專(zhuān)利名稱(chēng)：太陽(yáng)能熱水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能熱水器及其制備方法。本發(fā)明方法所提供的熱水器要比其它方法的便宜得多，特別適合在發(fā)展中國(guó)家的大量生產(chǎn)。本發(fā)明熱水器的特點(diǎn)是水箱和集熱器整合為一個(gè)單元，并由硬塑料制得。該單元可通過(guò)焊接兩個(gè)注塑的、優(yōu)選相同的子單元而獲得。
背景技術(shù)：
就可再生的能源而言，太陽(yáng)能是提供清潔能源的最佳選項(xiàng)，特別是在南半球的國(guó)家。近年來(lái)，將太陽(yáng)的輻射轉(zhuǎn)化為電能，是高科技研究的成功領(lǐng)域，其已將這類(lèi)技術(shù)的效率提高到非常實(shí)用的水平。光伏電池或集中式太陽(yáng)能單元，其集熱器或鏡片的場(chǎng)地賦予了科幻外觀的景觀，并能為電網(wǎng)提供數(shù)十兆瓦的能量。然而，相對(duì)于上述高科技的“低科技”的、簡(jiǎn)單的太陽(yáng)能熱水器，其為小用戶(hù)提供了十倍以上的能量，其重要性一直在增加。太陽(yáng)能熱水器為數(shù)百萬(wàn)遠(yuǎn)離通訊和工業(yè)區(qū)的自主用戶(hù)提供了熱水，而只需要很少的維護(hù)。這對(duì)于發(fā)展中國(guó)家特別重要，這些國(guó)家正在為改善其居民的衛(wèi)生條件而奮斗，而這些居民恰好又居住在長(zhǎng)年日照較好的地區(qū)。大約I平方米的集熱器，一年可提供至少I(mǎi)OOOkWh,這對(duì)于年收入少于$1000或更低的家庭來(lái)說(shuō),可能是一不小的貢獻(xiàn)。典型的太陽(yáng)能熱水器(SWH)包括一平面的集熱器和一用于存儲(chǔ)熱水的水箱。集熱器包括一薄的蛇形管，其覆蓋有 朝向太陽(yáng)的平板，在蛇形管中要被加熱的水可以運(yùn)動(dòng)，并在集熱器和水箱之間循環(huán)。水可以通過(guò)泵而強(qiáng)制循環(huán)，或者通過(guò)熱水上升、冷水下降所引起的對(duì)流而被動(dòng)循環(huán)，這種現(xiàn)象也叫做熱虹吸流動(dòng)。在集熱器上覆蓋玻璃面板或其它絕緣層表面，可以使熱損失最小化。SWH可以結(jié)合到復(fù)雜的系統(tǒng)中，而且例如可包括電輔助加熱、防凍保護(hù)、壓力調(diào)節(jié)、特別絕緣、泵、恒溫器、控制器、微處理器和其它的附件，以便使陽(yáng)光的利用最優(yōu)化，而且能在北半球富裕國(guó)家的不太有利的條件下利用太陽(yáng)能。然而，即使相對(duì)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)也包括許多部件，其制造和安裝比較復(fù)雜和昂貴，在裝配SWH系統(tǒng)時(shí)，需要較大的投資。因此，本發(fā)明的目的是提供一種常規(guī)使用的、不昂貴的太陽(yáng)能熱水器。除了成本因素之外，當(dāng)今世界環(huán)境因素也經(jīng)常是在所有層面上影響作出決定的因素。需要考慮的有能源需求、安裝部件的復(fù)雜程度、非可循環(huán)材料的使用、金屬需求的限制、運(yùn)輸?shù)谋憷?、以及投資的回報(bào)周期等。因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)于昂貴部件和材料需求小、而且金屬的使用最小化的太陽(yáng)能熱水器。目前現(xiàn)有的系統(tǒng)通常包括分離的部件，這些部件必須運(yùn)輸?shù)郊訜崞魇褂玫奈恢?，由?zhuān)家來(lái)進(jìn)行組裝并連接到水管和電網(wǎng)上，而且這些部件相當(dāng)沉重，同時(shí)容易受損。所以，極需要輕便、機(jī)械堅(jiān)固的太陽(yáng)能熱水器，以便能夠忍受外部運(yùn)輸?shù)呢?fù)荷，而且能夠用于即使沒(méi)有連接到水網(wǎng)和電網(wǎng)的位置。本發(fā)明的另一目的是提供一種堅(jiān)固的太陽(yáng)能熱水器，其相對(duì)輕便，運(yùn)輸時(shí)不需要特別的注意，而且不經(jīng)特別訓(xùn)練就可以安裝，即使在沒(méi)有連接到電網(wǎng)或水管上仍可以工作。為了簡(jiǎn)化SWH的安裝，有人建議將水箱和集熱器合并到更緊湊的單元中，同時(shí)采用塑膠材料。US 4，452，231涉及一種太陽(yáng)能加熱裝置，其中，集熱器和水箱整合到一個(gè)容器單元中。該裝置由豎直管式水箱的堆疊陣列構(gòu)成，每一水箱配有導(dǎo)熱板、管、以及帶壓力閥的開(kāi)口；另外，該裝置聯(lián)合使用了絕緣的塑膠和導(dǎo)熱良好的金屬。