TWI768278B - 取熱裝置與發電系統 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種取熱裝置，包括一第一管體、一第二管體及一間隔件。第一管體具有一第一端部及與第一端部相對的一第二端部。第二管體設置於第一管體內，第二管體具有一第一管部及與第一管部連接之一第二管部，第一管部由第一端部往第二端部的方向延伸，且第二管部遠離第一管部的一第三端部鄰近第二端部。間隔件設置於第一管部的外圍；其中，第二管體與第一管體之間形成一第一流道，第二管體的內部形成一第二流道，間隔件位於第一流道與第二流道之間，並與第一管部形成一真空空間。本發明還公開一種發電系統。

Description

取熱裝置與發電系統

本發明關於一種取熱裝置，特別關於一種取熱裝置與應用該取熱裝置的發電系統。

一般來說，熱源(例如工業廢熱、地熱等)的溫度若低於170℃時，難以用水為工作流體來回收利用。另外，若熱源的介質並非一般的中性水質，而是酸鹼度相當高的水質時，處理上相當麻煩，更有甚者會將與之連接的設備或管路腐蝕。

以地熱為例，地熱發電原理與火力發電或核能發電相同，都是利用工作介質推動渦輪機作功進而帶動發電機產生電力。相較於火力發電、核能發電、太陽能發電或風力發電來說，地熱的優勢在於具有相當的穩定性，可做為基載電力，且不需要鍋爐及燃料(如煤礦、鈾料等)，故相對來說，運轉成本會比較低。

然而，為了推動渦輪發電機發電，至地熱井採用地熱水直接產生蒸汽的方式，相對會破壞土壤並對生態造成影響。另外，若是直接採用地熱水來發電，因不同地熱源的水質可能會有毒性氣體、重金屬、腐蝕化學物質等，相對也會提高投資成本。

有鑑於上述，本發明的目的為提供一種取熱裝置與應用該取熱裝置的發電系統，除了採用間接取熱方式而避免上述問題外，還可減少熱能的損失而提高發電效率。

為達上述目的，依據本發明之一種取熱裝置，包括一第一管體、一第二管體以及一間隔件。第一管體具有一第一端部及與第一端部相對的一第二端部。第二管體設置於第一管體內，第二管體具有一第一管部及與第一管部連接之一第二管部，第一管部由第一端部往第二端部的方向延伸，且第二管部遠離第一管部的一第三端部鄰近第二端部。間隔件設置於第一管部的外圍；其中，第二管體與第一管體之間形成一第一流道，第二管體的內部形成一第二流道，間隔件位於第一流道與第二流道之間，並與第一管部形成一真空空間。

為達上述目的，依據本發明之一種發電系統，包括一發電裝置、一膨脹動力裝置、一冷凝裝置、一第一加壓裝置、一蒸發裝置、一第二加壓裝置以及一取熱裝置，膨脹動力裝置用以驅動發電裝置發出電力，膨脹動力裝置與冷凝裝置、冷凝裝置與第一加壓裝置、第一加壓裝置與蒸發裝置、以及蒸發裝置與膨脹動力裝置分別透過一管路連接，第一加壓裝置提供一第一工作介質的傳輸動力，使第一工作介質透過該些管路依序於蒸發裝置、膨脹動力裝置、冷凝裝置及第一加壓裝置之間循環流動；蒸發裝置與第二加壓裝置、第二加壓裝置與取熱裝置、以及取熱裝置與蒸發裝置分別透過另一管路連接，且第二加壓裝置提供一第二工作介質的傳輸動力，使第二工作介質透過該些另一管路依序於取熱裝置、蒸發裝置及第二加壓裝置之間循環流動；其中，取熱裝置包括一第一管體、一第二管體以及一間隔件。第一管體具有一第一端部及與第一端部相對的一第二端部。第二管體設置於第一管體內，第二管體具有一第一管部及與第一管部連接之一第二管部，第一管部由第一端部往第二端部的方向延伸，且第二管部遠離第一管部的一第三端部鄰近第二端部。間隔件設置於第一管部的外圍；其中，第二管體與第一管體之間形成一第一流道，第二管體的內部形成一第二流道，間隔件位於第一流道與第二流道之間，並與第一管部形成一真空空間。

