專利名稱：太陽能熱水器和巴氏殺菌器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及液體加熱領域，更具體地說涉及用太陽能對水進行巴氏殺菌。
背景技術：
目前這類太陽能熱水器一般包括由玻璃、金屬或聚合材料制成的可容納水的容器，同時該容器還可再加有能量吸收有色材料。目前設計的缺點是，許多熱水器體積龐大，制造材料昂貴，而有些其他的熱水器不能有效吸收、傳導以及充分存儲足夠熱量來得到足以進行巴氏殺菌的溫度。此外，許多當前設計不能得到對水進行巴氏殺菌的溫度。
當今在發(fā)展中國家的大多數疾病為由細菌、病毒和其他微生物造成的感染性疾病。其中這些細菌、病毒和其他微生物寄生在糞便(如人和動物糞便)內，并已發(fā)現存在于人們用于飲用和洗滌的污染水中。當人們喝下這些活的微生物時，這些微生物就可繁殖、引起疾病并從糞便到水中寄生，使疾病傳播持續(xù)循環(huán)。
在世界范圍內，不安全的水都是一個主要問題。估計有十億人不能得到安全的水。也已經估算到的是，每年由于污染水造成的痢疾要奪走約5百萬人的生命，并有約9億病例發(fā)生。在發(fā)展中國家，城市用水系統(tǒng)是不可靠的，來自溪流、江河和一些水井中的水被人和動物攜帶的病原體所污染，形成對健康的威脅。對于沒有安全水可飲用的十億人來說，唯一的主要建議就是把水煮沸，有時煮沸需要10分鐘。已經公知的是，自從路易斯.巴斯德(130多年前)的時代起，煮沸加熱對于殺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。這是因為煮沸要花費很長時間，開水口感不好，同時燃料通常有限或者很昂貴。
在水中已經發(fā)現有許多不同的致病微生物，但是大多數特別不耐熱。例如，在發(fā)展中國家兒童中急性痢疾的最共同病因是大腸桿菌和志賀氏細菌以及輪狀病毒族。這些細菌或病毒可在60℃或以上迅速被殺死。例如，在太陽能炊具中把水加熱到66℃會提供足夠熱量來對水進行巴氏殺菌，并幾乎殺死所有致病微生物。通過加熱到非100℃(沸騰)的較低溫度(即66℃)可安全飲用水，這樣就為發(fā)展中國家解決污染水的問題提供了真正的機會。然而，太陽能熱水器通常是笨重的而且很難操作。
因此，很顯然需要一種有效的便攜式太陽能熱水器，這種太陽能熱水器可把水加熱到可進行巴氏殺菌的一定溫度和一定時間。從而提供方便的飲用水源。本發(fā)明滿足了這些需要并提供了其他相關優(yōu)點。

發(fā)明內容
通過提供一種對液體加熱和進行巴氏殺菌的簡單、廉價和便攜式的設備以及利用該設備的方法，本發(fā)明解決了現有技術中存在的問題。這種簡單和便攜式的設計可使飲用水供給源再次利用。而且，本發(fā)明設備制造成本相對較低，麻煩少，使用可靠，并容易收縮和折疊以利于存放或運輸。
本發(fā)明體現如下的太陽能熱水器中，該太陽能熱水器具有一個容器、至少一個收集太陽能并把其傳遞給容器內水的能量轉換結構和足夠的絕熱結構，該絕熱結構可使在與容器接觸表面上的熱損失最小，從而可得到至少60℃的水溫。因此本發(fā)明的太陽能熱水器可通過把容納在容器中液體加熱到至少60℃的溫度而對水進行巴氏殺菌。
本發(fā)明設備包括一個用于對液體進行巴氏殺菌的水密透明容器和至少一個能量轉換結構，其中該能量轉換結構用于收集太陽能、把該太陽能轉換成熱量并把該熱量傳遞到容器內液體。容器可具有與之一體形成的能量轉換結構，或者容器也可以是帶有至少一個設置在其中的能量轉換結構的任何水密透明容器。
在本發(fā)明的另一個方面，熱水器包括能量反射結構，從而可進一步阻止在周圍環(huán)境的熱量損失。該容器也可包括溫度指示器，該指示器指示在容器內水的溫度或溫度變化過程。通過這種方式，用戶可容易確定進行巴氏殺菌而需要的溫度和時間間隔是否達到。另外，溫度指示器使用戶監(jiān)測容器內水溫，并當水達到可接受溫度時停止暴露于輻射。
還提供了對液體加熱和進行巴氏殺菌的方法。本發(fā)明的方法包括把水注入到水密透明容器內，該容器在其中具有一個(或更多)能量轉換結構；將容器暴露于如陽光的適當能量源一定時間，在該時間內足以把液體加熱到理想的溫度。通過把液體保持在特定溫度特定時間，可完成巴氏殺菌。
從下面對本發(fā)明的描述中，同時結合附圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點可以明顯地看出。其中的附圖通過實例示出了本發(fā)明的原理。


圖1為本發(fā)明太陽能熱水器的一個實施方案的剖面圖。
圖2為本發(fā)明太陽能熱水器的另一個實施方案的剖面圖。
圖3為本發(fā)明太陽能熱水器的又一個實施方案的剖面圖。
圖4為本發(fā)明太陽能熱水器的再一個實施方案的剖面圖。
圖5為本發(fā)明太陽能熱水器的又一個實施方案的剖面圖。
圖6為本發(fā)明太陽能熱水器的再一個實施方案的剖面圖。
圖7為本發(fā)明太陽能熱水器的又一個實施方案的頂面照片視圖。
圖8為圖7所示的本發(fā)明太陽能熱水器實施方案的底面照片視圖。
圖9為圖7所示的本發(fā)明太陽能熱水器實施方案的剖面照片視圖。
具體實施例方式
根據本發(fā)明，提供一種太陽能熱水器，該太陽能熱水器包括一個水密的可再密封的容器、至少一個位于所述熱水器內的能量轉換結構和足以使該熱水器能獲得至少60℃的水溫的一個或更多絕熱結構。
