一种太阳能保温水箱的制作方法

本实用新型属于太阳能热水设备技术领域，具体涉及一种太阳能保温水箱。

背景技术：

太阳能是指太阳的热辐射能，是由太阳内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的辐射能量。太阳能具有开发利用不受地域限制、无须开采和运输、清洁环保、储量巨大等优点，随着科学技术的发展，太阳能正在被大量使用在生活、生产等各个领域。

太阳能热水器是将太阳光能转化为热能的装置，将水从低温加热到高温，以满足人们对热水的使用需求。太阳能热水器在太阳光照射下利用集热器将水加热，被加热后的水往往不能一次性使用完毕，需要将其储存起来，太阳能保温水箱则是用来收集和存储集热器产生的热水的一种装置。对太阳能保温水箱而言，需要解决的首要问题是要提高水箱的保温效果，延长保温时间。对大型太阳能保温水箱来说，还需要解决水箱储水量与水箱承压力之间的矛盾：储水量越大，水箱内的水压越大，对箱体的强度要求越高。

现有技术中，大型太阳能保温水箱主要存在以下问题：1. 水箱承受水压的能力较差，水箱底部容易发生破损；2. 水箱顶盖为全封闭式，在出水阀关闭的情况下，当水位提升到一定高度后，水箱内残留的空气被水体压缩产生反作用力，使水箱内无法继续进水，导致水箱的容积无法充分利用，储水量受限，水箱内的水位也不能得到调节。

技术实现要素：

为解决现有大型太阳能保温水箱底板承压力差、水箱不能加满水导致水箱容积没有得到充分利用、水位不可调节等问题，本实用新型的目的在于提供一种太阳能保温水箱。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：一种太阳能保温水箱，包括外壳、设置于外壳内部的内胆、以及填充在外壳和内胆之间的保温层，上述内胆包括由下至上依次连接的承压底板、内筒和内顶盖；上述承压底板由外缘向中心下凹形成漏斗状圆锥面，上述内筒为柱形圆筒，上述内顶盖由外缘向中心上凹形成圆锥盖。

本实用新型优选地，上述外壳包括由下至上依次连接的底座、外筒和外顶盖；上述底座为圆形平板，上述外筒为柱形圆筒，上述外顶盖由外缘向中心上凹形成圆锥盖。

本实用新型优选地，上述底座的直径大于上述承压底板的直径，上述外筒的直径大于上述内筒的直径，上述内顶盖和上述外顶盖之间留有间距。

本实用新型优选地，上述承压底板的中心与上述底座的中心竖直对应；上述内筒的中心轴与上述外筒的中心轴在水平方向上对应；上述内顶盖的中心轴与上述外顶盖的中心轴在水平方向上对应。

本实用新型优选地，上述承压底板与上述底座之间设有排污管，上述排污管顶端和底端的开口分别设置在承压底板最低处和底座中心处。

本实用新型优选地，还设有排气管，上述外顶盖最高处和上述内顶盖最高处分别设有开孔；上述排气管的底端穿过外顶盖和内顶盖上的开孔，与上述内胆连通；上述排气管的顶端伸出上述外壳外部，位于外顶盖上方。

本实用新型优选地，上述内筒与上述外筒之间设有进水管和出水管，上述进水管两端的开口分别设置在外筒和内筒上，上述出水管两端的开口分别设置在外筒和内筒上。

本实用新型优选地，上述出水管的水平高度高于上述进水管的水平高度。

水箱的箱体由外壳、保温层和内胆三层结构构成，使箱体内的热水与箱体外的外界环境隔离，具有良好的隔热作用。外壳起到了定型和支撑内部构造的作用；保温层是主要的隔热构件，同时对内胆具有支撑、稳固和减震的作用；内胆起到了容纳热水、为热水提供对流循环空间、并对热水进行保温的作用。

能够对水箱底板产生破坏作用的力是垂直于底板板面上的作用力，如何调整和减小这个方向上的作用力是提高水箱承压能力的关键。普通水箱的底板均为水平放置，竖直向下的水压力直接垂直作用于底板上，在水箱大小和材质同等的情况下，普通水箱的底板能够承受的水压力非常有限。