US 4，499，894涉及一種太陽(yáng)能熱水器，其將集熱器和水箱整合在一塑膠容器內(nèi)；其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)包括幾層不同厚度的聚合物層以及金屬箔換熱器。US 5，462，047涉及一種太陽(yáng)能熱水器，其帶有整合有存儲(chǔ)水箱的集熱器，并配有若干流動(dòng)閥和恒溫傳感器。WO 01/67008則公開(kāi)了一種由塑膠材料制備的太陽(yáng)能熱水器，其包括整合在一外罩中的平板狀的集熱器和桶狀的水箱，其中，水箱通過(guò)管子連接到集熱器。WO 86/03280涉及一種太陽(yáng)能熱水器，其包括整合在單一的塑膠制單元中的平板集熱器和桶狀水箱。WO 2009/125384涉及一種整合有太陽(yáng)能集熱器的水箱，其中，水箱的上表面具有若干隆起，起到集熱器的作用，整個(gè)設(shè)備的材料可以選自金屬、玻璃或者塑膠?，F(xiàn)有的太陽(yáng)能熱水器的特點(diǎn)是不能大量生產(chǎn)，也不能作為便宜的堅(jiān)固設(shè)備進(jìn)行使用。這些設(shè)備使用復(fù)雜的部件和昂貴的材料，不易運(yùn)輸和安裝，其中某些設(shè)備包括內(nèi)部空間的復(fù)雜劃分，而另一些設(shè)備則在實(shí)際使用場(chǎng)合不能足夠穩(wěn)定。所以，本發(fā)明的再一目的是提供一種制備太陽(yáng)能熱水器的工藝方法，其能夠大規(guī)模地生產(chǎn)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定的設(shè)備，而且對(duì)于發(fā)展中國(guó)家來(lái)說(shuō)價(jià)格便宜。本發(fā)明的又一目的是提供一種便宜的太陽(yáng)能熱水器，其在野外運(yùn)輸時(shí)機(jī)械堅(jiān)固，而且可由未培訓(xùn)的用戶(hù)進(jìn)行安裝。隨著本發(fā)明的描述，可清楚地了解本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種太陽(yáng)能熱水器，其包括一能盛裝60至200升水的容器和一表面積為0.8至2m2的太陽(yáng)光集熱器，其整合在基·本上為平行六面體形狀的形體內(nèi)，該形體包括兩個(gè)相互連接的半單元(half-unit)，每一單元是由熱塑性聚合物注塑制得?？梢允褂玫木酆衔锶缇郾?、聚碳酸酯、或ABS，但也可以使用其它的適合裝熱水并能進(jìn)行焊接或粘接的聚合物。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，太陽(yáng)能熱水器配有兩個(gè)能熱焊接的半單元。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，上述的半單元是相同的。熱水器通常的形狀是平板平行管，其由兩個(gè)注塑塑膠的半單元構(gòu)成，包括矩形的上表面和底表面、以及安裝在上表面上的透明板和安裝在底表面上的不透明的塑膠板。在本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施方式中，上述熱水器之形體的上表面和底表面具有相同的矩形形狀，從上表面向下伸出有若干個(gè)柱，從底表面向上伸出有若干個(gè)具有相同形狀的柱，這兩個(gè)柱系統(tǒng)位于彼此相對(duì)的位置；其中，每個(gè)柱都接觸來(lái)自對(duì)面壁的另一柱，柱高度的兩倍基本上決定了這兩個(gè)表面之間的距離每一對(duì)相對(duì)的柱則通過(guò)熱焊接而緊密地連接到一起。本發(fā)明的太陽(yáng)能熱水器基本上不包括把吸收陽(yáng)光的水與存儲(chǔ)待用的水分隔開(kāi)的隔離手段。本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)能熱水器，其基本上包括三個(gè)主要結(jié)構(gòu)部件:一緊湊的形體、一透明板和一不透明板，除透明板之外，該熱水器由塑膠制得，透明板可以由玻璃制得；所述緊湊的形體具有上表面和底表面，其可以通過(guò)熱焊接兩個(gè)預(yù)先通過(guò)注塑制得的、相同的半單元而得到；所述透明板安裝在所述上表面上，所述不透明板安裝在所述底表面上。本發(fā)明提供了一種制備太陽(yáng)能熱水器的方法，該太陽(yáng)能熱水器包括盛水的容器和太陽(yáng)光集熱器，其整合在具有矩形表面的、基本上為平行六面體形狀的形體內(nèi)；該方法包括:i)注塑如此的半單元，該半單元為開(kāi)口的平板平行六面體形狀，并具有基表面和側(cè)表面(側(cè)壁)，其中基表面和側(cè)表面界定了所述熱水器內(nèi)部空間的一半，在內(nèi)部空間內(nèi)從基表面伸出的柱的高度與所述側(cè)壁的高度基本相同；ii)將步驟i)注塑制得的兩個(gè)半單元精確地相對(duì)放置，使得一個(gè)半單元的每一柱與第二個(gè)半單元的柱相接觸或接近接觸；iii)將所述的兩個(gè)半單元接合，使所述內(nèi)部空間以水密的方式閉合，該內(nèi)部空間作為盛裝待加熱水的水箱；以及iv)將透明板安裝到所述水箱的一基表面上，并將不透明板安裝到所述水箱的另一基表面上。