CN103868372A - 地温热交换系统及其地温热能发电与地温热泵系统 - Google Patents

Abstract

一种地温热交换系统及其地温热能发电与地温热泵系统，地温热交换系统包括一第一主管、设置于该第一主管的一侧的一第二主管以及多个歧管。每一歧管组具有多个长度相同的歧管且分别与该第一主管以及该第二主管相连通，不同歧管组所具有的歧管的长度不相同。通过至少一歧管组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的实施例，或者是至少一歧管组所具有的歧管的口径是由该歧管的内管径渐缩或渐扩而得，且不同管长的歧管其第一端或第二端的口径不相同的实施例，使每一歧管在工作流体通过时所产生的压降相匹配。利用该地温热交换系统可应用于地温热能发电与地温热泵系统。

Description

地温热交换系统及其地温热能发电与地温热泵系统

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。

在另一实施例中，本发明还提供一种地温热泵系统，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；一室内热交换系统，该室内热交换系统还具有：一热交换模块，其是提供一第一管路以及一第二管路通过，该第一管路与该泵耦接，以提供该工作流体通过，该第二管路内具有一环境流体，其是与该工作流体于该热交换模块内进行热交换，该热交换模块将该工作流体输送回该第一主管。

在另一实施例中，本发明还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。

在另一实施例中，本发明还提供一种地温热泵系统，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；一室内热交换系统，该室内热交换系统还具有：一热交换模块，其是提供一第一管路以及一第二管路通过，该第一管路与该泵耦接，以提供该工作流体通过，该第二管路内具有一环境流体，其是与该工作流体于该热交换模块内进行热交换，该热交换模块将该工作流体输送回该第一主管。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为类壳管热交换器示意图；

图2A为本发明的地温热交换系统第一实施例示意图；

图2B为该第一主管与第二主管连接关系的示意图；

图3为本发明关于第一主管的一实施例剖视示意图；

图4为本发明关于第二主管的一实施例剖视示意图；

图5A为本发明的歧管实施例示意图；

图5B为本发明的歧管组局部示意图；

图6A为本发明的不同管长歧管示意图；

图6B为本发明通过多段子歧管组合相接而成的歧管示意图；

图7A与图7B为本发明歧管与第一主管或第二主管相接的扩口与缩口结构示意图；

图8A与图8B为本发明的地温热能发电系统实施例示意图；

图9A至图9C为本发明的地温热泵系统实施例示意图。

其中，附图标记

10-地井

11-热壳管热交换器

110-盘体

12-流体

2-地温热交换系统

20-第一主管

200-第一通孔

201-锥部结构

21a～21d-歧管组

210a～210d、210a’-歧管

2100-第一连接段

2101-流路段

2102-第二连接段

2103-第一端

2104-第二端

211a、212a-子歧管

213a～215a-套管

22-第二主管

220-第一管段

221-第二管段

222-锥部结构

223-第二通孔

3-地温热能发电系统

31-泵

32-发电装置

320-蒸发器

321-涡轮发电机

322-冷凝模块

323-循环管路

33-蓄电装置

4-地温热泵系统

41-泵

42-室内热交换系统

420-热交换模块

4201-第一管路

4202-第二管路

421-抽风机

90-工作流体

91-流体

92-热流体

93-液态冷流体

94-环境流体

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：

请参阅图2A与图2B所示，其中，图2A为本发明的地温热交换系统第一实施例示意图；图2B为该第一主管与第二主管连接关系的示意图。该地温热交换系统2可以提供一工作流体90在其内流动而与该地温热交换系统2外部的流体91进行热交换。在一实施例中，该地温热交换系统2可以设置于一地井10内，地井10内提供流体91通过该地温热交换系统2，以与该地温热交换系统2内的工作流体90进行热交换。该工作流体90可以为水或冷媒等流体，但不以此为限制，而该流体91则可以为低温或高温的水，视地底环境而定。

为了让地井10内的流体91与地温热交换系统2内的工作流体90可以有效率地进行热交换，在本发明中，该地温热交换系统2具有一第一主管20、多个歧管组21a与21b以及一第二主管22。如图3所示，该图为本发明关于第一主管的一实施例剖视示意图。该第一主管20上具有多排的第一通孔200，其与该第一主管20的内部相连通，以提供该工作流体的流进或流出。要说明的是，相邻两排第一通孔200的间距可以根据需求而定，并不一定要相等。此外，每一排第一通孔200的数量并不一定要相同，同样亦可以根据需求而定。