本实用新型内胆的承压底板由外缘向中心下凹形成漏斗状圆锥面，这样的结构设计有利于提高承压底板承受水压的能力。如图2所示，承压底板的板面为倾斜的圆锥面，可以将作用在承压底板上的竖直向下的水压力分解为两个方向的作用力：垂直于承压底板板面上的斜向下的作用力，以及平行于承压底板板面的斜向下的作用力。在总的水压力不变的情况下，由于平行于承压底板板面的作用力分散了一部分水压力，垂直于承压底板板面上的作用力大幅度减小，因此，相较于底板水平放置的普通水箱，本实用新型能够承受更大的水压。

在注水的过程中，随着水箱中的水量逐渐增大，内胆将逐渐下沉，承压底板与底座的间距逐渐缩小。普通水箱的内胆底板与外壳底座均为水平结构，当水箱中的储水量超过限度时，内胆底板迅速下沉，直接碰撞到外壳底座，造成内胆底板破碎。另外，当水体晃动或由于外力作用使内胆发生晃动时，内胆也可能直接碰撞到外壳底座发生破损。

本实用新型的承压底板设计则考虑到了这样的问题，内胆的承压底板由外缘向中心下凹形成漏斗状圆锥面，这样，无论内胆下沉还是发生晃动，圆锥面形状的内胆与水平结构的底板之间始终保持有足够的安全空间，保证了内胆的使用安全。

另外，承压底板为斜面结构更有利于促进水箱内具有温度差的水体的上下循环作用，使水体的传热效果更好，更有利于使水箱内的水保持温度均匀。

由于内胆的承压底板为倾斜的圆锥面，外壳的底座为水平放置的圆形平板，承压底板与底座之间形成了更大的空间，用于填充更多的保温材料，所以承压底板与底座承受水压的能力得到进一步加强，保温层对内胆的支撑和防震作用更为优良，水箱的隔热和保温效果更加良好。

底座的直径大于承压底板的直径，外筒的直径大于内筒的直径，内顶盖与外顶盖之间留有间距，这样就保证了内胆与外壳之间留有足够的空间填充保温材料。保温材料全方位地包裹在内胆的外壁上，对内胆既起到了良好的稳固防震作用，也取得了良好的保温效果。

承压底板的中心与底座的中心竖直对应，外筒的中心轴与内筒的中心轴重合，外顶盖的中心轴与内顶盖的中心轴重合，这样的设计能够使本实用新型所述的水箱保持结构对称、受力均匀、牢固稳定。

承压底板最低处与底座之间设有排污管，排污管的顶端和底端分别穿通承压底板和底座。由于承压底板为倾斜的圆锥面形状，所以水箱底部的水垢可以沉积在排污管中，排污管外接阀门和管道，打开阀门即可将水箱底部的水垢排出，关闭阀门后又可以继续在水箱中注水、储水。

内顶盖和外顶盖均设置为圆锥盖形状，相比于水平顶盖结构，这样的结构设计增大了水箱的容积。

在往水箱注水的过程中，需要关闭出水口，使水箱中的水位持续上升。对于普通的水箱而言，关闭出水口后，箱体内部为密闭状态，没有任何出口可以将水箱中的残留空气排出，在水位持续提升的过程中，水箱内的残留空气被水体压缩后产生极大的反作用力，使水箱内无法继续进水，从而导致水箱不能完全装满水，箱体与液面之间总会存在大量空气，水箱的容积无法充分利用，储水量受限。

本实用新型在内顶盖与外顶盖上设有排气管，排气管的底端与内胆连通，排气管的顶端伸出外壳外部并位于外顶盖上方。

在注水的过程中，水体推动箱体内的残留空气通过排气管从水箱上方排出，水箱内外的气压保持实时平衡，因而水可以完全注满内胆，水箱的容积得到充分利用。

普通的水箱为全封闭结构且底板承受水压的能力较小，当实际水位超过安全水位时，即水箱中的水量达到底板所能承受的最大储水量时，如果没有及时关闭进水阀，继续往水箱中注水，多余的水则会在全封闭结构的箱体中储存，底板将被水体撑破。本实用新型的排气管则成为了一种调节储水量的通道，具有超水位自动调节功能：当实际水位超过安全水位时，即水箱中储水量达到最大值时，如果没有及时关闭进水阀，继续往水箱中注水，多余的水则通过排气管从箱体上方排出，使水箱中的水压始终维持在承压底板能够承受的限度内。

在使用热水的过程中，进水管外部连接的阀门处于关闭状态，当打开出水管外部连接的阀门后，水从出水管排出，箱体内水位下降，外部空气通过排气管从外界进入箱体内，使箱体内外的气压保持实时平衡，因而箱体内的水可以顺畅地流出。因此，排气管的设置既达到了增大水箱储水量的目的，也实现了实时调节水位的功能，对承压底板起到了良好的保护作用。

