一种结合地埋管换热器的微型分布式冷热电联供装置的制作方法

本实用新型属于冷热电联供技术领域，特别是一种结合地埋管换热器的微型分布式冷热电联供装置。

背景技术：

在楼宇分布式冷热电联供系统中，燃气内燃机作为发电主机得到了广泛应用。利用燃气机余热结合溴化锂吸收式热泵可实现冷热电联供。燃气机排烟温度一般在 530℃左右，可用于余热型溴化锂机组的驱动热源；缸套冷却水的温度在80～120℃之间，可用于单效吸收式制冷机制冷或换热器供热水。常规系统中，吸收式机组仅用于制冷季制取冷冻水，采暖季当环境空气温度低于5℃时，蒸发器表面结霜，系统运行效率降低。此时，如果环境温度持续降低，不能满足蒸发器内部工质蒸发的热量要求，若过分降低内部蒸气压，溴化锂溶液极易结晶，影响系统使用寿命。因此，在采暖季吸收式热泵普遍以换热器形式运行，其热量提升效果未得到有效发挥。

对结合吸收式热泵的冷热电联供系统，为了保证冬季供热效果，宜与其他低温热源相结合，通过优化配置，发挥系统优势。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结合地埋管换热器的微型分布式冷热电联供装置，依据环境温度的条件通过对空气源和地热源的综合利用，提高装置使用效率。

本实用新型解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种结合地埋管换热器的微型分布式冷热电联供装置，其特征在于：包括燃气内燃发电机组(1)、双效溴化锂吸收式热泵系统、地埋管换热器(16)、空气源换热器 (15)、水水换热器(17)及热用户供回水系统；所述燃气内燃发电机组(1)的排烟口与烟气管道的一端相连，所述的烟气管道穿过双效溴化锂吸收式热泵系统的高压溶液发生器(2)中，另一端通向排烟出口；所述的燃气内燃发电机组(1)缸套水的出口与水水换热器(17)相连，所述水水换热器(17)出口端与缸套水的进口相连；

所述的双效溴化锂吸收式热泵系统包括高压溶液发生器(2)，所述的高压溶液发生器(2)的水蒸气管依次连接低压溶液发生器(3)和第二高压膨胀阀(13)；所述低压溶液发生器(3)的水蒸气管与第二高压膨胀阀(13)出口的水蒸气连接管联通，随后依次连接冷凝器(5)、第二低压膨胀阀(14)、蒸发器(6)和溶液吸收器(4)；所述高压溶液发生器(2)的底部溶液出口管依次连接高温溶液换热器(7)、第一高压膨胀阀(11)，与低压溶液发生器(3)的溶液进口管相连通；所述低压溶液发生器 (3)底部溶液出口管依次连接低温溶液换热器(8)、第一低压膨胀阀(12)，与溶液吸收器(4)的溶液进口管相连通；所述溶液吸收器(4)底部溶液出口管依次连接低压溶液泵(10)、低温溶液换热器(8)、高压溶液泵(9)、高温溶液换热器(7)，与高压溶液发生器(2)溶液进口管相连通；

所述的热用户供回水系统的供回水管路分为两路，其中一路连接所述冷凝器(5)，使回水升温后与供水管路相连；另一路连接所述的蒸发器(6)，降温后与供水管路相连；两个支路通过截断阀控制；

所述地埋管换热器(16)的出口分为两路，一路与冷凝器(5)入口相连，形成夏季工况的冷却水循环；另一路连接溶液吸收器(4)、空气源换热器(15)及蒸发器 (6)，蒸发器(6)出口与第一控制阀(31)相连，形成冬季工况的热源水循环，第一控制阀(31)分别与空气源换热器(15)和地埋管换热器(16)控制相连，控制地源侧和空气源侧支路的切换运行。

而且，所述热用户供回水系统回水管路一路经第六截断阀(23)、第五截断阀(22) 进入冷凝器(5)，冷凝器(5)出口管路经第三截断阀(20)连接供水管路，冷凝器 (5)出口管路另一路经第二截断阀(19)连接至第一控制阀(31)；热用户供回水系统的回水管路另一路经第八截断阀(25)进入蒸发器(6)，蒸发器出口管路一路经第四截断阀(21)连接供水管路，另一路经第十截断阀(27)连接第一控制阀(31)；