為達上述目的，依據本發明之一種發電系統，包括一發電裝置、一膨脹動力裝置、一冷凝裝置、一第一加壓裝置以及一取熱裝置，膨脹動力裝置用 以驅動發電裝置發出電力，膨脹動力裝置與冷凝裝置、冷凝裝置與第一加壓裝置、第一加壓裝置與取熱裝置、以及取熱裝置與膨脹動力裝置分別透過一管路連接，第一加壓裝置提供一第一工作介質的傳輸動力，使第一工作介質透過些管路依序於取熱裝置、膨脹動力裝置、冷凝裝置及第一加壓裝置之間循環流動；其中，取熱裝置包括一第一管體、一第二管體以及一間隔件。第一管體具有一第一端部及與第一端部相對的一第二端部。第二管體設置於第一管體內，第二管體具有一第一管部及與第一管部連接之一第二管部，第一管部由第一端部往第二端部的方向延伸，且第二管部遠離第一管部的一第三端部鄰近第二端部。間隔件設置於第一管部的外圍；其中，第二管體與第一管體之間形成一第一流道，第二管體的內部形成一第二流道，間隔件位於第一流道與第二流道之間，並與第一管部形成一真空空間。

在一實施例中，取熱裝置更包括多個隔板，該些隔板間隔設置於真空空間。

在一實施例中，第二管部遠離第一管部的第三端部與第二端部之間形成一迴流道，第二工作介質依序流過第一流道、迴流道及第二流道。

在一實施例中，第二管部遠離第一管部的第三端部與第二端部之間形成一迴流道，第一工作介質依序流過第一流道、迴流道及第二流道。

在一實施例中，取熱裝置更包括一熱傳導件，其設置於第二管體與第一管體之間。

在一實施例中，熱傳導件更設置於迴流道。

在一實施例中，熱傳導件具有多個通孔，第二工作介質流過該些通孔。

在一實施例中，熱傳導件包括金屬濾網、或蜂巢狀的夾層合板。

在一實施例中，取熱裝置更包括一保護吸熱層，其設置於第一管體之外側壁的至少一部分。

在一實施例中，取熱裝置設置於一熱源層，熱源層具有一表面，取熱裝置與表面之間具有一夾角，該夾角大於0度、小於或等於90度。

承上所述，在本發明的取熱裝置中，間隔件設置於第一管部的外圍，第二管體與第一管體之間形成第一流道，第二管體的內部形成第二流道，且間隔件位於第一流道與第二流道之間，並與第一管部形成真空空間。藉此，本發明利用兩個流道間的間隔件與第一管部形成的真空空間可以阻斷熱能在兩流道之間傳遞，藉此避免熱能的損失，進而可提高發電效率。另外，本發明的發電系統是利用加壓裝置將工作介質傳輸至取熱裝置，而取熱裝置是採用間接熱交換的方式來加熱工作介質，藉此形成間接取熱的循環發電系統。因此，可避免習知技術採用直接取熱的問題，且發電系統的各部件及管道不會與熱源直接接觸，因此不會有熱源腐蝕發電系統設備及管路的問題發生。

1:發電裝置

2:膨脹動力裝置

3:冷凝裝置

4:第一加壓裝置

5:蒸發裝置

6:熱源層

61:表面

7,9,9a,9b,9c:取熱裝置

8:第二加壓裝置

91:第一管體

92:第二管體

921:第一管部

922:第二管部

93:間隔件

94:熱傳導件

95:保護吸熱層

96:隔板

E1:第一端部

E2:第二端部

E3:第三端部

E4:第四端部

F:流動方向

G,Ga:發電系統

H:熱源

h:通孔

M1:第一工作介質

M2:第二工作介質

P:管路

P1:第一流道

P2:第二流道

P3:迴流道

q1~q6:熱通量

S:真空空間

T1~T7:溫度

V:真空閥門

θ:夾角

圖1A及圖1B分別為本發明不同實施例之一種發電系統的示意圖。

圖2為圖1A或圖1B的發電系統中，取熱裝置的一實施例示意圖。

圖3為圖2之取熱裝置的局部放大示意圖。

圖4為本發明之取熱裝置中，間隔件與第一管部形成真空空間的一實施例結構示意圖。

圖5至圖7分別為本發明不同實施例之取熱裝置的示意圖。

圖8為本發明一實施例之取熱裝置設置於熱源層的示意圖。

以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之取熱裝置與具有該取熱裝置的發電系統，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。