在本实施例中，具有四排第一通孔200，每一排第一通孔200对应其中一歧管组，例如：由最上方至最下方的四排的第一通孔分别对应歧管组21a～21d。在该第一主管20的末端具有一锥部结构201，其可以为圆锥或者是角锥结构。请同时参阅图2B与图3所示，该锥部结构201可将该地温热交换系统2外部的流体91予以分流，使该流体91可以被均匀分开而流经每一个歧管组21a～21d。

再回到图2A与图2B所示，该第二主管22，其是设置于该第一主管20的一侧，在本实施例中，该第二主管22还具有一第一管段220以及一第二管段221，其中该第一管段220与该第一主管20同轴，且设置于该第一主管20的下侧。该第二管段221，则连接该第一管段220，且由该第一管段220上端向上延伸至该第一主管20的一侧。该第一管段220的末端同样具有一锥部结构222，其是将通过该地温热交换系统2外部的流体91予以分流，使该流体91可以被均匀分开而均匀地流经每一个歧管组21a～21b。如图4所示，该第一管段220上同样具有与该第一主管20相应的多排第二通孔223，其分别与该第一管段220内部相连通，以提供该工作流体90流进或流出。

再回到图2A所示每一个歧管组21a～21b(图中仅示21a～21b)是由多个歧管210a～210b所构成，其分别与该第一主管20与该第二主管22相连通。在本实施例中，每一个歧管组所具有的歧管长度相同，但不同歧管组21a～21b所具有的歧管210a与210b长度不同。要说明的是，图2A虽仅标示歧管组21a～21b，但歧管组的数量并非以两组为限制，使用者可以根据需求而设置多组歧管组。

请参阅图3与图4所示，在本实施例中，以歧管组21a为例，其所具有的多个歧管210a分别连接该第一主管20上的一排第一通孔200以及连接该第二主管22上最下方的一排第二通孔223。在本实施例中，每一个歧管组21a～21d所具有的歧管结构，是以图5A所示的歧管组21a的歧管210a为所有歧管组的歧管代表，每一歧管210a具有一第一连接段2100、一流路段2101以及一第二连接段2102。该第一连接段2100，其具有该第一端2103与对应的第一通孔200相连接。该流路段2101，其与该第一连接段2100相连接。该第二连接段2102，其与该流路段2101相连接，该第二连接段2102具有该第二端2104与对应的第二通孔223相连接。在一实施例中，歧管210a可以为一体成形的管体结构，在另一实施例中，歧管210a为由多个子歧管所连接而成。要说明的是，该第一主管20、第二主管22以及歧管210a可以为导热性结构良好的材质所构成，例如铜，但不以此为限制。

接下来说明本发明的歧管组所具有的歧管的技术特征。诚如前述，为了让歧管内的工作流体与管外的流体进行有效率的热交换，如图5B所示，其为本发明的歧管组局部示意图，在本发明的歧管组所具有的歧管的配置的特征之一，在于让相邻的歧管间距有一间距S。例如：在图5B中，歧管组21a的歧管210a与歧管组21b的歧管210b之间的间距S大于等于5mm，以让外部的流体可以均匀通过每一个歧管210a～210c周围，让流体可以和歧管210a～210c内的工作流体进行热交换。此外，请同时参阅图3与图4所示，歧管组21a～21d中所具有的歧管的另一特征在于，每一歧管组21a～21d的歧管中的第一连接段2100以及第二连接段2102与其他组的第一连接段2100以及第二连接段2102在径向上的长度并不相同，使得相邻的不同歧管组所具有的多个歧管在径向(r)间具有长短差以及在轴向(t)间具有长短差，而形成交错的配置，进而增加歧管的数量。以图3来说明，每一歧管组21a～21d的歧管在径向上具有不同的第一连接段长度d1～d4，因此通过多排第一通孔200所产生的高低差以及第一连接段的不同长度d1～d4，使得各歧管产生交错的配置。同理，如图4所示，每一歧管的第二连接段2102也是相同的原理，在此不做赘述。

