加熱器組件以及一種熱傳遞子組件的製作方法

2023-05-14 03:19:46 2

專利名稱：加熱器組件以及一種熱傳遞子組件的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及將被定位於室的壁處的加熱器組件。
背景技術：
通常定位於壁上的自然對流加熱器(例如，護壁板加熱器)是本領域公知的。現有技術的典型護壁板加熱器在圖1-3中示出。將理解到，如圖1-3中所示的現有技術的護壁板加熱器為了圖示清楚而簡化(如將描述的，其餘附圖示出了本實用新型)。流過現有技術的護壁板加熱器10的氣流在圖1中示意性地示出。如圖1所示，已知護壁板加熱器10具有數個翅片12，用於將熱傳遞至在翅片12上經過的空氣。通常，翅片 12由加熱元件14加熱，翅片12附連至所述加熱元件。如本領域公知的，當鄰近翅片12的空氣由於來自翅片12的熱傳遞而被加熱時，所述空氣上升。環境溫度下的空氣於是在護壁板加熱器10的下側被抽入護壁板加熱器，導致室中的至少一部分空氣由於自然對流而循環通過加熱器10。如圖1中示意性地示出，當常規加熱器運行時，來自室(「R」)的環境空氣被拉入護壁板加熱器10(箭頭22a、22b、22c、22b)以替換從加熱器向上上升的已加熱空氣。在常規護壁板加熱器運行時，用箭頭22a-22d示意性地表示的進入空氣通常被向上抽入加熱器，以形成大致向上運動的空氣柱44(圖1)。離開護壁板加熱器10的已加熱空氣柱用箭頭22e、22f、22g示意性地標識。室中的空氣通過自然對流而被加熱。離開護壁板加熱器10 的已加熱空氣的基於計算機建模(即計算流體動力學)的溫度分布在圖1中用標識為HI、 H2和H3的區域示出。用標號Hl標識的區域是最熱的空氣區域。H2指的是溫度低於Hl的區域，並且H3指的是溫度低於H2的區域。H1、H2和H3在圖1中表示為分別由等溫線(溫度梯度)定義，並且本領域技術人員將理解到，實際上這些梯度的位置並不固定，而是替代地在常規加熱器運行時隨著時間變化。為了方便，限定這些區域的等溫線在圖1中標識為
T -T 1I χ50如本領域公知的，圖1所示的現有技術加熱器10包括限定腔沈的殼體Μ，加熱元件14和翅片12定位於所述腔沈中。可附連至壁18的內部件28、以及外部件30被包括於殼體M內，內部件28和外部件30至少部分地限定腔26。在一個常見布置中，內部件28 和外部件30還限定由此已加熱空氣柱離開護壁板加熱器10的上部開口 32，並且它們還限定由此環境空氣進入護壁板加熱器10的下部開口 34。將理解到，儘管格柵通常定位於上部開口中，為了圖示清楚的緣故在圖1中故意省略了格柵。通常，肋(圖1和2中未示出)沿著護壁板加熱器的長度間隔地布置有筋以作為支撐元件，例如，支撐加熱器殼體的前面板。如能在圖1中看到的，每個翅片12通常較薄並且具有大致一致的形狀，具有基本上平狀的豎向側面36、38和基本上直的頂側40，頂側40基本上正交於側面36、38。翅片12 還優選地包括也大致正交於側面36、38的底側41。如本領域公知的，護壁板加熱器10附連至壁18以使得在底部邊緣41和地板19之間提供足夠的距離「L/』以允許足夠的環境空氣在翅片12的底部邊緣41處從室流入加熱器10。[0007]如圖1所示，在運動通過加熱器10時，上升空氣柱44通常包含於殼體M的內部件28的內表面四和外部及30的內表面31之間。在另一類型的常規護壁板加熱器110中，「喙狀物(beak)，，142被包括於殼體124 中(圖2)。喙狀物142顯然用於將從加熱器上升的已加熱空氣柱導向遠離壁並且大致朝向室的中心導向，以更有效地加熱室「R」。喙狀物142意在解決常規護壁板加熱器10的寬的上部開口 32(圖1)允許來自暖空氣的大部分熱加熱壁而不是加熱室中的空氣的問題。如圖2所示，熱傳遞翅片112大致類似於翅片12，具有基本上矩形形狀，具有基本上平狀側面136、148、以及正交於(或基本上正交於)側面136、138的基本上平狀頂側 140、以及也基本上正交於側面136、138的底側141。由於護壁板加熱器110的運行所引起的氣流模式(如使用計算流體動力學確定的)在圖2中示意性地示出。如能在圖2中看到的，在護壁板加熱器110運行時環境空氣被抽入其中(用箭頭12加、122b、122c、122d示意性地示出)。在常規加熱器110運行時，用箭頭122a-122d示意性地示出的進入空氣大致向上地抽入其中，以形成大致向上運動的空氣柱144(圖2)。在加熱器運行時，空氣柱上升並從加熱器的上部區域離開護壁板加熱器 110(用箭頭12加、122廠1228、12池示意性地示出)。空氣柱144的溫度分布(如使用計算流體動力學所確定的)在圖2中示出，從加熱器上升的已加熱空氣柱144被分為溫度基本上類似的區域J1_J3(由溫度梯度I6-I9定義)。本領域技術人員將理解到，圖2所示溫度梯度的位置僅是示例性的，並且實際上在加熱器110運行時梯度隨著時間而變化。基於計算機建模(即計算流體動力學)，顯示喙狀物142傾向於引起「牽制 (drag)」效應(即康達效應)，從而已加熱空氣被導向為使得其幾乎正交於壁地引導(參見例如箭頭 122eU22f, 122g 和 122h)。如本領域公知的，在常規護壁板加熱器10已經使用一段時間後，「條紋 (streaking)，，(或「變汙」)經常出現在護壁板加熱器10上方的壁18上。這種條紋現象在現有技術中似乎還未很好地理解。例如，在美國專利No. 5，197，lll(Mills，II等)中，聲明條紋是由於灰塵顆粒在經過護套元件(即加熱元件)時被燒焦並由暖空氣向上攜帶的緣故 (第1欄40-44行)。