火焰模擬裝置及其組件的製作方法
2023-12-04 06:45:46
專利名稱：火焰模擬裝置及其組件的製作方法
技術領域：
本發明涉及模擬壁爐，更確切地講，涉及用於電壁爐和類似壁爐的火焰模擬裝置。
背景技術：
電壁爐的流行是因為它能提供實際壁爐的直觀性能，而沒有與排放燃燒氣體有關的成本和複雜性。在美國專利4,965,707(Butterfield)中公開了一種用於產生電壁爐仿真模擬火焰的裝置。該Butterfield裝置採用一個波浪帶和散射屏系統來模擬火焰。該裝置所模擬的火焰驚人地真實，雖然其效果類似於焦炭燃料的火焰(在歐洲流行)，而不是木材燃料的火焰(在北美更流行)。燃燒木材的火焰更趨於具有動感，且在燃料源的上方更高的位置。此外，在顏色上木材火焰沒有焦炭火焰紅(而且更黃)。
需要有一種裝置用來產生模擬火焰，它更真實地類似於燃燒木材的火焰。同時需要改善模擬火焰的光強度，從而更真實地類似於實際火焰的強度。
發明概述本發明的目的涉及一種能夠產生真實火焰效果的改進的火焰模擬裝置。
一方面，本發明提供一個火焰模擬裝置，包括一個光源；一個火焰效果組件，它具有從所述光源透射光以產生動感火焰效果的裝置；至少一個閃爍組件具有至少一個反射表面，所述閃爍組件置於所述光源和所述火焰效果組件的中間，以反射來自所述光源的光，再由所述火焰效果組件透射光；一個具有部分反射表面和散射表面的屏，所述火焰效果組件接近於所述散射表面，在此所述透射的光在屏上產生一個類似於動感火焰的圖像；以及一個模擬燃料床與所述部分反射表面相鄰放置，在屏上顯示出燃料床的圖像，而且動感火焰圖像看起來是在模擬燃料床和它在屏上的圖像之間產生的。
第二方面，本發明提供一個火焰模擬裝置，包括一個光源；一個火焰效果組件，它由單獨一片基本不透明的材料製成，具有從所述光源透射光以產生火焰效果的開口，所述火焰效果組件隨著空氣流而運動；一個空氣流發生器；一個具有部分反射表面和散射表面的屏，所述火焰效果組件接近於所述散射表面延伸，並基本上跨越所述屏的寬度，在此所述透射的光在屏上產生一個類似於動感火焰的圖像；以及一個模擬燃料床與所述部分反射表面相鄰放置，在屏上顯示出燃料床的圖像，而且動感火焰圖像看起來是在模擬燃料床和它在屏上的圖像之間產生的。
第三方面，本發明提供一個火焰模擬裝置，包括一個光源；至少一個閃爍組件具有至少一個反射表面，其反射來自所述光源的光，所述閃爍組件沿著基本平行於所述屏的水平軸線放置；一個用於圍繞所述軸線轉動所述閃爍組件的轉子；一個具有部分反射表面和散射表面的屏，從所述旋轉閃爍組件反射的光到達所述散射表面，在此產生一個類似於火焰上運動氣體的圖像；以及一個模擬燃料床與所述部分反射表面相鄰放置，在屏上顯示出燃料床的圖像，而且運動氣體的圖像在此看起來是在模擬燃料床和它在屏上的圖像之間產生的。
另一方面，本發明提供一個用於火焰模擬裝置的火焰效果組件，包括單獨一片基本不透明的輕質材料，其大小基本上完全跨越需要火焰效果的區域；以及在所述材料片上開出的一組開口，以使光線更易於通過片材，從而產生所述火焰效果。
另一方面，本發明提供一個用於火焰模擬裝置的大體透明的屏，包括一個具有部分反射表面和散射表面的主體，所述兩個表面是相對的；一個表面粗糙區域位於所述部分反射表面的一部分，所述粗糙區域具有基本無反射的粗糙打磨麵；以及一個反射區域位於所述屏的另一部分，所述反射區域具有反射打磨麵。
另一方面，本發明提供一個火焰模擬裝置，包括一個光源；一個火焰效果組件，它由單獨一片基本不透明的材料製成，其大小基本上完全跨越需要火焰效果的區域，所述材料片上開出一組開口，以使來自所述光源的光更易於通過，從而產生動感火焰效果；至少一個閃爍組件具有至少一個反射表面，以反射來自所述光源的光穿過所述火焰效果組件；一個具有散射表面的透明屏，所述火焰效果組件接近於所述散射表面延伸，在此所述透射的光在屏上產生一個類似於動感火焰的圖像；以及用於使所述閃爍組件相對於所述屏運動的裝置。
另一方面，本發明提供一個用於火焰模擬裝置的模擬燃料床，包括陶瓷材料製成的第一部分，用於模擬壁爐中的木材；以及塑料製成的第二部分，用於模擬壁爐中木材燃燒佘燼床，所述第一部分置於第二部分中，二者結合起來模擬餘燼床中一根或多根木材。
