专利名称：太阳能热水器和巴氏杀菌器的制作方法
技术领域：
本发明涉及液体加热领域，更具体地说涉及用太阳能对水进行巴氏杀菌。
背景技术：
目前这类太阳能热水器一般包括由玻璃、金属或聚合材料制成的可容纳水的容器，同时该容器还可再加有能量吸收有色材料。目前设计的缺点是，许多热水器体积庞大，制造材料昂贵，而有些其他的热水器不能有效吸收、传导以及充分存储足够热量来得到足以进行巴氏杀菌的温度。此外，许多当前设计不能得到对水进行巴氏杀菌的温度。
当今在发展中国家的大多数疾病为由细菌、病毒和其他微生物造成的感染性疾病。其中这些细菌、病毒和其他微生物寄生在粪便(如人和动物粪便)内，并已发现存在于人们用于饮用和洗涤的污染水中。当人们喝下这些活的微生物时，这些微生物就可繁殖、引起疾病并从粪便到水中寄生，使疾病传播持续循环。
在世界范围内，不安全的水都是一个主要问题。估计有十亿人不能得到安全的水。也已经估算到的是，每年由于污染水造成的痢疾要夺走约5百万人的生命，并有约9亿病例发生。在发展中国家，城市用水系统是不可靠的，来自溪流、江河和一些水井中的水被人和动物携带的病原体所污染，形成对健康的威胁。对于没有安全水可饮用的十亿人来说，唯一的主要建议就是把水煮沸，有时煮沸需要10分钟。已经公知的是，自从路易斯.巴斯德(130多年前)的时代起，煮沸加热对于杀死所有造成疾病的牛奶和水中微生物是非常有效的。然而，煮沸不是一律可行的。这是因为煮沸要花费很长时间，开水口感不好，同时燃料通常有限或者很昂贵。
在水中已经发现有许多不同的致病微生物，但是大多数特别不耐热。例如，在发展中国家儿童中急性痢疾的最共同病因是大肠杆菌和志贺氏细菌以及轮状病毒族。这些细菌或病毒可在60℃或以上迅速被杀死。例如，在太阳能炊具中把水加热到66℃会提供足够热量来对水进行巴氏杀菌，并几乎杀死所有致病微生物。通过加热到非100℃(沸腾)的较低温度(即66℃)可安全饮用水，这样就为发展中国家解决污染水的问题提供了真正的机会。然而，太阳能热水器通常是笨重的而且很难操作。
因此，很显然需要一种有效的便携式太阳能热水器，这种太阳能热水器可把水加热到可进行巴氏杀菌的一定温度和一定时间。从而提供方便的饮用水源。本发明满足了这些需要并提供了其他相关优点。
发明内容
通过提供一种对液体加热和进行巴氏杀菌的简单、廉价和便携式的设备以及利用该设备的方法，本发明解决了现有技术中存在的问题。这种简单和便携式的设计可使饮用水供给源再次利用。而且，本发明设备制造成本相对较低，麻烦少，使用可靠，并容易收缩和折叠以利于存放或运输。
本发明体现如下的太阳能热水器中，该太阳能热水器具有一个容器、至少一个收集太阳能并把其传递给容器内水的能量转换结构和足够的绝热结构，该绝热结构可使在与容器接触表面上的热损失最小，从而可得到至少60℃的水温。因此本发明的太阳能热水器可通过把容纳在容器中液体加热到至少60℃的温度而对水进行巴氏杀菌。
本发明设备包括一个用于对液体进行巴氏杀菌的水密透明容器和至少一个能量转换结构，其中该能量转换结构用于收集太阳能、把该太阳能转换成热量并把该热量传递到容器内液体。容器可具有与之一体形成的能量转换结构，或者容器也可以是带有至少一个设置在其中的能量转换结构的任何水密透明容器。
在本发明的另一个方面，热水器包括能量反射结构，从而可进一步阻止在周围环境的热量损失。该容器也可包括温度指示器，该指示器指示在容器内水的温度或温度变化过程。通过这种方式，用户可容易确定进行巴氏杀菌而需要的温度和时间间隔是否达到。另外，温度指示器使用户监测容器内水温，并当水达到可接受温度时停止暴露于辐射。
还提供了对液体加热和进行巴氏杀菌的方法。本发明的方法包括把水注入到水密透明容器内，该容器在其中具有一个(或更多)能量转换结构；将容器暴露于如阳光的适当能量源一定时间，在该时间内足以把液体加热到理想的温度。通过把液体保持在特定温度特定时间，可完成巴氏杀菌。
从下面对本发明的描述中，同时结合附图，本发明的其他特征和优点可以明显地看出。其中的附图通过实例示出了本发明的原理。
图1为本发明太阳能热水器的一个实施方案的剖面图。
图2为本发明太阳能热水器的另一个实施方案的剖面图。
图3为本发明太阳能热水器的又一个实施方案的剖面图。
图4为本发明太阳能热水器的再一个实施方案的剖面图。
图5为本发明太阳能热水器的又一个实施方案的剖面图。
图6为本发明太阳能热水器的再一个实施方案的剖面图。
图7为本发明太阳能热水器的又一个实施方案的顶面照片视图。
图8为图7所示的本发明太阳能热水器实施方案的底面照片视图。
图9为图7所示的本发明太阳能热水器实施方案的剖面照片视图。
具体实施例方式
根据本发明，提供一种太阳能热水器，该太阳能热水器包括一个水密的可再密封的容器、至少一个位于所述热水器内的能量转换结构和足以使该热水器能获得至少60℃的水温的一个或更多绝热结构。
根据本发明的另一个实施方案，提供的太阳能热水器包括一个水密容器、在该热水器内的一个或更多的能量转换结构和充足产生至少60℃水温的绝热结构。