本發明的發電系統可應用於朗肯循環(Rankine Cycle,RC)或有機朗肯循環(Organic Rankine Cycle,ORC)的發電系統，例如但不限於應用於地熱發電、工業餘熱發電、生物質能發電、或太陽能發電。在一些實施例中，取熱裝置可當成有機朗肯循環(ORC)的熱交換器使用，且取熱裝置的尺寸可以依實際需求而改變。另外，應用於不同的發電系統，熱源可不相同。舉例來說，在地熱發 電系統中，熱源則為地熱，取熱裝置可由地熱中取出熱能；而在太陽能發電系統中，熱源則為太陽能，取熱裝置可接受太陽能照射取熱，以此類推。

圖1A及圖1B分別為本發明不同實施例之一種發電系統的示意圖。請先參照圖1A所示，發電系統G包括一發電裝置1、一膨脹動力裝置2、一冷凝裝置3、一第一加壓裝置4、一蒸發裝置5、一第二加壓裝置8以及一取熱裝置9。其中，膨脹動力裝置2與冷凝裝置3、冷凝裝置3與第一加壓裝置4、第一加壓裝置4與蒸發裝置5、以及蒸發裝置5與膨脹動力裝置2分別透過一管路P連接，且第一加壓裝置4可提供一第一工作介質M1的傳輸動力，使第一工作介質M1可透過該些管路P依序於蒸發裝置5、膨脹動力裝置2、冷凝裝置3及第一加壓裝置4之間循環流動。另外，蒸發裝置5與第二加壓裝置8、第二加壓裝置8與取熱裝置9、以及取熱裝置9與蒸發裝置5分別透過另一管路P連接，且第二加壓裝置8可提供一第二工作介質M2的傳輸動力，使第二工作介質M2可透過該些另一管路P依序於取熱裝置9、蒸發裝置5及第二加壓裝置8之間循環流動。

取熱裝置9可擷取外界熱源H的熱能，藉此加熱流過的第二工作介質M2，而第二工作介質M2所攜帶的熱能流過蒸發裝置5時，可將蒸發裝置5內的第一工作介質M1汽化成為高溫、高壓的氣態狀。當第二工作介質M2所帶有的熱能被蒸發裝置5帶走後將成為低溫的液態狀，再透過第二加壓裝置8升壓且回流至取熱裝置9，以構成一熱循環系統。

膨脹動力裝置2可選擇渦輪機、活塞式、離心式、磁浮離心式、渦卷式或螺杆式膨脹機等可將高能量工作介質能量轉移至膨脹作功元件之機械能並轉化產生電力的方式。其中，膨脹動力裝置2可將高溫、高壓之氣態狀第一工作介質M1的熱能與壓力能轉換為機械能，以驅動發電裝置1產生電力，而第一工作介質M1對膨脹動力裝置2作功後，可成為高溫、低壓之氣態狀。冷凝裝置3可利用例如水、冷媒或空氣帶走氣態狀之第一工作介質M1的熱能，使其冷凝成為液態狀，而液態狀的第一工作介質M1再透過第一加壓裝置(例如加壓泵)4升壓並輸送至蒸發裝置5，以構成另一熱循環系統。

前述的第一工作介質M1可為水、或低溫沸點工質、或低溫有機工質。低溫沸點工質或低溫有機工質可例如但不限於氨、冷媒(例如R123、R245fa、 R152a)、碳氫化合物(例如丙烷、正丁烷、異丁烷)、自然冷媒(例如二氧化碳)或矽氧烷等。前述的第二工作介質M2可為高溫、高比熱、高沸點的工質，例如但不限於為熱煤油。在不同的發電系統G中，對於不同類型與不同溫度的熱源H需選用適當的第一工作介質M1及第二工作介質M2。

本實施例的發電系統G是利用第二加壓裝置8將第二工作介質M2傳輸至取熱裝置9，而取熱裝置9是以間接熱交換的方式加熱第二工作介質M2，第二工作介質M2再回流至蒸發裝置5，以構成熱循環系統。另外，蒸發裝置5也是以間接熱交換的方式加熱第一工作介質M1，第一工作介質M1流至膨脹動力裝置2可驅動發電裝置1發電，而第一工作介質M1經冷凝裝置3冷凝後再回到第一加壓裝置4，形成間接取熱的循環發電系統。由於發電系統G是利用取熱裝置9且採用間接取熱方式，因此，發電系統G的各部件及管道並不會與熱源H直接接觸，因此不會有腐蝕問題的產生。

