一种太阳能杀菌热水器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种太阳能杀菌热水器，涉及太阳能应用【技术领域】。所述太阳能杀菌热水器，包括集热管、储水箱和高性能镁铝合金支架；所述储水箱设有保温层和保温外壳，底部设有出水口，顶部设有防爆阀和气孔；所述集热管包括真空外管，其由双层同轴玻璃管组成，夹层为真空；真空外管的上端设有进水口，内腔镀有TiO2纳米涂层；集热管还包括内管，其下端伸入真空外管内腔，上端与储水箱连通。所述TiO2纳米涂层受到阳光中紫外光的激发，表面形成强氧化性的自由基团，其将水中各种有机污染物氧化分解，杀灭水中的细菌、病毒；经杀菌的冷水再由集热的内管加热为热水，进入储水箱以储存和使用。本发明直接利用太阳能，达到了杀菌消毒和获得热水的双重目的。
【专利说明】一种太阳能杀菌热水器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种太阳能杀菌热水器，属于太阳能应用【技术领域】。
【背景技术】
[0002]太阳能是一种新型绿色能源，其开发和利用对解决能源紧缺、减小环境污染压力具有重大意义。光热转化是高效的太阳能利用方式，在这方面中国处于世界领先水平，太阳能热水已为日常生活中所常见。如何开拓新方式，提高光利用效率是进一步发展清洁太阳能的重要方向。
[0003]现有的太阳能热水器利用光能将常温水加热供人们使用，但一般不能在生产热水的同时起到杀菌、消毒的作用。普通太阳能热水器中的热水温度一般在40-60°C，而这个温度正好适合细菌繁殖，如果不是立即使用，经过反复加热的水质极容易滋生致病菌团，给人们生活、保健带来不便。
[0004]海尔集团在专利CN201093698Y中公开了在电热水器中加装臭氧发生器的技术方案，往热水中通入臭氧达到杀菌目的；专利CN201373588Y和专利CN2872188Y采用了同样原理；专利CN201983447U通过产生高压电磁场杀灭电热水器中细菌；一般的太阳能热水器具有真空集热管、储水箱和支架，专利CN203413860U则在太阳能热水器的储水箱中加装紫外杀菌灯，通过紫外线杀灭细菌。上述技术均获得一定杀菌效果，但需在原设备上增加装置，使设备结构复杂，不利于生产以及日常使用和维护。
[0005]事实上，地表阳光辐照中即包含4%左右的紫外线(光波波长< 380nm)，其可破坏细菌和病毒中的DNA(脱氧核糖核酸)或RNA(核糖核酸)的分子结构，造成生长性细胞死亡或再生性细胞死亡，达到杀菌消毒的效果。尤其在波长为255nm左右时紫外光的杀菌作用最强，此波段与微生物细胞核中DNA或RNA的紫外线吸收和光化学敏感性范围重合。但由于阳光中紫外线含量低，短波长紫外光更少，杀菌效果有限。
【发明内容】
[0006]针对上述问题，本发明公开一种具有杀菌功能的太阳能热水器。
[0007]TiO2是一种无毒、性质稳定的半导体材料,其可吸收波长< 380nm的紫外光,表面形成强氧化性的自由基团，能高效催化有机物质氧化分解。利用TiO2光催化氧化原理，本发明中太阳能杀菌热水器所采用的技术方案是:
[0008]一种太阳能杀菌热水器，其特征在于:包括支架、储水箱和一个以上的集热管；所述的储水箱，设有保温层和保温外壳，底部设有出水口，顶部设有排防爆阀和气孔，且所述防爆阀水压设定值为0.3-0.4mPa，水压高于设定值时打开，所述气孔在所述储水箱中有气体时打开；所述集热管包括真空外管，其由双层同轴玻璃管组成，玻璃管之间的夹层为真空状态；且所述真空外管的上端设有进水口，连通真空外管的内腔；且所述内腔表面镀有TiO2纳米涂层；所述的集热管还包括内管，其下端伸入所述真空外管的内腔，上端与所述的储水箱连通；且所述内管的直径为所述真空外管内腔的直径的80% -90% ；[0009]所述支架包括竖脚和斜脚，所述斜脚与竖直方向夹角为45-80°，所述的竖脚和斜脚之间设有加强筋；所述集热管和储水箱固定在所述支架上，且所述集热管固定在所述斜脚的一侧。
