一種太陽能保溫水箱的制作方法

本實用新型屬于太陽能熱水設備技術領域，具體涉及一種太陽能保溫水箱。

背景技術：

太陽能是指太陽的熱輻射能，是由太陽內部氫原子發生氫氦聚變釋放出巨大核能而產生的輻射能量。太陽能具有開發利用不受地域限制、無須開采和運輸、清潔環保、儲量巨大等優點，隨著科學技術的發展，太陽能正在被大量使用在生活、生產等各個領域。

太陽能熱水器是將太陽光能轉化為熱能的裝置，將水從低溫加熱到高溫，以滿足人們對熱水的使用需求。太陽能熱水器在太陽光照射下利用集熱器將水加熱，被加熱后的水往往不能一次性使用完畢，需要將其儲存起來，太陽能保溫水箱則是用來收集和存儲集熱器產生的熱水的一種裝置。對太陽能保溫水箱而言，需要解決的首要問題是要提高水箱的保溫效果，延長保溫時間。對大型太陽能保溫水箱來說，還需要解決水箱儲水量與水箱承壓力之間的矛盾：儲水量越大，水箱內的水壓越大，對箱體的強度要求越高。

現有技術中，大型太陽能保溫水箱主要存在以下問題：1. 水箱承受水壓的能力較差，水箱底部容易發生破損；2. 水箱頂蓋為全封閉式，在出水閥關閉的情況下，當水位提升到一定高度后，水箱內殘留的空氣被水體壓縮產生反作用力，使水箱內無法繼續進水，導致水箱的容積無法充分利用，儲水量受限，水箱內的水位也不能得到調節。

技術實現要素：

為解決現有大型太陽能保溫水箱底板承壓力差、水箱不能加滿水導致水箱容積沒有得到充分利用、水位不可調節等問題，本實用新型的目的在于提供一種太陽能保溫水箱。

本實用新型是通過以下技術方案來實現的：一種太陽能保溫水箱，包括外殼、設置于外殼內部的內膽、以及填充在外殼和內膽之間的保溫層，上述內膽包括由下至上依次連接的承壓底板、內筒和內頂蓋；上述承壓底板由外緣向中心下凹形成漏斗狀圓錐面，上述內筒為柱形圓筒，上述內頂蓋由外緣向中心上凹形成圓錐蓋。

本實用新型優選地，上述外殼包括由下至上依次連接的底座、外筒和外頂蓋；上述底座為圓形平板，上述外筒為柱形圓筒，上述外頂蓋由外緣向中心上凹形成圓錐蓋。

本實用新型優選地，上述底座的直徑大于上述承壓底板的直徑，上述外筒的直徑大于上述內筒的直徑，上述內頂蓋和上述外頂蓋之間留有間距。

本實用新型優選地，上述承壓底板的中心與上述底座的中心豎直對應；上述內筒的中心軸與上述外筒的中心軸在水平方向上對應；上述內頂蓋的中心軸與上述外頂蓋的中心軸在水平方向上對應。

本實用新型優選地，上述承壓底板與上述底座之間設有排污管，上述排污管頂端和底端的開口分別設置在承壓底板最低處和底座中心處。

本實用新型優選地，還設有排氣管，上述外頂蓋最高處和上述內頂蓋最高處分別設有開孔；上述排氣管的底端穿過外頂蓋和內頂蓋上的開孔，與上述內膽連通；上述排氣管的頂端伸出上述外殼外部，位于外頂蓋上方。

本實用新型優選地，上述內筒與上述外筒之間設有進水管和出水管，上述進水管兩端的開口分別設置在外筒和內筒上，上述出水管兩端的開口分別設置在外筒和內筒上。

本實用新型優選地，上述出水管的水平高度高于上述進水管的水平高度。

水箱的箱體由外殼、保溫層和內膽三層結構構成，使箱體內的熱水與箱體外的外界環境隔離，具有良好的隔熱作用。外殼起到了定型和支撐內部構造的作用；保溫層是主要的隔熱構件，同時對內膽具有支撐、穩固和減震的作用；內膽起到了容納熱水、為熱水提供對流循環空間、并對熱水進行保溫的作用。

能夠對水箱底板產生破壞作用的力是垂直于底板板面上的作用力，如何調整和減小這個方向上的作用力是提高水箱承壓能力的關鍵。普通水箱的底板均為水平放置，豎直向下的水壓力直接垂直作用于底板上，在水箱大小和材質同等的情況下，普通水箱的底板能夠承受的水壓力非常有限。

