适宜南海岛礁旅游使用的安全简易型太阳能热水器.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910426205.9 (22)申请日 2019.05.21 (71)申请人 湖南省农村科技发展中心 地址 410001 湖南省长沙市芙蓉区八一路 59号 (72)发明人 杜佳刘容刘玉龙张媛 汪国杰 (51)Int.Cl. F24S 60/10(2018.01) F24S 40/10(2018.01) (54)发明名称 一种适宜南海岛礁旅游使用的安全简易型 太阳能热水器 (57)摘要 一种适宜南海岛礁旅游使用的安全简易型 太阳能热水器， 其特征在于： 热水器为长径比不 同的。

2、圆柱体， 由太阳能热水器本体1、 石墨烯泡 沫/石蜡相变相变材料制作的热水器壳体2、 热水 器出水口3、 热水器进水口4、 热水器排污口5、 热 水器溢流与排气口6组成； 其中所述热水器壳体2 由石墨烯泡沫/材料制作的支撑骨架2-1， 通过真 空浸渍法或自然吸附法将液态石蜡相变材料制 作为工作介质2-2， 吸附在石墨烯泡沫孔隙中， 复 合制成热水器壳体。 权利要求书1页 说明书5页 附图3页 CN 110094891 A 2019.08.06 CN 110094891 A 1.一种适宜南海岛礁旅游使用的安全简易型太阳能热水器， 其特征在于： 热水器为长 径比不同的圆柱体， 由太阳能热水器本体(。

3、1)、 石墨烯泡沫/石蜡相变相变材料制作的热水 器壳体(2)、 热水器出水口(3)、 热水器进水口(4)、 热水器排污口 (5)、 热水器溢流与排气 (6)组成； 其中所述热水器壳体(2)由石墨烯泡沫/材料制作的支撑骨架(2-1)， 通过真空浸 渍法或自然吸附法将液态石蜡相变材料制作为工作介质(2-2)， 吸附在石墨烯泡沫孔隙中， 复合制成热水器壳体(2)； 选用制作热水器材料的具体性能为： 石墨烯泡沫/石蜡相变储能材料选用导热系数4.0w/mk、 密度1.06g/cm3、 热扩散系 数900mm2/s的微观固-液相、 宏观固-固相的定形储能材料制作壳体(2)， 壳体(2)中石墨烯 泡沫材料体。

4、积占10%， 液态石蜡占90%； 其中石墨烯泡沫选用密度0.25g/cm3、 孔径在亚微米至数百微米范围可调、 孔隙率 90%且连通、 支撑自身重量与储水重量以上的负载， 制作为壳体中支撑骨架(2-1)； 其中石蜡选用60号食品级石蜡、 比热0.8kcal/kg、 熔解热60kcal/kg、 液态密度 0.77g/cm3、 固态密度0.9 g/cm3、 液-固相变时体积收缩率15%、 熔点61-62； 制作为壳体 中工作介质(2-2)； 以此设计制作的安全简易型太阳能热水器， 具体达到以下技术性能： 第一、 热水器淋浴用水容积： 适用于1-2人使用的40升和2-3人使用的60升两种； 第二、 。

5、热水器净容重： 适用于个1人或2人携带旅游的热水器净容重38kg和53kg两种； 第三、 使用热水温度： 白天在太阳辐照下， 确保多次供60热水需要， 夜晚确保两次供 60热水需要； 第四、 使用安全简易： 不存储隔夜水， 不产生大于60的变质水， 不用集热器、 辅助电加 热器与镁棒， 制作简易， 拆装快捷， 充分利用南海岛礁太阳能辐射时间长、 稳定、 辐射强的资 源特点。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110094891 A 2 一种适宜南海岛礁旅游使用的安全简易型太阳能热水器 技术领域 0001 本专利涉及太阳能热利用技术领域， 具体涉及一种适宜南海岛屿礁旅游使用的安 全简易型太阳能热。

