專利名稱：太陽能熱真空管熱效率提高裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種影響液體流動的裝置，特別是一種可消除液體紊流現(xiàn)象，改善液體熱傳遞效果的裝置，現(xiàn)有市售的“太陽能熱水器”是用清華大學(xué)研制的太陽能熱真空管組裝而成的為多，其原因是這種熱真空管的太陽能利用率遠(yuǎn)高于板式太陽能收集器。清華大學(xué)研制的熱真空管的結(jié)構(gòu)與普通熱水瓶膽近似，只是它的形狀細(xì)長；熱真空管的開口端直接插入太陽能熱水器的水箱中，于是水箱中的冷水通過管口與熱真空管內(nèi)的被太陽曬熱的水進(jìn)行自然對流。最終使水箱內(nèi)的水加熱。下面以清華熱真空管來稱呼這種太陽能熱真空管。
這一過程可以這樣來理解將清華熱真空管裝滿水，并用一塞子塞住管口，置于太陽下曬，于是真空管內(nèi)的水可達(dá)到一個(gè)最高溫度值，設(shè)為80℃，即標(biāo)在附


圖1上以熱真空管全長為L，以真空管內(nèi)的某點(diǎn)的水溫為t℃，所繪制的點(diǎn)線(1)，是一條水平線。當(dāng)把熱真空管的開口端插入太陽能熱水器的水箱內(nèi)后，則因水箱內(nèi)的水的水溫比熱真空管內(nèi)的水的水溫低得多，比如是20℃，于是水箱中的低溫水與熱真空管中的高溫水因水密度的變化而會發(fā)生水流相對移動的對流現(xiàn)象，于是熱真空管內(nèi)的水的水溫即逐步提高至一最高的溫度，即是附
圖1中所標(biāo)出的雙點(diǎn)線(2)，與水平的點(diǎn)線相交點(diǎn)，即為A點(diǎn)，也即是最高水溫點(diǎn)，再曬其水溫也無法超越量高水溫點(diǎn)80℃。因?yàn)樵谡婵展芸谔幍乃疁刈畹停婵展艿椎乃疁刈罡?，因此對流而入的水量高也不會高于原最高水?0℃。在達(dá)到A點(diǎn)的80℃后，根據(jù)流體動力學(xué)的觀點(diǎn)，等溫度梯度的水是無推動力的。所以真空管底部的水永遠(yuǎn)不會發(fā)生對流現(xiàn)象，那么近真空管底部一段的水是不起熱傳遞作用的。
現(xiàn)在，再觀察一下熱真空管的結(jié)構(gòu)，對細(xì)面長度為L的一端開口的真空管而言，太陽能熱水器水箱中的冷水不斷向管口內(nèi)移動，而管內(nèi)的熱水應(yīng)從管內(nèi)部不斷向水箱內(nèi)移動，形成對流。而在熱真空管口處冷熱兩股水必然會迎頭相撞，并不斷進(jìn)行熱交換。由于冷水與熱水相互的紊流現(xiàn)象，限制了正常而完全的冷熱水的對流現(xiàn)象。使冷水在管內(nèi)移動一小段距離即被熱水沖擊而提高了水溫，降低了水密度，于是只能向管口移動，從而阻礙了冷水理應(yīng)移至熱真空管的底部，再從底部移至管口處到80℃水溫的最理想對流狀態(tài)，但事實(shí)上是被短路了，在冷、熱兩股水流在迎頭相撞時(shí)產(chǎn)生的紊流現(xiàn)象使理想的對流狀態(tài)不能到位，如附
圖1雙點(diǎn)線(2)所示的A點(diǎn)。那也是說熱真空管近底部的一部分熱水永遠(yuǎn)是不會被冷水對流交替的。此時(shí)太陽能熱水器水箱中的水相對而言是末被加熱到應(yīng)當(dāng)達(dá)到的水溫的。
本實(shí)用新型的目的是要提供一種使太陽能熱真空管熱效率提高的裝置，此裝置是可塞在熱真空管管口上的裝有低溫水進(jìn)水管與高溫水出水管的塞子本實(shí)用新型是這樣實(shí)施的太陽能熱真空管熱效率提高裝置是一個(gè)可塞在太陽能熱真空管口的塞子，沿塞子的下底周邊的一條圓直徑的兩側(cè)的最外邊上各開一個(gè)可穿透塞子的圓孔，在一個(gè)圓孔內(nèi)插入一支≤100°角，又≥90°角的高溫水出水管，此管的一端與塞子的下底面平齊，另一端應(yīng)可接近太陽能水箱的最高貯水量的水面。