優(yōu)選地，所述的兩個(gè)半單元是通過(guò)熱焊接接合的。在本發(fā)明方法的一優(yōu)選實(shí)施方式中，所述的兩個(gè)半單元是相同的。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，太陽(yáng)能熱水器包括一通過(guò)焊接兩個(gè)相同的半單元而形成的塑膠形體，每一半單元是通過(guò)注塑形成的，所述的形體具有上表面、底表面和側(cè)表面，所述的上表面下凹，所述的底表面上抬，所述的上表面與側(cè)表面和所述透明板一起封閉出上部絕緣空氣層，所述的底表面與側(cè)表面和所述不透明板一起封閉出底部絕緣空氣層。當(dāng)談及表面的下凹位置或上抬位置，其含義是指相對(duì)于理想的平行六面體的基底，上面的壁和底部的壁位于更接近平行六面體之熱水器形體的中央位置處，垂直于基底平面的方向相互接近，從而為兩層絕緣空氣層以及為封閉絕緣空間的板片留出空間。所述的注塑半單元包括如此的結(jié)構(gòu)特征，其能夠從功能上封閉水箱的內(nèi)部空間、將透明板和不透明板安裝到水箱上、以及使熱水器與管子和需要的附件連接。優(yōu)選地，所述的注塑半單元如此成形，其能以最小的重量提供最大的機(jī)械強(qiáng)度。本發(fā)明提供了一種太陽(yáng)能熱水器及其制備方法，其中，所述熱水器的主要結(jié)構(gòu)部件只是一緊湊的聚合物形體，其將兩個(gè)相同的、經(jīng)注塑熱塑性聚合物而預(yù)先制備的半單元通過(guò)熱焊接或粘接而得到。


下面，結(jié)合實(shí)施例和附圖，可以更清楚地了解本發(fā)明的上述和其它的特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)，其中:圖1是本發(fā)明一實(shí)施方式的太陽(yáng)能熱水器的透視示意圖，其調(diào)整為面向太陽(yáng)的位置；圖2是圖1所示熱水器沿A-A’線的剖面示意圖，其中，水箱中的水杯陽(yáng)光加熱而循環(huán)，基本上垂直于集熱器表面的箭頭表示太陽(yáng)光線，熱水器內(nèi)部的箭頭顯示了由于熱虹吸流而導(dǎo)致的水的循環(huán)；圖3是圖1所示熱水器沿A-A’線的剖面圖，其示意性地顯示了兩個(gè)相同的注塑塑膠部件⑴和⑵以及保障絕緣的兩個(gè)板片(5)和(6)，其中，部件⑴和⑵相對(duì)設(shè)置，并沿平行于板片(5)和￠)的平面(3)進(jìn)行熱焊接；圖4圖1所示熱水器沿A-A’線的剖面示意圖，其顯示了在一種不同于圖3所示的構(gòu)造中從兩個(gè)外表面向水箱內(nèi)部伸出的元件；圖5是本發(fā)明一實(shí)施方式中太陽(yáng)能熱水器的示意圖，其包括幾個(gè)任選的特征；以及圖6是本發(fā)明一實(shí)施方式中系列太陽(yáng)能熱水器的示意圖，其目的是增加設(shè)備的容量。
具體實(shí)施方式
通常的太陽(yáng)能熱水器包括集熱器單元和空間上分離的存儲(chǔ)熱水的容器單元，前一單元包括設(shè)置在吸熱平面上的盤(pán)管，后一單元通常是一圓柱形水箱，其中，這兩個(gè)單元通過(guò)管路而連接，在管路中水或者通過(guò)對(duì)流(被動(dòng)式系統(tǒng))而循環(huán)，或者通過(guò)泵(主動(dòng)式系統(tǒng))而循環(huán)。某些熱水器將這兩個(gè)單元整合為更緊湊的排布方式，但一般仍保留上述雙結(jié)構(gòu)的典型特征，如盤(pán)管和/或空間分離，其中水被加熱和存儲(chǔ)，并常常包括復(fù)雜的空間劃分設(shè)計(jì)。而本發(fā)明則提供了一種簡(jiǎn)單得多的結(jié)構(gòu)，其完全消除了集熱部件和存儲(chǔ)部件之間的形狀差異，并徹底放棄了在集熱器和水箱之間的空間分隔；結(jié)構(gòu)材料包括熱塑性的聚合物，其中，熱水器的主體優(yōu)選由兩個(gè)相同的部件焊接在一起而形成，每一部件被注塑為如此的形狀:以太陽(yáng)能熱水器最小的重量而保障最大的機(jī)械強(qiáng)度。考慮到產(chǎn)品及其制備工藝的簡(jiǎn)單，本發(fā)明結(jié)構(gòu)一致的太陽(yáng)能熱水器達(dá)到了出人意料的優(yōu)良性能。在本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明太陽(yáng)能熱水器主要結(jié)構(gòu)部件只為一個(gè)緊湊的聚合物形體，其通過(guò)將兩個(gè)相同的半單元經(jīng)熱焊接或粘接而得到，該半單元由熱塑性聚合物注塑而預(yù)先制備。所述的半單元可通過(guò)聚合物產(chǎn)品批量生產(chǎn)中常用的注塑工藝而簡(jiǎn)單、便宜地制得。