TW201423002A - 地溫熱交換系統及其地溫熱能發電與地溫熱泵系統 - Google Patents

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Abstract

一種地溫熱交換系統，包括一第一主管、設置於該第一主管之一側的一第二主管以及複數個歧管。每一歧管組具有複數個長度相同的歧管且分別與該第一主管以及該第二主管相連通，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同。透過至少一歧管組具有之歧管係由複數段子歧管相接而成，相鄰接之子歧管具有不同之內徑之實施例，或者是至少一歧管組所具有之歧管之口徑係由該歧管之內管徑漸縮或漸擴而得，且不同管長之歧管其第一端或第二端之口徑不相同之實施例，使每一歧管在工作流體通過時所產生的壓降相匹配。利用該地溫熱交換系統可應用於地溫熱能發電與地溫熱泵系統。

Description

地溫熱交換系統及其地溫熱能發電與地溫熱泵系統
本發明係有關於熱交換之技術，尤其是指一種地溫熱交換系統及其地溫熱發電與地溫熱泵系統。
井下熱交換器其主要目的是為了地面與地底，例如：土壤或地下水，進行熱交換，熱交換的方式可由地面向地底取熱或將地面多餘熱量放置於地底，第一個方式通常是作為暖房或發電用，第二個方式通常應用於冷房。
井下熱交換器一般分為U型管類型、盤管及類殼管等，而通常類殼管具有較大的熱交換量。請參閱第1圖所示，該圖係為類殼管熱交換器示意圖。該類殼管熱交換器11設置於一地井10內。該地井10內具有流體12以與該類殼管熱交換器11內的工作流體進行熱交換。不過由於類殼管熱交換器11形態上的限制，類殼管熱交換器11其外部流體12流動上效率較差，此類流動不均勻通常可歸納為(1)外部流體於小管外側的不均勻流動以及(2)小管內之工作流體的不均勻流動。其中，第(1)點之主要原因是上下兩端的分流及合流機構限制外部流體流動，如第1圖中，類殼管熱交換器11的兩端具有盤體110，其係阻礙井內流體流至類殼管熱交換器11之熱交換管體，而第(2)點則是因為小管的分布及公差所造成，為了保有較大的熱傳量及外部流體流動之效果，故以較特殊的外部結構設計，此外部結構設計過程中面臨內部工作流體之流動均勻性之問題，所以必須調整 小管直徑以達到壓降均勻性。
本揭露提出一種地溫熱交換系統，其所具有之複數個歧管透過擴口或縮口，或者是透過分段子歧管組合而成的設計，使得工作流體通過每一歧管時所產生的壓降相匹配，而讓工作流體的流量均勻。另外，本揭露中，複數個歧管透過交錯的配置增加歧管的數量，以及透過歧管間的距離控制，使得外部流體可以均勻流過複數個歧管，而與該複數個歧管內的工作流體進行熱交換，進而提升熱交換量與熱交換效率。此外，利用前述之地溫熱交換系統，本揭露更提供地溫熱能發電與地溫熱泵系統。
在一實施例中，本揭露提供一種地溫熱交換系統，包括：一第一主管；複數個歧管組，每一歧管組具有複數個長度相同的歧管，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，該第一端與該第一主管相連通，其中，至少一歧管組所具有之歧管係由複數段子歧管相接而成，相鄰接之子歧管具有不同之內徑，以使該複數個歧管組所具有之歧管在一工作流體通過時所產生的壓降相匹配；以及一第二主管，其係設置於該第一主管之一側，該第二主管與該複數個歧管組所具有之歧管之第二端相連接。本實施例係透過調整管路之內徑大小，來控制工作流體在管路流動時所產生的壓降。
在另一實施例中，本揭露提供一種地溫熱交換系統，包括：一第一主管；複數個歧管組，每一歧管組具有複數 個長度相同的歧管，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，該第一端與該第一主管相連通，其中，至少一歧管組所具有之歧管之第一端或第二端之口徑與該歧管之內管徑不同，以及不同管長之歧管其第一端或第二端之口徑不相同，以使該複數個歧管組所具有之歧管在工作流體通過時所產生的壓降相匹配；以及一第二主管，其係設置於該第一主管之一側，該第二主管與該複數個歧管組所具有之歧管之第二端相連接。本實施例係透過調整管路端部之開口大小，來控制工作流體在管路流動時所產生的壓降。