本實用新型內膽的承壓底板由外緣向中心下凹形成漏斗狀圓錐面，這樣的結構設計有利于提高承壓底板承受水壓的能力。如圖2所示，承壓底板的板面為傾斜的圓錐面，可以將作用在承壓底板上的豎直向下的水壓力分解為兩個方向的作用力：垂直于承壓底板板面上的斜向下的作用力，以及平行于承壓底板板面的斜向下的作用力。在總的水壓力不變的情況下，由于平行于承壓底板板面的作用力分散了一部分水壓力，垂直于承壓底板板面上的作用力大幅度減小，因此，相較于底板水平放置的普通水箱，本實用新型能夠承受更大的水壓。

在注水的過程中，隨著水箱中的水量逐漸增大，內膽將逐漸下沉，承壓底板與底座的間距逐漸縮小。普通水箱的內膽底板與外殼底座均為水平結構，當水箱中的儲水量超過限度時，內膽底板迅速下沉，直接碰撞到外殼底座，造成內膽底板破碎。另外，當水體晃動或由于外力作用使內膽發生晃動時，內膽也可能直接碰撞到外殼底座發生破損。

本實用新型的承壓底板設計則考慮到了這樣的問題，內膽的承壓底板由外緣向中心下凹形成漏斗狀圓錐面，這樣，無論內膽下沉還是發生晃動，圓錐面形狀的內膽與水平結構的底板之間始終保持有足夠的安全空間，保證了內膽的使用安全。

另外，承壓底板為斜面結構更有利于促進水箱內具有溫度差的水體的上下循環作用，使水體的傳熱效果更好，更有利于使水箱內的水保持溫度均勻。

由于內膽的承壓底板為傾斜的圓錐面，外殼的底座為水平放置的圓形平板，承壓底板與底座之間形成了更大的空間，用于填充更多的保溫材料，所以承壓底板與底座承受水壓的能力得到進一步加強，保溫層對內膽的支撐和防震作用更為優良，水箱的隔熱和保溫效果更加良好。

底座的直徑大于承壓底板的直徑，外筒的直徑大于內筒的直徑，內頂蓋與外頂蓋之間留有間距，這樣就保證了內膽與外殼之間留有足夠的空間填充保溫材料。保溫材料全方位地包裹在內膽的外壁上，對內膽既起到了良好的穩固防震作用，也取得了良好的保溫效果。

承壓底板的中心與底座的中心豎直對應，外筒的中心軸與內筒的中心軸重合，外頂蓋的中心軸與內頂蓋的中心軸重合，這樣的設計能夠使本實用新型所述的水箱保持結構對稱、受力均勻、牢固穩定。

承壓底板最低處與底座之間設有排污管，排污管的頂端和底端分別穿通承壓底板和底座。由于承壓底板為傾斜的圓錐面形狀，所以水箱底部的水垢可以沉積在排污管中，排污管外接閥門和管道，打開閥門即可將水箱底部的水垢排出，關閉閥門后又可以繼續在水箱中注水、儲水。

內頂蓋和外頂蓋均設置為圓錐蓋形狀，相比于水平頂蓋結構，這樣的結構設計增大了水箱的容積。

在往水箱注水的過程中，需要關閉出水口，使水箱中的水位持續上升。對于普通的水箱而言，關閉出水口后，箱體內部為密閉狀態，沒有任何出口可以將水箱中的殘留空氣排出，在水位持續提升的過程中，水箱內的殘留空氣被水體壓縮后產生極大的反作用力，使水箱內無法繼續進水，從而導致水箱不能完全裝滿水，箱體與液面之間總會存在大量空氣，水箱的容積無法充分利用，儲水量受限。

本實用新型在內頂蓋與外頂蓋上設有排氣管，排氣管的底端與內膽連通，排氣管的頂端伸出外殼外部并位于外頂蓋上方。

在注水的過程中，水體推動箱體內的殘留空氣通過排氣管從水箱上方排出，水箱內外的氣壓保持實時平衡，因而水可以完全注滿內膽，水箱的容積得到充分利用。

普通的水箱為全封閉結構且底板承受水壓的能力較小，當實際水位超過安全水位時，即水箱中的水量達到底板所能承受的最大儲水量時，如果沒有及時關閉進水閥，繼續往水箱中注水，多余的水則會在全封閉結構的箱體中儲存，底板將被水體撐破。本實用新型的排氣管則成為了一種調節儲水量的通道，具有超水位自動調節功能：當實際水位超過安全水位時，即水箱中儲水量達到最大值時，如果沒有及時關閉進水閥，繼續往水箱中注水，多余的水則通過排氣管從箱體上方排出，使水箱中的水壓始終維持在承壓底板能夠承受的限度內。

在使用熱水的過程中，進水管外部連接的閥門處于關閉狀態，當打開出水管外部連接的閥門后，水從出水管排出，箱體內水位下降，外部空氣通過排氣管從外界進入箱體內，使箱體內外的氣壓保持實時平衡，因而箱體內的水可以順暢地流出。因此，排氣管的設置既達到了增大水箱儲水量的目的，也實現了實時調節水位的功能，對承壓底板起到了良好的保護作用。

