双级压缩热泵循环的压缩过程分为两次压缩。来自蒸发器的低温低压制冷剂蒸汽依次经过低压级气缸压缩和高压级气缸压缩后进入冷凝器。

双级压缩中间补气热泵循环按照节流次数和中间冷却方式可以分为四种类型：①一级节流中间完全冷却循环；②一级节流中间不完全冷却循环；③二级节流中间完全冷却循环；④二级节流中间不完全冷却循环。

中间完全冷却是指低压级排气经冷却后达到中间压力对应的饱和气体状态，即高压级吸气为饱和蒸汽；中间不完全冷却是低压级排气经过冷却后仍具有一定的过热度，即高压级吸气为过热蒸汽。

如果将冷凝器出口高压过冷液态制冷剂节流降压到中间压力，再由中间压力节流降压至蒸发压力，则这种节流方式称为二级节流；如果直接节流降压至蒸发压力，则这种节流方式称为一级节流。

1.一级节流中间完全冷却循环

双级压缩一级节流中间完全冷却循环应用广泛，它的系统原理如图2.6所示（图2.6中虚线框中为双级压缩机）。工作时，低压级气缸吸入从蒸发器出来的低温低压制冷剂气体，压缩后排出的过热制冷剂气体先进入中间换热器冷却，并与冷凝器出来后经节流装置1（支路）降压闪发产生的制冷剂气体和该支路节流降压后的饱和液体被部分加热产生的制冷剂气体混合进入压缩机的中间腔，由高压级气缸吸入压缩后排出，进入冷凝器冷凝成液态制冷剂。冷凝器出口的另一流路（主路）制冷剂进入中间换热器的盘管中被冷却后再经节流装置2节流降压后进入蒸发器蒸发成气态，再返回压缩机的低压级吸气口，从而完成整个循环。高压级吸入的制冷剂气体分别来自低压级排气、经节流装置1节流降压闪发产生的气体、经节流装置1节流压降后的饱和液体被低压级排气加热产生的气体和被主路制冷剂加热产生的气体。

图2.6　一级节流中间完全冷却循环

这种类型循环的特点是低压级气缸排出的过热蒸汽进入中间换热器的饱和液体中进行充分冷却，高压级气缸吸入的制冷剂不再是过热蒸汽，而是接近于饱和状态的蒸汽，可以降低高压级气缸的排气温度。同时，冷凝器出口的主路制冷剂在中间换热器中被进一步过冷，降低了制冷剂比焓，从而提高了单位质量制冷量。

图2.7　一级节流中间不完全冷却循环

2.一级节流中间不完全冷却循环

双级压缩一级节流中间不完全冷却循环如图2.7所示（图2.7中虚线框中为双级压缩机）。冷凝器出口分为两路，一路（主路）进入中间换热器的盘管内侧，另一路（支路）经节流装置1降压后进入中间换热器的盘管外侧，冷却流经盘管的主路制冷剂，提高主路制冷剂的过冷度。被冷却后的主路制冷剂经节流装置2降压后进入蒸发器中蒸发，蒸发后的制冷剂气体进入低压级吸气口经压缩后排至双级压缩机的中间腔。中间换热器盘管外侧的支路制冷剂完全蒸发后进入双级压缩机的中间腔，与低压级排气混合后进入高压级吸气口，经压缩后排出进入冷凝器冷凝成液态制冷剂，从而完成整个循环。

双级压缩一级节流中间不完全冷却循环中，中间换热器存在换热温差，主路制冷剂冷却后的温度要稍高于中间压力对应的饱和温度，因此，该循环的制热COP要比双级压缩二级节流中间完全冷却循环低。同时，高压级吸入和排出的制冷剂气体的过热度均大于中间完全冷却循环。

由于该循环方式控制方法简单，中间换热器体积小，结构紧凑，所以是应用较为广泛的循环方式。

3.二级节流中间完全冷却循环(www.daowen.com)

双级压缩二级节流是指冷凝器出来的液态制冷剂经过两次节流后进入蒸发器。图2.8所示为双级压缩二级节流中间完全冷却循环图（图2.8中虚线框中为双级压缩机）。闪发器置于一、二级节流装置的中间，低压级气缸的排气全部进入闪发器完全冷却后，闪发器中的气态制冷剂进入压缩机中间腔，由高压级气缸吸入再次压缩，压缩后的制冷剂进入冷凝器冷凝成液体，经节流装置1节流降压进入闪发器。闪发器中的液态制冷剂经节流装置2节流压降后进入蒸发器蒸发，蒸发后进入低压级气缸经压缩后排出，从而完成整个循环。

图2.8　二级节流中间完全冷却循环

该循环中，第二级节流装置前的液体温度为中间压力对应的饱和温度，相比一级节流中间完全和不完全冷却循环，进入蒸发器的制冷剂比焓有所降低，制热COP有所提高。这种循环方式的缺点是低压级气缸和高压级气缸排气携带的润滑油都会进入闪发器，润滑油与闪发器中的液态制冷剂一起进入蒸发器，使蒸发器传热性能有恶化趋势。另外，闪发器出来的饱和液态制冷剂在管路流动中会闪蒸产生少量气体，降低了节流装置工作的稳定性。

4.二级节流中间不完全冷却循环

双级压缩二级节流中间不完全冷却循环如图2.9所示（图2.9中虚线框中为双级压缩机）。

图2.9　二级节流中间不完全冷却循环

该循环与二级节流中间完全冷却循环的不同之处在于，低压级气缸的排气不进入闪发器而是直接进入中间腔，在中间腔内与从闪发器出来的近饱和制冷剂气体混合，由高压级气缸吸入。闪发器中的液态制冷剂经节流装置2降低压力后进入蒸发器蒸发。与中间完全冷却循环比较，该循环由于双级压缩机的低压级排气至高压级吸气的流道变短，流动阻力损失小，从而使得制热性能系数相对较高。

5.四种循环方式的比较

上述四种双级压缩中间补气热泵循环方式的特性对比见表2.1。与一级节流循环方式相比，二级节流循环方式减少了中间换热过程的不可逆损失，进入蒸发器的制冷剂比焓减小，热泵制热量和制热COP均有所提高，但在制冷工况下制冷剂输送距离较短。在两种二级节流循环方式中，中间不完全冷却方式比中间完全冷却方式的制热COP有所提高。

在实际中，根据四种循环的排气温度、制热COP、回油性能以及制冷剂输送距离等特性来选择合适的双级压缩循环方式。在解决低温环境热泵制热能力不足和对制热COP要求较高时，热泵制热量和制热COP是关注的重点；需要长距离输送制冷剂时，则重点考虑循环系统的回油性能。

表2.1　双级压缩四种类型热泵循环方式的特点

本书讨论的双级压缩变容积比压缩机的中间腔设置在压缩机内部（将在第3章中详细介绍），仅适用于双级压缩一级节流中间不完全冷却和双级压缩二级节流中间不完全冷却这两种循环方式。本章将重点分析双级压缩二级节流中间不完全冷却循环方式，双级压缩一级节流中间不完全冷却循环方式可参考这些分析方法。