[0010]所述支架的材质为镁铝合金，其表面具有阳极氧化层；且所述镁铝合金包含重量比为镁 6.0-13.0%，铜 2.0-4.2%，锰 1.0-L 6 %，铁 0.15-0.40%，硅 0.10-0.22%，锆0.01-0.05%，钛 0.01-0.02%，硼 0.01-0.05%、铋 0.15-0.55%，锡 0.01-0.05%，余量为铝及不可避免的杂质；
[0011]镁铝合金比重极小，同时具有很好的刚性和尺寸稳定性；添加铜提高合金强度、硬度，但会降低延伸性；铁能增加铝合金的尺寸稳定性和支撑性能，使其在高温下具有高强度、硬度；但过量的铁与铜形成Cu2FeA17组分而降低热处理效应所需的铜量；硅与铁结合，防止铁与铜结合降低合金的拉伸性能；添加适量锰后可进一步提高拉伸强度和改善抗蚀性；锆、钛、硼元素能够细化晶粒；硼、铋能增加铝合金的再结晶湿度，提高合金的加工性、浇铸性和焊接性能；锡增强固溶热处理人工时效的效果，使强度增加，抗腐蚀性得到改善。
[0012]通过表面阳极氧化处理后，合金构件表面形成致密氧化膜，可有效提高防锈蚀性能。选用镁铝合金材质的支架极大地减轻了热水器整体重量，方便热水器与建筑的一体化安装；并且，由于支架尺寸稳定性高，保证集热管和储水箱等部件的连接不随环境温度发生变化，可预防集热管碎裂和漏水事故。
[0013]本发明中太阳能杀菌热水器无需加装其他杀菌装置，也无需外接电力等其他能源。冷水进入真空外管后，经TiO2纳米涂层光催化氧化杀菌；再由吸收光照集热的内管加热，热水进入储水箱，以便保存和使用。
[0014]储水箱中有空气时可由气孔排出，增加储水量；防爆阀避免加热状态下水压过大，导致储水箱爆炸；真空外管的真空夹层具有隔热效果，能够防止热量的流失；较大的内管有利于光吸收，并保证大部分的进水与TiO2纳米涂层接触，以利于杀灭水中微生物。
[0015]进一步的，所述储水箱为鼓形。储水箱的中部比两端略大，保证了储水量的同时，因具有最低点，使得所有的水均能从中间最低点流出而不形成死角。
[0016]进一步的,所述TiO2纳米涂层的厚度为100-300nm。纳米尺度的TiO2由于迁移路径较短，受光激发后可有更多氧化性空穴迁移至TiO2表面形成强氧化基团，光催化效率更高；同时，100-300nm约为可见光区波长的四分之一，具有光学增透的作用，从而增强了占地表阳光辐照大部分比例的可见光的通过，提高集热效果。
[0017]进一步的，所述TiO2纳米涂层中的TiO2为锐钛矿晶型。此晶型的TiO2因表面具有更多的活性晶面，相比于金红石型或板钛矿型TiO2，其光催化活性更高。
[0018]进一步的，所述玻璃管为石英玻璃材质。普通玻璃对紫外光有吸收作用，而石英玻璃的紫外光透过率极高。石英玻璃材质的真空外管能够最大效率地透过紫外光，保证TiO2的闻效杀菌效果。
[0019]进一步的，所述内管的外表面为光吸收层，内部为铜质管芯。铜质管芯传热快，可快速加热冷水。
[0020]进一步的，所述铜质管芯为螺旋结构。此结构增大了铜管与光吸收层的接触面积，并且增加水流动路线，使水温能进一步提闻。
[0021]进一步的，还包括进水管，其与所述真空外管的进水口连通，并在一端设有进水接头，使所述集热管统一进水。只要将家用自来水直接接到进水管即可对所有集热管统一进水，避免繁琐的安装。
[0022]进一步的，所述进水管还与所述储水箱的底部中间处连通，中间设有温度控制阀，且所述温度控制阀设定温度范围为40-45°C，低于设定温度时所述温度控制阀打开。当储水箱中的温度过低时，控制阀打开，由于低温水重力大，主要集中在储水箱的下部。因此热水器中的水直接形成对流，低温水从储水箱底部流出，经集热管的加热后又流回储水箱，保证获得较高的水温。同时，水质流动也抑制了细菌繁殖。
