CN103385660A - 增加密闭长度的真空保温隔热装置 - Google Patents

Abstract

采用本技术整体解决方案，可大幅提高真空保温隔热装置保温性能。本技术主要通过桶壁23与盖壁22间缝隙的不锈钢材料，传递密闭长度处的散热，可证明保温性能与H/(Φ＊D)正相关，在Φ＊D相同条件下，本技术的密闭长度H比目前保温桶的密闭长度大得多，本技术适用于保温瓶及在保温容器中放入锅具构成保温锅具等真空保温隔热装置，节能环保，经济、社会效益显著。

Description

增加密闭长度的真空保温隔热装置

技术领域

本发明属于生活、医疗、建筑等领域使用的真空保温隔热装置

背景技术

本发明与熊一兵的另一发明《内置反光层的真空保温隔热装置》一起，构成真空保温隔热装置的整体解决方案时，具有显著进步，需叙述两者相关信息如下

真空保温隔热装置可简述为：包括指定形状抽真空的内壁外壁组成能密封的双层壁，常用的有保温瓶、保温桶、保温杯，及在保温容器中内装锅具，构成的保温锅具(如闷烧锅、免火再煮锅等)、真空绝热板等，主要有玻璃及不锈钢等

定义：真空保温隔热装置的外表面或看见面积较多的一面(如：平放时的上面)，称为外壁，否则称为内壁

定义：将保温胆的内壁、外壁、封口装置的内、外表面材料等外壳、内壳材料，或真空绝热板的外表材料，称为表壳材料

玻璃真空保温容器，由双层玻璃材料构成内壁、外壁，及在相邻两壁间抽真空、镀银等反光层、带胆口的容器构成的保温胆、瓶塞(软木塞)、或桶盖、或杯盖等封口装置、外壳及壳盖等构成。由于软木塞存在浸水保温效果下降、易生细菌等不足，目前向胶塑瓶塞发展，授权公开号CN201743542U提出了塑封聚氨酯发泡瓶塞，其不足：因产品尺寸的误差，瓶塞与胆口太紧时，瓶塞下压费力，压缩保温胆内体积，增大胆内压强，尤其是胆内进入冷空气受热膨胀后，胆内压强更大，有损坏保温胆等风险；太松时影响保温

不锈钢真空保温容器，由双层不锈钢材料构成的内外胆壁之间抽真空、带胆口的容器构成的保温胆，常用双层不锈钢材料、与密闭胆口形状相适应、内外盖之间抽真空，构成的真空保温盖作封口装置，由于不锈钢传热系数16比玻璃传热系数1.1大约15倍，故同形状不锈钢真空保温容器，比玻璃的保温效果差较多，主要在容易碰撞等环境中使用，如旅行用保温瓶、广口保温桶、保温杯、保温锅具等，提高它的保温性能是急迫解决的重要难题，授权公告号CN202594112U，用双层真空胆，能减少辐射散热，其保温性能、稳定性等需进一步提高

定义：竖直放置的圆形保温胆的形状，可由若干相连的曲线及直线，绕竖直轴旋转而成，该竖直轴称为转轴或轴线(下同)

定义：当封口装置密闭保温胆口后，两者接触或相距较近的表壳材料，在过轴线平面内(剖视图中)形成缝隙，当该缝隙中传热，主要来自相邻表壳材料(如胆壁或盖壁)自身的接触传热，即：该缝隙内宏观气流等材料传热，及微观分子碰撞对流传热，及垂直于该缝隙方向的传热，均远小于该接触传热条件下的该缝隙，称为密闭缝隙，密闭缝隙内的材料，称为密闭材料，密闭缝隙的总长度，称为密闭长度

从密闭缝隙定义知，与密闭缝隙相邻且垂直方向的材料或空间(如真空)中，几乎无传热且几乎等温。两种密闭长度：A、玻璃材料密闭长度：如玻璃保温瓶软木塞与胆颈内壁直接挤压接触，其挤压接触的轴向距离就是密闭长度，旧软木塞常有一圈环形槽，槽的轴向宽度接近密闭长度；B、不锈钢密闭长度：如不锈钢保温桶的桶盖，密封桶口后，两密封表面形成相距较近、同时与各自真空相邻的缝隙，在过轴线平面内的长度，就是密闭长度

密闭长度的传热同时具备三个特征：A、几乎由胆壁及封口装置壁材料决定，因空气传热系数0.03，远小于玻璃1.1或不锈钢16，忽略热能在密闭长度内的空气中传热；B、密闭长度内传热仅沿着胆壁和封口装置壁进行；C、密闭材料沿密闭长度方向的温度梯度基本相等。故不同时具备这三个特征的传热，不是密闭长度内传热

定义：封口装置与真空保温胆的密闭长度与该胆口周长的比值，称为密闭周长比

下面用软木塞封口的玻璃保温瓶为例，对传热过程进行近似定量分析(参见图1)，为简化表达，所有近似值、近似计算均用等号连接，直接使用偏微分符号

结果的精度有待实际验证，分析方法适合不锈钢等材料构成的真空保温隔热装置

导热系数定义：材料高度H是1米，两端表面的温差ΔT为1度(K，℃)，在时间t是1秒内，通过面积S是1平方米传递的热量Q，用λ表示，单位为瓦/(米·度)，w/(m·k)，K可用℃代替，则

(http：//baike.baidu.com/view/107252.htm)

λ＝Q＊H/(S＊ΔT＊t)

Q＝λ＊Ｓ＊ΔT＊t/H(瓦)＝λ＊S＊ΔT＊t/4.18H(卡)     (1)

常用材料导热系数λ大约值：

聚氨酯发泡0.02

(http：//www.123cha.com/classinfo/2835949.html)

橡胶0.2

(http：//wenku.baidu.com/view/91d0fd2e3169a4517723a390.html)

