CN109163465A - 基于隔热气囊的太阳能热水器水箱 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于隔热气囊的太阳能热水器水箱，包括内桶、外壳，内桶与外壳之间设有由保温材料制成的保温层，在内桶与保温层之间设有防红外辐射保温装置，所述防红外辐射保温装置包括至少一层隔热层，所述隔热层包括若干个向外凸起的隔热气囊，在隔热气囊的底面覆盖有密封隔热气囊开口端的密封基层，在最外层的隔热气囊的外表面上设有金属反射层；所述隔热气囊内部填充有防红外的聚酯纤维，该聚酯纤维是以聚酯切片、第一聚酯母粒和第二聚酯母粒经熔融混纺制备得到的。

Description

基于隔热气囊的太阳能热水器水箱

技术领域

本申请涉及太阳能热水器技术领域，尤其涉及一种基于隔热气囊的太阳能热水器水箱。

背景技术

目前市场上的太阳能热水器保温水箱包括内胆和外壳，内胆和外壳之间设有由保温材料构成的保温层，保温材料一般为聚氨酯泡沫，其缺陷在于只能减少传导和热对流，无法减少红外辐射散热。

发明内容

本发明旨在提供一种基于隔热气囊的太阳能热水器水箱，以解决上述提出问题。

本发明的实施例中提供了一种基于隔热气囊的太阳能热水器水箱，包括内桶、外壳，内桶与外壳之间设有由保温材料制成的保温层，在内桶与保温层之间设有防红外辐射保温装置，所述防红外辐射保温装置包括至少一层隔热层，所述隔热层包括若干个向外凸起的隔热气囊，在隔热气囊的底面覆盖有密封隔热气囊开口端的密封基层，在最外层的隔热气囊的外表面上设有金属反射层；所述隔热气囊内部填充有防红外的聚酯纤维，该聚酯纤维是以聚酯切片、第一聚酯母粒和第二聚酯母粒经熔融混纺制备得到的。

优选地，所述第一聚酯母粒是将粉体Ⅰ与聚酯粉料混合、经造粒得到的，其中，第一聚酯母粒中粉体Ⅰ的质量占比为24％，该粉体Ⅰ是由ZrC粉体、MnO₂、Fe₃O₄和膨润土经研磨、煅烧组成。

优选地，所述第二聚酯母粒是将粉体Ⅱ与聚酯粉料混合、经造粒得到的，其中，第二聚酯母粒中粉体Ⅱ的质量占比为30％，该粉体Ⅱ中包括ZrO₂-TiO₂粉体、ZnO粉体、SnO₂粉体和In₂O₃粉体，其是将上述粉体经研磨、煅烧组成的；其中，该ZrO₂-TiO₂粉体为核壳结构，ZrO₂粒子为核结构，表面覆有TiO₂粒子聚集体。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本发明防红外辐射保温装置是通过隔热气囊进行保温，再通过金属反射层减少红外辐射散热。在制备太阳能热水器水箱时，先将防红外辐射保温装置紧密包裹在水箱内桶上，然后再制备保温层，这样制得的水箱，其保温能力大大得到提高，热损系数比国家标准减少46％以上。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是防红外辐射保温装置的一种剖视结构示意图。

图2是防红外辐射保温装置的另一种剖视结构示意图。

图3是太阳能热水器水箱的结构示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

参照图1，一种防红外辐射保温装置，由2层上下叠加的隔热层2构成，所述隔热层2包括若干个向外凸起、均匀分布的隔热气囊3，隔热气囊3的纵截面为圆形。

隔热气囊3由铝塑薄膜制成，在隔热气囊3的底面覆盖有密封隔热气囊3开口端的密封基层4，密封基层4为透明塑料薄膜层或镀铝薄膜层，密封基层4与隔热气囊3的周边之间可以通过热封进行密封固定。在最外层的隔热气囊3的外表面上设有金属反射层1。

金属反射层1为镀在隔热层2的外表面上的金属反射膜层和/或为覆盖在隔热层2上的镀铝薄膜层。金属反射膜层具有反热红外辐射的作用，其材质为铝、铜、铬等。在第一层的隔热气囊3的外表面上也设有金属反射膜层。上层的密封基层4为下层的金属反射层1。如图2所示。

参照图3，一种太阳能热水器水箱，包括内桶7、外壳6，内桶7与外壳6之间设有由保温材料制成的保温层5，在内桶7与保温层5之间设有前述的防红外辐射保温装置8。

保温层5为聚氨酯保温层。先将防红外辐射保温装置8紧密包裹在水箱内桶7上，金属反射膜1朝外设置，然后再注入聚氨酯发泡料进行发泡，这样制得的水箱，其保温能力大大得到提高，热损系数比国家标准减少46％以上。