所述的形體基本上為平面矩形的平行六面體形狀，其上表面和底表面沿相互接近的方向下凹，以減少水箱的內(nèi)部空間。上表面和底表面的邊緣可以用于安裝與這兩個(gè)表面形狀基本相同的板片:透明的板片安裝到上表面上，不透明的板片則安裝到底表面下。所述的透明板片可以是玻璃板或透明的塑膠板，所述的不透明板片是塑膠板。所述形體的上表面與側(cè)表面和透明板片一起，形成了能產(chǎn)生溫室效應(yīng)并能減少照射表面之熱損失的空間。所述形體的底表面與側(cè)表面和不透明板片一起，通過(guò)形成絕緣空氣層，而形成了能減少非照射表面之熱損失的空間。側(cè)表面可以安裝調(diào)節(jié)腿或其它的將所述形體定位在所需位置的裝置，如在平面的屋頂、斜面的屋頂或其它的高架結(jié)構(gòu)上。所述的側(cè)表面也包括用于連接供給冷水之入口管的孔洞和用于連接取出熱水之出口管的孔洞，前一孔洞應(yīng)盡可能地低，而后一孔洞則盡可能地聞。在一實(shí)施方式中，本發(fā)明的太陽(yáng)能熱水器可以具有如圖1所示的大致形狀。例如，平面舉行平行六面體內(nèi)部體積約為100升，并作為用于存儲(chǔ)待加熱水的水箱。熱水器的主體可由注塑的上半部分(I)和注塑的下半部分(2)通過(guò)沿平面(3)進(jìn)行熱焊接而得到，從而將所述的內(nèi)部體積(內(nèi)部空間)封閉。上壁(17)的外表面吸收來(lái)自太陽(yáng)輻射的熱量，并將其傳輸?shù)綗崴?。與所述的外表面平行，在邊緣(4)處安裝透明的板片(見(jiàn)圖3中的(5))，其優(yōu)選為玻璃板，并位于上壁之上，而且在所述的上壁、所述的板片和所述平行六面體的側(cè)壁之間，封閉出一層空氣，該層空氣使水箱中的水絕緣，而且由于溫室效應(yīng)，透明層降低了熱量的散失。底壁平行于所述的上壁，但其為所述下半部分(2)的一部分，其形成了所述水箱的底。平行于所述底壁，將一塑膠板安裝到邊緣4’，該塑膠板位于所述底壁之下，而且在所述底壁、所述塑膠板和所述平行六面體的側(cè)壁之間，封閉出一層空氣，該層空氣使水箱中的水絕緣。在邊緣4和4’處設(shè)置有將上述起絕緣作用的兩個(gè)板片固定在位的手段。例如，這種手段可包括成形在側(cè)壁之側(cè)邊上的槽，其寬度可以插入上述板片，從而形成將上述板片滑到所需位置的導(dǎo)軌。從上壁伸出的柱(7)是所述注塑的上半部分的一部分，其可以起到支撐透明板片的作用，并可任選地將其固定，例如通過(guò)膠粘；從底壁伸出的類(lèi)似的柱則支撐塑膠板。上壁(17)和包括邊緣(4)的側(cè)壁整合在所述注塑的上半部分(I)中，類(lèi)似地，底壁和包括邊緣(4’)側(cè)壁則整合在注塑的下半部分(2)中。所述的上壁和所述的側(cè)壁是所述注塑的上半部分的部件，加強(qiáng)筋(8)是連接上壁和側(cè)壁的部件(見(jiàn)圖3)。該加強(qiáng)筋垂直于平面17。箭頭11顯示了冷水通過(guò)入口管進(jìn)入熱水器的方向，該入口管通過(guò)所述熱水器的側(cè)壁接入，優(yōu)選地，在熱水器主體上配有入口孔洞，并用螺絲固定隨附的入口管。箭頭12顯示了熱水通過(guò)出口管離開(kāi)熱水器的方向，該出口管通過(guò)所述熱水器的側(cè)壁接入，插入出口管的出口孔洞(12’)按上述入口管的同樣方式制備。如圖2所示，水在剖面A-AlA平面循環(huán)，熱水上升和冷水下降二導(dǎo)致對(duì)流，這與常規(guī)的被動(dòng)式系統(tǒng)中的熱虹吸流類(lèi)似，但在本發(fā)明的設(shè)備中，熱量并沒(méi)有在水箱和集熱器之間傳輸，而是在所述平行六面體的兩個(gè)相鄰的平面區(qū)段之間傳輸(接觸上壁和底壁的層之間)，而且其水流流動(dòng)并不包括在管子中的圓柱形水流，相反其水流流動(dòng)是在平行六面體水箱的連續(xù)、基本上無(wú)分隔的空間內(nèi)的薄層流。本發(fā)明的一個(gè)重要特征是，太陽(yáng)能熱水器的主要部件是一種緊湊的矩形聚合物構(gòu)件，該構(gòu)件是通過(guò)將兩個(gè)部件、優(yōu)選兩個(gè)相同的部件連接而成。這種部件由注塑制得，而且包括熱水器所有的重要結(jié)構(gòu)特征，這些特征已整合到模具中。在一實(shí)施方式中，注塑制備兩個(gè)略有不同的半模件(半單元)，并將其連接。連接可以為機(jī)械手段、或者膠粘、或者熱焊接。在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，將兩個(gè)相同的模件進(jìn)行熱焊接。這兩個(gè)相同的模件具有鏡面對(duì)稱(chēng)性，其中一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)(繞軸180°，平行于外吸收壁)并于另一個(gè)相對(duì)放置，從而封閉出容納水的空間來(lái)。將這兩個(gè)模件中彼此接觸的部件加熱、焊接。圖3顯示了在本發(fā)明一實(shí)施方式中，這兩個(gè)彼此接觸的模件在焊接前的排布方式。注塑的上部模件(I)優(yōu)選與注塑的下部模件(2)相同，顯示為在熱焊接前沿平面(3)附加；焊接則封閉出內(nèi)部的、基本上無(wú)分隔的空間(10)，其用于容納待加熱的水。上壁(17)的外表面吸收來(lái)自太陽(yáng)輻射的熱量，并將其傳輸?shù)綗崴小Ｅc所述外表面平行，透明板片(5)、優(yōu)選為玻璃板則安裝在邊緣(4)，該板片位于所述上壁(17)之上，并在所述上壁(17)、所述板片(5)和所述平行六面體的側(cè)壁
