热能回收装置的制作方法

本发明关于一种热能回收装置，特别是有关于一种吸收辐射热的热能回收装置。

背景技术：

自工业革命以来，人们常借由燃烧的方式取得能量，进而制造出其它产品。然而，在工业燃烧设备中，除了直接取得的能量以外，仍会产生许多辐射热。目前国内五大工业辐射热分别为金属冶炼厂、玻璃面板厂、水泥厂、石化厂及造纸厂。由于制程操作常在摄氏数百度并至上千度的温度条件下，因此未利用到的热能多以热辐射方式逸散于环境当中。

然而，传统上因未有相对应的回收机制，故这些辐射热被视为无法回收再利用的废热。例如钢铁冶炼的连续铸造制程的上游工艺中，温度可达摄氏1000度。而在下游热轧工艺中，其盘卷热处理时温度仍可达摄氏500度。另外在水泥、造纸等产业中，工艺常设置旋窑燃烧系统，虽然炉体用耐火材料披覆保温，其窑体外壳仍有摄氏300度的温度。上述的工业工艺中，都有一个共通的特性，就是工艺是属连续式，且对象连续移动，无法用接触式的装置进行废热回收，因此工艺中的环境皆会释放高辐射废热能。

因此，有业者借由用以吸收太阳辐射热的太阳能集热板来进行废热回收。然而，目前市售的太阳能集热板经短期取热600小时测试后，发现太阳能集热板有形状变形的损坏情形发生，故无法承受工业辐射热的强度与长期运转的环境条件。然而，耐热温度高的材质其导热系数通常较低，故不易兼顾集热板的寿命及热能回收效率。

技术实现要素：

本发明提出一种热能回收装置，借由结构的配置及材质的选择以避免热能回收装置的变形，同时具备辐射热高吸收效能的特性。

本发明提出一种热能回收装置，包括一外框、至少一第一管体及至少一第 二管体。外框具有一热穿透侧及一容置空间。第一管体设置于容置空间内。第一管体包括一第一材质。第二管体设置于容置空间内。第二管体比第一管体远离热穿透侧，且与第一管体异轴。第二管体包括一第二材质，第一材质的耐热温度大于第二材质的耐热温度。第二材质的热传导系数大于第一材质的热传导系数。

其中，该第一材质的耐热温度为摄氏500度至摄氏700度。

其中，该第二材质的耐热温度为摄氏300度至摄氏500度。

其中，该第二材质的热传导系数为100WmK以上。

其中，更包括一第一热吸收层及一第二热吸收层，该第一热吸收层包覆于该至少一第一管体的周围，该第二热吸收层包覆于该至少一第二管体的周围。

其中，该第一热吸收层所包括的材质选自于不锈钢、不锈钢的氧化物、不锈钢的氮化物、铁、铁的氧化物、铁的氮化物、铬、铬的氧化物、铬的氮化物、钨、钨的氧化物、钨的氮化物、陶瓷金属及其组合所构成的群组，该第二热吸收层所包括的材质选自于树脂掺杂涂料、碳黑掺杂涂料、二氧化硅掺杂涂料、铝、铝的氧化物、铝的氮化物、钛、钛的氧化物、钛的氮化物、钨、钨的氧化物、钨的氮化物及其组合所构成的群组。

其中，该外框包括一透光板及一框体，该透光板装设于该框体上以形成该容置空间，该透光板形成该外框的该热穿透侧。

其中，该外框更包括一反射层，设置于该框体内，且面向该至少一第一管体及该至少一第二管体。

其中，该外框更包括一隔热层，设置于该框体内，且面向该至少一第一管体及该至少一第二管体。

其中，该外框更包括一隔热层及一反射层，都设置于该框体内，且皆面向该至少一第一管体及该至少一第二管体，该隔热层设置于该框体及该反射层之间。

其中，该第一材质选自于陶瓷、陶瓷金属、不锈钢、钛金属、钛合金及其组合所构成的群组，该第二材质选自于铜、铝、铝镁合金、铝合金及其所合所构成的群组。

其中，该至少一第一管体的数量为多个，该至少一第二管体的数量为多个，各该第二管体投影至该热穿透侧的投影位置的中心与各该第一管体投影至该热 穿透侧的投影位置的中心错开。