6、水器。 背景技术 0002 我国现有太阳能热水器大多是由集热器与储热水箱一起配套提出的， 虽然安全， 但不简易， 拆装不便， 不适合个人旅游使用； 有一种太阳能热水器在广东、 海南沿岸农村常 常见到， 太阳能热水器不用集热器， 只用无保温层的铁制品水箱， 利用该地域常年太阳直接 热辐射量大， 阴雨天持续时间短等特点， 直接通过水箱的金属外壳将水加热， 供夜晚使用， 这种最便宜使用太阳能的方法， 虽然简单易行， 但不安全， 因储存水量大， 供反复使用， 造成 水质污染， 不卫生且不稳定， 也不适宜在南海岛屿旅游中推广使用； 特别是受到发明人张媛 等开发的 “石墨烯泡沫/石蜡相变储能材料制作的太阳。

7、能热水器水箱” （专利号 2018114011118） 的启示， 若将现有太阳能热水器系统与最新开发成功的新型材料整合， 就 能开发出适宜南海岛礁旅游使用的， 将太阳能热水系统中的集热器与储热水箱合二为一的 一， 不用集热器， 只用储热水箱制成一种适宜南海岛礁旅游使用的安全简易型太阳能热水 器； 其基本思路是： 一是充分利用南海岛礁太阳能资源特色， 作为制作安全简易型太阳能热水器的基准， 如表1所示的南海岛礁太阳能资源特征表、 图1所示西沙群岛、 曾母暗沙逐日太阳能高度角 分布规律、 图2所示的西沙群岛逐日总辐射、 逐日平均气温、 逐日平均降水分布规律 （曾母暗 沙： 未公布统计测量数据） ：。

8、 ： 表1、 南海岛礁太阳能资源的独有特征表 说明书 1/5 页 3 CN 110094891 A 3 从表1、 图1、 图2可清晰看出， 无论是年平均值， 还是逐日分布规律看， 南海岛礁区域与 我国其他区域有截然不同的太阳能资源特征， 可以充分利用其特征， 简化太阳能热利用装 置的制作； 二是充分利用当代开发的高新技术成果， 特别是新材料制作安全简易的太阳能热利用 装置； 以太阳能热水器为例， 数十年基本沿袭采用多种不同性能材料制作、 组装为集热器+ 储热水箱的太阳能热水系统， 但随着高新技术发展。 特别是近年来快速发展起来的石墨烯 泡沫/石蜡相变储能材料， 将会用一种多功能材料取代现有多种。

9、不同材料组装制作的太阳 能热水器系统， 使制作工艺简单化、 成本低廉化、 安全实用化； 思路是： 石墨烯泡沫/石腊相 变储热材料不仅能制作太阳能热水器储热水箱， 而且结合南海岛礁太阳能资源特点， 进一 步挖掘其潜在性能， 不用集热器， 只用热水箱， 直接制作一种适合南海岛礁旅游使用的安全 简易型太阳能热水器。 发明内容 0003 基于上述基本思路， 所要解决的技术问题是： 1、 从南海岛礁所处太阳能资源特征与选用适宜制作南海太阳能热水器的特种材料出 说明书 2/5 页 4 CN 110094891 A 4 发， 只用一种石墨烯泡沫/石腊相变储热材料制作为具有储热、 保温、 隔热、 散热多功能于。

10、一 体的太阳能热水器， 将现有用多种材料制作的集热与供热结合的太阳能热水器系统简化为 只用一种材料制作的兼具集热与储热热为一体的安全简易型太阳能热水器； 根据最新挖 掘， 石墨烯泡沫/石蜡相变储能材料制作太阳能热水器， 除在专利2018114011118所述的一 系列优异性能外， 利用南海岛礁全年逐日太阳能辐射强度大、 稳定且气温、 水温在25度以上 的特点， 挖掘出石墨烯泡沫/石蜡相变材料具有性能随温度变化的特点， 实现将储热、 保温、 散热、 隔热于一体太阳能热水器壳体； 当夜晚无太阳能辐射时， 热水器壳体外表面温度逐步 下降， 在石墨烯泡沫中的石蜡逐步也发生相变， 由液态转变为固态， 随。