塑料0.15(http：//zhidao.baidu.com/question/429719730.html)

不锈钢16(http：//baike.baidu.com/view/107252.htm)

玻璃1.1(同上)

软木0.043(同上)

空气0.03(同上)

在86400

秒或

天时间内，保温胆在以下两处散热，分别记为

参与降温的水及内胆，折合成等效水的质量，记为m，则

    (2)

[1]、内外壁之间的辐射记为：

[2]、内外壁之间的对流记为：

[3]、胆口附近的传导记为：

它们又可分为

[3.1]、玻璃内壁传导记为：

[3.2]、软木塞传导记为：

则

     (3)

由复旦大学的杨锡良、芜湖光华玻璃厂的方兴平等七人所作、发表在《玻璃与搪瓷》1984年第01期

(http：//wuxizazhi.cnki.net/Search/BLTC198401004.html)，公布在网上的论文“保温瓶瓶胆真空度与保温性能的关系”

(http：//wenku.baidu.com/view/1ae93abbc77da26925c5b036.html)

(http：//www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-BLTC198401004.htm)告之：当气压低于千分之1托(毫米汞柱)时，其保温性能与气压即对流基本无关，并可通过进一步降低气压，忽略对流产生传热量Q2，及降温

     (4)

显然，此条件下，保温瓶传热降温主要由两部分组成

[0043](1)、内壁与外壁之间的辐射传热

(2)、胆口附近传导传热

国家标准GB/T11416-2002日用保温容器：3.2L的保温瓶24小时后测试温度要在66℃以上；2.0L容量的24小时测试温度要在63℃以上，

(http：//finance.cngold.org/c/2012-12-06/c1462230.html)

(http：//down.foodmate.net/standard/sort/3/21043.html)

由国家标准保温t天(86400t秒)的温度及降温，分别记为T、ΔT，初始温度为T(0)度，24小时即86400秒或1天保温及降温，分别记为T(1)＝64度、ΔT(1)，得

ΔT＝T(0)-T，ΔT(1)＝T(0)-T(1)＝T(0)-64     (5)

5磅(ml＝2270克)玻璃保温胆，质量490克，玻璃及水的比热分别为800焦耳/千克.度，4180焦耳/千克.度，内胆玻璃质量约220克，按比热折合成水的质量约是220克＊800/4180＝40克，则

m＝m1+40＝2270+40＝2310克      (6)

开水注入保温瓶产生水蒸汽带走的汽化热，及一般不位于零海拔使用，水开不到摄氏100度，注入开水后瓶内水的初始温度T(0)，为计算方便，定为摄氏95度，经t天保温后水的温度，可记为T(t)，或简记为T，降温记为ΔT(t)或ΔT，由(5)式等，得：

T(0)＝95度，T(1)＝64     (7)

ΔT＝T(0)-T＝95-T，ΔT(t)＝T(0)-T＝95-T(t)     (8)

ΔT(1)＝T(0)-T(1)＝95-64＝31度    (9)

玻璃比重2.6克/立方厘米，胆重量490克的玻璃体积V，约为

V＝490/2.6＝188立方厘米

保温胆高32厘米(胆颈高约4厘米，内径3.5厘米，外径5厘米)，双层胆直径(Φ1，Φ2)＝(11，12.5)厘米，内胆形状，近似在直径Φ1＝11厘米、高H厘米的圆柱体两头，各连一个直径Φ1＝11厘米的半个球，则

m1＝4π[(0.5Φ1)^3]/3+π[(0.5Φ1)^2]＊H＝(2Φ1/3+H)(πΦ1^2)/4

H＝4ml/(πΦ1^2)-2Φ1/3＝4＊2270/(3.14＊11^2)-2＊11/3

H＝23.9-7.3＝16.6

胆的表面积(双层)记为S，则

S＝4π(0.5Φ1)^2+πΦ1H+4π(0.5Φ2)^2+πΦ2H+3.14＊(3.5+5)＊4

＝πΦ1(Φ1+H)+πΦ2(Φ2+H)+107

＝3.14＊11＊(11+16.6)+3.14＊12.5＊(12.5+16.6)+107

＝919+1142+107＝2168平方厘米

胆壁的玻璃厚度D为

D＝V/S＝188/2168＝0.084厘米＝0.00087米    (10)

其胆颈内壁直径及瓶塞平均直径Φ＝3.2厘米＝0.032米，内壁厚D＝0.00084米，软木塞与胆口内壁密闭长度——等效轴向高度H31＝3毫米

Φ＝0.032米，H31＝0.003米，D＝0.00087米    (11)

通过胆口内壁向外传热，约等效于直径为Φ、壁厚为D，高为H的圆筒两端(参见示意图2)，持续时间t天，即86400t秒，软木塞外端处于室温20℃，由此圆筒在86400

秒时间内，传导传热量及降温记为两端温差为ΔT两端＝T-20度，参照(1)式，得

两端

     (12)

     (13)

a＝λ＊S＊20670/(m＊H)＝λ＊S＊20670/(2310＊H)

a＝8.95λ＊S/H     (14)

由圆筒面积S＝3.14＊Φ＊D，代入上式，得

a＝8.95＊3.14λ＊Φ＊D/H＝28.1＊λ＊Φ＊D/H     (15)

即直径Φ、壁厚D、密闭长度H的圆筒两端降温系数a，由上式确定

a31＝28.1λ玻璃＊Φ＊D/H31

a31＝28.1＊1.1＊0.032＊0.00087/0.003＝0.287      (16)

软木塞传热

可近似由两部分之组成：A、圆柱形两端面传热

圆面积S＝3.14＊Φ^2，高度H32A＝Φ＝0.032米；B、圆柱形侧面传热

     (17)

     (18)

参照(12)式、(14)式，得

      (19)

a32A＝8.95λ软木塞＊S/H32A

＝8.95λ软木塞＊3.14＊Φ^2/H32A＝8.95λ软木塞＊3.14＊Φ

a32A＝8.95＊0.043＊3.14＊0.032＝0.0387     (20)