根据本发明的又一个实施方案，提供的太阳能热水器包括一个水密容器、在该热水器内的一个或更多的能量转换结构和至少一个与所述热水器联接在一起的绝热结构，该绝热结构用于减少自热水器外表面的能量损失，并提供绝热足以使所述热水器得到至少60℃的水温。
根据本发明的再一个实施方案，提供的太阳能热水器包括一个水密容器、其中所述容器包括顶部和底部以及至少一个可再密封的开口、在该热水器内的一个或更多的能量转换结构和至少一个绝热结构，从而减少自热水器外表面的能量损失，并提供绝热足以使所述热水器得到至少60℃的水温。
根据本发明的又一个实施方案，热水器包括能量反射表面。这些表面与所述容器联接起来以及/或与所述绝热结构联接起来。这种反射表面有助于巴氏杀菌器吸收入射辐射的光子，同时也减少了能量损失，并因此提高了太阳能热水器的效率。
根据本发明的再一个实施方案，热水器还包括透镜(如Freznel透镜)，该透镜使入射辐射改变方向和/或集中入射辐射，从而加强了巴氏杀菌器对来自入射辐射的光子的吸收，因此提高了太阳能热水器的效率。这些透镜可与绝热结构联接起来，或者也可作为单独部件存在(例如作为本发明组件装置的覆盖层或者附加层)。
用在本发明实践中的容器包括任何便携式水密容器。这样，用在本发明实践中的容器就包括由柔性材料制成的袋子、由硬质材料制成的封闭件(如瓶、盒等)等。该容器可由玻璃、聚合材料(例如如聚对苯二甲酸乙二醇酯的聚酯、如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃、聚酰胺、聚醚等，以及上述材料中任何两种或更多的组合)等制成。目前最好是容器可由适合于容纳可便携水的材料制成。如聚乙烯、聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
例如，在本发明的具体实施方案中，标准透明的聚合物水瓶或类似物体可作为水密容器来采用。这种容器既可包括一体形成的能量转换结构，也可以在容器中放有该能量转换结构。这样，在本发明的一个实施方案中，通过把能量转换结构设置在容器中，同时在容器外面加上绝热结构和/或太阳能的或者反射的炊具，可把标准透明的聚合物水瓶等类似物体转变成热水器/巴氏杀菌器。
根据本发明的又一个实施方案，容器包括一个或更多的褶皱结构(如波纹管等类似结构)，以在对所述容器充满液体后，使容器膨胀。这样，容器在没有充满液体时占据的体积很小，并相应地更好携带和容易储存。
根据本发明的再一个实施方案，用在本发明中的容器可具有各种形状，以适应各种容器存放(或使用)的空间(或者用于此的)。另外，本发明的容器可选择地配有一个或多个吊带(或一个或多个吊带可固定在其上的索环)，这样就有助于承载该容器，例如，象背包一样背在人的后背上；把容器悬挂在树枝或自立柱上；放在使用者头上；支撑在任何方便的结构上以最大程度地暴露给入射辐射等等。
用在本发明实践中的容器最好包括一个可再密封开口，用于注入和排放液体。可采用任何可再密封的开口结构，这些结构包括螺纹口和螺纹帽的组合、运动瓶(sports-bottle)型的盖、有弹簧盖头(snap-top)的开口和盖帽的组合、带过滤器的盖帽、拉链(如ZIPLOCKTM牌的等等)、软木塞、制动器(stoppers)、旋塞(stopcocks)等，以及/或者喷淋头或喷射型配件(当然，要注意在淋浴前要使热水冷却到不高于55℃，以避免烫伤)。当前可再密封开口最好是水密的。一方面，开口可包括空气排放口，以适应由于加热导致内容物的膨胀。另一方面，热水器也可包括真空型的盖子，该盖子可使水从容器中抽出而喷射，就象花园喷灌器或水井泵的设计那样。
这里使用的“聚合物”或“聚合的”是指任何具有聚合物结构(如聚烯烃(如聚乙烯和聚丙烯等)、聚酯(如聚对苯二甲酸乙二醇酯等)、聚酰胺(如尼龙等)、聚亚安酯等以及这些材料任何两种或多种的组合)的材料，这些材料适合于容纳饮用水。目前制造容器最好的材料为聚乙烯、聚乙烯-尼龙复合膜以及聚对苯二甲酸乙二醇酯。在本发明的具体实施方案中，用于制备本发明容器的材料为具有固有抗反射外表面的材料(或者是这种表面可敷在上面的材料)。这就使入射能量最小化，其中该入射能量对本发明容器有损害但不能被要加热水吸收。本领域技术人员很容易知道，在本发明实践中采用的聚合材料可选择地含有稳定剂、UV吸收剂、UV抑制剂等。这种填加剂可延长本发明容器使用寿命，同时可提高本发明太阳能热水器吸收太阳能的效率。相反，在入射辐射强以及本发明容器内对水加热容易实现的区域，理想的是采用具有较高软化点的聚合材料，或者采用是改性后含有介质、从而使所述聚合材料具有较高软化点的聚合材料，以及/或者采用实际上减少透过的光传输、以减少使要经过巴氏杀菌的水过热的可能性(具有危及容器整体性的可能)。作为选择地使用加有一种或多种填加剂的聚合材料以减少光传输，可采用聚合材料的厚板，该厚板对提供具有更大褶皱的容器是有帮助的，特别是在达到高温时更有用。
这里使用的“能量转换结构”是指具有把光能转换成热能同时又与饮用水接触亲合的结构。合适的材料最好包括黑色聚合物板、如聚合物、金属等有色硬材料。目前最佳的颜色为墨绿色和/或黑色，因为这些颜色具有良好的吸收光并把入射辐射转换成热的性能。本领域技术人员容易知道，通过使能量转换结构与水接触，同时把该结构暴露给阳光，能量转换结构会把入射辐射转换成热能，该热能被从该能量转换结构传递到水。