另一方面，本發明提供一個用於火焰模擬裝置的屏，包括一個部分半透明的散射元件，其大小基本跨越希望產生火焰效果的區域，所述半透明散射元件具有的厚度適應於穿過所述厚度散射光線；以及一個部分反射元件，其大小基本上與所述散射元件相對，所述反射元件具有部分反射表面，該反射表面背向所述散射元件；此處，通過所述部分反射表面可看到穿過所述散射元件的光。
另一方面，本發明提供一個用於火焰模擬裝置的屏，包括一個半透明散射元件，其大小基本跨越希望產生火焰效果的區域，所述散射元件基本是非平面的；以及一個部分反射元件，其大小與所述散射元件相對，所述反射元件具有部分反射表面，該反射表面背向所述散射元件；此外，通過所述部分反射表面可看到穿過所述散射元件的光。
另一方面，本發明提供一個火焰模擬裝置，包括一個光源；至少一個閃爍組件具有至少一個反射表面；由一片基本是反射材料製成的火焰效果組件，其大小基本上完全延伸跨越需要火焰效果的區域；一個具有光散射元件的屏，其大小製成基本上完全延伸跨越需要火焰效果的區域，所述火焰效果組件接近於所述光散射元件延伸，在此，來自所述光源的光由所述閃爍組件反射到所述火焰效果組件，再由所述火焰效果組件反射到所述屏上；以及使從所述光源反射的所述光運動的裝置，從而在所述屏上產生一個類似動感火焰的圖像。
另一方面，本發明提供一個壁爐裝置，包括具有一內表面的基本透明的前壁；一個面向所述前壁內表面的反射表面；以及一個應用於所述前壁的所述內表面的圖案樣式，一個觀察者通過所述基本透明的前壁基本看不到所述圖案樣式，但能看到在所述反射表面上的反射圖案樣式。
另一方面，本發明提供用於火焰模擬裝置的閃爍組件，它包括許多從杆上徑向伸出的許多反射帶，所述帶的形狀是非直線的。
附圖簡介為更好地理解本發明，以及更清楚地說明其工作原理，現在通過舉例的方式參照附圖進行說明。這些附圖顯示了本發明的優選實施例，其中
圖1是一個電壁爐的透視圖，其中安裝了依據本發明的火焰模擬裝置；圖2是圖1裝置的側視圖，顯示側壁後面的組件；圖3是圖1裝置的前視圖，顯示頂壁以下的組件；圖4是圖1裝置的頂視圖，顯示前壁後面的組件；圖5是用於圖1裝置的火焰效果組件的前視圖；圖6是用於圖1裝置的上部閃爍組件的透視圖，即沿圖3中箭頭6方向上的視圖；圖7是一段原料的部分平面圖，該原料形成了用於圖1中上部閃爍組件的許多徑向條帶；圖8是用於圖1裝置的下部閃爍組件的透視圖，即沿圖3中箭頭8方向上的視圖；圖9是依據本發明的進一步實施例用於圖1裝置的燃料床燈光裝置的頂視圖；圖10是該火焰模擬裝置的第二個優選實施例的側視圖，顯示閃爍組件的另一種取向；圖11是豎直屏的第二個優選實施例的前視圖，顯示分成幾部分的部分反射表面；圖12是燃料床第二個優選實施例的分解詳圖；圖13是火焰模擬裝置第三個優選實施例的側視圖，顯示另一種火焰效果組件；圖14是用於圖13裝置的火焰效果組件的前視圖；圖15是火焰模擬裝置的第四個優選實施例的側透視圖，顯示另一種火焰效果組件和另一種豎直屏；圖16是用於圖1或圖15裝置的另一種豎直屏裝置的側視圖；圖17是用於圖15裝置的火焰效果組件的前視圖；圖18是安裝了火牆模擬裝置的電壁爐的正透視圖；圖19是圖18壁爐的側視圖；圖20是圖18裝置前壁內表面的放大透視圖；以及圖21是一段原料的部分平面圖，該原料形成了用於圖1或圖15中上部閃爍組件的另一個實施例的許多徑向條帶。
優選實施例詳述依據本發明的火焰模擬裝置一般如圖中10所示。該裝置安裝在電壁爐內，在圖中一般以12表示，還帶有電源連接線13用於連接電源(未畫出)。
該電壁爐12包括形成模擬燃燒室的殼體14，模擬燃燒室的殼體14具有頂壁、底壁、前壁、後壁和側壁，分別示為16、18、20、22和23。前壁的一部分由透明前面板24確定，前面板24是可移走的，以便接觸殼體14中的東西。一個控制單元21置於殼體頂壁之上。該控制單元21包括一個加熱器單元25、一個控制熱輸出的恆溫器27，和一個啟動火焰效果的主電源開關29。
參看圖2，一個模擬燃料床26由位於殼體14下方前部的平臺28支承，該燃料床26包括一個真空成型的塑料殼並著色以模擬木材燃燒火焰的木材和餘燼。