地埋管换热器(16)的出口分为两路，一路经第十四截断阀(32)、第七截断阀 (24)、第五截断阀(22)与冷凝器(5)入口相连，形成夏季工况的冷却水循环；地埋管换热器的另一路经第十一截断阀(28)后分别连接溶液吸收器(4)、蒸发器(6)，蒸发器(6)出口经第十截断阀(27)与第一控制阀(31)相连，第一控制阀(31)出口分别与地埋管换热器(16)的入口及空气源换热器(15)的入口连接，空气源换热器出口经第十三截断阀(30)连接回地埋管换热器出口管路，形成冬季工况的热源水循环，第一控制阀(31)分别与空气源换热器(15)和地埋管换热器(16)相连，控制地源侧和空气源侧支路的切换运行。

本实用新型的优点和有益效果为：

1、本结合地埋管换热器的微型分布式冷热电联供装置，燃气机排烟余热驱动吸收式热泵，热泵机组包括依次循环连接的高压发生器、低压发生器、蒸发器、冷凝器、吸收器、换热器；用户回水分为两路，一路依次连接冷凝器至供水管路，另一路连接蒸发器至供水管路；缸套水出口连接水水换热器，提供生活热水负荷后回到入口；冷却水管路经冷凝器出口进入地埋管换热器，降温后回到冷凝器入口；热源水管路经蒸发器出口分为两路，一路依次联结地埋管换热器、吸收器，另一路连接空气源换热器，两者切换运行，与蒸发器形成回路。实现了地热源和空气源的综合利用、提高了吸收式热泵的冬季使用效率，系统综合性能得到提升。

2、本结合地埋管换热器的微型分布式冷热电联供装置，燃气内燃发电机组与余热型溴化锂吸收式热泵结合，燃气机余热直接作为吸收式热泵的热源，缸套水余热提供生活热水，实现了能量的梯级利用；热泵的蒸发端和冷凝端分别与用户管路系统相连，通过阀门的切换分别提供冷冻水和供暖水；利用地热源和空气源联合作为吸收式热泵的冷、热源，冷却水通过地埋管换热器进行热量耗散，热源水通过空气源换热器和地埋管换热器切换加热，不但为夏季冷却水热量耗散提供了新的方式，而且弥补了冬季热源温度过低热泵机组无法运行的不足，提高了能量利用效率，扩大了装置的应用范围。

附图说明

图1是本实用新型的系统流程图。

附图标记说明

1-燃气内燃发电机组；2-高压溶液发生器；3-低压溶液发生器；4-溶液吸收器；5-冷凝器；6-蒸发器；7-高温溶液换热器；8-低温溶液换热器；9-高压溶液泵；10-低压溶液泵；11-第一高压膨胀阀；12-第一低压膨胀阀；13-第二高压膨胀阀；14-第二低压膨胀阀；15-空气源换热器；16-地埋管换热器；17-水水换热器；18-第一截断阀； 19-第二截断阀；20-第三截断阀；21-第四截断阀；22-第五截断阀；23-第六截断阀； 24-第七截断阀；25-第八截断阀；26-第九截断阀；27-第十截断阀；28-第十一截断阀； 29-第十二截断阀；30-第十三截断阀；31-第一控制阀；32-第十四截断阀。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本实用新型作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本实用新型的保护范围。

一种结合地埋管换热器的微型分布式冷热电联供装置，其特征在于：包括燃气内燃发电机组(1)、双效溴化锂吸收式热泵系统、地埋管换热器(16)、空气源换热器 (15)、水水换热器(17)及热用户供回水系统；燃气内燃发电机组(1)的排烟口与烟气管道的一端相连，所述的烟气管道穿过双效溴化锂吸收式热泵系统的高压溶液发生器(2)中，另一端通向排烟出口；所述的燃气内燃发电机组(1)缸套水的出口与水水换热器(17)相连，水水换热器(17)出口端与缸套水的进口相连；

双效溴化锂吸收式热泵系统包括高压溶液发生器(2)，高压溶液发生器(2)的水蒸气管依次连接低压溶液发生器(3)和第二高压膨胀阀(13)；所述低压溶液发生器(3)的水蒸气管与第二高压膨胀阀(13)出口的水蒸气连接管联通，随后依次连接冷凝器(5)、第二低压膨胀阀(14)、蒸发器(6)和溶液吸收器(4)；所述高压溶液发生器(2)的底部溶液出口管依次连接高温溶液换热器(7)、第一高压膨胀阀(11)，与低压溶液发生器(3)的溶液进口管相连通；所述低压溶液发生器(3)底部溶液出口管依次连接低温溶液换热器(8)、第一低压膨胀阀(12)，与溶液吸收器(4)的溶液进口管相连通；所述溶液吸收器(4)底部溶液出口管依次连接低压溶液泵(10)、低温溶液换热器(8)、高压溶液泵(9)、高温溶液换热器(7)，与高压溶液发生器(2) 溶液进口管相连通；