在本发明的实践中，可采用任何形状和尺寸的能量转换结构。例如，当使用这里描述的包裹型(envelope type)容器时，可采用双侧板能量转换结构。本领域技术人员都知道，能量转换结构的表面积越大，得到的能量以及热量散布的效率就越高。因此，在本发明的实践中，设计出采用可收缩能量转换结构(如可折叠的手风琴状结构)。通过这种方式，相对较大表面积的结构设置在具有有限尺寸开口的容器中。还考虑到把内部能量转换结构结合到容器帽盖或者外部元件上，其中的容器帽盖或外部元件能调节在容器内的能量转换结构的位置，或者起到混合或搅拌作用。
为了减少在周围环境的热损失，同时提高本发明热水器效率，在本发明的另一个实施方案中，容器还包括至少一个绝热结构。绝热结构可设置在需要使热损失最小化的容器的任何部位上，包括容器的顶部、底部和/或者侧面。该绝热结构可以是放在容器上面、周围和/或下面的单独部件，该绝热结构也可以是容器的一部分，或者可采用一体和单独结构的结合件。为了使在本发明热水器放置的任何表面(如地面)上的热损失有效地达到最小化，目前本发明的容器最好是采用与容器底部共同延伸的绝热结构。如果放在容器底部，则目前最好是绝热结构也具有包括能量反射结构的上表面，使有可能损失的能量返回给容器。如果绝热结构放在容器的顶部或者侧面，则该结构目前最好是是透明的，从而使光能量透过。
在本发明的实践中可采用各种绝热结构。在最简单的形式中，该绝热结构可包括限定空间的材料。可通过本领域技术人员公知的方式得到绝热空间。例如，在这里描述的三层包裹型设计中，柔性材料附加层可结合到容器上，形成可充气的空间(具有一个或更多的独立腔室)。该充气的空间可选择地包括这里描述的用于膨胀的再密封开口。这种结构具有的优点是，在不使用时需要最小的存放空间。该结构的另外好处是，可在收缩状态来使用容器，从而甚至在没有入射辐射时通过传导来得到热能。这样，如果得到本发明的巴氏杀菌器依靠的温暖表面时(甚至在没有入射辐射情况下)，绝热层的收缩将使与温暖表面有更直接接触，并有助于使来自温暖表面的能量被容器中水吸收。在特定的实施方案中，可充气空间还配有在膨胀后除雾(由于潮湿)的干燥剂。
可选择的是，除了可充气性外，绝热空隙可预先形成，从而不需要达到需要的绝热效果的充气。这样，如可采用泡沫覆层以提供理想的绝热空间。
该空间可以是各种结构，包括从象空气垫那样简单的结构，到如用如泡沫覆层的绝热材料制成的结构(即分成许多小空气穴的绝热表面)、可充气的多腔室结构、闭孔泡沫、开孔泡沫、聚苯乙烯泡沫、THINSULATETM或者其他类似聚合物绝热材料等等，所有这些均可考虑用于本发明的实践中。本领域技术人员容易知道，在本发明巴氏杀菌器的顶面采用的绝热材料应该足够透明，从而辐射能量可从其中穿过。
用在本发明的实践中的绝热结构可以为各种形状。因此，可采用如圆形、长方形、漏斗形等绝热结构。在具体实施方案中，绝热结构为楔形，从而它可辅助本发明容器朝辐射(如太阳)源来取向。这样，例如，如果本发明容器配有带子固定在其中的索环，该容器就可象背包一样被承载在人的背上，同时该绝热结构的尺寸设计成有利于容器朝这样的角度而取向，即在该角度使吸收入射阳光最多，同时使在背上背包的人与热隔绝。在另一个例子中，绝热结构的形状设计成可便于把容器放在人的头部上。在这种结构中，绝热结构既使携带者避免承受来自热水的过多热量，同时也使容器具有稳定性以有利于被携带。
为了进一步减少在周围环境中的热损失，同时提高本发明热水器的效率，在本发明的另一个实施方案中，容器还包括至少一个反射结构，该结构可使能量改变方向，朝热水器内的能量转换结构方向传递。可考虑采用任何能反射能量的便宜材料。例如，根据本发明的一个实施方案，反射结构既可在内部也可在外部而位于热水器的底面上。根据本发明另一个实施方案，反射结构可在内部或外部位于热水器的顶面上(从而提供了另外的收集表面以利于对入射辐射的吸收)。根据又一个可选择的实施方案，反射结构可位于容器和热水器底面上绝热结构之间，或者反射结构可位于容器和热水器顶面上绝热结构之间(从而提供了另外的收集表面以利于对入射辐射的吸收)，等等。
这里使用的“能量反射结构”是指具有这种性能的结构，即对可能从反射结构散失的能量进行反射，同时/或者把另外在本发明结构外面的附加能量吸收。合适的材料包括有色聚合物板，如聚合物、金属等的有色硬质材料。银色由于具有良好的反射性能，因此目前是最好的颜色。本领域技术人员容易知道，通过沿着容器外表面放置至少一个能量反射结构，可能散失的能量(也包括另外处于在本发明结构外部的能量)可返回到能量转换结构中以及/或要加热液体中。这样就使能量损失最小，同时提高了热效率。
根据本发明再一个实施方案，提供这样一种能量反射结构，该结构包括包围本发明容器周围的光亮反射覆层。这种结构使返回到容器内的入射能量最大。在可替代实施方案中，该反射结构可以时常重新定位，从而使把入射能量返回到容器的能力最大化。