本实用新型还将出水管的水平高度设置为高于进水管的水平高度。由于热水上浮冷水下沉的特性，吸收了太阳能的新鲜热水通过进水管进入水箱下部，相比于水箱中已有的储存水，新鲜热水温度较高，因而上浮，新鲜热水在上浮的过程中与储存水充分接触并进行热传递，经过充分热循环和热传递的水能够保持均匀的温度。打开出水管外部连接的阀门后，经过热循环和热传递的水从水箱上部的出水管流出，因而用户最终能够使用到温度均匀的热水。

本实用新型至少能达到一项以下有益效果：

1.水箱底部承压力大；

2.内胆的承压底板与外壳的底座保持安全空间，保障了内胆的使用安全；

3.具有超水位自动调节功能；

4. 储水量大，可注满水，水箱容积能够得到充分利用，在储水量相等的条件下节省了水箱设备的占地空间；

5.箱体内水循环作用良好，出水温度恒定均匀；

6.保温效果好，保温时间长；

7.水位可以实时自由调节，出水顺畅；

8.便于排污和清洁。

附图说明

图1是本实用新型的正面剖视图。

图2是本实用新型的水压作用力分析图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步解释说明：

如图1和图2所示，本实用新型包括外壳1、设置于外壳1内部的内胆2、以及填充在外壳1和内胆2之间的保温层3。

实施例1

如图1所示，内胆2包括由下至上依次连接的承压底板201、内筒202和内顶盖203；承压底板201由外缘向中心下凹形成漏斗状圆锥面，内筒202为柱形圆筒，内顶盖203由外缘向中心上凹形成圆锥盖。

外壳1包括由下至上依次连接的底座101、外筒102和外顶盖103；底座101为圆形平板，外筒102为柱形圆筒，外顶盖103由外缘向中心上凹形成圆锥盖。

底座101的直径大于承压底板201的直径，外筒102的直径大于内筒202的直径，内顶盖203与外顶盖103之间留有间距。

承压底板201的中心与底座101的中心竖直对应，内筒202的中心轴与外筒102的中心轴在水平方向上对应，内顶盖203的中心轴与外顶盖103的中心轴在水平方向上对应。

承压底板201与底座101之间设有排污管4，排污管4顶端和底端的开口分别设置在承压底板201最低处和底座101中心处。

还设有排气管5，外顶盖103最高处和内顶盖203最高处分别设有开孔；排气管5的底端穿过外顶盖103和内顶盖203上的开孔，与内胆2连通；排气管5的顶端伸出外壳1外部，位于外顶盖103上方。

内筒202与外筒102之间设有进水管6和出水管7，进水管6两端的开口分别设置在外筒102和内筒202上，出水管7两端的开口分别设置在外筒102和内筒202上。

出水管7的水平高度高于进水管6的水平高度。

实施例2

内胆2包括由下至上依次连接的承压底板201、内筒202和内顶盖203；承压底板201由外缘向中心下凹形成漏斗状圆锥面，内筒202为柱形圆筒，内顶盖203由外缘向中心上凹形成圆锥盖。

外壳1包括由下至上依次连接的底座101、外筒102和外顶盖103；底座101为圆形平板，外筒102为柱形圆筒，外顶盖103由外缘向中心上凹形成圆锥盖。

底座101的直径大于承压底板201的直径，外筒102的直径大于内筒202的直径，内顶盖203与外顶盖103之间留有间距。

承压底板201的中心与底座101的中心竖直对应，内筒202的中心轴与外筒102的中心轴在水平方向上对应，内顶盖203的中心轴与外顶盖103的中心轴在水平方向上对应。

承压底板201与底座101之间设有排污管4，排污管4顶端和底端的开口分别设置在承压底板201最低处和底座101中心处。

还设有排气管5，外顶盖103最高处和内顶盖203最高处分别设有开孔；排气管5的底端穿过外顶盖103和内顶盖203上的开孔，与内胆2连通；排气管5的顶端伸出外壳1外部，位于外顶盖103上方。

内筒202与外筒102之间设有进水管6和出水管7，进水管6两端的开口分别设置在外筒102和内筒202上，出水管7两端的开口分别设置在外筒102和内筒202上。

实施例3

内胆2包括由下至上依次连接的承压底板201、内筒202和内顶盖203；承压底板201由外缘向中心下凹形成漏斗状圆锥面，内筒202为柱形圆筒，内顶盖203由外缘向中心上凹形成圆锥盖。