圆柱体两端降温及降温系数，由(19)式、(20)确定

圆柱形侧面传热

可近似为等效壁厚D32B的圆筒两端传热，筒高H32B＝H31＝0.003米，D32B可取软木塞密闭长度H31的K倍，D32B＝KH31，参照(12)、(14)式等，得

H32B＝H31＝0.003，D32B＝K＊H31＝0.003K    (21)

     (22)

a32B＝8.95＊λ软木塞＊３.14＊Φ＊D32B/H32B

＝28.1λ软木塞＊Φ＊D32B/H32B

＝28.1λ软木塞＊Φ＊K＊H31/H31＝28.1λ软木塞＊Φ＊K

上式K值接近1：K＝1，其误差将记入辐射传热

中，由上式得

a32B＝28.1λ软木塞＊Φ＝28.1＊0.043＊0.032＝0.0387    (23)

由(3)式、(18)式、得

      (24)

由(4)式、(13)式、(19)式、(22)式代入上式，得

     (25)

因传热降温均随指数递减，参照(12)式，

等可表达如下

     (26)

上式代入(25)式并整理，得

对上式两边积分，得

ln(T-20)＝-(a1+a31+a32A+a32B)t+C1    (27)

T-20＝C exp[-(a1+a31+a32A+a32B)t]＝C exp(-at)    (28)

a＝a1+a31+a32A+a32B     (29)

5磅开水保温t天的温度T，由初始条件(7)式、(9)式，代入(28)式，得

95-20＝75＝C exp[-0]＝C    (30)

64-20＝44＝C exp(-a＊1)＝C exp(-a)     (31)

由上面两个方程组得

31＝75exp(-a)＝75exp[-(a1+a31+a32A+a32B)]

上式两边移项，取对数，得

a＝a1+a31+a32A+a32B＝-ln(44/75)＝0.533      (32)

由(30)式及上式等代入(28)式并整理，得

T＝75exp[-0.533t]+20        (33)

ΔT＝T(0)-T＝95-75[1-exp(-0.533t)]-20

ΔT＝75[1-exp(-0.533t)]     (34)

ΔT(t＝1/2)＝T0-T＝75[1-exp(-0.533/2)]＝17.5度    (35)

由(16)式、(20)式、(23)式代入(32)式，得

a＝a1+0.287+0.0387+0.0387＝a1+0.3644＝0.533

a1＝0.533-0.3644＝0.169       (36)

5磅玻璃保温瓶装开水，在86400t秒(t天时间)内，降温记为ΔT，参照(24)式，分析如下：

ΔT＝ΔT1+ΔT2+ΔT31+ΔT32A+ΔT32B     (37)

(32)式的a＝0.533称为降温系数，保温t天的降温ΔT，由(34)式确定，由上式知：ΔT由五部分组成：

一、(36)式内壁与外壁之间辐射降温系数a1＝0.169，降温记为ΔT1，由(32)式、(34)式，得

ΔT1＝ΔT＊a1/a＝75[1-exp(-0.533t)]＊0.169/0.533

ΔT1＝23.8＊[1-exp(-0.533t)]       (38)

ΔT1(t＝1)＝23.8＊[1-exp(-0.533)]

ΔT1(t＝1)＝23.8＊0.4132＝9.8度       (39)

二、由(4)式得知：内壁与外壁之间对流降温ΔT2忽略不计：

ΔT2＝ΔQ2/m＝0，a2＝0     (40)

三、(16)式玻璃内壁降温系数a31＝0.287，降温记为ΔT31，由(32)式、(34)式，得

ΔT31＝ΔT＊a31/a＝75[1-exp(-0.533t)]＊0.287/0.533

ΔT31＝40.4[1-exp(-0.533t)]    (41)

ΔT31(t＝1)＝40.4[1-exp(-0.533)]＝16.7度     (42)

四、(20)式软木塞两端降温系数a32A＝0.0387，降温记为ΔT32A，由(32)式、(34)式，得

ΔT32A＝ΔT＊a32A/a＝75[1-exp(-0.533t)]＊0.0387/0.533

ΔT32A＝5.45＊[1-exp(-0.533t)]     (43)

ΔT32A(t＝1)＝5.45＊[1-exp(-0.533)]＝2.3度    (44)

五、(23)式a32B＝0.0387，称为软木塞侧面降温系数，降温记为ΔT32B，由(32)式、(34)式，得

ΔT32B＝ΔT＊a32B/a＝75[1-exp(-0.533t)]＊0.0387/0.533

ΔT32B＝5.45＊[1-exp(-0.533t)]    (45)

ΔT32B(t＝1)＝5.45＊[1-exp(-0.533)]＝2.3度     (46)

玻璃保温瓶传热主要分三块：(1)、内壁与外壁辐射传热降温ΔT1＝9.8度；(2)、玻璃内壁传热降温ΔT31＝16.7度；(3)、软木塞传热降温4.6度，但这是干软木塞降温，使用后逐渐完全受潮，软木塞传热降温更多

不锈钢真空保温容器与玻璃保温瓶相比：内壁与外壁之间反光率更低、不锈钢的导热系数比玻璃约大15倍，胆口越大越不保温，故目前由不锈钢真空保温容器内置锅具构成的闷烧锅、免火再煮锅等保温锅具，保温时间短，难熟食物需多次煮开保温

如申请公布号CN103090157A所述的真空绝热板(Vacuum Insulation Panel简称VIP)是近年来发展起来的一种新型高效绝热材料，显然，真空绝热板的保温隔热原理与保温瓶等真空保温容器相同，用相同方法——增加反光层提高保温性能，可并案申请

