一种集热元件及集热装置的制作方法

本发明涉及太阳能光热利用技术领域，特别涉及太阳能集热装置，具体涉及一种集热元件及集热装置。

背景技术：

集热元件(hce)是太阳能槽式热发电聚光器的组成部件。槽式聚光器通过用凹面镜将太阳光聚集到一条焦线上。在这条焦线的位置放置集热元件，可将太阳辐射转化成热能。

目前，集热元件已经实现商业化，典型结构包含一支不锈钢管和与其同心安装的玻璃管。在不锈钢管上镀太阳能选择性吸收涂层以提高效率，硼硅玻璃管内外壁均镀减反射涂层，增加太阳辐射对玻璃外管的透过率，提高集热管性能。

玻璃管和不锈钢管之间形成一个环形空间。

为了进一步提高效率，这个环形空间于两端密封并抽真空。

环形空间的密封是通过在不锈钢管和硼硅玻璃管之间安装膨胀补偿装置来实现的。膨胀装置通过不锈钢连接环，一端与玻璃管相连，另一端与不锈钢管相连。

有了膨胀装置，不锈钢管和玻璃管之间的线膨胀量差异问题得以解决。

上述技术在美国专利1,946,184、ep282281(a1)中已有详细描述。

另外，日本专利jp58-98561(u)提出了一种将波纹管至于中央金属管和玻璃罩管之间的太阳能集热管。这种结构的优点是可以增加集热管的有效长度。

美国专利4,886,048描述了一种用铂金薄膜作为氢吸收装置的集热元件。

在美国专利6,705,311b1中，介绍了安装屏蔽装置的必要性，防止内部辐射加热玻璃金属过渡件。

美国专利7,013,887描述了一种槽式抛物面集热器用的集热管。这份专利描述了如何安装波纹管可以阻挡内部辐射加热玻璃金属过渡件。该专利也同样可以增加集热管的有效长度。波纹管(即膨胀装置)设置在玻璃套管和中央金属管形成的环形空间内。波纹管伸入环形空间，伸入深度需足够阻挡内辐射，否则内辐射将照到玻璃金属过渡件而引起破裂。

然而，上述技术已经出现了严重的问题。由于波纹管受辐射加热，且周围环境中的灰尘能够停留在波纹管内，应力腐蚀开裂经常发生。受到这个问题影响的集热元件超过一百万支， 需要更换。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种集热元件及集热装置，通过使用外置波纹管，可以避免污垢沉积在波纹管的波纹中。并且不让波纹管暴露是辐射下，可以避免辐射引起的应力腐蚀开裂。而通过将玻璃金属封接置于波纹管下方，同样可以增加集热元件的有效面积。

为达上述目的，本发明采取的具体技术方案是：

一种集热元件，包括：

至少一中央金属管；

环绕所述中央金属管的一玻璃管；

所述玻璃管的两端连接有玻璃金属过渡件；

所述中央金属管的两端环绕有折叠波纹管；在所述折叠波纹管内壁和所述中央金属管的外壁之间形成有第一环形空间；

所述玻璃金属过渡件至少部分插入到上述第一环形空间中。

优选地，所述玻璃金属过渡件完全插入到第一环形空间中，所述玻璃管部分插入第一环形空间中。

进一步地，所述折叠波纹管具有一内端和一外端；所述玻璃金属过渡件与一连接件的一端连接；该连接件的另一端与折叠波纹管的内端连接；所述折叠的波纹管的外端与一中央管接头的一端连接；所述中央管接头的另一端固接于所述中央金属管。