根據本發(fā)明的另一個實施方案，提供的太陽能熱水器包括一個水密容器、在該熱水器內的一個或更多的能量轉換結構和充足產生至少60℃水溫的絕熱結構。
根據本發(fā)明的又一個實施方案，提供的太陽能熱水器包括一個水密容器、在該熱水器內的一個或更多的能量轉換結構和至少一個與所述熱水器聯接在一起的絕熱結構，該絕熱結構用于減少自熱水器外表面的能量損失，并提供絕熱足以使所述熱水器得到至少60℃的水溫。
根據本發(fā)明的再一個實施方案，提供的太陽能熱水器包括一個水密容器、其中所述容器包括頂部和底部以及至少一個可再密封的開口、在該熱水器內的一個或更多的能量轉換結構和至少一個絕熱結構，從而減少自熱水器外表面的能量損失，并提供絕熱足以使所述熱水器得到至少60℃的水溫。
根據本發(fā)明的又一個實施方案，熱水器包括能量反射表面。這些表面與所述容器聯接起來以及/或與所述絕熱結構聯接起來。這種反射表面有助于巴氏殺菌器吸收入射輻射的光子，同時也減少了能量損失，并因此提高了太陽能熱水器的效率。
根據本發(fā)明的再一個實施方案，熱水器還包括透鏡(如Freznel透鏡)，該透鏡使入射輻射改變方向和/或集中入射輻射，從而加強了巴氏殺菌器對來自入射輻射的光子的吸收，因此提高了太陽能熱水器的效率。這些透鏡可與絕熱結構聯接起來，或者也可作為單獨部件存在(例如作為本發(fā)明組件裝置的覆蓋層或者附加層)。
用在本發(fā)明實踐中的容器包括任何便攜式水密容器。這樣，用在本發(fā)明實踐中的容器就包括由柔性材料制成的袋子、由硬質材料制成的封閉件(如瓶、盒等)等。該容器可由玻璃、聚合材料(例如如聚對苯二甲酸乙二醇酯的聚酯、如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烴、聚酰胺、聚醚等，以及上述材料中任何兩種或更多的組合)等制成。目前最好是容器可由適合于容納可便攜水的材料制成。如聚乙烯、聚丙烯和聚對苯二甲酸乙二醇酯等。
例如，在本發(fā)明的具體實施方案中，標準透明的聚合物水瓶或類似物體可作為水密容器來采用。這種容器既可包括一體形成的能量轉換結構，也可以在容器中放有該能量轉換結構。這樣，在本發(fā)明的一個實施方案中，通過把能量轉換結構設置在容器中，同時在容器外面加上絕熱結構和/或太陽能的或者反射的炊具，可把標準透明的聚合物水瓶等類似物體轉變成熱水器/巴氏殺菌器。
根據本發(fā)明的又一個實施方案，容器包括一個或更多的褶皺結構(如波紋管等類似結構)，以在對所述容器充滿液體后，使容器膨脹。這樣，容器在沒有充滿液體時占據的體積很小，并相應地更好攜帶和容易儲存。
根據本發(fā)明的再一個實施方案，用在本發(fā)明中的容器可具有各種形狀，以適應各種容器存放(或使用)的空間(或者用于此的)。另外，本發(fā)明的容器可選擇地配有一個或多個吊帶(或一個或多個吊帶可固定在其上的索環(huán))，這樣就有助于承載該容器，例如，象背包一樣背在人的后背上；把容器懸掛在樹枝或自立柱上；放在使用者頭上；支撐在任何方便的結構上以最大程度地暴露給入射輻射等等。
用在本發(fā)明實踐中的容器最好包括一個可再密封開口，用于注入和排放液體。可采用任何可再密封的開口結構，這些結構包括螺紋口和螺紋帽的組合、運動瓶(sports-bottle)型的蓋、有彈簧蓋頭(snap-top)的開口和蓋帽的組合、帶過濾器的蓋帽、拉鏈(如ZIPLOCKTM牌的等等)、軟木塞、制動器(stoppers)、旋塞(stopcocks)等，以及/或者噴淋頭或噴射型配件(當然，要注意在淋浴前要使熱水冷卻到不高于55℃，以避免燙傷)。當前可再密封開口最好是水密的。一方面，開口可包括空氣排放口，以適應由于加熱導致內容物的膨脹。另一方面，熱水器也可包括真空型的蓋子，該蓋子可使水從容器中抽出而噴射，就象花園噴灌器或水井泵的設計那樣。
這里使用的“聚合物”或“聚合的”是指任何具有聚合物結構(如聚烯烴(如聚乙烯和聚丙烯等)、聚酯(如聚對苯二甲酸乙二醇酯等)、聚酰胺(如尼龍等)、聚亞安酯等以及這些材料任何兩種或多種的組合)的材料，這些材料適合于容納飲用水。目前制造容器最好的材料為聚乙烯、聚乙烯-尼龍復合膜以及聚對苯二甲酸乙二醇酯。在本發(fā)明的具體實施方案中，用于制備本發(fā)明容器的材料為具有固有抗反射外表面的材料(或者是這種表面可敷在上面的材料)。這就使入射能量最小化，其中該入射能量對本發(fā)明容器有損害但不能被要加熱水吸收。本領域技術人員很容易知道，在本發(fā)明實踐中采用的聚合材料可選擇地含有穩(wěn)定劑、UV吸收劑、UV抑制劑等。這種填加劑可延長本發(fā)明容器使用壽命，同時可提高本發(fā)明太陽能熱水器吸收太陽能的效率。相反，在入射輻射強以及本發(fā)明容器內對水加熱容易實現的區(qū)域，理想的是采用具有較高軟化點的聚合材料，或者采用是改性后含有介質、從而使所述聚合材料具有較高軟化點的聚合材料，以及/或者采用實際上減少透過的光傳輸、以減少使要經過巴氏殺菌的水過熱的可能性(具有危及容器整體性的可能)。作為選擇地使用加有一種或多種填加劑的聚合材料以減少光傳輸，可采用聚合材料的厚板，該厚板對提供具有更大褶皺的容器是有幫助的，特別是在達到高溫時更有用。
