TW201326709A - 取熱裝置 - Google Patents

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Tai-Rong Guo
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Abstract

取熱裝置包括外管、內管及壓阻元件。外管定義蒸發段、冷凝段及絕熱段。內管配置於外管內，且與外管間隔一流道。壓阻元件設於流道內且鄰近絕熱段與蒸發段之相接處配置，其中壓阻元件的長度短於絕熱段的長度。

Description

取熱裝置
本發明是有關於一種取熱裝置，且特別是有關於一種具有壓阻元件的取熱裝置。
傳統單井地熱發電結構中，是以密閉腔體充填工作流體，藉由工作流體吸收潛熱並汽化，以蒸汽的移動等方式進行熱量的傳遞。密閉腔體係一長管並往地底延伸，管壁(casing)與井壁間的空隙以水泥封填固定，絕熱段部分並予以絕熱設置。在底部的部分可供地熱能傳導及對流用。密閉腔體內填入工作流體(該流體需高潛熱、高密度、低黏滯性)，工作流體透過管壁在未封水泥的區間與高溫地層流體以熱傳導的方式進行地熱能的交換，管壁周圍的地層流體因熱能被低溫工作流體提取(extraction)後溫度下降密度大；離密閉圓形腔體較遠的地層流體仍維持在岩體裂隙的高溫低密度狀態。地層流體利用密度差在岩層裂隙帶產生自然對流，將地熱能從高溫處傳送至低溫處，持續供應地熱能給管內低溫工作流體，穩定維持深層地熱發電的發電效能。
冷凝之工作流體回流是利用重力的方式往底部蒸發段移動，腔體內部不需要毛細結構，此方式可降低回流之流阻，可避免毛細極限的產生，但因為冷凝流體與蒸汽流動方向是相反，此外流體都有其黏滯性，高壓蒸汽在快速移動下可能會將冷凝液體推回冷凝端，導致蒸發段沒有液態的工作流體，此現象稱為Entrainment limit或Flooding。然而，此現象會降低地取熱裝置的取熱效率。
本發明係有關於一種取熱裝置，其可改善Flooding現象，增加取熱效率。
根據本發明之一實施例，提出一種取熱裝置。取熱裝置包括一外管、一內管及一壓阻元件。外管定義一蒸發段、一冷凝段及一絕熱段。內管配置於外管內，且與外管間隔一流道。壓阻元件設於流道內且鄰近絕熱段與蒸發段之相接處配置，其中壓阻元件的長度短於絕熱段的長度。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
取熱裝置例如作為一種地層取熱裝置，可應用於地熱井熱交換系統(Downhole heat exchanger,DHE)，可提升地熱的取熱效率。請參照第1圖，其繪示依照所揭露的一實施例之地層取熱裝置的剖視圖。地層取熱裝置100包括外管110、內管120及壓阻元件130。
本實施例中，外管110之中心軸與內管120之中心軸係共線，即，外管110與內管120係同心管，然此非用以限制本發明實施例。
外管110定義蒸發段R1、冷凝段R2及絕熱段R3。地層取熱裝置100係垂直地配置於一地熱井內，其中蒸發段R1位於地熱井中的熱儲集層(未繪示)，而冷凝段R2可接近或露出地面(未繪示)。
外管110內填充工作流體，工作流體在蒸發段R1吸收地熱後蒸發成汽態工作流體V(密度小)，然後沿內管120內部經過絕熱段R3流向冷凝段R2。汽態工作流體V在冷凝段R2中冷凝成液態工作流體L(密度大)後，沿外管110與內管120之間的流道P1流向蒸發段R1。在冷凝段R2中，一外部工作流體(容後說明)吸收汽態工作流體V的熱量後提供給外部發電系統或其它功能裝置使用。
外管110係一密閉管件。外管110可以是單一管件或者是由數個分離元件所組成。本實施例中，外管110係以數個分離元件所組成，以下係進一步說明。
如第1圖所示，外管110可包括蒸發段元件111、冷凝段元件112及絕熱段元件113。其中，絕熱段元件113連接冷凝段元件112與蒸發段元件111。本實施例中，蒸發段元件111及冷凝段元件112可以是中空管件或熱交換器，其中熱交換器的種類例如是鰭片式熱交換器、殼管式熱交換器、熱管式熱交換器、板式熱交換器、雙套管式熱交換器或其他可增加熱交換面積及效率等方式。
本實施例中，蒸發段元件111、冷凝段元件112及絕熱段元件113的橫剖面外形係圓管或圓筒。另一實施例中，蒸發段元件111、冷凝段元件112及絕熱段元件113的橫剖面形狀例如是橢圓或多邊形，其中，多邊形例如是三角形、矩形或長方形。
如第1圖所示，絕熱段元件113具有第一開口113a1及第三開口113a2，蒸發段元件111具有第二開口111a1及封閉端111a2，第一開口113a1與第二開口111a1相連通。蒸發段元件111可採用例如是干涉配合、黏合、扣合或鎖合方式與絕熱段元件113固接，本實施例係以扣夾(chip)140固接蒸發段元件111與絕熱段元件113為例說明。