(24)之間，封閉出一層空氣(18)。底壁(17’)，平行所述上壁，但其為所述下部模件(2)的一部分，并形成所述水箱的底。平行于所述底壁，將一塑膠板(6)安裝到邊緣4’，該塑膠板位于所述底壁(17’)之下，而且在所述底壁(17’)、所述塑膠板(6)和所述平行六面體的側(cè)壁(24’ )之間，封閉出一層空氣，該層空氣使水箱中的水絕緣。在邊緣4和4’處設(shè)置有將上述起絕緣作用的兩個(gè)板片固定在位的手段，這種手段可以為將這些板片固定在位的機(jī)械排布方式，其可與邊緣4、4’以 及柱7、7’有關(guān)；這種手段可以為膠粘。從上壁伸出的柱(7)是所述注塑的上部模件的一部分，其可以起到支撐透明板片的作用，并可任選地將其固定；從底壁伸出的類(lèi)似的柱則支撐塑膠板。上壁(17)和包括邊緣(4)的側(cè)壁(24)整合在所述注塑的上部模件(I)中，類(lèi)似地，底壁和包括邊緣(4’)側(cè)壁(24’)則整合在注塑的下部模件(2)中。所述的上壁和所述的側(cè)壁成形在連續(xù)的塑膠構(gòu)件(I)中，其結(jié)構(gòu)通過(guò)加強(qiáng)筋(8)進(jìn)一步補(bǔ)強(qiáng)；類(lèi)似地，加強(qiáng)筋(8’ )對(duì)連續(xù)的塑膠構(gòu)件(2)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。柱9從上壁(17)的內(nèi)表面向底壁(17’)延伸，柱9’則從底壁(17’)的內(nèi)表面向上壁(17)延伸。在熱焊接的過(guò)程中，柱9和柱9’結(jié)合到一起；而且，沿平面(3)，上部模件(I)之側(cè)24的部件與下部模件(2)之側(cè)壁24’的部件結(jié)合到一起。根據(jù)本發(fā)明，柱9、9’對(duì)太陽(yáng)能熱水器的整個(gè)主體進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)，但并沒(méi)有將熱水器的內(nèi)部空間進(jìn)行劃分，也即熱水器的內(nèi)部空間保持未分隔的狀態(tài)。例如，塑膠主體的外壁可以是5-10mm的厚度。上壁的外表面在覆蓋所述的透明板片之前，可以形成波紋或使其變粗糙，以改善熱吸收。
在一實(shí)施方式中，本發(fā)明的太陽(yáng)能熱水器可以包括兩個(gè)半單元，其在制造過(guò)程中連接到一起，形成容納待加熱水的主體，其中，這兩個(gè)半單元是不同的。在本發(fā)明的一實(shí)施方式中，從這些半單元之一延伸出來(lái)的柱是公型的(凸型的，male type),而從另一半單元延伸出來(lái)的柱則是母型的(凹型的，female type),其中，在將這兩個(gè)半單元結(jié)合時(shí)，公型的柱插入到母型的、中空的柱中，如圖4所示。兩種類(lèi)型的柱的表面彼此接觸，并可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使連接穩(wěn)定，其可能還包括膠粘或機(jī)械手段，如使表面粗糙、使用返回鉤(returnhooks)等等。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，太陽(yáng)能熱水器可配備各種附件。圖5是本發(fā)明一實(shí)施方式的太陽(yáng)能熱水器示意圖。沿著水箱的側(cè)壁和底壁設(shè)置有絕緣材料(22)。透明板片
(5)覆蓋水箱暴露的表面。支持物(9) (braces)向內(nèi)延伸通過(guò)上壁和水箱內(nèi)部，并向外伸出水箱的底壁。在一實(shí)施方式中，支持物由兩個(gè)部件形成，其相互適配，使得當(dāng)上部模件和下部模件連接到一起時(shí)、其相應(yīng)的配對(duì)公型部件(9a)和母型部件(9b)相互接合。在一實(shí)施方式中，上部模件和下部模件是如此注塑的,每一主要的相對(duì)側(cè)壁(即上壁和底壁)的周邊具有向內(nèi)延伸的法蘭(凸緣)。法蘭的邊緣相結(jié)合，形成熱水的水箱。這種熱水器在其低端具有入口(11)，而在其高端則具有出口(12)，以使得操作時(shí)在其低端補(bǔ)充冷水，在其高度流出熱水。另外，可從水箱的側(cè)壁伸入一電加熱元件(27)，該加熱元件可以連接到控制電路