在另一實施例中，本揭露提供一種地溫熱能發電系統，包括：一地溫熱交換系統，其設置於一地井內，該地井內具有一流體，該地溫熱交換系統包括有：一第一主管，提供一工作流體流入；複數個歧管組，每一歧管組具有複數個長度相同的歧管，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，該第一端與該第一主管相連通，其中，至少一歧管組所具有之歧管係由複數段子歧管相接而成，相鄰接之子歧管具有不同之內徑，以使該複數個歧管組所具有之歧管在該工作流體通過時所產生的壓降相匹配，該工作流體通過該複數個歧管組與該流經該複數個歧管組之流體產生熱交換；以及一第二主管，其係設置於該第一主管之一側，該第二主管與該複數個歧管組所具有之歧管之第二端相連接以接收由該複數個歧管組流出之工作流體；一泵浦，其係與該地溫熱交換系統相耦接，以提供該工作流體循環流動之動力；一發電 裝置，其係更具有：一循環管路；一蒸發器，其係與該泵浦以及該循環管路相連接，以接收該工作流體，該蒸發器使該循環管路內之一液態冷流體由該工作流體吸收熱而轉換成熱流體；一渦輪發電機，其係藉由該循環管路與該蒸發器相耦接，以接收該高溫高壓流體，該熱流體推動該渦輪發電機運轉產生一電力；以及一冷凝模組，其係藉由該循環管路與該渦輪發電機耦接，以將由該渦輪發電機流出的熱流體降溫凝結而成該液態冷流體，再輸送至該蒸發器。
在另一實施例中，本揭露更提供一種地溫熱泵系統，包括：一地溫熱交換系統，其設置於一地井內，該地井內具有一流體，該地溫熱交換系統包括有：一第一主管，提供一工作流體流入；複數個歧管組，每一歧管組具有複數個長度相同的歧管，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，該第一端與該第一主管相連通，其中，至少一歧管組所具有之歧管係由複數段子歧管相接而成，相鄰接之子歧管具有不同之內徑，以使該複數個歧管組所具有之歧管在該工作流體通過時所產生的壓降相匹配，該工作流體通過該複數個歧管組與該流經該複數個歧管組之流體產生熱交換；以及一第二主管，其係設置於該第一主管之一側，該第二主管與該複數個歧管組所具有之歧管之第二端相連接以接收由該複數個歧管組流出之工作流體；一泵浦，其係與該地溫熱交換系統相耦接，以提供該工作流體循環流動之動力；一室內熱交換系統，該室內熱交換系統更具有：一熱交換模組，其係提供一第一管路以及一第二管路通過，該第一管路與 該泵浦耦接，以提供該工作流體通過，該第二管路內具有一環境流體，其係與該工作流體於該熱交換模組內進行熱交換，該熱交換模組將該工作流體輸送回該第一主管。
在另一實施例中，本揭露更提供一種地溫熱能發電系統，包括：一地溫熱交換系統，其設置於一地井內，該地井內具有一流體，該地溫熱交換系統包括有：一第一主管，提供一工作流體流入；複數個歧管組，每一歧管組具有複數個長度相同的歧管，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，該第一端與該第一主管相連通，其中，至少一歧管組所具有之歧管之第一端或第二端之口徑與該歧管之內管徑不同，以及不同管長之歧管其第一端或第二端之口徑不相同，以使該複數個歧管組所具有之歧管在該工作流體通過時所產生的壓降相匹配，該工作流體通過該複數個歧管組與該流經該複數個歧管組之流體產生熱交換；以及一第二主管，其係設置於該第一主管之一側，該第二主管與該複數個歧管組所具有之歧管之第二端相連接以接收由該複數個歧管組流出之工作流體；一泵浦，其係與該地溫熱交換系統相耦接，以提供該工作流體循環流動之動力；一發電裝置，其係更具有：一循環管路；一蒸發器，其係與該泵浦以及該循環管路相連接，以接收該工作流體，該蒸發器使該循環管路內之一液態冷流體由該工作流體吸收熱而轉換成熱流體；一渦輪發電機，其係藉由該循環管路與該蒸發器相耦接，以接收該高溫高壓流體，該熱流體推動該渦輪發電機運轉產生一電力；以及一冷凝模組，其係藉由該循環管路與該渦 輪發電機耦接，以將由該渦輪發電機流出的熱流體降溫凝結而成該液態冷流體，再輸送至該蒸發器。
在另一實施例中，本揭露更提供一種地溫熱泵系統，包括：一地溫熱交換系統，其設置於一地井內，該地井內具有一流體，該地溫熱交換系統包括有：一第一主管，提供一工作流體流入；複數個歧管組，每一歧管組具有複數個長度相同的歧管，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，該第一端與該第一主管相連通，其中，至少一歧管組所具有之歧管之第一端或第二端之口徑與該歧管之內管徑不同，以及不同管長之歧管其第一端或第二端之口徑不相同，以使該複數個歧管組所具有之歧管在該工作流體通過時所產生的壓降相匹配，該工作流體通過該複數個歧管組與該流經該複數個歧管組之流體產生熱交換；以及一第二主管，其係設置於該第一主管之一側，該第二主管與該複數個歧管組所具有之歧管之第二端相連接以接收由該複數個歧管組流出之工作流體；一泵浦，其係與該地溫熱交換系統相耦接，以提供該工作流體循環流動之動力；一室內熱交換系統，該室內熱交換系統更具有：一熱交換模組，其係提供一第一管路以及一第二管路通過，該第一管路與該泵浦耦接，以提供該工作流體通過，該第二管路內具有一環境流體，其係與該工作流體於該熱交換模組內進行熱交換，該熱交換模組將該工作流體輸送回該第一主管。
請參閱第2A與第2B圖所示，其中，第2A圖係為本發明之地溫熱交換系統第一實施例示意圖；第2B圖為該第一主管與第二主管連接關係之示意圖。該地溫熱交換系統2可以提供一工作流體90在其內流動而與該地溫熱交換系統2外部之流體91進行熱交換。在一實施例中，該地溫熱交換系統2係可以設置於一地井10內，地井10內提供流體91通過該地溫熱交換系統2，以與該地溫熱交換系統2內之工作流體90進行熱交換。該工作流體90可以為水或冷媒等流體，但不以此為限制，而該流體91則可以為低溫或高溫的水，視地底環境而定。