11、之体积缩小， 在泡沫 中形成真空隔热层， 阻止壳体温度下降， 保护壳体在夜晚也具有储热、 供热的功能作用； 当 白天来临， 太阳能首先将壳体中的石墨烯泡沫中的固态石蜡从外到内的熔化为液态石蜡， 体积增大， 导热系数增大， 恢复其高的传热、 散热功能， 逐步将内胆中的水加热并稳定到60 度左右的相变临界点； 利用南海岛礁逐日太阳能辐射能、 水温气温高、 时长、 稳定的资源特 点与石墨烯泡沫/石蜡相变储能材料固-液态性能受太阳能昼夜转化的相关性影响， 就能实 现将储热、 保温、 隔热、 散热于一体的太阳能热水器； 2、 从安全性、 简易性、 实用性出发， 设计制作热水器， 所选设计参数要求是： 一。

12、是热水器不存储过量的太阳能热水， 以满足当晚热水需要量为调控目标， 达到安全 使用太阳能热水的要求； 二是热水器重量轻、 体积小、 安装与拆卸简易便捷； 第四、 成本低廉、 个人旅游携带轻巧方便； 据此设计的热水器参数如表2所示： 表2 适宜南海岛礁旅游使用的安全简易太阳能热水器设计参数 供洗浴人数1-2人2-3人 热水器内容积40L60L 热水器外容积 （包括上下壁壳体75.7L109.8L 热水器内容积直径260mm260mm 热水器外容积直径340mm340mm 热水器长度8340mm1210mm 热水器壳体壁厚度40mm40mm 热水器壳体容积35.7L50.2L 石蜡充填壳体的效率按。

13、85%折算重量23.4kg32.9Kg 热水器净重 （包括石墨烯泡沫重）37.8kg53.2kg 25水加热到60需要石蜡量23.44kg32.16kg 0004 为解决上述技术问题， 采取的技术方案是： 一种适宜南海岛礁旅游使用的安全简 易型太阳能热水器， 其特征在于， 热水器为长径比不同的圆柱体， 由热水器本体、 热水器壳 体以及热水器出水口、 进水口、 排污口、 溢流与排气口组成； 其中所述热水器壳体选用石墨 烯泡沫/石蜡相变储能材料制作， 其中以导热系数高、 孔隙率高、 比表面积大、 强度高、 稳固 性好、 耐水性好、 密度低、 成型易的三维多孔连通网络结构的石墨烯泡沫材料制作为热水器。

14、 壳体支撑骨架， 通过真空浸渍法或自然吸附法将熔解热高、 储能密度大、 相变时蒸汽压低、 结晶时自成核无析出无过冷现象、 化学性质稳定、 无毒、 无味、 疏水、 价格低廉的液态石蜡相 说明书 3/5 页 5 CN 110094891 A 5 变材料制作为热水器壳体工作介质， 吸附在石墨烯泡沫孔隙中， 复合制成热水器壳体； 为适合南海岛礁个人旅游的需要， 制作热水器材料的具体性能为： 其中石墨烯泡沫/石蜡相变储能材料选用导热系数4.0w/mk(为60号液态石蜡导热 系数的10倍以上)、 密度1.06g/cm3、 热扩散系数900mm2/s的微观固-液相、 宏观固-固相的定 形储能材料制作壳体， 。

15、壳体中石墨烯泡沫材料体积占10%， 液态石蜡占90%； 其中石墨烯泡沫选用密度0.25g/cm3、 孔径在亚微米至数百微米范围可调、 孔隙率 90%且连通、 支撑自身重量与储水重量以上的负载 （据有关试验， 石墨烯泡沫能够支撑自重 3000倍以上负载） ； 其中石蜡选用60号食品级石蜡、 比热0.8kcal/kg、 熔解热60kcal/kg、 液态密度 0.77g/cm3、 固态密度0.9 g/cm3、 液-固相变时体积收缩率15%、 熔点61-62； 制作为壳体 中工作介质； 以此设计制作的安全简易型太阳能热水器， 具体达到以下技术性能： 第一、 热水器淋浴用水容积： 适用于1-2人使用的4。