塑料殼部分是半透明的，以允許來自光源30的光線照射通過，光源30位於燃料床26的下方。比如，該塑料殼可以用橙色半透明塑料製成。塑料殼的頂部可以塗上顏色以模擬木材的表面。塑料殼的下部可以塗成黑色(或其它不透明顏色)，然後在希望光線通過的部位打磨光。比如，可以將塑料殼下方的凸出點(相應於頂部的凹槽)打磨光以允許光線通過。這樣這些點就可模擬燃燒後的灰燼。同樣，在模擬木材之間的岔口區域也可以打磨光(或不塗色)以模擬兩根木材交叉處的灰燼。
光源30包括三個60瓦的燈泡，安裝在燃料床26下方的燈座34上。也可以選自一個或多個石英滷素燈。燈座34由垂直臂36支承，臂36由緊固件38連接到殼體14的底壁上。在殼體14的前端下部，一個拋物面反射器40位於光源30的下方，以使光照射到殼體14的後部。光強度可以通過位於控制單元21上的、與光源30電連接的調光開關41來改變。
在如圖9所示本發明的進一步的實施例中，燃料床燈光裝置100可安裝在燃料床26的下方。燃料床燈光裝置100包括一個在燃料床26下面支承一串燈泡104的支承組件102。燈泡104在不同的時間閃爍以給出燃料床灰燼中熱增加和減少的效果(由光強度不同來表現)。已經發現傳統的聖誕節燈泡適合於這一目的。還發現通過在燃料床下安裝四個普通燈泡可以產生逼真的灰燼效果，燈泡光強度採用一個微處理器(未示出)來隨機改變。
位於燃料床26後面而緊挨燃料床的是豎直屏42。屏42是透明的，且具有部分反射表面44和散射表面46。屏42座落在下部水平支承組件50中的槽48中。下部水平支承組件50由緊固件52緊固到殼體14的側壁23上。屏42由側框架組件54支承其側面，側框架組件54則由緊固件56緊固到側壁23上。屏結構詳見作為本發明參考的美國專利4,965,707中的描述。
屏42緊挨在燃料床26的後面，這樣燃料床26將在反射表面44上映出以給出深度的幻覺。如下文將進一步解釋的那樣，模擬火焰的圖像看上去好象是在燃料床26和屏上燃料床26的映象之間產生的。同樣，模擬火焰也好象是由燃料床26的反射圖像產生的。一個上部光源57位於殼體前面頂部，用於照亮模擬燃料床26的頂部，並增強屏42上的反射圖像。
更詳細地參看火焰模擬裝置10，該裝置包括一個火焰效果組件58、一個鼓風機60、以及上部和下部閃爍組件62和64。
如圖5所示，火焰效果組件58由單一的輕質、基本不透明的薄片材料如聚酯製成。組件58基本上延伸跨越屏42的整個寬度。在火焰效果組件58上有一組狹縫66，在來自鼓風機60的空氣流的作用下組件58波動時，光線能夠穿過火焰效果組件58。較長的狹縫66位於火焰效果組件58的下端，以模擬燃料床26產生的較長的火焰。較小的狹縫66位於火焰效果組件58的上端，以模擬火焰的卷燒，它出現在燃料床26產生的大的主火焰上方。狹縫66圍繞火焰效果組件58的中心軸線68呈對稱分布模式，以給火焰效果以平衡的外觀。組件58可塗敷塑料薄膜(比如聚氨酯)以減少狹縫邊沿以後的磨損。此外，火焰效果組件還可包括一組不連續的火焰效果組件58，如作為本發明參考的美國專利4,965,707中所述。
火焰效果組件58的底端由與底部水平支承組件50相連的緊固件70支承。火焰效果組件58的上端由與上部水平支承組件74相連的緊固件72支承。該上部水平支承組件由緊固件76緊固到殼體14的側壁上。
火焰效果組件58相對較松地支撐於水平支承件之間，故將在來自鼓風機60的氣流作用下翻騰或波動。鼓風機60由安裝支架78支承，支架78由緊固件80緊固到殼體14的底壁上。在控制單元21上有一個氣流控制開關83用於調節鼓風機氣流到所需的量。氣流越大，火焰的動感越強。此外，火焰效果組件58也可通過機械方式運動，以提供足夠的翻騰或波動的火焰效果。
在使用中，光線是從光源30穿過火焰效果組件58的狹縫66透射到屏42的散射表面46。火焰效果組件58在來自鼓風機60的空氣流中翻騰以改變狹縫66的位置和大小。所得結果是透射的光類似於燃燒的卷燒火焰。如下文將進一步解釋的那樣，由於光線在穿過狹縫66之前是由閃爍組件62，64的有色反射表面82反射的，故所透射的光至少部分是有色的。