為了讓地井10內之流體91與地溫熱交換系統2內之工作流體90可以有效率地進行熱交換，在本發明中，該地溫熱交換系統2具有一第一主管20、複數個歧管組21a與21b以及一第二主管22。如第3圖所示，該圖係為本發明關於第一主管之一實施例剖面示意圖。該第一主管20上具有複數排的第一通孔200，其係與該第一主管20之內部相連通，以提供該工作流體之流進或流出。要說明的是，相鄰兩排第一通孔200之間距可以根據需求而定，並不一定要相等。此外，每一排第一通孔200之數量並不一定要相同，同樣亦可以根據需求而定。
在本實施例中，具有四排第一通孔200，每一排第一通孔200對應其中一歧管組，例如：由最上方至最下方之四排的第一通孔分別對應歧管組21a~21d。在該第一主管20之末端具有一錐部結構201，其係可以為圓錐或者是角錐結構。請同時參閱第2B圖與第3圖所示，該錐部結構201可將該地 溫熱交換系統2外部的流體91予以分流，使該流體91可以被均勻分開而流經每一個歧管組21a~21d。
再回到第2A圖與第2B圖所示，該第二主管22，其係設置於該第一主管20之一側，在本實施例中，該第二主管22更具有一第一管段220以及一第二管段221，其中該第一管段220與該第一主管20同軸，且設置於該第一主管20之下側。該第二管段221，則連接該第一管段220，且由該第一管段220上端向上延伸至該第一主管20之一側。該第一管段220之末端同樣具有一錐部結構222，其係將通過該地溫熱交換系統2外部的流體91予以分流，使該流體91可以被均勻分開而均勻地流經每一個歧管組21a~21b。如第4圖所示，該第一管段220上同樣具有與該第一主管20相應的複數排第二通孔223，其係分別與該第一管段220內部相連通，以提供該工作流體90流進或流出。
再回到第2A圖所示每一個歧管組21a~21b(圖中僅示21a~21b)係由複數個歧管210a~210b所構成，其係分別與該第一主管20與該第二主管22相連通。在本實施例中，每一個歧管組所具有的歧管長度相同，但不同歧管組21a~21b所具有的歧管210a與210b長度不同。要說明的是，第2A圖雖僅標示歧管組21a~21b，但歧管組之數量並非以兩組為限制，使用者可以根據需求而設置多組歧管組。
請參閱第3與第4圖所示，在本實施例中，以歧管組21a為例，其所具有的複數個歧管210a係分別連接該第一主管20上的一排第一通孔200以及連接該第二主管22上最下方的一排第二通孔223。在本實施例中，每一個歧管組21a~21d 所具有的歧管結構，係以第5A圖所示之歧管組21a之歧管210a為所有歧管組之歧管代表，每一歧管210a具有一第一連接段2100、一流路段2101以及一第二連接段2102。該第一連接段2100，其係具有該第一端2103與對應之第一通孔200相連接。該流路段2101，其係與該第一連接段2100相連接。該第二連接段2102，其係與該流路段2101相連接，該第二連接段2102具有該第二端2104與對應之第二通孔223相連接。在一實施例中，歧管210a可以為一體成形之管體結構，在另一實施例中，歧管210a為由複數個子歧管所連接而成。要說明的是，該第一主管20、第二主管22以及歧管210a可以為導熱性結構良好的材質所構成，例如銅，但不以此為限制。
接下來說明本發明之歧管組所具有之歧管的技術特徵。誠如前述，為了讓歧管內的工作流體與管外的流體進行有效率的熱交換，如第5B圖所示，其係為本發明之歧管組局部示意圖，在本發明之歧管組所具有之歧管的配置之特徵之一，在於讓相鄰之歧管間距有一間距d。例如：在第5B圖中，歧管組21a之歧管210a與歧管組21b之歧管210b之間的間距d係大於等於5mm，以讓外部之流體可以均勻通過每一個歧管210a~210c周圍，讓流體可以和歧管210a~210c內的工作流體進行熱交換。此外，請同時參閱第3與第4圖所示，歧管組21a~21d中所具有之歧管之另一特徵在於，每一歧管組21a~21d的歧管中的第一連接段2100以及第二連接段2102與其他組的第一連接段2100以及第二連接段2102在徑向上的長度並不相同，使得相鄰之不同歧管組所具有 之複數個歧管在徑向(r)間具有長短差以及在軸向(t)間具有長短差，而形成交錯的配置，進而增加歧管的數量。以第3圖來說明，每一歧管組21a~21d的歧管在徑向上具有不同之第一連接段長度d1~d4，因此透過複數排第一通孔200所產生的高低差以及第一連接段之不同長度d1~d4，使得各歧管產生交錯的配置。同理，如第4圖所示，每一歧管之第二連接段2102也是相同之原理，在此不做贅述。