为了实现更好的技术效果，其中，所述隔热气囊3内部填充有防红外的聚酯纤维，通过在隔热气囊内部设置防红外聚酯纤维，其能够对红外线起到良好的吸收和反射作用，增强保温效果。本申请的聚酯纤维中通过填料的添加，产生了意料不到的有益效果，使得聚酯纤维对红外线具备良好的吸收和反射作用，进而该聚酯纤维对红外线具有防透视效果。

具体的，一种聚酯纤维，该聚酯纤维是以聚酯切片、第一聚酯母粒和第二聚酯母粒经熔融混纺制备得到的。本实施方式中，通过将聚酯切片、第一聚酯母粒和第二聚酯母粒熔融混纺，第一聚酯母粒和第二聚酯母粒能够协同发挥作用，对于红外线的吸收和反射均意料不到的大大提高，从而增强了聚酯纤维的防透视效果。

可实施的，在熔融混纺过程中，所述第一聚酯母粒和第二聚酯母粒的质量占比分别为12～15％、9-14％，余量为聚酯切片。优选地，在熔融混纺过程中，所述第一聚酯母粒和第二聚酯母粒的质量占比分别为13％、12％，余量为聚酯切片。

所述第一聚酯母粒是将粉体Ⅰ与聚酯粉料混合、经造粒得到的，其中，在含量方面，第一聚酯母粒中粉体Ⅰ的质量占比为24％。可实施的，该粉体Ⅰ是由ZrC粉体、MnO₂、Fe₃O₄和膨润土经研磨、煅烧组成。对于0.6eV(波长为2微米)的高能光波，ZrC能够很好的吸收并将其转换为热能，对于能量低于0.6eV光波则被反射；由于近红外辐射的光子能量为0.5～1.8eV，所以大部分的近红外光线都能够被ZrC所吸收，因此，该粉体Ⅰ中ZrC对于红外线起到积极的吸收效果；此外，粉体Ⅰ中还包括MnO₂、Fe₃O₄和膨润土，其中膨润土作为缓冲剂，其能够将上述物质构成复合红外吸收剂，对于较宽频率范围内的红外线具有意料不到的吸收效果。

上述粉体Ⅰ的质量配比：ZrC粉体、MnO₂、Fe₃O₄和膨润土的质量份数分别为20份、5份、7份、16份；ZrC粉体的粒径为300-500nm；MnO₂的粒径为200nm；Fe₃O₄的粒径为500nm；膨润土的粒径为1～2μm。

所述第二聚酯母粒是将粉体Ⅱ与聚酯粉料混合、经造粒得到的，其中，在含量方面，第二聚酯母粒中粉体Ⅱ的质量占比为30％。可实施的，该粉体Ⅱ中包括ZrO₂-TiO₂粉体、ZnO粉体、SnO₂粉体和In₂O₃粉体，其是将上述粉体经研磨、煅烧组成的；其中，该ZrO₂-TiO₂粉体为核壳结构，ZrO₂粒子为核结构，表面覆有TiO₂粒子聚集体。二氧化钛是一种重要的半导体材料，具有独特的性质，其在抗菌消毒、废水处理、防雾及自清洁功能以及空气净化方面应用广泛，本申请中，采用微乳液法制备核壳结构的ZrO₂-TiO₂微球，然后将其与ZnO粉体、SnO₂粉体和In₂O₃粉体构成粉体Ⅱ，然后制备得到第二聚酯母粒，其中，该核壳结构的ZrO₂-TiO₂微球对于红外线具有较强的反射效果，其与ZnO粉体、SnO₂粉体和In₂O₃粉体综合作用，对于红外线的反射能力大大提高，并且，结合第一聚酯母粒，从近红外线的反射和吸收方面共同发挥作用，同时提高纤维对于近红外线的吸收和反射，起到了意料不到的防红外透视功能。

上述粉体Ⅱ的质量配比：ZrO₂-TiO₂粉体、ZnO粉体、SnO₂粉体和In₂O₃粉体的质量份数分别为10份、6份、3份、4份；ZnO粉体的粒径为50nm；SnO₂粉体的粒径为50nm；In₂O₃粉体的粒径为30nm；ZrO₂-TiO₂粉体的粒径为2～5μm。下面结合具体实施例对本发明做出进一步说明：