這暗示了經過護套元件和熱傳遞翅片的氣流直接導致了條紋現象。根據對條紋現象的這種理解，因此，條紋應當出現在筋之間的區域中的壁上。然而，似乎並不是這種情況。圖3中的陰影區域20代表壁18上的典型條紋。如能從圖3中看到的，條紋通常出現於壁18的總體在筋16上方的區域中，而非在筋之間。這與上述Mills II等的專利中描述的條紋的理解相反。而且，已經確定，壁18的在常規護壁板加熱器10上方的出現條紋的區域20比壁的其餘部分明顯更暖，儘管區域20基本上在筋16上方。在圖3中示意性地示出溫度梯度 (即等溫線)，其通過使用紅外照相機對典型的現有技術護壁板加熱器上方的壁照相而確定。簡言之，從圖3中顯示，筋16影響從常規加熱器向上的已加熱空氣的流動，使得壁的出現條紋的區域20比壁的其餘部分更暖。參照圖3，外側溫度梯度「1\」內的區域比該區域外側的區域更暖。如能從圖3中看到的，壁18上的出現條紋的區域20基本上與溫度梯度T1相重合。第二溫度梯度"T2」也在圖3中示出，並且由這個溫度梯度包圍的區域基本上在筋16上方。溫度梯度1~2表示比由T1表示的溫度明顯更高的溫度。如能從圖3中看到的，因此，壁的出現條紋的部分比壁的其餘部分明顯更暖。令人驚奇地，因此，壁的在常規護壁板加熱器10上方的最暖部分是緊鄰地在筋上方的區域20。這是令人驚奇的，因為在現有技術(例如Mill，II等)中，已經假定壁的緊鄰地在筋上方的部分將是較冷的。其原因尚不清楚。相信是，筋幹擾了從翅片之間離開的向上的暖空氣的流動(即可能由於康達效應)，在筋上方的向上流動的暖空氣中引起湍流，從而導致條紋。由於湍流， 已加熱空氣至少部分地朝著筋上方的壁引導。於是，已加熱空氣中的微小灰塵和泥土顆粒撞擊大致在筋16上方的壁。這些顆粒中的一些粘著於壁。隨著時間的過去，這些顆粒在筋 16上方的區域20中聚集於壁上，產生條紋(即變汙)。基於前述，似乎某些湍流也會在加熱器上方的壁處在筋之間的區域中形成。簡言之，儘管關於形成條紋的機理存在著很大的不確定性，但是條紋的出現似乎是因為筋充分地幹擾了暖空氣的向上流動，使得相比加熱器上方的居間區域，在筋上方的壁處形成更多的湍流。如上所述，給現有技術的基本設計增加「喙狀物」似乎導致在壁處更多的湍流，而非更少。

實用新型內容出於上述原因，需要一種克服或減輕現有技術的一個或多個缺陷(例如給現有技術的基本設計增加「喙狀物」似乎導致在壁處更多的湍流從而產生條紋)的加熱器組件。在其寬泛的方面，本實用新型提供了一種將定位於基本上豎直的壁處用於加熱至少部分地由壁限定的室中的空氣的加熱器組件。該加熱器組件包括一個或更多個加熱元件以提供熱；以及一個或多更個熱傳遞元件，熱傳遞元件安裝於加熱元件上，用於將熱從加熱元件傳遞至基本上向上運動經過熱傳遞元件的空氣柱。所述空氣柱包括定位為靠近壁的內部分和定位為遠離壁的外部分。每個熱傳遞元件形成為與空氣柱的內部分相比將顯著地更多的熱傳遞至空氣柱的外部分，以引起外部分比內部分更快地上升，用於至少部分地由外部分帶走內部分，以使得內部分的至少一部分形成沿著壁流動的層流邊界層。在另一個方面，加熱器組件包括至少部分地在其中限定腔的殼體，加熱元件和安裝於其上的熱傳遞元件可接收於所述腔中。殼體包括一個或更多個由此形成空氣柱的空氣進入殼體的入口，以及一個或更多個由此暖空氣柱離開殼體的出口。在另一個方面，暖空氣柱通過出口的向上運動是基本上不受阻礙的，或者在空氣柱離開加熱器組件時空氣柱基本上層流流動。在其又一個方面，加熱器組件另外包括格柵子組件，格柵子組件包括具有一個或更多個形成用於空氣柱的基本上不受阻礙的向上運動的格柵元件。在另一個方面，本實用新型提供了一種用於將熱傳遞至定位於其中的空氣柱的熱傳遞子組件。該熱傳遞組件定位於基本上豎直的壁處，並且包括一個或更多個加熱元件以提供熱；以及一個或更多個熱傳遞元件，用於將熱從加熱元件傳遞至空氣柱的定位為遠離壁的外部分，以及空氣柱的定位為靠近壁的內部分。每個熱傳遞元件形成為與空氣柱的內部分相比將顯著更多的熱傳遞至空氣柱的外部分，以引起外部分比內部分更快地上升，從而朝著外部分抽吸內部分，以使得內部分的至少一部分沿著壁形成層流邊界層。[0025]在另一個方面，每個熱傳遞元件至少部分地限定外部分的至少第一區段沿著其行進的第一路徑，以及內部分的至少第二區段沿著其行進的第二路徑。在另一個方面，第一路徑比第二路徑顯著更長，用於與內部分相比將更多的熱傳遞至外部分。在其另一個方面，本實用新型提供了一種適合於定位於至少部分地限定室的基本上豎直的壁處用於加熱室中的空氣的加熱器組件，該加熱器組件包括一個或更多個加熱元件以提供熱；以及多個熱傳遞元件，其安裝於加熱元件上，用於將熱從加熱元件傳遞至基本上向上運動經過熱傳遞元件的空氣柱。每個熱傳遞元件包括在加熱器組件定位為靠近壁時可定位為靠近壁的內側以及可定位為遠離壁的外側。每個熱傳遞元件形成為與空氣柱的定位為靠近壁的內部分相比將更多的熱傳遞至空氣柱的定位為遠離壁定位的外部分，用於引起外部分與內部分相比更快地上升並且至少部分地由外部分帶走內部分，用於內部分的至少一部分沿著壁的層流流動。在另一個方面，每個熱傳遞元件形成為在空氣柱離開加熱器組件時將內部分定位在距壁最小的預定距離處。在又一個方面，每個熱傳遞元件在其外側處與在其內側處相比顯著更高，第一和第二路徑構造為使得外部分和內部分分別從靠近熱傳遞元件的相應外側和內側的地方離開。在其另一個方面，本實用新型提供了一種加熱至少部分地由基本上豎直的壁限定的室中的空氣的方法，該方法包括步驟首先，提供一個或更多個加熱元件以提供熱；以及其次，提供一個或更多個熱傳遞元件，用於將熱從加熱元件傳遞至鄰近熱傳遞元件的空氣柱。