此外，由於本發明之歧管為三維度之交錯配置，因此相鄰歧管組所具有的歧管長度並不相同。又，每一歧管內的工作流體的流量是否均勻，是影響到整體地溫熱交換系統的熱交換效果之重要因素，而工作流體在流經歧管內所產生之壓降會影響到歧管內工作流體的流量，為了讓本發明每一歧管內的工作流體流量均勻，以產生良好的熱交換效果，本發明中之其中至少一歧管組所具有之歧管係由複數段的子歧管組成，相鄰子歧管之內管徑不同，使得長度不同的歧管也可以產生相匹配的壓降。要說明的是，本發明所謂壓降相匹配的意思，係指工作流體在不同管長的歧管內所產生的壓降相同或者是在許可的誤差範圍內。
請參閱第6A圖所示，該圖係為本發明之不同管長之歧管示意圖。舉例而言，如果在下列設計條件下：地溫熱交換系統取熱量：250kW(千瓦)；地溫熱交換系統歧管數：40支歧管；每一歧管外徑：12.7mm(毫米)；每一歧管內徑：10.7mm(毫米)；最長歧管210a長：11m(米)； 最短歧管210d長：9m(米)；最大單支壓降：4455 Pa(帕，N/m2)；最大全部壓降：178 kPa(帕，N/m2)；工作流體：水；歧管材質：銅管。
依照上述設計，最長歧管210a與最短歧管210d長度差約2m。在還沒有調整壓降前，經過計算可以得知工作流體在歧管210a之壓降為4455 Pa，歧管210d之壓降為3513 Pa。在本實施例中，由於具有最小歧管長度之歧管組21d所具有之歧管210d具有最短之管長且具有最小之壓降3513pa，因此可以該最小長度之歧管210d之壓降為基準，對於歧管長度大於歧管210d之歧管，透過複數段子歧管相接而成。對每一歧管而言，相鄰子歧管之內管徑不同，使由該複數段子歧管組成之歧管所具有之壓降與該最短之管長的歧管之壓降相匹配。請參閱第6B圖所示，以歧管210a為例，為了達到與該歧管210d相匹配之壓降，歧管210a可以由兩段子歧管211a與212a相接而形成具有不同管徑的歧管。
第6B圖之實施例中，為了將長度為11m的歧管210a壓降調整成與長度為9m之歧管210d一樣，可以採用長度6m之子歧管212a，其內徑10.7mm，壓降為2342 Pa與長度為5m之子歧管211a，其內徑11.9mm，壓降為1178 Pa相接，而使得整體歧管210a’之總壓降則為3520Pa。透過上述之方式，可以在歧管總長度不變之條件下，利用多段內徑變化之子歧管組合以調整壓降。要說明的是，子歧管相接的方式可以為直接在子歧管相接的位置上透過焊接之方式來結合； 或者是，透過如第6B圖所示之套管213a~215a來將子歧管組合。此外，要說明的是，子歧管的長度以及口徑的選擇，可以根據需求而定，並無一定之限制，一般而言使用者可以採用規格品，如下表一所示，搭配以下方程式(1)的演算來找到合適的子歧管組合。
上述方程式(1)中，△P代表壓降，L代表歧管(或子歧管)長度，D代表歧管內壁之直徑，f代表工作流體與歧管內壁之摩擦係數，ρ代表工作流體密度，以及U代表工作流體之流速。
除了前述之方式外，在另一實施例中，挑選子歧管之方式為下列方式：首先於該複數段子歧管中選擇其中之一子歧管，使其內管徑與該最小管長之歧管所具有之內管徑相同，且其長度係為該最小管長之一半。接著，其他段的子歧管在依據前述方程式(1)的方式來挑選合適的子歧管並將其拼接。此外，要說明的是，雖然前述實施例係以最小歧管長度之歧管的壓降為基準，再對大於該最小歧管長度之歧管進行分段以及不同內徑之子歧管來組合，來降低壓降而與最小長度之歧管的壓降匹配。但在另一實施例中，也可以最大子歧管之壓降為基準，對於管長小於該最大長度之歧管來進行分段以及不同內徑之子歧管來組合，來增加歧管的壓降而與最大長度之歧管之壓降相匹配。不過在實際實施上，雖然前述兩種方式都可以讓各歧管的壓降匹配，不過如果是前者的話，由於是降低壓降，因此對於提供工作流體動力的泵浦而言，所需要輸出的動力會比 後者增加壓降的方式來的節省能源，所以在實際施作上多會採用降低壓降之方式。
除了前述透過多個子歧管的方式來調整壓降匹配之外，在另一實施例中，也可以透過調整各歧管與第一主管以及第二主管相接之管段的口徑來控制壓降匹配。要說明的是，對於歧管之開口屬於擴口之結構，其係代表歧管開口由端部位置逐漸縮小至與歧管管徑相同的口徑，亦即開口之口徑大於歧管之內徑，此種擴口結構可以降低工作流體流經歧管內部時所產生的壓降；而對於歧管之開口屬於縮口之結構，其係代表歧管開口由端部位置逐漸增加至與歧管管徑相同的口徑，亦即開口之口徑小於歧管之內徑，此種縮口結構可以增加工作流體流經歧管內部時所產生的壓降。
根據前述之擴口與縮口結構對於壓降的關係，可以用來調整本發明工作流體於各歧管內所產生的壓降。如同前 述透過複數個子歧管的方式一樣，如果是要透過擴口或縮口結構調整壓降，在一實施例中，可用最小管長之歧管的壓降為基準，將管長大於該最小管長之歧管與第一主管或/及第二主管相接的第一連接段或第二連接段的口徑予以擴口，形成如第7A圖之結構。在第7A圖中，以最長的歧管210a為例，其第一連接段2100與第二連接段2102具有擴口結構。反之，如果是要透過擴口或縮口結構調整壓降，在另一實施例中，可用最大管長之歧管的壓降為基準，將管長小於該最大管長之歧管與第一主管或/及第二主管相接的第一連接段或第二連接段的口徑予以縮口，形成如第7B圖之結構。在第7B圖中，以最短的歧管210d為例，其第一連接段2100與第二連接段2102具有縮口結構，連接後之結果係如第3圖與第4圖所示，歧管210d與第一主管20或第二主管22相連接之位置具有縮口結構。透過第7A圖與第7B圖所示的方式，可以調整歧管內工作流體所產生的壓降，使各歧管間的壓降相匹配。
