专利名称：分段压缩-分段供热-分段膨胀气体压缩式机组的制作方法
技术领域：
本发明属于热泵/制冷技术领域。
背景技术：
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。
发明内容
本发明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。
本发明中的两段压縮-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本发明的特征在于，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。
上述发明机组中，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。
本发明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。
上述发明机组中，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。
本发明中的三段压縮-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 ，压縮机中压压縮段有气 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中压膨胀 段进口，压縮机高压压缩段有气体工质出口管路连通第三热交换器后第三热交换器再有气体 工质管路连接膨胀机高压膨胀段进口，压縮机低压压縮段有通道连通压縮机中压压縮段、压 缩机中压压縮段有通道连通压縮机高压压縮段，膨胀机高压膨胀段有通道连通膨胀机中压膨 胀段、膨胀机中压膨胀段有通道连通膨胀机低压膨胀段；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缩机低压压縮段进口 ；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、第二热交换器和第 三热交换器还分别有被加热介质管路与外部连通；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缩机低压压縮段、在外部驱动能的作用下升压升温后分为两部分——一 部分自压缩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 段完成低压阶段的降压膨胀，而另一部分再经压缩机中压压縮段压縮后又分为两部分——一 部分自压縮机中压压縮段流出进入第二热交换器并放热于被加热介质、而后进入膨胀机中压 膨胀段完成中压-低压两个阶段的降压膨胀，另一部分气体工质再经压縮机高压压縮段压縮 后自压縮机高压压縮段流入第三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-中压-低压三个阶段的降压膨胀，三路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，得到三段压縮-三段供热-三段膨胀气体压缩式机组。
在三段压縮-三段供热-三段膨胀气体压縮式机组中，增加回热器，将压縮机低压压缩段 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 口改为压縮机低压压缩段有气体工质出口管路依次连通热交换器与回热器后回热器再有气体工质管路连接膨胀机低压膨胀段进口，得到带有一个回热器的回热型三段压缩-三段供热-三段膨胀气体压縮式机组；再增加第二回热器，再将压縮机中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中压膨胀段进口改为压縮 机中压压縮段有气体工质出口管路依次连通第二热交换器与第二回热器后第二回热器再有 气体工质管路连接膨胀机中压膨胀段进口，得到带有两个回热器的回热型三段压縮-三段供 热-三段膨胀气体压縮式机组。
上述发明机组中，采用低压压缩机、中压压縮机和高压压缩机分别替代压縮机低压压缩 段、压縮机中压压縮段和压縮机高压压縮段，采用低压膨胀机、中压膨胀机和高压膨胀机替 代膨胀机低压膨胀段、膨胀机中压膨胀段和膨胀机高压膨胀段，也得到相应分段压縮-分段 供热-分段膨胀气体压縮式机组。
本发明采用分段压縮后，进入热交换器以满足被加热介质低温段热需求的气体工质由压 縮机的低压压縮段进行压縮升温，降低了压缩机的耗功，减小了气体工质与被加热介质间的 传热温差，有利于提高机组性能指数，这对初始温度较低而终了温度高的被加热介质尤其有 效果；采用回热器有利于提升机组供热温度或降低机组压縮比。
图1是依据本发明所提供的，两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压缩式机组结构和流程 示意图。
图2是依据本发明所提供的，开放式两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压缩式机组结构 和流程示意图；它与图l所示的不同地方在于，图2中无低温热交换器，外部气体介质直接 进入压縮机进行被分段压縮、分段供热和分段膨胀过程后由膨胀机排放于外部。
图3是依据本发明所提供的，回热型两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压縮式机组结构 和流程示意图。
图4是依据本发明所提供的，开放式回热型两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压縮式机 组结构和流程示意图；它与图3所示的不同地方在于，图4中无低温热交换器，外部气体介 质直接流经回热器后进入压縮机进行被分段压縮、分段供热和分段膨胀过程后由膨胀机排放 于外部。
图5是依据本发明所提供的，三段压縮-三段供热-三段膨胀气体压缩式机组结构和流程 示意图。
图6是依据本发明所提供的，带有一个回热器的回热型三段压縮-三段供热-三段膨胀气 体压縮式机组结构和流程示意图。
图7是依据本发明所提供的，带有两个回热器的回热型三段压縮-三段供热-三段膨胀气 体压縮式机组结构和流程示意图。