這里使用的“能量轉換結構”是指具有把光能轉換成熱能同時又與飲用水接觸親合的結構。合適的材料最好包括黑色聚合物板、如聚合物、金屬等有色硬材料。目前最佳的顏色為墨綠色和/或黑色，因為這些顏色具有良好的吸收光并把入射輻射轉換成熱的性能。本領域技術人員容易知道，通過使能量轉換結構與水接觸，同時把該結構暴露給陽光，能量轉換結構會把入射輻射轉換成熱能，該熱能被從該能量轉換結構傳遞到水。
在本發(fā)明的實踐中，可采用任何形狀和尺寸的能量轉換結構。例如，當使用這里描述的包裹型(envelope type)容器時，可采用雙側板能量轉換結構。本領域技術人員都知道，能量轉換結構的表面積越大，得到的能量以及熱量散布的效率就越高。因此，在本發(fā)明的實踐中，設計出采用可收縮能量轉換結構(如可折疊的手風琴狀結構)。通過這種方式，相對較大表面積的結構設置在具有有限尺寸開口的容器中。還考慮到把內部能量轉換結構結合到容器帽蓋或者外部元件上，其中的容器帽蓋或外部元件能調節(jié)在容器內的能量轉換結構的位置，或者起到混合或攪拌作用。
為了減少在周圍環(huán)境的熱損失，同時提高本發(fā)明熱水器效率，在本發(fā)明的另一個實施方案中，容器還包括至少一個絕熱結構。絕熱結構可設置在需要使熱損失最小化的容器的任何部位上，包括容器的頂部、底部和/或者側面。該絕熱結構可以是放在容器上面、周圍和/或下面的單獨部件，該絕熱結構也可以是容器的一部分，或者可采用一體和單獨結構的結合件。為了使在本發(fā)明熱水器放置的任何表面(如地面)上的熱損失有效地達到最小化，目前本發(fā)明的容器最好是采用與容器底部共同延伸的絕熱結構。如果放在容器底部，則目前最好是絕熱結構也具有包括能量反射結構的上表面，使有可能損失的能量返回給容器。如果絕熱結構放在容器的頂部或者側面，則該結構目前最好是是透明的，從而使光能量透過。
在本發(fā)明的實踐中可采用各種絕熱結構。在最簡單的形式中，該絕熱結構可包括限定空間的材料。可通過本領域技術人員公知的方式得到絕熱空間。例如，在這里描述的三層包裹型設計中，柔性材料附加層可結合到容器上，形成可充氣的空間(具有一個或更多的獨立腔室)。該充氣的空間可選擇地包括這里描述的用于膨脹的再密封開口。這種結構具有的優(yōu)點是，在不使用時需要最小的存放空間。該結構的另外好處是，可在收縮狀態(tài)來使用容器，從而甚至在沒有入射輻射時通過傳導來得到熱能。這樣，如果得到本發(fā)明的巴氏殺菌器依靠的溫暖表面時(甚至在沒有入射輻射情況下)，絕熱層的收縮將使與溫暖表面有更直接接觸，并有助于使來自溫暖表面的能量被容器中水吸收。在特定的實施方案中，可充氣空間還配有在膨脹后除霧(由于潮濕)的干燥劑。
可選擇的是，除了可充氣性外，絕熱空隙可預先形成，從而不需要達到需要的絕熱效果的充氣。這樣，如可采用泡沫覆層以提供理想的絕熱空間。
該空間可以是各種結構，包括從象空氣墊那樣簡單的結構，到如用如泡沫覆層的絕熱材料制成的結構(即分成許多小空氣穴的絕熱表面)、可充氣的多腔室結構、閉孔泡沫、開孔泡沫、聚苯乙烯泡沫、THINSULATETM或者其他類似聚合物絕熱材料等等，所有這些均可考慮用于本發(fā)明的實踐中。本領域技術人員容易知道，在本發(fā)明巴氏殺菌器的頂面采用的絕熱材料應該足夠透明，從而輻射能量可從其中穿過。
用在本發(fā)明的實踐中的絕熱結構可以為各種形狀。因此，可采用如圓形、長方形、漏斗形等絕熱結構。在具體實施方案中，絕熱結構為楔形，從而它可輔助本發(fā)明容器朝輻射(如太陽)源來取向。這樣，例如，如果本發(fā)明容器配有帶子固定在其中的索環(huán)，該容器就可象背包一樣被承載在人的背上，同時該絕熱結構的尺寸設計成有利于容器朝這樣的角度而取向，即在該角度使吸收入射陽光最多，同時使在背上背包的人與熱隔絕。在另一個例子中，絕熱結構的形狀設計成可便于把容器放在人的頭部上。在這種結構中，絕熱結構既使攜帶者避免承受來自熱水的過多熱量，同時也使容器具有穩(wěn)定性以有利于被攜帶。
為了進一步減少在周圍環(huán)境中的熱損失，同時提高本發(fā)明熱水器的效率，在本發(fā)明的另一個實施方案中，容器還包括至少一個反射結構，該結構可使能量改變方向，朝熱水器內的能量轉換結構方向傳遞?？煽紤]采用任何能反射能量的便宜材料。例如，根據本發(fā)明的一個實施方案，反射結構既可在內部也可在外部而位于熱水器的底面上。根據本發(fā)明另一個實施方案，反射結構可在內部或外部位于熱水器的頂面上(從而提供了另外的收集表面以利于對入射輻射的吸收)。根據又一個可選擇的實施方案，反射結構可位于容器和熱水器底面上絕熱結構之間，或者反射結構可位于容器和熱水器頂面上絕熱結構之間(從而提供了另外的收集表面以利于對入射輻射的吸收)，等等。
這里使用的“能量反射結構”是指具有這種性能的結構，即對可能從反射結構散失的能量進行反射，同時/或者把另外在本發(fā)明結構外面的附加能量吸收。合適的材料包括有色聚合物板，如聚合物、金屬等的有色硬質材料。銀色由于具有良好的反射性能，因此目前是最好的顏色。本領域技術人員容易知道，通過沿著容器外表面放置至少一個能量反射結構，可能散失的能量(也包括另外處于在本發(fā)明結構外部的能量)可返回到能量轉換結構中以及/或要加熱液體中。這樣就使能量損失最小，同時提高了熱效率。
