多维陶瓷燃烧器表面的制作方法

多维陶瓷燃烧器表面
1.相关申请的交叉引用
2.本申请包括于2019年10月17日提交的美国临时申请no.62/916,565和于2020年7月28日提交的美国临时申请no.63/057,629的公开内容。美国申请no.62/916,565和no.63/057,629的全部公开内容通过引用并入本文。本申请在适当的程度上要求美国临时申请no.62/916,565和no.63/057,629的优先权。


背景技术：

3.便携式和固定式的天然燃气或丙烷燃气红外加热器通常使用饰板。典型的饰板的尺寸在4平方英寸至40平方英寸的范围内或更大。它们可以是正方形、矩形、圆形或不规则形状。每个饰板具有平坦的表面，并且带有布置成图案的许多非常小的孔(细孔)，每个孔的测量直径为大约1mm或更小。这些孔垂直于前表面和后表面并且布置成几何(蜂窝)图案。例如，参见图1中所示的现有技术饰板和图2所示的结合有两个饰板的燃烧器组件12。该气体燃烧器饰板可用于各种工业，包括商业和住宅加热、食品烹饪和工业过程加热。它在便携式加热应用中也是非常普遍的。


技术实现要素：

4.一种用于辐射加热系统的饰板，饰板可包括限定外表面的主体和限定在主体内的多个孔，其中多个孔中的至少一些孔与多个孔中的至少一些其它孔以非平行关系(a non-parallel relationship)设置。
5.在一些示例中，主体外表面是平面的。
6.在一些示例中，外表面在第一方向上弯曲。
7.在一些示例中，外表面在多于一个方向上弯曲。
8.在一些示例中，外表面在第一方向上弯曲并且在与第一方向正交的第二方向上弯曲。
9.在一些示例中，多个孔中的每一个被设置成与外表面大致正交。
10.燃烧器组件可以包括以阵列布置的多个饰板，每个饰板包括限定外表面的主体和限定在主体内的多个孔，其中多个孔中的至少一些孔与多个孔中的至少一些其它孔以非平行关系设置，其中相邻饰板的外部孔相对于彼此形成非零接近角(a non-zero approach angle)。
11.在一些实例中，每个饰板的主体的外表面是平面的。
12.在一些实例中，每个饰板的外表面在第一方向上弯曲。
13.在一些实例中，每个饰板的外表面在多于一个方向上弯曲。
14.在一些实例中，每个饰板的外表面在第一方向上弯曲，并且在与第一方向正交的第二方向上弯曲。
15.在一些实例中，每个饰板的多个孔中的每一个被设置成与外表面大致正交。
16.一种便携式加热器，其可包括具有手柄的壳体、由壳体支撑的燃料源以及与燃料
源流体连通并位于壳体内的燃烧器组件。燃烧器组件可以包括一个或多个饰板，饰板包括限定外表面的主体和限定在主体内的多个孔，其中多个孔中的至少一些孔与多个孔中的至少一些其它孔以非平行关系设置。
17.在一些示例中，燃料源是便携式丙烷罐。
18.在一些示例中，外表面在第一方向上弯曲。
19.在一些示例中，外表面在多于一个方向上弯曲。
20.在一些示例中，外表面在第一方向上弯曲并且在与第一方向正交的第二方向上弯曲。
21.在一些示例中，多个孔中的每一个被设置成与外表面大致正交。
22.一种用于辐射加热系统的饰板，饰板可包括主体以及多个孔，主体限定弯曲的外表面，主体具有纵向轴线，多个孔限定在主体内，其中多个孔中的至少一些与外表面以非正交关系设置。
23.在一些示例中，外表面在主体的两侧之间在第一方向上弯曲。
24.在一些实例中，孔具有约1.2毫米的直径。
25.在一些实例中，多个孔被定向成使得所有孔彼此平行。
26.在一些实例中，至少一些孔平行于纵向轴线。
27.一种用于辐射加热系统的加热元件，加热元件可包括主体和多个孔，该主体限定内表面和弯曲的外表面，该主体具有纵向轴线，多个孔在内表面和外表面之间延伸穿过所述主体。