本實施例中，絕熱段元件113進入蒸發段元件111之第二開口111a1固定於蒸發段元件111。另一實施例中，蒸發段元件111可進入絕熱段元件113之第一開口113a1而固定於絕熱段元件113。
此外，一密封件(未繪示)可設於絕熱段元件113與蒸發段元件111之間，增進絕熱段元件113與蒸發段元件111的密封性。密封件例如是密封膠或密封環。
如第1圖所示，冷凝段元件112具有第四開口112a1及封閉端112a2，絕熱段元件113之第三開口113a2與第四開口112a1相連通。
雖然圖未繪示，然冷凝段元件112與絕熱段元件113的固接方式相似於蒸發段元件111與絕熱段元件113的固接方式。
本實施例中，絕熱段元件113進入冷凝段元件112之第四開口112a1而固接於冷凝段元件112。另一實施例中，冷凝段元件112可進入絕熱段元件113之第三開口113a2而固接於絕熱段元件113。
此外，一密封件(未繪示)可設於絕熱段元件113與冷凝段元件112之間，增進絕熱段元件113與冷凝段元件112的密封性。密封件例如是密封膠或密封環。
本實施例中，蒸發段元件111、絕熱段元件113及冷凝段元件112分別製作完成後，再組裝成外管110。另一實施例中，蒸發段元件111、絕熱段元件113及冷凝段元件112係一體成型結構。此外，冷凝段元件112可具有一填充開孔(未繪示)。蒸發段元件111、絕熱段元件113與冷凝段元件112組裝成外管110後，工作流體可經由該填充開孔灌入外管110內，然後再密封該填充開孔。
外管110之蒸發段元件111例如係以高熱傳導係數的材質所製成，例如是金屬，其材質可選自於由銅、鐵、不銹鋼及其組合所構成的群組。蒸發段元件111的材料可另考量耐腐蝕性質或耐高溫特性，選用高分子聚合物、陶瓷、或金屬(例如不銹鋼)，其中高分子聚合物可以是橡膠或塑膠(例如工程塑膠)。高分子聚合物例如為聚丙烯、含玻離纖維的聚丙烯、聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)、含玻離纖維的PEEK、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)、含玻離纖維的PPS、聚硫醚(poly ether sulfone,PES)、聚醚酰亞胺(polyetherimide,PEI)或聚乙烯(polytylene,PE)等。一實施例中，蒸發段元件111材料的熱傳導係數(Thermal conductivity)係介於10W/mK至400W/mK之間。
外管110之冷凝段元件112例如是以高熱傳導係數的材質所製成，例如是金屬，其材質可選自於由銅、鐵、不銹鋼及其組合所構成的群組。冷凝段元件112之材料尚可為高分子聚合物或陶瓷，其中高分子聚合物可以是橡膠或塑膠(例如工程塑膠)。高分子聚合物例如為聚丙烯、含玻離纖維的聚丙烯、聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)、含玻離纖維的PEEK、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)、含玻離纖維的PPS、聚硫醚(poly ether sulfone,PES)、聚醚酰亞胺(polyetherimide,PEI)或聚乙烯(polytylene,PE)等。一實施例中，冷凝段元件112材料的熱傳導係數(Thermal conductivity)係介於10W/mK至400W/mK之間。
外管110之絕熱段元件113可採用耐腐蝕或耐高溫且與內部工作流體不互相反應的材質製成。絕熱段元件113的材料例如是低熱傳導係數的材料，如高分子聚合物或陶瓷。其中高分子聚合物可以是橡膠或塑膠(例如工程塑膠)。高分子聚合物例如為聚丙烯、含玻離纖維的聚丙烯、聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)、含玻離纖維的PEEK、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)、含玻離纖維的PPS、聚硫醚(poly ether sulfone,PES)、聚醚酰亞胺(polyetherimide,PEI)或聚乙烯(polytylene,PE)等。一實施例中，絕熱段元件113的熱傳導係數可介於0.0264 W/mK至0.5 W/mK之間。