此外，由于本发明的歧管为三维度的交错配置，因此相邻歧管组所具有的歧管长度并不相同。又，每一歧管内的工作流体的流量是否均匀，是影响到整体地温热交换系统的热交换效果的重要因素，而工作流体在流经歧管内所产生的压降会影响到歧管内工作流体的流量，为了让本发明每一歧管内的工作流体流量均匀，以产生良好的热交换效果，本发明中的其中至少一歧管组所具有的歧管是由多段的子歧管组成，相邻子歧管的内管径不同，使得长度不同的歧管也可以产生相匹配的压降。要说明的是，本发明所谓压降相匹配的意思，是指工作流体在不同管长的歧管内所产生的压降相同或者是在许可的误差范围内。

请参阅图6A所示，该图为本发明的不同管长的歧管示意图。举例而言，如果在下列设计条件下：

地温热交换系统取热量：250kW(千瓦)；

地温热交换系统歧管数：40支歧管；

每一歧管外径：12.7mm(毫米)；

每一歧管内径：10.7mm(毫米)；

最长歧管210a长：11m(米)；

最短歧管210d长：9m(米)；

最大单支压降：4455Pa(帕,N/m²)；

最大全部压降：178kPa(帕,N/m²)；

工作流体：水；

歧管材质：铜管。

依照上述设计，最长歧管210a与最短歧管210d长度差约2m。在还没有调整压降前，经过计算可以得知工作流体在歧管210a的压降为4455Pa，歧管210d的压降为3513Pa。在本实施例中，由于具有最小歧管长度的歧管组21d所具有的歧管210d具有最短的管长且具有最小的压降3513pa，因此可以该最小长度的歧管210d的压降为基准，对于歧管长度大于歧管210d的歧管，通过多段子歧管相接而成。对每一歧管而言，相邻子歧管的内管径不同，使由该多段子歧管组成的歧管所具有的压降与该最短的管长的歧管的压降相匹配。请参阅图6B所示，以歧管210a为例，为了达到与该歧管210d相匹配的压降，歧管210a可以由两段子歧管211a与212a相接而形成具有不同管径的歧管。

图6B的实施例中，为了将长度为11m的歧管210a压降调整成与长度为9m的歧管210d一样，可以采用长度6m的子歧管212a，其内径10.7mm，压降为2342Pa与长度为5m的子歧管211a，其内径11.9mm，压降为1178Pa相接，而使得整体歧管210a’的总压降则为3520Pa。通过上述的方式，可以在歧管总长度不变的条件下，利用多段内径变化的子歧管组合以调整压降。要说明的是，子歧管相接的方式可以为直接在子歧管相接的位置上通过焊接的方式来结合；或者是，通过如图6B所示的套管213a～215a来将子歧管组合。此外，要说明的是，子歧管的长度以及口径的选择，可以根据需求而定，并无一定的限制，一般而言使用者可以采用规格品，如下表一所示，搭配以下方程式(1)的演算来找到合适的子歧管组合。

$\mathrm{\ΔP}=\frac{L}{D}\×f\×\frac{1}{2}\mathrm{\ρ}{U}^2...\left(1\right)$

上述方程式(1)中，ΔP代表压降，L代表歧管(或子歧管)长度，D代表歧管内壁的直径，f代表工作流体与歧管内壁的摩擦系数，ρ代表工作流体密度，以及U代表工作流体的流速。

除了前述的方式外，在另一实施例中，挑选子歧管的方式为下列方式：首先于该多段子歧管中选择其中之一子歧管，使其内管径与该最小管长的歧管所具有的内管径相同，且其长度为该最小管长的一半。接着，其他段的子歧管在依据前述方程式(1)的方式来挑选合适的子歧管并将其拼接。此外，要说明的是，虽然前述实施例是以最小歧管长度的歧管的压降为基准，再对大于该最小歧管长度的歧管进行分段以及不同内径的子歧管来组合，来降低压降而与最小长度的歧管的压降匹配。但在另一实施例中，也可以最大子歧管的压降为基准，对于管长小于该最大长度的歧管来进行分段以及不同内径的子歧管来组合，来增加歧管的压降而与最大长度的歧管的压降相匹配。不过在实际实施上，虽然前述两种方式都可以让各歧管的压降匹配，不过如果是前者的话，由于是降低压降，因此对于提供工作流体动力的泵而言，所需要输出的动力会比后者增加压降的方式来的节省能源，所以在实际施作上多会采用降低压降的方式。

