靳光亚，谢英柏，刘春涛

(华北电力大学 能源动力与机械工程学院，河北 保定 071003)

0 引言

蒸气压缩式制冷循环广泛应用于工业和商业制冷中，但是当要制取较低的温度时，一般的单级蒸气压缩式制冷循环已经不能满足要求，因为很难找到一种工质，能够既满足适中的冷凝压力，又满足较低的蒸发压力。所以，复叠式制冷循环被广泛应用于中低温领域。

由于传统复叠循环使用的氟利昂工质将面临淘汰，使用对环境没有任何副作用的天然工质，是未来的发展趋势[1，2]。一旦各方面技术成熟，－40～－80℃温度区间的低温领域普遍采用的常规工质R22/R13(CHF2Cl/CF3Cl)复叠式制冷循环和NH3双级压缩制冷循环，完全可以用天然工质NH3/CO2复叠式制冷循环来替代[3－7]。这样不仅杜绝了CFCs工质对臭氧层的破坏，而且减少了NH3系统的充灌量，减小了系统尺寸，提升了系统安全。因此，研究开发NH3/CO2复叠式制冷循环有着巨大的经济效益和社会意义。

1 基本循环及热力学模型

NH3/CO2复叠式制冷循环由NH3高温级制冷循环和CO2低温级制冷循环叠加而成，两个独立的制冷系统通过蒸发－冷凝器 (中间换热器)耦合起来，新系统既能满足在较低蒸发温度下蒸发时合适的蒸发温度，又可以满足在环境温度下冷凝时适中的冷凝压力。系统流程及对应的循环p－h图如图1所示。

图中1～4为低温级CO2带节流阀制冷循环，5～8为高温级带节流阀制冷循环。因为低温级的放热过程 (图中2～3过程)和高温级的吸热过程(图中5～8过程)发生在蒸发－冷凝器中，而且，换热过程与环境没有热交换。……