上部和下部閃爍組件62和64位於火焰效果組件58的後面，接近於殼體14的後壁。如圖6和8所示，每個閃爍組件包括一個伸長的連接杆81，它具有一組反射帶82徑向向外延伸。閃爍組件62和64的優選直徑為大約2到3英寸。反射帶82是由寬度約為1.5英寸的長條材料製成。沿著長條材料83的縱向延伸一側切割出一系列橫向狹縫以形成每個單獨的帶82。然後將長條材料83繞杆81卷繞，這樣帶82就圍繞杆81的周圍徑向伸出。此外，帶82也可切割成約2到3英寸的長度，並通過形成杆81的螺旋繞線將帶82的中心固定。另一個可選擇的是，閃爍組件的反射表面可以是安裝在一個圓柱體周圍表面的玻璃反射鏡片。
杆81的一端置於垂直支承臂86上形成的凹槽84中，支承臂86由緊固件88連接到殼體14的底壁上。杆81的另一端連接到相應的轉子90上，以使每個杆81繞其軸線轉動。如圖所示，轉子90由電動機91帶動旋轉。轉子90由垂直支承件92支承，垂直支承件92由緊固件94連接到殼體14的底壁上。另外，轉子90也可由來自鼓風機60的空氣流驅動，鼓風機60安裝在轉子的相應葉片上。優選情況是，轉子90沿圖2中箭頭93的方向轉動閃爍組件62和64，這樣，在反射光圖像上就出現了向上運動的表觀效果，這就模擬了燃燒火焰中氣體向上運動的效果。當然也可使用其它模擬氣體向上運動效果的方法。比如，在運動的、部分不透明的屏(未圖示)中安裝一個光源(未圖示)，以產生所需的光線效果。還可以想像，可以單獨使用閃爍組件62和64或上述氣體模擬裝置而不用火焰效果組件58。已經證明，單獨使用閃爍組件62和64可以產生逼真的效果，儘管不如與火焰效果組件58結合使用時那麼逼真。
從圖2可以看出，下部閃爍組件的位置比燃料床26的上端水平面稍低一些。這使得當一個人在壁爐前觀看時，容易獲得燃料床表面附近產生有色火焰和向上運動氣體的效果。類似地，上部閃爍組件位於燃料床26上方的水平面，這樣當一個人在壁爐前觀看時，容易獲得燃料床上方一定距離處產生有色火焰和向上運動氣體的效果。此外，上部和下部閃爍組件62和64改善了模擬火焰和氣體的光強度。
更仔細地參看圖7，其中顯示了上部閃爍組件的帶82。每個帶82都由反射材料如MYLARTM製成，帶82的優選帶有顏色是藍色或紅色尖部96以及銀色帶體98，雖然全銀色的帶體也成功地使用過。具有紅色帶尖的帶82的長條材料83和具有藍色帶尖的帶82的長條材料83都可繞杆81卷繞。如圖6所示，在閃爍組件62的整個長度範圍上，藍色和紅色帶尖的帶82的組合從杆81上徑向伸出。所以，上部閃爍組件62反射白色、紅色和藍色光，這些光接著又通過火焰效果組件58透射。
如圖8所示，下部閃爍組件64包括緊密排布的細帶82，它由反射材料如MYLARTM製成。帶82或者是金黃色的，或者是紅色的。具有紅色帶82和金色帶82的長條材料83的組合可繞杆81卷繞，以產生總體紅色和金箔的外觀，所以，下部閃爍組件64反射黃色和紅色光，這些光接著又通過火焰效果組件58透射。
在使用時，閃爍組件62和64由轉子90轉動，這樣帶82的反射表面就通過波動的火焰效果組件58的狹縫66反射顏色，並產生燃燒氣體向上運動的效果。由下部閃爍組件64反射的顏色類似於燃料床26表面附近的火焰顏色。由上部閃爍組件62反射的顏色類似於燃料床26表面稍遠處的火焰顏色。上部閃爍組件62具有較稀疏排布的帶82，其目的是產生更為隨機的反射光，以模擬燃料床26上方一段距離的動感更強的閃爍火焰。在下部閃爍組件64上，更緊密排布的帶82產生相對更為恆定的反射光，以模擬與燃料床26相鄰處的更為恆定的火焰。
圖10所示為閃爍組件62和64的另一種布局。上部閃爍組件62位於比燃料床26上端水平面稍微低一些的地方。下部閃爍組件64位於比燃料床26下端水平面稍高一些的地方。下部閃爍組件64位於比燃料床26下端水平面稍高一些的地方。
圖11所示為一種改進的豎直屏42′。屏的前面包括一個部分反射表面44′，它又分為烏澤區200、過渡區202和反射區204。反射區204位於豎直屏42′的下端，其大小足以反射燃料床26從而產生模擬效果。同時，反射區204又不能過大，以致反射不想要的圖像，比如緊挨壁爐前面的地板。為此，豎直屏42′在其中間和上端包括烏澤區200。烏澤區200經粗糙打磨，它不反射圖像，但同時又允許通過豎直屏42′看到模擬火焰圖像。過渡區202包括一個非反射的烏澤區200到反射區204之間的逐漸的過渡區。
