第七节　双级压缩式热泵循环

若将压缩过程分为两级完成，并将一级排气冷却至饱和蒸气附近，则可降低每级的压缩比，防止二级排气温度过高；同时热泵性能得到改善。双级压缩热泵循环广泛应用于低温冷冻装置，目前也在空调用热泵装置中得到应用，以改善装置性能。

双级压缩式热泵循环，根据高压液体到达蒸发器过程中所经过的节流元件个数不同可分为一级节流和二级节流；同时又根据压缩机一级排气被冷却的状态，分为中间完全冷却（冷却至饱和蒸气状态）和中间不完全冷却（冷却至饱和蒸气附近，但仍为过热蒸气）两种形式。由此可以构造出一级节流中间完全冷却、一级节流中间不完全冷却、二级节流中间完全冷却、二级节流中间不完全冷却双级压缩式热泵循环。其中，双级压缩可以采用一台（或一组）低压级压缩机和一台（或一组）高压级压缩机构成，也可以采用单机双级压缩机来实现。下面对几种典型的双级压缩式热泵循环进行分析。

1.一级节流中间完全冷却双级压缩式热泵循环

在一级节流中间完全冷却双级压缩式热泵循环中采用中间冷却器以实现低压级压缩机排气的冷却降温，中间冷却器中设有液体冷却盘管，使来自冷凝器的高压液体获得较大的再冷度，既有节能作用，又有利于热泵系统的稳定运行。图2-29是一级节流中间完全冷却双级压缩式热泵循环示意图。

图2-29　一级节流中间完全冷却双级压缩式热泵循环

从蒸发器流回的低压制冷剂蒸气1经低压级压缩机绝热压缩成中间压力的过热蒸气2（实际为2'），在中间冷却器中，被少部分（流量为Mrb）旁通（通过膨胀阀2）节流成中间压力的两相制冷剂冷却至饱和蒸气状态3；同时旁通节流部分吸收低压级排气和未被旁通部分（流量为MrL）液态制冷剂热量，蒸发成状态3。两路制冷剂一同（流量MrH）进入高压级压缩机，被压缩成高压过热状态的制冷剂4进入冷凝器，冷凝成高压液体状态5（可能有一定的过冷）并储存在高压储液器内；从高压储液器流出的大部分制冷剂经中间冷却器冷却成过冷液体7，再经膨胀阀1节流降压后进入蒸发器。

2.一级节流中间不完全冷却双级压缩式热泵循环

图2-30是一级节流中间不完全冷却双级压缩式热泵循环，在中小型氟利昂热泵系统中广泛采用。它与一级节流中间完全冷却双级压缩式热泵循环的主要区别是：低压级压缩机排气2不进入中间冷却器，而与中间冷却器中被旁通部分高压液体蒸发后的状态点9混合成过热蒸气3，即低压级压缩机排气2被中间冷却器流出的低过热度蒸气9冷却至过热度较小的过热蒸气3（故称中间不完全冷却），然后再进入高压级压缩机被压缩；被旁通部分（流量为Mrb）仅对进入蒸发器主回路的高压液态制冷剂（流量为MrL）进行再冷，而不承担使一级排气冷却至饱和状态的负荷。

图2-30　一级节流中间不完全冷却双级压缩式热泵循环

3.二级节流中间补气热泵循环

在上述两种一级节流双级压缩式热泵循环中均采用了中间冷却器，而在二级节流双级压缩式热泵循环中则采用闪发蒸气分离器（图2-23）。二者虽然都是利用中压（中温）制冷剂冷却来自低压级压缩机的蒸气，但闪发蒸气分离器只能使其温度稍有下降，仍保持过热蒸气状态，故也是不完全中间冷却；而且，也不能实现主回路高压液态制冷剂的再冷。图2-31示出了二级节流中间不完全冷却双级压缩式热泵循环，该循环常用于离心式或螺杆式热泵机组。

图2-31　二级节流中间不完全冷却双级压缩式热泵循环

来自冷凝器的高压液态制冷剂5先经过膨胀阀1，降压至状态6，再进入闪发蒸气分离器；在分离器中只要蒸气上升速度小于0.5m/s，就可使因节流闪发的气态制冷剂从液态制冷剂中充分分离出来。这样，饱和液7再经膨胀阀2节流至状态8进入蒸发器；来自蒸发器的低压饱和蒸气1，经一级压缩至状态2；而来自闪发蒸气分离器的饱和蒸气9与状态2的气态制冷剂混合，呈过热蒸气状态3（故称为中间不完全冷却），再经二级压缩至状态4，进入冷凝器被冷却、冷凝。由于有了闪发蒸气分离器，既降低了二级压缩机排气温度，又降低了二级压缩机进口的蒸气温度和比体积，从综合性能上看降低了压缩机的功耗，故也称闪发蒸气分离器为“经济器”；对于离心式、螺杆式压缩机而言，因其可以比较方便地进行中间抽气，实现双级循环，故这类循环也被称作中间补气热泵循环。