熱傳遞元件定位為靠近壁。最後，利用熱傳遞元件，與空氣柱的靠近壁的內部分相比， 更多地加熱空氣柱的遠離壁的外部分，以引起外部分與內部分相比更快地上升並且至少部分地由外部分帶走內部分，用於內部分的至少一部分沿著壁的層流流動。在其又一個方面，本實用新型包括一種適合於將被定位於基本上豎直的壁處用於加熱至少部分地由壁限定的室中的空氣的加熱器組件。該加熱器組件包括一個或更多個加熱元件以提供熱；安裝於加熱元件上的一個或更多個熱傳遞元件，用於將熱從加熱元件傳遞至基本上向上運動經過熱傳遞元件的空氣柱。該空氣柱包括定位為靠近壁的內部分以及定位為遠離壁的外部分。加熱器組件還包括用於相對於內部分的至少第二區段使空氣柱的外部分的至少第一區段加速的裝置，以引起外部分與內部分相比更快地升高以使得內部分至少部分地由外部分帶走，引起內部分的至少一部分沿著壁的層流流動。利用本實用新型的技術方案，能減少壁上條紋的產生。

參照附圖將更好地理解本實用新型，其中圖1 (前面也已描述)是現有技術的護壁板加熱器的側視圖；圖2(前面也已描述)是另一現有技術的護壁板加熱器的側視圖；圖3(前面也已描述)是以較小比例尺繪製的現有技術的護壁板加熱器上方的壁上的溫度梯度的示意性圖示；圖4是以較大比例尺繪製的本實用新型的加熱器組件的實施例的側視圖；[0038]圖5A是以較小比例尺繪製的圖4的加熱器組件的側視圖；圖5B是以較大比例尺繪製的圖5A的加熱器組件上方的壁以及與壁相鄰的空氣邊界層的側視圖；圖5C是以較小比例尺繪製的圖4的加熱器組件的側視圖；圖5D是以較小比例尺繪製的圖4的加熱器組件的側視圖；圖6是以較大比例尺繪製的圖4的加熱器組件的俯視圖；圖7是本實用新型的加熱器組件的實施例的等距視圖；圖8是圖7的加熱器組件的正視圖；圖9是沿著圖8的線M-M截取的加熱器組件的剖視圖；圖10是沿著圖8的線N-N截取的加熱器組件的剖視圖；圖11是圖7的加熱器組件的俯視圖；圖12是沿著圖11的線P-P截取的剖視圖；圖13是本實用新型的加熱器組件的替代實施例的俯視圖；圖14是沿著圖13的線Q-Q截取的加熱器組件的剖視圖；並且圖15是示意性地示出本實用新型的方法的實施例的流程圖。
具體實施方式
在附圖中，相同的參考標號始終指示相應的元件。參照圖4-6描述總體由數字210 指示的根據本實用新型的加熱器組件的實施例。加熱器組件210優選地定位於基本上豎直的壁18處，用於加熱至少部分地由壁18限定的室R中的空氣。優選地，加熱器組件210包括一個或更多個加熱器元件214以提供熱量，以及一個或更多個安裝於加熱元件214上的熱傳遞元件212。每個熱傳遞元件212用於將熱從加熱元件214傳遞至基本上向上運動經過熱傳遞元件212的空氣柱M4。空氣柱244優選地包括鄰近壁18定位的內部分246和遠離壁18定位的外部分M8，如將要描述的。優選地，每個熱傳遞元件214形成為與空氣柱 244的內部分246相比將明顯更多的熱傳遞至空氣柱244的外部分M8，以使得外部分M68 與內部分246相比更快地上升，用於至少部分地用外部分帶走內部分，以使得內部分246的至少一部分形成沿著壁18流動的層流邊界層250(圖5A、5B)。相信由於橫跨空氣柱的溫度差造成內部分至少部分地由外部分帶走。由於外部分比內部分更暖，在掃過熱傳遞元件時，外部分具有比內部分更高的速度(例如，通常向上)。由於外部分的更高速度，產生相對較低空氣壓力的區域，並且至少部分的較高壓力空氣(內部分的一部分，以較低的速度上升)被抽吸至低壓區域，即，相對於壁向外。空氣柱M4的內部分246和外部分248的運動分別在圖4中用箭頭「A」和「B」示意性地示出，如將要描述的。進入和來自加熱器組件的空氣的運動通常由自然對流引起。 在空氣向上運動經過熱傳遞元件時，橫跨空氣柱產生壓力差，與內部分相比，外部分被加熱至更高的溫度。由於溫度差，內部分的一部分在空氣柱掃過熱傳遞元件時被向外抽吸(例如，遠離壁)，並且這對於加熱器組件210上方的空氣柱的流流具有顯著的影響，如將要描述的。在一個實施例中，加熱器組件210另外包括在其中至少部分地限定腔226的殼體 224，加熱元件214以及安裝於其上的熱傳遞元件212可接收於腔2 中。殼體2M優選地包括形成空氣柱M4的空氣由此進入殼體224的一個或更多個入口 252以及暖空氣柱M4 由此離開殼體2M的一個或更多個出口 254。如圖4、5A和5B中能看到的，暖空氣柱244通過出口 254的向上運動優選地是基本上不被阻塞的，用於在其離開加熱器組件210時形成空氣柱M4的基本層流流動。將理解到，在一個實施例中，格柵組件觀6(圖7、11)優選地定位於出口邪4中或其上，如將被描述的。格柵組件286為了圖示的清楚而從圖4-6中省略。如能從圖4中看到的，在一個實施例中，殼體2M優選地包括可附連至壁18的內部件228以及外部件230，內部件2 和外部件230優選地限定腔226。具體地，內部件228 和外部件230優選地包括分別限定腔226的內表面沈0、沈2。如圖4中所示，在一個實施例中，優選地內部件2 附連至壁18。內部件2 附連至壁18的方式是現有技術中公知的，並且這方面的進一步討論因此是不必要的。本領域技術人員將明白，將加熱器組件210附連至壁18不是必要的，S卩，加熱器組件210可以是可攜式的。如圖4中能看到，出口 2M優選地由內部件2 和外部件230限定。在一個實施例中，內部件2 優選地包括第一上端部分沈4，其基本上是平狀的，並且也基本上豎直地定位，即，基本上與壁18平行。