发明内容

1、本技术特征及进步

一种增加密闭长度的真空保温隔热装置，包括胆口、内壁、外壁等部分构成的保温胆、封闭胆口的封口装置，封口装置与真空保温胆之间的密闭长度，与该胆口周长之比的密闭周长比，目前技术，5磅玻璃保温瓶该比值约＝3毫米/(32毫米＊3.14)＝0.03，直径约130毫米的《爱家宝》牌不锈钢保温桶该比值约＝28毫米/(130毫米＊3.14)＝0.07。如上所述，真空保温隔热装置的保温隔热性能，与该比值正相关，当该比值大到其产品的保温性能已满足人们基本需要时，产品的性价比较好；继续增大该比值，保温隔热性能提高的幅度，将逐渐远小于成本增加的幅度，产品的性价比下降；民用产品密闭周长比在0.30至1.50范围性价比较好，一般不超过10；玻璃真空保温隔热装置——玻璃保温胆密闭周长比下限可取0.06，上限可取10

2、一种增加密闭长度的真空保温隔热装置，包括胆口、内壁、外壁等部分构成的保温胆、封闭胆口的封口装置，封口装置与真空保温胆之间的密闭长度，与该胆口周长之比的密闭周长，大于0.10小于10

3、一种增加密闭长度的真空保温隔热装置，包括胆口、内壁、外壁等部分构成的保温胆、封闭胆口的封口装置，封口装置与真空保温胆之间的密闭长度，与该胆口周长之比的密闭周长，大于0.14小于10

4、一种增加密闭长度的真空保温隔热装置，包括胆口、内壁、外壁等部分构成的保温胆、封闭胆口的封口装置，封口装置与真空保温胆之间的密闭长度，与该胆口周长之比的密闭周长，大于0.18小于10

4.1、内置反光层的真空保温隔热装置，包括指定形状抽真空的内壁、外壁组成能密封的双层壁，特征：在内壁与外壁之间的真空中，内置一层或多层相互隔离的反光层，在相邻的反光层之间及与反光层相邻的内壁及外壁之间均相互隔离，在需要时，可用隔离材料进行隔离，在需要的位置可安装石棉等固定材料进行固定(下同)

4.2、内置反光层的真空保温隔热装置，包括内壁、外壁等部分构成的保温胆，及封闭胆口的封口装置，特征：在内壁与外壁之间的真空中，内置一层或多层相互隔离的反光层。

4.3、在4.2所述的封口装置，包括指定形状抽真空的内壁、外壁组成能密封的双层壁，特征：在内壁与外壁之间的真空中，内置一层或多层相互隔离的反光层

4.4、在4.1至4.3所述反光层，可是与所安装位置形状相适应的铝片，或铝箔，或铝塑复合材料等铝制品，或银制品，或不锈钢制品，或其它金属制品

4.5、在4.1至4.3所述相互隔离的反光层，在相邻反光层(有多层反光层时)及反光层与内外壁之间，可放入隔离材料及需要的位置放入石棉等固定材料，隔离材料可是有机纤维或玻璃纤维等无机纤维构成的纤维段，或纤维棉，或纤维布，或纤维网类具有较好保温隔热性能的隔离材料进行隔离，必要时可用高温玻璃纤维，纤维段指：将纤维切成适当长度的短节，在真空绝热板中使用的芯材就是一种隔离材料

4.6、一种内置反光层的真空保温隔热装置，包括内壁、外壁、连接此两壁的连接壁构成的阻隔袋，及在此阻隔袋内需要的位置，放置气体吸附材料、芯材等，特征：在内壁与外壁之间的真空中，内置一层或多层相互隔离的反光层

这种结构，就在传统真空绝热板——阻隔袋中，内置了一层或多层相互隔离的反光层。由此减少辐射传热，提高保温性能，它是目前真空绝热板的升级产品，可组成多种结构形式

4.7、在4.6所述的反光层，可由反光材料构成一个或多个内装芯材的反光袋构成、且反光袋与套在它外面的阻隔袋的内壁和外壁之间均有芯材隔离，在需要的位置放置气体吸附材料，对阻隔袋抽真空并封装，可构成内置双层反光真空绝热板

如可在两层重叠的阻隔袋面材(——平面类材料，下同)中间，放置一层或多层反光面材，在所有相邻面材之间均放置芯材进行隔离，在需要的的位置放入气体吸附材料，再抽真空封装；如果相邻面材相通，只需一个气体吸附材料，否则每个独立密封空间均需放入气体吸附材料，可构成双真空内置双层反光真空绝热板

4.8、在4.7所述的反光袋，它可是具有阻隔袋功能的反光袋构成的反光阻隔袋，在需要的位置放置气体吸附材料、芯材、抽真空封装构成内置真空绝热板，并让一个或多个这种反光阻隔袋，或内置真空绝热板，放入比它更大、在需要的位置放置气体吸附材料及芯材的阻隔袋或反光阻隔袋中，对阻隔袋或反光阻隔袋抽真空封装，可构成双层真空内置双层反光真空绝热板

4.9、与4.8所述的双层真空内置双层反光真空绝热板类似操作，将N-1层真空内置2N-4层反光真空绝热板，放入比它更大、在需要的位置放置气体吸附材料及芯材的阻隔袋或反光阻隔袋中，对阻隔袋或反光阻隔袋抽真空封装，可构成N层真空内置2N-2层反光真空绝热板

此内置反光层的单层反光率，可取百分之80，若在真空保温隔热装置内壁与外壁的真空中，内置两层反光层，辐射散热降温系数a1本，可降低到原先辐射散热降温系数a1的百分之20的平方：即百分之4，由(36)式，得

a1本＝a1＊4％＝0.169＊0.04＝0.00676   (47)

部分或全部保温材料表面塑封或胶封后，侧壁可外套橡胶圆筒，构成塑胶密封封口装置。保温材料可是软木塞、聚氨酯发泡材料、不锈钢真空盖等保温材料或结构，当用聚氨酯发泡材料时：先制作带孔的中空塑胶密封结构，再向中空处填充聚氨酯发泡材料，再封闭孔

