมากในแอร์คูลเลอร์ เมื่อกลับมาที่ทางเข้า ด้วยการปรับปรุงข้างต้น อุณหภูมิทางเข้าของอินเตอร์คูลเลอร์สามารถลดลงได้ประมาณ 2°C และในขณะเดียวกันก็สามารถรับประกันประสิทธิภาพการระบายความร้อนของแอร์คูลเลอร์ได้

(2) รักษาความถี่ของคอมเพรสเซอร์แรงดันต่ำให้คงที่ และเปลี่ยนความถี่ของคอมเพรสเซอร์แรงดันสูง ซึ่งจะทำให้อัตราส่วนของปริมาตรการส่งก๊าซของคอมเพรสเซอร์แรงดันสูงเปลี่ยนแปลงไปด้วย เมื่ออุณหภูมิการระเหยคงที่ที่ -20°C ค่า COP สูงสุดคือ 3.374 และอัตราส่วนการส่งก๊าซสูงสุดที่สอดคล้องกับค่า COP คือ 1.819

(3) เมื่อเปรียบเทียบระบบทำความเย็นแบบอัดสองขั้นตอนทรานส์คริติคอล CO2 ทั่วไปหลายระบบ สรุปได้ว่าอุณหภูมิขาออกของตัวทำความเย็นก๊าซและประสิทธิภาพของคอมเพรสเซอร์ขั้นตอนแรงดันต่ำมีอิทธิพลอย่างมากต่อวงจรที่แรงดันที่กำหนด ดังนั้นหากต้องการปรับปรุงประสิทธิภาพของระบบ จำเป็นต้องลดอุณหภูมิขาออกของตัวทำความเย็นก๊าซและเลือกคอมเพรสเซอร์ขั้นตอนแรงดันต่ำที่มีประสิทธิภาพการทำงานสูง