第一上端部分264優選地由第二上端部分265與壁18隔開， 第二上端部分265基本上與壁18正交地定位。優選地，第二上端部分265將第一上端部分 264定位為距離壁18最小的預定距離D1 (圖4)。在一個實施例中，外部件230優選地還包括出口邊緣沈6。如圖4中所示，出口 254 優選地在第一上端部分264和出口邊緣266之間延伸。已經發現，出口 2M可以是大約1. 7 英寸(42毫米)寬。而且，第一上端部分264優選地是大約0. 7英寸(18毫米)長，並且第二上端部分265優選地是大約0. 2英寸(5毫米)長，即，最小預定距離D1優選地是大約 0. 3英寸(8毫米)。熱傳遞元件212優選地分別由內側236和外側238以及分別由頂側240和底側Ml 至少部分地限定(圖4)。如能在圖4和5A中看到的，在一個實施例中，外側238優選地比內側236顯著要長。優選地，側面236、238和240、241是任何適合的長度。例如，在一個實施例中，熱傳遞元件具有長度分別是大約1. 3英寸(34毫米)和3. 7英寸(94毫米)的內側236和外側238以及長度分別是大約2. 6英寸(67毫米)和1. 5英寸(39毫米)的頂側 240和底側241。熱傳遞元件212優選地由任何適合的材料或具有相對較好導熱性的材料例如鋁製成。熱傳遞元件可具有任何適合的厚度或多個厚度。優選地，每個熱傳遞元件具有大約 0.01英寸(0.3毫米)的大致厚度。在一個實施例中，空間『％」、『％」優選地分別限定於內側236和內表面260之間， 以及外側238和內表面262之間(圖4)。熱傳遞元件212的側面236、238優選地與殼體 224的內表面沈0、262分別隔開以便限制熱從熱傳遞元件212傳遞至殼體224。如圖4中所示，在殼體224的內部，空氣柱244分別在內部件2 和外部件230的內表面沈0、262之間延伸。本領域技術人員將明白到，分別通過空間S1和&上升的柱244的部分253、255被加熱至與柱M4的相應內部分246和外部分248相比大約稍微較小的程度。部分253、255由箭頭「E」和「F」示意性地示出(圖4)。在一個實施例中，熱傳遞元件212和內表面沈0、 262之間的距離優選地是大約0. 177英寸(0. 45釐米)和0. 370英寸(0. 94釐米)。優選地，入口 252是大約1.7英寸(44毫米)寬。加熱器組件210優選地在尺寸上類似於常規加熱器10、110，並且希望以這種長度製造。優選地，加熱元件214是任何適合的熱源。本領域技術人員將知道各種適合的熱源。 例如，適合的加熱元件214已經發現為常規的電阻(護罩)加熱元件。優選地，熱傳遞元件212至少部分地限定一個或更多個第一路徑256，柱M4的外部分248的至少一個區段在變暖時沿所述第一路經行進；以及一個或更多個第二路徑 258，柱M4的內部分M6的至少一個區段在其變暖時沿所述第二路逕行進。優選地，第一路徑256比第二路徑258明顯要長，以使得與傳遞至內部分246相比，明顯更多的熱被傳遞至外部分M8。還優選地，殼體2 形成為允許上升的暖空氣柱244在離開殼體時與壁18 至少間隔開距離D1地上升。在圖4中，內部分(由箭頭「A」示意性地示出)示出為由於自然對流而大致向上流動，但是在空氣柱244掃過熱傳遞元件時朝著外部分(由箭頭「B」示意性地示出)抽吸， 因為由於熱傳遞元件引起的空氣柱的差異加熱。如將要描述的，當空氣柱在加熱器組件上方向上運動時(即，由於自然對流)，差異加熱的效果似乎逐漸地消散。然而，看起來，差異加熱的效果實際上足以使壁處的湍流運動得足夠遠，使得條紋顯著減少。如能在圖5D中看到，標識了與壁18緊鄰的區域的三個分離子區域沈3、沈7和 2680在第一子區域沈3中，由於第一端部部分264和第二端部部分沈5的位置，限定出了袋257，其中空氣以有限的程度避開上升的空氣柱。將理解到圖5A-5D中示出的等溫線是大致的，基於計算機產生的圖像的合成，包括由圖4中示出的加熱器組件210的實施例的運行的計算機模擬(即計算流體動力學) 所得到的等溫線。本領域技術人員將理解到，已加熱空氣柱的不同部分由於自然對流的運動方向可從等溫線推斷。還理解到，等溫線實際上隨著時間的過去而一直在變化，並且圖 5A-5D中的等溫線僅表示特定時間下的理想化情形，相信這是代表性的。在離開殼體時，雖然內部分的一部分在內部分和外部分掃過熱傳遞元件時朝著外部分被抽吸，但是內部分的一部分259朝著壁並且沿著壁流動。如圖5A中所示，在離開殼體2 時，空氣柱M4的內部分的所述部分259在掃過第一上端部分264之後朝著壁18部分地側向運動，同時還向上運動。空氣柱的這部分259通過子區域沈3的運動在圖5A、5B 和5C中用箭頭「仏」示意性地示出。在運動通過子區域263之後，空氣柱M4的這部分259至少部分地形成層流邊界層250，沿著壁18向上運動。邊界層250通過子區域267的運動用箭頭「隊」示意性地示出 (圖 5C、5D)。如已知的，邊界層250的層流流動進行直到其轉變為湍流。這認為是由於壁18對邊界層的效應(即粘性力)最終導致邊界層分解成湍流。出於說明性的目的，在圖5D中，朝著湍流的轉變示出為在子區域267和268之間的邊界處發生。在子區域沈8中暖空氣基本上沿著壁18向上的湍流用箭頭「U/』示意性地示出(圖5D)。基於迄今完成的測試，與現有技術的護壁板加熱器相比，顯示了本實用新型的實施例具有顯著降低的引起條紋的趨勢。另外，測試已經示出，甚至相對較小的不規則性(舉例來說，具有彎曲部分的格柵)能在緊鄰加熱器的上方引起充分的湍流以引起一些條紋。