絕熱段元件113可以是單層或多層結構。以多層結構為例，絕熱段元件113包括內層結構以及外層結構，其中外層結構包覆內層結構。內外層結構材料獨立地可以是高熱傳導係數的材料或低熱傳導係數的材料，其中，低熱傳導係數的材料例如是上述的高分子聚合物或陶瓷，而高熱傳導係數的材料例如金屬，其材質可選自於由銅、鐵、不銹鋼及其組合所構成的群組。一實施例中，絕熱段元件113之內層結構例如採用上述高熱傳導係數的材料或是上述低熱傳導係數的材料，而外層結構例如採用上述低熱傳導係數的材料；另一實施例中，絕熱段元件113之內外層結構材料都是上述高熱傳導係數的材料，作成內部真空之雙層金屬絕熱結構。
內管120可採用耐腐蝕或耐高溫且與內部工作流體不互相反應的材質製成。內管120例如是低熱傳導係數的材料，如高分子聚合物或陶瓷，其中高分子聚合物可以是橡膠或塑膠(例如工程塑膠)。高分子聚合物例如為聚丙烯、含玻離纖維的聚丙烯、聚醚醚酮(polyether ether ketone,PEEK)、含玻離纖維的PEEK、聚苯硫醚(polyphenylene sulfide,PPS)、含玻離纖維的PPS、聚硫醚(poly ether sulfone,PES)、聚醚酰亞胺(polyetherimide,PEI)或聚乙烯(polytylene,PE)等。一實施例中，內管120的熱傳導係數係介於0.0264 W/mK至0.5 W/mK之間。
內管120可以是單層或多層結構。以多層結構為例，內管120包括內層結構以及外層結構，其中外層結構包覆內層結構。內外層結構材料獨立地可以是高熱傳導係數的材料或低熱傳導係數的材料，其中低熱傳導係數的材料例如是上述的高分子聚合物或陶瓷，而高熱傳導係數的材料例如金屬，其材質可選自於由銅、鐵、不銹鋼及其組合所構成的群組。一實施例中，內管120之內層結構例如採用上述高熱傳導係數的材料或是上述低熱傳導係數的材料，而外層結構例如採用上述低熱傳導係數的材料；另一實施例中，內管120之內外層結構材料都是上述高熱傳導係數的材料，作成內部真空之雙層金屬絕熱結構。
在一實施例中，地層取熱裝置100的材質及結構係設計成可承受約10至40個大氣壓力，且可承受至少約攝氏90度以上的溫度。
如第1圖所示，內管120配置於外管110內且與外管110間隔一流道P1，冷凝後液態工作流體L可於流道P1內流動。本實施例中，內管120的長度長於絕熱段R3的長度S2：另一實施例中，內管120的長度可短於或實質上等於絕熱段R3的長度S2。
如第1圖所示，壓阻元件130設於流道P1內且鄰近絕熱段R3與蒸發段R1之相接處配置，本實施例中，壓阻元件130設於絕熱段R3範圍內；另一實施例中，壓阻元件130可部分位於蒸發段R1範圍內。本實施例中，壓阻元件130整個設於流道P1，另一實施例中，壓阻元件130之一部分可設於流道P1內，而壓阻元件130之另一部分可設於流道P1外，例如是突出於內管120之端部配置。
壓阻元件130對往冷凝段R2的汽態工作流體V產生阻力(即壓阻元件130二端形成一壓差ΔP)，可避免因汽態工作流體V進入到流道P1而阻礙流道P1內的液態工作流體L往蒸發段R1流動，即，可避免或改善flooding現象，此亦形同汽液分離效果。此外，流向蒸發段R1的液態工作流體L藉由毛細現像經由壓阻元件130流至蒸發段R1。
壓阻元件130對汽態工作流體V產生的阻力主要與幾個參數有關，如壓阻元件130的長度S1、壓阻元件130的截面積、壓阻元件130的材質種類等。只要壓阻元件130可對汽態工作流體V產生阻力即可，本實施例對上述參數不加以限制。
壓阻元件所造成的壓損ΔP可由下式(1)設計或計算，其中D代表壓阻元件130之特徵尺寸，f代表壓阻元件130的摩擦係數(Friction factor)主要與雷諾數(Reynolds number)及表面粗糙度有關，可查表得知，ρ代表工作流體的密度，而V代表工作流體在壓阻元件內之流速。
較佳但非限定地，壓阻元件130包括一黏合物(未繪示)，壓阻元件130可固定內管120與外管110。其中，黏合物例如是黏膠。另一實施例中，透過適當的尺寸設計，可使壓阻元件130以緊配方式固定於內管120與外管110之間，如此，壓阻元件130可固定內管120與外管110。
如第1圖所示，壓阻元件130的長度S1可短於絕熱段R3的長度S2。一實施例中，壓阻元件130的長度S1小於絕熱段R3的長度S2的一半，然此非用以限制本發明實施例。本實施例中，壓阻元件130的長度S1相對絕熱段R3的長度S2來說是非常小，故可說是不影響到液態工作流體L的流動。一實施例中，壓阻元件130的長度S1係絕熱段R3的長度S2的1/100至1/10之間。
本實施例中，壓阻元件130的結構可以是多孔隙結構，可使液態工作流體L藉由毛細現像流經壓阻元件130至蒸發段R2。以下係進一步介紹壓阻元件130的結構。