5、可在胆口及胆颈附近安置塑料套筒，三种安置方法：A、在胆颈内壁与胆塞之间安装内置式塑料套筒，此时的塑料套筒可设置能卡在胆口的套筒反沿，防止塑料套筒掉入胆内；用于不锈钢胆时，若在胆颈下面压有环形内凸的槽，能卡住塑料套筒，可不需要套筒反沿；B、在胆颈外壁与胆盖内壁之间安装外置式塑料套筒；C、胆颈内、外壁同时安置内外置塑料套筒。塑料套筒的功能：实现封口装置与胆颈之间良好密闭，在垂直于密闭长度方向上几乎等温，即该方向上几乎不传热，即几乎只在平行于密闭长度方向上存在温度梯度，增加保温功能；目前有与此结构相似，但不具备密闭长度这种保温功能的塑胶瓶塞：与软木塞外形接近、外穿橡胶筒的中空塑料壳构成塑胶瓶塞，虽橡胶筒实现塑胶瓶塞与胆颈良好密闭，但中空的塑料壳内部空气可以上下对流，基本等温，它的保温梯度主要存在于塑胶壳的厚度中，，相当于在接触的长度方向，这部分瓶塞(橡胶、塑料)材料及对应胆颈玻璃材料接近处于等温状态，使这部分材料基本失去保温作用，等效密闭长度约为该塑胶塞两端的塑料层厚度，其值仅该胶塑塞高的若干分之1

可在塑料套筒表面设置与之连为一体的若干塑料环，所述若干塑料环使胆颈壁与塑料套筒良好密封，减少散热，可采用塑封聚氨酯发泡材料构成封口装置，并用双塑料套筒(见图12)，密闭长度H31本，由原来H31＝3毫米，约变为H31本＝60毫米(含胆口水平方向附近形成的密闭长度)，增加20倍，本技术使胆颈玻璃内壁传热降温系数a31本、约降为原值a31的20分之1，由(16)式，得

a31本＝a31/20＝0.287/20＝0.01435    (48)

Φ32A本＝Φ32A-2D塑料＝0.032-2＊0.002＝0.028米

忽略封口装置两端的塑封层保温作用，塑封聚氨酯发泡封口装置两端降温，记为ΔT32A本，等效圆柱体高度H32A本＝2H32A＝0.06米，直径记为Φ32A本：胆塞部分直径是Φ，胆盖部分平均直径约1.5Φ，则

Φ32A本＝(Φ+1.5Φ)/2＝1.25Φ＝1.25＊0.032＝0.04米

参照(14)式，得

a32A本＝8.95λ聚氨酯发泡＊S/H32本

＝8.95λ聚氨酯发泡＊3.14＊(Φ32A本/2)^2/H32A本

＝28.1λ聚氨酯发泡＊(Φ32A本/2)^2/H32A本

a32A本＝28.1＊0.02＊0.02^2/0.06＝0.00375     (49)

与传统软木塞侧面传热ΔT32B相对应的是ΔT32B本，在本技术中，封口装置内塞(见图12)的侧面已与塑料套筒密闭，两者同高度处等温，故侧面传热、降温、降温系数a32B均几乎为零：

a32B本＝0    (50)

位于胆颈内外壁带若干塑料环的塑料套筒及塑封聚氨酯发泡材料的塑料层，这些环状塑料材料的导热系数：λ塑料＝0.15，直径Φ＝0.032米，平均等效筒厚D塑料约2毫米：D塑料＝0.002米，密闭长度——内外壁的塑料套筒高等之和：H塑料＝Φ＝60毫米＝0.060米的等效圆筒两端的降温系数、降温，分别记为a塑料、ΔT塑料，参照(14)式等，得

a塑料＝8.95λ塑料＊S/H塑料

＝8.95λ塑料＊3.14＊Φ＊D塑料/H塑料

＝28.1λ塑料＊Φ＊D塑料/H塑料

＝28.1＊0.15＊0.032＊0.002/0.060＝0.00448    (51)

参照(29)式，并代入(39)式至(43)式的值，得

a本＝a1本+a2本+a31本+a32A本+a32B本+a塑料    (52)

a本＝0.00716+0+0.01435+0.00375+0+0.00448＝0.0297   (53)

参照(28)式，并代入初始条件(7)式，得

T本-20＝C本exp(-a本t)＝C本exp(-0.0297t)     (54)

T0本-20＝95-20＝75＝C本exp(-0.0297＊0)＝C本

将上式C本＝75代入(54)式，得

T本＝75exp(-0.0297t)+20      (55)

ΔT本＝T0-T本＝95-75exp(-0.0297t)-20

ΔT本＝75[1-exp(-0.0297t)]     (56)

本技术5磅玻璃保温瓶开水保温t天降温ΔT本等数据表

t(天)                      1/2    1      7      18

ΔT本(度)                  1.1    2.2    14.1   31.0

T本＝95-ΔT本(度)          93.9   92.8   81.9   64.0

必要时，可进一步降低内外壁之间的气压，由(2)式，由此对流传热Q2本及降温ΔT2本更小，保证使之足够小并能忽略

可在塑胶封口装置中，有从胆内通向胆外、直径较小的通气孔，以消除胆内降温产生的负压等，通气孔可由与塑胶密封层相连的塑料管构成

6、可对胆口及胆颈附近的内壁和外壁同时形成密闭长度

7、可在2至4所述增加密闭长度的真空保温隔热装置，可在保温胆内放置高压锅具、电热锅具或高压电热锅具类锅具，构成高保温高压锅、高保温闷烧锅、高保温免火再煮锅、高保温电饭煲、高保温电高压锅等，其中电热锅具达到预定温度即可断电