热用户供回水系统的供回水管路分为两路，其中一路连接所述冷凝器(5)，使回水升温后与供水管路相连；另一路连接所述的蒸发器(6)，降温后与供水管路相连；两个支路通过截断阀控制；

热用户供回水系统的回水管路一路经第六截断阀(23)、第五截断阀(22)进入冷凝器(5)，冷凝器(5)出口管路经第三截断阀(20)连接供水管路，冷凝器(5) 出口管路另一路经第二截断阀(19)连接至第一控制阀(31)；

热用户供回水系统的回水管路另一路经第八截断阀(25)进入蒸发器(6)，蒸发器出口管路一路经第四截断阀(21)连接供水管路，另一路经第十截断阀(27)连接第一控制阀(31)；

所述的地埋管换热器(16)的出口分为两路，一路经第十四截断阀(32)、第七截断阀(24)、第五截断阀(22)与冷凝器(5)入口相连，形成夏季工况的冷却水循环；地埋管换热器的另一路经第十一截断阀(28)后分别连接溶液吸收器(4)、蒸发器(6)，蒸发器(6)出口经第十截断阀(27)与第一控制阀(31)相连，第一控制阀(31) 出口分别与地埋管换热器(16)的入口及空气源换热器(15)的入口连接，空气源换热器出口经第十三截断阀(30)连接回地埋管换热器出口管路，形成冬季工况的热源水循环。第一控制阀(31)分别与空气源换热器(15)和地埋管换热器(16)相连，控制地源侧和空气源侧支路的切换运行。

本实用新型结合地埋管换热器的微型分布式冷热电联供装置的控制方法为：

1)溶液循环：燃气内燃发电机组(1)的排烟余热作为双效溴化锂吸收式热泵系统的高压溶液发生器(2)的驱动热源加热高压溶液发生器(2)中的溴化锂溶液，溴化锂溶液被加热蒸发产生水蒸气和较浓溴化锂溶液，较浓溴化锂溶液进入高温溶液换热器(7)，与来自高压溶液泵(9)的低温稀溴化锂溶液进行换热，温度降低后进入第一高压膨胀阀(11)进一步降温降压，进入低压溶液发生器(3)；所述高压溶液发生器(2)的水蒸气进入低压溶液发生器(3)加热来自第一高压膨胀阀(11)的较浓溴化锂溶液，溶液进一步蒸发产生水蒸气和浓溴化锂溶液；所述浓溴化锂溶液进入低温溶液换热器(8)，与来自低压溶液泵(10)的稀溴化锂溶液进行换热，降温后进入第一低压膨胀阀(12)进一步降温降压后进入溶液吸收器(4)；所述低温低压的浓溴化锂溶液在溶液吸收器(4)内吸收来自蒸发器(6)的水蒸气浓度降低成为稀溶液，所述稀溶液依次进入低压溶液泵(10)、低温溶液换热器(8)、高压溶液泵(9)和高温溶液换热器(7)升温增压后进入高压溶液发生器(2)，完成溶液循环；

2)制冷剂循环：由高压溶液发生器(2)产生的水蒸气首先进入低压溶液发生器 (3)，与较低浓度的溴化锂溶液进行换热后温度降低，随后进入第二高压膨胀阀(13) 压力降为中压等级；所述中压等级的水蒸气与由低压溶液发生器(3)产生的水蒸气混合后进入冷凝器(5)，放热后被冷凝为液态水，然后进入第二低压膨胀阀(14)进一步降压为低压级别；所述液态水进入蒸发器(6)，与外部换热后蒸发为水蒸气，随后进入溶液吸收器(4)，与来自第一低压膨胀阀(12)的浓溴化锂溶液接触，水蒸气全部被浓溴化锂溶液吸收，完成制冷剂的循环；

