CN114508873B - 利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的能源系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的能源系统和方法。包括：蓄水池，设置第二换热器，蓄水池与海底隧道通过渗流水管连接；第一换热器，设置在海底隧道的侧壁中；热泵机组，通过冷却水管分别与蓄水池、第一换热器连接。海底地铁隧道的侧壁中预设毛细管，海底地铁隧道中通过隧道侧壁渗流到海底隧道的内部，所以会积累较多的海水，海水通过渗流水管导入到蓄水池中，与热泵机组进行换热，充分的利用海底隧道中的热能。

Description

利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的能源系统和方法

技术领域

本发明属于海底地铁技术领域，具体涉及利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的能源系统和方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

海底地铁是在海底设置穿海隧道，然后在穿海隧道内设置运行的轨道，实现列车在海底中运行，但是由于海底隧道中空气相对于外界的空气流动较少，基本是和运行过程中的列车的摩擦，并且热交换较为单一，所以海底隧道中的空气温度较高，并且不能及时排出，导致海底隧道内的温度过高，行驶的列车中的空调系统，需要和列车外的空气进行换热，所以如果海底隧道的空气温度较高，导致地铁车辆的空调系统不能正常运行。海底隧道在海底的位置导致，海底隧道会承受较大的海水压力，会有很多的渗流海水进入到海底隧道中，在运行过程中就要定期排放，但是海水的温度夏季在20℃，冬季在10℃左右，蓄存大量的能量，非常适合作为建筑空调系统的冷热源。但是通常都是直接排放了，因此会造成能源的巨大浪费。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的能源系统和方法。充分利用海底地铁隧道的可再生资源，使地铁车辆的空调系统正常运行。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的能源系统，包括：

蓄水池，设置第二换热器，蓄水池与海底隧道通过渗流水管连接；

第一换热器，设置在海底隧道的侧壁中；

热泵机组，通过冷却水管分别与蓄水池、第一换热器连接。

海底地铁隧道的侧壁中预设毛细管，海底地铁隧道中通过隧道侧壁渗流到海底隧道的内部，所以会积累较多的海水，海水通过渗流水管导入到蓄水池中，与热泵机组进行换热，充分的利用海底隧道中的热能。

通过在海底隧道设置第一换热器，解决了海底隧道长度较长，人工进行安装和维修换热器不方便的问题。

利用蓄水池作为海水的换热环境，即可以进行换热，又可以进行海水的暂时存储和转换。

第二方面，利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的方法，所述方法为：

热泵机组的蒸发器的介质分别进入到蓄水池或地铁隧道中进行换热，吸收热量后的介质返回蒸发器中进行提供热量；

海底地铁隧道中的渗流水通过渗流水管进入到蓄水池中，经过换热后排出。

实现了渗流海水的收集和热能的利用，如果直接排出，造成热能的浪费，热泵机组和蓄水池、隧道内布置的换热器的配合使用，将热能转化为可以使用的热源。

本发明一个或多个技术方案具有以下有益效果：

海底地铁隧道的热能的充分利用，海底地铁隧道内部的空气热能和进入到海底隧道中的海水的热能，并且两者具有多能互补的优势，有利于海底地铁隧道的热能的利用，在夏季和冬季满足热泵机组的热源的供应。得到热能可以供应到海底隧道地铁站进行使用。

解决了海底隧道中的海水积存的问题，能够使海水及时排出，并且充分利用海水的热量。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能分布式能源系统结构图；

其中，1、第一换热器，2、海底隧道，3、渗流水管，4、蓄水池，5、第二换热器，6、冷却供水管，7、冷却回水管，8、热泵机组。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

第一方面，利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的能源系统，包括：

蓄水池，设置第二换热器，蓄水池与海底隧道通过渗流水管连接；

第一换热器，设置在海底隧道的侧壁中；

热泵机组，通过冷却水管分别与蓄水池、第一换热器连接。

在本发明的一些实施方式中，第一换热器和第二换热器分别是毛细管换热器。

在本发明的一些实施方式中，热泵机组包括蒸发器，蒸发器通过冷却水管分别与蓄水池、毛细管换热器连接。

在本发明的一些实施方式中，冷却水管包括冷却供水管和冷却回水管，冷却供水管和冷却回水管分别与蓄水池、毛细管换热器连接。

在本发明的一些实施方式中，蓄水池设置排放口。

第二方面，利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的方法，所述方法为：

热泵机组的蒸发器的介质分别进入到蓄水池或地铁隧道中进行换热，吸收热量后的介质返回蒸发器中进行提供热量；

海底地铁隧道中的渗流水通过渗流水管进入到蓄水池中，经过换热后排出。

如背景技术中所述，海底的地铁隧道较长，所以内部的气体温度环境会影响在其中行驶的列车的空调系统。由于内部的空气流通性较差，列车运行会不断产生热量，内部的气体与外界的换热效果较差，内部的废热不能排出，造成热量的积累。

