[发明专利]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

权利要求书

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，发电用介质和热泵用介质逆流布置，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Ⅱ(2)位于地热井(1)内；

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)分别与建筑用户(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：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。

3.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。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述浅层地埋管阵列为U型套管换热器结构，垂直或水平放置。

5.一种根据权利要求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二氧化碳为工质，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15_～20℃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3_～10℃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)向建筑用户(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。

6.根据权利要求5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。