本申请基于35u.s.c.第119章要求2017年1月9日提交的、发明名称为“steambasedfauxfirplace(基于蒸汽的人造壁炉)”的、美国申请号为no.62/444,073的美国临时专利申请的优先权，该美国临时专利申请的教导整体并入本文。
本公开涉及为家庭、公寓住宅和其它受限位置产生逼真的人造火焰的人造壁炉。
背景技术：
通常，当真正的燃木壁炉是不允许或不是优选的时候，在个人住宅、托管公寓和公寓住宅等中使用人造壁炉来产生人造(合成或模拟)的火焰。典型的人造壁炉包括电壁炉和燃气壁炉。
本公开包括一种基于蒸汽的人造壁炉，其被设计用于消除通常与燃气壁炉相关的挑战和缺点，而不损害火焰的真实性。燃气壁炉有两个主要缺点：1)安装限制(必须有可用的气体管线，并且特定的位置受到排气要求的限制)；2)燃气在不需要或甚至不希望加热的地方产生高热量。本公开的蒸汽壁炉提供类似于气体壁炉的三维天然随机火焰外观，却没有安装限制和热量问题。
技术实现要素：
一种基于蒸汽的人造壁炉，其包括：锅炉，该锅炉被构造为接收流体并产生蒸汽；以及歧管，该歧管被构造为接收来自锅炉的蒸汽并排出蒸汽，以在输出端处产生蒸汽羽流。该歧管具有导管，该导管被构造为接收来自贮存部的流体，并将该流体围绕歧管迂回输送(routeabout)，以在流体被输送到锅炉之前加热该流体。由于所排出的蒸汽，歧管已经被加热。这种构造在流体被提供给锅炉之前对流体进行预热，从而允许使用较小的低功率锅炉，因为歧管起到了流体预热器的作用。从该低功率锅炉产生非常逼真的具有相当长度的人造火焰。另外，歧管包括偏转器，该偏转器被构造为从所述输出端接收冲击蒸汽，使得蒸汽失去一些能量并围绕偏转器翻腾，然后被照亮以产生逼真外观的火焰。
附图说明
图1示出了人造壁炉的透视前视图；
图2a和图2b示出了移除了端壁和玻璃面的、图1的人造壁炉的侧透视图；
图3示出了延伸到歧管和从歧管延伸的锅炉、贮存部和导管的局部视图；
图4示出了孔口；
图5示出了歧管和灯条的端视图；
图6示出了蒸汽能量偏转器和唇部；
图7示出了在蒸汽能量偏转器使偏转的蒸汽在唇部下方和周围翻滚之后的蒸汽冲击；
图8示出了锅炉；
图9a-1、图9a-2和图9b示出了联接到该系统的控制电子装置；
图10a和图10b示出了操作该人造壁炉的算法的操作流程图；
图11示出了用户接口；并且
图12示出了遥控器按钮和led。
具体实施方式
根据本公开的人造壁炉是燃气壁炉和电壁炉两者的可行替代方案，具有以下市场优势：
与电壁炉相比更加逼真的人造火焰。
提高的安全性——消除了来自热、燃烧、烟气和气体泄漏的伤害。
位置灵活性——可放在任何地方，因为不需要通风或管道系统。在气体壁炉工作时，燃气壁炉不需要通往顶部或外墙的通道。
电视安全柜——最流行的壁炉安装方案之一是在平板电视下面。然而，燃气壁炉产生的热量会缩短电视机的使用寿命。本公开的人造壁炉不产生这种破坏性的热量。
对生态环境友好——基于蒸汽的技术使用电力和水，而不是直接燃烧天然气或丙烷，因此对于没有燃气壁炉直接碳排放的环境来说，它被认为是更好的。
较低的前期成本——相当于燃气壁炉的50％-70％的成本。
较低的持续运行成本——每天使用燃气或丙烷的成本更低。