其中，该至少一第一管体的数量为多个，该至少一第二管体的数量为多个，各该第一管体的外径为10mm～30mm，相邻二个该些第一管体的中心之间的距离为各该第一管体的外径的1.2倍距离至2倍距离，各该第二管体的外径为10mm～30mm，各该第二管体的中心与最接近的该些第一管体的其中一者的中心的距离为各该第一管体及各该第二管体的外径总和的0.6倍距离至1倍距离。

其中，更包括一第一出液管、一第二出液管、一第一入液管及一第二入液管，该至少一第一管体的数量为多个，该至少一第二管体的数量为多个，该些第一管体的一端连接于该第一出液管，该些第一管体的另一端连接于该第一入液管，该些第二管体的一端连接于该第二出液管，该些第二管体的另一端连接于该第二入液管。

其中，更包括一第一热交换器、一第二热交换器、一第一流体驱动装置及一第二流体驱动装置，该至少一第一管体与该第一热交换器及该第一流体驱动装置相连而形成一第一循环回路，该至少一第二管体与该第二热交换器及该第二流体驱动装置相连而形成一第二循环回路。

其中，更包括一热交换器及一流体驱动装置，该至少一第一管体及该至少一第二管体共同与该热交换器及该流体驱动装置相连，而形成一循环回路，于该循环回路中，该至少一第一管体与该至少一第二管体并联。

其中，该外框、该至少一第一管体及该至少一第二管体形成一封闭空间。

根据本发明的热能回收装置，借由耐热温度较高的第一管体设置于较接近热穿透侧，能够避免高强度的辐射热造成第一管体变形，而在第一管体吸收高强度的辐射热后，较低强度的辐射热可借由具有较高热传导能力的第二管体进一步快速吸收，而可提高整体的辐射热吸收效率。而且，于突然面临到极高温的高度热冲击环境下，第一管体可及时抵御此热冲击而不损坏，第二管体也可及时逸散第一管体所承受的热冲击，因而提升整体的耐热冲击能力。

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绘示依照本发明的一实施例的热能回收装置的局部侧视剖面示意图。

图2绘示图1的热能回收装置的沿II-II剖面的局部俯视剖面示意图。

图3绘示图1的热能回收装置的架构示意图。

图4绘示依照本发明的另一实施例的热能回收装置的架构示意图。

图5绘示依照本发明的另一实施例的热能回收装置的局部侧视剖面示意图。

其中，附图标记：

10、20、30 热能回收装置

110 第一管路

110a 第一管体

110b 第一热吸收层

120 第二管路

120a 第二管体

120b 第二热吸收层

130 外框

130a 热穿透侧

130b 封闭空间

131 框体

132 隔热层

133 反射层

134 透光板

141 第一出液管

142 第一入液管

151 第二出液管

152 第二入液管

160 热交换器

170 流体驱动装置

181、182、183 连接管路

261 第一热交换器

262 第二热交换器

271 第一流体驱动装置

272 第二流体驱动装置

281、282、283、284、285、286 连接管路

390 第三管路

390a 第三管体

390b 第三热吸收层

D1、D2、D3 外径

H 辐射热

W1、W2、W3 距离

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求范围及图式，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。此外，本案的图式中的元件比例关系仅为示意以便于说明，而非用以限制本发明的范畴。

请参照图1、图2及图3，图1绘示依照本发明的一实施例的热能回收装置10的局部侧视剖面示意图，图2绘示图1的热能回收装置10的沿II-II剖面的局部俯视剖面示意图，图3绘示图1的热能回收装置10的架构示意图。于本实施例中，热能回收装置10包括多个第一管路110、多个第二管路120、一外框130、一第一出液管141、一第一入液管142、一第二出液管151、一第二入液管152、一热交换器160、一流体驱动装置170及多个连接管路181、182、183。