在密闭长度中，保温胆壁和胆塞盖壁的个数之和，可超过两个

可在塑封胆塞盖侧壁，如内侧壁、外侧壁或内外侧壁，套装橡胶环、中空橡胶环或发泡橡胶环构成的圆筒，可在与胆颈接触的该橡胶圆筒表面分布凹凸环有助密封，及当内外气压差较大时，自动进出气减压

8、可有一个或多个保温胆和保温盖相互对扣重叠，构成保温容器，所谓相互对扣重叠是指：在保温胆A上方，向下外扣保温盖B(外扣即：保温盖B的壁在保温胆A壁的外侧，下同)；在保温盖B下方，向上外扣保温胆C；在保温胆C上方，向下外扣保温盖D；...，与此类推，由此构成相互对扣。由各个相邻保温胆与保温盖的接触面，形成相互密闭结构，构成了该保温胆和保温盖的密闭长度，高效保温容器总密闭长度，由各个接触面的密闭长度之和构成，由此提高保温效果。

9、由保温胆外壁与胆塞盖内壁构成密闭长度处的直径，可呈上大下小形式，其优点是：扣胆塞盖时，胆塞盖易引起胆内压强升高比目前的小，且容易自动排出，减少目前产品出现超高压强胆塞盖弹出胆口的可能

本技术5磅玻璃保温瓶装开水，在86400t秒(t天时间)内，降温记为ΔT，参照(38)式至(46)式，及(52)式，分析如下：

ΔT本＝ΔT1本+ΔT2本+ΔT31本+ΔT32A本+ΔT32B本+ΔT塑料

                      (57)

(53)式的a本＝0.0297称为降温系数，保温t天的降温ΔT本，由(55)式确定，由上式知：ΔT本由五部分组成：

一、(47)式内外胆之间辐射降温系数a1本＝0.00676，降温记为ΔT1本，由(12)式、(53)式、(56)式、(57)式等，得

ΔT1本＝ΔT本＊a1本/a本

＝75[1-exp(-0.0297t)]＊0.00676/0.0297

ΔT1本＝17.1＊[1-exp(-0.0297t)]      (58)

ΔT1本(t＝1)＝17.1＊[1-exp(-0.0297)]

ΔT1本(t=1)＝17.1＊0.0293＝0.50度     (59)

二、由(4)式得知：内外胆之间对流降温ΔT2忽略不计，得

ΔT2＝本ΔQ2本/m＝0，a2本＝0       (60)

三、(48)式玻璃内壁降温系数a31本＝0.01435，降温记为ΔT31本，由(12)式、(53)式、(56)式、(57)式等，得

ΔT31本＝ΔT本＊a31本/a本

＝75[1-exp(-0.0297t)]＊0.01435/0.0297

ΔT31本＝36.2[1-exp(-0.0297t)]     (61)

ΔT31本(t＝1)＝36.2[1-exp(-0.0297)]＝1.1度    (62)

四、(49)式塑封聚氨酯发泡封口装置两端降温系数a32A本＝0.00375，降温记为ΔT32A本，由(12)式、(53)式、(56)式、(57)式等，得

ΔT32A本＝ΔT本＊a32A本/a本

＝75[1-exp(-0.0297t)]＊0.00375/0.0297

ΔT32A本＝9.47＊[1-exp(-0.0297t)]      (63)

ΔT32A本(t＝1)＝9.47＊[1-exp(-0.0297)]＝0.3度     (64)

五、(50)式塑封聚氨酯发泡封口装置侧面降温系数a32B本＝0，得

ΔT32B本＝ΔT本＊a32B本/a本＝0      (65)

由理论计算结果(15)式知：胆口直径Φ、壁厚D、密闭长度H的保温容器的真空保温装置的保温性能与H/(Φ＊D)正相关，在Φ＊D相同条件下，本技术的密闭长度H，比目前保温桶的密闭长度大得多，能较大提高保温性能，可让H在使用方便、制造成本及必要的条件下，取合理大的值。本技术适用于保温瓶及在保温容器中放入锅具构成保温锅具等真空保温隔热产品，节能环保，经济、社会效益显著

5磅玻璃保温瓶24小时降温(度)对照表

上表显示，玻璃保温瓶的三个主要传热降温因素，本技术将它们均降低到目前技术的10多分之1，即保温时间增加10多倍，其中，内外胆辐射采用内置反光层措施；玻璃内壁及封口装置采用增加密闭长度措施，传统保温瓶保温性能测试，是软木塞在干燥状态下的传热系数0.043条件下获得，使用后软木塞中部逐渐浸水，传热系数逐渐增大，传统保温瓶的保温效果逐渐下降。本发明具有以下效果

用更好的封口技术，增加密闭长度减少胆口传热；内置反光层减少内外壁之间辐射传热；用真空胆内套真空胆，简称双层或多层套装真空胆，增加真空稳定性。本技术理论上讲，5磅玻璃保温瓶，环境20摄氏度、95度开水、24小时保温93.9度，18天保温64度(参见数据表)，与现有国家标准24小时开水保温64度相比，进步显著，由(35)式及下面数据表，计算半天节能率

半天节能率＝1-ΔT(t＝1/2)本/ΔT(t＝1/2)

半天节能率＝1-1.1/17.5＝94％      (66)

全国有3亿多个家庭，家庭及全社会使用量，平均到每个家庭折合一个5磅(ml＝2740克)保温瓶，每天烧一瓶开水，等效半瓶开水ml/2、放置半天，t＝1/2天、降温为17.5度，烧开水的平均能源利用率30％，因散热年能源损失为ΔQ，则

ΔQ＝(m/2)＊ΔT(t＝1/2)＊3亿＊365/30％(卡/年)

＝(2740/2)＊17.5＊3亿＊365＊4.18/0.3(焦/年)

＝48274＊17.5＊10亿＊365(焦)＝3.0亿亿(焦尔/年)     (67)