根據本發(fā)明再一個實施方案，提供這樣一種能量反射結構，該結構包括包圍本發(fā)明容器周圍的光亮反射覆層。這種結構使返回到容器內的入射能量最大。在可替代實施方案中，該反射結構可以時常重新定位，從而使把入射能量返回到容器的能力最大化。
根據本發(fā)明的又一個實施方案，可設置附加部件來進一步提高收集入射輻射的效率。例如，可帶有一個或多個箍座，以在加入水和/或空氣后限制容器的形狀，從而使熱水器的表面最大，該熱水器表面被恰當取向以有效地吸收入射輻射。作為另外實例，在容器的至少一部分上或者在容器和入射輻射之間可設置有一個或多個集中透鏡。例如，一個或多個Freznel透鏡可作為設置在帶水容器頂部絕熱層的一部分(例如，在本發(fā)明巴氏殺菌器周圍，以利于對額外輻射的吸收，或者覆蓋在本發(fā)明巴氏殺菌器的幾乎整個頂部表面上)?？蛇x擇的是，一個或多個Freznel透鏡可作為單獨附加部件而與本發(fā)明巴氏殺菌器一起使用，例如，作為圍繞巴氏殺菌器周圍的環(huán)狀結構，或者作為覆蓋本發(fā)明巴氏殺菌器部分或全部頂面的覆蓋物。
在本發(fā)明的一個具體實施方案中，用在本發(fā)明熱水器制備中的容器包括彼此疊加在一起或在周邊及附近處粘接在一起(如形成袋子或包裹)的柔性聚合材料的雙層(即第一和第二層)。
雙層包裹型容器可具有在其中的能量轉換結構，或者是，能量轉換結構可與容器一體形成。例如，根據本發(fā)明的一個實施方案，能量轉換結構可帶有柔性聚合材料的第三層，該層放夾在第一和第二層之間，并沿著第一和第二層之間的周邊粘接在一起。通過這種方式，三層結構的包裹就形成了，其中一層包括能量轉換結構。在后者的實施方案中，目前最好是，第三層(即能量轉換結構)具有穿透的小孔，從而容器中液體可從能量轉換結構的一側自由循環(huán)到另一側。也可用另外方式來實現液體循環(huán)，如，通過不對能量轉換結構的所有周邊的側邊進行粘接，從而同樣使液體從能量轉換結構一側流到另一側。如上所述，這種容器可選擇地配有帶子，或者袋子可固定在其中的索環(huán)，以方便對容器的操作。
為了與上述設計一致，根據本發(fā)明的另一個實施方案，提供的裝置包括疊加的柔性聚合材料第一、第二和第三層，這些片層在其周邊或附近粘接在一起，以形成三層結構，其中所述第一和第二層構成了在其中含有所述第三層的水密容器，同時所述第三層為能量轉換結構的雙側板。在該實施方案的一個方面，第三層可帶有小孔。在另一方面，該裝置還包括柔性聚合材料的第四層，該層與所述第一或第二材料層疊加并沿著周邊粘接，所述第四層提供了絕熱空間。目前最好是由各片層限定的每個腔室還包括再密封開口，通過該開口分別把水和空氣加入。本裝置還可選擇地加有形成限定包括絕熱結構的氣密空間的多片層、通道(canals)等的多個片層。本裝置還可選擇地加有具有能量反射特性的底層。
本發(fā)明的太陽能熱水器作為巴氏殺菌器特別有用。與通常的觀點不同，這不需要把水煮沸以使飲用安全。同時也不需要對水進行蒸餾以使飲用安全。只需把水加熱到65-70℃(149-158°F)6分鐘，或者較高溫度但更短時間，就可基本上殺死細菌、病毒及寄生蟲。在本發(fā)明的實踐中采用了所有的時間和溫度組合。另外，巴氏殺菌規(guī)程中需要的溫度可通過過濾或不過濾而得到?？蛇x擇的是，如需要，水也可進行過濾或化學處理，從而可滿足個人對純凈度的偏好和/或得到排除某些不想要污染物的液體產品。
因為必需掌握液體溫度，從而確定巴氏殺菌需要的時間，在本發(fā)明的一個實施方案中，本發(fā)明的熱水器可選擇地包括溫度指示器，該指示器用于指示本發(fā)明設備和裝置的容器部分內液體的溫度或溫度變化過程(如溫度計)。在本發(fā)明的實踐中可采用任何適合于確定容器內液體溫度和/或溫度變化過程的溫度指示器。方便使用同時相對耐用(最好不易破碎)的溫度指示器在當前是最好的。因此，在本發(fā)明的一個方面，溫度指示器為液晶片指示器(LCDs)等。當采用LCD指示器時，這些指示器可放在本發(fā)明熱水器任意位置上。
用來確定水是否加熱到足以巴氏殺菌的其他手段是采用水巴氏殺菌指示器(WAPI)。WAPI的一個實例是兩端加熱、收縮并密封的塑料(或玻璃)管，一種特定形式是一端為熔點為154°F的豆油(例如可從37662田納西州、金斯波特市的Eastman Kodak Co.買到的“MYVEROL”18-06k)。該管本身是可漂浮的，但可用如墊片等適當固定件定位，于是該管可沉到水的底部(最涼的)，而豆油在管的高端。如果在后來任何時刻發(fā)現該豆油處于管的低端，則就很清楚地表明此時的水得到了殺菌的恰當的溫度，即使水從此后開始冷卻?？蛇x擇的是，WAPI可位于采用的帽蓋內，以對再密封開口進行密封，這樣，就容易在容器上裝入和拆除該WAPI。作為可替代結構，該可再密封開口本身的結構可設計成在其中接納一個或多個WAPI，使WAPI保持在位，以方便裝入和拆除。由玻璃管制成的WAPI具有的優(yōu)點是密封性，這為其中的蠟提供了延長的壽命，同時相對于維護本發(fā)明熱水器來說，仍然具有相對較高的耐用性。
用在本發(fā)明實踐中的另外的WAPI包括多個WAPI，其中采用了兩個或更多的管，每個管含有在不同溫度下融化的成分，從而通過第一種成分來指示需要的最低溫度，同時由另外的成分來指示另外的溫度。在本發(fā)明這個方面中采用的每種成分處理成呈現不同顏色，因此更方便觀察。這樣，如果具有較低融點的成分融化，而一種或多種具有較高融點成分沒有融化，則很容易得到維持溫度以實現巴氏殺菌的時間。可選擇的是，如果所有指示材料融化，則可確認得到了最高的指示溫度。因此，就需要較少時間來進行巴氏殺菌。本領域技術人員很容易知道，在本發(fā)明的實踐中也可采用其他的WAPI。