如图1及图2所示，外框130具有一热穿透侧130a及一容置空间。其中，外框130包括一框体131、一隔热层132、一反射层133及一透光板134。透光板134装设于框体131上而形成容置空间。透光板134形成外框130的一热穿透侧130a。热源的辐射热H可从热穿透侧130a进入容置空间内。反射层133设置于框体131并位于容置空间内。隔热层132设置于框体131及反射层133之间。

第一管路110及第二管路120设置于外框130且位于容置空间内。第一管路110与第二管路120异轴，也就是二者轴心错开而不重迭。第二管路120比 第一管路110远离热穿透侧130a。各个第二管路120投影至热穿透侧130a的投影位置的中心与各个第一管路110投影至热穿透侧130a的投影位置的中心错开。反射层133面向第一管路110及第二管路120。隔热层132也面向第一管路110及第二管路120。外框130、第一管路110及第二管路120可形成一流通空间。于外框130与第一管路110之间有空隙及外框130与第二管路120之间有空隙时，流通空间可经由此些空隙与外框以外的空间连通。外框130、第一管路110及第二管路120也可形成一封闭空间130b。封闭空间130b内可包含静滞而较不流动的气体，例如空气或氮气等，或者可为接近真空条件，借此可减缓封闭空间130b内的热对流的情形发生。

各个第一管路110包括一第一管体110a及一第一热吸收层110b。第一管体110a以一第一材质制成，且用以流通一第一流体。第一热吸收层110b包覆于第一管体110a的周围。于本实施例中，第一管体110a的第一材质可为陶瓷、陶瓷金属(Cermet)、不锈钢、钛金属、钛合金等具高耐热温度的材质。第一材质的耐热温度为变形前的温度上限，可为摄氏500度至摄氏700度之间。第一热吸收层110b的材质可为不锈钢、铁、铬、钨等的金属、其氧化物或其氮化物、陶瓷金属等材质。

各个第二管路120包括一第二管体120a及一第二热吸收层120b。第二管体120a以一第二材质制成，且用以流通一第二流体。第一材质的耐热温度大于第二材质的耐热温度。第二材质的热传导系数大于第一材质的热传导系数。第二热吸收层120b包覆于第二管体120a的周围。于本实施例中，第二管体120a的第二材质可为铜、铝、铝镁合金、铝合金等具高度热传导性质的材质。第二材质的耐热温度为变形前的温度上限，可为摄氏300度至摄氏500度之间。第二材质的热传导系数可为100W/mK以上。第二热吸收层120b的材质可为树脂、碳黑、二氧化硅等有机掺杂涂料或无机掺杂涂料，或者铝、钛、钨等金属氧化物、氮化物等材质。第一热吸收层110b及第二热吸收层120b可相同亦可相异。

为了标示清楚，图1所示的第一热吸收层110b及第二热吸收层120b的厚度为夸张的绘制方式。于本实施例中，第一热吸收层110b的厚度可远小于第一管体110a的外径，故第一管路110的外径D1与第一管体110a的外径相近。第二热吸收层120b的厚度可远小于第二管体120a的外径，故第二管路120的外径D2与第二管体120a的外径相近。各个第一管路110的外径D1可为10 mm～30mm。相邻二个第一管路110的中心之间的距离W1可为第一管路110的外径D1的1.2倍距离至2倍距离。各个第二管路120的外径D2可为10mm～30mm。各个第二管路120的中心与此些第一管路110中最接近的一第一管路110的中心的距离W2可为第一管路的外径D1及第二管路的外径D2的总和的0.6倍距离至1倍距离，也就是0.6(D1+D2)≤W2≤(D1+D2)。其中，距离W1大于外径D1，但小于外径D1及外径D2之和。借由此尺寸配置，热能回收装置10可完整回收热源的辐射热H，进而可提升热能回收装置10的热能回收效率。