图1和图2a描绘了基于蒸汽的独立式人造壁炉10。可以看出，壁炉10具有大致纵长的矩形壳体12，该壳体12包括腔体14，该腔体14包括被构造为产生基于蒸汽的被照亮的人造火焰的歧管16。歧管16位于腔体14的底部，并且如图所示地由安置在壁炉10的一端中的锅炉单元18供给蒸汽。锅炉单元18具有由控制电子装置22控制的低功率锅炉20。控制电子装置22包括锅炉单元18中的电路板和如图所示的主电路板(参见图9a-1和图9a-2)。锅炉20是在计算机控制的设置下高效地产生蒸汽的小型压力容器，并且具有降低的功率需求和耗水量。该蒸汽发生系统和控制电子装置的细节在图9a-1和图9a-2中示出，稍后将更详细地对其进行描述。
壁炉10在腔体14的顶部处具有排气组件24，该排气组件24被构造为选择性地从腔体14内排出水分。该排气组件具有一对风扇26和出口28，所述一对风扇26被构造为从歧管16上方抽取水分，出口28在所述一对风扇26上方被构造为将抽取的水分排放到周围环境中。壁炉10具有横跨壳体12的前侧开口延伸的可伸缩玻璃面板30，并且当轨道31形成在相对的侧壁32中时，该玻璃面板30可以像车库门一样向上缩回到腔体14中，以允许人接近(access)歧管16和控制电子元件22。壳体12的后面板17可以包括由金属等构成的实心面板，并且如果期望具有透视壁炉10，则壳体12的后面板17可以包括另一个玻璃面板。可移除的内部面板19允许从腔体14内接近锅炉单元18和锅炉20、控制电子装置22、导管、滤水器、水泵和其它特征件。
参考图3，壁炉10具有形成在壳体12的底部中的、在歧管16下方的水贮存部40，该贮存部40被构造为保持水。水泵42被构造为经由包括管道的柔性导管44从贮存部40可控地抽取水。水位传感器43位于贮存部40中，并且将水位信息提供给控制电子装置22(图9a-1和图9a-2、图9b)。如图9a-1和图9a-2和图9b所示，可更换的滤水器45可与导管44对齐以从水中滤除微粒。
有利地，导管47将从泵42所抽取的水输送至第一导管46，第一导管46在近侧上沿着歧管的长度一体地且刚性地形成在纵长歧管16中。这将使导管46中的水被歧管16排出的加热蒸汽加热，如下文将讨论的。如图5所示，柔性导管50在导管46的远端处接收被部分加热的水，并将该部分加热的水输送回到第二导管52，第二导管52也一体地形成在伸长歧管16中并沿着歧管16的后下侧延伸。这使得水被歧管16排出的蒸汽进一步加热。如图3所示，柔性导管54接收被加热的水，并且经由止回阀56将被加热的水输送至锅炉20。止回阀56被构造为防止水返回到贮存部并保持锅炉20中的蒸汽压力。从泵42沿着歧管的两侧的独特水路线形成预热器，水在锅炉20中沸腾之前，该预热器将水加热。该构造从排放物中回收蒸汽能量用于人造火焰效果。所回收的热量提高了效率，从而允许使用更小的高效锅炉20，因为需要更少的能量来将预热的水加热到100-130℃(取决于锅炉压力设置)的沸腾温度。锅炉可以在标准的120伏交流电(vac)、20安培的电力下运行，这与240伏交流电吸取更大的电流相反，并且240伏交流电在家庭、公寓住宅等中是不容易获得的。在任何给定的时间点，壁炉10的总电力负载在120vac时不超过1920瓦，或者在110vac时不超过1760瓦。被加热的水在一致的温度下被提供给锅炉20的入口，因此，当水被添加到锅炉20时，使温度冲击最小化。如果没有这个特征，则提供给锅炉20的冷水冲击锅炉20，从而损害由歧管16提供的火焰效果。有利地，尽管供水温度变化，但这种预热提供了更一致的火焰效果。
锅炉20被构造为经由柔性导管62和同轴孔口64将开水输送至歧管进给器导管60。如图4所示，孔口64被构造为调节并维持由锅炉20输送的蒸汽体积，并且使蒸汽在下游以更高的速度被释放。当壁炉10在较高的环境温度下运行时，使用具有较大开口的较大孔口64，而当在较冷的环境温度下操作壁炉10时，使用具有较小开口的孔口，从而在变化的温度下产生优良的人造火焰效果。在一个实施例中，孔口64可以包括可由控制电子装置22控制的可变开口孔口。