28.在一些示例中，整个外表面是弯曲的。
29.在一些示例中，外表面沿着恒定半径弯曲。
30.在一些示例中，内表面是弯曲的。
31.在一些示例中，外表面关于一个纵向轴线对称。
32.在一些示例中，外表面在第一侧和第二侧之间弯曲。
33.在一些示例中，外表面在一个方向上弯曲。
34.在一些示例中，外表面在两个方向上弯曲。
35.在一些实例中，多个孔中的至少一些孔与外表面以非正交关系设置。
36.在一些实例中，多个孔中的一些孔与多个孔中的至少一些其它孔以非平行关系设置。
37.加热器可包括壳体、位于壳体内的燃烧器，以及具有前述特征中的任一特征的饰板或加热元件，饰板或加热元件位于壳体内并靠近燃烧器。在一些示例中，加热器可以是便携式的并且设置有手柄。
38.一种加热器，例如便携式加热器，可以包括壳体、位于壳体内的燃烧器、位于壳体内并靠近燃烧器的饰板，饰板包括主体和多个孔，主体限定弯曲的外表面，主体具有纵向轴线，多个孔限定在主体内。
39.在一些实例中，多个孔中的至少一些与外表面以非正交关系设置。
40.在一些实例中，多个孔中的一些孔与多个孔中的至少一些其它孔以非平行关系设置。
41.在以下描述中将阐述各种附加方面。这些方面可以涉及单独的特征和特征的组
合。应当理解，前文的一般性描述和下文的详细描述都仅仅是示例性和说明性的，而不是对本文公开的示例所基于的广义发明概念的限制。
附图说明
42.并入说明书并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的几个方面。下面是附图的简要说明。
43.图1是能够用于红外加热器应用的现有技术饰板的透视图。
44.图2是图1所示的粘接在一起并且安装在燃烧器壳体中的一对现有技术饰板的透视图。
45.图3是根据本公开的包括加热元件的燃烧器部分的俯视图。
46.图4是图3所示的燃烧器部分的透视图。
47.图5是图3所示的燃烧器部分的透视图。
48.图6是图3所示的燃烧器部分的透视截面图。
49.图7是包括多个图3所示燃烧器部分的燃烧器组件的透视图。
50.图8是图6所示的燃烧器组件的一部分的俯视图。
51.图9是根据本公开的示例性加热元件的透视图。
52.图10是图9所示的加热元件的剖视图。
53.图11是根据本公开的示例性加热元件的透视图。
54.图12是图11所示的被布置成提供360度加热配置的多个加热元件的透视图。
55.图13是根据本发明的示例性的加热元件配置的示意性俯视图。
56.图14是根据本公开的示例性加热元件的透视图。
57.图15是图14所示的加热元件的正视图。
58.图16是图14所示的加热元件的俯视图。
59.图17是图14所示的加热元件的横截面俯视图。
60.图18是被配置成并入本公开的加热元件的便携式加热器的示意前视图。
具体实施方式
61.下面参考附图详细描述各种示例，其中贯穿几个视图，相同的附图标记表示相同的部件和组件。对各种示例的引用并不限制所附权利要求的范围。另外，本说明书中所阐述的任何示例不旨在限制，而仅仅是阐述所附权利要求的许多可能的示例中的一些。参考附图，其中相同的附图标记对应于多个附图中的相同或相似的部件。
62.参考图1和图2示出了现有技术设计，饰板10通常被附接到具有入口管14的金属燃烧器壳体12，空气和燃气在该入口管处混合。饰板10可以在任何地方提供每平方英寸300-400btu/hr。图2示出了具有两个粘接在一起的饰板10的单个燃烧器组件1。当需要运行单个燃烧器1时，打开燃气阀并允许燃气流入燃烧器壳体的入口管14中，在入口管处燃气与空气混合。该混合物流入燃烧器室中并通过穿过饰板10设置的孔流出。在燃烧器饰板的前面设置引燃器(火焰)，以点燃流过的气体混合物。由于在覆盖饰板的表面的不可见火焰的附近存在如此多的穿过饰板的小孔，饰板开始发红光和产生热红外和热辐射。大部分热辐射垂直于表面传播，因此它们沿着它们指向的方向进行加热。