只要能方便操作和/或在不再污染水的情況下取出管子，任何固定件(如尼龍繩、容器帽蓋內的支架、接納作為能量轉換結構一部分的溫度傳感器的槽口等)都適合用在本發(fā)明的實踐中。把該管倒立并在蠟固化后把固定件與WAPI的另外端連接，這樣就很容易對該管再利用。
根據本發(fā)明的再一個實施方案，溫度指示器可至關重要地位于容納液體部分和絕熱部分之間的交界面，從而方便確定容器要得到的溫度，這樣就能在考慮到維護人員安全性、容器耐用度等方面因素，使用戶監(jiān)測并確認容器的內容物不會過熱。
根據本發(fā)明的又一個實施方案，本發(fā)明的熱水器可選擇地帶有下面各種過濾器中之一或者任意組合，這些過濾器包括顆粒、微生物和/或氣味吸附活性炭過濾器。巴氏殺菌雖然殺死有害微生物，但該過程并不能改善水的口感或者能去除任何最初具有的味道。使用活性炭等過濾器會從水中去除討厭的味道和口感。因此，在本發(fā)明的另一個實施方案中，本發(fā)明的熱水器還包括活性炭過濾器等。該過濾器放置在容器內部或外部均可。此外，該過濾器可與容器開口聯接，從而水在注入容器內時和/或從容器中排出時可從過濾器中通過。當采用活性炭過濾器時，特別是在使用了具有硬側面的容器時，可在容器朝向出口時，對該過濾器進行安裝并滑動到容器出口的位置上，同時在容器處于垂直位置時，再使過濾器靠在從出口拆除的位置上。通過這種方式，在沒有經過過濾器情況下，水可注入容器中。其他各種安裝過濾器的部件是可行的，并考慮用在本發(fā)明的實踐中。
本發(fā)明的太陽能熱水器不僅用于對水進行巴氏殺菌中，也可用在使用巴氏殺菌過的水的淋浴器中。這樣，根據本發(fā)明的另外實施方案，太陽能熱水器還包括與容器出口進行液體連通淋浴噴頭。在該方式中，提供了用太陽能加熱的淋浴水。太陽能加熱淋浴器的另一個實施方案包括監(jiān)測水溫避免超過55℃的溫度指示器，其中在超過55℃，有可能發(fā)生燙傷。在本發(fā)明的本實施方案和其他實施方案的實踐中可采用各種有助于方便使用的結構，如吊帶、鉤子等。
根據本發(fā)明的又一個實施方案，提供一種對液體進行巴氏殺菌的方法，所述方法包括把能量轉換結構和水放在透明容器內，同時把所述容器暴露給適當的能量源一定時間，該時間足以對所述液體進行巴氏殺菌。本發(fā)明的對水進行巴氏殺菌的另外方法包括把能量轉換結構和水放在容器內、在所述容器周圍放置絕熱材料并把所述熱水器暴露給適當的能量源一定時間，該時間足以對所述液體進行巴氏殺菌。這里描述的太陽能熱水器均用在本發(fā)明實施方案的實踐中。這里描述的對水進行巴氏殺菌的任何方法還包括在所述容器和整個熱水器周圍放置太陽能炊具或其他能量聚集設備。
這里采用的“適當的能量源”是指任何能轉換成熱同時該熱具有親水性以用于與飲用水接觸的能量源。太陽能目前是自然產生的并且非常便宜，因此目前是最佳的能量源?？蛇x擇的非自然光和能量源也可考慮與本發(fā)明結合使用。這樣任何自然和/或非自然能量源的組合均可用于本發(fā)明的實踐中。
根據本發(fā)明的另外實施方案，提供一種組裝太陽能熱水器的方法，所述方法包括把第一、第二和第三柔性聚合材料層堆疊在一起、在所述片層周邊或附近把其粘接在一起以形成三層結構，其中所述第一和第二層構成了含有所述第三層的水密容器，同時所述第三層為能量轉換結構。在該實施方案的一個方面，第三層可帶有小孔。在另一方面，組裝的方法還包括把第四柔性聚合材料層堆疊到所述第一或第二材料層上并沿著其周邊(或者可選擇地在穿過其表面的多個點)粘接在一起，所述第四層提供了一個或多個絕熱(可膨脹的和/或密封的)空間。目前最好是由這些片層限定的每個腔室還包括可再密封開口，該開口用于分別把水和空氣注入。本組裝方法還可選擇地在包括絕熱結構的氣密空間附近增加有形成包括能量轉換結構的多層結構、通道或間隔的多個片層。
根據本發(fā)明再一個實施方案，提供一種太陽能熱水器套件，其中該套件與現有的透明容器一起使用，以使其適合于進行巴氏殺菌。本發(fā)明套件包括至少一個能量轉換結構和至少一個絕熱結構。該能量轉換結構可放在任何適當的容器內，該容器然后可封閉在絕熱結構內，從而使自容器的熱損失最小?？蛇x擇的是，本發(fā)明的套件還包括一個或更多的顆粒、抗微生物或活性炭過濾器。本發(fā)明套件的另外可選擇部件為溫度指示器，該指示器用于指示所述熱水器內容納水的溫度變化過程。本發(fā)明套件再一個可選擇部件為通用相配的帽蓋、噴頭、旋塞、噴霧器、淋浴器、運動帽(sport-cap)附件，這些附件與所述現有容器出口是匹配的。除了加熱結構外，本發(fā)明套件還可選擇地包括反射炊具和/或者太陽能炊具，以及/或其他聚集裝置，從而提高水吸收入射能量的能力。這里采用的特別優(yōu)選的反射結構包括上面描述過的光亮的、反射覆蓋層，該覆蓋層可以包在幾乎任何結構周圍，不僅可將可能泄露的輻射反射回到本發(fā)明容器內，而且還增加了實際被收集并射向容器內容物的入射能量。
根據本發(fā)明的再一個實施方案，提供一種太陽能熱水器套件，該套件可與目前的容器一起使用，使該容器適合于巴氏殺菌，所述套件包括一個能量轉換結構、一個反射炊具和/或者一個太陽能炊具。