有利地，歧管进给器导管60和导管62从锅炉20略微向下倾斜到向一对蒸汽分配导管76供给的t形连接器65。倾斜导管62向下导引导管62中的任何液体，以便液体不会在导管60和62中积成水坑。否则，这些导管中的液体可能会产生不希望的声音，例如类似于点火声音的声音。
现在参考图5、图6和图7，将提供歧管16的详细描述。图6中示出了歧管16的垂直横截面，其示出了歧管16具有形成在歧管腔体72上方并延伸到唇部74的上侧弯曲内表面70。如图1、图2a和图7所示，一对蒸汽分配导管76被构造为环绕歧管16，然后向下延伸到腔体72的中部，并且具有多个开口77，该多个开口77被构造为释放蒸汽并向上导引蒸汽以冲击弯曲的内表面70。每个导管76在歧管16的中间邻近另一个导管处终止。该弯曲的内表面70有利地使得冲击蒸汽偏转并损失一些能量和速度，并且偏转的蒸汽围绕唇部74向外、向上翻腾。该翻腾的蒸汽然后被光源78照射，从而以三维产生非常逼真的人造火焰79。所述光源可以是高强度的白色led灯带，其具有位于弯曲透镜84下方的led，并且布置成照射通过彩色凝胶过滤器，或者所述光源可以是具有纵向延伸的橙色led灯80和位于弯曲透镜84下方的红色的led灯82的多色led。多个盘状分离器86沿着导管76的长度布置在导管76周围，并且被间隔开以在歧管16内形成相邻的槽腔，以沿着歧管16的长度产生大致均匀的蒸汽释放。任何回到液体状态的水分都会回落到贮存部40中，以产生自排水的蒸汽输送网络。如先前所讨论的，由歧管16排放的翻腾的蒸汽预加热通过一体式管道46和52循环的水，从而使用了所回收的来自用于人造火焰效果的蒸汽排放的蒸汽能量。所回收的热量提高了效率，因此可以使用以120vac而不是240vac运行的低功率解决方案。
光源78需要大约30瓦。可以在歧管16上提供火床介质，并且可以包括火床照明装置。该火床照明装置可以包括用户可调的rgbled照明，用于火床介质的特殊效果照明。无论壁炉10是打开还是关闭的，火床照明功能都起作用，以允许用作情绪/氛围照明。该火床介质应在人造火焰的前方和两侧完全且均匀地点亮。没有为人造火焰79后面的介质床区域提供照明。沿着人造火焰79的前部和侧部的长度延伸的led灯78提供必要的照明。人造原木可以放置在火床介质的顶部，和/或在歧管16上方。可以提供约5瓦的人造原木照明。当人造火焰79被激活时，固件控制器自动地改变每个控制算法的人造原木照明的强度以产生逼真的“发光”效果。
控制电子装置22通过首先使用温度传感器85感测锅炉20壳体的温度来确定锅炉20中的蒸汽压力。控制电子装置22包括存储器，该存储器存储将感测到的锅炉壳体温度与锅炉20中计算的蒸汽压力相关联的表。使用理想气体定律pv＝nrt，锅炉蒸汽压力p与蒸汽/锅炉外壳温度t成正比。该表将测得的外壳温度t与计算的蒸汽压力p相关联。
锅炉单元18具有锅炉自动填充机构。蒸汽子系统电路板90(图9a)上的控制电子装置22利用水位传感器经由到泵42的指令将不同量的水注入到锅炉20中，从而使对锅炉20的冲击最小化并因此维持一致的人造火焰79效果。基于计算出的蒸汽排放率和施加到锅炉20的电力的时刻来确定注射到锅炉20中的水量和时间。