根据本发明的又一个实施方案，可设置附加部件来进一步提高收集入射辐射的效率。例如，可带有一个或多个箍座，以在加入水和/或空气后限制容器的形状，从而使热水器的表面最大，该热水器表面被恰当取向以有效地吸收入射辐射。作为另外实例，在容器的至少一部分上或者在容器和入射辐射之间可设置有一个或多个集中透镜。例如，一个或多个Freznel透镜可作为设置在带水容器顶部绝热层的一部分(例如，在本发明巴氏杀菌器周围，以利于对额外辐射的吸收，或者覆盖在本发明巴氏杀菌器的几乎整个顶部表面上)。可选择的是，一个或多个Freznel透镜可作为单独附加部件而与本发明巴氏杀菌器一起使用，例如，作为围绕巴氏杀菌器周围的环状结构，或者作为覆盖本发明巴氏杀菌器部分或全部顶面的覆盖物。
在本发明的一个具体实施方案中，用在本发明热水器制备中的容器包括彼此叠加在一起或在周边及附近处粘接在一起(如形成袋子或包裹)的柔性聚合材料的双层(即第一和第二层)。
双层包裹型容器可具有在其中的能量转换结构，或者是，能量转换结构可与容器一体形成。例如，根据本发明的一个实施方案，能量转换结构可带有柔性聚合材料的第三层，该层放夹在第一和第二层之间，并沿着第一和第二层之间的周边粘接在一起。通过这种方式，三层结构的包裹就形成了，其中一层包括能量转换结构。在后者的实施方案中，目前最好是，第三层(即能量转换结构)具有穿透的小孔，从而容器中液体可从能量转换结构的一侧自由循环到另一侧。也可用另外方式来实现液体循环，如，通过不对能量转换结构的所有周边的侧边进行粘接，从而同样使液体从能量转换结构一侧流到另一侧。如上所述，这种容器可选择地配有带子，或者袋子可固定在其中的索环，以方便对容器的操作。
为了与上述设计一致，根据本发明的另一个实施方案，提供的装置包括叠加的柔性聚合材料第一、第二和第三层，这些片层在其周边或附近粘接在一起，以形成三层结构，其中所述第一和第二层构成了在其中含有所述第三层的水密容器，同时所述第三层为能量转换结构的双侧板。在该实施方案的一个方面，第三层可带有小孔。在另一方面，该装置还包括柔性聚合材料的第四层，该层与所述第一或第二材料层叠加并沿着周边粘接，所述第四层提供了绝热空间。目前最好是由各片层限定的每个腔室还包括再密封开口，通过该开口分别把水和空气加入。本装置还可选择地加有形成限定包括绝热结构的气密空间的多片层、通道(canals)等的多个片层。本装置还可选择地加有具有能量反射特性的底层。
本发明的太阳能热水器作为巴氏杀菌器特别有用。与通常的观点不同，这不需要把水煮沸以使饮用安全。同时也不需要对水进行蒸馏以使饮用安全。只需把水加热到65-70℃(149-158°F)6分钟，或者较高温度但更短时间，就可基本上杀死细菌、病毒及寄生虫。在本发明的实践中采用了所有的时间和温度组合。另外，巴氏杀菌规程中需要的温度可通过过滤或不过滤而得到。可选择的是，如需要，水也可进行过滤或化学处理，从而可满足个人对纯净度的偏好和/或得到排除某些不想要污染物的液体产品。
因为必需掌握液体温度，从而确定巴氏杀菌需要的时间，在本发明的一个实施方案中，本发明的热水器可选择地包括温度指示器，该指示器用于指示本发明设备和装置的容器部分内液体的温度或温度变化过程(如温度计)。在本发明的实践中可采用任何适合于确定容器内液体温度和/或温度变化过程的温度指示器。方便使用同时相对耐用(最好不易破碎)的温度指示器在当前是最好的。因此，在本发明的一个方面，温度指示器为液晶片指示器(LCDs)等。当采用LCD指示器时，这些指示器可放在本发明热水器任意位置上。
用来确定水是否加热到足以巴氏杀菌的其他手段是采用水巴氏杀菌指示器(WAPI)。WAPI的一个实例是两端加热、收缩并密封的塑料(或玻璃)管，一种特定形式是一端为熔点为154°F的豆油(例如可从37662田纳西州、金斯波特市的Eastman Kodak Co.买到的“MYVEROL”18-06k)。该管本身是可漂浮的，但可用如垫片等适当固定件定位，于是该管可沉到水的底部(最凉的)，而豆油在管的高端。如果在后来任何时刻发现该豆油处于管的低端，则就很清楚地表明此时的水得到了杀菌的恰当的温度，即使水从此后开始冷却。可选择的是，WAPI可位于采用的帽盖内，以对再密封开口进行密封，这样，就容易在容器上装入和拆除该WAPI。作为可替代结构，该可再密封开口本身的结构可设计成在其中接纳一个或多个WAPI，使WAPI保持在位，以方便装入和拆除。由玻璃管制成的WAPI具有的优点是密封性，这为其中的蜡提供了延长的寿命，同时相对于维护本发明热水器来说，仍然具有相对较高的耐用性。
用在本发明实践中的另外的WAPI包括多个WAPI，其中采用了两个或更多的管，每个管含有在不同温度下融化的成分，从而通过第一种成分来指示需要的最低温度，同时由另外的成分来指示另外的温度。在本发明这个方面中采用的每种成分处理成呈现不同颜色，因此更方便观察。这样，如果具有较低融点的成分融化，而一种或多种具有较高融点成分没有融化，则很容易得到维持温度以实现巴氏杀菌的时间。可选择的是，如果所有指示材料融化，则可确认得到了最高的指示温度。因此，就需要较少时间来进行巴氏杀菌。本领域技术人员很容易知道，在本发明的实践中也可采用其他的WAPI。