本實用新型還將出水管的水平高度設置為高于進水管的水平高度。由于熱水上浮冷水下沉的特性，吸收了太陽能的新鮮熱水通過進水管進入水箱下部，相比于水箱中已有的儲存水，新鮮熱水溫度較高，因而上浮，新鮮熱水在上浮的過程中與儲存水充分接觸并進行熱傳遞，經過充分熱循環和熱傳遞的水能夠保持均勻的溫度。打開出水管外部連接的閥門后，經過熱循環和熱傳遞的水從水箱上部的出水管流出，因而用戶最終能夠使用到溫度均勻的熱水。

本實用新型至少能達到一項以下有益效果：

1.水箱底部承壓力大；

2.內膽的承壓底板與外殼的底座保持安全空間，保障了內膽的使用安全；

3.具有超水位自動調節功能；

4. 儲水量大，可注滿水，水箱容積能夠得到充分利用，在儲水量相等的條件下節省了水箱設備的占地空間；

5.箱體內水循環作用良好，出水溫度恒定均勻；

6.保溫效果好，保溫時間長；

7.水位可以實時自由調節，出水順暢；

8.便于排污和清潔。

附圖說明

圖1是本實用新型的正面剖視圖。

圖2是本實用新型的水壓作用力分析圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步解釋說明：

如圖1和圖2所示，本實用新型包括外殼1、設置于外殼1內部的內膽2、以及填充在外殼1和內膽2之間的保溫層3。

實施例1

如圖1所示，內膽2包括由下至上依次連接的承壓底板201、內筒202和內頂蓋203；承壓底板201由外緣向中心下凹形成漏斗狀圓錐面，內筒202為柱形圓筒，內頂蓋203由外緣向中心上凹形成圓錐蓋。

外殼1包括由下至上依次連接的底座101、外筒102和外頂蓋103；底座101為圓形平板，外筒102為柱形圓筒，外頂蓋103由外緣向中心上凹形成圓錐蓋。

底座101的直徑大于承壓底板201的直徑，外筒102的直徑大于內筒202的直徑，內頂蓋203與外頂蓋103之間留有間距。

承壓底板201的中心與底座101的中心豎直對應，內筒202的中心軸與外筒102的中心軸在水平方向上對應，內頂蓋203的中心軸與外頂蓋103的中心軸在水平方向上對應。

承壓底板201與底座101之間設有排污管4，排污管4頂端和底端的開口分別設置在承壓底板201最低處和底座101中心處。

還設有排氣管5，外頂蓋103最高處和內頂蓋203最高處分別設有開孔；排氣管5的底端穿過外頂蓋103和內頂蓋203上的開孔，與內膽2連通；排氣管5的頂端伸出外殼1外部，位于外頂蓋103上方。

內筒202與外筒102之間設有進水管6和出水管7，進水管6兩端的開口分別設置在外筒102和內筒202上，出水管7兩端的開口分別設置在外筒102和內筒202上。

出水管7的水平高度高于進水管6的水平高度。

實施例2

內膽2包括由下至上依次連接的承壓底板201、內筒202和內頂蓋203；承壓底板201由外緣向中心下凹形成漏斗狀圓錐面，內筒202為柱形圓筒，內頂蓋203由外緣向中心上凹形成圓錐蓋。

外殼1包括由下至上依次連接的底座101、外筒102和外頂蓋103；底座101為圓形平板，外筒102為柱形圓筒，外頂蓋103由外緣向中心上凹形成圓錐蓋。

底座101的直徑大于承壓底板201的直徑，外筒102的直徑大于內筒202的直徑，內頂蓋203與外頂蓋103之間留有間距。

承壓底板201的中心與底座101的中心豎直對應，內筒202的中心軸與外筒102的中心軸在水平方向上對應，內頂蓋203的中心軸與外頂蓋103的中心軸在水平方向上對應。

承壓底板201與底座101之間設有排污管4，排污管4頂端和底端的開口分別設置在承壓底板201最低處和底座101中心處。

還設有排氣管5，外頂蓋103最高處和內頂蓋203最高處分別設有開孔；排氣管5的底端穿過外頂蓋103和內頂蓋203上的開孔，與內膽2連通；排氣管5的頂端伸出外殼1外部，位于外頂蓋103上方。

內筒202與外筒102之間設有進水管6和出水管7，進水管6兩端的開口分別設置在外筒102和內筒202上，出水管7兩端的開口分別設置在外筒102和內筒202上。

實施例3

內膽2包括由下至上依次連接的承壓底板201、內筒202和內頂蓋203；承壓底板201由外緣向中心下凹形成漏斗狀圓錐面，內筒202為柱形圓筒，內頂蓋203由外緣向中心上凹形成圓錐蓋。

