一種太陽能殺菌熱水器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能殺菌熱水器，涉及太陽能應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】。所述太陽能殺菌熱水器，包括集熱管、儲水箱和高性能鎂鋁合金支架；所述儲水箱設(shè)有保溫層和保溫外殼，底部設(shè)有出水口，頂部設(shè)有防爆閥和氣孔；所述集熱管包括真空外管，其由雙層同軸玻璃管組成，夾層為真空；真空外管的上端設(shè)有進水口，內(nèi)腔鍍有TiO2納米涂層；集熱管還包括內(nèi)管，其下端伸入真空外管內(nèi)腔，上端與儲水箱連通。所述TiO2納米涂層受到陽光中紫外光的激發(fā)，表面形成強氧化性的自由基團，其將水中各種有機污染物氧化分解，殺滅水中的細菌、病毒；經(jīng)殺菌的冷水再由集熱的內(nèi)管加熱為熱水，進入儲水箱以儲存和使用。本發(fā)明直接利用太陽能，達到了殺菌消毒和獲得熱水的雙重目的。
【專利說明】一種太陽能殺菌熱水器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽能殺菌熱水器，屬于太陽能應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽能是一種新型綠色能源，其開發(fā)和利用對解決能源緊缺、減小環(huán)境污染壓力具有重大意義。光熱轉(zhuǎn)化是高效的太陽能利用方式，在這方面中國處于世界領(lǐng)先水平，太陽能熱水已為日常生活中所常見。如何開拓新方式，提高光利用效率是進一步發(fā)展清潔太陽能的重要方向。
[0003]現(xiàn)有的太陽能熱水器利用光能將常溫水加熱供人們使用，但一般不能在生產(chǎn)熱水的同時起到殺菌、消毒的作用。普通太陽能熱水器中的熱水溫度一般在40-60°C，而這個溫度正好適合細菌繁殖，如果不是立即使用，經(jīng)過反復(fù)加熱的水質(zhì)極容易滋生致病菌團，給人們生活、保健帶來不便。
[0004]海爾集團在專利CN201093698Y中公開了在電熱水器中加裝臭氧發(fā)生器的技術(shù)方案，往熱水中通入臭氧達到殺菌目的；專利CN201373588Y和專利CN2872188Y采用了同樣原理；專利CN201983447U通過產(chǎn)生高壓電磁場殺滅電熱水器中細菌；一般的太陽能熱水器具有真空集熱管、儲水箱和支架，專利CN203413860U則在太陽能熱水器的儲水箱中加裝紫外殺菌燈，通過紫外線殺滅細菌。上述技術(shù)均獲得一定殺菌效果，但需在原設(shè)備上增加裝置，使設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不利于生產(chǎn)以及日常使用和維護。
[0005]事實上，地表陽光輻照中即包含4%左右的紫外線(光波波長< 380nm)，其可破壞細菌和病毒中的DNA(脫氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子結(jié)構(gòu)，造成生長性細胞死亡或再生性細胞死亡，達到殺菌消毒的效果。尤其在波長為255nm左右時紫外光的殺菌作用最強，此波段與微生物細胞核中DNA或RNA的紫外線吸收和光化學(xué)敏感性范圍重合。但由于陽光中紫外線含量低，短波長紫外光更少，殺菌效果有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述問題，本發(fā)明公開一種具有殺菌功能的太陽能熱水器。
[0007]TiO2是一種無毒、性質(zhì)穩(wěn)定的半導(dǎo)體材料,其可吸收波長< 380nm的紫外光,表面形成強氧化性的自由基團，能高效催化有機物質(zhì)氧化分解。利用TiO2光催化氧化原理，本發(fā)明中太陽能殺菌熱水器所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種太陽能殺菌熱水器，其特征在于:包括支架、儲水箱和一個以上的集熱管；所述的儲水箱，設(shè)有保溫層和保溫外殼，底部設(shè)有出水口，頂部設(shè)有排防爆閥和氣孔，且所述防爆閥水壓設(shè)定值為0.3-0.4mPa，水壓高于設(shè)定值時打開，所述氣孔在所述儲水箱中有氣體時打開；所述集熱管包括真空外管，其由雙層同軸玻璃管組成，玻璃管之間的夾層為真空狀態(tài)；且所述真空外管的上端設(shè)有進水口，連通真空外管的內(nèi)腔；且所述內(nèi)腔表面鍍有TiO2納米涂層；所述的集熱管還包括內(nèi)管，其下端伸入所述真空外管的內(nèi)腔，上端與所述的儲水箱連通；且所述內(nèi)管的直徑為所述真空外管內(nèi)腔的直徑的80% -90% ；[0009]所述支架包括豎腳和斜腳，所述斜腳與豎直方向夾角為45-80°，所述的豎腳和斜腳之間設(shè)有加強筋；所述集熱管和儲水箱固定在所述支架上，且所述集熱管固定在所述斜腳的一側(cè)。