外壳1包括由下至上依次连接的底座101、外筒102和外顶盖103；底座101为圆形平板，外筒102为柱形圆筒，外顶盖103由外缘向中心上凹形成圆锥盖。

底座101的直径大于承压底板201的直径，外筒102的直径大于内筒202的直径，内顶盖203与外顶盖103之间留有间距。

承压底板201与底座101之间设有排污管4，排污管4顶端和底端的开口分别设置在承压底板201最低处和底座101中心处。

还设有排气管5，外顶盖103最高处和内顶盖203最高处分别设有开孔；排气管5的底端穿过外顶盖103和内顶盖203上的开孔，与内胆2连通；排气管5的顶端伸出外壳1外部，位于外顶盖103上方。

内筒202与外筒102之间设有进水管6和出水管7，进水管6两端的开口分别设置在外筒102和内筒202上，出水管7两端的开口分别设置在外筒102和内筒202上。

出水管7的水平高度高于进水管6的水平高度。

本实用新型具体的工作原理是：

如图2所示，需要将热水注入水箱时，关闭排污管4和出水管7外部连接的阀门，打开进水管6外部连接的阀门，热水经过进水管6进入水箱。在水位9持续上升的过程中，水体将水位9以上的空气经过排气管5逐渐推出水箱外，最终水位9可以达到内胆2顶部，此时水箱内注满热水，水箱的容积得以充分利用，关闭进水管6外部连接的阀门，停止注水。

用户需要使用热水时，打开出水管7外部连接的阀门，水箱内的热水经过出水管7流出，水位9下降，空气从外界经过排气管5进入水箱内，水箱内外的气压保持平衡，因而水箱内的水可以顺畅地流出。

需要排出水箱底部的水垢时，打开排污管4外部连接的阀门，水箱内部的水经过排污管4流出，水力带动水垢从排污管4流出。

承压底板201的板面为倾斜的圆锥面，可以将作用在承压底板201上的竖直向下的水压力8分解为两个方向的作用力：垂直于承压底板201板面上的斜向下的作用力，以及平行于承压底板201板面的斜向下的作用力。在总的水压力8不变的情况下，由于平行于承压底板201板面的作用力分散了一部分水压力8，垂直于承压底板201板面上的作用力大幅度减小，因此，相较于底板水平放置的普通水箱，本实用新型能够承受更大的水压。

另外，承压底板201为斜面结构更有利于促进水箱内具有温度差的水体的上下循环作用，使水体的传热效果更好，更有利于使水箱内的水保持恒温。

由于内胆2的承压底板201为倾斜的圆锥面，外壳1的底座101为水平放置的圆形平板，承压底板201与底座101之间形成了更大的空间，用于填充更多的保温材料，所以承压底板201与底座101承受水压的能力得到进一步加强，保温层3对内胆2的支撑和防震作用更为优良，水箱的隔热和保温效果更加良好。

底座101的直径大于承压底板201的直径，外筒102的直径大于内筒202的直径，外顶盖103的内壁与内顶盖203的外壁之间留有间距，这样就保证了内胆2与外壳1之间留有足够的空间填充保温材料。保温材料全方位地包裹在内胆2的外壁上，对内胆2既起到了良好的稳固防震作用，也取得了良好的保温效果。

承压底板201的中心与底座101的中心竖直对应，内筒202的中心轴与外筒102的中心轴重合，内顶盖203的中心轴与外顶盖103的中心轴重合，这样的设计能够使本实用新型所述的水箱保持结构对称、受力均匀、牢固稳定。

内胆2的内顶盖203和外壳1的外顶盖103设置为圆锥盖形状，相比于水平顶盖结构，这样的结构设计增大了水箱的容积。

本实用新型还将出水管6的水平高度设置为高于进水管7的水平高度。由于热水上浮冷水下沉的特性，吸收了太阳能的新鲜热水通过进水管6进入水箱下部，相比于水箱中已有的储存水，新鲜热水温度较高，因而上浮，新鲜热水在上浮的过程中与储存水充分接触并进行热传递，经过充分热循环和热传递的水能够保持均匀的温度。打开出水管7外部连接的阀门后，经过热循环和热传递的水从水箱上部的出水管7流出，因而用户最终能够使用到温度均匀的热水。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进均应视为落入要求保护的本实用新型范围内。