由于海水的压力比较大，海水会通过海底隧道进入到隧道的内部，积累的海水需要定期外排，才能减少隧道内的海水量。

本发明涉及利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的能源系统，包括：蓄水池4，设置第二换热器5，蓄水池与海底隧道通过渗流水管3连接；第一换热器1，设置在海底隧道的侧壁中；热泵机组8，通过冷却水管分别与蓄水池、第一换热器连接。

海底隧道2中的海水通过渗流水管3流入到蓄水池4中，当蓄水池4中装入了部分海水后，通过第二换热器5，海水和第二换热器5中的介质发生换热，使海水的温度降低，实现海水热能的回收。

利用蓄水池4作为海水的暂时存储空间，可以解决渗流的海水的收集的问题，隧道中的海水如果不及时抽出，会浸泡隧道内的设备，并且会腐蚀隧道内的设备，设置蓄水池4，可以使隧道内的水不断的抽出，使隧道内存留的海水量减小，保持较低的海水量。

海水经过蓄水池4换热，蓄水池4可以设置定时排水，这样可以控制蓄水池的水量和换热效果，同时可以保证海水的流通。

海底隧道2中由于空气温度升高，通过在侧壁中设置第一换热器1，气体通过与侧壁进行换热，温度降低，能够解决隧道中空气温度较高，影响车辆的空调系统正常运行的问题。

在海底隧道2的侧壁中设置换热器，可以避免占用隧道内部的空间，换热器可以直接在隧道的建设过程中直接内置到隧道中，而且可以一直保持进行换热，有利于回收低温热源的热量，解决了在海底隧道中设置换热结构的问题，解决了海底隧道中热量排出的问题，相比于现有的其它换热方式可以提高换热器与隧道的结合强度，提高换热效果，在列车的运行过程中，会带动空气进行流动，形成流向侧壁的风，这个风不断的接触侧壁，在接触的过程中进行换热，提高了与隧道内部的空气的换热效果。

热泵机组同时使用第一换热器1和第二换热器5进行获取热能，夏季和冬季可以更好的满足热泵机组的热源需求。因为在夏季海底隧道岩壁的温度相对于外界大气温度较低，而冬季海底隧道岩壁温度相对于大气温度较高，是天然的冷热源，所以从岩壁中取热放热，为建筑供冷供热；由于海水的比热容大于空气，所以夏季海底隧道的空气温度高于海水温度，冬季的海底隧道空气温度低于海水温度；所以海底隧道岩壁和集水池的海水共同作为冷热源，我们从岩壁中取热放热，由于所取的热量和放出的热量要一致，才能保证岩壁中的热平衡，所以在夏季时我们主要的冷源是集水池的海水，但是夏季负荷较大，所以我们用岩壁作为辅助冷源；在冬季时隧道在运营过程中会产生大量废热，所以我们用岩壁作为主要热源，海水渗流作为辅助热源。

进一步，第一换热器1和第二换热器5分别是毛细管换热器。毛细管换热器相比于其它种类的换热器，具有更好的换热效果，能够有效的利用低品位的能源。而且设置在隧道的墙体结构更为方便。

蓄水池与毛细管换热器的结合，有利于提高换热效果，而且海水收集在蓄水池中不具有流动态，如果使用管壳式换热器或者使用热管换热器，都需要水具有流动态，蓄水池和毛细管换热器的结合，有助于提高静态的海水的换热效果。

进一步，热泵机组8包括蒸发器，蒸发器通过冷却水管分别与蓄水池、毛细管换热器连接。介质经过蓄水池和隧道进行换热，提升温度之后，作为热源进入蒸发器中，蒸发器进行吸收这部分热量，

进一步，冷却水管包括冷却供水管6和冷却回水管7，冷却供水管6和冷却回水管7分别与蓄水池、毛细管换热器连接。冷却供水管和冷却回水管形成一个循环回路。

进一步，蓄水池4设置排放口。蓄水池设置排放口，将换热后的海水及时排放出去。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的能源系统，其特征在于：包括：

蓄水池，设置第二换热器，蓄水池与海底隧道通过渗流水管连接，蓄水池设置排放口；

第一换热器，设置在海底隧道的侧壁中；

热泵机组包括蒸发器，蒸发器通过冷却水管分别与蓄水池的第二换热器、海底隧道的第一换热器连接，从而获得热能；

第一换热器和第二换热器分别是毛细管换热器；

所述冷却水管包括冷却供水管和冷却回水管，冷却供水管和冷却回水管分别都与蓄水池的第二换热器、海底隧道的第一换热器连接。

2.利用权利要求1所述的利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的能源系统的利用海底地铁隧道渗流海水能和废热能的方法，其特征在于：所述方法为：

热泵机组的蒸发器的介质分别进入到蓄水池或地铁隧道中进行换热，吸收热量后的介质返回蒸发器中进行提供热量；

海底地铁隧道中的渗流水通过渗流水管进入到蓄水池中，经过换热后排出。