[0010]所述支架的材質(zhì)為鎂鋁合金，其表面具有陽極氧化層；且所述鎂鋁合金包含重量比為鎂 6.0-13.0%，銅 2.0-4.2%，錳 1.0-L 6 %，鐵 0.15-0.40%，硅 0.10-0.22%，鋯0.01-0.05%，鈦 0.01-0.02%，硼 0.01-0.05%、鉍 0.15-0.55%，錫 0.01-0.05%，余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)；
[0011]鎂鋁合金比重極小，同時具有很好的剛性和尺寸穩(wěn)定性；添加銅提高合金強度、硬度，但會降低延伸性；鐵能增加鋁合金的尺寸穩(wěn)定性和支撐性能，使其在高溫下具有高強度、硬度；但過量的鐵與銅形成Cu2FeA17組分而降低熱處理效應(yīng)所需的銅量；硅與鐵結(jié)合，防止鐵與銅結(jié)合降低合金的拉伸性能；添加適量錳后可進一步提高拉伸強度和改善抗蝕性；鋯、鈦、硼元素能夠細化晶粒；硼、鉍能增加鋁合金的再結(jié)晶濕度，提高合金的加工性、澆鑄性和焊接性能；錫增強固溶熱處理人工時效的效果，使強度增加，抗腐蝕性得到改善。
[0012]通過表面陽極氧化處理后，合金構(gòu)件表面形成致密氧化膜，可有效提高防銹蝕性能。選用鎂鋁合金材質(zhì)的支架極大地減輕了熱水器整體重量，方便熱水器與建筑的一體化安裝；并且，由于支架尺寸穩(wěn)定性高，保證集熱管和儲水箱等部件的連接不隨環(huán)境溫度發(fā)生變化，可預(yù)防集熱管碎裂和漏水事故。
[0013]本發(fā)明中太陽能殺菌熱水器無需加裝其他殺菌裝置，也無需外接電力等其他能源。冷水進入真空外管后，經(jīng)TiO2納米涂層光催化氧化殺菌；再由吸收光照集熱的內(nèi)管加熱，熱水進入儲水箱，以便保存和使用。
[0014]儲水箱中有空氣時可由氣孔排出，增加儲水量；防爆閥避免加熱狀態(tài)下水壓過大，導(dǎo)致儲水箱爆炸；真空外管的真空夾層具有隔熱效果，能夠防止熱量的流失；較大的內(nèi)管有利于光吸收，并保證大部分的進水與TiO2納米涂層接觸，以利于殺滅水中微生物。
[0015]進一步的，所述儲水箱為鼓形。儲水箱的中部比兩端略大，保證了儲水量的同時，因具有最低點，使得所有的水均能從中間最低點流出而不形成死角。
[0016]進一步的,所述TiO2納米涂層的厚度為100-300nm。納米尺度的TiO2由于遷移路徑較短，受光激發(fā)后可有更多氧化性空穴遷移至TiO2表面形成強氧化基團，光催化效率更高；同時，100-300nm約為可見光區(qū)波長的四分之一，具有光學(xué)增透的作用，從而增強了占地表陽光輻照大部分比例的可見光的通過，提高集熱效果。
[0017]進一步的，所述TiO2納米涂層中的TiO2為銳鈦礦晶型。此晶型的TiO2因表面具有更多的活性晶面，相比于金紅石型或板鈦礦型TiO2，其光催化活性更高。
[0018]進一步的，所述玻璃管為石英玻璃材質(zhì)。普通玻璃對紫外光有吸收作用，而石英玻璃的紫外光透過率極高。石英玻璃材質(zhì)的真空外管能夠最大效率地透過紫外光，保證TiO2的聞效殺菌效果。
[0019]進一步的，所述內(nèi)管的外表面為光吸收層，內(nèi)部為銅質(zhì)管芯。銅質(zhì)管芯傳熱快，可快速加熱冷水。
[0020]進一步的，所述銅質(zhì)管芯為螺旋結(jié)構(gòu)。此結(jié)構(gòu)增大了銅管與光吸收層的接觸面積，并且增加水流動路線，使水溫能進一步提聞。
[0021]進一步的，還包括進水管，其與所述真空外管的進水口連通，并在一端設(shè)有進水接頭，使所述集熱管統(tǒng)一進水。只要將家用自來水直接接到進水管即可對所有集熱管統(tǒng)一進水，避免繁瑣的安裝。
[0022]進一步的，所述進水管還與所述儲水箱的底部中間處連通，中間設(shè)有溫度控制閥，且所述溫度控制閥設(shè)定溫度范圍為40-45°C，低于設(shè)定溫度時所述溫度控制閥打開。當(dāng)儲水箱中的溫度過低時，控制閥打開，由于低溫水重力大，主要集中在儲水箱的下部。因此熱水器中的水直接形成對流，低溫水從儲水箱底部流出，經(jīng)集熱管的加熱后又流回儲水箱，保證獲得較高的水溫。同時，水質(zhì)流動也抑制了細菌繁殖。