实施例1

如下为本发明所述聚酯纤维的制备过程：

S1、首先，制备水相：将1.2g的OP-10乳化剂与0.6g的十二烷基硫酸钠溶于300g去离子水中，在高速搅拌机中搅拌均匀，得到所需水相；然后，制备油相：将2.4g的乙酰乙酸乙酯、6.4g的钛酸四正丁酯及11g的正辛醇混合，并在室温下搅拌均匀，得到所需油相；在油相溶液中加入1g ZrO₂粒子，搅拌均匀；然后将油相溶液倒入水相溶液中，持续搅拌乳化，并在室温下搅拌24h，反应结束后，真空抽滤、洗涤，于180℃煅烧2h后得到所述ZrO₂-TiO₂粉体；按照质量比例，将ZrO₂-TiO₂粉体、ZnO粉体、SnO₂粉体和In₂O₃粉体通过球磨机研磨混合，然后将混合粉体与刚玉球、水配成1:1:6的浆液，并加入0.5％的十二烷基硫酸钠，于滚动球磨机研磨20小时，然后在410℃煅烧3h，煅烧的粉体经分散、粉碎、研磨，得到粉体Ⅱ；将粉体Ⅱ与聚酯粉料混合、经螺杆造粒得到第二聚酯母粒；

S2、按照质量比例，将ZrC粉体、MnO₂、Fe₃O₄和膨润土通过球磨机研磨混合，然后将混合粉体与刚玉球、水配成1:1:4的浆液，并加入0.3％的硅烷偶联剂，于滚动球磨机研磨30小时，然后在440℃煅烧4.5h，煅烧的粉体经分散、粉碎、研磨，得到粉体Ⅰ；将粉体Ⅰ与聚酯粉料混合、经螺杆造粒得到第一聚酯母粒；

S3、称取第一聚酯母粒和第二聚酯母粒与聚酯切片进行混合干燥；干燥在真空转鼓干燥机中进行，借助真空系统将水分随空气一起抽除，干燥温度为130℃；干燥后的原料在螺杆挤出机作用下熔融后的熔体经熔体泵送至均质除杂搅拌器中进行均一化除杂处理，熔体在均质除杂搅拌器的停留时间为30min～90min；均质除杂后的聚酯熔体经熔体泵送至二级过滤器，过滤后的熔体经设置在管道上的混合熔体后进入纺丝箱体，纺丝箱温度控制在250～280℃；将纺丝后的纤维进行牵伸加工，即得所述聚酯纤维。

其中，在熔融混纺过程中，所述第一聚酯母粒和第二聚酯母粒的质量占比分别为12％、9％，余量为聚酯切片。红外透射率：采用紫外-可见分光光度计对聚酯纤维在950nm波长下进行近红外透射率测试，发现透射率为4.7％。

实施例2

如下为本发明所述聚酯纤维的制备过程：

S1、首先，制备水相：将1.2g的OP-10乳化剂与0.6g的十二烷基硫酸钠溶于300g去离子水中，在高速搅拌机中搅拌均匀，得到所需水相；然后，制备油相：将2.4g的乙酰乙酸乙酯、6.4g的钛酸四正丁酯及11g的正辛醇混合，并在室温下搅拌均匀，得到所需油相；在油相溶液中加入1g ZrO₂粒子，搅拌均匀；然后将油相溶液倒入水相溶液中，持续搅拌乳化，并在室温下搅拌24h，反应结束后，真空抽滤、洗涤，于180℃煅烧2h后得到所述ZrO₂-TiO₂粉体；按照质量比例，将ZrO₂-TiO₂粉体、ZnO粉体、SnO₂粉体和In₂O₃粉体通过球磨机研磨混合，然后将混合粉体与刚玉球、水配成1:1:6的浆液，并加入0.5％的十二烷基硫酸钠，于滚动球磨机研磨20小时，然后在410℃煅烧3h，煅烧的粉体经分散、粉碎、研磨，得到粉体Ⅱ；将粉体Ⅱ与聚酯粉料混合、经螺杆造粒得到第二聚酯母粒；

S2、按照质量比例，将ZrC粉体、MnO₂、Fe₃O₄和膨润土通过球磨机研磨混合，然后将混合粉体与刚玉球、水配成1:1:4的浆液，并加入0.3％的硅烷偶联剂，于滚动球磨机研磨30小时，然后在440℃煅烧4.5h，煅烧的粉体经分散、粉碎、研磨，得到粉体Ⅰ；将粉体Ⅰ与聚酯粉料混合、经螺杆造粒得到第一聚酯母粒；

