分段压缩-分段供热-分段膨胀气体压缩式机组制造技术

分段压缩－分段供热－分段膨胀气体压缩式机组，属热泵／制冷技术领域。由压缩机、膨胀机、热交换器、第二热交换器和低温热交换器组成，自低温热交换器吸热升温后的气体工质进入压缩机，在低压压缩段受压缩后，一部分气体工质提供给热交换器完成被加热介质初始阶段的加热，然后进入膨胀机低压膨胀段膨胀，而另一部分气体工质继续经过全部压缩过程升温后提供给第二热交换器完成被加热介质第二阶段加热，然后自膨胀机高压膨胀段入口进入膨胀机膨胀；完成膨胀做功的气体工质流经低温热交换器吸热升温再进入压缩机；增加回热器组成回热型机组。本发明专利技术减小了传热温差，提高了性能指数；作热泵尤其适合于供热温度高、范围宽的场合，用于制冷可降低耗功。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热泵/制冷

技术介绍
气体压縮式机组是余热应用中的一种主要设备之一，可带来节能、环保和经济等多方面 的效益。气体压縮式机组主要由压缩机、热交换器、膨胀机和低温热交换器等基本部件组成； 其供热主要依靠压縮升温后的工质在热交换器中释放显热来完成对被加热介质的加热。在被 制冷介质或余热介质温度确定的情况下，用户用热的需求温度越高，压缩机的压缩比越高， 机组的性能指数下降显著且较低；为了提高机组的性能指数， 一般采取分级压縮、级间冷却 的技术措施以解决或减轻压縮比过高带来的机组耗功增大、容积效率低和压縮终温过高的问 题，但这与被加热介质的高温需求相矛盾。对于热泵机组来说，当用户的热需求——被加热介质需要由较低的温度加热到较高的温 度时，无论是釆用单级压缩的机组，还是采用分级压縮、级间冷却的机组，存在着这样的缺 陷气体介质在压縮终了时的温度必须要超过被加热介质的最高温度，这样，被加热介质的 低温段取热也要由机组的最高供热来完成，这必然导致了机组传热温差大，带来了机组性能 指数的降低。对用于制冷的机组来说，其向环境的放热由冷却介质(被加热介质)带走，若把制冷机 耗功和制冷负荷构成的热量全部提升到冷却介质的最高温度之上、然后传递到冷却介质，这 同样是不合理的。在被制冷介质(余热介质)的参数和被加热介质的参数确定时，减小流程中设备之间的 传热温差可以提高机组的性能指数；采用回热措施能够提升机组的压縮终温，也可用于降低 压縮比。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是要提供一种可减小系统设备间传热温差，具有供热范围 宽、供热温度高和保持较高性能指数的分段压縮-分段供热-分段膨胀气体压縮式机组，以及 提供具有高温供热特点的回热型分段压縮-分段供热-分段膨胀气体压縮式机组。本专利技术中的两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压缩式机组，①结构上，由分段压缩式压 缩机、分段膨胀式膨胀机、热交换器、第二热交换器和低温热交换器组成，其中，分段压缩 式压縮机由低压压縮段和高压压縮段构成，分段膨胀式膨胀机由低压膨胀段和高压膨胀段构 成；压縮机低压压縮段有气体工质出口管路连通热交换器后热交换器再有气体工质管路连接 膨胀机低压膨胀段进口，压縮机高压压缩段有气体工质出口管路连通第二热交换器后第二热 交换器再有气体工质管路连接膨胀机高压膨胀段进口 ，膨胀机低压膨胀段还有气体工质出口 管路连通低温热交换器后低温热交换器再有气体工质管路连接压縮机低压压縮段进口 ，压缩机低压压縮段与压縮机高压压縮段间有通道连通，膨胀机高压膨胀段与膨胀机低压膨胀段之 间有通道连通，低温热交换器还有被制冷介质管路或余热介质管路与外部连通，热交换器和 第二热交换器还分别有被加热介质管路与外部连通；无低温热交换器时，压縮机低压压縮段 有气体进口管路与外部连通，膨胀机低压膨胀段还有气体出口管路与外部连通，为开放式分 段压縮-分段供热-分段膨胀气体压縮式机组；②流程上，全部气体工质流经低温热交换器受 热升温后进入压縮机低压压縮段、在外部驱动能的作用下升压升温后分为两部分——一部分 自压縮机低压压縮段流出进入热交换器并放热于被加热介质、而后进入膨胀机低压膨胀段完 