每公斤标准煤炭发热量是7000大卡，约2.9千万焦尔，3.0亿亿焦尔，约合标准煤炭10亿公斤，即100万吨，约值9亿元，因本技术半天节能率为94％，仅此一项，减少能源损失约值9亿元＊94％＝8.5亿元/年

与传统保温瓶比，保温瓶开水加冷水混合成所需热水

本技术开水用得更少，节约人力、物力，用于闷烧锅、免火再煮锅等保温锅具，克服目前这类保温炊具保温效果不佳，烹饪难熟食物、或过夜常需两次加热的不足，充分发挥保温锅具优点：无蒸汽外溢有利厨房卫生、无高压锅爆炸风险降温等待、无易挥发营养物质外溢、营养损失小，不会因遗忘烧坏食物锅具，实现一次煮开保温即熟，第二天、甚至第三天都能直接吃，省时省力，相当于增加一个不需管理、不会糊锅、不再耗能的灶具，其产品的优异性能有利本保温炊具的普及，及节能环保，经济、社会效益的产生

下面结合具体实施方式等进一步说明

附图说明

图1，传统玻璃保温瓶瓶口附近剖视示意图

图2，胆颈内壁圆筒传热示意图

图3，高效玻璃保温瓶瓶口附近剖视示意图

图4，高效不锈钢保温桶剖视示意图

图5，高效不锈钢保温杯剖视示意图

图6，高效保温闷烧锅剖视示意图

图7，高效保温免煮再烧锅视示意图

图8，高效双壁胆塞盖不锈钢保温瓶剖视示意图

图9，带发泡橡胶环的塑封软木塞剖视示意图

图10，带中空橡胶环的塑封软木塞剖视示意图

图11，高效双塑料套筒玻璃保温瓶胆口封闭剖视示意图

图12，内置反光层的真空保温隔热装置内外壁局部剖视示意图

图13，内置双层反光真空绝热板立体示剖视示意图

图14，目前技术真空绝热板剖视示示意图

图15，双层真空内置双层反光真空绝热板剖视示意图

图中代码说明

1-软木塞，2-胆口，3-外壁，4-保温胆，5-内壁，6-玻璃保温瓶，7-胆颈，8-壳盖，9-塑料螺帽，10-塑料螺母，11-塑胶封帖胆塞盖，12-塑料套筒反沿，13-外壳，15-塑料环，16-塑封层，17-塑料套筒，20-提手，21-提手，22-盖壁，23-桶壁，25-胆颈轴线，26-胆身轴线，27-胆身，30-锅具，31-蒸格，32-蒸格卡槽，33-锅身，35-双胆壁，37-储热环，38-缺口，39-通气孔，40-发泡橡胶环，41-卡槽，42-中空橡胶环，43-中空环，45-聚氨酯发泡材料，46-反光层，47-隔离材料，49-连接壁，50-真空绝热板，51-气体吸附材料，53-芯材，55-阻隔袋，56-阻隔袋裙边，57-热封口，59-反光袋，61-反光阻隔袋，65-内置真空绝热板，67-外层真空绝热板

具体实施方式

案例1、参见图1、图2、图3，其中见图1是玻璃保温瓶的目前技术，传统玻璃保温瓶的软木塞1塞进胆口2后，与胆颈7处的内壁5的挤压接触距离——密闭长度H，与软木塞1的新旧程度、扣软木塞1的压力大小等有关，多数情况H约为3毫米，在保温胆的外壁3与内壁5之间是起保温隔热作用的真空，胆口2直径记为Φ约32毫米，内壁5壁厚D约0.84毫米

在图3的玻璃保温瓶6中，与壳盖8相连的塑料螺帽9，旋转等方式连接在与塑胶封帖胆塞盖11相连的塑料螺母10上，只需取扣壳盖8，即可进行倒水及扣盖塑胶封帖胆塞盖11，方便卫生。胆颈7内壁5的塑料套筒17外侧与若干圆环形的塑料环15连为一体，使塑料套筒17与胆颈7内壁5密封良好。塑料套筒反沿12让塑料套筒17能卡在胆口2上，防止掉入胆内，塑料套筒17筒内直径呈上大下小，与塑胶封帖胆塞盖11的形状相适应，密封良好，取放方便

案例2、参见图4，不锈钢保温桶及桶盖均由真空隔热，这类结构的不锈钢保温容器，通过桶壁23与盖壁22间的缝隙，在形成密闭长度处的不锈钢材料中散热，其密闭长度约等于盖壁22或桶壁23的桶内高度H，缝隙直径是Φ，不锈钢厚度是D，由(15)式知，散热主要与Φ＊D/H正相关，故保温与H/(Φ＊D)正相关，在Φ＊D相同条件下，本技术的密闭长度H可比目前这类保温桶的密闭长度大得多，保温效果将显著提高，此结论同样适用使用本技术的所有保温容器

案例3、参见图5，当胆颈轴线25与胆身轴线26有适当夹角(本案例共线)时，方便用水壶向胆内加入开水。胆颈7的外壁与壳盖8的内壁的直径，均呈上小下大密闭，与两者垂直密闭相比，便于两者密闭与使用，外密闭(如本例)的密闭面直径一般用上小下大形式，内密闭一般用上大下小形式，其好处是胆内气压较大时能较方便排出

案例4、参见图6、属于在高效保温容器中，放入锅具30构成高保温闷烧锅，与锅口连接的提手21平放在胆口2(图中未标2，下同)上方，蒸格31卡在蒸格卡槽32上

案例5、参见图7，与上一例相似，同属于高效保温容器中，放入底部带储热环37的锅具30构成高保温免火再煮锅，保温胆壁是双胆壁35，与壁高相同的上例相比，密闭长度约增加一倍，保温效率约增加一倍。本案例密闭长度中，保温胆壁2个，胆塞盖壁1个数，共3个，还可用盖壁2个+胆壁1个；盖壁2个+胆壁2个等多种组合形式