另外，請參照圖1B所示，在本實施例中，發電系統Ga包括發電裝置1、膨脹動力裝置2、冷凝裝置3、第一加壓裝置4以及取熱裝置9。其中，膨脹動力裝置2與冷凝裝置3、冷凝裝置3與第一加壓裝置4、第一加壓裝置4與取熱裝置9、以及取熱裝置9與膨脹動力裝置2分別透過管路P連接。

第一加壓裝置4可提供第一工作介質M1的傳輸動力，使第一工作介質M1可透過該些管路P依序於取熱裝置9、膨脹動力裝置2、冷凝裝置3及第一加壓裝置4之間循環流動。取熱裝置9可擷取外界熱源H的熱能，藉以加熱及汽化第一工作介質M1成為高溫、高壓的氣態狀。膨脹動力裝置2可將高溫、高壓之氣態狀第一工作介質M1的熱能與壓力能轉換為機械能，以驅動發電裝置1產生電力，而第一工作介質M1對膨脹動力裝置2作功後，可成為高溫、低壓之氣態狀。冷凝裝置3可帶走氣態狀之第一工作介質M1的熱能，使其冷凝成為液態狀，而液態狀的第一工作介質M1再透過第一加壓裝置4升壓並輸送至取熱裝置9，以構成熱循環系統。

本實施例的發電系統Ga是利用第一加壓裝置4將第一工作介質M1傳輸至取熱裝置9，而取熱裝置9是以間接熱交換的方式加熱第一工作介質M1，第一工作介質M1再回流至膨脹動力裝置2以驅動發電裝置1發電，第一工作介質M1 經冷凝裝置3冷凝後再回到第一加壓裝置4，形成間接取熱的循環發電系統。由於發電系統Ga是採用間接取熱方式，因此，發電系統Ga的各部件及管道並不會與熱源H直接接觸，因此不會有腐蝕問題的產生。

以下介紹取熱裝置的詳細結構及其技術內容。在以下實施例的取熱裝置中，為了使取熱裝置具有足夠強度的結構，在其整體結構的材料選擇上，可選擇例如但不限於包括碳鋼、或不鏽鋼、或其合金等材料。

圖2為圖1A或圖1B的發電系統中，取熱裝置9的一實施例示意圖，而圖3為圖2之取熱裝置9的局部放大示意圖。

如圖2所示，取熱裝置9可由熱源H中擷取其熱能，以將工作介質(圖1A的第二工作介質M2或圖1B的第一工作介質M1)加熱。本實施例的取熱裝置9包括一第一管體91、一第二管體92及一間隔件93。

第一管體91為中空管狀，其具有一第一端部E1及與第一端部E1相對的一第二端部E2。其中，第一端部E1為開放端部，而第二端部E2為封閉端部。

第二管體92同樣為中空管狀，其沿第一管體91的長軸方向設置於第一管體91內，且第二管體92的管壁與第一管體91的管壁並不直接接觸。其中，第二管體92具有一第一管部921及與第一管部921連接之一第二管部922。本實施例的第二管部922具有一第三端部E3，且第一管部921具有一第四端部E4，第三端部E3與第四端部E4為第二管體92的相對兩端。其中，第四端部E4可與第一端部E1齊平，且第一管部921是由第一管體91的第一端部E1往其第二端部E2的方向延伸，並使第二管部922遠離第一管部921的第三端部E3鄰近第二端部E2(即鄰近第一管體91的底部)。本實施例的第三端部E3及第四端部E4分別為開放端，使得工作介質可由第三端部E3進入第二管體92，並由第四端部E4流出。

第二管體92與第一管體91之間可形成一第一流道P1，第二管體92的內部可形成一第二流道P2，且第二管部922遠離第一管部921的第三端部E3與第二端部E2(或第一管體91的底部)之間可形成一迴流道P3，使得工作介質(以箭頭F表示圖1A之第二工作介質M2的流動方向，或圖1B之第一工作介質M1的流動方向))可依序流過第一流道P1、迴流道P3及第二流道P2。舉例來說，請再參照圖2並配合圖1A所示，以熱源H為地熱來說，液態狀的第二工作介質M2透過第二 加壓裝置8升壓後經管路P輸送至取熱裝置9的第一流道P1(圖2)時，第一流道P1內的第二工作介質M2可吸收熱能而被加熱成高溫，並經由迴流道P3回流而由第三端部E3進入第二管體92內，再經由第二流道P2經管路P回流至蒸發裝置5。再以圖1B的發電系統Ga為例，液態狀的第一工作介質M1透過第一加壓裝置4升壓後經管路P輸送至取熱裝置9的第一流道P1(圖2)時，第一流道P1內的第一工作介質M1可吸收熱能而被加熱成高溫，並經由迴流道P3回流而由第三端部E3進入第二管體92內，再經由第二流道P2經管路P回流至膨脹動力裝置2。