成低压阶段膨胀过程，而另一部分再经压縮机高压压縮段压縮后自压縮机高压压縮段流出进 入第二热交换器并放热于被加热介质、而后进入膨胀机高压膨胀段完成高压-低压两个阶段 的连续膨胀过程，两部分气体工质完成膨胀过程降压降温后一起流经低温热交换器吸热；无 低温热交换器时，外部气体进入压縮机低压压缩段，完成被分段压縮、进行分段放热和分段 膨胀后自膨胀机低压膨胀段向外部排出；③本专利技术的特征在于，气体工质自低温热交换器吸 热后， 一部分气体工质由初始状态经历低压压縮阶段升压升温后流经热交换器向被加热介质 提供低温热需求，另一部分气体工质由初始状态经历低压压缩与高压压縮两个阶段升压升温 后流经第二热交换器向被加热介质提供高温热需求，而后两部分气体工质分别进行膨胀降压 降温。上述专利技术机组中，采用低压压縮机和高压压縮机分别替代压缩机低压压縮段和压縮机高 压压縮段，采用低压膨胀机和高压膨胀机替代膨胀机低压膨胀段和膨胀机高压膨胀段，也得 到两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压縮式机组。本专利技术中的回热型两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压縮式机组，①结构上，由分段压 縮式压縮机、分段膨胀式膨胀机、热交换器、第二热交换器、低温热交换器和回热器组成； 压缩机低压压縮段有气体工质出口管路连通热交换器后热交换器再有气体工质管路连通回 热器、回热器还有气体工质管路连接膨胀机低压膨胀段进口，压縮机高压压縮段有气体工质 出口管路连通第二热交换器后第二热交换器再有气体工质管路连接膨胀机高压膨胀段进口， 膨胀机低压膨胀段还有气体工质出口管路连通低温热交换器后低温热交换器再有气体工质 管路连通回热器、回热器还有气体工质管路连接压縮机低压压縮段进口，压縮机低压压縮段 与压縮机高压压縮段间有通道连通，膨胀机高压膨胀段与膨胀机低压膨胀段之间有通道连 通，低温热交换器还有被制冷介质管路或余热介质管路与外部连通，热交换器和第二热交换 器还分别有被加热介质管路与外部连通；无低温热交换器时，压缩机低压压縮段有气体进口 管路与回热器连通后回热器再有气体管路与外部连通，膨胀机低压膨胀段还有气体出口管路 与外部连通，为开放式回热型分段压縮-分段供热-分段膨胀气体压缩式机组；②流程上，全 部气体工质依次流经低温热交换器和回热器两次受热升温后进入压縮机低压压縮段、在外部驱动能的作用下升压升温后分为两部分--部分自压縮机低压压縮段流出后流经热交换器并放热于被加热介质、再流经回热器并放热于流经回热器的气体工质后进入膨胀机低压膨 胀段完成膨胀降压降温过程，而另一部分再经压縮机高压压縮段压縮后自压縮机高压压缩段流出进入第二热交换器并放热于被加热介质、而后进入膨胀机高压膨胀段完成高压-低压两 个连续膨胀过程降压降温，完成膨胀过程的全部气体工质流经低温热交换器吸热；无低温热 交换器时，外部被压縮气体流经回热器吸热升温后进入压縮机低压压縮段，完成被分段压縮、 进行分段放热和分段膨胀后自膨胀机低压膨胀段向外部排出；③其特征在于，气体工质自低 温热交换器吸热后再进入回热器被加热升温， 一部分气体工质由初始状态经历低压压縮阶段 升压升温后流经热交换器向被加热介质提供低温热需求、再流经回热器放热于压縮前的气体 工质，另一部分气体工质由初始状态经历低压压縮与高压压縮两个阶段升压升温后流经第二 热交换器向被加热介质提供高温热需求，而后两部分气体工质分别进行膨胀降压降温。上述专利技术机组中，采用低压压縮机和高压压縮机分别替代压縮机低压压縮段和压縮机高 压压縮段，采用低压膨胀机和高压膨胀机替代膨胀机低压膨胀段和膨胀机高压膨胀段，也得 到回热型两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压縮式机组。本专利技术中的三段压縮-三段供热-三段膨胀气体压縮式机组，①结构上，由分段压縮式压 缩机、分段膨胀式膨胀机、热交换器、第二热交换器、第三热交换器和低温热交换器组成； 其中，分段压縮式压縮机由低压压縮段、中压压縮段和高压压縮段构成，分段膨胀式膨胀机 由低压膨胀段、中压膨胀段和高压膨胀段构成；压縮机低压压缩段有气体工质出口管本文档来自技高网...