参照图8，清扫阀86联接到锅炉20的底部，并且被构造为在接收到从控制电子装置22接收的净化信号时从锅炉20净化水和蒸汽。清扫阀86可以是电磁阀，但其它类型的可控阀也是可以接受的。有利地，清扫阀86除去由于水和蒸汽的剧烈释放和压力降低而可能积聚在锅炉20的底部上的任何微粒，例如沉积物。这有利地延长了锅炉20的故障平均时间间隔(mtbf)。清扫阀86还有助于在由控制电子装置22控制时快速关闭锅炉，并完成关闭循环。
现在参考图9a-1和图9a-2和图9b，可以看到，控制电子装置22包括：蒸汽子系统电路板90，其控制包括锅炉20的锅炉单元18；和主控制器板92，其包括控制壁炉的微控制器94，并经由通信接口96连接到电路板90。控制电子装置22控制壁炉10的各种功能，并且具有包括小键盘和显示器的硬连线的用户接口98，该显示器联接到控制电子装置22，以允许用户选择各个功能和控制壁炉10。无线遥控器100(图2b和图9b)被配置为经由红外(ir)收发器102与微控制器94通信。微控制器94实时监控壁炉10。主控制器(mc)电路板92实现壁炉的用户接口98、管理功能和无线连接功能。mc电路板92可用的总功率是大约5瓦，并且包括足够的非易失性存储器以允许保存用户设置。mc电路板92包括实时时钟(rtc)功能，该功能允许跟踪累计运行时间和滤水器更换排程(scheduling)。
微控制器94通过使用恒温器85感测锅炉20的壳体温度t并经由导体106控制传递到在锅炉20的底部中形成的加热器线圈104的功率，并因而经由电路板90来控制人造火焰79的高度。功率由微控制器94调节以改变锅炉20中的压力，从而改变人造火焰79的高度。优选的方法基于零交叉开关(zerocrossswitching)。更大的功率产生更高的锅炉压力和更高的人造火焰79，更小的功率产生更低的锅炉压力和更低的人造火焰79。典型的锅炉运行压力范围在约8psi至约30psi之间，且通常不大于25psi。用户使用用户接口98或遥控器100来命令微控制器94改变人造火焰79的高度。即使在最高的人造火焰79水平下，风扇26也产生一些向上导引的气流，从而有助于防止水分积聚在玻璃面板30上。
微控制器94为人造火焰79的自动控制和调节提供自动感测。微控制器94感测影响人造火焰79的质量的主要变量，包括环境湿度、歧管温度和经由温度探测器110检测的环境温度。实时微控制器94为加压锅炉单元18提供人造火灾效果的自动调节，从而为变化的条件启用一致的人造火焰79。
壁炉10包括辅助加热器112，辅助加热器112被构造为产生热量并增加通过从歧管16排出的蒸汽产生的热量。加热器112的功率经由导体114提供，并由微控制器94控制，微控制器94也由用户经由用户接口98和/或遥控器100控制。辅助加热器112使用与壁炉10电力的其余部分分开的专用20安培分支电路，并且加热器不会超过16安培。
可选的辅助加热器组件包括位于加热器组件附近的其自己的专用的热安全切断开关。热安全开关检测外壳是否超过162华氏度(72℃)。热安全开关会中断辅助加热器的电源。热敏开关是可复位型和可维修的。
壁炉具有漏水传感器114。传感器114安装在底部贮存部中，使得水的意外存在会触发声音警报。mc电路板92进入维修模式，显示“联系维修”屏幕和与泄漏相关的故障代码。
参照图10a和图10b，包括微控制器94的控制电子装置22使用所示出的操作流程图(算法)120来控制和操作壁炉10。取决于通电情况，壁炉10从待机模式到就绪模式的预热时间为1-3分钟。
用户接口
作为标准，壁炉10提供用户显示器、手动小键盘接口和无线遥控接口100。