进一步地，所述连接件由一个或多个固接在一起的金属环构成。

在一种特殊的配置里，所述玻璃管两端的直径缩小到接近玻璃金属过渡件的端部大小。

在一种特殊的配置里，所述连接件为锥形。

在一种特殊的配置里，还包括安装于所述金属管和玻璃金属过渡件之间的一第一内部屏蔽。

在一种特殊的配置里，还包括安装于所述折叠波纹管和金属管之间的一第二内部屏蔽。

在一种特殊的配置里，所述折叠波纹管、连接件及中央管接头共同构成一膨胀补偿装置，所述膨胀补偿装置为锥形。

在一种特殊的配置里，所述第一内部屏蔽及所述第二内部屏蔽均设有反射涂层，用以减少热辐射，和/或将漏出的太阳辐射反射到中央金属管上。

在一种特殊的配置中，还包括以所述中央管接头为中轴线对称形成的另一端。

在一种特殊的配置中，所述中央管接头设有多个开口。

一种集热装置，包括前述的集热元件及一线性聚光器；所述集热元件放置于所述线性聚光器的焦线上。

进一步地，所述线性聚光器选自线性抛物面聚光器和菲涅尔式聚光器中的一种。

通过采取上述技术方案，将折叠波纹管外置，避免其受热辐射发生腐蚀开裂的现象，并且，连接折叠波纹管与玻璃管的连接结构设置于折叠波纹管下方，可有效增加集热面积。

附图说明

图1为集热装置整体结构图。

图2a为本发明一实施例中集热元件的结构示意图。

图2b为本发明一实施例中膨胀补偿装置的结构示意图。

图2c为本发明另一实施例中膨胀补偿装置的结构示意图。

图3为本发明另一实施例中集热元件中第一环形空间的形成示意图。

图4a为本发明又一实施例中集热元件的结构示意图。

图4b为本发明又一实施例中集热元件的结构示意图。

图5为本发明又一实施例中集热元件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图作详细说明如下。

如图1所示，集热元件2放置在线性抛物面聚光器1焦线上，构成一集热装置，在一些其他的实施例中，可采用其他类型的线性聚光器代替线性抛物面聚光器，例如菲涅尔式聚光器。

如图2a所示，在一实施例中，集热元件2包括：中央金属管3，其周围环绕玻璃管4；玻璃管4的两端直接和玻璃金属过渡件5焊接相连；连接中央金属管3和玻璃金属过渡件5的膨胀补偿装置15。

如图2b所示，膨胀补偿装置15可以使中央金属管3和玻璃金属过渡件5互相连接且可以沿长度方向相对滑动方向、保证玻璃金属过渡件5和中央金属管3之间的真空密封；其中膨胀补偿装置15包括折叠波纹管7、连接件6和中央管接头8。

折叠波纹管7环绕在中央金属管3周围，如图3所示，在折叠波纹管7和中央金属管3 之间形成有第一环形空间11。

在本实施例中，玻璃金属过渡件5完全插入到第一环形空间11中，玻璃管4部分插入第一环形空间11中。在一些其他的实施例中，玻璃金属过渡件5可至少部分插入到上述第一环形空间中11，也可同样实现本申请的目的。

折叠波纹管7具有内端9和外端10；如图2a所示，玻璃金属过渡件5焊接到连接件6上；连接件6的另一端焊接到折叠波纹管7的内端9；在其他一些实施例中，如图4a所示，还包括与连接件6连接的连接件12，可根据不同折叠波纹管的结构进行选择设置。连接件6和连接件12均由一个或多个焊接在一起的金属环构成。折叠波纹管7的外端10和中央管接头8焊接。

在又一实施例中，如图4a所示，玻璃管4的两端直径缩小到接近玻璃金属过渡件5端部大小；用玻璃车床可以很容易加工这种缩径。

在又一实施例中，如图2b及图4a所示，连接件6是锥形的，通过此结构，可允许给焊缝和玻璃金属过渡件5做涂层以防腐蚀。

在又一实施例中，如图4a所示，安装内部屏蔽13，以避免内部辐射加热玻璃金属过渡件5。

在又一实施例中，如图2a所示，通过内部屏蔽14可以减少折叠波纹管7上的热辐射载荷。

在又一实施例中，如图2c及图4b所示，膨胀补偿装置15为锥形结构，使设计可以更紧凑且提高灵活性。

在又一实施例中，内部屏蔽13、14上均可以做涂层，这种涂层可以减少热辐射，或/且把漏出的太阳辐射反射到中央金属管上。这种涂层可以是铝或银，通过化学或真空沉积制得。采用充分的屏蔽避免波纹管被辐射加热；可使折叠波纹管的工作温度保持尽可能低。

在又一实施例中，如图5所示，集热元件2可以以中央管接头8为中轴线对称设计另一端。采用这种方式，再配合设置线性聚光器，可使集热装置的长度进一步增加。进一步加大中央管接头8的尺寸并设置多个开口，可使多个集热元件之间可以形成一个大真空空间。

上述实施例中，玻璃管的材质选自玻璃，比如膨胀系数为3.3×10^-6k^-1或5.0×10^-6k^-1的硼硅玻璃；中央金属管的材质选自钢，比如不锈钢、碳钢、合金钢等；玻璃金属过渡件中的玻璃的材质选自选自玻璃，比如膨胀系数为3.3×10^-6k^-1或5.0×10^-6k^-1的硼硅玻璃，金属材质选自膨胀系数在4×10^-6k^-1到20×10^-6k^-1之间的任何金属；连接件的材质选自不锈钢。

为了验证前述本申请通过解决相关技术问题获得的技术效果，特别进行了破坏性试验，将本申请各实施例中的产品与现有技术的集热元件进行了比较，结果为有效长度增加了超过 1％，达到98％；热损失降低3％，且在试验过程中未发现任何缺陷。

本申请各实施例描述的集热元件可以使用于太阳能热发电电站或太阳能热辅助石油萃取装置。均可获得良好的使用效果。

需说明的是，虽然本发明以前述的实施例描述如上，但其并不能用以限定本发明。本发明所属技术领域中的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，做些许的改动与修饰，都在本发明的保护范围内。因此本发明的保护范围当以权利要求所界定者为准。