TWM618202U - 地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統 - Google Patents

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Abstract

一種地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統，包含有機朗肯循環設備及地熱供應模組。地熱供應模組包括熱調整容器、地熱供應管路單元、熱交換管路單元及放流管路單元。熱調整容器可保持溫度穩定且界定儲水空間。地熱供應管路單元用以將熱水輸入儲水空間並使儲水空間內的熱水維持在工作溫度範圍。熱交換管路單元用以輸送儲水空間內的熱水至有機朗肯循環設備的第一閃發器與液態工作流體熱交換。放流管路單元用以將儲水空間內的熱水排出。藉由熱調整容器維持定量及定溫的熱水給有機朗肯循環設備，而能解決地熱井直接供水所產生的問題。

Description

地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統
本新型是有關於一種地熱發電有機朗肯循環系統，特別是指一種能提供穩定熱源的地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統。
現有的利用地熱發電的有機朗肯循環系統，係直接由地熱井導引熱水進入閃發器(也就是熱交換器)與液態工作流體進行熱交換，以使液態工作流體汽化而能驅動作功元件(例如渦輪機、螺桿膨脹機、渦卷膨脹機等)，藉此將熱能轉為機械旋轉能，再藉由發電機將機械旋轉能轉換為電力輸出。
然而，地熱井的出水量不穩定且熱水夾雜高熱蒸汽，使得供熱管線內流體流量及壓力均不穩定，導致閃發器、管線甚至作功元件都受到快速跳動不穩定壓力，容易導致系統閥件或管線接縫或閃發器甚至作功元件故障。再者，供熱管線內熱水流量不足也容易導致系統故障或額定電力不足，而且經常性熱水流量不足會造成系統內矽酸鈣結垢。
因此，本新型之其中一目的，即在提供一種可以解決前述問題的地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統。
於是，本新型地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統在一些實施態樣中，是包含：一有機朗肯循環設備及一地熱供應模組。該有機朗肯循環設備包括供液態工作流體通過的一第一閃發器。該地熱供應模組包括一熱調整容器、一地熱供應管路單元、一熱交換管路單元及一放流管路單元。該熱調整容器可保溫且界定一儲水空間。該地熱供應管路單元包括一端連接該熱調整容器且一端用以連接一地熱井的一熱水輸入管路及一連接該熱水輸入管路的熱源節流閥，該熱源節流閥用以依據該儲水空間內的熱水溫度自動啟閉，以使該儲水空間內的熱水維持在一工作溫度範圍。該熱交換管路單元包括兩端連接該熱調整容器並通過該第一閃發器的一循環管路，及一連接該循環管路的流量控制泵，用以將該儲水空間內的熱水以一定流量輸送至該第一閃發器與該液態工作流體熱交換。該放流管路單元包括一端連接該熱調整容器的一熱水排出管路，及一設於該熱調整容器並與該熱水排出管路連接的液位計，該放流管路單元用以將該儲水空間內的多餘熱水排出。
在一些實施態樣中，該地熱供應模組還包括一設於該熱調整容器的自動蒸氣壓控制閥，以調節該熱調整容器內的蒸氣壓。
在一些實施態樣中，該有機朗肯循環設備還包括供液態工作流體通過的一第二閃發器，該地熱供應模組還包括一蒸氣輸送管路，該蒸氣輸送管路的一端連接該熱調整容器、通過該第二閃發器且另一端連通外界，用以將該儲水空間內的蒸氣輸送至該第二閃發器與該液態工作流體熱交換。
在一些實施態樣中，該熱水排出管路的另一端用以連接一回注井，該放流管路單元還包括一連接該熱水排出管路的回注加壓泵，且該回注加壓泵與該液位計耦接以與該液位計同步啟動排水。
在一些實施態樣中，該熱調整容器的器壁具有一內層、一外層及填充於該內層與該外層之間的一斷熱層。
在一些實施態樣中，該內層與該外層的材質為金屬，該斷熱層的材質為中空玻化微珠。
在一些實施態樣中，該工作溫度範圍介於96℃至110℃。
本新型至少具有以下功效：藉由該熱調整容器維持定量及定溫的熱水，以使進入該有機朗肯循環設備的第一閃發器的熱水流量及溫度穩定，而能解決地熱井直接供水的流體流量及壓力不穩定所產生的問題。
參閱圖1，本新型地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統之一實施例，包含一有機朗肯循環設備1及一地熱供應模組2。
該有機朗肯循環設備1包括一第一閃發器11、一第二閃發器12、一作功元件13、一發電機14、一冷凝器15、一工作流體儲槽16、一工作流體加壓泵17及一工作流體管路18。工作流體儲槽16用以儲存有機液態工作流體，並利用工作流體加壓泵17在工作流體管路18加壓輸送工作流體，使液態工作流體一部分流經第一閃發器11、另一部分流經第二閃發器12進行熱交換轉變成高溫高壓蒸氣，呈高溫高壓蒸氣狀態的工作流體進入作功元件13以轉換為機械旋轉能，再藉由發電機14將機械旋轉能轉換為電力輸出，通過作功元件13的工作流體轉為低壓蒸氣，再經由冷凝器15轉為低壓液體後回到工作流體儲槽16。該有機朗肯循環設備1的工作原理為已知技術且非本新型的重點，於此不再詳述。