[0023]进一步的，所述进水接头前段还接有压力控制阀，且所述压力控制阀的水压设定值为0.2-0.25mPa，储水箱的水压高于设定值关闭。当储水箱水满时，压力控制阀自动关闭，停止向热水器进水。
[0024]杀菌过程主要是通过TiO2光催化氧化来实现。紫外光照射TiO2, TiO2受光变为激发态，表面形成氧化能力极强的自由基(-0H)和超级氧化离子(02_);其可将各种有机污染物氧化分解，迅速高效地杀灭水中的细菌、病毒等有机微生物。并且反应最终产物为无毒害的CO2和H2O,无二次污染物产生，环保高效。
[0025]由于波长< 380nm的紫外光都能激发TiO2发生作用，并能氧化几乎所有有机物质，有效提闻紫外光的利用效率。有机物质在氧化过程中同时放出热量，也可进一步提闻热水器的产热效率。因此，本发明无需加设其他装置，也不用接入电力等其他能源，直接利用太阳能杀菌和加热，彻底解决普通太阳能热水器中水质易受细菌污染的难题，达到了杀菌消毒和获得热水的双重目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明中太阳能杀菌热水器结构示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，附图为简化的结构示意图，仅以示意方式说明本发明的基本技术特征，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
[0028]图1是本发明中一种太阳能杀菌热水器，储水箱(I)和集热管固定安装在表面阳极氧化处理的镁铝合金支架(4)上。
[0029]镁铝合金支架选用含有重量比镁8.2%，铜3.5%，锰1.3%，铁0.2%，硅0.2%，锆
0.04%,钛0.02%，硼0.04%、铋0.3%，锡0.03%，余量为铝及不可避免杂质的镁铝合金材料；合金加工为结构件后，表面经过阳极氧化处理获得钝化膜。所得支架非常轻便，密度仅为2.61g/cm3，并且强度高，无热变形，抗蚀性能好，可适应风吹雨打的严苛环境。
[0030]集热管的倾斜角度根据安装地区的太阳照射角度，由支架的斜脚角度来确定，在华南地区选择为60°。集热管包括真空外管(2)、内管(3)，内管伸入真空管内部，上端连通储水箱。真空外管由两层同轴石英玻璃管组成，中间的夹层抽真空，以防止高温部件直接暴露于空气中，造成热量流失；内层玻璃管的内壁镀有120nm的TiO2纳米涂层，涂层厚度大约是绿光波长(约500nm左右)的四分之一，可使在玻璃和水的界面处产生的反射光发生干涉减弱，对绿光有明显的增透效果。
[0031]真空外管上端的进水口接自来水管，冷水从进水口流入并充满真空外管的内腔，并经内管流入储水箱，空气从气孔排出；直至水满，储水箱水压增大，压力控制阀关闭；当水被使用，储水箱中水压降低，压力控制阀重新打开，外部供水。
[0032]阳光照射下，真空外管内壁上TiO2纳米涂层受到阳光中紫外光的激发，产生光生载流子，光生载流子迁移至TiO2表面，与水分子和水中的溶解氧结合，形成了氧化能力极强的自由基(-0H)和超级氧化离子(02_);水流经TiO2纳米涂层时，强氧化性的自由基团将水中的有机物质，包括细菌和病毒，直接氧化分解，产物为无毒害的CO2和h2o。
[0033]氧化杀菌过程的同时，进水也得到了预热，再流至真空外管下端后，从内管下端进入铜质管芯；内管吸收光照温度升高，铜质的管芯传热极快，水被快速加热，热水从内管上端进入储水箱，以便保存；储水箱外壁具有保温层，可保持水温在40-65°C;使用热水时储水箱底部接出水管，热水流出使用即可。