只要能方便操作和/或在不再污染水的情况下取出管子，任何固定件(如尼龙绳、容器帽盖内的支架、接纳作为能量转换结构一部分的温度传感器的槽口等)都适合用在本发明的实践中。把该管倒立并在蜡固化后把固定件与WAPI的另外端连接，这样就很容易对该管再利用。
根据本发明的再一个实施方案，温度指示器可至关重要地位于容纳液体部分和绝热部分之间的交界面，从而方便确定容器要得到的温度，这样就能在考虑到维护人员安全性、容器耐用度等方面因素，使用户监测并确认容器的内容物不会过热。
根据本发明的又一个实施方案，本发明的热水器可选择地带有下面各种过滤器中之一或者任意组合，这些过滤器包括颗粒、微生物和/或气味吸附活性炭过滤器。巴氏杀菌虽然杀死有害微生物，但该过程并不能改善水的口感或者能去除任何最初具有的味道。使用活性炭等过滤器会从水中去除讨厌的味道和口感。因此，在本发明的另一个实施方案中，本发明的热水器还包括活性炭过滤器等。该过滤器放置在容器内部或外部均可。此外，该过滤器可与容器开口联接，从而水在注入容器内时和/或从容器中排出时可从过滤器中通过。当采用活性炭过滤器时，特别是在使用了具有硬侧面的容器时，可在容器朝向出口时，对该过滤器进行安装并滑动到容器出口的位置上，同时在容器处于垂直位置时，再使过滤器靠在从出口拆除的位置上。通过这种方式，在没有经过过滤器情况下，水可注入容器中。其他各种安装过滤器的部件是可行的，并考虑用在本发明的实践中。
本发明的太阳能热水器不仅用于对水进行巴氏杀菌中，也可用在使用巴氏杀菌过的水的淋浴器中。这样，根据本发明的另外实施方案，太阳能热水器还包括与容器出口进行液体连通淋浴喷头。在该方式中，提供了用太阳能加热的淋浴水。太阳能加热淋浴器的另一个实施方案包括监测水温避免超过55℃的温度指示器，其中在超过55℃，有可能发生烫伤。在本发明的本实施方案和其他实施方案的实践中可采用各种有助于方便使用的结构，如吊带、钩子等。
根据本发明的又一个实施方案，提供一种对液体进行巴氏杀菌的方法，所述方法包括把能量转换结构和水放在透明容器内，同时把所述容器暴露给适当的能量源一定时间，该时间足以对所述液体进行巴氏杀菌。本发明的对水进行巴氏杀菌的另外方法包括把能量转换结构和水放在容器内、在所述容器周围放置绝热材料并把所述热水器暴露给适当的能量源一定时间，该时间足以对所述液体进行巴氏杀菌。这里描述的太阳能热水器均用在本发明实施方案的实践中。这里描述的对水进行巴氏杀菌的任何方法还包括在所述容器和整个热水器周围放置太阳能炊具或其他能量聚集设备。
这里采用的“适当的能量源”是指任何能转换成热同时该热具有亲水性以用于与饮用水接触的能量源。太阳能目前是自然产生的并且非常便宜，因此目前是最佳的能量源。可选择的非自然光和能量源也可考虑与本发明结合使用。这样任何自然和/或非自然能量源的组合均可用于本发明的实践中。
根据本发明的另外实施方案，提供一种组装太阳能热水器的方法，所述方法包括把第一、第二和第三柔性聚合材料层堆叠在一起、在所述片层周边或附近把其粘接在一起以形成三层结构，其中所述第一和第二层构成了含有所述第三层的水密容器，同时所述第三层为能量转换结构。在该实施方案的一个方面，第三层可带有小孔。在另一方面，组装的方法还包括把第四柔性聚合材料层堆叠到所述第一或第二材料层上并沿着其周边(或者可选择地在穿过其表面的多个点)粘接在一起，所述第四层提供了一个或多个绝热(可膨胀的和/或密封的)空间。目前最好是由这些片层限定的每个腔室还包括可再密封开口，该开口用于分别把水和空气注入。本组装方法还可选择地在包括绝热结构的气密空间附近增加有形成包括能量转换结构的多层结构、通道或间隔的多个片层。
根据本发明再一个实施方案，提供一种太阳能热水器套件，其中该套件与现有的透明容器一起使用，以使其适合于进行巴氏杀菌。本发明套件包括至少一个能量转换结构和至少一个绝热结构。该能量转换结构可放在任何适当的容器内，该容器然后可封闭在绝热结构内，从而使自容器的热损失最小。可选择的是，本发明的套件还包括一个或更多的颗粒、抗微生物或活性炭过滤器。本发明套件的另外可选择部件为温度指示器，该指示器用于指示所述热水器内容纳水的温度变化过程。本发明套件再一个可选择部件为通用相配的帽盖、喷头、旋塞、喷雾器、淋浴器、运动帽(sport-cap)附件，这些附件与所述现有容器出口是匹配的。除了加热结构外，本发明套件还可选择地包括反射炊具和/或者太阳能炊具，以及/或其他聚集装置，从而提高水吸收入射能量的能力。这里采用的特别优选的反射结构包括上面描述过的光亮的、反射覆盖层，该覆盖层可以包在几乎任何结构周围，不仅可将可能泄露的辐射反射回到本发明容器内，而且还增加了实际被收集并射向容器内容物的入射能量。
根据本发明的再一个实施方案，提供一种太阳能热水器套件，该套件可与目前的容器一起使用，使该容器适合于巴氏杀菌，所述套件包括一个能量转换结构、一个反射炊具和/或者一个太阳能炊具。