由於第一管部921內高溫的工作介質的熱能可能會由第一流道P1並透過第一管部921的管壁傳導至第二流道P2內而降低熱效率，為了避免此現象，請參照圖2及圖3所示，本實施例的間隔件93設置於第一管部921的外圍，且間隔件93位於第一流道P1與第二流道P2之間，並使間隔件93與第一管部921形成一真空空間S。透過間隔件93與第一管部921形成的真空空間S，可隔絕熱能的傳導，避免第一管部921內高溫的工作介質的熱能透過第一管部921(及間隔件93)的管壁傳導至第二流道P2內。

如圖3所示，在一些實施例中，可透過真空泵並利用真空閥門V抽取間隔件93與第一管部921所形成空間內的空氣，使間隔件93與第一管部921所形成的空間為真空狀態，以達到真空隔熱的效果。其中，真空隔熱主要是消除流體(工作介質)的對流熱傳與殘餘氣體(通常為空氣)的熱傳導，其隔熱結構主要的熱傳方式為輻射熱。為了降低輻射熱傳效應，在真空區域的第一管部921及間隔件93的壁面上可以採用低放射率的材料來製作，或是在材料(例如碳鋼或不鏽鋼等)表面塗佈低放射率的材質(例如銀、鋁、或銅等)，並對材料表面做拋光與清潔處理，盡可能降低其放射率。因此，間隔件93與第一管部921形成的真空狀態可阻斷熱能由第二流道P2傳遞到第一流道P1，避免熱能的損失，進而可提高發電系統G的整體效率。

在圖2的實施例中，間隔件93與第一管部921所構成真空空間S可以只是單純的真空狀態(沒有設置構件)，然並不以此為限，在不同的實施例中，真空空間S內也可以設置一些構件，進而提高隔熱性能。

請參照圖4所示，其為本發明之取熱裝置中，間隔件93與第一管部921形成真空空間S的一實施例結構示意圖。圖4的實施例是採用多層隔熱的方式，以多層大致平行於間隔件93與第一管部921壁面的隔板結構來降低輻射熱，提高隔熱性能。

在圖4的實施例中，取熱裝置更可包括多個隔板96，該些隔板96間隔設置於間隔件93與第一管部921所形成的真空空間S。於此，該些隔板96大致上平行且間隔設置於間隔件93與第一管部921的壁面之間，且各隔板96的延伸方向與第一管部921(或間隔件93)的延伸方向相同。其中，該些隔板96可採用低熱傳導係數的材料，例如但不限於玻璃纖維、尼龍網、或尼龍纖維等。由於要準確計算兩隔板96之間、間隔件93、第一管部921的管壁與隔板96之間的輻射熱傳導、材質間的熱傳導、以及隔熱空間及少量氣體間的熱傳導較為困難，因此，在熱傳導的評估上會採用有效熱傳導方式來分析。以圖4為例子，在真空空間S內裝設有5片隔板96，當內部達成熱平衡狀態時，即表示內部間的熱通量(q)皆相同(即q1=q2=q3=q4=q5=q6)。

假設隔板96的放射率是相同的情況下，其熱通量可以下式表示之：

其中，ls與rs表示左右兩側隔板96、或管壁與隔板96、σ表示波茲曼常數、ε表示材料放射率。將每個熱通量(q1~q6)相加後可得：

在此，k表示真空空間S內有k層的隔板96(本實施例的k值等於5)。從上述的方程式可以得知，在真空隔熱空間內裝設了k層隔板96後，其輻射熱傳量就可減少了1/(1+k)(本實施例減少1/6)。因此，在間隔件93與第一管部921之間設置多個間隔設置的隔板96可以降低輻射熱，更可提高真空空間S的隔熱性能。