3)夏季工况：热用户侧第一系统启动：第四截断阀(21)、第二截断阀(19)开启，来自热用户的冷冻回水进入蒸发器(6)，温度降低达到制冷要求，供用户使用；冷热源侧冷却水系统启动：第一截断阀(18)、第二截断阀(19)、第五截断阀(22)、第七截断阀(24)、第十三截断阀(32)开启，第三截断阀(20)、第六截断阀(23)、第九截断阀(26)、第十截断阀(27)、第十一截断阀(28)、第十二截断阀(29)、第十三截断阀(30)关闭，第一控制阀(31)连接地埋管换热器侧开启连接空气源换热器侧关闭，冷却水通过冷凝器(5)被加热后，进入地埋管换热器(16)，将热量释放到土壤后再返回冷凝器(5)，完成冷却水循环。

4)冬季工况时，热用户侧第二系统启动：第五截断阀(22)、第六截断阀(23)、第三截断阀(20)开启，来自热用户的供热回水进入冷凝器，被加热后用于供热；冷热源侧热源水系统启动：第一截断阀(18)、第九截断阀(26)、第十截断阀(27)、第十一截断阀(28)、第十二截断阀(29)、第十三截断阀(30)开启，第四截断阀(21)、第七截断阀(24)、第八截断阀(25)、第十三截断阀(32)关闭，第一控制阀(31) 根据室外环境温度在地埋管换热器和空气源换热器中进行切换控制。

第一控制阀(31)根据室外环境温度在地埋管换热器和空气源换热器中进行切换控制的控制方法为：当室外环境温度高于10℃时，第一控制阀(31)连接空气源换热器侧开启，来自蒸发器(6)的低温热源水进入空气源换热器，被环境空气加热，出口处温度上升，再进入蒸发器(6)；当室外环境温度低于10℃时，第一控制阀(31) 连接地源热泵侧开启，低温热水先进入地埋管换热器(16)，被土壤源加热后再进入吸收器，进一步被溴化锂溶液吸收过程的放热量加热，再回到蒸发器(6)。

举例说明：

夏季工况：

燃气内燃发电机组(1)的温度为530℃排烟进入双效溴化锂吸收式热泵系统的高压溶液发生器(2)，加热高压溶液发生器(2)中的浓度为54％的溴化锂溶液被加热至134℃，蒸发产生110℃水蒸气和浓度为58％的溴化锂溶液，该溴化锂溶液进入高温溶液换热器(7)，与来自第一溶液泵(9)的温度为50℃的稀溴化锂溶液进行换热，温度降低为96℃后进入第一高压膨胀阀(11)进一步降温到66℃降压到0.04MPa，进入低压溶液发生器(3)；高压溶液发生器(2)的水蒸气进入低压溶液发生器(3) 加热来自第一高压膨胀阀(11)的溴化锂溶液，溶液进一步蒸发温度达到70℃，产生68℃水蒸气和浓度为63％的溴化锂溶液；溴化锂溶液进入低温溶液换热器(8)，与来自低压溶液泵(10)温度为32℃的稀溴化锂溶液进行换热，温度降为50℃进入第一低压膨胀阀(12)进一步降温到42℃降压到0.01MPa后进入溶液吸收器(4)；低温低压的溴化锂溶液在溶液吸收器(4)内与来自蒸发器(6)温度为5.63℃水蒸气接触，水蒸气被吸收浓度降低到54％成为稀溶液，稀溶液依次进入低压溶液泵(10)、低温溶液换热器(8)、高压溶液泵(9)和高温溶液换热器(7)升温到87℃增压到 0.75MPa，然后进入高压溶液发生器(2)，完成溶液循环。

由高压溶液发生器(2)产生的水蒸气首先进入低压溶液发生器(3)，与较低浓度的溴化锂溶液进行换热后温度降为91.54℃，随后进入第二高压膨胀阀(13)压力降为0.04MPa温度降为28.97℃；水蒸气与由低压溶液发生器(3)产生的68℃水蒸气混合后进入冷凝器(5)，与冷却水换热后被冷凝为液态水，然后进入第二低压膨胀阀(14)温度降为5.62℃压力降为0.01MPa；液态水进入蒸发器(6)，与冷冻回水换热后蒸发为水蒸气，随后进入溶液吸收器(4)，与来自第一低压膨胀阀(12)的浓溴化锂溶液接触，水蒸气全部被浓溴化锂溶液吸收，完成制冷剂的循环。