S3、称取第一聚酯母粒和第二聚酯母粒与聚酯切片进行混合干燥；干燥在真空转鼓干燥机中进行，借助真空系统将水分随空气一起抽除，干燥温度为130℃；干燥后的原料在螺杆挤出机作用下熔融后的熔体经熔体泵送至均质除杂搅拌器中进行均一化除杂处理，熔体在均质除杂搅拌器的停留时间为30min～90min；均质除杂后的聚酯熔体经熔体泵送至二级过滤器，过滤后的熔体经设置在管道上的混合熔体后进入纺丝箱体，纺丝箱温度控制在250～280℃；将纺丝后的纤维进行牵伸加工，即得所述聚酯纤维。

其中，在熔融混纺过程中，所述第一聚酯母粒和第二聚酯母粒的质量占比分别为15％、14％，余量为聚酯切片。红外透射率：采用紫外-可见分光光度计对聚酯纤维在950nm波长下进行近红外透射率测试，发现透射率为6.2％。

实施例3

如下为本发明所述聚酯纤维的制备过程：

S1、首先，制备水相：将1.2g的OP-10乳化剂与0.6g的十二烷基硫酸钠溶于300g去离子水中，在高速搅拌机中搅拌均匀，得到所需水相；然后，制备油相：将2.4g的乙酰乙酸乙酯、6.4g的钛酸四正丁酯及11g的正辛醇混合，并在室温下搅拌均匀，得到所需油相；在油相溶液中加入1g ZrO₂粒子，搅拌均匀；然后将油相溶液倒入水相溶液中，持续搅拌乳化，并在室温下搅拌24h，反应结束后，真空抽滤、洗涤，于180℃煅烧2h后得到所述ZrO₂-TiO₂粉体；按照质量比例，将ZrO₂-TiO₂粉体、ZnO粉体、SnO₂粉体和In₂O₃粉体通过球磨机研磨混合，然后将混合粉体与刚玉球、水配成1:1:6的浆液，并加入0.5％的十二烷基硫酸钠，于滚动球磨机研磨20小时，然后在410℃煅烧3h，煅烧的粉体经分散、粉碎、研磨，得到粉体Ⅱ；将粉体Ⅱ与聚酯粉料混合、经螺杆造粒得到第二聚酯母粒；

S2、按照质量比例，将ZrC粉体、MnO₂、Fe₃O₄和膨润土通过球磨机研磨混合，然后将混合粉体与刚玉球、水配成1:1:4的浆液，并加入0.3％的硅烷偶联剂，于滚动球磨机研磨30小时，然后在440℃煅烧4.5h，煅烧的粉体经分散、粉碎、研磨，得到粉体Ⅰ；将粉体Ⅰ与聚酯粉料混合、经螺杆造粒得到第一聚酯母粒；

S3、称取第一聚酯母粒和第二聚酯母粒与聚酯切片进行混合干燥；干燥在真空转鼓干燥机中进行，借助真空系统将水分随空气一起抽除，干燥温度为130℃；干燥后的原料在螺杆挤出机作用下熔融后的熔体经熔体泵送至均质除杂搅拌器中进行均一化除杂处理，熔体在均质除杂搅拌器的停留时间为30min～90min；均质除杂后的聚酯熔体经熔体泵送至二级过滤器，过滤后的熔体经设置在管道上的混合熔体后进入纺丝箱体，纺丝箱温度控制在250～280℃；将纺丝后的纤维进行牵伸加工，即得所述聚酯纤维。

其中，在熔融混纺过程中，所述第一聚酯母粒和第二聚酯母粒的质量占比分别为13％、12％，余量为聚酯切片。红外透射率：采用紫外-可见分光光度计对聚酯纤维在950nm波长下进行近红外透射率测试，发现透射率为4.6％。

实施例4

本实施例在实施例1基础上，不同之处在于，所述粉体Ⅱ中未包含ZrO₂-TiO₂粉体。

其中，在熔融混纺过程中，所述第一聚酯母粒和第二聚酯母粒的质量占比分别为13％、12％，余量为聚酯切片。红外透射率：采用紫外-可见分光光度计对聚酯纤维在950nm波长下进行近红外透射率测试，发现透射率为8.9％。

以上所述仅为本发明的较佳方式，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于隔热气囊的太阳能热水器水箱，包括内桶、外壳，内桶与外壳之间设有由保温材料制成的保温层，其特征在于，在内桶与保温层之间设有防红外辐射保温装置，所述防红外辐射保温装置包括至少一层隔热层，所述隔热层包括若干个向外凸起的隔热气囊，在隔热气囊的底面覆盖有密封隔热气囊开口端的密封基层，在最外层的隔热气囊的外表面上设有金属反射层；所述隔热气囊内部填充有防红外的聚酯纤维，该聚酯纤维是以聚酯切片、第一聚酯母粒和第二聚酯母粒经熔融混纺制备得到的。