圖12所示為改進的燃料床26′。該燃料床26′包括由陶瓷材料製成並塗色以模擬木材的第一部分206。該床26′還包括由塑料材料製成並塗色以模擬灰燼床的第二部分208。優選的灰燼床208為半透明的，以允許來自光源30或前面介紹過的燃料床燈光裝置100的光線通過。已經證明，採用陶瓷材料和靈活的模具能夠完成對木材206的更準確的模擬。灰燼床208也可用塑料通過真空成型方法製成。該床上面要放置陶瓷木材206。該陶瓷木材206是被粘接到灰燼床208上以形成燃料床。
圖13和14所示為火焰模擬裝置10的第三個優選實施例。為方便起見，採用相同的數字代碼表示相同的組件。第三個實施例不包括鼓風機60或在鼓風機的空氣流中翻騰的輕質火焰效果組件58。取而代之的是一個改進的火焰效果組件58′，置於屏42之後並基本跨越屏42的整個寬度。改進的火焰效果組件58′的外形類似於圖5所示的火焰效果組件58。不過，改進的火焰效果組件58′最好置於屏42之後約3英寸的基本垂直的平面上(距閃爍組件62和64約1/2英寸)。優選的組件58′是由更剛性的材料(如塑料或薄鋼)製成，這樣它將在垂直位置保持固定。組件58′也可採用輕質材料如聚酯，伸展拉緊到垂直位置。而且應當理解，組件58′的垂直位置並不是嚴格的，只要如下文所述能使光通過即可。
火焰效果組件58′上切割出一組狹縫66′，以允許來自光源30的光線穿過火焰效果組件58′到達屏42。儘管改進的火焰效果組件58′保持相對固定，但由於光線通過狹縫66時被閃爍組件62和64所反射，故仍可看到火焰模擬效果。
改進的火焰效果組件58′夾在上部和下部支承組件210和212之間以支承豎直位置的火焰效果組件。下部水平支承組件50作為下部支承元件之一還起著水平不透明屏214的作用，以阻止光線從屏42和火焰效果組件58′下面通過。以這樣的方式，基本上所有到達屏42的光線都被閃爍組件62和64反射且通過火焰效果組件58′的狹縫66′。上部和下部支承組件210和212由緊固件216固定到殼體14的側壁23上。
另一種選擇是，組件58′可在其下端製成水平活動鉸鏈。該活動鉸鏈下面的部分可連接到屏42，且起著水平不透明屏214的作用。屏上面的部分起碼在其上端由上部支承組件210支承。活動鉸鏈允許組件58′按下文所述上下運動。
優選的火焰效果組件58′可以在箭頭218的方向上相對於屏42作向上或向下運動。這是通過220所示的高度調節機構實現的。該機構220包括一根連接到火焰效果組件58′頂部的金屬絲222。金屬絲222延伸通過軸銷224，並在其另一端連接到高度調節旋紐226的端部。高度調節旋紐226從控制單元21的前面伸出，它能夠在箭頭228的方向上相對於控制單元21的前面板向內和向外運動。高度調節旋紐226包括一組與控制單元21的前面板232嚙合的齒230，以使旋紐226能夠向內或向外卡緊在相對於控制單元21的一組位置之一上。已經證明，通過按預定的量升高或降低火焰效果組件58′，可以增強或減弱模擬火焰感覺強度(火焰的亮度和大小)的效果。我們認為這一強度的改變是由於火焰效果組件58′上形成有大小不同的狹縫66′，處於壁爐12前面不同位置的觀察者或多或少地能看到這種變化。選擇另外的高度調節機構也將是可以理解的。比如，通過凸輪裝置將旋紐226連接到火焰效果組件58′上，從而使組件58′作上下機械運動。
圖13所示的實施例進一步包括一個覆蓋在透明前面板24的前面232上的模擬燃燒屏234。模擬燃燒屏234優選為一個織網，這就象人們知道的傳統壁爐所用的阻攔火花的設備。織網屏234的頂端和底端通過從殼體14的前壁20伸出的銷子236固定。此外，模擬燃燒屏234也可採用絲網印製工藝或類似方法直接在透明前面板24上製成。已經證明，模擬燃燒屏234能夠減少任何強光或反射光，若無此網屏，就可能在透明前面板24上看到這種強光。
圖15所示為進一步改進的豎直屏42″。該屏42″一般是透明的，且具有一個部分反射表面44″和一個穿過其厚度的散射區域46″。該屏42 ″是由基本透明但又部分半透明的材料製成，最好在其整個厚度上具有輕微的黯淡或混濁外觀，這樣，通過屏42″的光就會部分透過而部分散射。一種令人滿意的材料是聚苯乙烯，通過加入一定量的白色粉末色素如二氧化鈦，就可產生輕微混濁的外觀。色素材料的優選粒度大小為微細級的，這樣，在散射區域46″就可形成均勻的黯淡或混濁外觀。通過改變加入到散射區域46″的塑料複合材料中的色素量可以控制散射區域46″的散射程度。散射區域46″能達到的散射程度應當是這樣即當通過部分反射元件44″觀察時，可通過散射區域46″的厚度看到三維火焰。
