[发明专利]分段吸热-分段压缩-分段膨胀气体压缩式热泵

说明书

技术领域：

本发明属于热泵/制冷技术领域。

背景技术：

气体压缩式热泵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。气体压缩式机组主要由压缩机、供热器、膨胀机和低温热交换器等基本部件组成； 其供热主要依靠压缩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 加热介质参数(主要是温度)确定的情况下，余热资源量越少，余热介质的温度变化区间则 越大，冷剂介质经膨胀机降压膨胀后的温度则要求越低，余热介质与冷剂介质之间的传热温 差也就越大，压缩机的压缩比随之增大，机组的性能指数下降显著且较低。

在用于制冷时，为了将被制冷介质中的热量取走，冷剂介质经膨胀机降压膨胀后的温度 必须低于被制冷介质的最低温度；当需要将被制冷介质由较高温度降低到较低温度时，采用 单一低温热交换器取热同样遇到压缩机压缩比较大、机组性能指数较低的问题。

比较全部低温热负荷由降压膨胀程度较大的冷剂介质吸收并经压缩机升压升温后向被 加热介质供热，若将余热介质中较高温度的热负荷由降压膨胀程度低的冷剂介质吸收并经对 应压缩机压缩升压升温后向被加热介质供热、将余热介质中较低温度的热负荷由降压膨胀程 度较大的冷剂介质吸收并经对应压缩机压缩升压升温后向被加热介质供热，则机组的性能指 数得到提高。换一个角度看，这是余热介质全部热负荷传递的温差减小、传热过程不可逆程 度降低的结构。

因此，为了提高机组的性能指数，最根本的措施是要减小余热介质中的低温热负荷传递 到冷剂介质中时的传热温差。在余热介质(被制冷介质)温度变化区间较大时，实现机组保 持较高性能指数的有效措施就是采用两个以上的低温热交换器和相应的压缩机、膨胀机进行 分段吸热、分段压缩和分段膨胀。

另外，采用回热措施能够提升机组的压缩终温或能够将更低温度的余热提升到用户需要 的水平而不影响机组性能指数；采用回热措施也可用于降低压缩比。

发明内容

本发明的主要目的是要提供一种可减小余热介质或被制冷介质与冷剂介质间的传热温 差、在需要深度利用余热资源时能够具有较高的性能指数的分段压缩-分段供热-分段膨胀气 体压缩式热泵机组，它主要由两个以上的低温热交换器、两个以上的压缩机、两个以上的膨 胀机和供热器所组成；以及提供具有高温供热特点的带有回热器的分段压缩-分段供热-分段 膨胀气体压缩式热泵机组。具体包括：①两段吸热-两段压缩-两段膨胀气体压缩式热泵；② 两路冷剂介质分别独立循环的两段吸热-两段压缩-两段膨胀气体压缩式热泵；③三段吸热-三 段压缩-三段膨胀气体压缩式热泵；④可采用一种或两种以上冷剂介质的三段吸热-三段压缩- 三段膨胀气体压缩式热泵；⑤带有回热器的两段吸热-两段压缩-两段膨胀气体压缩式热泵； ⑥带有回热器的三段吸热-三段压缩-三段膨胀气体压缩式热泵。

本发明中的两段吸热-两段压缩-两段膨胀气体压缩式热泵，是由第一压缩机、第一膨胀 机、供热器、第一热交换器、第二压缩机、第二膨胀机和第二热交换器所组成；第一热交换 器有冷剂介质管路连通第一压缩机和有余热介质管路与外部连通，第一压缩机还有冷剂介质 管路连通供热器，供热器还有冷剂介质管路连通第一膨胀机和有被加热介质管路与外部连 通，第一膨胀机还有冷剂介质管路连通第一热交换器，第二热交换器分别有冷剂介质管路连 通第二膨胀机和第二压缩机和还有余热介质管路与外部连通，第二压缩机还有冷剂介质管路 连通供热器和供热器还有冷剂介质管路连通第二膨胀机得到由第一压缩机和第二压缩机分 别向供热器提供冷剂介质的两段吸热-两段压缩-两段膨胀气体压缩式热泵，或第二压缩机还 有冷剂介质管路连通第一压缩机和供热器还有冷剂介质管路连通第二膨胀机得到由第一压 缩机向供热器提供冷剂介质的两段吸热-两段压缩-两段膨胀气体压缩式热泵，或第二压缩机 还有冷剂介质管路连通第一压缩机和第一膨胀机还有冷剂介质管路连通第二膨胀机也得到 由第一压缩机向供热器提供冷剂介质的两段吸热-两段压缩-两段膨胀气体压缩式热；其特征 在于：自第一热交换器和第二热交换器吸热后的冷剂介质分别由第一压缩机和第二压缩机分 别压缩时第一压缩机和第二压缩机分别向供热器提供冷剂介质，自第二热交换器吸热后的冷 剂介质由第二压缩机和第一压缩机先后进行两个阶段压缩、自第一热交换器吸热后的冷剂介 质由第一压缩机进行压缩时第一压缩机单独向供热器提供冷剂介质。