請參閱第8A圖所示，該圖係為本發明之地溫熱能發電系統實施例示意圖。該地溫熱能發電系統3，包括：一地溫熱交換系統2、一泵浦31以及一發電裝置32。該地溫熱交換系統2，其設置於一地井10內，該地井10內具有一流體90，該地溫熱交換系統2係可以選擇用前述第2A圖至第7B圖所示的結構組合來實施。該泵浦31，提供工作流體91循環之動力，本實施例中，該泵浦31與該地溫熱交換系統2之第二主管22相耦接，以抽取該第二主管22內之工作流體91。該發電裝置32，其係更具有一蒸發器320、一渦輪發電機321 以及冷凝模組322。該蒸發器320、一渦輪發電機321以及冷凝模組322藉由一循環管路323耦接在一起。該蒸發器320，其係與該泵浦31相連通，以接收該工作流體91。該蒸發器320內具有該循環管路323，其內具有一液態冷流體93。該蒸發器使該液態冷流體93與該工作流體91進行熱交換，使該液態冷流體93轉換成一熱流體92。該渦輪發電機321，其係與該蒸發器320以及該循環管路323相耦接，以接收該熱流體92，該熱流體92推動該渦輪發電機321運轉產生一電力，並將該電力傳給一蓄電裝置33或電器設備。該冷凝模組322，其係與該渦輪發電機321以及該循環管路323耦接，以將由該渦輪發電機321流出的熱流體降溫凝結成該液態冷流體93，再輸送至該蒸發器320以完成一發電循環。該蒸發器320、渦輪發電機321以及冷凝模組322之結構係屬本領域之人所熟知的技術，在此不作贅述。
此外，要說明的是，雖然本實施例中，該泵浦31係與該第二主管22相耦接，該冷凝模組322與該第一主管20相耦接，使得工作流體91由該第一主管20進入，再由該第二主管22流出；但在另一實施例中，可以讓該泵浦31係與該第一主管20相耦接，該冷凝模組322與該第二主管22相耦接，使得工作流體91由該第二主管22進入，再由該第一主管20流出。另外，要說明的是，雖然本實施例中之泵浦31與第二主管22相耦接，但並不以此為限制。例如，如第8B圖所示，在另一實施例中，泵浦31之進口連接蒸發器320內提供工作流體91流動之管路而其出口則連接第一主管20。藉由第8B圖之連接方式，可以避免泵浦31接收由第二主管22輸 出之高溫工作流體，進而增加泵31浦之壽命。
請參閱第9A圖所示，該圖係為本發明之地溫熱泵系統實施例示意圖。該地溫熱泵系統4，包括：一地溫熱交換系統2、一泵浦41以及一室內熱交換系統42。該地溫熱交換系統2，其設置於一地井10內，該地井10內具有一流體90，該地溫熱交換系統2係可以選擇用前述第2A圖至第7B圖所示的結構組合來實施。該泵浦41，提供工作流體91循環之動力，在本實施例中，該泵浦41與該第二主管22相耦接，以抽取該第二主管22內之工作流體91。
該室內熱交換系統42係包括有一熱交換模組420以及一抽風機421。該熱交換模組420，其係提供一第一管路4201以及一第二管路4202通過，該第一管路4201與該泵浦41耦接，以提供該工作流體91通過，該第二管路4202提供由室內環境43所抽入之一環境流體94。該第二管路4202內之環境流體在該熱交換模組420內與該工作流體91進行熱交換，該熱交換模組420將該工作流體91輸送回該第一主管20。該抽風機421，與該第二管路4202相耦接，該熱交換模組420抽取該環境流體94，並將與該工作流體91進行熱交換之該環境流體94傳輸至該室內環境43。至於傳輸至該室內環境43之環境流體94為暖氣或冷氣則視由該第二主管輸出之工作流體溫度而定。前述之熱交換模組之結構係屬本領域之人所熟知的技術，在此不作贅述。
要說明的是，雖然第9A圖之實施例中之泵浦41與第二主管22相耦接，但並不以此為限制。例如，如第9B圖所示，在另一實施例中，泵浦41之進口連接熱交換模組420內之第 一管路4201而其出口則連接第一主管20。藉由第9B圖之連接方式，可以避免泵浦41接收由第二主管22輸出之高溫工作流體91，進而增加泵浦41之壽命。此外，要說明的是，雖然第9A圖之實施例中，該泵浦41係與該第二主管22相耦接，該熱交換模組420與該第一主管20相耦接，使得工作流體91由該第一主管20進入，再由該第二主管22流出，但實際上其流向並無特定限制，例如：在另一實施例中，如第9C圖所示，可以讓該泵浦41係與該第一主管20相耦接，熱交換模組420與該第二主管22相耦接，使得工作流體91由該第二主管22進入，再由該第一主管20流出。在另一實施例中，第9C圖中環境流體94之流動方向亦可相反，此時以一送風機取代抽風機421。