通過模擬火焰的投影光在屏42″的厚度上逐漸散射，改進的屏42″能給出模擬火焰的表觀厚度，產生三維火焰的圖像。而且，改進的屏42″不必依賴於砂磨或蝕刻表面來產生散射效應，故簡化了裝置10的製造。
圖16所示為進一步改進的豎直屏42。該屏42是由反射元件44和散射元件46構成的。反射元件44是由部分透明、部分反射材料如半鍍銀的玻璃製成的。散射元件46是由半透明材料製成的，這種材料部分透射部分散射通過散射元件46的光線。散射元件46也可由與屏44所用類似的材料製成，給出一個與散射表面46類似的蝕刻或砂磨散射表面。此外，半透明材料如白色聚苯乙烯和聚丙烯也適合於散射元件46。採用半透明材料時，要選擇用於散射元件46的特定材料的厚度以使散射元件能夠自固定，且保持足夠的半透明，這樣，通過部分反射元件44能觀察到火焰效果。散射元件46並不一定包含上述散射屏組件46″。
散射元件46不是平面的，而是沿其長度和寬度彎曲的，彎曲的方向和程度都沿散射元件46的垂直和水平方向而改變。散射元件46可以通過使一片塑料板真空成型為所需形狀而製造。在垂直方向上，散射元件46下部的彎曲程度最好要與反射元件44中燃料床26(26′表示)的外視覺位置相吻合，以便給出這樣的外觀，使投影的模擬火焰從燃料床26的反射圖像26′後面發散。比如，如果燃料床26包括模擬的木材，投影到散射元件46上的模擬火焰看起來就象是從燃料床26中模擬木材的反射圖像26′後面發散的。在沿燃料床26的水平方向上，散射元件46下部的彎曲程度最好按照一個特定的角度，在此角度，模擬木材好象是置於燃料床26中，且與反射元件44中木材(26′表示)的視覺位置吻合。在燃料床26上沒有模擬木材出現的水平位置上，散射元件46局部彎曲以與反射元件44靠近，從而給出這樣的視覺，使投影的模擬火焰從燃料床26的模擬木材之間的灰燼升起。
隨著散射元件46從燃料床26垂直上升，它將彎曲更接近於反射元件44，從而產生這樣的幻影在其上投影的模擬火焰在燃料床26的木材上方卷繞。還可按需要選擇散射元件46上部的彎曲程度，以模擬真實火焰的擾動和隨機模式。
豎直屏組件42為模擬火焰增加了更多的三維效果。當通過部分反射元件44觀察時，模擬火焰看起來是從燃料床26的模擬木材後面產生並通過三維路徑，火焰仿佛是從燃料床26升起，這就更準確地模擬了真實木材火焰的效果。
圖15到17所示為火焰模擬裝置10的第四個實施例。為方便起見，採用相同的標號表示相同的組件。第四個實施例不包括鼓風機60或在鼓風機60的空氣流中波動的輕質火焰效果組件58。相反，一個改進的且更簡單的火焰效果組件58″置於屏42″(也可等效使用如圖2所示的屏42)的後面和後壁300的前面，並基本跨越屏42″的整個寬度。如圖17所示，改進的火焰效果組件58″具有反射表面302並一般具有模仿火焰的外形。後壁300具有非反射表面，在一個優選實施例中，組件58″是一個塗敷在後壁300表面上的反射性印花釉面。為模擬自然火焰的顏色，優選的火焰效果組件58″的顏色為綠色或藍色的底部304和銀白色的主體306。藍色部分304和銀白色的306之間的顏色是逐漸過渡的，即304部分藍色的強度逐漸減弱而消失在銀白色部分306中。
再次參看圖15，一個沿方向93上轉動的單個閃爍組件62置於燃料床26下方，並在火焰效果組件58″的前面。緊挨該閃爍組件62後面放置的是光源30。一個擋光塊310用於阻止光源30的光線直接到達火焰效果組件58″。因此，基本上只有從閃爍組件62反射的光線到達火焰效果組件58″，然後反射到並透射穿過屏42″。模擬火焰的表觀強度正比於閃爍組件62轉動的速度。也可提供一個閃爍組件62的變速控制(未示出)以使使用者改變模擬火焰的表觀強度。
固定火焰組件58″的引入消除了以前粘貼到屏42″上的絲網組件58。而且，改進的設計消除了對鼓風機60和下部閃爍組件64的需要，從而使裝置10的製造和維護更為簡單。更進一步，通過將閃爍組件62置於燃料床26之下，可獲得更簡潔的火焰模擬裝置10，或者可將燃料床26進一步後移離開前面板24，從而使裝置10看起來更深、更象真實的壁爐。此外，通過消除了對具有閃爍強度光源30的需要，閃爍組件62的重新定位進一步簡化了本發明。