下面参照附图来更详细地描述本发明热水器的几个具体实施方案。例如，图1示出了在其底面具有能量转换结构的柔性太阳能热水器。该太阳能热水器(100)包括在热水器顶面上的绝热空间(103)、位于热水器内中心的水腔(109)、位于水腔(109)内部底面的能量转换结构(115)和位于容器(100)底面上绝热泡沫或可膨胀结构(117)。该绝热空间(103)还包括多个板条(板条为绝热空间提供附加的支撑，同时把热水器顶面保持相对平的取向，从而能最大程度地吸收入射辐射)和空气开口(105)。其中空气开口(105)在需要时使绝热空间(103)充气或排气。容器(100)还包括水密的、可再密封的注水口(111)，如需要时，该注水口可使位于中心的水腔(109)排空和充满水。通过使用位于容器外部的再密封帽盖(113)，注水口(111)是可再密封的。水巴氏杀菌指示器(WAPI)(119)通过注水口(111)而放在水腔(109)内，用于测定水温变化过程，这样就能指示出是否获得需要进行巴氏杀菌的温度。
在图2中示出了本发明热水器的另外实施方案。图2示出了柔性太阳能热水器，其中带小孔的能量转换结构放置在水腔中心。该太阳能热水器(200)包括在热水器顶面上的绝热空间(203)、位于热水器中心的水腔(209)、位于水腔(209)中心的带小孔的能量转换结构(215)和位于容器(200)底面的绝热泡沫结构(217)。该带小孔的能量转换结构(215)可使水在水腔(209)内在结构(215)上下自由流动，起到混合作用。容器(200)的底面还包括反射结构(221)，该结构可位于容器(200)的内部或外部底面上，或者也可位于容器(200)底面上绝热泡沫结构(217)的上表面上。该绝热空间(203)还包括空气开口(205)，用于在需要时对绝热空间(203)进行充气或排气。容器(200)还包括水密的、可再密封的注水口(211)，如需要时，该注水口可使位于中心的水腔(109)排空和充满水。通过使用位于容器外部的再密封帽盖(213)，注水口(211)是可再密封的。水巴氏杀菌指示器(WAPI)(219)通过注水口(211)而放在水腔(209)内，用于测定水温变化过程，这样就能指示出巴氏杀菌过程的完成。
图3中示出了本发明热水器的另一个实施方案。图3示出了刚性太阳能热水器。该太阳能热水器(300)包括透明的可再密封容器(301)、包在容器(301)周围的绝热空间覆盖层(303)、作为容器(301)内腔室的水腔(309)、位于水腔(309)中心的能量转换结构(315)和可选择地位于容器(301)底面下面的独立绝热泡沫结构(317)。能量转换结构(315)是可膨胀的(例如手风琴状)，这样就使较大表面积结构经过相对较小的可再密封容器开口(311)放置到容器(301)内。该能量转换结构(315)可使水在水腔(309)内在结构(315)上下自由流动，起到混合作用。容器(301)的底面还包括反射结构(321)，该结构可位于容器(301)的内部或外部底面上(未示出)，或者也可位于容器(301)底面上绝热泡沫结构(317)的上表面上(此处示出)。该绝热空间覆盖层(303)还可选择地包括空气开口(305)，用于在需要时对绝热空间(303)进行充气或排气(例如，如果泡沫覆层作为绝热层的话，这种空气开口就不需要了)。容器(301)还包括水密的、可再密封的容器开口(311)，如需要时，该开口可使位于中心的水腔(309)排空和充满水。通过使用位于容器外部的再密封帽盖(313)，对开口(311)可再密封。水巴氏杀菌指示器(WAPI)(319)通过再密封容器开口(311)而放在水腔(309)内，用于测定水温变化过程，这样就能指示巴氏杀菌过程的完成。
图4中示出了本发明热水器的另一个实施方案。图4示出了改型的柔性太阳能热水器，其中在该热水器底面上具有能量转换结构。该太阳能热水器(400)包括在热水器顶面上的绝热空间(403)、位于热水器中心的水腔(409)、位于水腔(409)内部底面的能量转换结构(415)、位于容器(400)底面上的绝热泡沫结构(417)和位于绝热空间(403)外部边缘的可选择的Freznel透镜(423)。绝热空间(403)包括多个充满空气的腔室，并可选择地包括空气开口(未示出)，用于在需要时对绝热空间(403)进行充气或排气。容器(400)还包括水密的、可再密封的注水口(411)，如需要时，该注水口可使位于中心的水腔(409)排空和充满水。通过使用位于容器外部的再密封帽盖(413)，对注水口(411)可再密封。水巴氏杀菌指示器(WAPI)(419)通过注水口(411)而放在水腔(409)内，用于测定水温变化过程，这样就能指示实现巴氏杀菌需要的温度是否达到。
图5中示出了本发明热水器的另一个实施方案。图5示出了改型的柔性太阳能热水器，其中带有小孔的能量转换结构位于水腔中心。该太阳能热水器(500)包括在热水器顶面上的绝热空间(503)、位于热水器中心的水腔(509)、位于水腔(509)中心的带小孔的能量转换结构(515)位于容器(500)底面的绝热泡沫结构(517)和延伸的反射表面(522)或带有反射侧面(522A)以利于收集附加入射辐射的封闭透明顶部。带孔的能量转换结构(515)可使水在水腔(509)内在结构(515)上下自由流动，起到混合作用。容器(500)的底面还包括可选择的反射结构(521)，该结构可位于容器(500)的内部或外部底面上，或者也可位于容器(500)底面上绝热泡沫结构(517)的上表面上。该绝热空间(503)包括多个充满空气的腔室，并可选择地包括空气开口(未示出)，用于在需要时对绝热空间(503)进行充气或排气。容器(500)还包括水密的、可再密封的注水口(511)，如需要时，该开口可使位于中心的水腔(509)排空和充满水。通过使用位于容器外部的再密封帽盖(513)，对开口(511)可再密封。水巴氏杀菌指示器(WAPI)(519)通过注水口(511)而放在水腔(509)内，用于测定水温变化过程，这样就能指示巴氏杀菌过程的完成。