图l-图4中，l一分段压縮式压縮机，1A—压缩机高压压縮段，1B—压縮机低压压縮段； 2—分段膨胀式膨胀机，2A—膨胀机高压膨胀段，2B—膨胀机低压膨胀段；3—热交换器，4 一第二热交换器，5—低温热交换器，6—回热器。图5-图7中，l一分段压縮式压縮机，la—压縮机高压压縮段，lb—压縮机中压压縮段， lc一压縮机低压压縮段；2—分段膨胀式膨胀机，2a—膨胀机高压膨胀段，2b—膨胀机中压 膨胀段，2c—膨胀机低压膨胀段；3—热交换器，4一第二热交换器，5—低温热交换器，6 一回热器，7—第三热交换器，8—第二回热器。
具体实施例方式
下面结合附图和实例来详细描述本发明。
图1所示的两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压縮式机组是这样实现的
① 结构上，由含有低压压縮段和高压压縮段的分段压縮式压缩机l、含有高压膨胀段和
低压膨胀段的分段膨胀式膨胀机2、热交换器3、第二热交换器4和低温热交换器5组成； 压縮机低压压縮段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的进口 ，压縮机高压压縮段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的进口 ，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 连接压縮机低压压縮段1B的进口 ，压缩机低压压縮段1B与压縮机高压压縮段1A间有通道 连通，膨胀机高压膨胀段2A与压縮机低压压縮段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，压縮机低压压縮段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，为丌放式分段压縮-分段供热-分段膨胀气体压缩式机组。
② 流程上，全部气体工质流经低温热交换器获得被制冷介质或余热介质传入的热量后升 温，升温后的气体工质进入压縮机低压压縮段1B、在外部驱动能的作用下完成被压縮过程
升压升温后分为两部分--部分流出压縮机低压压縮段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，而另一部分再经压縮机高 压压縮段1A压縮升压升温后自压縮机高压压縮段1A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，从而实现两段压縮-两段供 热-两段膨胀循环流程；无低温热交换器5时，外部气体进入压縮机低压压縮段1B，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2B向外部排出。
图2所示的开放式两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压縮式机组是这样实现的 在图1所示的两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压縮式机组中，去掉低温热交换器5， 得到开放式两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压縮式机组；压縮机低压压缩段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，外部气体进入压 縮机低压压縮段1B，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2B 向外部排出，从而得到开放式两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压縮式机组。
图3所示的回热型两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压縮式机组是这样实现的
9① 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的气体压縮式机组；其中，分段压缩式压缩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通回热器6、回热器6还 有气体工质管路连接膨胀机低压膨胀段2B进口 ，压缩机高压压縮段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 体工质管路连通回热器6、回热器6还有气体工质管路连接压縮机低压压縮段1B进口，压 縮机低压压縮段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。
② 流程上，全部气体工质依次流经低温热交换器5与回热器6进行两次受热升温后进入 压縮机低压压縮段1B、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1B流出后流经热交换器3并放热于被加热介质、再流经回热器6并放热于流经 回热器6的气体工质、再进入膨胀机低压膨胀段2B完成膨胀降压降温过程，而另一部分再 经压缩机高压压縮段1A压缩后自压缩机高压压缩段1A流出、进入第二热交换器4并放热于 被加热介质、再进入膨胀机高压膨胀段2A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5吸热，从而实现回热型两段压缩-两段供热-两段膨胀循环流程。
图4所示的开放式回热型两段压缩-两段供热-两段膨胀气体压縮式机组是这样实现的 在图3所示的回热型两段压缩-两段供热-两段膨胀气体压缩式机组中，去掉低温热交换 器5，压縮机低压压縮段1B有气体进口管路与回热器6连通后回热器6再有气体管路与外 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，外部气体流经回热器6吸热 升温后进入压縮机低压压缩段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，从而得到开放式回热型两段压縮-两段供热-两段膨胀气体压縮 式机组。
上述图1-图4所示机组中，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，其热力学效果是一致的。