下面參照附圖來更詳細地描述本發(fā)明熱水器的幾個具體實施方案。例如，圖1示出了在其底面具有能量轉換結構的柔性太陽能熱水器。該太陽能熱水器(100)包括在熱水器頂面上的絕熱空間(103)、位于熱水器內中心的水腔(109)、位于水腔(109)內部底面的能量轉換結構(115)和位于容器(100)底面上絕熱泡沫或可膨脹結構(117)。該絕熱空間(103)還包括多個板條(板條為絕熱空間提供附加的支撐，同時把熱水器頂面保持相對平的取向，從而能最大程度地吸收入射輻射)和空氣開口(105)。其中空氣開口(105)在需要時使絕熱空間(103)充氣或排氣。容器(100)還包括水密的、可再密封的注水口(111)，如需要時，該注水口可使位于中心的水腔(109)排空和充滿水。通過使用位于容器外部的再密封帽蓋(113)，注水口(111)是可再密封的。水巴氏殺菌指示器(WAPI)(119)通過注水口(111)而放在水腔(109)內，用于測定水溫變化過程，這樣就能指示出是否獲得需要進行巴氏殺菌的溫度。
在圖2中示出了本發(fā)明熱水器的另外實施方案。圖2示出了柔性太陽能熱水器，其中帶小孔的能量轉換結構放置在水腔中心。該太陽能熱水器(200)包括在熱水器頂面上的絕熱空間(203)、位于熱水器中心的水腔(209)、位于水腔(209)中心的帶小孔的能量轉換結構(215)和位于容器(200)底面的絕熱泡沫結構(217)。該帶小孔的能量轉換結構(215)可使水在水腔(209)內在結構(215)上下自由流動，起到混合作用。容器(200)的底面還包括反射結構(221)，該結構可位于容器(200)的內部或外部底面上，或者也可位于容器(200)底面上絕熱泡沫結構(217)的上表面上。該絕熱空間(203)還包括空氣開口(205)，用于在需要時對絕熱空間(203)進行充氣或排氣。容器(200)還包括水密的、可再密封的注水口(211)，如需要時，該注水口可使位于中心的水腔(109)排空和充滿水。通過使用位于容器外部的再密封帽蓋(213)，注水口(211)是可再密封的。水巴氏殺菌指示器(WAPI)(219)通過注水口(211)而放在水腔(209)內，用于測定水溫變化過程，這樣就能指示出巴氏殺菌過程的完成。
圖3中示出了本發(fā)明熱水器的另一個實施方案。圖3示出了剛性太陽能熱水器。該太陽能熱水器(300)包括透明的可再密封容器(301)、包在容器(301)周圍的絕熱空間覆蓋層(303)、作為容器(301)內腔室的水腔(309)、位于水腔(309)中心的能量轉換結構(315)和可選擇地位于容器(301)底面下面的獨立絕熱泡沫結構(317)。能量轉換結構(315)是可膨脹的(例如手風琴狀)，這樣就使較大表面積結構經過相對較小的可再密封容器開口(311)放置到容器(301)內。該能量轉換結構(315)可使水在水腔(309)內在結構(315)上下自由流動，起到混合作用。容器(301)的底面還包括反射結構(321)，該結構可位于容器(301)的內部或外部底面上(未示出)，或者也可位于容器(301)底面上絕熱泡沫結構(317)的上表面上(此處示出)。該絕熱空間覆蓋層(303)還可選擇地包括空氣開口(305)，用于在需要時對絕熱空間(303)進行充氣或排氣(例如，如果泡沫覆層作為絕熱層的話，這種空氣開口就不需要了)。容器(301)還包括水密的、可再密封的容器開口(311)，如需要時，該開口可使位于中心的水腔(309)排空和充滿水。通過使用位于容器外部的再密封帽蓋(313)，對開口(311)可再密封。水巴氏殺菌指示器(WAPI)(319)通過再密封容器開口(311)而放在水腔(309)內，用于測定水溫變化過程，這樣就能指示巴氏殺菌過程的完成。
圖4中示出了本發(fā)明熱水器的另一個實施方案。圖4示出了改型的柔性太陽能熱水器，其中在該熱水器底面上具有能量轉換結構。該太陽能熱水器(400)包括在熱水器頂面上的絕熱空間(403)、位于熱水器中心的水腔(409)、位于水腔(409)內部底面的能量轉換結構(415)、位于容器(400)底面上的絕熱泡沫結構(417)和位于絕熱空間(403)外部邊緣的可選擇的Freznel透鏡(423)。絕熱空間(403)包括多個充滿空氣的腔室，并可選擇地包括空氣開口(未示出)，用于在需要時對絕熱空間(403)進行充氣或排氣。容器(400)還包括水密的、可再密封的注水口(411)，如需要時，該注水口可使位于中心的水腔(409)排空和充滿水。通過使用位于容器外部的再密封帽蓋(413)，對注水口(411)可再密封。水巴氏殺菌指示器(WAPI)(419)通過注水口(411)而放在水腔(409)內，用于測定水溫變化過程，這樣就能指示實現巴氏殺菌需要的溫度是否達到。