图6中示出了本发明热水器的又一个实施方案。图6示出了改型刚性太阳能热水器的剖面。该太阳能热水器(600)包括透明的可再密封水腔/容器(609)、包在水腔/容器(609)周围的透明的多个腔室的绝热空间覆盖层(603)、位于水腔/容器(609)内壁附近的能量转换结构(615)。能量转换结构(615)通过腔室/容器开口(未示出)放入并沿着圆腔室而环绕延伸，并可根据使用的能量转换结构(615)的长度可交错或形成间隙(over-lap or gap)。该绝热空间覆盖层(603)还包括空气开口(未示出)，用于在需要时对绝热空间覆盖层(603)进行充气或排气。水腔/容器(609)还包括水密的、可再密封的容器开口(未示出)，如需要时，该开口可使位于中心的水腔/容器(609)排空和充满水。
图7-9示出了本发明太阳能热水器的又一个优选实施方案。图7示出了改型柔性太阳能热水器的顶面照片视图，其中太阳能热水器在底面具有能量转换结构。该太阳能热水器(700)包括在热水器顶面上的绝热空间(703)、把手(731)、加强杆(733)和使所述太阳能热水器(700)运输方便的索环(735)。图8示出了改型柔性太阳能热水器的底面照片视图，其中太阳能热水器在底面具有能量转换结构。该太阳能热水器(700)在热水器底面(727)上包括具有可再密封帽盖(713)的注水口，该注水口可使位于中心的水腔(未示出)排空和充满水。太阳能热水器(700)还包括把手(731)、加强杆(733)和使所述太阳能热水器(700)运输方便的索环(735)。图9示出了改型柔性太阳能热水器的剖面照片视图，其中太阳能热水器在底面具有能量转换结构。该太阳能热水器(700)包括热水器顶面上的绝热空间(703)、位于热水器中心的水腔(709)、位于水腔(709)内部底面的能量转换结构(715)和位于容器(700)底面(727)和水腔(709)底面之间的绝热泡沫结构或可充气空间(717)。绝热空间(703)包括多个充气腔室，并可选择地包括在需要时使空间(703)充气和排气的气阀(未示出)。
虽然在参照某些优选实施方案详细地描述了本发明，但是可以理解的是，各种改型和变化均属于这里描述的精神和范围内。
权利要求
1.一种太阳能热水器，包括一个水密的、可再密封容器；至少一个能量转换结构，其中所述结构设置在所述热水器内，以及足以使所述热水器获得至少60℃水温的绝热结构。
2.如权利要求1所述的热水器，其中所述容器为刚性的。
3.如权利要求1所述的热水器，其中所述容器包括玻璃或聚合材料。
4.如权利要求1所述的热水器，其中所述容器是柔性的。
5.如权利要求1所述的热水器，其中所述能量转换结构被容纳在所述容器内。
6.如权利要求5所述的热水器，其中所述能量转换结构是着色的，以增强能量吸收性能。
7.如权利要求5所述的热水器，其中所述能量转换结构是黑色的。
8.如权利要求5所述的热水器，其中所述能量转换结构覆盖在所述容器的内表面上。
9.如权利要求5所述的热水器，其中所述能量转换结构是柔性的并可膨胀。
10.如权利要求5所述的热水器，其中所述能量转换结构是具有褶皱的或者是分层的，以使表面积最大化。
11.如权利要求5所述的热水器，其中所述能量转换结构的位置在所述容器内是可调整的，同时作为所述能量转换结构的一部分的附件来从容器外面调节该转换结构。
12.如权利要求5所述的热水器，其中所述能量转换结构为双侧板。
13.如权利要求12所述的热水器，其中所述板粘接到所述容器的一个或多个内表面上。
14.如权利要求13所述的热水器，其中所述板包括流通结构，该结构可使水从所述板的第一侧流到所述板的第二侧。
15.如权利要求14所述的热水器，其中所述板包括带小孔的聚合材料。
16.如权利要求1所述的热水器，其中所述绝热结构包括从气密结构和/或闭孔或开孔泡沫内含中的气体中选择的一个或更多绝热结构。
17.如权利要求16所述的热水器，其中所述绝热结构包括在所述容器内的至少一个可充气空间。
18.如权利要求16所述的热水器，其中所述绝热结构包括在所述容器外面的至少一个可充气空间。
19.如权利要求16所述的热水器，其中所述绝热结构包括在所述容器内的至少一个可充气空间和在所述容器外的至少一个可充气空间。
20.如权利要求16所述的热水器，其中所述绝热结构可与所述容器共同延伸。
21.如权利要求16所述的热水器，其中在所述容器前面和后面的所述绝热结构是可充气的。
22.如权利要求16所述的热水器，其中所述绝热结构包括能量反射表面。
23.如权利要求1所述的热水器，其中所述可再密封容器包括至少一个带有配合螺纹帽盖的水密螺纹出口。
24.如权利要求23所述的热水器，其中所述水密帽盖还包括抽吸作用加压的喷头和/或水井泵结构。