從前述中能看到，加熱器組件210避免了在壁18上形成條紋，這至少部分地由於在空氣柱變暖時內部分部分地從壁向外被抽吸的方式以及由於第一上部端部264的基本上豎直的位置和平狀構造。這首先產生了子區域沈3，在子區域沈3中，袋257中的鄰近壁 18的空氣基本上是靜態的。其次，在子區域沈7中，存在邊界層的層流流動。第三，在子區域沈8中(即，加熱器210上方的相當大距離處)，湍流在壁18處形成。另外，如將在下面進一步描述的，加熱器組件210優選地包括格柵子組件觀6，格柵子組件中具有相對較小的元件。據信，由于格柵子組件觀6的元件相對較小，在空氣柱 244上升穿過格柵子組件觀6時康達效果的後果相對不明顯。據信，子區域267中邊界層250的流動是層流的，這部分地由於在空氣柱差異地變暖時至少一部分的內部分朝著外部分被抽吸的方式，並且還由於空氣柱在離開殼體時與壁 18隔開距離Dp這兩個因素被認為引起了子區域沈7中邊界層250的層流流動。子區域267中邊界層250 (即在邊界層具有層流時)的厚度變化，但是其不小於最小距離D2 (圖5A、5B)。儘管邊界層的層流在子區域268處轉變為湍流，但是本實用新型通過實際上將邊界層到湍流的轉變重定位於(與現有技術相比)壁的更靠上的位置而實現了至少減輕條紋的目標。其有益效果在於，在壁處經受湍流的空氣與現有技術相比顯著更冷。尤其，這將使得空氣在變為湍流時不那麼迅速地上升，使得湍流與現有技術相比將更慢。而且，由于格柵組件286包括相對薄的元件，壁處的湍流沿著出口的長度擴散。於是，這種湍流在壁處出現時彌散，因為其在相對較大的面積上展開。如上所述，相信條紋源自於現有技術加熱器上方較短距離處的較暖空氣的湍流， 其中灰塵和泥土顆粒由於湍流撞擊在壁上，並且這種顆粒隨著時間的過去聚集於壁上，形成脫色區域。然而，因為加熱器組件210實際上將變成湍流的轉變位置重定位於壁18上顯著更靠上的位置處，就產生更少的條紋，原因是湍流與現有技術相比不那麼迅速，並且最終與現有技術相比相應地更少的灰塵和泥土顆粒附著於壁。加熱器組件210的一個實施例的俯視圖在圖6中提供。(為了圖示的清楚，格柵組件286從圖6中省略。)如能在圖6中看到的，熱傳遞元件212優選地沿著加熱元件214 彼此間隔開預定距離「X」。優選地，每個熱傳遞元件212直接安裝於加熱元件214上，用於通過對流傳遞熱能。在這個實施例中，路徑256、258定位於間隙X中，即，這些路徑優選地至少部分地由相鄰熱傳遞元件212限定。例如，為了方便在圖6中標識為212b的熱傳遞元件定位於也為了方便標識為21 和212c的熱傳遞元件之間。如能在圖6中看到的，例如， 路徑25乩、25汕至少部分地限定於熱傳遞元件212a、2Ub之間，並且路徑256c、258c也至少部分地限定於熱傳遞元件212b、212c之間。預定距離X可以是任何適合的距離。在一個實施例中，例如，熱傳遞元件212優選地定位成分開大約0. 3英寸(8毫米)。在圖4中，路徑258至少部分地由熱傳遞元件212鄰近內側236的高度(La)限定。 內部分246沿著第二路徑258並且超過其一較短距離(即，在熱傳遞元件212上方的較短距離)的流動用箭頭「A」示意性地示出。類似地，第一路徑256至少部分地由熱傳遞元件212鄰近其外邊緣238的高度(Lb)限定。外部分248沿著第一路徑256並且超過其一較短距離(即，熱傳遞元件212上方的較短距離)的流動用箭頭「B」示意性地示出。在圖4中，內部分246示意性地示出為在熱傳遞元件212的內側236與熱傳遞元件212的中心(在圖4中用中心線「C 」標識)之間延伸。類似地，外部分248示意性地示出為在熱傳遞元件212的外側258與熱傳遞元件212的中心(「C」)之間延伸。將理解到， 僅是為了圖示的清楚，內部分246和外部分248示意性地示出為區別的，並且每個延伸熱傳遞元件212的大約一半。也就是，僅是為了圖示的清楚，第一路徑和第二路徑都示出為延伸至中心線「C」。本領域技術人員將明白，實際上，內部分246和外部分248之間的精確邊界通常將是不存在的，並且將無論如何不會隨著時間消逝而不變。將理解到，由於頂側240與水平線成銳角，空氣柱橫跨其寬度差異地變暖，即，空氣柱中的溫度在頂側240處逐漸增加 (從外側至內側)，即橫跨空氣柱兩側具有溫度差。因此，空氣柱是差異地變暖的單個柱，即在離開加熱器組件時，空氣柱在其外側處比其內側處更暖。在使用中，當加熱器組件210被致動時，在加熱元件214中提供熱。如能在圖4中看到的，當加熱器組件210運行時，來自室R的環境空氣被抽入入口 252，這種環境空氣用箭頭22^i、222b、222c、222d示意性地示出(圖4、5A、5B)。從加熱器201上升的暖空氣柱M4 用箭頭222e.222f.222g和222h示意性地示出(圖5A、5B)。基於計算機產生的圖像(即， 基於計算流體動力學)的等溫線在圖5A和5B中標識為I1Q-I14。熱能夠以任何適合的方式產生或輸送。舉例來說，在一個實施例中，加熱元件214 是電阻加熱元件，並且熱通過使電流通過加熱元件214而產生。本領域技術人員將知道，熱可由加熱元件214以各種方式產生或輸送。當熱傳遞元件212優選地直接緊固至加熱元件 214時，因而產生或輸送的一部分熱優選地通過傳導傳遞至熱傳遞元件212。傳導至熱傳遞元件214的這部分熱的至少一部分優選地由此向外輻射。例如，熱在圖6中沿箭頭「Y」和 「Z」指示的方向從熱傳遞元件212b輻射。因此，如能在圖6中看到的，從相鄰的熱傳遞元件212輻射的熱使沿著具體路徑(例如，256b，在熱傳遞元件21 和212b之間)引導的空氣變暖。如上所示，空氣行進的路徑越長，離開路徑的空氣越暖。