【技术保护点】
两段压缩－两段供热－两段膨胀气体压缩式机组，是由分段压缩式压缩机、分段膨胀式膨胀机、热交换器、第二热交换器和低温热交换器组成的气体压缩式机组；其中，分段压缩式压缩机由低压压缩段和高压压缩段构成，分段膨胀式膨胀机由低压膨胀段和高压膨胀段构成；①结构上，压缩机低压压缩段（１Ｂ）有气体工质出口管路连通热交换器（３）后热交换器（３）再有气体工质管路连接膨胀机低压膨胀段（２Ｂ）进口，压缩机高压压缩段（１Ａ）有气体工质出口管路连通第二热交换器（４）后第二热交换器（４）再有气体工质管路连接膨胀机高压膨胀段（２Ａ）进口，膨胀机低压膨胀段（２Ｂ）还有气体工质出口管路连通低温热交换器（５）后低温热交换器（５）再有气体工质管路连接压缩机低压压缩段（１Ｂ）进口，压缩机低压压缩段（１Ｂ）与压缩机高压压缩段（１Ａ）间有通道连通，膨胀机高压膨胀段（２Ａ）与膨胀机低压膨胀段（２Ｂ）之间有通道连通，低温热交换器（５）还有被制冷介质管路或余热介质管路与外部连通，热交换器（３）和第二热交换器（４）还分别有被加热介质管路与外部连通；无低温热交换器（５）时，压缩机低压压缩段（１Ｂ）有气体进口管路与外部连通，膨胀机低压膨胀段（２Ｂ）还有气体出口管路与外部连通，为开放式分段压缩－分段供热－分段膨胀气体压缩式机组；②流程上，全部气体工质流经低温热交换器（５）受热升温，升温后的气体工质进入压缩机低压压缩段（１Ｂ）、在外部驱动能的作用下完成被压缩过程升压升温后分为两部分－－一部分流出压缩机低压压缩段（１Ｂ）进入热交换器（３）并放热于被加热介质、而后进入膨胀机低压膨胀段（２Ｂ）完成低压阶段膨胀过程，而另一部分再经压缩机高压压缩段（１Ａ）被压缩升压升温后流出进入第二热交换器（４）并放热于被加热介质、而后进入膨胀机高压膨胀段（２Ａ）完成高压－低压两个阶段的连续膨胀过程，两部分气体工质完成膨胀过程降压降温后一起流经低温热交换器（５）吸热；无低温热交换器（５）时，外部气体进入压缩机低压压缩段（１Ｂ），完成被分段压缩、进行分段放热和分段膨胀后自膨胀机低压膨胀段（２Ｂ）向外部排出；③其特征在于，气体工质自低温热交换器吸热后，一部分气体工质由初始状态经历低压压缩阶段升压升温后流经热交换器向被加热介质提供低温热需求，另一部分气体工质由初始状态经历低压压缩与高压压缩两个阶段升压升温后流经第二热交换器向被加热介质提供高温热需求，而后两部分气体工质分别进行膨胀降压降温；④采用低压压缩机...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李华玉，
申请(专利权)人：李华玉，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]