此外，請再參照圖2所示，本實施例的取熱裝置9更可包括一保護吸熱層95，保護吸熱層95設置於第一管體91之外側壁的至少一部分。於此，保護吸 熱層95設置於第一管體91之外側壁中，與熱源H接觸的區域。保護吸熱層95可因應熱源環境採用適當的材料，除了可保護第一管體91的外側壁外，同時還有協助熱能吸收的功能。舉例來說，當應用於地熱取熱時，保護吸熱層95除了可協助吸熱外，還可避免非中性的熱源腐蝕第一管體91；當應用於太陽熱能取熱時，保護吸熱層95除了可協助吸熱外，還可避免環境(例如水氣、鹽份或腐蝕氣體等)鏽蝕第一管體91。本實施例的保護吸熱層95是以可避免非中性的地熱熱源腐蝕第一管體91為例。保護吸熱層95的材料選擇例如須符合耐酸鹼、高熱傳導的特性，例如但不限於陶瓷薄膜、或其他抗腐蝕或抗鏽蝕的塗層或材料，以降低取熱裝置9整體的成本。在一些實施例中，氮化硼屬於非氧系陶瓷材料，其等軸晶系的氮化硼結構與鑽石相近，其硬度亦僅次於鑽石材料，且其熱傳熱係數相當高，熱物理安定性與化學穩定性也很高，是相當不錯的保護吸熱層95材料。此外，在不同的應用例中，例如應用於太陽能發電系統的取熱時，第一管體91的外側壁可以全部設置有保護吸熱層95，除了可以保護第一管體91外，保護吸熱層95也可包括有協助太陽熱能吸收的材料或粒子，藉此協助熱能的吸收。在一些實施例中，保護吸熱層95可為單層，在該單層中可包括有抗腐蝕或抗鏽蝕的材料，同時包括有協助吸熱或導熱的材料或粒子；在一些實施例中，保護吸熱層95可為多膜層構成，其中一膜層可包括有抗腐蝕或抗鏽蝕的材料，其中另一膜層可包括有協助吸熱或導熱的材料或粒子，本發明並不限制。

圖5至圖7分別為本發明不同實施例之取熱裝置的示意圖。如圖5所示，本實施例的取熱裝置9a與前述實施例的取熱裝置9其元件組成及各元件的連接關係大致相同。不同之處在於，在本實施例的取熱裝置9a中，更可包括一熱傳導件94，熱傳導件94位於第一流道P1內，並且設置於第二管體92與第一管體91之間。於此，熱傳導件94設置於第二管部922與第一管體91之間。藉由熱傳導件94可有效擷取熱源H的熱能。熱傳導件94不可與工作介質產生化學變化，其材料例如但不限包括銀、銅、金、鋁、鐵等高導熱金屬材料、或其組合。在一些實施例中，採用高導熱材料(例如銅)製成之金屬濾網除了可有效擷取熱源H的熱能外，還可降低流阻，提升熱傳導量。

另外，如圖6所示，本實施例的取熱裝置9b與前述實施例的取熱裝置9a其元件組成及各元件的連接關係大致相同。不同之處在於，在本實施例的取熱裝置9b中，熱傳導件94除了設置於第二管體92與第一管體91之間外，熱傳導件94更設置於迴流道P3，藉此可更提升熱傳導量。

另外，如圖7所示，本實施例的取熱裝置9c與前述實施例的取熱裝置9a其元件組成及各元件的連接關係大致相同。不同之處在於，在本實施例的取熱裝置9c中，熱傳導件94具有多個通孔h，且流過第一流道P1的工作介質可以流過該些通孔h，並經由該些通孔h流至迴流道P3。本實施例的熱傳導件94可選用高密度孔隙的金屬材料而具有多個通孔h，例如採用蜂巢狀的鋁製夾層合板且裝設在第一流道P1中。在一些實施例中，也可用採用高熱傳導係數的銅、銀、鐵或其合金，且不會與工作介質產生化學變化的材質(銅金屬較佳)。藉由熱傳導件94的該些通孔h可增加熱傳表面積，並且可增加工作介質的流阻，讓工作介質通過通孔h時，熱源H能充分將熱能傳導給工作介質，提升熱傳量。當然，在不同的實施例中，熱傳導件94具有多個通孔h的技術手段也可應用於迴流道P3內。

另外，圖8為本發明一實施例之取熱裝置設置於熱源層的示意圖。在一些應用例中，如圖8所示，本實施例之取熱裝置7可設置於一熱源層6(例如但不限於為地熱層)。其中，熱源層6具有一表面61，而取熱裝置7可與熱源層6之表面61之間形成一夾角θ，夾角θ可大於0度、且小於或等於90度(0°<θ

