基于正逆循环深浅层地热建筑冷热电耦合系统及实现方法与流程

文档序号:11110795阅读:来源:国知局

技术特征:

1.基于正逆循环深浅层地热建筑冷热电耦合系统,包括高温热泵供热/制冷子系统和跨临界朗肯循环发电子系统,所述高温热泵供热/制冷子系统包括依次串接的换向阀(24)、压缩机(10)、冷凝器/蒸发器(11)、节流阀(12)、热泵用地埋管(13)和换热器Ⅰ(5);所述跨临界朗肯循环发电子系统包括依次串接的膨胀机(3)、换热器Ⅰ(5)、发电用地埋管(6)、工质泵(8)、储液罐(7)和换热器Ⅱ(2),还包括发电机(4),

其特征在于:所述膨胀机(3)的一侧与所述发电机(4)同轴连接,另一侧通过可调联轴器(9)啮合驱动所述高温热泵供热/制冷子系统的压缩机(10);

所述热泵用地埋管(13)与发电用地埋管(6)组成浅层地埋管阵列,保证冷热的平衡交换;

所述浅层地埋管阵列和换热器Ⅱ(2)组成地热能获取系统;

所述换热器Ⅰ(5)的第一连接管(16)和第二连接管(17)分别与所述膨胀机(3)和发电用地埋管(6)连接;所述换热器Ⅰ(5)的第三连接管(18)和第四连接管(19)分别与所述热泵用地埋管(13)和换向阀(24)连接;

所述冷凝器/蒸发器(11)的第Ⅰ连接管(20)和第Ⅱ连接管(21)分别与所述换向阀(24)和节流阀(12)连接;所述冷凝器/蒸发器(11)的第Ⅲ连接管(22)和第Ⅳ连接管(23)分别与用户(15)和热/冷水泵(14)连接。

2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述换热器Ⅱ(2)位于地热井(1)内。

3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:根据异常区地热梯度,所述换热器Ⅱ(2)利用深层地热资源,设置于地下200-3000米。

4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述发电用地埋管(6)利用浅层地热资源,设置于地下0-200米。

5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于:所述浅层地埋陈列为U型套管换热器结构,发电用介质和热泵用介质逆流布置,垂直或水平放置。

6.一种根据权利要求1所述系统的实现方法,其特征在于:包括发电和供暖模式;

其中,发电模式采用朗肯循环,具体如下:

(a)、跨临界朗肯循环发电系统以如二氧化碳低沸点类的工质为工质,由换热器Ⅱ(2)向80℃以上的水热型深层地热热储取热,使液体二氧化碳吸热变为温度和压力均大于临界点31℃和7.4Mpa的高温高压二氧化碳气体;

(b)、高温高压的二氧化碳气体进入膨胀机(3),推动膨胀机(3)转动,带动发电机(4)发电;

(c)、膨胀后的二氧化碳乏汽,经过换热器Ⅰ(5)热交换获得冷量,再通过发电用地埋管(6)向浅层土壤储层放热,冷凝为1520℃的低温液体二氧化碳;

(d)、低温液体二氧化碳通过工质泵(8)泵入储液罐(7);

(e)、再次进入换热器Ⅱ(2),实现循环做功发电;

其中,供暖模式采用热泵循环,具体如下:

(a)、换向阀(24)转向供暖模式,热泵系统进入制热工况,跨临界朗肯循环发电系统的膨胀机(3)与高温热泵供热子系统的压缩机(10)之间经可调联轴器(9)啮合连接,膨胀机(3)直接驱动压缩机(10),吸入热泵用地埋管(13)中的二氧化碳气体;

(b)、热泵用地埋管(13)中的二氧化碳气体经过换热器Ⅰ(5)热交换获得热量提高干度至过热,并保证310℃的过热度后,经过换向阀(24)后被压缩机(10)吸入,提高压力至7.4Mpa以上和提高温度至55℃以上;

(c)、二氧化碳气体进入冷凝器(11)向建筑热源(15)的热水放热,提高热水的温度大于50℃的同时,二氧化碳气体冷凝为二氧化碳液体;

(d)、经节流阀(12)降压后,再次进入热泵用地埋管(13)吸热,蒸发为二氧化碳气体,再次被压缩机(10)吸入,实现制热循环。

7.根据权利要求6所述的实现方法,其特征在于:所述膨胀机(3)乏汽与所述热泵用地埋管(13)乏汽在所述换热器Ⅰ(5)为逆向热交换。

8.一种根据权利要求1所述系统的实现方法,其特征在于:包括发电和制冷模式;

其中,发电模式采用朗肯循环,具体如下:

(a)、跨临界朗肯循环发电系统以如二氧化碳低沸点类的工质为工质,由换热器Ⅱ(2)向80℃以上的水热型深层地热热储取热,使液体二氧化碳吸热变为温度和压力均大于临界点31℃和7.4Mpa的高温高压二氧化碳气体;

(b)、高温高压的二氧化碳气体进入膨胀机(3),推动膨胀机(3)转动,带动发电机(4)发电;

(c)、膨胀后的二氧化碳乏汽,经过换热器Ⅰ(5)热交换获得冷量,再通过发电用地埋管(6)向浅层土壤储层放热,冷凝为1520℃的低温液体二氧化碳;

(d)、低温液体二氧化碳通过工质泵(8)泵入储液罐(7);

(e)、再次进入换热器Ⅱ(2),实现循环做功发电;

其中,制冷模式采用热泵循环,具体如下:

(a)、换向阀(24)转向制冷模式,热泵系统进入制冷工况,跨临界朗肯循环发电系统的膨胀机(3)与高温热泵制冷子系统的压缩机(10)之间经可调联轴器(9)啮合连接,膨胀机(3)直接驱动压缩机(10),蒸发器(11)中的二氧化碳气体经过换向阀(24)后被压缩机(10)提高压力至7.4Mpa以上和提高温度至55℃以上;

(b)、压缩机(10)中的高温高压二氧化碳气体经过换热器Ⅰ(5)后直接进入热泵用地埋管(13),经放热后变为高温高压二氧化碳液体;

(c)、二氧化碳液体经节流阀(12)降压后,再次进入蒸发器(11)向建筑冷源(15)的冷水吸热,降低冷水的温度小于10℃的同时,二氧化碳液体蒸发为二氧化碳气体,再次被压缩机(10)吸入,实现制冷循环。

9.根据权利要求8所述的实现方法,其特征在于:所述膨胀机(3)乏汽与所述热泵用地埋管(13)乏汽在所述换热器Ⅰ(5)为同向热交换。

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