63.当需要更大的加热能力时，这些饰板10中的多个饰板在水平方向上彼此相邻排列。在这种情况下，引燃器(a pilot light)被置于中间燃烧器的前面。当气体开始流入多个燃烧器(例如3个或5个燃烧器)时，首先点燃中间燃烧器，同时气体仍然流入相邻的燃烧器1，在这一点上，来自点燃的燃烧器1的火焰方向和来自未点燃的燃烧器的气体流动方向处于(或接近)平行方向。当未点燃的燃烧器耗散气体时，气体积聚在未点燃的燃烧器前面。来自中心燃烧器的热量和少量火焰最终点燃相邻的燃烧器。这导致了延迟点燃。在大多数情况下，延迟点燃在燃烧器组件前面产生短暂的火球。延迟点燃是可以接受的，然而仍然是明显的。相对于5燃烧器系统，这种延迟点燃在3燃烧器系统上发生得更快。在较大的系统中，这种延迟可能花费5到10秒，并且产生持续几秒钟的包含但非常明显的火焰爆发。
64.有许多方法来消除多个燃烧器饰板类型加热器上的延迟点燃。一种解决方案是在每个燃烧器组件的前面放置引燃器。即使当加热器关闭时，这种系统也将通过引燃器消耗燃料。这种解决方案也将增加设备成本，并且对控制每个引燃器产生挑战。这种方法从多个方面来说是不利的。
65.与组件中的每个燃烧器同时点燃相比，中心燃烧器点燃是有利的，但是在不显著增加能耗和设备成本的情况下可能是困难的。这些目的可以通过配置加热元件或饰板来实现，使得热量沿直接路径传递到相邻燃烧器。
66.根据本公开，并参考图3至图7，公开了一种燃烧器部分(a burner section)100，其包括由壳体102保持的加热元件110，该壳体连接到容纳燃烧器喷嘴106的燃烧器管104。如图所示，加热元件110被配置为具有孔(pores)112的饰板110，气体可以流过孔112。饰板110是弯曲的，以允许孔112同时垂直地指向饰板110的外表面110a，以便沿径向方向指向。在一些示例中，饰板110由堇青石(即，硅酸镁铝)陶瓷材料形成。因此，饰板110可以被称为陶瓷饰板。在一些示例中，首先在平坦的未固化材料中形成孔112，然后该材料随后被弯曲，然后例如通过烧制使该材料固化以形成成品饰板。在一些示例中，首先成形未固化的材料以限定弯曲的外表面，然后在材料中形成孔，之后材料被固化。
67.多个饰板110可以以并排布置的方式彼此相邻地定位，以形成燃烧器组件200，如图7所示。然后，来自一个弯曲饰板110的火焰更靠近来自相邻弯曲饰板110的燃气流。因此，在引燃器定位在中心饰板110下方的情况下，在每侧上的相邻饰板100将被快速点燃，进而导致两个外边的饰板100在此后不久也点燃。参照图8，可以看出，相邻饰板110的孔112不是平行定位的，而是彼此成角度，以便产生接近角(an angle of approach)a1。由弯曲的饰板110的半径提供的接近角a1改善了点燃并减少了点燃延迟。在所示的示例中，接近角a1是孔112之间的角，该接近角a1为大约31度。其它非零角度也是可能的。弯曲的饰板110也有助于将热辐射至更大的半径，因为辐射热大部分垂直于辐射表面传播。
68.参考图9和图10，另一种获得所述接近角而不提供弯曲的饰板的方法是提供具有多排孔112的平面饰板110。饰板10的一排或多排外排孔112a相对于饰板110的外表面以斜角a2设置。在这种配置中，一排或多排内排孔112b可以与外表面110a成斜角地定位或正交地定位。在所示的示例中，五排成角度的外排孔112a设置在饰板110的每一侧上，四排成角度的外排孔112a设置在饰板110的顶部和底部上，其余内排孔112b是正交定位的孔112。其它配置也是可能的。当这种类型的饰板110以单排或多排阵列彼此相邻地放置时，在相邻的饰板110之间形成等于角度a2两倍的接近角。在这种配置中，专用的外排孔112a将热量和火