图5所示的三段压縮-三段供热-三段膨胀气体压縮式机组是这样实现的 ①结构上，山分段压缩式压缩机、分段膨胀式膨胀机、热交换器、第二热交换器、第三 热交换器和低温热交换器组成的气体压缩式机组；其中，分段压縮式压縮机由低压压缩段、 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lc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2c进口 ，压縮机中压压縮段lb有气体工质出口管路连通第二
10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中压膨胀段2b迸口，压縮机高 压压缩段la有气体工质出口管路连通第三热交换器7后第三热交换器7再有气体工质管路 连接膨胀机高压膨胀段2a进口，压缩机低压压縮段lc有通道连通压縮机中压压縮段lb、 压縮机中压压縮段lb有通道连通压缩机高压压缩段la，膨胀机高压膨胀段2a有通道连通 膨胀机中压膨胀段2b、膨胀机中压膨胀段2b有通道连通膨胀机低压膨胀段2c;膨胀机低压 膨胀段2c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 连接压縮机低压压缩段lc进口 ；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、第二热交换器4和第三热交换器7还分别有被加热介质管路与外部连 通。
②流程上，全部气体工质流经低温热交换器5受热升温后进入压縮机低压压縮段lc、 在外部驱动能的作用下被压缩升压升温后分为两部分——一部分自压縮机低压压縮段lc流 出进入热交换器3并放热于被加热介质、而后进入膨胀机低压膨胀段2c完成低压阶段的降
压膨胀，而另一部分再经压缩机中压压缩段lb压縮升压升温后又分为两部分--部分自
压縮机中压压缩段lb流出进入第二热交换器4并放热于被加热介质、而后进入膨胀机中压 膨胀段2b完成中压-低压两个阶段的降压膨胀，另一部分气体工质再经压縮机高压压縮段 la压縮后自压縮机高压压縮段la流入第三热交换器7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-中压-低压三个阶段的降压膨胀，三路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，实现三段压缩-三段供热-三段膨胀气体循环流程。
图6所示的带有一个回热器的回热型三段压縮-三段供热-三段膨胀气体压缩式机组是 这样实现的
在图5所示的三段压縮-三段供热-三段膨胀气体压縮式机组中，增加回热器6，将压縮 机低压压縮段lc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2c进口改为压縮机低压压缩段lc有气体工质出口管路依次连通热交换器 3与回热器6后回热器6再有气体工质管路连接膨胀机低压膨胀段2c进口 ，从而得到带有 一个回热器的回热型三段压縮-三段供热-三段膨胀气体压縮式机组。
图7所示的带有两个回热器的回热型三段压缩-三段供热-三段膨胀气体压缩式机组是 这样实现的-
在图6所示带有一个回热器的三段压縮-三段供热-三段膨胀气体压縮式机组中，增加第 二回热器8，再将压縮机中压压縮段lb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中压膨胀段2b进口改为压缩机中压压缩段lb有气体 工质出口管路依次连通第二热交换器4与第二回热器8后第二回热器8再有气体工质管路连 接膨胀机中压膨胀段2b进口 ，低温热交换器5有气体管路依次连通回热器6和第二回热器 8后再连接压縮机低压压缩段lc进口，从而得到带有两个回热器的回热型三段压縮-三段供 热-三段膨胀气体压縮式机组。
采用两个回热器可进一步降低压缩机压縮比或进一步提高机组的供热温度。上述图5-图7所示机组中，采用低压压缩机、中压压縮机和高压压縮机分别替代压縮 机低压压縮段、压縮机中压压缩段和压縮机高压压縮段，采用低压膨胀机、中压膨胀机和高 压膨胀机替代膨胀机低压膨胀段、膨胀机中压膨胀段和膨胀机高压膨胀段，其热力学效果是 一致的；但这可能增加系统造价。
本发明技术可以实现的效果——本发明所提出的分段压縮-分段供热-分段膨胀气体压 縮式机组，具有如下效果或优势
① 减小了工质与被加热介质之间的传热温差，从而降低了机组的不可逆因素，提高了机 组的性能指数。
② 作为机组，机组在供热温度区间宽、供热温度高的场合具有较高的性能指数，可以实 现余热的深度利用；作为制冷机，可以在保持较高制冷系数的同时降低对冷却介质参数的要 求，或在同样的工作条件下减少功耗。
(D采用分段压縮和分段供热则使机组保持了常规的分级压縮、级间冷却机组/制冷机系 统所具有的耗功低；采用回热器则使机组具有容积效率高的优点。
④ 比较相同工作温度范围内的机组，本发明主要增加了热交换器和回热器，且增加热交 换器分担了一部分热负荷，因此机组在结构上和造价上的改变并不大。
⑤ 在应用于负荷、供热温度变化范围较大的场合，有利于发挥低压压缩-低温供热性能 指数高的优势，使制热或制冷的综合性能指数更高。
权利要求
1. 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采用低压压缩机和高压压缩机分别替代压缩机低压压缩段和压缩机高压压缩段，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，也得到两段压缩-两段供热-两段膨胀气体压缩式机组。