由於外路徑256比內路徑 258長，在柱244離開這些路徑時外部分M8比內部分248更暖。而且，由於外部分比內部分更暖，密度更小，並且因此上升更快。最終結果是，在離開路徑256、258之後，由於橫跨空氣柱的溫度差，外部分248密度最低並且是空氣柱上升最快的部分。內部分246至少部分地尾隨外部分248被拉動。如圖5B中所示，相對較薄的邊界層250(層流流動)保持在子區域267中在殼體上方一定高度處緊鄰壁。這是由於空氣柱244在離開第一路徑和第二路徑時至少部分地遠離壁18地引導，S卩，由於內部分傾向於至少部分地跟隨外部分。在離開殼體227時，空氣柱 244與壁18隔開至少預定的距離D1。基於計算機模擬(即，計算流體動力學)的從加熱器組件210上升的已加熱空氣的溫度分布在圖5A和5B中示出。區域ΚΙ、K2和K3在圖5A中示出為分別由溫度梯度限定。標識為Kl的區域是最暖區域，並且標識為K3的區域是最冷區域，並且K2的溫度是中間溫度(圖5A)。本領域技術人員將明白，溫度梯度的位置不是固定的，而是將在加熱器組件210運行時隨著時間的過去而明顯變化。如上面提到的，在一個實施例中，加熱器組件210的殼體的內表面沈0、262分別與熱傳遞元件214隔開距離SpS2(圖4)。在一個實施例中，空氣柱M4的部分253、255上升通過殼體224內部處在熱傳遞元件214和內表面沈0、262之間的空間。部分253靠近柱M4 的內部分對6，並且部分255靠近外部分M8。從熱傳遞元件214輻射的熱傳遞至部分253、 255。然而，由於沒有定位於熱傳遞元件214之間，部分253沒有變暖至內部分246變暖的程度，並且同樣部分255沒有變暖至外部分248變暖的程度。相信是，在空氣柱244離開加熱器組件210時，部分253、255對於柱M4的運動的總體方向或速度沒有顯著的影響。優選地，加熱器組件210包括一個或更多個熱傳遞子組件274(圖幻，用於將熱傳遞至定位於其中的空氣柱M4。每個熱傳遞子組件274優選地定位於壁18處。優選地，每個熱傳遞子組件274包括加熱元件214以提供熱。熱傳遞元件212優選地形成為用於將熱從加熱元件214傳遞至柱M4的外部分248 (遠離壁18地定位)以及內部分246 (靠近壁 18地定位)。優選地，熱傳遞元件212還形成為將顯著更多的熱傳遞至柱的外部分(相比於傳遞至柱的內部分)，以使得外部分比內部分更快地上升，從而朝著外部分抽吸內部分，以使得內部分M6的至少一部分沿著壁18形成層流邊界層250。優選地，熱傳遞子組件274 包括多個附連至加熱元件214的熱傳遞元件212。在一個實施例中，每個熱傳遞元件212優選地至少部分地限定第一路徑256，外部分M8的至少第一區段269沿著第一路逕行進；以及第二路徑258，內部分M6的至少第二區段271沿著第二路逕行進(圖4)。優選地，並且如圖4和5A中所示，第一路徑256比第二路徑258明顯更長，用於將更多的熱傳遞至外部分對8(與傳遞至內部分246相比)。在圖4中，內部分246示出為在離開第二路徑258時沿著部分地側向的方向運動， 以指示在熱傳遞元件上方內部分的至少一部分跟隨外部分。然而，如所示，熱傳遞元件212 具有基本上平狀表面。將理解到，實際上，內部分M6的一部分可能在離開加熱器子組件 274之前朝著外部分側向地運動。如能在圖6中看到的，加熱器組件210優選地包括一個或更多個加熱元件214以提供熱以及多個安裝於加熱元件214上的熱傳遞元件212，用於將熱從加熱元件傳遞至基本上向上運動經過熱傳遞元件212的空氣柱對4。在一個實施例中，在加熱器組件210靠近壁18定位時，每個熱傳遞元件212包括可靠近壁定位的內側236和可遠離壁定位的外側 238。每個熱傳遞元件212優選地形成為將更多的熱傳遞至外部分248 (與傳遞至柱244的內部分246相比)，從而使得外部分M8比內部分246更快地上升，以至少部分地用外部分帶走內部分，用於內部分的至少一部分沿著壁18的層流。優選地，每個熱傳遞元件212形成為在柱244離開加熱器組件210時將內部分246定位為距壁18最小的預定距離Diq優選地，熱傳遞元件至少部分地限定多個第一路徑256，在柱244的外部分248藉助於熱傳遞元件變暖時，柱M4的外部分M8的至少一些部分分別沿著所述第一路徑256 引導。在一個實施例中，還優選地，第一路徑比至少部分地由熱傳遞元件限定的多個第二路徑要長，柱的內部分分別沿著所述第二路徑引導。而且，與在其內側236處相比，每個熱傳遞元件在其外側238處顯著更高，第一路徑256和第二路徑258構造為使得外部分248和內部分246分別從靠近每個熱傳遞元件212的相應外側和內側的地方離開。優選地，每個第一路徑256和第二路徑258至少部分地由定位為彼此相鄰的熱傳遞元件限定。如能在圖4中看到的，在一個實施例中，加熱器組件210優選地還包括殼體 224，其至少部分地限定腔，加熱元件和固定於其上的熱傳遞元件可接收於所述腔中。優選地，殼體2 包括一個或更多個形成暖空氣柱的空氣由此進入殼體224的入口 252，以及一個或更多個暖空氣柱244由此離開殼體的出口 254。優選地，暖空氣柱通過出口 2M的向上運動是基本上不受阻礙的，在柱離開殼體224時引起柱M4的明顯層流流動。還優選地，在空氣柱離開殼體224時，殼體224將柱244定位為與壁18隔開最小的預定距離D1。如能在圖7中看到的，在一個實施例中，殼體2M包括背板278、面板280和裝配到面板觀0的端部上並且也裝配到背板278上的端部觀2、觀4。如也能在圖7中看到的，背板278和面板280優選地在其間限定出口 254(圖4)。