90°)。換句話說，取熱裝置7不僅可垂直方式(夾角θ為90°時)設置於熱源層6中以進行取熱外，也可根據實際熱源的狀況改變取熱裝置7設置時的傾斜角度(即0°<θ<90°)。本實施例之取熱裝置7可為上述實施例之取熱裝置9、9a、9b、或9c，或其變化態樣，具體技術內容已於上述中詳述，在此不再多作說明。

承上，本案之取熱裝置的應用範圍相當的廣，由於是採用間接取熱方式，因此，除了地熱能之外，對於熱源有腐蝕性、污染性、放射性、或雜質性高等熱汙染源，皆可使用取熱裝置來獲得所需熱能，以加熱流動於其內的工作介質，不僅可避免熱能的損失而提高發電效率，還可避免發電系統設備及管路發生不必要的問題(例如腐蝕)。本案可適用於任何熱源與非中性流體，可利用的熱 源範圍相當廣泛，熱源的溫度可適用於低溫(例如70℃)至中高溫(例如450℃)，以將熱源回收後產生電力。

綜上所述，在本發明的取熱裝置中，間隔件設置於第一管部的外圍，第二管體與第一管體之間形成第一流道，第二管體的內部形成第二流道，且間隔件位於第一流道與第二流道之間，並與第一管部形成真空空間。藉此，本發明利用兩個流道間的間隔件與第一管部形成的真空空間可以阻斷熱能在兩流道之間傳遞，藉此避免熱能的損失，進而可提高發電效率。另外，本發明的發電系統是利用加壓裝置將工作介質傳輸至取熱裝置，而取熱裝置是採用間接熱交換的方式來加熱工作介質，藉此形成間接取熱的循環發電系統。因此，可避免習知技術採用直接取熱的問題，且發電系統的各部件及管道不會與熱源直接接觸，因此不會有熱源腐蝕發電系統設備及管路的問題發生。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。

9:取熱裝置

91:第一管體

92:第二管體

921:第一管部

922:第二管部

93:間隔件

95:保護吸熱層

E1:第一端部

E2:第二端部

E3:第三端部

E4:第四端部

F:流動方向

H:熱源

P1:第一流道

P2:第二流道

P3:迴流道

S:真空空間

V:閥門

Claims (19)