2. 回热型两段压缩-两段供热-两段膨胀气体压缩式机组，是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的气体压縮 式机组；其中，分段压縮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；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通回热器(6)、回热器(6)还有气体工质管路连接膨胀机低压膨胀段(2B)进口，压缩机高压压縮段(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通回热器(6)、回热器(6)还有 气体工质管路连接压縮机低压压縮段(1B)进口，压縮机低压压縮段(1B)与压縮机高 压压縮段(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，压縮机低压压縮段(1B)有气体进口管路与回热器(6)连通后回热器(6) 再有气体管路与外部连通，膨胀机低压膨胀段(2B)还有气体出口管路与外部连通，为 开放式回热型分段压縮-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 依次流经低温热交换器(5)与回热器(6)两次受热升温后进入压縮机低压压缩段(1B)、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(1B)流出后流经热交换器(3)并放热于被加热介质、再流经回热器(6)并放热于流经回热器 (6)的气体工质、再进入膨胀机低压膨胀段(2B)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(1A)压缩后自压縮机高压压缩段(1A)流出、进入第二热交换 器(4)并放热于被加热介质、再进入膨胀机高压膨胀段(2A)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(5)吸热；无低温 热交换器(5)时，外部气体流经回热器(6)吸热升温后进入压縮机低压压缩段(1B)， 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(2B)向外部排出； (D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；④采用低压压縮机和高压压縮机分别替代压 缩机低压压缩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。
3.三段压缩-三段供热-三段膨胀气体压缩式机组，是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的气体压縮 式机组；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；①结构上，压縮机低压压 縮段(lc)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(2c)进口，压縮机中压压縮段(lb)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中压膨胀段(2b) 进口，压縮机高压压縮段(la)有气体工质出口管路连通第三热交换器(7)后第三热交 换器(7)再有气体工质管路连接膨胀机高压膨胀段(2a)进口，膨胀机高压膨胀段(2a) 有通道连通膨胀机中压膨胀段(2b)、膨胀机中压膨胀段(2b)有通道连通压縮机低压压 缩段(lc);膨胀机低压膨胀段(2c)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縮机低压压縮段(lc)进口；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G)、第二热交换器(4) 和第三热交换器(7)还分别有被加热介质管路与外部连通；②流程上，全部气体工质流 经低温热交换器(5)受热升温后进入压缩机低压压缩段(lc)、在外部驱动能的作用下 被压縮升压升温后分为两部分——一部分自压縮机低压压縮段(lc)流出进入热交换器(3)并放热于被加热介质、而后进入膨胀机低压膨胀段(2c)完成低压阶段的降压膨胀， 而另一部分再经压縮机中压压縮段(lb)压縮后又分为两部分——一部分自压縮机中压 压縮段(lb)流出进入第二热交换器(4)并放热于被加热介质、而后进入膨胀机中压膨 胀段(2b)完成中压-低压两个阶段的降压膨胀，另一部分气体工质再经压縮机高压压縮 段(la)压縮后自压縮机高压压縮段(la)流入第三热交换器(7)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-中压-低压三个阶段的降压膨胀，三路气体 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，得到三段压縮-三段供 热-三段膨胀气体压縮式机组；③采用低压压縮机、中压压縮机和高压压縮机分别替代压 縮机低压压縮段、压缩机中压压縮段和压縮机高压压縮段，采用低压膨胀机、中压膨胀 机和高压膨胀机替代膨胀机低压膨胀段、膨胀机中压膨胀段和膨胀机高压膨胀段，也得 到三段压縮-三段供热-三段膨胀气体压縮式机组。
4.在权力要求3所述的三段压縮-三段供热-三段膨胀气体压縮式机组中，增加回热 器(6)，将压縮机低压压縮段(lc)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(2c)进口改为压縮机低压压縮段(lc) 有气体工质出口管路依次连通热交换器(3)与回热器(6)后回热器(6)再有气体工质 管路连接膨胀机低压膨胀段(2c)进口，得到带有一个回热器的回热型三段压缩-三段供 热-三段膨胀气体压縮式机组；再增加第二回热器(8)，再将压縮机中压压縮段(lb)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 膨胀机中压膨胀段(2b)进口改为压縮机中压压縮段(lb)有气体工质出口管路依次连 通第二热交换器(4)与第二回热器(8)后第二回热器(8)再有气体工质管路连接膨胀 机中压膨胀段(2b)进口，低温热交换器(5)有气体管路依次连通回热器(6)和第二 回热器(8)后再连接压縮机低压压縮段(lc)进口，得到带有两个回热器的回热型三段 压縮-三段供热-三段膨胀气体压縮式机组。
全文摘要
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。
文档编号F25B1/10GK101504205SQ20091001475
公开日2009年8月12日 申请日期2009年2月26日 优先权日2009年2月26日
发明者李华玉 申请人:李华玉