16、0升和2-3人使用的60升容积两种； 第二、 热水器净容重： 适用于个1人或2人携带旅游的热水器净容重38kg和53kg两种； 第三、 使用热水温度： 白天在太阳辐照下， 确保多次供60热水需要， 夜晚确保两次供 60热水需要； 第四、 使用的安全、 简易性： 不存储隔夜水， 不产生大于60的易变质水， 不用集热器、 辅助电加热器与镁棒， 制作简易， 拆装快捷， 充分利用南海岛礁太阳能时长、 稳定、 辐射强的 资源特点。 附图说明 0005 图1是西沙群岛、 曾母暗沙逐日太阳能高度角分布规律示意图， 图2是西沙群岛逐日总辐射、 逐日平均气温、 逐日平均降水分布规律示意， 图3是40升安全简易型。

17、太阳能热水器结构示意图， 图4是60升安全简易型太阳能能热水器结构示意图， 图5安全简易型太阳能热水器壳体剖面结构放大示意图; 图3、 4、 5中1是太阳能热水器本体， 2是石墨烯泡沫/石蜡相变材料制作的壳体， 2-1是石 墨烯泡沫材料制作的壳体支撑骨架， 2-2是液态石蜡相变材料制作的壳体工作介质， 3是热 水器出水口， 4是热水器进水口， 5是热水器排污口， 6是热水器溢流、 排气口。 具体实施方案 0006 结合附图说明， 具体实施的技术方案是， 一种适宜南海岛礁旅游使用的安全简易 型太阳能热水器， 其特征在于： 热水器为长径比不同的圆柱体， 由太阳能热水器本体1、 石墨 烯泡沫/石蜡相。

18、变相变材料制作的热水器壳体2、 热水器出水口3、 热水器进水口4、 热水器排 污口5、 热水器溢流与排气口6组成； 其中所述热水器壳体2由石墨烯泡沫/材料制作的支撑 骨架2-1， 通过真空浸渍法或自然吸附法将液态石蜡相变材料制作的工作介质2-2， 吸附在 石墨烯泡沫孔隙中， 复合制成热水器壳体2； 为适合南海岛礁个人旅游的需要， 选用制作热水器材料的具体性能为： 石墨烯泡沫/石蜡相变储能材料选用导热系数4.0w/mk(为60号液态石蜡导热系数 说明书 4/5 页 6 CN 110094891 A 6 的10倍以上)、 密度1.06g/cm3、 热扩散系数900mm2/s的微观固-液相、 宏观固。

19、-固相的定形储 能材料制作壳体， 壳体中石墨烯泡沫材料体积占10%， 液态石蜡占90%； 其中石墨烯泡沫选用密度0.25g/cm3、 孔径在亚微米至数百微米范围可调、 孔隙率 90%且连通、 支撑自身重量与储水重量以上的负载 （据有关试验， 石墨烯泡沫能够支撑自重 3000倍以上负载） ， 制作为壳体中支撑骨架； 其中石蜡选用60号食品级石蜡、 比热0.8kcal/kg、 熔解热60kcal/kg、 液态密度 0.77g/cm3、 固态密度0.9 g/cm3、 液-固相变时体积收缩率15%、 熔点61-62； 制作为壳体 中工作介质； 以此设计制作的安全简易型太阳能热水器， 具体达到以下技术性。

20、能： 第一、 热水器淋浴用水容积： 适用于1-2人使用的40升和2-3人使用的60升容积两种； 第二、 热水器净容重： 适用于个1人或2人携带旅游的热水器净容重38kg和53kg两种； 第三、 使用热水温度： 白天在太阳辐照下， 确保多次供60热水需要， 夜晚确保两次供 60热水需要； 第四、 使用的安全、 简易性： 不存储隔夜水， 不产生大于60的易变质水， 不用集热器、 辅助电加热器与镁棒， 制作简易， 拆装快捷， 充分利用南海岛礁太阳能时长、 稳定、 辐射强的 资源特点。 说明书 5/5 页 7 CN 110094891 A 7 图1 图2 说明书附图 1/3 页 8 CN 110094891 A 8 图3 图4 说明书附图 2/3 页 9 CN 110094891 A 9 图5 说明书附图 3/3 页 10 CN 110094891 A 10 。