2단 압축기 냉동 원리

2단 압축기 냉동 사이클은 일반적으로 저압 압축기와 고압 압축기, 이렇게 두 개의 압축기를 사용합니다.

1.1 냉매 가스가 증발 압력에서 응축 압력으로 증가하는 과정은 2단계로 나뉜다

첫 번째 단계: 먼저 저압 단계 압축기를 통해 중간 압력으로 압축됩니다.
두 번째 단계: 중간 압력 상태의 가스는 중간 냉각 후 고압 압축기에 의해 응축 압력까지 추가로 압축되며, 왕복 사이클을 통해 냉동 과정이 완료됩니다.

2단 압축 냉동 사이클에서 저온을 생성할 때, 중간 냉각기는 고압단 압축기의 냉매 입구 온도를 낮추고, 또한 해당 압축기의 토출 온도도 낮춥니다.

2단 압축 냉동 사이클은 전체 냉동 과정을 두 단계로 나누기 때문에 각 단계의 압축비가 단일 단계 압축 방식보다 훨씬 낮아져 장비 강도 요구 사항이 줄어들고 냉동 사이클의 효율이 크게 향상됩니다. 2단 압축 냉동 사이클은 중간 냉각 방식에 따라 중간 완전 냉각 사이클과 중간 불완전 냉각 사이클로 나뉘며, 스로틀링 방식을 사용하는 경우에는 1단 스로틀링 사이클과 2단 스로틀링 사이클로 구분할 수 있습니다.

1.2 2단 압축 냉매 유형

대부분의 2단 압축 냉동 시스템은 중저온 냉매를 사용합니다. 실험 연구에 따르면 R448A와 R455a는 에너지 효율 측면에서 R404A를 대체할 수 있는 좋은 냉매입니다. 수소불화탄소(HFC) 냉매의 대안과 비교했을 때, 환경 친화적인 작동 유체인 이산화탄소(CO2)는 HFC 냉매를 대체할 수 있는 잠재력을 지니고 있으며 우수한 환경적 특성을 보여줍니다.

하지만 R134a를 CO2로 대체하면 시스템 성능이 저하되는데, 특히 주변 온도가 높을수록 더욱 그렇습니다. CO2 시스템의 압력이 상당히 높기 때문에 주요 부품, 특히 압축기에 대한 특별한 관리가 필요합니다.

1.3 2단 압축 냉동 장치의 최적화 연구

현재까지 2단 압축 냉동 사이클 시스템의 최적화 연구 결과는 주로 다음과 같습니다.
(1) 인터쿨러의 튜브열 수를 증가시키면서 공랭식 냉각기의 튜브열 수를 줄이면 인터쿨러의 열교환 면적을 증가시키면서 공랭식 냉각기의 튜브열 수가 많아짐에 따라 발생하는 공기 흐름을 줄일 수 있습니다. 위와 같은 개선을 통해 인터쿨러의 입구 온도를 약 2°C 낮출 수 있으며, 동시에 공랭식 냉각기의 냉각 효과를 보장할 수 있습니다.

(2) 저압 압축기의 주파수를 일정하게 유지하고 고압 압축기의 주파수를 변경하여 고압 압축기의 가스 공급량 비율을 변경합니다. 증발 온도가 -20°C로 일정할 때 최대 COP는 3.374이고 COP에 해당하는 최대 가스 공급 비율은 1.819입니다.

(3) 여러 일반적인 CO2 초임계 2단 압축 냉동 시스템을 비교해 보면 가스 냉각기의 출구 온도와 저압단 압축기의 효율이 주어진 압력에서의 사이클에 큰 영향을 미치므로 시스템 효율을 향상시키려면 가스 냉각기의 출구 온도를 낮추고 작동 효율이 높은 저압단 압축기를 선택해야 한다는 결론을 내릴 수 있습니다.