圖5中示出了本發(fā)明熱水器的另一個實施方案。圖5示出了改型的柔性太陽能熱水器，其中帶有小孔的能量轉換結構位于水腔中心。該太陽能熱水器(500)包括在熱水器頂面上的絕熱空間(503)、位于熱水器中心的水腔(509)、位于水腔(509)中心的帶小孔的能量轉換結構(515)位于容器(500)底面的絕熱泡沫結構(517)和延伸的反射表面(522)或帶有反射側面(522A)以利于收集附加入射輻射的封閉透明頂部。帶孔的能量轉換結構(515)可使水在水腔(509)內在結構(515)上下自由流動，起到混合作用。容器(500)的底面還包括可選擇的反射結構(521)，該結構可位于容器(500)的內部或外部底面上，或者也可位于容器(500)底面上絕熱泡沫結構(517)的上表面上。該絕熱空間(503)包括多個充滿空氣的腔室，并可選擇地包括空氣開口(未示出)，用于在需要時對絕熱空間(503)進行充氣或排氣。容器(500)還包括水密的、可再密封的注水口(511)，如需要時，該開口可使位于中心的水腔(509)排空和充滿水。通過使用位于容器外部的再密封帽蓋(513)，對開口(511)可再密封。水巴氏殺菌指示器(WAPI)(519)通過注水口(511)而放在水腔(509)內，用于測定水溫變化過程，這樣就能指示巴氏殺菌過程的完成。
圖6中示出了本發(fā)明熱水器的又一個實施方案。圖6示出了改型剛性太陽能熱水器的剖面。該太陽能熱水器(600)包括透明的可再密封水腔/容器(609)、包在水腔/容器(609)周圍的透明的多個腔室的絕熱空間覆蓋層(603)、位于水腔/容器(609)內壁附近的能量轉換結構(615)。能量轉換結構(615)通過腔室/容器開口(未示出)放入并沿著圓腔室而環(huán)繞延伸，并可根據使用的能量轉換結構(615)的長度可交錯或形成間隙(over-lap or gap)。該絕熱空間覆蓋層(603)還包括空氣開口(未示出)，用于在需要時對絕熱空間覆蓋層(603)進行充氣或排氣。水腔/容器(609)還包括水密的、可再密封的容器開口(未示出)，如需要時，該開口可使位于中心的水腔/容器(609)排空和充滿水。
圖7-9示出了本發(fā)明太陽能熱水器的又一個優(yōu)選實施方案。圖7示出了改型柔性太陽能熱水器的頂面照片視圖，其中太陽能熱水器在底面具有能量轉換結構。該太陽能熱水器(700)包括在熱水器頂面上的絕熱空間(703)、把手(731)、加強桿(733)和使所述太陽能熱水器(700)運輸方便的索環(huán)(735)。圖8示出了改型柔性太陽能熱水器的底面照片視圖，其中太陽能熱水器在底面具有能量轉換結構。該太陽能熱水器(700)在熱水器底面(727)上包括具有可再密封帽蓋(713)的注水口，該注水口可使位于中心的水腔(未示出)排空和充滿水。太陽能熱水器(700)還包括把手(731)、加強桿(733)和使所述太陽能熱水器(700)運輸方便的索環(huán)(735)。圖9示出了改型柔性太陽能熱水器的剖面照片視圖，其中太陽能熱水器在底面具有能量轉換結構。該太陽能熱水器(700)包括熱水器頂面上的絕熱空間(703)、位于熱水器中心的水腔(709)、位于水腔(709)內部底面的能量轉換結構(715)和位于容器(700)底面(727)和水腔(709)底面之間的絕熱泡沫結構或可充氣空間(717)。絕熱空間(703)包括多個充氣腔室，并可選擇地包括在需要時使空間(703)充氣和排氣的氣閥(未示出)。
雖然在參照某些優(yōu)選實施方案詳細地描述了本發(fā)明，但是可以理解的是，各種改型和變化均屬于這里描述的精神和范圍內。
權利要求
1.一種太陽能熱水器，包括一個水密的、可再密封容器；至少一個能量轉換結構，其中所述結構設置在所述熱水器內，以及足以使所述熱水器獲得至少60℃水溫的絕熱結構。
2.如權利要求1所述的熱水器，其中所述容器為剛性的。
3.如權利要求1所述的熱水器，其中所述容器包括玻璃或聚合材料。
4.如權利要求1所述的熱水器，其中所述容器是柔性的。
5.如權利要求1所述的熱水器，其中所述能量轉換結構被容納在所述容器內。
6.如權利要求5所述的熱水器，其中所述能量轉換結構是著色的，以增強能量吸收性能。
7.如權利要求5所述的熱水器，其中所述能量轉換結構是黑色的。
8.如權利要求5所述的熱水器，其中所述能量轉換結構覆蓋在所述容器的內表面上。
9.如權利要求5所述的熱水器，其中所述能量轉換結構是柔性的并可膨脹。
10.如權利要求5所述的熱水器，其中所述能量轉換結構是具有褶皺的或者是分層的，以使表面積最大化。
11.如權利要求5所述的熱水器，其中所述能量轉換結構的位置在所述容器內是可調整的，同時作為所述能量轉換結構的一部分的附件來從容器外面調節(jié)該轉換結構。
12.如權利要求5所述的熱水器，其中所述能量轉換結構為雙側板。
13.如權利要求12所述的熱水器，其中所述板粘接到所述容器的一個或多個內表面上。
14.如權利要求13所述的熱水器，其中所述板包括流通結構，該結構可使水從所述板的第一側流到所述板的第二側。
15.如權利要求14所述的熱水器，其中所述板包括帶小孔的聚合材料。
16.如權利要求1所述的熱水器，其中所述絕熱結構包括從氣密結構和/或閉孔或開孔泡沫內含中的氣體中選擇的一個或更多絕熱結構。
17.如權利要求16所述的熱水器，其中所述絕熱結構包括在所述容器內的至少一個可充氣空間。
18.如權利要求16所述的熱水器，其中所述絕熱結構包括在所述容器外面的至少一個可充氣空間。
19.如權利要求16所述的熱水器，其中所述絕熱結構包括在所述容器內的至少一個可充氣空間和在所述容器外的至少一個可充氣空間。
20.如權利要求16所述的熱水器，其中所述絕熱結構可與所述容器共同延伸。
21.如權利要求16所述的熱水器，其中在所述容器前面和后面的所述絕熱結構是可充氣的。
22.如權利要求16所述的熱水器，其中所述絕熱結構包括能量反射表面。
