[发明专利]地温热交换系统及其地温热能发电与地温热泵系统

说明书

技术领域

本发明系涉及一种热交换的技术，尤其涉及一种地温热交换系统及其地温热发电与地温热泵系统。

背景技术

井下热交换器其主要目的是为了地面与地底，例如：土壤或地下水，进行热交换，热交换的方式可由地面向地底取热或将地面多余热量放置于地底，第一个方式通常是作为暖房或发电用，第二个方式通常应用于冷房。

井下热交换器一般分为U型管类型、盘管及类壳管等，而通常类壳管具有较大的热交换量。请参阅图1所示，该图为类壳管热交换器示意图。该类壳管热交换器11设置于一地井10内。该地井10内具有流体12以与该类壳管热交换器11内的工作流体进行热交换。不过由于类壳管热交换器11形态上的限制，类壳管热交换器11其外部流体12流动上效率较差，此类流动不均匀通常可归纳为(1)外部流体于小管外侧的不均匀流动以及(2)小管内的工作流体的不均匀流动。其中，第(1)点的主要原因是上下两端的分流及合流机构限制外部流体流动，如图1中，类壳管热交换器11的两端具有盘体110，其是阻碍井内流体流至类壳管热交换器11的热交换管体，而第(2)点则是因为小管的分布及公差所造成，为了保有较大的热传量及外部流体流动的效果，故以较特殊的外部结构设计，此外部结构设计过程中面临内部工作流体的流动均匀性的问题，所以必须调整小管直径以达到压降均匀性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种地温热交换系统，其所具有的多个歧管通过扩口或缩口，或者是通过分段子歧管组合而成的设计，使得工作流体通过每一歧管时所产生的压降相匹配，而让工作流体的流量均匀。另外，本发明中，多个歧管通过交错的配置增加歧管的数量，以及通过歧管间的距离控制，使得外部流体可以均匀流过多个歧管，而与该多个歧管内的工作流体进行热交换，进而提升热交换量与热交换效率。此外，利用前述的地温热交换系统，本发明还提供地温热能发电与地温热泵系统。

在一实施例中，本发明提供一种地温热交换系统，包括：一第一主管；多个歧管组，每一歧管组具有多个长度相同的歧管，不同歧管组所具有的歧管的长度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，该第一端与该第一主管相连通，其中，至少一歧管组所具有的歧管是由多段子歧管相接而成，相邻接的子歧管具有不同的内径，以使该多个歧管组所具有的歧管在一工作流体通过时所产生的压降相匹配；以及一第二主管，其是设置于该第一主管的一侧，该第二主管与该多个歧管组所具有的歧管的第二端相连接。本实施例是通过调整管路的内径大小，来控制工作流体在管路流动时所产生的压降。

在另一实施例中，本发明提供一种地温热交换系统，包括：一第一主管；多个歧管组，每一歧管组具有多个长度相同的歧管，不同歧管组所具有的歧管的长度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，该第一端与该第一主管相连通，其中，至少一歧管组所具有的歧管的第一端或第二端的口径与该歧管的内管径不同，以及不同管长的歧管其第一端或第二端的口径不相同，以使该多个歧管组所具有的歧管在工作流体通过时所产生的压降相匹配；以及一第二主管，其是设置于该第一主管的一侧，该第二主管与该多个歧管组所具有的歧管的第二端相连接。本实施例是通过调整管路端部的开口大小，来控制工作流体在管路流动时所产生的压降。

在另一实施例中，本发明提供一种地温热能发电系统，包括：一地温热交换系统，其设置于一地井内，该地井内具有一流体，该地温热交换系统包括有：一第一主管，提供一工作流体流入；多个歧管组，每一歧管组具有多个长度相同的歧管，不同歧管组所具有的歧管的长度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，该第一端与该第一主管相连通，其中，至少一歧管组所具有的歧管是由多段子歧管相接而成，相邻接的子歧管具有不同的内径，以使该多个歧管组所具有的歧管在该工作流体通过时所产生的压降相匹配，该工作流体通过该多个歧管组与该流经该多个歧管组的流体产生热交换；以及一第二主管，其是设置于该第一主管的一侧，该第二主管与该多个歧管组所具有的歧管的第二端相连接以接收由该多个歧管组流出的工作流体；一泵，其是与该地温热交换系统相耦接，以提供该工作流体循环流动的动力；一发电装置，其还具有：一循环管路；一蒸发器，其是与该泵以及该循环管路相连接，以接收该工作流体，该蒸发器使该循环管路内的一液态冷流体由该工作流体吸收热而转换成热流体；一涡轮发电机，其是利用该循环管路与该蒸发器相耦接，以接收该高温高压流体，该热流体推动该涡轮发电机运转产生一电力；以及一冷凝模块，其是利用该循环管路与该涡轮发电机耦接，以将由该涡轮发电机流出的热流体降温凝结而成该液态冷流体，再输送至该蒸发器。