該地熱供應模組2包括一熱調整容器21、一地熱供應管路單元22、一熱交換管路單元23、一放流管路單元24、一自動蒸氣壓控制閥25及一蒸氣輸送管路26。
該熱調整容器21可保溫且界定一儲水空間211。具體而言，該熱調整容器21的器壁以能隔熱材質製成較佳，在本實施例中，該熱調整容器21的器壁具有一內層、一外層及填充於該內層與該外層之間的一斷熱層，該內層與該外層的材質以金屬較佳，而該斷熱層的材質以中空玻化微珠較佳，且該斷熱層的厚度至少10公分，用以保存該儲水空間211內來自地熱井高溫的熱水之水溫，並使其水溫穩定維持。該熱調整容器21亦能以其它能隔熱的材料製作，例如鋼筋混凝土或耐火磚亦可。該儲水空間211的容量可視該有機朗肯循環設備1所需的熱水流量而定，以能儲存供應該有機朗肯循環設備1運轉4小時所需水量較佳，且該儲水空間211還需要保留1/4容積容納蒸氣，以達到氣、水分離效果。
該地熱供應管路單元22包括一端連接該熱調整容器21且一端用以連接一地熱井的一熱水輸入管路221及一連接該熱水輸入管路221的熱源節流閥222。該熱源節流閥222用以依據該儲水空間211內的熱水溫度自動啟閉，以使該儲水空間211內的熱水維持在一工作溫度範圍。在本實施例中，該工作溫度範圍介於96℃至110℃。具體而言，該熱水輸入管路221的一端置入地熱井內，地熱井一般有2.5kg/cm 2的壓力提供地熱水，而不需使用泵加壓，而該熱水輸入管路221的另一端連通該儲水空間211，當該熱源節流閥222開啟時，即可將高溫的熱水注入該儲水空間211，當該熱源節流閥222關閉時，即停止注入熱水。該熱源節流閥222自動偵測該儲水空間211內的水溫，當水溫低於96℃時即開啟注水，當水溫高於110℃時即關閉停止注水。
該熱交換管路單元23包括兩端連接該熱調整容器21並通過該第一閃發器11的一循環管路231，及一連接該循環管路231的流量控制泵232，用以輸送該儲水空間211內的熱水至該第一閃發器11與該液態工作流體熱交換。也就是說，該流量控制泵232控制流經該第一閃發器11的熱水流量，以符合該有機朗肯循環設備1所要求的高溫熱水每秒流通量。流經該第一閃發器11的熱水與該液態工作流體熱交換後會降溫再回到該儲水空間211內。
該放流管路單元24包括一端連接該熱調整容器21的一熱水排出管路241、一設於該熱調整容器21並與該熱水排出管路241連接的液位計242，及一連接該熱水排出管路241的回注加壓泵243，且該回注加壓泵243與該液位計242耦接以與該液位計242同步啟動排水。在本實施例中，該熱水排出管路241的另一端連接一回注井，該放流管路單元24用以將該儲水空間211內的熱水排出並回注至原地層。具體而言，由於流經該第一閃發器11的熱水再回到該儲水空間211內，會使該儲水空間211內的水溫下降，當水溫低於96℃時，該熱源節流閥222會開啟以補充熱水，而補充的水量使該儲水空間211內大於預定水位時，該液位計242即啟動排水，且該回注加壓泵243同步啟動加壓以將較低溫的熱水輸送至回注井內，藉此使該儲水空間211內的熱水維持在一定的水量及溫度範圍。
在本實施例中，該自動蒸氣壓控制閥25設於該熱調整容器21的頂部，以調節該熱調整容器21內的蒸氣壓，而該蒸氣輸送管路26的一端連接該熱調整容器21、通過該第二閃發器12且另一端連通外界，用以將該儲水空間211內的蒸氣輸送至該第二閃發器12與該液態工作流體熱交換。也就是說，該熱調整容器21內的高溫蒸氣經由該蒸氣輸送管路26輸送至該第二閃發器12與該液態工作流體熱交換，高溫蒸氣經過熱交換後變成低溫水氣即直接排放至環境中。藉由熱水與高溫蒸氣分流分別通過該第一閃發器11與該第二閃發器12，不僅能充分利用熱源，也能將氣、液分離使熱水流量容易控制。
綜上所述，藉由該熱調整容器21維持定量及定溫的熱水，以使進入該有機朗肯循環設備1的第一閃發器11的熱水流量及溫度穩定，而能解決地熱井直接供水的流體流量及壓力不穩定所產生的問題。
惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。
1:有機朗肯循環設備 11:第一閃發器 12:第二閃發器 13:作功元件 14:發電機 15:冷凝器 16:工作流體儲槽 17:工作流體加壓泵 18:工作流體管路 2:地熱供應模組 21:熱調整容器 211:儲水空間 22:地熱供應管路單元 221:熱水輸入管路 222:熱源節流閥 23:熱交換管路單元 231:循環管路 232:流量控制泵 24:放流管路單元 241:熱水排出管路 242:液位計 243:回注加壓泵 25:自動蒸氣壓控制閥 26:蒸氣輸送管路
本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是本新型地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統的一實施例的一示意圖。
1:有機朗肯循環設備
11:第一閃發器
12:第二閃發器
13:作功元件
14:發電機
15:冷凝器
16:工作流體儲槽
17:工作流體加壓泵
18:工作流體管路
2:地熱供應模組
21:熱調整容器
211:儲水空間
22:地熱供應管路單元
221:熱水輸入管路
222:熱源節流閥
23:熱交換管路單元
231:循環管路
232:流量控制泵
24:放流管路單元
241:熱水排出管路
242:液位計
243:回注加壓泵
25:自動蒸氣壓控制閥
26:蒸氣輸送管路

