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冷水机要获得低温冷冻水（例如-40℃~-110℃），就必须采用双级压缩制冷循环或者复叠式蒸气压缩制冷来达到目的。双级压缩制冷循环有两种冷却方式：一次节流中间不完全冷却，一次节流中间完全冷却。两者基本相同，但主要区别在于高压缩要吸入的制冷剂蒸汽过热状态而非饱和状态。
另外，冷水机采用一次节流中间完全冷却是将低压级压缩机的排气引入中间冷却器，利用中间冷却器中的中压液体制冷剂蒸发而吸收其热量，从而使其变成饱和蒸汽，这样，既可增加工业冷水机组高压及压缩机的制冷剂流量，又不致造成排气温度过高。
低温冷冻机采用一次节流不完全中间冷却双级压缩具体表现为：
1.低温冷冻机低压级压缩机的排气不是直接进入中间冷却器冷却，而是和中间冷却器出来的中温制冷剂蒸气在管道中混合被冷却，然后进入高压级压缩机压缩。
2.低温冷冻机的制冷系统中设有回热器，保证低压级压缩机的过热度。
3.供液的制冷剂液体两次过冷。
综上分析可知：冷水机采用双级压缩制冷循环，不但降低了高压机的排气温度，改善了压缩机的润滑条件，而且由于机组的各级压缩机比较小，压缩机的输气系数大大提高，此外，采用双级压缩循环的功能比单级循环的功耗降低。
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