(23)，而控制電路又連接到電源(20)。在其上壁或側(cè)壁上可設(shè)置有壓力釋放閥(21)，以便在預(yù)定的壓力下從水箱中釋放壓力。根據(jù)本發(fā)明，可以將幾個(gè)熱水器單元連接到一起，以增加熱水的輸出量。圖6是將系列太陽(yáng)能熱水器連接為一體的示意圖。連接管(24)和(25)用于將兩個(gè)水箱連接到一起，以增加供應(yīng)能力。這些熱水器可以適當(dāng)?shù)慕嵌劝惭b，例如安裝居住處的屋頂上。需要時(shí)，待加熱的水從入口(11)供入，熱水從出口(12)返回。水被太陽(yáng)照射所加熱，并輔以水箱中的對(duì)流。另外，還可以使用電加熱元件對(duì)水進(jìn)行加熱。借助于絕緣材料，水中的熱量得以保存。如上所述，玻璃板片也將 熱量捕集在玻璃板和水箱表面之間。如果水太熱，在水箱中累計(jì)的壓力太大，則壓力釋放閥將壓力釋放到預(yù)定的大小。采用支持物，比不采用支持物更方便水箱在較高壓力下的使用。相對(duì)而言，本發(fā)明的太陽(yáng)能熱水器制造成本更低，需要的維護(hù)最小，而且容易安裝；而且，本發(fā)明的熱水器還容易按模塊化的方式使用，兩個(gè)或更多的水箱可以連接到一起，增加總能力。在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，水箱的所有部件都是由可循環(huán)使用的材料制備。太陽(yáng)能熱水器通常構(gòu)建為連接到水網(wǎng)上，這就必須使用高壓安全的和密封連接的部件，例如帶有管子的水箱；本發(fā)明的熱水器可以不連接到水網(wǎng)上而工作?，F(xiàn)有的熱水器通常包括兩個(gè)主要部件和許多內(nèi)部構(gòu)件，而且組裝和安裝都需要專(zhuān)業(yè)人員。本發(fā)明的熱水器包括一個(gè)主要部件,其將水箱和集熱器結(jié)合到一個(gè)由熱塑性聚合物制備的整體主體內(nèi)。本發(fā)明熱水器采用獨(dú)特的設(shè)計(jì)，其包括兩個(gè)構(gòu)件，而且每個(gè)構(gòu)件具有鏡面對(duì)稱(chēng)性，相對(duì)放置并連接到一起，優(yōu)選通過(guò)熱焊接進(jìn)行連接。這樣，可以采用注塑一個(gè)形狀的簡(jiǎn)單工藝。每一構(gòu)件可如此成形，使得其周邊的側(cè)壁包括夾持絕緣板片(玻璃板片或塑膠板)的導(dǎo)軌，以減少熱水的熱損失，而不需要其它的零件再增加到安裝的熱水器上。優(yōu)選在注塑過(guò)程中，使外壁粗糙化或采用其它結(jié)構(gòu)，以增加熱從玻璃面板和平行的塑膠壁之間的空間內(nèi)而被吸收到水中的能力。
因而，在本發(fā)明一優(yōu)選的實(shí)施方式中，提供了如此的太陽(yáng)能熱水器，其中，水箱和集熱器整合到一緊湊的、由聚丙烯或其它塑膠制備的平行六面體單元中。玻璃面板安裝到朝向太陽(yáng)的外表面，塑膠厚板則安裝到相對(duì)的外表面，以形成絕緣空氣層。兩個(gè)內(nèi)表面則被許多像石筍柱一樣從其延伸出的突出物連接，以改善平板式熱水器單元的剛性。例如，這些突出物的剖面可以是圓柱形突出物或錐形突出物的圓形。在一優(yōu)選的實(shí)施方式中，該剖面的形狀適合注塑技術(shù)的大批量生產(chǎn)，而且適合為最大程度地加強(qiáng)熱水器的最終形體(主體)而通過(guò)熱焊接將兩個(gè)部件連接。一種如此的剖面可以為兩個(gè)垂直的橢圓或矩形所形成的剖面形狀。在一實(shí)施方式中，熱水器單元具有約Ito 2m2的集熱表面、約20-40kg的質(zhì)量和約80-150升的內(nèi)部自由空間。在一特定的實(shí)施方式中，其參數(shù)為1.4m2,25kg和85升。該單元可通過(guò)注塑兩個(gè)相同的半單元而制備，其中半單元為開(kāi)口的箱式形狀，其具有若干垂直于其內(nèi)表面的石筍樣突出物，之后，再將這兩個(gè)相同的部件放置為互為彼此的鏡面圖像而進(jìn)行熱焊接。優(yōu)選地，在注塑半單元時(shí)，就形成用于管路的入口、用于螺絲的孔洞、操作手柄以及其它形狀元件。本發(fā)明的太陽(yáng)能熱水器可連接到水壓小于1.5個(gè)大氣壓的水源上，該水源可以是水網(wǎng)、或者是高于熱水器并通過(guò)重力供水的水容。在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，熱水器主體周邊的槽和其基底可以調(diào)節(jié)為能夠容納絕緣材料，而且還包括在生產(chǎn)、運(yùn)輸和安裝過(guò)程中抓握和提拿產(chǎn)品的手段。在兩個(gè)半單元焊接到一起之前，對(duì)其進(jìn)行精確定位的手段則是本發(fā)明工藝方法的一部分。用于補(bǔ)強(qiáng)熱水器整體結(jié)構(gòu)的柱可以彼此間隔5-lOcm，其直徑為l-4cm，并具有適當(dāng)?shù)钠拭嫘螤睢蓚€(gè)平行平面之間的距離是8-12cm。在熱焊接過(guò)程中，每一柱和與其相匹配的從對(duì)面平面伸出的柱相結(jié)合，就像在石灰石洞穴中石筍和鐘乳石一樣結(jié)合，形成地面和洞頂之間的石柱。