如图2及图3所示，第一管体110a的一端连接于第一出液管141，该些第一管体110a的另一端连接于第一入液管142。第二管体120a的一端连接于第二出液管151，第二管体120a的另一端连接于第二入液管152。于本实施例中，第一出液管141、第一入液管142、第二出液管151及第二入液管152皆可设置于外框130之外，但并非限定于此。于其它实施例中，第一出液管141、第一入液管142、第二出液管151及第二入液管152也可设置于外框130的容置空间之内。

如图3所示，第一出液管141及第二出液管151共同连接至连接管路181，进而连接至热交换器160。热交换器160可经由连接管路182连接至流体驱动装置170。流体驱动装置170可经由连接管路183而共同连接至第一入液管142及第二入液管152。借由上述管路配置而形成一循环回路。于此循环回路中，第一管体110a与第二管体120a为并联关系。流体驱动装置170可包括泵浦及储存装置。泵浦可提供流体流动的动力，而储存装置可储存多余的流体。于本实施例中，第一流体及第二流体相同，且可于循环回路中流通。第一流体及第二流体可为常见的热交换工作流体，或为水、空气、热煤油等流体。

如图1、图2及图3所示，热源的辐射热H可从外框130的热穿透侧130a进入容置空间内。由于第一管路110接近热穿透侧130a，故第一热吸收层110b可吸收大部分的辐射热H，并进一步将热能传递至第一管体110a及其内流通的第一流体。而且，第一管路110的第一管体110a的第一材质为具有高耐热性质的材质，故于大量吸收辐射热H而升温时可耐久不变形。

未由第一管路110吸收的辐射热H以及第一管路110本身所逸散的辐射热，可借由位置与第一管路110错开的第二管路120吸收。由于大量的辐射热H先 被第一管路110吸收，故第二管路120所需吸收的热辐射的热能及强度可小于第一管路110。第二管路120的第二管体120a的第二材质可选用具有高度热传导性质的材质，以利加速将热能传递至第二流体。未由第一管路110及第二管路120吸收的辐射热H以及第一管路110与第二管路120本身所逸散的辐射热，则可借由反射层133进一步反射至第一管路110及第二管路120以再次吸收。而且，隔热层132可减缓热能从封闭空间130b逸散至外部环境的情形。借此配置，热能回收装置10可较完整回收热源的辐射热H，进而可提升热能回收装置10的热能回收效率。

流体驱动装置170则可经由连接管路183驱动第一流体及第二流体分别于第一管体110a及第二管体120a内流动。因此，第一流体及第二流体分别于第一管体110a及第二管体120a内吸收热能之后，可受到流体驱动装置170的驱动而流向连接管路181，再进一步流至热交换器160进行放热。使用者可于热交换器160取得热能回收装置10从热源的辐射热H回收的热能。于热交换器160进行放热后的第一流体及第二流体，可经由连接管路182流至流体驱动装置170，而完成循环回路内的一循环。

请参照图4，绘示依照本发明的另一实施例的热能回收装置20的架构示意图。热能回收装置20与图1及图2中的热能回收装置10类似，也包括如图1及图2所示的多个第一管路110、多个第二管路120、一外框130、一第一出液管141、一第一入液管142、一第二出液管151及一第二入液管152。然而相异的是，于本实施例中，热能回收装置20另外包括一第一热交换器261、一第二热交换器262、一第一流体驱动装置271、一第二流体驱动装置272及多个连接管路281、282、283、284、285、286。由于本实施例的热能回收装置20的多个第一管路110、多个第二管路120、一外框130、一第一出液管141、一第一入液管142、一第二出液管151及一第二入液管152与图1及图2所示的热能回收装置10类似，而在此不加以赘述。

如图4所示，第一出液管141连接至连接管路281，进而连接至第一热交换器261。第一热交换器261可经由连接管路282连接至第一流体驱动装置271。第一流体驱动装置271可经由连接管路283而连接至第一入液管142。借由上述管路配置而形成一第一循环回路供第一流体流通。