[0023]進一步的，所述進水接頭前段還接有壓力控制閥，且所述壓力控制閥的水壓設(shè)定值為0.2-0.25mPa，儲水箱的水壓高于設(shè)定值關(guān)閉。當(dāng)儲水箱水滿時，壓力控制閥自動關(guān)閉，停止向熱水器進水。
[0024]殺菌過程主要是通過TiO2光催化氧化來實現(xiàn)。紫外光照射TiO2, TiO2受光變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，表面形成氧化能力極強的自由基(-0H)和超級氧化離子(02_);其可將各種有機污染物氧化分解，迅速高效地殺滅水中的細菌、病毒等有機微生物。并且反應(yīng)最終產(chǎn)物為無毒害的CO2和H2O,無二次污染物產(chǎn)生，環(huán)保高效。
[0025]由于波長< 380nm的紫外光都能激發(fā)TiO2發(fā)生作用，并能氧化幾乎所有有機物質(zhì)，有效提聞紫外光的利用效率。有機物質(zhì)在氧化過程中同時放出熱量，也可進一步提聞熱水器的產(chǎn)熱效率。因此，本發(fā)明無需加設(shè)其他裝置，也不用接入電力等其他能源，直接利用太陽能殺菌和加熱，徹底解決普通太陽能熱水器中水質(zhì)易受細菌污染的難題，達到了殺菌消毒和獲得熱水的雙重目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明中太陽能殺菌熱水器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明，附圖為簡化的結(jié)構(gòu)示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本技術(shù)特征，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文字能夠據(jù)以實施。
[0028]圖1是本發(fā)明中一種太陽能殺菌熱水器，儲水箱(I)和集熱管固定安裝在表面陽極氧化處理的鎂鋁合金支架(4)上。
[0029]鎂鋁合金支架選用含有重量比鎂8.2%，銅3.5%，錳1.3%，鐵0.2%，硅0.2%，鋯
0.04%,鈦0.02%，硼0.04%、鉍0.3%，錫0.03%，余量為鋁及不可避免雜質(zhì)的鎂鋁合金材料；合金加工為結(jié)構(gòu)件后，表面經(jīng)過陽極氧化處理獲得鈍化膜。所得支架非常輕便，密度僅為2.61g/cm3，并且強度高，無熱變形，抗蝕性能好，可適應(yīng)風(fēng)吹雨打的嚴苛環(huán)境。
[0030]集熱管的傾斜角度根據(jù)安裝地區(qū)的太陽照射角度，由支架的斜腳角度來確定，在華南地區(qū)選擇為60°。集熱管包括真空外管(2)、內(nèi)管(3)，內(nèi)管伸入真空管內(nèi)部，上端連通儲水箱。真空外管由兩層同軸石英玻璃管組成，中間的夾層抽真空，以防止高溫部件直接暴露于空氣中，造成熱量流失；內(nèi)層玻璃管的內(nèi)壁鍍有120nm的TiO2納米涂層，涂層厚度大約是綠光波長(約500nm左右)的四分之一，可使在玻璃和水的界面處產(chǎn)生的反射光發(fā)生干涉減弱，對綠光有明顯的增透效果。
[0031]真空外管上端的進水口接自來水管，冷水從進水口流入并充滿真空外管的內(nèi)腔，并經(jīng)內(nèi)管流入儲水箱，空氣從氣孔排出；直至水滿，儲水箱水壓增大，壓力控制閥關(guān)閉；當(dāng)水被使用，儲水箱中水壓降低，壓力控制閥重新打開，外部供水。
[0032]陽光照射下，真空外管內(nèi)壁上TiO2納米涂層受到陽光中紫外光的激發(fā)，產(chǎn)生光生載流子，光生載流子遷移至TiO2表面，與水分子和水中的溶解氧結(jié)合，形成了氧化能力極強的自由基(-0H)和超級氧化離子(02_);水流經(jīng)TiO2納米涂層時，強氧化性的自由基團將水中的有機物質(zhì)，包括細菌和病毒，直接氧化分解，產(chǎn)物為無毒害的CO2和h2o。
[0033]氧化殺菌過程的同時，進水也得到了預(yù)熱，再流至真空外管下端后，從內(nèi)管下端進入銅質(zhì)管芯；內(nèi)管吸收光照溫度升高，銅質(zhì)的管芯傳熱極快，水被快速加熱，熱水從內(nèi)管上端進入儲水箱，以便保存；儲水箱外壁具有保溫層，可保持水溫在40-65°C;使用熱水時儲水箱底部接出水管，熱水流出使用即可。