在一個實施例中，殼體2M優選地還包括定位於出口 2M中的格柵子組件觀6。如能在圖11和12中看到的，格柵子組件286優選地包括一個或更多個細長元件 287以及一個或更多個橫向元件觀8，橫向元件288優選地沿著細長元件287的相應長度間隔地連接至細長元件觀7。細長元件287和橫向元件288優選地連接成使得橫向元件觀8 支撐細長元件觀7，並且反之亦然。優選地，使得經過翅片212並通過殼體224的氣流中的中斷最小化。這是由於在暖空氣柱離開殼體2M時提供顯著層流以在加熱器組件210上方在子區域267中鄰近壁維持邊界層250的重要性。因此，如能在圖10中看到的，細長元件287和橫向元件288形成為用於空氣柱的基本上不受阻礙的運動。優選地，格柵元件觀7、288相對較薄，以使得引入暖空氣柱中的湍流最小化。本領域技術人員將知道，根據應用，細長元件287和橫向元件288可具有各種形狀的橫截面。舉例來說，並且如能在圖7和9-12中看到的，每個細長元件287是基本上矩形橫截面，並且每個橫向元件288是基本上圓形橫截面。在一個實施例中，優選地，細長元件 287是大約0.04英寸(1毫米)寬和大約0.4英寸(9毫米)高。而且，優選地，橫向元件具有大約0. 125英寸(3. 2毫米)的直徑。如能在圖11和12中看到的，在一個實施例中，橫向元件288優選地在背板278和面板280之間延伸(圖11)。從前述描述中，本領域技術人員將明白，更小的橫向元件觀8 對通過出口 2M離開的向上暖空氣流動造成少得多的中斷，因而在殼體上方的區域中產生少得多的湍流。而且，並且如圖11中能看到的，細長元件287形成為基本上橫跨出口 254 延伸。類似地，殼體中的處於潛在地影響氣流的位置處的其它元件製成為儘可能小和/ 或薄，以最小化氣流的中斷。舉例來說，殼體2M優選地包括一個或更多個下部支撐元件四0(用於支撐加熱元件214)以及一個或更多個用於支撐格柵子組件286的上部支撐元件 292.如能在圖12中看到的，下部支撐元件290和上部支撐元件292優選地相對較薄。舉例來說，已經發現大約0. 04英寸(0. 9毫米)厚的下部支撐元件290和上部支撐元件四2 是適合的。殼體324的替代實施例在圖13和14中示出。在背板378和面板380之間延伸的殼體3M優選地包括基本上矩形的橫向元件388。如能在圖13和14中看到的，筋388相對較薄。每個橫向元件388的相對較小厚度認為是有利的，原因是認為對於通過出口邪4的向上暖空氣流產生非常小的中斷。橫向元件388基本上是矩形橫截面。橫向元件388優選地具有大約0. 04英寸(0. 9毫米)的厚度。在一個實施例中，加熱至少部分地由基本上豎直的壁18限定的室中的空氣的方法421包括首先提供一個或更多個加熱元件214以提供熱的步驟(圖15，步驟42 。接著，提供一個或更多個熱傳遞元件212，用於將熱從加熱元件214傳遞至空氣柱M4 (步驟 425)。每個熱傳遞元件212優選地相對於壁18定位於預定位置中(步驟427)。最後，在熱傳遞元件的作用下，空氣柱遠離壁18的外部分比空氣柱靠近壁18的內部分更多地被加熱，以使得外部分比內部分更快地上升，用於至少部分地由外部分帶走內部分，用於內部分的至少一部分沿著壁的層流(步驟433)。從前述中能看到，熱傳遞元件的預定位置處於內側距壁大約0. 4英寸(10毫米) 處。在另一個實施例中，方法421優選地還包括通過所述至少一個熱傳遞元件至少部分地限定外部分的至少第一區段沿著其引導的第一路徑以及內部分的至少第二區段沿著其引導的第二路徑的步驟(步驟43 。還優選地，本實用新型的方法包括允許柱基本上不受阻礙地離開第一路徑和第二路徑以用於其層流的步驟(步驟437)。從前述中能看到，在本實用新型的加熱器組件的一個實施例中，加熱器組件優選地包括用於相對於內部分的至少第二區段使外部分的至少第一區段加速的裝置274，以使得外部分比內部分更快地上升以使得內部分至少部分地由外部分帶走，引起內部分的至少一部分沿著壁的層流。本領域技術人員將明白，可使用各種用於相對於內部分使外部分加速的裝置，包括無需依靠如上所述的由於自然對流引起的橫跨空氣柱的溫度差的裝置。然而，優選地，任何這種用於加速的裝置不會引起暖空氣在離開加熱器時的顯著湍流。將理解到，本實用新型的熱傳遞元件能用於採用自然對流的任何加熱器組件中， 即，這種熱傳遞元件能用於除了靠近壁(或安裝於其上)定位的護壁板加熱器以外的加熱器中。本領域技術人員將明白，本實用新型能採用很多形式，並且這些形式處於如權利要求限定的本實用新型的範圍內。因此，所附權利要求的精神和範圍將不限於這裡包含的優選方案的描述。
1權利要求1.一種加熱器組件，該加熱器組件將定位於基本上豎直的壁處用於加熱至少部分地由所述壁限定的室中的空氣，其特徵在於，所述加熱器組件包括至少一個加熱元件，以提供熱；至少一個熱傳遞元件，其安裝於所述至少一個加熱元件上，用於將熱從所述至少一個加熱元件傳遞至基本上向上運動經過所述至少一個熱傳遞元件的空氣柱，所述空氣柱包括靠近壁定位的內部分和遠離壁定位的外部分；並且所述至少一個熱傳遞元件被形成為與傳遞至空氣柱的內部分相比將顯著更多的熱傳遞至空氣柱的外部分，以使得外部分比內部分更快地上升，用於至少部分地由外部分帶走內部分，使得內部分的至少一部分形成沿著壁流動的層流邊界層。
2.根據權利要求1的加熱器組件，另外包括在其中至少部分地限定腔的殼體，所述至少一個加熱元件和安裝於所述至少一個加熱元件上的所述至少一個熱傳遞元件能夠接收於所述腔中，所述殼體包括至少一個入口，形成空氣柱的空氣通過所述入口進入殼體；以及至少一個出口，變暖的空氣柱通過所述出口離開殼體。