惟以上所述之具體實施例，僅係用於例釋本發明之特點及功效，而非用於限定本發明之可實施範疇，於未脫離本發明上揭之精神與技術範疇下，任何運用本發明所揭示內容而完成之等效改變及修飾，均仍應為下述之申請專利範圍所涵蓋。
10‧‧‧地井
11‧‧‧熱殼管熱交換器
110‧‧‧盤體
12‧‧‧流體
2‧‧‧地溫熱交換系統
20‧‧‧第一主管
200‧‧‧第一通孔
201‧‧‧錐部結構
21a~21d‧‧‧歧管組
210a~210d、210a’‧‧‧歧管
2100‧‧‧第一連接段
2101‧‧‧流路段
2102‧‧‧第二連接段
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‧‧‧錐部結構
223‧‧‧第二通孔
3‧‧‧地溫熱能發電系統
31‧‧‧泵浦
32‧‧‧發電裝置
320‧‧‧蒸發器
321‧‧‧渦輪發電機
322‧‧‧冷凝模組
33‧‧‧蓄電裝置
4‧‧‧地溫熱泵系統
41‧‧‧泵浦
42‧‧‧室內熱交換系統
420‧‧‧熱交換模組
4201‧‧‧第一管路
4202‧‧‧第二管路
421‧‧‧抽風機
90‧‧‧工作流體
91‧‧‧流體
92‧‧‧熱流體
93‧‧‧液態冷流體
94‧‧‧環境流體
第1圖係為類殼管熱交換器示意圖。
第2A圖係為本發明之地溫熱交換系統第一實施例示意圖。
第2B圖為該第一主管與第二主管連接關係之示意圖。
第3圖係為本發明關於第一主管之一實施例剖面示意圖。
第4圖係為本發明關於第二主管之一實施例剖面示意圖。
第5A圖係為本發明之歧管實施例示意圖。
第5B圖係為本發明之歧管組局部示意圖。
第6A圖係為本發明之不同管長歧管示意圖。
第6B圖係為本發明透過複數段子歧管組合相接而成之歧管示意圖。
第7A與7B圖係為本發明歧管與第一主管或第二主管相接之擴口與縮口結構示意圖。
第8A與8B圖係為本發明之地溫熱能發電系統實施例示意圖。
第9A至9C圖係為本發明之地溫熱泵系統實施例示意圖。
10‧‧‧地井
2‧‧‧地溫熱交換系統
20‧‧‧第一主管
21a、21b‧‧‧歧管組
210a‧‧‧歧管
210b‧‧‧歧管
22‧‧‧第二主管
220‧‧‧第一管段
222‧‧‧錐部結構
90‧‧‧工作流體
91‧‧‧流體

Claims (28)

  1. 一種地溫熱交換系統，包括：一第一主管；複數個歧管組，每一歧管組具有複數個長度相同的歧管，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，該第一端與該第一主管相連通，其中，至少一歧管組所具有之歧管係由複數段子歧管相接而成，相鄰接之子歧管具有不同之內徑，以使該複數個歧管組所具有之歧管在一工作流體通過時所產生的壓降相匹配；以及一第二主管，其係設置於該第一主管之一側，該第二主管與該複數個歧管組所具有之歧管之第二端相連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之地溫熱交換系統，其中之一歧管組所具有之歧管具有最短之管長且具有最小之壓降，而其他歧管組中之至少一歧管組所具有之每一歧管，係由該複數段子歧管相接而成，相鄰子歧管之內管徑不同，使由該複數段子歧管組成之歧管所具有之壓降與該最短之管長的歧管之壓降相匹配。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之地溫熱交換系統，其中該複數段子歧管中之一子歧管之內管徑與該最小管長之歧管所具有之內管徑相同，且其長度係為該最小管長之一半。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之地溫熱交換系統，其中相鄰歧管之間距為大於等於5mm。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之地溫熱交換系統，其中該 第一主管上具有複數排第一通孔，該第二主管上具有相應於該複數排第一通孔之複數排第二通孔，每一歧管組之複數個歧管分別以第一端與第二端連接至其中一排第一通孔，以及相應之一排第二通孔。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之地溫熱交換系統，其中每一歧管具有：一第一連接段，其係具有該第一端與對應之第一通孔相連接；一流路段，其係與該第一連接段相連接；以及一第二連接段，其係與該流路段相連接，該第二連接段具有該第二端與對應之第二通孔相連接。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之地溫熱交換系統，其中一歧管組所具有之歧管的第一連接段在該第一主管之徑向方向上的長度，以及第二連接段在該第二主管之徑向方向的長度，與相鄰歧管組所具有之歧管的第一連接段在該第一主管之徑向方向上的長度，以及第二連接段在該第二主管之徑向方向的長度不同。