請參照第2圖，其繪示第1圖之壓阻元件的外觀圖。壓阻元件130例如是環狀結構或網狀結構，其具有一開孔130a。內管120可進入壓阻元件130之開孔130a內，並固定於壓阻元件130。壓阻元件130可由低熱傳導性材質所製成，例如是陶瓷或高分子聚合物(例如為前述之高分子聚合物或纖維(如天然纖維或合成纖維))。另一實施例中，壓阻元件130亦可由高熱傳導性材質所製成，例如是金屬，可選自於由銅、鐵、不銹鋼及其組合所構成的群組。當壓阻元件130的材質選用金屬時，壓阻元件130可藉由粉末冶金方式所製成。
一實施例中，網狀結構的網目可介於4至2500(目數/英吋)之間，而粉末冶金結構的孔隙率(Porosity)可介於約0.1至0.9之間。
本實施例中，壓阻元件130係一連續結構。另一實施例中，雖然圖未繪示，壓阻元件130可包括數個分離結構(未繪示)，例如是分段的塊狀或環狀結構。此些分離結構可結合地或彼此分離地設於流道P1內。
壓阻元件130並不限於上述多孔隙結構，以下係以第3圖說明另一種壓阻元件的結構。
請參照第3圖，其繪示依照本發明另一實施例之壓阻元件的外觀圖。壓阻元件230包括管體231及複數個突出片232，相鄰二突出片232之間定義一壓阻通道P2。突出片232及壓阻通道P2對汽態工作流體V產生一壓阻，避免汽態工作流體V輕易地通過壓阻元件230而阻礙液態工作流體L流向蒸發段。
壓阻元件230可採用例如是擠出成形或射出成形製成。當壓阻元件230採用擠出成形製成，壓阻元件230的材料可以是鋁。當壓阻元件230採用射出成形製成，壓阻元件230的材料可以是塑膠。若擠出成形或射出成形無法一次形成第3圖之結構，可再搭配機械加工去完成第3圖之結構。其中，機械加工例如是車削、銑削、磨削、熱熔、鑄造或其它適合方法。另一實施例中，壓阻元件230的材質可以是金屬(選自於由銅、鐵、不銹鋼及其組合所構成的群組)、陶瓷或高分子聚合物(例如為前述之高分子聚合物)。或者，壓阻元件230的材質可相似於壓阻元件130。
突出片232對往冷凝段R2的汽態工作流體V產生阻力(即壓阻元件230二端形成壓差ΔP)，可避免因汽態工作流體V進入到流道P1而阻礙流道P1內的液態工作流體L往蒸發段R1流動(即避免或改善flooding現象)。當突出片232數量愈多時(表通道截面越小)，壓差ΔP愈大。一實施例中，突出片232的數量例如是介於4至36之間。然而，突出片232的數量可視對壓差ΔP的要求而定，本實施例對突出片232數量不加以限制。另外，流道P1內的液態工作流體L可經由二突出片232之間的壓阻通道P2流至蒸發段R1。
本實施例中，管體231包括突出片設置部2311及管件連接部2312，突出片232配置於突出片設置部2311。突出片232之端部2321與管體231之端面231s間隔一段差距離H1，此段差距離H1的範圍即管件連接部2312。此外，內管120可連接於管體231之管件連接部2312，如下所述。
請參照第4圖，其繪示第3圖之壓阻元件配置於內管與外管之間的剖視圖。本實施例中，壓阻元件230可連接外管110與內管120，例如，內管120可套設於管件連接部2312上，並以例如是緊配或黏合方式固定於壓阻元件230，而外管110可與突出片232透過例如是緊配或黏合方式固定。另一實施例中，壓阻元件230可僅連接於外管110與內管120之一者。
如第4圖所示，本實施例中，內管120可抵靠於突出片232上。透過段差距離H1的設計，可控制內管120的插置深度。另一實施例中，內管120亦可不抵靠於突出片232上，而是與突出片232間隔一距離。
請參照第5圖，其繪示另一實施例中第3圖之壓阻元件配置於內管與外管之間的剖視圖。管體231具有一貫孔231a。當壓阻元件230配置於外管110與內管120之間時，內管120可設於管體231之貫孔231a內，並以例如是緊配或黏合方式固定於壓阻元件230上。
綜合上述，壓阻元件可以是多孔隙結構、突出片結構、網狀結構或其它結構，只要是可對汽態工作流體V產生阻力的結構，都是本發明實施例所指稱的壓阻元件。
請參照第6圖，其繪示第1圖之地層取熱裝置連接於熱交換器的剖視圖。
冷凝段元件112可連接於另一熱交換器150。熱交換器150具有出口151及入口152，工作流體入口152進入至熱交換器150，然後從出口151流出至一發電系統。
透過蒸發段元件111，使來自於冷凝段元件112(或冷凝段R2)的液態工作流體L可迅速地吸收地熱熱量，然後轉變成汽態工作流體V後經由內管120流至冷凝段元件112。此汽態工作流體V到達冷凝段元件112後，透過冷凝段元件112及熱交換器150的輔助，使熱交換器150內的工作流體F從出口151流出(其中，工作流體F是指吸收汽態工作流體V的熱量後的工作流體)，以供發電使用或其它用途，熱交換器150的入口152則補充較低溫的工作流體F’(比工作流體F的溫度低)至熱交換器150內。在冷凝段元件112中，汽態工作流體V的熱量被工作流體F吸收並於相對較低溫的外管110的內管壁上冷凝成液態工作流體L後，沿外管110的內管壁藉由重力(在一實施例中，地層取熱裝置100係直立(例如垂直)地配置於地熱井中)經由流道P1流向蒸發段元件111。