3.根據權利要求2的加熱器組件，其中暖空氣柱通過所述至少一個出口的向上運動是基本上不受阻礙的，用於在所述空氣柱離開加熱器組件時所述柱基本上層流地流動。
4.根據權利要求2的加熱器組件，另外包括格柵子組件，所述格柵子組件包括被形成為用於空氣柱的基本上不受阻礙的向上運動的至少一個格柵元件。
5.根據權利要求1的加熱器組件，其中所述至少一個熱傳遞元件至少部分地限定第一路徑，在所述空氣柱變暖時所述空氣柱的外部分的至少第一區段沿著第一路逕行進；以及第二路徑，在所述空氣柱變暖時所述空氣柱的內部分的至少第二區段沿著第二路逕行進，第一路徑比第二路徑顯著更長，從而與傳遞給內部分相比將顯著更多的熱傳遞至外部分。
6.根據權利要求1的加熱器組件，其中殼體被形成為將上升的暖空氣柱定位成在所述空氣柱離開殼體時與壁隔開至少最小的預定距離。
7.一種熱傳遞子組件，用於將熱傳遞至定位於其中的空氣柱，所述熱傳遞子組件定位於基本上豎直的壁處，其特徵在於，所述熱傳遞子組件包括至少一個加熱元件，以提供熱；至少一個熱傳遞元件，用於將熱從所述至少一個加熱元件傳遞至所述空氣柱的遠離壁定位的外部分以及所述空氣柱的靠近壁定位的內部分；並且所述至少一個熱傳遞元件被形成為與傳遞至空氣柱的內部分相比將顯著更多的熱傳遞至空氣柱的外部分，以使得外部分比內部分更快地上升，用於朝著外部分抽吸內部分，使得內部分的至少一部分形成沿著壁流動的層流邊界層。
8.根據權利要求7的熱傳遞子組件，其中所述至少一個熱傳遞元件至少部分地限定 第一路徑，外部分的至少第一區段沿著第一路逕行進；以及第二路徑，內部分的至少第二區段沿著第二路逕行進。
9.根據權利要求8的熱傳遞子組件，其中第一路徑比第二路徑顯著更長，用於與傳遞至內部分相比將更多的熱傳遞至外部分。
10.一種加熱器組件，其適合於定位於至少部分地限定室的基本上豎直的壁處，用於加熱室中的空氣，其特徵在於，所述加熱器組件包括至少一個加熱元件，以提供熱；多個熱傳遞元件，其安裝於所述至少一個加熱元件上，用於將熱從所述至少一個加熱元件傳遞至基本上向上運動經過所述熱傳遞元件的空氣柱；每個所述熱傳遞元件包括當加熱器組件靠近壁定位時能靠近壁定位的內側以及能遠離壁定位的外側；並且每個所述熱傳遞元件被形成為與傳遞給空氣柱的靠近壁定位的內部分相比將更多的熱傳遞至空氣柱的遠離壁定位的外部分，用於使得外部分與內部分相比更快地上升並且至少部分地由外部分帶走內部分，用於內部分的至少一部分沿著壁的層流流動。
11.根據權利要求10的加熱器組件，其中每個所述熱傳遞元件被形成為在空氣柱離開加熱器組件時將內部分定位在距壁最小的預定距離處。
12.根據權利要求10的加熱器組件，其中熱傳遞元件至少部分地限定多個第一路徑， 在空氣柱由熱傳遞元件變暖時空氣柱的外部分沿著所述第一路徑指向，第一路徑比至少部分地由熱傳遞元件分別限定的多個第二路徑要長，空氣柱的內部分沿著所述第二路徑引導。
13.根據權利要求10的加熱器組件，其中每個所述熱傳遞元件在其外側處與在其內側處相比顯著更高，第一路徑和第二路徑構造成使得外部分和內部分分別在靠近熱傳遞元件的相應外側和內側的地方離開。
14.根據權利要求13的加熱器組件，其中每個所述第一路徑和每個所述第二路徑分別至少部分地由彼此相鄰定位的熱傳遞元件限定。
15.根據權利要求10的加熱器組件，另外包括在其中至少部分地限定腔的殼體，所述至少一個加熱元件和安裝於所述加熱元件上的熱傳遞元件能夠接收於所述腔中，所述殼體包括至少一個入口，形成變暖的空氣柱的空氣通過所述入口進入殼體；以及至少一個出口，變暖的空氣柱通過所述出口離開殼體。
16.根據權利要求15的加熱器組件，其中變暖的空氣柱通過所述至少一個出口的向上運動是基本上不受阻礙的，從而在空氣柱離開殼體時引起空氣柱的顯著層流。
17.根據權利要求15的加熱器組件，其中殼體將空氣柱定位成在空氣柱離開殼體時與壁隔開最小的預定距離。
18.一種加熱器組件，其適合於定位於基本上豎直的壁處，用於加熱至少部分地由所述壁限定的室中的空氣，其特徵在於，所述加熱器組件包括至少一個加熱元件，以提供熱；至少一個熱傳遞元件，其安裝於所述至少一個加熱元件上，用於將熱從所述至少一個加熱元件傳遞至基本上向上運動經過所述至少一個熱傳遞元件的空氣柱，所述空氣柱包括靠近壁定位的內部分以及遠離壁定位的外部分；以及用於相對於內部分的至少第二區段使空氣柱的外部分的至少第一區段加速的裝置，以使得外部分與內部分相比更快地上升，使得內部分至少部分地由外部分帶走，從而引起內部分的至少一部分沿著壁的層流流動。
專利摘要一種加熱器組件以及一種熱傳遞子組件，將定位於基本上豎直的壁處用於加熱空氣，包括一個或更多個加熱元件以及一個或多個熱傳遞元件，熱傳遞元件安裝於加熱元件上用於將熱傳遞至基本上向上運動經過熱傳遞元件的空氣柱。空氣柱包括定位為靠近壁的內部分和定位為遠離壁的外部分。每個熱傳遞元件形成為與空氣柱的內部分相比將顯著地更多的熱傳遞至空氣柱的外部分，以引起外部分比內部分更快地升高，用於至少部分地由外部分帶走內部分，以使得內部分的至少一部分形成沿著壁流動的層流邊界層；以及一種熱傳遞子組件和加熱至少部分地由基本上豎直的壁限定的室中的空氣的方法。相比現有技術，本實用新型不會引起暖空氣在離開加熱器時的顯著湍流，從而減少條紋的產生。
文檔編號F24D15/02GK202221125SQ201120255858
公開日2012年5月16日 申請日期2011年7月13日 優先權日2010年7月13日
發明者G·昂斯沃思, K·斯廷森 申請人:丁普萊克斯北美有限公司