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之地溫熱交換系統，其中該第二主管更具有一第一管段以及一第二管段，其中該第一管段與該第一主管同軸，該第二管段連接該第一管段，且延伸至該第一主管之一側。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之地溫熱交換系統，其中該第一管段之一端部以及該第一主管之一端部分別具有一錐部結構。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之地溫熱交換系統，其中相 鄰子歧管之間係藉由一焊材或藉由一套管連接而成。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之地溫熱交換系統，其係設置於一地井內，該地井內具有一流體，其係流經該複數個歧管組，與每一歧管內的工作流體產生熱交換。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之地溫熱交換系統，其中相鄰之歧管組所具有之歧管系相互交錯配置。
  13. 一種地溫熱交換系統，包括：一第一主管；複數個歧管組，每一歧管組具有複數個長度相同的歧管，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，該第一端與該第一主管相連通，其中，至少一歧管組所具有之歧管之第一端或第二端之口徑與該歧管之內管徑不同，以及不同管長之歧管其第一端或第二端之口徑不相同，以使該複數個歧管組所具有之歧管在工作流體通過時所產生的壓降相匹配；以及一第二主管，其係設置於該第一主管之一側，該第二主管與該複數個歧管組所具有之歧管之第二端相連接。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之地溫熱交換系統，其中該至少一歧管組所具有之歧管之第一端或第二端口徑大於該歧管之內管徑，以形成一漸擴結構，其中該漸擴結構之口徑隨歧管之管長長度增加而漸增。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之地溫熱交換系統，其中該至少一歧管組所具有之歧管之第一端或第二端口徑小於該歧管之內管徑，以形成一漸縮結構，其中該漸縮 結構之口徑隨歧管之管長長度減少而漸減。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之地溫熱交換系統，其中相鄰歧管之間距為大於等於5mm。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之地溫熱交換系統，其中該第一主管上具有複數排第一通孔，該第二主管上具有相應於該複數排第一通孔之複數排第二通孔，每一歧管組之複數個歧管分別以第一端與第二端連接至其中一排第一通孔，以及相應之一排第二通孔。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之地溫熱交換系統，其中每一歧管具有：一第一連接段，其係具有該第一端與對應之第一通孔相連接；一流路段，其係與該第一連接段相連接；以及一第二連接段，其係與該流路段相連接，該第二連接段具有該第二端與對應之第二通孔相連接。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之地溫熱交換系統，其中一歧管組所具有之歧管的第一連接段在該第一主管之徑向方向上的長度，以及第二連接段在該第二主管之徑向方向的長度，與相鄰歧管組所具有之歧管的第一連接段在該第一主管之徑向方向上的長度，以及第二連接段在該第二主管之徑向方向的長度不同。
  20. 如申請專利範圍第13項所述之地溫熱交換系統，其中該第二主管更具有一第一管段以及一第二管段，其中該第一管段與該第一主管同軸，該第二管段連接該第一管段，且延伸至該第一主管之一側。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之地溫熱交換系統，其中該第一管段之一端部以及該第一主管之一端部分別具有一錐部結構。
  22. 如申請專利範圍第13項所述之地溫熱交換系統，其中每一歧管之外管徑相同。
  23. 如申請專利範圍第13項所述之地溫熱交換系統，其係設置於一地井內，該地井內具有一流體，其係流經該複數個歧管組，與每一歧管內的工作流體產生熱交換。
  24. 如申請專利範圍第13項所述之地溫熱交換系統，其中相鄰之歧管組所具有之歧管系相互交錯配置。