[0034]當(dāng)儲水箱中的水溫過低時，溫度控制閥打開，儲水箱、真空外管和內(nèi)管構(gòu)成連通回路。由于冷水比重較大，其即從儲水箱底部流出，流入真空外管內(nèi)腔，再從內(nèi)管下端進入管芯，水被管芯加熱后，比重也相對變小，熱水從內(nèi)管上端進入儲水箱。冷、熱水形成自然對流，并不需要其他加壓設(shè)備，保證儲水箱中具有相對較高的水溫，同時水質(zhì)流動也抑制了細菌繁殖。
[0035]在平時日照條件下(地表陽光強度約為lOOmW/cm2)，太陽能殺菌熱水器能有效殺死霉菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等致命菌，殺菌率達85%以上，使用I立方儲水量的儲水桶能保證水溫約為62°C，徹底解決普通太陽能熱水器中水質(zhì)易受細菌污染的難題，達到了殺菌消毒和獲得熱水的雙重目的。
[0036]以上描述只是本發(fā)明的【具體實施方式】，各舉例說明不對本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容構(gòu)成限制，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員對前述的【具體實施方式】做修改或變形，而不背離發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能殺菌熱水器，其特征在于:包括支架、儲水箱和一個以上的集熱管； 所述的儲水箱，設(shè)有保溫層和保溫外殼，底部設(shè)有出水口，頂部設(shè)有排防爆閥和氣孔；且所述防爆閥水壓設(shè)定值為0.3-0.4mPa，水壓高于設(shè)定值時打開；所述氣孔在所述儲水箱中有氣體時打開； 所述集熱管包括真空外管，其由雙層同軸玻璃管組成，玻璃管之間的夾層為真空狀態(tài)；且所述真空外管的上端設(shè)有進水口，連通真空外管的內(nèi)腔；且所述內(nèi)腔表面鍍有TiO2納米涂層; 所述的集熱管還包括內(nèi)管，其下端伸入所述真空外管的內(nèi)腔，上端與所述的儲水箱相連通；且所述內(nèi)管的直徑為所述真空外管內(nèi)腔的直徑的80% -90% ； 所述支架包括豎腳和斜腳，所述斜腳與豎直方向夾角為45-80°，所述的豎腳和斜腳之間設(shè)有加強筋； 所述支架的材質(zhì)為鎂鋁合金，其表面具有陽極氧化層，且所述鎂鋁合金包含重量比為鎂 6.0-13.0 %，銅 2.0-4.2 %，錳 1.0-1.6 %，鐵 0.15-0.40 %，硅 0.10-0.22 %，鋯0.01-0.05%，鈦0.01-0.02%，硼 0.01-0.05%、鉍 0.15-0.55%，錫 0.01-0.05%，余量為鋁及不可避免的雜質(zhì)； 所述集熱管和儲水箱固定在所述支架上，且所述集熱管固定在所述斜腳的一側(cè)。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能殺菌熱水器，其特征在于:所述的儲水箱為鼓型。
3.如權(quán)利要求1所述的太陽能殺菌熱水器，其特征在于:所述TiO2納米涂層的厚度為100_300nm。
4.如權(quán)利要求3所述的太陽能殺菌熱水器，其特征在于:所述TiO2納米涂層中的TiO2為銳鈦礦晶型。
5.如權(quán)利要求1所述的太陽能殺菌熱水器，其特征在于:所述玻璃管為石英玻璃材質(zhì)。
6.如權(quán)利要求1所述的太陽能殺菌熱水器，其特征在于:所述內(nèi)管的外表面為光吸收層，內(nèi)部為銅質(zhì)管芯。
7.如權(quán)利要求6所述的太陽能殺菌熱水器，其特征在于:所述銅質(zhì)管芯為螺旋結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1所述的太陽能殺菌熱水器，其特征在于:還包括進水管，其與所述真空外管的進水口連通，并在一端設(shè)有進水接頭，使所述集熱管統(tǒng)一進水。
9.如權(quán)利要求8所述的太陽能殺菌熱水器，其特征在于:所述進水管還與所述儲水箱的底部中間處相連通，中間設(shè)有溫度控制閥，且所述溫度控制閥設(shè)定溫度范圍為40-45°C，低于設(shè)定溫度時所述溫度控制閥打開。
10.如權(quán)利要求7所述的太陽能殺菌熱水器，其特征在于:所述進水接頭前段還接有壓力控制閥，且所述壓力控制閥的水壓設(shè)定值為0.2-0.25mPa，儲水箱的水壓高于設(shè)定值關(guān)閉。
【文檔編號】F24J2/46GK103925716SQ201410171072
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月25日
【發(fā)明者】周慶芬 申請人:周慶芬