23.如權利要求1所述的熱水器，其中所述可再密封容器包括至少一個帶有配合螺紋帽蓋的水密螺紋出口。
24.如權利要求23所述的熱水器，其中所述水密帽蓋還包括抽吸作用加壓的噴頭和/或水井泵結構。
25.如權利要求1所述的熱水器，其中所述可再密封容器包括至少一個出口，該出口可以是噴頭、旋塞、噴霧器、淋浴器、運動帽或帶有過濾器的附件。
26.如權利要求1所述的熱水器，其中所述容器包括一個或多個可產生重力作用排水的懸掛附件。
27.如權利要求1所述的熱水器，還包括用于指示容納在內部的水溫變化過程的溫度指示器。
28.如權利要求27所述的熱水器，其中所述溫度指示器為溫度計、液晶片指示器或水巴氏殺菌指示器(WAPI)。
29.如權利要求28所述的熱水器，其中所述溫度指示器包括兩個或更多WAPI。
30.如權利要求1所述的熱水器，還包括一個或多個顆粒、抗微生物或活性炭過濾器。
31.如權利要求30所述的熱水器，其中所述過濾器聯接到所述可再密封開口上，從而水經過所述過濾器可注入到所述容器內或從所述容器內排出。
32.一種太陽能熱水器，包括一個水密的、可再密封容器；位于所述熱水器內的一個或更多能量轉換結構，以及至少一個絕熱結構，該結構與所述容器聯接，用于減少在容器外部表面的能量損失，并提供足以使所述熱水器獲得至少60℃水溫的絕熱性能。
33.如權利要求32所述的熱水器，其中所述容器包括一個或更多具有褶皺的結構，以在對所述容器注滿液體后，使容器膨脹。
34.如權利要求32所述的熱水器，還包括反射炊具和/或太陽能炊具。
35.如權利要求34所述的熱水器，其中所述反射炊具和/或太陽能炊具位于所述容器外部。
36.一種太陽能熱水器，包括一個水密容器；其中所述容器包括頂部和底部以及至少一個可再密封開口；位于所述熱水器內的一個或更多能量轉換結構，以及至少一個絕熱結構，該結構用于減少在容器外部表面的能量損失，并提供足以使所述熱水器獲得至少60℃水溫的絕熱性能。
37.一種生產飲用水的方法，所述方法包括把容納在權利要求1的熱水器中的水暴露于適當能量源下一定時間，該時間足以對所述水進行巴氏殺菌。
38.如權利要求37所述的方法，其中所述適當能量源為陽光。
39.一種對水進行巴氏殺菌的方法，所述方法包括把容納在權利要求31的熱水器中的水暴露于適當能量源下一定時間，該時間足以對所述水進行巴氏殺菌。
40.一種對水進行巴氏殺菌的方法，所述方法包括把至少一個能量轉換結構和水放在透明容器內，并把所述容器暴露于適當能量源下一定時間，該時間足以對所述水進行巴氏殺菌。
41.一種對水進行巴氏殺菌的方法，所述方法包括把至少一個能量轉換結構和水放在透明容器內，在所述容器周圍包上絕熱材料，并把所述熱水器暴露于適當能量源下一定時間，該時間足以對所述水進行巴氏殺菌。
42.如權利要求41所述的方法，還包括在所述容器周圍放置太陽能炊具或其他能量聚集設備。
43.一種組裝太陽能熱水器的方法，所述方法包括把第一、第二和第三柔性材料層堆疊在一起；在所述片層周邊或附近把所述片層粘接在一起，形成三層結構，其中在粘接后，所述第一和第二層形成把所述第三層容納在其中的水密容器，其中至少所述第一層是透明的，同時所述第三層為能量轉換結構。
44.如權利要求43所述的組裝方法，其中所述第三層是帶孔的。
45.如權利要求43所述的組裝方法，其中所述第一和/或第二層包括用于注水的第一可再密封開口。
46.如權利要求43所述的組裝方法，還包括把柔性聚合材料的第四層堆疊并沿著周邊粘接到所述第一或第二材料層上，所示第四層提供了透明絕熱空間。
47.如權利要求46所述的組裝方法，其中所述第四層包括用于對所述絕熱空間充氣的第二可再密封開口。
48.一種與現有容器一起使用的太陽能熱水器套件，包括至少一個能量轉換結構和至少一個絕熱結構。
49.如權利要求48所述的套件，還包括一個或更多顆粒、抗微生物或活性炭過濾器。
50.如權利要求48所述的套件，還包括溫度指示器，該溫度指示器用于指示容納在所述熱水器內水的溫度變化過程。
51.如權利要求48所述的套件，還包括通用相配的帽蓋、噴頭、旋塞、噴霧器、淋浴器、運動帽附件，這些附件與所述現有容器出口是匹配的。
52.如權利要求48所述的套件，還包括反射炊具和/或太陽能炊具。
53.一種與現有容器一起使用的太陽能熱水器套件，包括至少一個內部能量轉換結構，一個反射炊具，和/或一個太陽能炊具。
全文摘要
特別用于對水進行巴氏殺菌的太陽能熱水器(100、200、300、400、500、600)包括如袋子的透明容器(103、203、303、403、503、603)，該容器內設有至少一種具有充足絕熱結構(117、217、317、417、517、617)的太陽能轉換結構(115、215、315、415、615)，從而使水加熱到至少60℃的溫度，持續(xù)約一個小時的時間，同時優(yōu)選在70℃，持續(xù)約6分鐘，持續(xù)的時間足以實現巴氏殺菌。該太陽能熱水器還包括如水巴氏殺菌指示器(119、219、319、419、519)的其他附加特征。還描述了采用太陽能熱水器對水進行巴氏殺菌的方法。同時還描述了把任何透明水密容器(30)變成太陽能熱水器的套件。
文檔編號F24JGK1491337SQ02804988
公開日2004年4月21日 申請日期2002年1月4日 優(yōu)先權日2001年2月16日
發(fā)明者F·D·小哈森, F D 小哈森 申請人:太陽能新技術公司