第二出液管151连接至连接管路284，进而连接至第二热交换器262。第二 热交换器262可经由连接管路285连接至第二流体驱动装置272。第二流体驱动装置272可经由连接管路286而连接至第二入液管152。借由上述管路配置而形成一第二循环回路供第二流体流通。于本实施例中，第一流体可与第二流体分别为常见的热交换工作流体，或为水、空气、热煤油等流体。第一流体及第二流体可相同亦可相异。

第一流体驱动装置271则可经由连接管路283驱动第一流体于第一管体110a内流动。因此，第一流体于第一管体110a内吸收热能之后，可受到第一流体驱动装置271的驱动而流向连接管路281，再进一步流至第一热交换器261进行放热。使用者可于第一热交换器261取得热能回收装置20所回收的热能。于第一热交换器261进行放热后的第一流体，可经由连接管路282流至第一流体驱动装置271，而完成第一循环回路内的一循环。

第二流体驱动装置272则可经由连接管路286驱动第二流体于第二管体120a内流动。因此，第二流体于第二管体120a内吸收热能之后，可受到第二流体驱动装置272的驱动而流向连接管路284，再进一步流至第二热交换器262进行放热。使用者可于第二热交换器262取得热能回收装置20所回收的热能。于第二热交换器262进行放热后的第二流体，可经由连接管路285流至第二流体驱动装置272，而完成第二循环回路内的一循环。

请参照图5，绘示依照本发明的另一实施例的热能回收装置30的局部侧视剖面示意图。热能回收装置30与图1、图2、图3及图4所示的热能回收装置10、20相似。然而，本实施例中的热能回收装置30更包括多个第三管路390。

第三管路390设置于外框130且位于容置空间内。第一管路110、第二管路120及第三管路390异轴，也就是二者轴心错开而不重迭。第三管路390比第二管路120远离由透光板134所形成热穿透侧130a。各个第三管路390投影至热穿透侧130a的投影位置的中心与各个第二管路120投影至热穿透侧130a的投影位置的中心错开。反射层133面向第一管路110、第二管路120及第三管路390。隔热层132也面向第一管路110、第二管路120及第三管路390。外框130、第一管路110、第二管路120及第三管路390形成一封闭空间130b。封闭空间130b内可包含静滞而较不流动的气体，例如空气或氮气等，或者可为接近真空条件，借此可减缓封闭空间130b内的热对流的情形发生。

各个第三管路390包括一第三管体390a及一第二热吸收层390b。第三管 体390a以一第三材质制成，且用以流通一第三流体。第三热吸收层390b包覆于第三管体390a的周围。于本实施例中，第三管体390a的第三材质可为高热传导性质的材质，或与第二管体相同材质。第三材质的耐热温度为变形前的温度上限，可为摄氏300度至摄氏500度之间或摄氏300度以下。第三材质的热传导系数可为100W/mK以上。第三热吸收层390b的材质可与第二热吸收层120b相同材质。

为了标示清楚，图5所示的第一热吸收层110b、第二热吸收层120b及第三热吸收层390b的厚度为夸张的绘制方式。于本实施例中，第一热吸收层110b的厚度可远小于第一管体110a的外径，故第一管路110的外径与第一管体110a的外径相近。第二热吸收层120b的厚度可远小于第二管体120a的外径，故第二管路120的外径与第二管体120a的外径相近。第三热吸收层390b的厚度可远小于第三管体390a的外径，故第三管路390的外径D3与第三管体390a的外径相近。各个第三管路390的外径D3可为10mm～30mm。各个第三管路390的中心与此些第二管路120中最接近的一第二管路120的中心的距离W3可为第二管路的外径D2及第三管路的外径D3的总和的0.6倍距离至1倍距离，也就是0.6(D2+D3)≤W3≤(D2+D3)。

综上所述，本发明的热能回收装置，能够借由耐热温度较高的管体设置于较接近热穿透侧，而能够避免高强度的辐射热造成较接近热穿透侧的管体变形，而在较接近热穿透侧的管体吸收高强度的辐射热后，较低强度的辐射热可借由具有较高热传导能力的管体进一步快速吸收，而可提高整体辐射热回收效率。

当然，本发明还可有其它多种实施例，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权利要求的保护范围。