外殼1包括由下至上依次連接的底座101、外筒102和外頂蓋103；底座101為圓形平板，外筒102為柱形圓筒，外頂蓋103由外緣向中心上凹形成圓錐蓋。

底座101的直徑大于承壓底板201的直徑，外筒102的直徑大于內筒202的直徑，內頂蓋203與外頂蓋103之間留有間距。

承壓底板201與底座101之間設有排污管4，排污管4頂端和底端的開口分別設置在承壓底板201最低處和底座101中心處。

還設有排氣管5，外頂蓋103最高處和內頂蓋203最高處分別設有開孔；排氣管5的底端穿過外頂蓋103和內頂蓋203上的開孔，與內膽2連通；排氣管5的頂端伸出外殼1外部，位于外頂蓋103上方。

內筒202與外筒102之間設有進水管6和出水管7，進水管6兩端的開口分別設置在外筒102和內筒202上，出水管7兩端的開口分別設置在外筒102和內筒202上。

出水管7的水平高度高于進水管6的水平高度。

本實用新型具體的工作原理是：

如圖2所示，需要將熱水注入水箱時，關閉排污管4和出水管7外部連接的閥門，打開進水管6外部連接的閥門，熱水經過進水管6進入水箱。在水位9持續上升的過程中，水體將水位9以上的空氣經過排氣管5逐漸推出水箱外，最終水位9可以達到內膽2頂部，此時水箱內注滿熱水，水箱的容積得以充分利用，關閉進水管6外部連接的閥門，停止注水。

用戶需要使用熱水時，打開出水管7外部連接的閥門，水箱內的熱水經過出水管7流出，水位9下降，空氣從外界經過排氣管5進入水箱內，水箱內外的氣壓保持平衡，因而水箱內的水可以順暢地流出。

需要排出水箱底部的水垢時，打開排污管4外部連接的閥門，水箱內部的水經過排污管4流出，水力帶動水垢從排污管4流出。

承壓底板201的板面為傾斜的圓錐面，可以將作用在承壓底板201上的豎直向下的水壓力8分解為兩個方向的作用力：垂直于承壓底板201板面上的斜向下的作用力，以及平行于承壓底板201板面的斜向下的作用力。在總的水壓力8不變的情況下，由于平行于承壓底板201板面的作用力分散了一部分水壓力8，垂直于承壓底板201板面上的作用力大幅度減小，因此，相較于底板水平放置的普通水箱，本實用新型能夠承受更大的水壓。

另外，承壓底板201為斜面結構更有利于促進水箱內具有溫度差的水體的上下循環作用，使水體的傳熱效果更好，更有利于使水箱內的水保持恒溫。

由于內膽2的承壓底板201為傾斜的圓錐面，外殼1的底座101為水平放置的圓形平板，承壓底板201與底座101之間形成了更大的空間，用于填充更多的保溫材料，所以承壓底板201與底座101承受水壓的能力得到進一步加強，保溫層3對內膽2的支撐和防震作用更為優良，水箱的隔熱和保溫效果更加良好。

底座101的直徑大于承壓底板201的直徑，外筒102的直徑大于內筒202的直徑，外頂蓋103的內壁與內頂蓋203的外壁之間留有間距，這樣就保證了內膽2與外殼1之間留有足夠的空間填充保溫材料。保溫材料全方位地包裹在內膽2的外壁上，對內膽2既起到了良好的穩固防震作用，也取得了良好的保溫效果。

承壓底板201的中心與底座101的中心豎直對應，內筒202的中心軸與外筒102的中心軸重合，內頂蓋203的中心軸與外頂蓋103的中心軸重合，這樣的設計能夠使本實用新型所述的水箱保持結構對稱、受力均勻、牢固穩定。

內膽2的內頂蓋203和外殼1的外頂蓋103設置為圓錐蓋形狀，相比于水平頂蓋結構，這樣的結構設計增大了水箱的容積。

本實用新型還將出水管6的水平高度設置為高于進水管7的水平高度。由于熱水上浮冷水下沉的特性，吸收了太陽能的新鮮熱水通過進水管6進入水箱下部，相比于水箱中已有的儲存水，新鮮熱水溫度較高，因而上浮，新鮮熱水在上浮的過程中與儲存水充分接觸并進行熱傳遞，經過充分熱循環和熱傳遞的水能夠保持均勻的溫度。打開出水管7外部連接的閥門后，經過熱循環和熱傳遞的水從水箱上部的出水管7流出，因而用戶最終能夠使用到溫度均勻的熱水。

上述實施例只是本實用新型的較佳實施例，并不是對本實用新型技術方案的限制，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進均應視為落入要求保護的本實用新型范圍內。