另一實施例中，蒸發段元件111可連接至另一熱交換器(可相似於熱交換器150)，以輔助來自於冷凝段元件112的液態工作流體L更快地吸收地熱而蒸發成汽態工作流體V。
如第6圖所示，地層取熱裝置100更包括至少一熱傳導件170。熱傳導件170係突出於冷凝段元件112的外壁設於冷凝段元件112上。此外，熱傳導件170的位置對應入口152，使工作流體F’進入入口152後，隨即接觸到突出的熱傳導件170，如此可加速汽態工作流體V與工作流體F’之間的熱傳。
請參照第7圖，其繪示第6圖中熱傳導件的外觀圖。熱傳導件170具有一開孔170a。熱傳導件170以開孔170a設於冷凝段元件112上。熱傳導件170提供一大熱傳面積A，可幫助汽態工作流體V與工作流體F’之間的熱傳。
此外，熱傳導件170的材質係具有高熱傳係數，例如是金屬，其材質可選自於由金、鋁、銅、鐵及其組合所構成的群組。熱傳導件170可採用例如是沖壓、加工或塑性成形方法形成。
如第7圖所示，本實施例中，整個熱傳導件170係一扁平薄盤，然此非用以限制本發明實施例，以下係舉例說明另一實施例之熱傳導件。
請參照第8圖，其繪示依照本發明另一實施例之熱傳導件的剖視圖。熱傳導件270包括一連接部271及一突出部272。連接部271環繞出一開孔270a並連接於冷凝段元件112。突出部272連接於連接部271，突出部272係突出於冷凝段元件112的外壁，如此可加速汽態工作流體V與工作流體F’之間的熱傳。
連接部271具有高度H2，使連接部271可提供一大內壁面積與冷凝段元件112接觸，因此可加速汽態工作流體V與工作流體F’之間的熱傳。
熱傳導件270的材質及形成方法可相似於熱傳導件170，容此不再贅述。
綜合上述，本發明上述實施例地層取熱裝置中，壓阻元件對往冷凝段的汽態工作流體產生壓阻，避免因汽態工作流體V進入到流道而阻礙流道內的液態工作流體往蒸發段流動，即可避免或改善flooding現象。
上述液態工作流體L可另外選擇性藉助外加動力(例如幫浦(pump))協助循環。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100．．．地層取熱裝置
110．．．外管
111．．．蒸發段元件
111a1．．．第二開口
111a2．．．封閉端
113a1．．．第一開口
113a2．．．第三開口
112．．．冷凝段元件
112a1．．．第四開口
112a2．．．封閉端
113．．．絕熱段元件
120．．．內管
130、230．．．壓阻元件
130a．．．開孔
140．．．扣夾
150．．．熱交換器
151．．．出口
152．．．入口
170、270．．．熱傳導件
170a、270a．．．開孔
231．．．管體
2311．．．突出片設置部
2312．．．管件連接部
231a．．．貫孔
231s．．．端面
232．．．突出片
2321．．．端部
271．．．連接部
272．．．突出部
A．．．熱傳面積
F．．．工作流體
H1．．．段差距離
H2．．．高度
L．．．液態工作流體
P1．．．流道
P2．．．壓阻通道
R1．．．蒸發段
R2．．．冷凝段
R3．．．絕熱段
S1、S2．．．長度
V．．．汽態工作流體
第1圖繪示依照本發明一實施例之地層取熱裝置的剖視圖。
第2圖繪示第1圖之壓阻元件的外觀圖。
第3圖繪示依照本發明另一實施例之壓阻元件的外觀圖。
第4圖繪示第3圖之壓阻元件配置於內管與外管之間的剖視圖
第5圖繪示另一實施例中第3圖之壓阻元件配置於內管與外管之間的剖視圖。
第6圖繪示第1圖之地層取熱裝置連接於熱交換器的剖視圖。
第7圖繪示第6圖中熱傳導件的外觀圖。
第8圖繪示依照本發明另一實施例之熱傳導件的剖視圖。
100．．．地層取熱裝置
110．．．外管
111．．．蒸發段元件
111a1．．．第二開口
111a2．．．封閉端
113a1．．．第一開口
113a2．．．第三開口
112．．．冷凝段元件
112a1．．．第四開口
112a2．．．封閉端
113．．．絕熱段元件
120．．．內管
130．．．壓阻元件
140．．．扣夾
170．．．熱傳導件
L．．．液態工作流體
P1．．．流道
R1．．．蒸發段
R2．．．冷凝段
R3．．．絕熱段
S1、S2．．．長度
V．．．汽態工作流體

Claims (14)