Claims (7)

  1. 一種地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統，包含： 一有機朗肯循環設備，包括供液態工作流體通過的一第一閃發器；及 一地熱供應模組，包括 一熱調整容器，可保溫且界定一儲水空間， 一地熱供應管路單元，包括一端連接該熱調整容器且一端用以連接一地熱井的一熱水輸入管路及一連接該熱水輸入管路的熱源節流閥，該熱源節流閥用以依據該儲水空間內的熱水溫度自動啟閉，以使該儲水空間內的熱水維持在一工作溫度範圍， 一熱交換管路單元，包括兩端連接該熱調整容器並通過該第一閃發器的一循環管路，及一連接該循環管路的流量控制泵，用以輸送該儲水空間內的熱水至該第一閃發器與該液態工作流體熱交換，及 一放流管路單元，包括一端連接該熱調整容器的一熱水排出管路，及一設於該熱調整容器並與該熱水排出管路連接的液位計，該放流管路單元用以將該儲水空間內的熱水排出。
  2. 如請求項1所述地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統，其中，該地熱供應模組還包括一設於該熱調整容器的自動蒸氣壓控制閥，以調節該熱調整容器內的蒸氣壓。
  3. 如請求項1所述地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統，其中，該有機朗肯循環設備還包括供液態工作流體通過的一第二閃發器，該地熱供應模組還包括一蒸氣輸送管路，該蒸氣輸送管路的一端連接該熱調整容器、通過該第二閃發器且另一端連通外界，用以將該儲水空間內的高溫蒸氣輸送至該第二閃發器與該液態工作流體熱交換。
  4. 如請求項1所述地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統，其中，該熱水排出管路的另一端用以連接一回注井，該放流管路單元還包括一連接該熱水排出管路的回注加壓泵，且該回注加壓泵與該液位計耦接以與該液位計同步啟動排水。
  5. 如請求項1所述地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統，其中，該熱調整容器的器壁具有一內層、一外層及填充於該內層與該外層之間的一斷熱層。
  6. 如請求項5所述地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統，其中，該內層與該外層的材質為金屬，該斷熱層的材質為中空玻化微珠。
  7. 如請求項1所述地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統，其中，該工作溫度範圍介於96℃至110℃。
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TWI761221B (zh) * 2021-05-28 2022-04-11 張楨驩 地熱發電熱調整池式有機朗肯循環系統

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