案例6、参见图8，本案例特点是：壳盖8同时具有胆塞壁(塑胶封帖胆塞盖11)和胆盖壁双重壁的密闭结构，即是双壁胆塞盖，在不增大保温容器高度的情况下，增加密闭长度，提高保温效果，用于不锈钢保温水瓶等时，胆颈7处的不锈钢材料厚度可小于其它部位的厚度，减少传热，增加胆颈7与胆塞盖的密闭长度，提高保温性能。本案例采用了“由保温胆外壁与胆塞盖内壁构成密闭长度处的直径，可呈上小下大形式”；本案例密闭长度中，保温胆壁一个，胆塞盖壁2个，密闭长度中的壁共三个

参见图9：带发泡橡胶环的塑封软木塞，发泡橡胶环40卡在塑封软木塞11的卡槽41上等方式固定

参见图10：带中空橡胶环的塑封软木塞，，带中空环43的中空橡胶环42，卡在塑胶封帖胆塞盖11的卡槽41上等方式固定

案例7、参见图11，玻璃保温胆的胆颈7的内外壁均安置连为一体的双塑料套筒17，胆颈内壁的塑料套筒17外侧与若干圆环形的塑料环15连为一体，使塑料套筒17与胆颈7内壁5密封良好；同理，胆颈外壁3的塑料套筒17内侧与若干圆环形的塑料环15连为一体，使塑料套筒17与胆颈7外壁密封良好。此结构密闭长度中，胆塞盖的壁两个，保温胆壁一个，密闭长度中的壁共三个，盖壳8是一与双塑料套筒17相适应的形状、表面是塑料密封壳、中间充注聚氨酯发泡材料45构成胆塞盖，还可以做成形状与塑料密封壳相同的不锈钢真空胆塞盖等多种形式

案例8、参见图12：在抽真空的内壁5、外壁3，及内置两层反光层46共4层面材中，相邻面材均由隔离材料47进行隔离(可在反光层46的两面用粘合剂粘连隔热材料)，在需要位置可安装若干石棉等固定材料(未画)对内壁5、外壁3、反光层46进行固定

案例9、参见图13，在真空绝热板50内壁5与外壁3之间，增加由三层隔离材料47等隔离材料相隔的两层反光层46，剖视示意图部分的主要结构，与图12所示结构基本相同，外观是一个由阻隔袋55抽真空密封构成一边留有热封口57、另三边留有阻隔袋裙边56的平板形状的真空绝热板，外壁3与内壁5在两壁连接边49连接下，构成一个内部抽真空的密封体。因阻隔袋55是一个平面形状的口袋，必须在它四周留有一定宽度的边缘后(抽气封装后形成阻隔袋裙边56及热封口57)，才可以在它内部放置有一定厚度的平板形隔热材料

其中，图14是目前技术真空绝热板50，它由阻隔袋55内装气体吸附材料51、芯材53等抽气热封装构成，在四周留有热封口57、阻隔袋裙边56

案例10、参见图15，在具有反光层46及阻隔袋55功能的反光阻隔袋61中，需要的位置内置气体吸附材料51、芯材53、抽真空封装后能构成内置真空绝热板65，并将一个或多个这种反光阻隔袋61构成的内置真空绝热板65，放入比它更大的未抽气封装的真空绝热板50的芯材53中，再对外层反光阻隔袋61抽气封装，构成外层真空绝热板67，整个装置构成双层真空绝热板，且反光阻隔袋61即内置真空绝热板65，与外层反光阻隔袋61之间均有芯材53等隔离材料进行隔离，当内置反光阻隔袋61与与外置反光阻隔袋61的热封口重叠时，可一次抽真空热封装，完成内外置的两个反光阻隔袋61同时抽真空热封装

本发明实施例可作若干更改和变化，凡在本发明精神之内所作的修改、改进等，均应包含在本发明保护范围内。

Claims (9)

1.一种增加密闭长度的真空保温隔热装置，包括胆口(2)、内壁(5)、外壁(3)等部分构成的玻璃保温胆(4)、封闭胆口(2)的封口装置，其特征是：封口装置与保温胆(4)之间的密闭长度，与该胆口(2)周长之比大于0.06小于10。

2.一种增加密闭长度的真空保温隔热装置，包括胆口(2)、内壁(5)、外壁(3)等部分构成的保温胆(4)、封闭胆口(2)的封口装置，其特征是：封口装置与保温胆(4)之间的密闭长度，与该胆口(2)周长之比大于0.10小于10。

3.根据权利要求2所述增加密闭长度的真空保温隔热装置，其特征是：封口装置与保温胆之间的密闭长度，与该胆口(2)周长之比大于0.14小于10。

4.根据权利要求2所述增加密闭长度的真空保温隔热装置，其特征是：封口装置与保温胆之间的密闭长度，与该胆口(2)周长之比大于0.18小于10。

5.根据权利要求1至4所述增加密闭长度的真空保温隔热装置，其特征是：可在胆口(2)及胆颈(7)附近安置塑料套筒(17)。

6.根据权利要求1至4所述封口装置，其特征是：可对胆口(2)及胆颈(7)附近的内壁(5)和外壁(3)同时形成密闭长度。

7.根据权利要求2至4所述增加密闭长度的真空保温隔热装置，其特征是：可在保温胆(4)内放置锅具(30)、高压锅具、电热锅具或高压电热锅具。

8.根据权利要求1至4所述增加密闭长度的真空保温隔热装置，其特征是：可有一个或多个保温胆(4)和封口装置相互对扣构成。

9.根据权利要求1至4所述增加密闭长度的真空保温隔热装置，其特征是：由保温胆(4)外壁与封口装置内壁，构成密闭长度处的直径，可呈上小下大的形状。

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