  1. 一種取熱裝置，包括：一外管，定義一蒸發段、一冷凝段及一絕熱段；一內管，配置於該外管內，且與該外管間隔一流道；以及一壓阻元件，設於該流道內且鄰近該絕熱段與該蒸發段之相接處配置，其中該壓阻元件的長度短於該絕熱段的長度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之取熱裝置，其中該壓阻元件係環狀結構或網狀結構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之取熱裝置，其中該壓阻元件包括數個分離結構。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之取熱裝置，其中該壓阻元件包括：一管體；以及複數個突出片，連接於該管體之外壁，相鄰二該突出片之間定義一壓阻通道。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之取熱裝置，其中該管體包括一突出片設置部及一管件連接部，該些突出片配置於該突出片設置部，該內管連接於該管件連接部。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之取熱裝置，其中該壓阻元件的長度小於該絕熱段的長度的一半。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之取熱裝置，其中該外管包括：一冷凝段元件；一蒸發段元件；以及一絕熱段元件，連接該冷凝段元件與該蒸發段元件。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之取熱裝置，其中該絕熱段管件具有一第一開口，該蒸發段元件具有一第二開口，該第一開口與該第二開口相連通。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之取熱裝置，其中該絕熱段元件具有一第三開口，該冷凝段元件具有一第四開口，該第三開口與該第四開口相連通。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之取熱裝置，其中該絕熱段元件的材質係低熱傳導係數材料。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之取熱裝置，其中該絕熱段元件包括：一內層結構；以及一外層結構，包覆該內層結構。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之取熱裝置，其中該內層結構與該外層結構係獨立地為高熱傳導係數或低熱傳導係數材料。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之取熱裝置，更包括：一熱傳導件，具有一開孔，該熱傳導件以該開孔設於該冷凝段上。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之取熱裝置，其中該熱傳導件包括：一連接部，環繞該開孔並連接於該冷凝段；以及一突出部，連接於該連接部，且突出於該冷凝段配置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113091335A (zh) * 2020-01-08 2021-07-09 陈俊雄 取热装置与发电系统

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104676964B (zh) * 2013-11-26 2016-09-28 北京中矿博能节能科技有限公司 乏风热能梯级利用供大温差热水热泵装置
CN104197586B (zh) * 2014-09-17 2016-08-24 济南国海能源科技有限公司 一种直蒸高效乏风冷暖热泵系统
US11359338B2 (en) 2015-09-01 2022-06-14 Exotex, Inc. Construction products and systems for providing geothermal heat
US10981108B2 (en) 2017-09-15 2021-04-20 Baker Hughes, A Ge Company, Llc Moisture separation systems for downhole drilling systems
US20190357378A1 (en) * 2018-05-18 2019-11-21 Tas Energy Inc. Two-phase immersion cooling system and method with enhanced circulation of vapor flow through a condenser
JP6896255B2 (ja) * 2019-01-08 2021-06-30 学校法人同志社 熱サイフォン