表一：铜管外径与壁厚关系表

除了前述通过多个子歧管的方式来调整压降匹配之外，在另一实施例中，也可以通过调整各歧管与第一主管以及第二主管相接的管段的口径来控制压降匹配。要说明的是，对于歧管的开口属于扩口的结构，其代表歧管开口由端部位置逐渐缩小至与歧管管径相同的口径，亦即开口的口径大于歧管的内径，此种扩口结构可以降低工作流体流经歧管内部时所产生的压降；而对于歧管的开口属于缩口的结构，其代表歧管开口由端部位置逐渐增加至与歧管管径相同的口径，亦即开口的口径小于歧管的内径，此种缩口结构可以增加工作流体流经歧管内部时所产生的压降。

根据前述的扩口与缩口结构对于压降的关系，可以用来调整本发明工作流体于各歧管内所产生的压降。如同前述通过多个子歧管的方式一样，如果是要通过扩口或缩口结构调整压降，在一实施例中，可用最小管长的歧管的压降为基准，将管长大于该最小管长的歧管与第一主管或/及第二主管相接的第一连接段或第二连接段的口径予以扩口，形成如图7A的结构。在图7A中，以最长的歧管210a为例，其第一连接段2100与第二连接段2102具有扩口结构。反之，如果是要通过扩口或缩口结构调整压降，在另一实施例中，可用最大管长的歧管的压降为基准，将管长小于该最大管长的歧管与第一主管或/及第二主管相接的第一连接段或第二连接段的口径予以缩口，形成如图7B的结构。在图7B中，以最短的歧管210d为例，其第一连接段2100与第二连接段2102具有缩口结构，连接后的结果是如图3与图4所示，歧管210d与第一主管20或第二主管22相连接的位置具有缩口结构。通过图7A与图7B所示的方式，可以调整歧管内工作流体所产生的压降，使各歧管间的压降相匹配。

请参阅图8A所示，该图为本发明的地温热能发电系统实施例示意图。该地温热能发电系统3，包括：一地温热交换系统2、一泵31以及一发电装置32。该地温热交换系统2，其设置于一地井10内，该地井10内具有一流体90，该地温热交换系统2可以选择用前述图2A至图7B所示的结构组合来实施。该泵31，提供工作流体91循环的动力，本实施例中，该泵31与该地温热交换系统2的第二主管22相耦接，以抽取该第二主管22内的工作流体91。该发电装置32，其还具有一蒸发器320、一涡轮发电机321以及冷凝模块322。该蒸发器320、一涡轮发电机321以及冷凝模块322利用一循环管路323耦接在一起。该蒸发器320，其与该泵31相连通，以接收该工作流体91。该蒸发器320内具有该循环管路323，其内具有一液态冷流体93。该蒸发器使该液态冷流体93与该工作流体91进行热交换，使该液态冷流体93转换成一热流体92。该涡轮发电机321，其与该蒸发器320以及该循环管路323相耦接，以接收该热流体92，该热流体92推动该涡轮发电机321运转产生一电力，并将该电力传给一蓄电装置33或电器设备。该冷凝模块322，其与该涡轮发电机321以及该循环管路323耦接，以将由该涡轮发电机321流出的热流体降温凝结成该液态冷流体93，再输送至该蒸发器320以完成一发电循环。该蒸发器320、涡轮发电机321以及冷凝模块322的结构为本领域技术人员所熟知的技术，在此不作赘述。

此外，要说明的是，虽然本实施例中，该泵31是与该第二主管22相耦接，该冷凝模块322与该第一主管20相耦接，使得工作流体91由该第一主管20进入，再由该第二主管22流出；但在另一实施例中，可以让该泵31是与该第一主管20相耦接，该冷凝模块322与该第二主管22相耦接，使得工作流体91由该第二主管22进入，再由该第一主管20流出。另外，要说明的是，虽然本实施例中的泵31与第二主管22相耦接，但并不以此为限制。例如，如图8B所示，在另一实施例中，泵31的进口连接蒸发器320内提供工作流体91流动的管路而其出口则连接第一主管20。利用图8B的连接方式，可以避免泵31接收由第二主管22输出的高温工作流体，进而增加泵31的寿命。