而塞子的另一個(gè)圓孔內(nèi)插入一支一端與塞子的上圓頂面平齊，另一端可伸至熱真空管近底部的低溫水進(jìn)水管。
使用太陽能熱真空管熱效率提高裝置裝在清華熱真空管的管口上后，再裝在太陽能熱水器的水箱上，使熱效率提高裝置的彎曲插管的彎曲口置于裝滿水的水箱的水面下，以免熱量散失。此時(shí)的清華熱真空管經(jīng)太陽照射后，熱真空管內(nèi)的水溫升高，水密度下降，則熱水徐徐上升，最后從彎曲管口流出，而水箱內(nèi)的水密度較大的冷水即順著太陽能熱真空管提高裝置上的長直管進(jìn)入到清華熱真空管的管底處補(bǔ)充上升的熱水所留下的空缺，這樣形成了冷、熱水的對流循環(huán)，這種對流是被分隔的，不會發(fā)生冷、熱水對撞的干涉現(xiàn)象。所以使水箱內(nèi)的水不斷地達(dá)到最理想的對流狀態(tài)，則其水溫上升相對較快。
在附圖2中作進(jìn)一步的闡述附圖2為裝有太陽能熱真空管提高裝置的清華熱真空管內(nèi)水的溫度分布圖假設(shè)水箱內(nèi)冷水的初始溫度為20℃，冷水順著太陽能熱真空管提高裝置的進(jìn)水直管流入管底時(shí)，還應(yīng)受到直管管壁的傳導(dǎo)傳熱的影響，所以冷水從直管口流至直管底處的水溫是有所提高的，即從附圖2上可見，在熱效率提高裝置的進(jìn)水直管口的水溫，假設(shè)為20℃，此水移至直管末端時(shí)，其水溫假設(shè)為25℃，即圖中的水溫線(2)，直管末端B位置的水溫即為25℃，這是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。這一優(yōu)點(diǎn)說明加了熱效率提高裝置之后，冷水受太陽幅射加熱時(shí)初始水溫已經(jīng)有了一定的提高，則此水再加熱到標(biāo)準(zhǔn)溫度的時(shí)間也應(yīng)相對縮短，也就是快些。
從熱真空管的B處流出的水受到太陽光的幅射后，水溫逐漸上升，水密度降低速度加快，則使水流上移速度加快，至熱真空管出口端經(jīng)塞子上的彎曲插管被引到水箱的近水面處流出，此時(shí)流出的水溫應(yīng)是最高的水溫，設(shè)為80℃，為水溫線(1)。
采用太陽能熱真空管熱效率提高裝置后的熱效率與原太陽能熱真空管的熱效率的比較可通過附
圖1與附圖2的曲線比較而見
將附
圖1與附圖2兩圖的曲線相比較，其附圖2上的水溫線是逐步上升的傾斜線，而不再是附
圖1上所示的只能是平直線，說明附圖2所示的水溫線的傳熱效果是優(yōu)于附
圖1所示的，也即是裝有太陽能熱真空管熱效率提高裝置的熱傳遞效果比不裝熱效率提高裝置的優(yōu)良得多。
下面列出一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來估計(jì)裝有熱效率提高裝置與未裝熱效率提高裝置的太陽能熱真空管的傳熱效果的比較。
實(shí)驗(yàn)在98年7月1日進(jìn)行，上午7:00至上午11:00為晴天，繼而轉(zhuǎn)多云，數(shù)據(jù)不再記錄。用兩個(gè)容積都是11升的水箱。其中c為水的比熱，m為水的質(zhì)量
經(jīng)實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)計(jì)算的熱效率比值可見，裝有熱效率提高裝置的比未裝熱效率提高裝置的太陽能熱真空管的熱效率比為1.4∶1.0，即裝有熱效率提高裝置的比未裝熱效率提高裝置的太陽能熱真空管的熱效率高出40％。
由此可見采用太陽能熱真空管熱效能提高裝置可比原有的太陽能熱真空管的熱效率可提高40％。
下面參照附圖對本實(shí)用新型所指的裝有熱效率提高裝置的太陽能熱真空管作詳細(xì)的闡述。
附