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3305005A (en) * 1965-12-03 1967-02-21 George M Grover Capillary insert for heat tubes and process for manufacturing such inserts
US3498369A (en) * 1968-06-21 1970-03-03 Martin Marietta Corp Heat pipes with prefabricated grooved capillaries and method of making
US3602429A (en) * 1968-11-04 1971-08-31 Isotopes Inc Valved heat pipe
US3598178A (en) * 1969-05-26 1971-08-10 Gen Electric Heat pipe
US3986550A (en) * 1973-10-11 1976-10-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Heat transferring apparatus
GB1488662A (en) * 1973-10-11 1977-10-12 Secretary Industry Brit Two-phase thermosyphons
SE8501033L (sv) * 1985-03-04 1986-09-05 Volvo Ab Regleranordning for vermeror
US4961463A (en) * 1989-04-26 1990-10-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Thermosyphon condensate return device
AU2002367182A1 (en) * 2001-12-27 2003-07-15 Showa Denko K.K. Ebullition cooling device for heat generating component
TW506523U (en) * 2002-03-29 2002-10-11 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Heat pipe
US6868898B2 (en) * 2003-03-26 2005-03-22 Intel Corporation Heat pipe having an inner retaining wall for wicking components
TW577969B (en) * 2003-07-21 2004-03-01 Arro Superconducting Technolog Vapor/liquid separated heat exchanging device
TWI320300B (en) * 2005-11-18 2010-02-01 Dissipating heat device of fin-type
CN100513974C (zh) * 2006-05-19 2009-07-15 富准精密工业(深圳)有限公司 热管
US7621318B2 (en) * 2006-07-10 2009-11-24 Exxonmobile Research And Engineering Co. Heat pipe structure
FR2919923B1 (fr) * 2007-08-08 2009-10-30 Astrium Sas Soc Par Actions Si Dispositif passif a micro boucle fluide a pompage capillaire
FR2919922B1 (fr) * 2007-08-08 2009-10-30 Astrium Sas Soc Par Actions Si Dispositif passif de regulation thermique a micro boucle fluide a pompage capillaire
US7980078B2 (en) * 2008-03-31 2011-07-19 Mccutchen Co. Vapor vortex heat sink

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113091335A (zh) * 2020-01-08 2021-07-09 陈俊雄 取热装置与发电系统

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