2.根据权利要求1所述的太阳能热水器水箱，其特征在于，所述金属反射层为镀在隔热层的外表面上的金属反射膜层和/或为覆盖在隔热层上的镀铝薄膜层。

3.根据权利要求1所述的太阳能热水器水箱，其特征在于，在每一层的隔热气囊的外表面上均设有金属反射膜层。

4.根据权利要求1所述的太阳能热水器水箱，其特征在于，所述隔热层由2-3层上下叠加构成。

5.根据权利要求1所述的太阳能热水器水箱，其特征在于，所述隔热气囊的纵截面为圆形或椭圆形。

6.根据权利要求1所述的太阳能热水器水箱，其特征在于，所述密封基层为透明塑料薄膜层或镀铝薄膜层。

7.根据权利要求1所述的太阳能热水器水箱，其特征在于，所述第一聚酯母粒是将粉体Ⅰ与聚酯粉料混合、经造粒得到的，其中，第一聚酯母粒中粉体Ⅰ的质量占比为24％，该粉体Ⅰ是由ZrC粉体、MnO₂、Fe₃O₄和膨润土经研磨、煅烧组成。

8.根据权利要求1所述的太阳能热水器水箱，其特征在于，所述第二聚酯母粒是将粉体Ⅱ与聚酯粉料混合、经造粒得到的，其中，第二聚酯母粒中粉体Ⅱ的质量占比为30％，该粉体Ⅱ中包括ZrO₂-TiO₂粉体、ZnO粉体、SnO₂粉体和In₂O₃粉体，其是将上述粉体经研磨、煅烧组成的；其中，该ZrO₂-TiO₂粉体为核壳结构，ZrO₂粒子为核结构，表面覆有TiO₂粒子聚集体。

9.根据权利要求1所述的太阳能热水器水箱，其特征在于，所述聚酯纤维的制备过程：

S1、首先，制备水相：将1.2g的OP-10乳化剂与0.6g的十二烷基硫酸钠溶于300g去离子水中，在高速搅拌机中搅拌均匀，得到所需水相；然后，制备油相：将2.4g的乙酰乙酸乙酯、6.4g的钛酸四正丁酯及11g的正辛醇混合，并在室温下搅拌均匀，得到所需油相；在油相溶液中加入1g ZrO₂粒子，搅拌均匀；然后将油相溶液倒入水相溶液中，持续搅拌乳化，并在室温下搅拌24h，反应结束后，真空抽滤、洗涤，于180℃煅烧2h后得到所述ZrO₂-TiO₂粉体；按照质量比例，将ZrO₂-TiO₂粉体、ZnO粉体、SnO₂粉体和In₂O₃粉体通过球磨机研磨混合，然后将混合粉体与刚玉球、水配成1:1:6的浆液，并加入0.5％的十二烷基硫酸钠，于滚动球磨机研磨20小时，然后在410℃煅烧3h，煅烧的粉体经分散、粉碎、研磨，得到粉体Ⅱ；将粉体Ⅱ与聚酯粉料混合、经螺杆造粒得到第二聚酯母粒；

S2、按照质量比例，将ZrC粉体、MnO₂、Fe₃O₄和膨润土通过球磨机研磨混合，然后将混合粉体与刚玉球、水配成1:1:4的浆液，并加入0.3％的硅烷偶联剂，于滚动球磨机研磨30小时，然后在440℃煅烧4.5h，煅烧的粉体经分散、粉碎、研磨，得到粉体Ⅰ；将粉体Ⅰ与聚酯粉料混合、经螺杆造粒得到第一聚酯母粒；

S3、称取第一聚酯母粒和第二聚酯母粒与聚酯切片进行混合干燥；干燥在真空转鼓干燥机中进行，借助真空系统将水分随空气一起抽除，干燥温度为130℃；干燥后的原料在螺杆挤出机作用下熔融后的熔体经熔体泵送至均质除杂搅拌器中进行均一化除杂处理，熔体在均质除杂搅拌器的停留时间为30min～90min；均质除杂后的聚酯熔体经熔体泵送至二级过滤器，过滤后的熔体经设置在管道上的混合熔体后进入纺丝箱体，纺丝箱温度控制在250～280℃；将纺丝后的纤维进行牵伸加工，即得所述聚酯纤维。