焰从首先点燃的饰板10引导至相邻饰板，因此减少了延迟点燃。在所示的示例中，角度a2与垂直方向大约成15度。然而，根据特定应用的需要，可以选择外部孔112的角度来控制接近角。
69.参考图10和图11可以看出，弯曲的饰板110可以在两个方向上弯曲以产生多弯曲饰板110，而不是图3至图7所示的单方向弯曲。利用这种配置，弯曲的饰板110可以以甚至更大的总半径辐射热量。如图11所示，这种弯曲的饰板110也可以被堆叠或布置，以创建放射状、球形或半球形的辐射加热器。在图11所示的示例中，每个饰板10在一个方向上弯曲90度，使得可以由四个单独饰板110形成球体。其它配置也是可能的。在一个实例中，多弯曲饰板110以类似于图6所示的装置彼此相邻放置。多弯曲饰板110也可以布置成多行阵列，使得沿着饰板110的每侧存在孔112之间的非零接近角。在不脱离本文所提出的概念的情况下，可提供产生非零接近角的饰板10的其它尺寸、形状和配置。
70.参照图13可以看出，通过将两个饰板110以一定角度相对于彼此定位以产生凹型布置，可以在具有与外表面110a正交设置的孔112的两个相邻饰板110之间产生非零接近角。
71.参考图14至图17，示出了弯曲饰板或加热元件110的示例，其中外表面110a在单个方向上弯曲，以便具有关于中心点c的半径r，该中心点c穿过加热元件110的纵向轴线x。如图所示，外表面110a在顶侧110b、底侧110c、第一侧110d和第二侧110e之间延伸。在一个方面，表面110a的弯曲可以表征为围绕第一轴线c以侧边到侧边的方式(in a side to side manner)形成的弯曲(即，在两侧110d、110e之间弯曲)。因此，两侧110d、110e相对于彼此以相同的角度设置。在所示的示例中，加热元件110弯曲0度到90度之间的角度，并且在一些示例中，弯曲10度到60度之间的角度，并且在一些示例中，弯曲50度到60度之间的角度。在所示的示例中，加热元件110弯曲大约57度的角度。
72.尽管外表面110a仅在一个方向上围绕单个轴线弯曲，但外表面110a可围绕垂直于第一轴线的不同轴线弯曲，使得外表面设置有顶部到底部的弯曲(即，在顶侧110b和底侧110c之间弯曲)而不是所描绘的侧边到侧边弯曲。在一些示例中，外表面可以在两个方向上弯曲。与图3所示的示例相比，图14至图17中的加热元件110的孔112彼此平行地布置，并且与加热元件110的纵向轴线x平行。因此，最中心的孔112在靠近纵向轴线处大致正交于外表面110a，并且在靠近两侧110d、110e处逐渐倾斜于纵向轴线。从将孔112更容易地制造成加热元件110的角度来看，这种构造是有利的。在所示的示例中，加热元件110设有直径约为1.2mm的4,571个孔112。可以使用更多或更少的不同直径的孔。所示的示例还包括在外表面110a中的菱形辐射表面图案。
73.参照图18可以看出，可以将包括本公开的一个或多个弯曲饰板/加热元件110的燃烧器部分或组件100，例如图3和图14的弯曲饰板110，结合到便携式加热器300中，该便携式加热器具有壳体310、手柄312、支撑脚314、用于将气体引导到燃烧器组件100的控制器316，以及用于将气体提供到燃烧器组件的燃料箱318，例如标准的丙烷罐。
74.从前文的详细描述中，显而易见的是，在不脱离本公开的各方面的精神或范围的情况下，可以对这些方面进行修改和变型。虽然已经详细描述了用于执行本教导的许多方面的最佳模式，但是这些教导所涉及的领域的技术人员将认识到用于实施本教导的所附权利要求的范围内的各种替代方面。