请参阅图9A所示，该图为本发明的地温热泵系统实施例示意图。该地温热泵系统4，包括：一地温热交换系统2、一泵41以及一室内热交换系统42。该地温热交换系统2，其设置于一地井10内，该地井10内具有一流体90，该地温热交换系统2可以选择用前述图2A至图7B所示的结构组合来实施。该泵41，提供工作流体91循环的动力，在本实施例中，该泵41与该第二主管22相耦接，以抽取该第二主管22内的工作流体91。

该室内热交换系统42包括有一热交换模块420以及一抽风机421。该热交换模块420，其提供一第一管路4201以及一第二管路4202通过，该第一管路4201与该泵41耦接，以提供该工作流体91通过，该第二管路4202提供由室内环境43所抽入的一环境流体94。该第二管路4202内的环境流体在该热交换模块420内与该工作流体91进行热交换，该热交换模块420将该工作流体91输送回该第一主管20。该抽风机421，与该第二管路4202相耦接，该热交换模块420抽取该环境流体94，并将与该工作流体91进行热交换的该环境流体94传输至该室内环境43。至于传输至该室内环境43的环境流体94为暖气或冷气则视由该第二主管输出的工作流体温度而定。前述的热交换模块的结构是为本领域技术人员所熟知的技术，在此不作赘述。

要说明的是，虽然图9A的实施例中的泵41与第二主管22相耦接，但并不以此为限制。例如，如图9B所示，在另一实施例中，泵41的进口连接热交换模块420内的第一管路4201而其出口则连接第一主管20。利用图9B的连接方式，可以避免泵41接收由第二主管22输出的高温工作流体91，进而增加泵41的寿命。此外，要说明的是，虽然图9A的实施例中，该泵41与该第二主管22相耦接，该热交换模块420与该第一主管20相耦接，使得工作流体91由该第一主管20进入，再由该第二主管22流出，但实际上其流向并无特定限制，例如：在另一实施例中，如图9C所示，可以让该泵41与该第一主管20相耦接，热交换模块420与该第二主管22相耦接，使得工作流体91由该第二主管22进入，再由该第一主管20流出。在另一实施例中，图9C中环境流体94的流动方向亦可相反，此时以一送风机取代抽风机421。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (28)

1.一种地温热交换系统，其特征在于，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。

2.根据权利要求1所述的地温热交换系统，其特征在于，其中的一歧管组所具有的歧管具有最短的管长且具有最小的压降，而其他歧管组中的至少一歧管组所具有的每一歧管，是由该多段子歧管相接而成，相邻子歧管的内管径不同，使由该多段子歧管组成的歧管所具有的压降与该最短的管长的歧管的压降相匹配。

3.根据权利要求2所述的地温热交换系统，其特征在于，该多段子歧管中的一子歧管的内管径与该最小管长的歧管所具有的内管径相同，且其长度为该最小管长的一半。

4.根据权利要求1所述的地温热交换系统，其特征在于，相邻歧管的间距为大于等于5mm。

5.根据权利要求1所述的地温热交换系统，其特征在于，该第一主管上具有多排第一通孔，该第二主管上具有相应于该多排第一通孔的多排第二通孔，每一歧管组的多个歧管分别以第一端与第二端连接至其中一排第一通孔，以及相应的一排第二通孔。

6.根据权利要求5所述的地温热交换系统，其特征在于，每一歧管具有：

一第一连接段，其具有该第一端与对应的第一通孔相连接；

一流路段，其与该第一连接段相连接；以及

一第二连接段，其与该流路段相连接，该第二连接段具有该第二端与对应的第二通孔相连接。

7.根据权利要求6所述的地温热交换系统，其特征在于，一歧管组所具有的歧管的第一连接段在该第一主管的径向方向上的长度，以及第二连接段在该第二主管的径向方向的长度，与相邻歧管组所具有的歧管的第一连接段在该第一主管的径向方向上的长度，以及第二连接段在该第二主管的径向方向的长度不同。