25.如权利要求1所述的热水器，其中所述可再密封容器包括至少一个出口，该出口可以是喷头、旋塞、喷雾器、淋浴器、运动帽或带有过滤器的附件。
26.如权利要求1所述的热水器，其中所述容器包括一个或多个可产生重力作用排水的悬挂附件。
27.如权利要求1所述的热水器，还包括用于指示容纳在内部的水温变化过程的温度指示器。
28.如权利要求27所述的热水器，其中所述温度指示器为温度计、液晶片指示器或水巴氏杀菌指示器(WAPI)。
29.如权利要求28所述的热水器，其中所述温度指示器包括两个或更多WAPI。
30.如权利要求1所述的热水器，还包括一个或多个颗粒、抗微生物或活性炭过滤器。
31.如权利要求30所述的热水器，其中所述过滤器联接到所述可再密封开口上，从而水经过所述过滤器可注入到所述容器内或从所述容器内排出。
32.一种太阳能热水器，包括一个水密的、可再密封容器；位于所述热水器内的一个或更多能量转换结构，以及至少一个绝热结构，该结构与所述容器联接，用于减少在容器外部表面的能量损失，并提供足以使所述热水器获得至少60℃水温的绝热性能。
33.如权利要求32所述的热水器，其中所述容器包括一个或更多具有褶皱的结构，以在对所述容器注满液体后，使容器膨胀。
34.如权利要求32所述的热水器，还包括反射炊具和/或太阳能炊具。
35.如权利要求34所述的热水器，其中所述反射炊具和/或太阳能炊具位于所述容器外部。
36.一种太阳能热水器，包括一个水密容器；其中所述容器包括顶部和底部以及至少一个可再密封开口；位于所述热水器内的一个或更多能量转换结构，以及至少一个绝热结构，该结构用于减少在容器外部表面的能量损失，并提供足以使所述热水器获得至少60℃水温的绝热性能。
37.一种生产饮用水的方法，所述方法包括把容纳在权利要求1的热水器中的水暴露于适当能量源下一定时间，该时间足以对所述水进行巴氏杀菌。
38.如权利要求37所述的方法，其中所述适当能量源为阳光。
39.一种对水进行巴氏杀菌的方法，所述方法包括把容纳在权利要求31的热水器中的水暴露于适当能量源下一定时间，该时间足以对所述水进行巴氏杀菌。
40.一种对水进行巴氏杀菌的方法，所述方法包括把至少一个能量转换结构和水放在透明容器内，并把所述容器暴露于适当能量源下一定时间，该时间足以对所述水进行巴氏杀菌。
41.一种对水进行巴氏杀菌的方法，所述方法包括把至少一个能量转换结构和水放在透明容器内，在所述容器周围包上绝热材料，并把所述热水器暴露于适当能量源下一定时间，该时间足以对所述水进行巴氏杀菌。
42.如权利要求41所述的方法，还包括在所述容器周围放置太阳能炊具或其他能量聚集设备。
43.一种组装太阳能热水器的方法，所述方法包括把第一、第二和第三柔性材料层堆叠在一起；在所述片层周边或附近把所述片层粘接在一起，形成三层结构，其中在粘接后，所述第一和第二层形成把所述第三层容纳在其中的水密容器，其中至少所述第一层是透明的，同时所述第三层为能量转换结构。
44.如权利要求43所述的组装方法，其中所述第三层是带孔的。
45.如权利要求43所述的组装方法，其中所述第一和/或第二层包括用于注水的第一可再密封开口。
46.如权利要求43所述的组装方法，还包括把柔性聚合材料的第四层堆叠并沿着周边粘接到所述第一或第二材料层上，所示第四层提供了透明绝热空间。
47.如权利要求46所述的组装方法，其中所述第四层包括用于对所述绝热空间充气的第二可再密封开口。
48.一种与现有容器一起使用的太阳能热水器套件，包括至少一个能量转换结构和至少一个绝热结构。
49.如权利要求48所述的套件，还包括一个或更多颗粒、抗微生物或活性炭过滤器。
50.如权利要求48所述的套件，还包括温度指示器，该温度指示器用于指示容纳在所述热水器内水的温度变化过程。
51.如权利要求48所述的套件，还包括通用相配的帽盖、喷头、旋塞、喷雾器、淋浴器、运动帽附件，这些附件与所述现有容器出口是匹配的。
52.如权利要求48所述的套件，还包括反射炊具和/或太阳能炊具。
53.一种与现有容器一起使用的太阳能热水器套件，包括至少一个内部能量转换结构，一个反射炊具，和/或一个太阳能炊具。
全文摘要
特别用于对水进行巴氏杀菌的太阳能热水器(100、200、300、400、500、600)包括如袋子的透明容器(103、203、303、403、503、603)，该容器内设有至少一种具有充足绝热结构(117、217、317、417、517、617)的太阳能转换结构(115、215、315、415、615)，从而使水加热到至少60℃的温度，持续约一个小时的时间，同时优选在70℃，持续约6分钟，持续的时间足以实现巴氏杀菌。该太阳能热水器还包括如水巴氏杀菌指示器(119、219、319、419、519)的其他附加特征。还描述了采用太阳能热水器对水进行巴氏杀菌的方法。同时还描述了把任何透明水密容器(30)变成太阳能热水器的套件。
文档编号F24JGK1491337SQ02804988
公开日2004年4月21日 申请日期2002年1月4日 优先权日2001年2月16日
发明者F·D·小哈森, F D 小哈森 申请人:太阳能新技术公司