[0034]当储水箱中的水温过低时，温度控制阀打开，储水箱、真空外管和内管构成连通回路。由于冷水比重较大，其即从储水箱底部流出，流入真空外管内腔，再从内管下端进入管芯，水被管芯加热后，比重也相对变小，热水从内管上端进入储水箱。冷、热水形成自然对流，并不需要其他加压设备，保证储水箱中具有相对较高的水温，同时水质流动也抑制了细菌繁殖。
[0035]在平时日照条件下(地表阳光强度约为lOOmW/cm2)，太阳能杀菌热水器能有效杀死霉菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌等致命菌，杀菌率达85%以上，使用I立方储水量的储水桶能保证水温约为62°C，彻底解决普通太阳能热水器中水质易受细菌污染的难题，达到了杀菌消毒和获得热水的双重目的。
[0036]以上描述只是本发明的【具体实施方式】，各举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属【技术领域】的技术人员对前述的【具体实施方式】做修改或变形，而不背离发明的实质和范围。
【权利要求】
1.一种太阳能杀菌热水器，其特征在于:包括支架、储水箱和一个以上的集热管； 所述的储水箱，设有保温层和保温外壳，底部设有出水口，顶部设有排防爆阀和气孔；且所述防爆阀水压设定值为0.3-0.4mPa，水压高于设定值时打开；所述气孔在所述储水箱中有气体时打开； 所述集热管包括真空外管，其由双层同轴玻璃管组成，玻璃管之间的夹层为真空状态；且所述真空外管的上端设有进水口，连通真空外管的内腔；且所述内腔表面镀有TiO2纳米涂层; 所述的集热管还包括内管，其下端伸入所述真空外管的内腔，上端与所述的储水箱相连通；且所述内管的直径为所述真空外管内腔的直径的80% -90% ； 所述支架包括竖脚和斜脚，所述斜脚与竖直方向夹角为45-80°，所述的竖脚和斜脚之间设有加强筋； 所述支架的材质为镁铝合金，其表面具有阳极氧化层，且所述镁铝合金包含重量比为镁 6.0-13.0 %，铜 2.0-4.2 %，锰 1.0-1.6 %，铁 0.15-0.40 %，硅 0.10-0.22 %，锆0.01-0.05%，钛0.01-0.02%，硼 0.01-0.05%、铋 0.15-0.55%，锡 0.01-0.05%，余量为铝及不可避免的杂质； 所述集热管和储水箱固定在所述支架上，且所述集热管固定在所述斜脚的一侧。
2.如权利要求1所述的太阳能杀菌热水器，其特征在于:所述的储水箱为鼓型。
3.如权利要求1所述的太阳能杀菌热水器，其特征在于:所述TiO2纳米涂层的厚度为100_300nm。
4.如权利要求3所述的太阳能杀菌热水器，其特征在于:所述TiO2纳米涂层中的TiO2为锐钛矿晶型。
5.如权利要求1所述的太阳能杀菌热水器，其特征在于:所述玻璃管为石英玻璃材质。
6.如权利要求1所述的太阳能杀菌热水器，其特征在于:所述内管的外表面为光吸收层，内部为铜质管芯。
7.如权利要求6所述的太阳能杀菌热水器，其特征在于:所述铜质管芯为螺旋结构。
8.如权利要求1所述的太阳能杀菌热水器，其特征在于:还包括进水管，其与所述真空外管的进水口连通，并在一端设有进水接头，使所述集热管统一进水。
9.如权利要求8所述的太阳能杀菌热水器，其特征在于:所述进水管还与所述储水箱的底部中间处相连通，中间设有温度控制阀，且所述温度控制阀设定温度范围为40-45°C，低于设定温度时所述温度控制阀打开。
10.如权利要求7所述的太阳能杀菌热水器，其特征在于:所述进水接头前段还接有压力控制阀，且所述压力控制阀的水压设定值为0.2-0.25mPa，储水箱的水压高于设定值关闭。
【文档编号】F24J2/46GK103925716SQ201410171072
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】周庆芬 申请人:周庆芬