8.根据权利要求1所述的地温热交换系统，其特征在于，该第二主管还具有一第一管段以及一第二管段，其中该第一管段与该第一主管同轴，该第二管段连接该第一管段，且延伸至该第一主管的一侧。

9.根据权利要求8所述的地温热交换系统，其特征在于，该第一管段的一端部以及该第一主管的一端部分别具有一锥部结构。

10.根据权利要求1所述的地温热交换系统，其特征在于，相邻子歧管之间利用一焊材或利用一套管连接而成。

11.根据权利要求1所述的地温热交换系统，其特征在于，该地温热交换系统设置于一地井内，该地井内具有一流体，其流经该多个歧管组，与每一歧管内的工作流体产生热交换。

12.根据权利要求1所述的地温热交换系统，其特征在于，相邻的歧管组所具有的歧管为相互交错配置。

13.一种地温热交换系统，其特征在于，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。

14.根据权利要求13所述的地温热交换系统，其特征在于，该至少一歧管组所具有的歧管的第一端或第二端口径大于该歧管的内管径，以形成一渐扩结构，其中该渐扩结构的口径随歧管的管长长度增加而渐增。

15.根据权利要求13所述的地温热交换系统，其特征在于，该至少一歧管组所具有的歧管的第一端或第二端口径小于该歧管的内管径，以形成一渐缩结构，其中该渐缩结构的口径随歧管的管长长度减少而渐减。

16.根据权利要求13所述的地温热交换系统，其特征在于，相邻歧管的间距为大于等于5mm。

17.根据权利要求13所述的地温热交换系统，其特征在于，该第一主管上具有多排第一通孔，该第二主管上具有相应于该多排第一通孔的多排第二通孔，每一歧管组的多个歧管分别以第一端与第二端连接至其中一排第一通孔，以及相应的一排第二通孔。

18.根据权利要求17所述的地温热交换系统，其特征在于，每一歧管具有：

一第一连接段，其具有该第一端与对应的第一通孔相连接；

一流路段，其与该第一连接段相连接；以及

一第二连接段，其与该流路段相连接，该第二连接段具有该第二端与对应的第二通孔相连接。

19.根据权利要求18所述的地温热交换系统，其特征在于，一歧管组所具有的歧管的第一连接段在该第一主管的径向方向上的长度，以及第二连接段在该第二主管的径向方向的长度，与相邻歧管组所具有的歧管的第一连接段在该第一主管的径向方向上的长度，以及第二连接段在该第二主管的径向方向的长度不同。

20.根据权利要求13所述的地温热交换系统，其特征在于，该第二主管还具有一第一管段以及一第二管段，其中该第一管段与该第一主管同轴，该第二管段连接该第一管段，且延伸至该第一主管的一侧。

21.根据权利要求20所述的地温热交换系统，其特征在于，该第一管段的一端部以及该第一主管的一端部分别具有一锥部结构。

22.根据权利要求13所述的地温热交换系统，其特征在于，每一歧管的外管径相同。

23.根据权利要求13所述的地温热交换系统，其特征在于，该地温热交换系统设置于一地井内，该地井内具有一流体，其流经该多个歧管组，与每一歧管内的工作流体产生热交换。

24.根据权利要求13所述的地温热交换系统，其特征在于，相邻的歧管组所具有的歧管为相互交错配置。

25.一种地温热能发电系统，其特征在于，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；以及

一发电装置，其还具有：

一循环管路；

一蒸发器，其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。

26.一种地温热泵系统，其特征在于，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；以及

一室内热交换系统，其还具有：

一热交换模块，其提供一第一管路以及一第二管路通过，该第一管路与该泵耦接，以提供该工作流体通过，该第二管路内具有一环境流体，其与该工作流体于该热交换模块内进行热交换，该热交换模块将该工作流体输送回该第一主管。

27.一种地温热能发电系统，其特征在于，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；以及

一发电装置，其还具有：

一循环管路；

一蒸发器，其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。

28.一种地温热泵系统，其特征在于，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；以及

一室内热交换系统，其还具有：

一热交换模块，其提供一第一管路以及一第二管路通过，该第一管路与该泵耦接，以提供该工作流体通过，该第二管路内具有一环境流体，其与该工作流体于该热交换模块内进行热交换，该热交换模块将该工作流体输送回该第一主管。

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