使用本發(fā)明熱水器的目標(biāo)位置不僅包括陽(yáng)光地帶國(guó)家，也包括實(shí)際需要熱水而沒(méi)有較高投資的國(guó)家，包括城市外的工地，特別是在夏季時(shí)，或者休養(yǎng)地，例如夏令營(yíng)等。盡管本發(fā)明的熱水器即使在野外條件下也可以不需特別要求而馬上使用，但另一方面，其也可以與其它手段(裝置)相結(jié)合，在不需過(guò)多投資的前提下，組裝各種各樣的系統(tǒng)而提供大量的熱水。在一實(shí)施方式中，熱水器可以配有輔助的電加熱裝置以及壓力和溫度調(diào)節(jié)裝置。本發(fā)明熱水器的一個(gè)重要特征是，其可以是模塊化單元，從而可以組合為多個(gè)單元的系列，以提供所需要量的熱水。 熱水器或熱水器系列所加水的水源可以是水的容器，其中，水從該容器中泵入或依靠重力流入熱水器中。例如在鄉(xiāng)村中水可以從井中泵入。如果水壓在第一個(gè)熱水器入口處的壓力不大于1.5格大氣壓，也可以使用來(lái)自常規(guī)水網(wǎng)中的水，而現(xiàn)有的通常熱水器則是不大于I個(gè)大氣壓。如果需要的話，可以在水源和熱水器之間使用減壓器。本發(fā)明的熱水器可以以批量的模式工作，將一定量的水加熱備用，這些加熱的水可以直接使用，也可以用冷水稀釋后使用。例如，加熱的85升其溫度例如為80° C，這種水適合洗衣月艮，而用170升冷水稀釋后可以得到約250升的用于淋浴的溫水。當(dāng)熱水器連接到水源上時(shí)，本發(fā)明的熱水器也可以以連續(xù)的模式工作。如上所述，即使是新式的熱水器設(shè)計(jì)仍通常保留傳統(tǒng)的雙形狀:在厚板上的圓柱，即不能擺脫桶式水箱連接有平板式集熱器這一傳統(tǒng)思路。本發(fā)明則提供了將集熱器和水箱整合在一單一的結(jié)構(gòu)單元中的熱水器，而且本發(fā)明的熱水器不采用任何分隔裝置(手段)，以將a)吸收熱量、溫度升高的水與b)存儲(chǔ)后用的、散失熱量的水分離開(kāi)。本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)單、緊湊的結(jié)構(gòu)，制造成本低，而且容易安裝和操作。
下面的實(shí)施例將對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的描述。實(shí)施例采用鎖模力為2800噸的注塑機(jī)，注塑兩個(gè)相同的子單元(subunit)。這兩個(gè)子單元在一特別設(shè)計(jì)的焊機(jī)上進(jìn)行焊接。每個(gè)注塑的、相同的半單元(half-unit)的質(zhì)量為15kg，焊接后整個(gè)單元的集熱表面為1.5m2、質(zhì)量為30kg、內(nèi)部自由空間約為120升。該熱水器單元的上表面(上壁)、底表面(底壁)和側(cè)表面(側(cè)壁)的厚度為10mm，結(jié)構(gòu)與圖3所示的類(lèi)似。注塑的主體在其側(cè)面壁上具有帶螺紋的入口和出口，直徑為4cm。在一正方形的網(wǎng)絡(luò)中，加強(qiáng)柱(也可稱(chēng)為增強(qiáng)柱或補(bǔ)強(qiáng)柱)彼此間隔10cm，加強(qiáng)柱的形狀為兩個(gè)3cmXlcm的、垂直的矩形，每個(gè)在其中間相交。在焊接后，兩個(gè)平行的外壁之間的距離為10cm，在這些外壁和兩個(gè)絕緣板片之間分別形成的絕緣空間為在兩邊各自3cm厚；其中，一個(gè)絕緣板片是透明的，以便允許陽(yáng)光射入。在注入水并在陽(yáng)光下暴露9小時(shí)后，在入口位置和出口位置測(cè)定溫度，水溫分別達(dá)到60° C和80° C，其中熱水器的傾角為45°。盡管本發(fā)明采用了具體的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但可以進(jìn)行許多改進(jìn)和改變。因此，可以理解，本發(fā)明決不是僅僅局限于上述的具體實(shí)施方式
，而是由權(quán)利要求的保護(hù)范圍所限定 。
權(quán)利要求
1.一種太陽(yáng)能熱水器，其包括能夠容納60-200升水的容器和具有0.8至2m2表面的太陽(yáng)光集熱器，其中，所述的容器和集熱器整合為一個(gè)基本上為平行六面體形狀的主體，該主體包括兩個(gè)相互連接的半單元，每個(gè)半單元是由熱塑性聚合物注塑制備的。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱水器，其中，所述的兩個(gè)半單元是通過(guò)熱焊接或粘接而連接的。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱水器，其中，所述的兩個(gè)半單元是相同的或不同的。