圖1是未裝有熱效率提高裝置的太陽能熱真空管的水溫線圖；附圖2是裝有熱效率提高裝置的太陽能熱真空管的水溫線圖；附圖3是可裝在太陽能熱真空管管口的熱效率提高裝置結(jié)構(gòu)示意附圖4是在太陽能熱水器水箱上裝配裝有熱效率提高裝置的太陽能熱真空管的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
參照附圖3、附圖4，太陽能熱真空管熱效率提高裝置(6)是一個(gè)可塞在太陽能熱真空管口的塞子(1)，沿塞子(1)的下底面周邊的一條圓直徑的兩側(cè)最外邊處各開一個(gè)穿透塞子的圓孔(2)(4)，一個(gè)圓孔(4)內(nèi)插入一支≤180°角，≥90°角的高溫水出水管(5)，此管子(5)的一端與塞子(1)的下底平齊，另一端的長度可接近水箱的水面。而塞子(1)的另一個(gè)圓孔(2)內(nèi)插入一支一端與塞子(1)的上圓周頂面平齊，另一端可伸至熱真空管(6)近底部的低溫水進(jìn)水管(3)。
這種太陽能熱真空管熱效率提高裝置裝在清華熱真空管(6)的管口上后，再將此太陽能熱真空管裝在太陽能熱水器的水箱(7)上，并使太陽能熱真空管熱效率提高裝置的高溫水出水管(5)的管口應(yīng)置于裝清水的水箱(7)的水面下。
裝有熱效率提高裝置的太陽能熱真空管的有益效果是熱真空管經(jīng)太陽照射后，其太陽能熱水器的水箱內(nèi)的水溫升高比未裝熱效率提高裝置的單用清華熱真空管的太陽能熱水器的水箱水溫升高得快，其熱效率可提高40％。相對而言，在原產(chǎn)品銷售利潤不變的條件下，以同樣的加熱水量的速度計(jì)算，可以省去40％的熱真空管，可以降低生產(chǎn)成本或降低出售價(jià)格，則可吸引更多的顧客購買，且非由此獲得了更大的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
權(quán)利要求1.太陽能熱真空管熱效率提高裝置是與太陽能熱真空管配套的一種可提高熱效率的裝置，其特征在于熱效率提高裝置是一個(gè)塞子(1)，沿塞子(1)的下底周邊的一條圓直徑的兩側(cè)的最外邊上各開一個(gè)穿透塞子的圓孔(2)(4)，一個(gè)圓孔(4)內(nèi)插入一支≤180°角，≥90°角的高溫水出口管(5)；而塞子(1)的另一個(gè)已穿透塞子的圓孔(2)內(nèi)插入一支一端與塞子(1)的上圓周頂面平齊，另一端可伸至熱真空管(6)近底部的低溫水進(jìn)口管(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能熱真空管熱效率提高裝置，其特征在于提高裝置的塞子(1)上的高溫水出口管(5)的一個(gè)管口應(yīng)置于裝滿水的水箱(7)的水面下，另一端管口是與塞子(1)的下圓底平齊；插在塞子(1)的另一個(gè)穿透塞子的圓孔(2)中的低溫水進(jìn)口管(3)的一個(gè)管端與塞子71)的上頂面平齊，另一個(gè)管端可伸至太陽能熱真空管(6)的近管底處。
專利摘要太陽能熱真空管熱效率提高裝置是一個(gè)塞子,沿塞子的下底周邊的一條圓直徑的兩側(cè)的最外邊上各開一個(gè)穿透塞子的圓孔。在一個(gè)圓孔內(nèi)插入一支≤180°角,≥90°角的高溫水出水管,此管一端與塞子的下底平齊,另一端接近太陽能熱水器水箱最大貯水量的水面。塞子的另一個(gè)圓孔內(nèi)插入一支一端與塞子的上圓周頂面平齊,另一端可伸至熱真空管近底部的低溫水進(jìn)水管。這種太陽能熱真空管的熱效率提高裝置裝在太陽能熱真空管的管口上后,再裝在太陽能熱水器的水箱上,可使太陽能熱真空管的熱效率相應(yīng)提高40%。
文檔編號F24J2/05GK2347118SQ9822733
公開日1999年11月3日 申請日期1998年7月10日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月10日
發(fā)明者王利金 申請人:王利金