  25. 一種地溫熱能發電系統，包括：一地溫熱交換系統，其設置於一地井內，該地井內具有一流體，該地溫熱交換系統包括有：一第一主管，提供一工作流體流入；複數個歧管組，每一歧管組具有複數個長度相同的歧管，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，該第一端與該第一主管相連通，其中，至少一歧管組所具有之歧管係由複數段子歧管相接而成，相鄰接之子歧管具有不同之內徑，以使該複數個歧管組所具有之歧管在該工作流體通過時所產生的壓降相匹配，該工作流體通過該複數個歧管組與該流經該複數個歧管組之流體產生熱交換；以及一第二主管，其係設置於該第一主管之一側，該第二主管與該複數個歧管組所具有之歧管之第二端相 連接以接收由該複數個歧管組流出之工作流體；一泵浦，其係與該地溫熱交換系統相耦接，以提供該工作流體循環流動之動力；以及一發電裝置，其係更具有：一循環管路；一蒸發器，其係與該泵浦以及該循環管路相連接，以接收該工作流體，該蒸發器使該循環管路內之一液態冷流體由該工作流體吸收熱而轉換成熱流體；一渦輪發電機，其係藉由該循環管路與該蒸發器相耦接，以接收該高溫高壓流體，該熱流體推動該渦輪發電機運轉產生一電力；以及一冷凝模組，其係藉由該循環管路與該渦輪發電機耦接，以將由該渦輪發電機流出的熱流體降溫凝結而成該液態冷流體，再輸送至該蒸發器。
  26. 一種地溫熱泵系統，包括：一地溫熱交換系統，其設置於一地井內，該地井內具有一流體，該地溫熱交換系統包括有：一第一主管，提供一工作流體流入；複數個歧管組，每一歧管組具有複數個長度相同的歧管，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，該第一端與該第一主管相連通，其中，至少一歧管組所具有之歧管係由複數段子歧管相接而成，相鄰接之子歧管具有不同之內徑，以使該複數個歧管組所具有之歧管在該工作流體通過時所產生的壓降相匹配，該工作流 體通過該複數個歧管組與該流經該複數個歧管組之流體產生熱交換；以及一第二主管，其係設置於該第一主管之一側，該第二主管與該複數個歧管組所具有之歧管之第二端相連接以接收由該複數個歧管組流出之工作流體；一泵浦，其係與該地溫熱交換系統相耦接，以提供該工作流體循環流動之動力；以及一室內熱交換系統，其係更具有：一熱交換模組，其係提供一第一管路以及一第二管路通過，該第一管路與該泵浦耦接，以提供該工作流體通過，該第二管路內具有一環境流體，其係與該工作流體於該熱交換模組內進行熱交換，該熱交換模組將該工作流體輸送回該第一主管。
  27. 一種地溫熱能發電系統，包括：一地溫熱交換系統，其設置於一地井內，該地井內具有一流體，該地溫熱交換系統包括有：一第一主管，提供一工作流體流入；複數個歧管組，每一歧管組具有複數個長度相同的歧管，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，該第一端與該第一主管相連通，其中，至少一歧管組所具有之歧管之第一端或第二端之口徑與該歧管之內管徑不同，以及不同管長之歧管其第一端或第二端之口徑不相同，以使該複數個歧管組所具有之歧管在該工作流體通過時所產生的壓降相匹配，該工作流體通 過該複數個歧管組與該流經該複數個歧管組之流體產生熱交換；以及一第二主管，其係設置於該第一主管之一側，該第二主管與該複數個歧管組所具有之歧管之第二端相連接以接收由該複數個歧管組流出之工作流體；一泵浦，其係與該地溫熱交換系統相耦接，以提供該工作流體循環流動之動力；以及一發電裝置，其係更具有：一循環管路；一蒸發器，其係與該泵浦以及該循環管路相連接，以接收該工作流體，該蒸發器使該循環管路內之一液態冷流體由該工作流體吸收熱而轉換成熱流體；一渦輪發電機，其係藉由該循環管路與該蒸發器相耦接，以接收該高溫高壓流體，該熱流體推動該渦輪發電機運轉產生一電力；以及一冷凝模組，其係藉由該循環管路與該渦輪發電機耦接，以將由該渦輪發電機流出的熱流體降溫凝結而成該液態冷流體，再輸送至該蒸發器。
  28. 一種地溫熱泵系統，包括：一地溫熱交換系統，其設置於一地井內，該地井內具有一流體，該地溫熱交換系統包括有：一第一主管，提供一工作流體流入；複數個歧管組，每一歧管組具有複數個長度相同的歧管，不同歧管組所具有之歧管的長度不相同，每一歧管具有一第一端以及一第二端，該第一端與該第 一主管相連通，其中，至少一歧管組所具有之歧管之第一端或第二端之口徑與該歧管之內管徑不同，以及不同管長之歧管其第一端或第二端之口徑不相同，以使該複數個歧管組所具有之歧管在該工作流體通過時所產生的壓降相匹配，該工作流體通過該複數個歧管組與該流經該複數個歧管組之流體產生熱交換；以及一第二主管，其係設置於該第一主管之一側，該第二主管與該複數個歧管組所具有之歧管之第二端相連接以接收由該複數個歧管組流出之工作流體；一泵浦，其係與該地溫熱交換系統相耦接，以提供該工作流體循環流動之動力；以及一室內熱交換系統，其係更具有：一熱交換模組，其係提供一第一管路以及一第二管路通過，該第一管路與該泵浦耦接，以提供該工作流體通過，該第二管路內具有一環境流體，其係與該工作流體於該熱交換模組內進行熱交換，該熱交換模組將該工作流體輸送回該第一主管。
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