1. 一種取熱裝置，包括：一第一管體，具有一第一端部及與該第一端部相對的一第二端部；一第二管體，設置於該第一管體內，該第二管體具有一第一管部及與該第一管部連接之一第二管部，該第一管部由該第一端部往該第二端部的方向延伸，且該第二管部遠離該第一管部的一第三端部鄰近該第二端部；一間隔件，設置於該第一管部的外圍；以及多個隔板，設置於該間隔件與該第二管體的該第一管部之間；其中，該第二管體與該第一管體之間形成一第一流道，該第二管體的內部形成一第二流道，該間隔件位於該第一流道與該第二流道之間，並與該第一管部形成一真空空間；該些隔板彼此平行且間隔設置於該真空空間。
2. 如請求項1所述的取熱裝置，其中該真空空間的該第一管部及該間隔件的壁面採用低放射率材料製作；或在該真空空間的該第一管部及該間隔件的表面塗佈一低放射率材料。
3. 如請求項1所述的取熱裝置，其中該第二管部遠離該第一管部的該第三端部與該第二端部之間形成一迴流道，一工作介質依序流過該第一流道、該迴流道及該第二流道。
4. 如請求項3所述的取熱裝置，更包括：一熱傳導件，設置於該第二管體與該第一管體之間。
5. 如請求項4所述的取熱裝置，其中該熱傳導件更設置於該迴流道。
6. 如請求項4所述的取熱裝置，其中該熱傳導件具有多個通孔，一工作介質流過該些通孔。
7. 如請求項4所述的取熱裝置，其中該熱傳導件包括金屬濾網、或蜂巢狀的夾層合板。
8. 如請求項1所述的取熱裝置，更包括：一保護吸熱層，設置於該第一管體之外側壁的至少一部分。
9. 一種發電系統，包括一發電裝置、一膨脹動力裝置、一冷凝裝置、一第一加壓裝置、一蒸發裝置、一第二加壓裝置以及一取熱裝置，該膨脹動力裝 置用以驅動該發電裝置發出電力，該膨脹動力裝置與該冷凝裝置、該冷凝裝置與該第一加壓裝置、該第一加壓裝置與該蒸發裝置、以及該蒸發裝置與該膨脹動力裝置分別透過一管路連接，該第一加壓裝置提供一第一工作介質的傳輸動力，使該第一工作介質透過該些管路依序於該蒸發裝置、該膨脹動力裝置、該冷凝裝置及該第一加壓裝置之間循環流動；該蒸發裝置與該第二加壓裝置、該第二加壓裝置與該取熱裝置、以及該取熱裝置與該蒸發裝置分別透過另一管路連接，且該第二加壓裝置提供一第二工作介質的傳輸動力，使該第二工作介質透過該些另一管路依序於該取熱裝置、該蒸發裝置及該第二加壓裝置之間循環流動；其中，該取熱裝置包括：一第一管體，具有一第一端部及與該第一端部相對的一第二端部；一第二管體，設置於該第一管體內，該第二管體具有一第一管部及與該第一管部連接之一第二管部，該第一管部由該第一端部往該第二端部的方向延伸，且該第二管部遠離該第一管部的一第三端部鄰近該第二端部；一間隔件，設置於該第一管部的外圍；以及多個隔板，設置於該間隔件與該第二管體的該第一管部之間；其中，該第二管體與該第一管體之間形成一第一流道，該第二管體的內部形成一第二流道，該間隔件位於該第一流道與該第二流道之間，並與該第一管部形成一真空空間；該些隔板彼此平行且間隔設置於該真空空間。
10. 一種發電系統，包括一發電裝置、一膨脹動力裝置、一冷凝裝置、一第一加壓裝置以及一取熱裝置，該膨脹動力裝置用以驅動該發電裝置發出電力，該膨脹動力裝置與該冷凝裝置、該冷凝裝置與該第一加壓裝置、該第一加壓裝置與該取熱裝置、以及該取熱裝置與該膨脹動力裝置分別透過一管路連接，該第一加壓裝置提供一第一工作介質的傳輸動力，使該第一工作介質透過該些管路依序於該取熱裝置、該膨脹動力裝置、該冷凝裝置及該第一加壓裝置之間循環流動；其中，該取熱裝置包括：一第一管體，具有一第一端部及與該第一端部相對的一第二端部； 一第二管體，設置於該第一管體內，該第二管體具有一第一管部及與該第一管部連接之一第二管部，該第一管部由該第一端部往該第二端部的方向延伸，且該第二管部背向該第一管部的一第三端部鄰近該第二端部；一間隔件，設置於該第一管部的外圍；以及多個隔板，設置於該間隔件與該第二管體的該第一管部之間；其中，該第二管體與該第一管體之間形成一第一流道，該第二管體的內部形成一第二流道，該間隔件位於該第一流道與該第二流道之間，並與該第一管部形成一真空空間；該些隔板彼此平行且間隔設置於該真空空間。
11. 如請求項9或10所述的發電系統，其中該真空空間的該第一管部及該間隔件的壁面採用低放射率材料製作；或在該真空空間的該第一管部及該間隔件的表面塗佈一低放射率材料。
12. 如請求項9所述的發電系統，其中該第二管部遠離該第一管部的該第三端部與該第二端部之間形成一迴流道，該第二工作介質依序於該第一流道、該迴流道及該第二流道之間流動。
13. 如請求項10所述的發電系統，其中該第二管部遠離該第一管部的該第三端部與該第二端部之間形成一迴流道，該第一工作介質依序於該第一流道、該迴流道及該第二流道之間流動。
14. 如請求項12或13所述的發電系統，其中該取熱裝置更包括一熱傳導件，該熱傳導件設置於該第二管體與該第一管體之間。
15. 如請求項14所述的發電系統，其中該熱傳導件更設置於該迴流道。
16. 如請求項14所述的發電系統，其中該熱傳導件具有多個通孔，該第二工作介質流過該些通孔。
17. 如請求項14所述的發電系統，其中該熱傳導件包括金屬濾網、或蜂巢狀的夾層合板。
18. 如請求項9或10所述的發電系統，其中該取熱裝置更包括一保護吸熱層，該保護吸熱層設置於該第一管體之外側壁的至少一部分。
19. 如請求項9或10所述的發電系統，其中該取熱裝置設置於一熱源層，該熱源層具有一表面，該取熱裝置與該表面之間具有一夾角，該夾角大於0度、小於或等於90度。

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