本文研究了一（yī）種NH3/CO2複疊式低溫製（zhì）冷係統，其中高溫部分采用NH3做工質，低溫部分利用CO2為工質。通（tōng）過對（duì）NH3/CO2複疊式循環的熱力計算分析了該循（xún）環的運行參數（shù）和性能係數在中間溫度和冷凝溫度改變時（shí）的變化規律，為該複疊（dié）式製冷係統的（de）優化設計和實際運行提（tí）供了理論基（jī）礎。

　　1NH3/CO2複疊式低溫製冷循環及係統CO2製冷劑CO2作為（wéi）製冷（lěng）工質的優點（diǎn）是（shì）：無毒（dú），不可燃；價格便（biàn）宜，來源豐富；蒸發潛熱較大，單位容積製冷量相當大（dà）；運動粘度低，與普通潤滑油相（xiàng）容；屬於自然工質，環境友好（hǎo）。

　　CO2作為製冷工質（zhì）的缺點是（shì）：係統（tǒng）的工作壓力高，*高壓力（lì）達10MPa甚至更高。

　　目前關於C2製冷劑作為單一製冷劑的研究主要集中於采（cǎi）用跨臨界（jiè）製（zhì）冷循環（huán）的汽（qì）車空調係統、熱泵係統等NH3製冷劑的熱（rè）力學性能，與氟裏昂相比，獲得相同冷量的氨製冷係統可以采用較小尺寸的壓縮機和換熱器，功率消耗也較小；屬於自然工質，環境友好。

　　NH3製冷劑的不足之處（chù）是：具有中等程度（dù）的毒性，可燃；與普通礦物基潤滑油不（bú）相溶；蒸發器（qì）須采用滿液式蒸（zhēng）發（fā）器，使得係統中NH3的（de）充注量（liàng）加；需要定期清除蒸發（fā）器表（biǎo）麵（miàn）的潤滑油，操作維護不便，製冷（lěng）係統的小（xiǎo）型化困難；對銅具有腐蝕（shí）性，傳熱管（guǎn）采用鋼管，傳熱性能差，需要較大的傳熱麵積，機組的質量因此加。

　　因此，要擴大NH3製冷劑的應用範圍，必須克服其不足之處，這方麵的（de）研究己經取得了一（yī）些進展（zhǎn），降低了低溫級循環的工作壓力，壓縮後（hòu）的CO2氣體被普通的（de）NH3製冷係統冷卻及冷凝，即NH3製冷係統是該低溫製冷係統的高溫級。因此，NH3製冷係統也（yě）可以在遠離公眾的場所設置，安全問題（tí）可以完全解決。由於CO2無毒、不可燃、沒有氣味，且相（xiàng）對分（fèn）子質（zhì）量比空氣的大，因此可以按照氫氟烴（簡稱NFC）製冷劑的（de）規程處理。另外，CO2製冷劑的容積（jī）製冷量大約是NH3製冷劑的8倍，低溫級製冷劑的容積流量（liàng）大（dà）大降低，而且由於是利用CO2相變來製冷，因此換熱性能改善，大大減小了所需（xū）換熱器的麵積，使得這種（zhǒng）低溫製（zhì）冷係統具有很強的競爭力，係統的安裝、操作和維護成本可以降低。

　　是NH3/CO2複疊式低溫製冷係統的實際循環TS圖。低溫（wēn）級製冷（lěng）劑CO2從蒸（zhēng）發器出來進入壓縮機前（qián）存在壓力損失（shī），導致壓力（lì）降低，其過程為（wéi）1 1r；進（jìn）入壓縮（suō）機後，製冷劑被壓縮（suō），溫度和壓力升高，其過程為1r 2r；製冷劑進入蒸發冷凝器被冷卻、冷凝，其過（guò）程為2 3 4；然後通過節（jiē）流閥（fá），即過程（chéng）4 5；*後進入蒸發器中蒸發，即過程5 1，從而達到製冷目的。