圖15所示的實施例可進一步包括一個透明的光線隨機分布面板312，置於燃料床26和閃爍組件62之間。該面板312優選為用玻璃或光學塑料製成，並具有非平面的表面314和316。表面314和316各具有凸面和凹面區，兩個區光滑而相鄰地互相摻合，從而形成具有變化厚度的面板312。使用時藉助於不同焦距的區域，對從閃爍組件62反射到燃料床26的光線，面板312起著複合透鏡的作用，閃爍組件62在方向93上轉動。面板312的類似複合透鏡特徵的作用是當反射光線穿過燃料床26時周期性地改變來自閃爍組件62的光線的方向。結果是燃料床26的模擬焦炭看起來在隨機方向上閃爍，不只是在閃爍組件62的轉動方向上。
圖18、19和20所示為進一步改進的火焰模擬裝置10，它具有模擬磚或石頭火牆400。為方便起見，採用前面使用的相同的標號表示相同的組件。參看圖19，模擬火牆圖案樣式402和404分別應用於透明前面板24的內表面及側壁23的兩側。火牆圖案樣式404是通過在側壁23的兩個內側表面塗上圖案樣式404或類似方法實現的。如下文的進一步解釋，圖案樣式402應用於透明前面板24的內表面，優選採用絲網方法以隨機分布模式塗上一系列顏色點來實現。這些顏色點以這樣的方式塗在壁上，以致位於透明前面板24前面的觀察者不容易注意到塗在面板24內表面上的這些點，但是，能夠看到這些點在反射表面44上的反射效果。這一效果給出了火牆出現在燃料床26產生的模擬火焰圖像後面的幻影。在頂壁16下面有一個光源57用於照亮圖案樣式402，以增強它在表面44上的反射效果。為了產生更真實的照射圖案樣式402和404的效果，可以使光源57隨機閃爍以模擬真實火焰對模擬火牆400的照射。光源57的閃爍可以通過集成電路控制(未示出)施加於光源57的電源來實現。
圖20所示為應用圖案樣式402到前面板24內表面的優選方法。首先，隨機分布的小顏色點406加到前面板24內表面上。儘管是隨機的，顏色點406在整個前面板24內表面上的分布還是具有每平方英寸上相同的點密度。點406最好是全部大小相等。選擇點406的大小和密度應使觀察者不容易注意到點406的存在，且只在點406的存在傳遞到玻璃上的效果在透明前面板24上是隱約可見的。點406塗成黑色時這一效果達到最佳。優選採用絲網工藝將點406施加到面板24的內表面上。一旦施加了點406，就在點406上面再加一組顏色點408，其點直徑略小於點406。點408的直徑略小於點406且集中施加在點406上面，從而保證位於裝置10前面的觀察者將不會注意到透明面板24內表面上點408的存在。點408的施加也是優選採用絲網工藝。點408優選為兩種顏色，一種是模擬磚塊的顏色，另一種是模擬磚塊之間模擬灰漿的顏色。特定點408的優選顏色應能獲得整個磚塊和灰漿是建造在前面板24內表面上的效果。
使用時，位於火焰模擬裝置10前面的觀察者不容易注意到透明前面板24內表面上的點406和408的存在，但是，顏色點406在反射表面44上的反射效果卻易於為觀察者所看到。模擬火牆400在觀察者看來是在燃料床26後面、前面板24距燃料床26後面的兩倍距離處。在前面板24的整個內表面上隨機分布點406避免了可見的幹擾圖案樣式。如果這些點是有規律地分布在前面板24的內表面上，就可能出現這一幹擾圖案樣式，該幹擾圖案樣式是在前面板24內表面上存在的點406、408和反射表面44上點406、408的反射圖像之間產生的。以每平方英寸等密度分布的點406保證了點406施加到前面板24上隱約可見的效果在整個前面板24上是均勻的。圖案樣式402所選用的顏色也是用於側壁23上圖案樣式404的顏色。圖案樣式402和404分別位於前面板24和側壁23的內表面上，這樣，兩種圖案樣式的表觀磚塊和灰漿特徵就與實際樣式相吻合。