4.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱水器，其中，基本上為平板式平行六面體形狀的主體是由兩個(gè)塑膠注塑的半單元制備的，其包括矩形的上表面和底表面，其中，透明的板片安裝到所述上表面上，不透明的塑膠板片安裝到所述底表面上。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱水器，其中，所述的主體包括具有相同矩形形狀的上表面和底表面；從所述上表面向下伸出若干柱，從所述底表面向上伸出形狀相同的若干柱，這兩個(gè)柱系統(tǒng)彼此位置相對(duì)，每一柱接觸到來(lái)自對(duì)面壁的另一柱，柱的兩倍高度基本上決定了所述兩個(gè)表面之間的距離，每一對(duì)相對(duì)的柱通過(guò)熱焊接或粘接而緊密連接。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱水器，其中，該熱水器不包括將吸收陽(yáng)光的水與存儲(chǔ)后用的水分離開(kāi)的分隔手段。
7.如權(quán)利要求1所述的太陽(yáng)能熱水器，其中，該熱水器基本上包括三個(gè)結(jié)構(gòu)部:一個(gè)緊湊的主體、一透明的板片和一不透明的板片；除所述透明板片可由玻璃制得外，該熱水器由塑膠制得。
8.如權(quán)利要求7所述的太陽(yáng)能熱水器，其中，所述緊湊的主體具有上表面和底表面，而且其是通過(guò)將兩個(gè)相同的、預(yù) 先注塑制備的半單元進(jìn)行熱焊接或粘接而制備的；其中，所述的透明板片安裝到所述上表面，所述不透明的板片安裝到所述底表面。
9.一種制備太陽(yáng)能熱水器的方法，該太陽(yáng)能熱水器具有容納水的容器和矩形表面的太陽(yáng)光集熱器、且所述容器和集熱器整合在一個(gè)基本上為平行六面體形狀的主體中；所述的方法包括: i)注塑如此的半單元，該半單元為開(kāi)口的平板平行六面體形狀，并具有一個(gè)基表面和若干側(cè)表面，其中，該基表面和側(cè)表面界定了所述熱水器內(nèi)部空間的一半，在內(nèi)部空間內(nèi)從所述基表面伸出的柱的高度與所述側(cè)表面的高度基本相同； ii)將步驟i)注塑制得的兩個(gè)半單元精確地相對(duì)放置，使得一個(gè)半單元的每一柱與第二個(gè)半單元的柱相接觸； iii)將所述的兩個(gè)半單元接合，使所述內(nèi)部空間以水密的方式閉合，該內(nèi)部空間作為容納待加熱水的水箱；以及 iv)將透明板安裝到所述水箱的一基表面上，并將不透明板安裝到所述水箱的另一基表面上。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述的兩個(gè)半單元是通過(guò)熱焊接或粘接而連接的。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述的兩個(gè)半單元是相同的。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述的熱水器包括通過(guò)焊接兩個(gè)相同的半單元而形成的塑膠的主體，每一半單元是注塑制備的；所述的主體具有上表面、底表面和側(cè)表面，所述的上表面下凹，所述的底表面上抬，所述的上表面與側(cè)表面和所述透明板一起封閉出上部絕緣空氣層，所述的底表面與側(cè)表面和所述不透明板一起封閉出底部絕緣空氣層。
13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述的半單元包括如此的結(jié)構(gòu)特征，其能夠從功能上封閉水箱的內(nèi)部空間、將透明板和不透明板安裝到水箱上、以及使熱水器與管子和需要的附件連接。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述的半單元是如此成形的，其能以最小的重量提供最大的機(jī)械強(qiáng)度。
15.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述熱水器的主要結(jié)構(gòu)部件只是一緊湊的聚合物主體，該主體是通過(guò)將兩個(gè)相同的、預(yù)先由注塑熱塑性聚合物而制備的半單元進(jìn)行熱焊接或粘接而得到的。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的、便宜的太陽(yáng)能熱水器及其大批量生產(chǎn)的工藝方法。本發(fā)明熱水器的特點(diǎn)是水箱和集熱器整合在一結(jié)構(gòu)規(guī)格一致的單元中，該單元由硬塑膠制得，并通過(guò)焊接兩個(gè)相同的注塑子單元而得到。
文檔編號(hào)F24J2/42GK103229002SQ201080059226
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2010年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月24日
發(fā)明者摩西·多登 申請(qǐng)人:多拉夫塑料制品合作社有限公司