用户侧管路系统中，第四截断阀(21)、第八截断阀(25)开启，来自热用户的冷冻回水在12℃下进入蒸发器(6)，放热后温度降到7℃，达到制冷要求，进入供水管路供用户使用。冷却水系统中，第一截断阀(18)、第二截断阀(19)、第四截断阀 (22)、第七截断阀(24)、第十四截断阀(32)开启，第三截断阀(20)、第六截断阀(23)、第九截断阀(26)、第十截断阀(27)、第十一截断阀(28)、第十二截断阀 (29)、第十三截断阀(30)关闭，第一控制阀(31)连接地埋管换热器侧开启连接空气源换热器侧关闭，23℃的冷却水离开冷凝器(5)后进入地埋管换热器，将热量释放到土壤中，出口温度变为20℃返回冷凝器(5)，完成冷却水循环。

冬季工况：

燃气内燃发电机组(1)的温度为530℃排烟进入双效溴化锂吸收式热泵高压溶液发生器(2)，加热高压溶液发生器(2)中的浓度为54％的溴化锂溶液，溴化锂溶液被加热至134℃，蒸发产生110℃水蒸气和浓度为58％的溴化锂溶液，所述的溴化锂溶液进入高温溶液换热器(7)，与来自溶液泵(9)的温度为50℃的稀溴化锂溶液进行换热，温度降低为96℃后进入第一高压膨胀阀(11)进一步降温到87℃降压到 0.12MPa，进入低压溶液发生器(3)；高压溶液发生器(2)的水蒸气进入低压溶液发生器(3)加热来自第一高压膨胀阀(11)的溴化锂溶液，溶液进一步蒸发温度达到90℃，产生89℃水蒸气和浓度为63％的溴化锂溶液；溴化锂溶液进入低温溶液换热器(8)，与来自低压溶液泵(10)温度为34℃的稀溴化锂溶液进行换热，温度降为71.86℃进入第一低压膨胀阀(12)进一步降温到42℃降压到0.01MPa后进入溶液吸收器(4)；低温低压的溴化锂溶液在溶液吸收器(4)内与来自蒸发器(6)温度为 5.63℃水蒸气接触，水蒸气被吸收浓度降低到54％成为稀溶液，稀溶液依次进入低压溶液泵(10)、低温溶液换热器(8)、高压溶液泵(9)和高温溶液换热器(7)升温到87℃增压到0.75MPa，然后进入高压溶液发生器(2)，完成溶液循环。

由高压溶液发生器(2)产生的水蒸气首先进入低压溶液发生器(3)，与较低浓度的溴化锂溶液进行换热后温度降为91.54℃，随后进入第二高压膨胀阀(13)压力降为0.12MPa温度降为49.42℃；所述的水蒸气与由低压溶液发生器(3)产生的89℃水蒸气混合后进入冷凝器(5)，与供热回水换热后被冷凝为液态水，然后进入第二低压膨胀阀(14)温度降为5.62℃压力降为0.01MPa；液态水进入蒸发器(6)，与热源水换热后蒸发为水蒸气，随后进入溶液吸收器(4)，与来自第一低压膨胀阀(12)的浓溴化锂溶液接触，水蒸气全部被浓溴化锂溶液吸收，完成制冷剂的循环。

用户侧系统中，第四截断阀(22)、第六截断阀(23)、第三截断阀(20)开启，来自热用户的供热回水40℃进入冷凝器，被加热后温度上升达到45℃，用于供热。第一截断阀(18)、第九截断阀(26)、第十截断阀(27)、第十一截断阀(28)、第十二截断阀(29)、第十三截断阀(30)开启，第四截断阀(21)、第七截断阀(24)、第八截断阀(25)、第十四截断阀(32)关闭，第一控制阀(31)根据室外环境温度在地埋管换热器和空气源换热器中进行切换控制。当室外环境温度高于10℃时，第一控制阀(31)连接空气源换热器侧开启，蒸发器出口7℃的热源水进入空气源换热器，被环境空气加热，出口处温度上升至10℃，再进入蒸发器；当室外环境温度低于10℃时，第一控制阀(31)连接地源热泵侧开启，7℃的热源水先进入地埋管换热器，被土壤源加热后温度升至9℃，再进入吸收器温度升至11℃，最后回到蒸发器(6)。

采用本方法使土壤源和空气源低品位余热得到充分利用,弥补了冬季热源温度过低热泵机组无法运行的不足，提高了能量利用效率，扩大了装置的应用范围。

本实用新型虽公开了实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。