顯然，模擬火牆圖案樣式402也可採用其它方式實現。比如，可以使用美國專利No.5,525,177中描述的一種CLEAR#FOCUSTM單向影像顯示面板(未示出)。模擬火牆圖案樣式402可施加到CLEAR#FOCUSTM面板的顯示表面，該顯示表面再施加到前面板24的內表面，這樣，位於火焰模擬裝置10前面的觀察者就不能直接看到圖案樣式402，但可以看到反射表面44上圖案樣式402的反射效果。在另一個實施例中，透明前面板24用一個網格火焰前屏24(未示出)替代，並採用塗色或類似方法在火焰屏24的內表面加上模擬火牆圖案樣式402。如果小心塗色以確保圖案樣式402隻塗在火焰屏24的內表面，站在火焰模擬裝置10前面的觀察者就不能直接看到圖案樣式402。但是觀察者將能看到圖案樣式402在反射表面44上的反射效果。
顯而易見，產生模擬火牆400的裝置可成功地用於任何具有前面板24和反射表面44的壁爐。特別明顯的是，採用模擬火牆400會大大增強天然氣或丙烷壁爐的外觀效果。通過採用本發明產生模擬火牆400的裝置作為節省空間的措施，壁爐的深度可能減小，然而，觀察者將看不出壁爐深度已經減小。
圖21所示為用於上部閃爍組件62的改進的帶82′。由於以前閃爍組件62輪廓明顯的直線給出的是輪廓明顯的直的反射光，這減弱了火焰模擬的真實感，這裡改進的帶82′具有曲線切割邊82c。結果是一個反射非直線型光線的改進的上部閃爍組件62，反射的光再透射穿過火焰效果組件58。反射光的非線性特性使得反射光的閃爍模式看起來更隨機，因而更自然，故改善了模擬火焰閃爍的真實感。
可以理解，上文所示的是本發明的優選實施例。儘管如此，本發明允許在完全理解上述本發明的精神及下文權利要求書的範圍內進行一定的改變和可替代的實施例。
權利要求
1.一種火焰模擬裝置(10)，具有一個模擬燃料床(26)；和一個光源(30)；所述火焰模擬裝置(10)的特徵在於其具有一個具有部分反射前表面(44)和一個後表面(46)的屏(42′)，所述前表面(44)設置在所述模擬燃料床(26)的後面用於反射和傳遞光線，所述後表面(46)設置在所述部分反射前表面(44)的後面用於傳遞光線，所述部分反射前表面(44)具有一個基本上非反射的汙澤區(200)，所述非反射汙澤區(200)設置成遠離所述模擬燃料床(26)，並且所述前表面(44)的沒有被所述非反射汙澤區(200)覆蓋的部分是一個反射區(204)，這樣所述模擬燃料床(26)基本上是在所述前表面(44)上反射的唯一目標，其中從所述光源(30)來的光線穿過所述前表面(40)傳遞，使火焰圖案穿過所述前表面(44)顯示出來。
2.根據權利要求1所述的火焰模擬裝置(10)，其特徵在於，所述前表面(44)還包括一個過渡區(202)，該過渡區(202)是部分反射和部分不反射的，所述過渡區(202)設置在所述非反射汙澤區(200)和所述反射區(204)之間。
3.根據權利要求1或2所述的火焰模擬裝置(10)，其特徵在於，所述屏(42′)具有一個散射後表面(46)，該後表面設置在所述部分反射前表面(44)後面，用於發散和傳遞光線，並且所述裝置(10)還包括一個閃爍元件(62，64)，該閃爍元件設置在從所述光源(30)到所述散射後表面(46)的光線的傳遞路徑上。
4.根據權利要求1、2或3所述的火焰模擬裝置(10)，還包括一個設置在光線路徑上用於配置光線的火焰效果元件(58，58′，58″)。
全文摘要
提供了一個具有改善的火焰模擬裝置的電壁爐(12)。該火焰模擬裝置包括一個光源(30)、用於透射光來產生火焰效果的火焰效果組件(58)、和一個閃爍組件(62、64)，該閃爍組件(62、64)具有反射帶用於反射來自光源的光，然後再由火焰效果組件反射。還提供一個替代火焰效果組件，用於反射光以產生火焰效果。一個具有部分反射表面和散射表面的平面置於火焰效果組件處。該火焰效果組件延伸與散射表面相鄰。還提供一個在其厚度上具有散射區域的替代屏。一個燃料床(26)緊挨著屏的部分反射表面，以在屏上產生燃料床(26)的圖像，動感火焰的圖像看起來是在燃料床和其反射圖像之間產生的。該屏也可以有非平面散射區，這樣，動感火焰的圖像看起來是在燃料床的反射圖像後面產生的。還提供一個火牆模擬裝置，從而在部分反射表面上產生一個模擬火牆的反射圖像，它看起來是燃料床後面的火牆。
文檔編號F24C15/06GK1410703SQ0214809
公開日2003年4月16日 申請日期2002年10月25日 優先權日1996年4月30日
發明者克里斯多福·黑斯, 戴維·M·麥克弗森, 伊尼亞齊奧·加洛, 肖恩·D·斯潘塞 申請人:丁普萊克斯北美有限公司