　　高溫（wēn）級NH3製冷劑與低溫級的工作原理（lǐ）相同（tóng），不同點是高溫級NH3製冷（lěng）劑（jì）在蒸發冷凝器中蒸發，然後進入壓縮機被壓縮，在冷凝器中冷卻、冷凝，進入節流閥節流降壓，然後在蒸發冷凝器（qì）中蒸發對循（xún）環做功由兩部分（fèn）組成，即低溫級C02壓縮機功Ni和高溫NH3壓縮機功N2.由（yóu）於高（gāo）溫級循環的（de）製冷量來自低溫級循環的冷凝熱量，因此當低溫級循（xún）環需要1kgCO2製冷工質時，高溫級循環所需要的NH3製冷工質量應是（shì）CO2製冷劑的a倍，即―h4）（k/kg）qg為高溫級循環的（de）單位製冷量（h6R在複疊式（shì）製冷係統中，低溫（wēn）級CO2製冷劑的質量流量為級⑶2的單位製冷量（k/kg）。因（yīn）此，高溫級腿3製冷劑的質量流量為在複疊式製冷循環中，由CO2蒸發而產生的製冷量為整個係統（tǒng）的製冷量，因此（cǐ）複疊（dié）式製冷係統的性能係數2NH3/CO2複疊式製冷（lěng）係統的熱力學模（mó）擬為了計算性能係數，首先需對複疊式循環的狀態點進行確定。根據己知製冷溫度、環境溫度和製冷量Qo並設定傳熱溫差，即可確定低溫級蒸發器的CO2蒸發溫度和高溫級NH3製冷劑的（de）冷凝溫度高溫級的蒸發溫度和低溫級的冷凝溫度，即蒸發冷（lěng）凝器的平均或中（zhōng）間溫度，是一個變動值。易知低溫級的冷凝溫度越低，則低溫級的性能係數越大，而高溫級的性（xìng）能係（xì）數越小，因此存在一個中間（jiān）溫度，使（shǐ）整個（gè）係統的性能（néng）係（xì）數*大，此溫度即為*佳中間溫度。

　　在（zài）複疊式係統中，蒸發冷凝器（qì）中間溫度的確定直接影響著係（xì）統的效率。關於中（zhōng）間溫度的選取，一般來（lái）說可采取兩種方法，即使製冷係統的性能係數*大（dà）或使兩級壓縮機的壓比近似，以省功（gōng）。本文按照性能係數*大的原則確定*佳中間（jiān）溫度。在計算過程中，還需要假設兩個壓縮（suō）機的（de）等熵壓縮效率和壓（yā）力損失。

　　3計算（suàn）結果及分析設計計算條件：製冷溫度為（wéi）238. 15IK環境溫度為303.15IK製冷量（liàng）為1.5kW.假設（shè）各換熱（rè）設備的傳熱溫差為5IK則低壓級CO2的蒸發溫度為233. 15IK高壓級（jí）冷（lěng）凝（níng）溫度為308.15K.根據，對於全封閉壓縮機，設等熵效率為0.75，壓縮機機械效率為0.9.給出了係統性能係數隨中間溫度（dù）的變化，中間溫度的變化範圍是250.65~265.65K.可以（yǐ）看出，隨中（zhōng）間溫度Tm不同，係（xì）統的Cmi，也不同（tóng）；當中間溫度為257.65K時，係統的達*大值1.486.確定（dìng）了*佳中間溫度後，循環的各狀態點即可確定，從而可以對（duì）係（xì）統的其他性能進行計算。計算（suàn）所得*佳中間溫度下循環各狀態點的參數如表1所示。係統的值（zhí）為1. 486，各（gè）主要（yào）設備的負荷如表2所（suǒ）示，表中（zhōng）Q為換熱量，Qe為蒸發器換熱量（liàng），Qc為冷凝器換熱量，q為質量流量，Ne為壓縮機（jī）輸入軸表（biǎo）1循環各狀態點的參數用數學表（biǎo）達式可表（biǎo）示為表2各（gè）主要設備的負荷Qe/kWQ/kWq/g°s―1N（/功率。

　　另外（wài），雖然存（cún）在*佳（jiā）的中間溫度使得Ccop*大，但是在*佳（jiā）中間溫度的K範圍內，Ccop降（jiàng）低很中間膃從少（shǎo），這為NH3/CO2兩級低溫（wēn）製冷係統的設計與運行操作加了彈性。

　　當複疊式製冷循環高溫級冷凝溫度改變（biàn）時，循環的Ccop也要隨之變化如所示。可以看出：在同（tóng）一冷凝溫度下，製冷係統的Ccop隨中（zhōng）間（jiān）溫度的（de）改變而有（yǒu）所變（biàn）化；在不同的冷凝溫度下，係統Ccop的*大值也不同（tóng），如當冷凝溫度（dù）為298.15K時，循環的可達1.75，而當（dāng）冷凝溫度為33. 15K時，循環（huán）的Ccop給出了不（bú）同冷凝溫度下*大（dà）所對應的*佳中（zhōng）間溫度的變化。從圖中可以看出（chū），*佳中間溫度隨冷凝溫度（dù）的升高而升高，且基本上呈線性關係（xì）：當冷凝溫度從298.15K升高到323.15K時，*佳4結（jié）論低溫製冷係統存在一個*佳中（zhōng）間（jiān）溫度，使係統（tǒng）的性能係數*大，且在*佳（jiā）中間溫度的±5K範圍內性能係數降低很少，因此為NH3/CO2兩級低溫製（zhì）冷係統的設計與（yǔ）運行操作加了彈性。

　　當高溫（wēn）級冷凝（níng）溫度改變時，係統的性能係數也要隨之（zhī）變化；在不同的冷凝溫度下，性能係數的*大值不同，*佳中間溫度也不同；冷凝溫度越（yuè）高，係統達到*大性能係數時的*佳中間溫度就（jiù）越高。