用户显示器：行业标准形状因数定制4.3”lcd显示器98安装在玻璃燃烧室观察窗前方右下角的凹陷位置中(图2b)。
用户显示器特征：用户显示器98按照操作流程图120(图11)运行，其特征如下：
用户显示器98安装在机械“字盘机构”(图2b)中，该机构允许用户：
·向下按以释放并允许查看整个显示器。
·向下按以锁定并将显示器隐藏在视线之外(正常操作位置)。
·当系统处于预热模式时，初始化图标指示进程，并显示文字“初始化...请等待”(图11中的“a”)。倒数计时器显示剩余的时间(图11中的“b”)。
·当系统处于工作压力并且计时器到期(全部显示零)，将不再显示初始化图标和文字“初始化...请等待”，而是显示文字“准备就绪”。
·当出现“警报”状态并且系统处于维修模式(参见操作流程图)时，键盘上的警报led闪烁(图11中的“c”)。然后用户知道按下以释放并允许查看整个显示器。
·当水箱水位低时，显示水图标和文本提示“加水”(图11中的“d”)。
·当累计小时数达到阈值时，过滤器图标连同文字提示“更换滤水器”(图11中的“e”)一起显示。
·如果观察窗玻璃门打开，壁炉将不会运行，并且显示窗口图标和文字“观察窗打开”(图11中的“f”)。
·当内置测试检测到故障时，维修图标和文字提示“联系维修”以及故障代码一起显示(图11中的“g”)。如果有多个故障，则显示器会通过所有适用的代码缓慢循环。
·当用户调节火焰高度、强度或辅助加热或降温时，显示相关的文字，并且相关的选择指示符向前移动(图11中的“h”)。
·运行计时器(图11中的“i”)显示蒸汽子系统自安装以来运行的总小时数。此信息主要用于跟踪目的和与技术支持的交互。
·显示器包括时尚火焰标志(图11中的“j”)。当接通显示器时，标志持续地显示。
小键盘：轻触开关用户接口小键盘，如图12所示，位于观察窗口框架的右下角。
遥控器：提供了简单的定制红外遥控器100。遥控器100实现了与小键盘相同的功能并且提供无线同室直接视线壁炉操作。
蒸汽壁炉特征集
·模拟火焰的史无前例的逼真度
o三维天然随机火焰
·高品质/高端构造
o利用可构造以补充任何房间装饰的优越的材料和饰面。
·经济性：
o与燃气壁炉相比，采购成本更低，安装成本更低，使用成本更低。
·可靠和可维护性：
o可比得上燃气壁炉
o蒸汽发生组件是可移动的/可更换的
o预计使用寿命20年
·易于使用的控件
olcd用户显示器：显示设置、状态、和用户指南。
o小键盘：允许在没有遥控器的情况下进行操作。
o遥控器：遥控(红外线技术)无线“tv”类型。
o移动电话应用程序(app)“就绪”。
·电子设备设计通过无线控制网络(zigbee协议)支持连接。
·允许通过移动智能手机应用程序(app)进行控制
o可控制的特征
·壁炉开/关
·火焰高度：用户可以调节火焰高度(6”-12”)
·火焰强度：用户可以从低到高地调节火焰效果光源。
·辅助加热通/断和和温度升高/降低
·安装的便利性
o内置外观的零间隙：允许墙壁材料的框架和整饰，直至壁炉的开口(无周围挡板)
·允许对诸如干壁、石头、瓷砖等的不同厚度建筑材料进行整饰。
o利用标准专用110-120vac@60hz20a电路。
o内置水贮存部：可连续使用10小时，无需再填充。对于不存在铅垂水源的设施，可以手动再填充。
o可选的铅垂水源：采用标准的“制冰机”类型的连接。
o一体化滤水器系统：
·确保清洁的操作和充分的额定产品寿命。
·用户显示器提示何时需要更换
·在两种标准尺寸(42”，60”)中可用
·加热空间并且使空间湿润：
o作为蒸汽生产的副产品，产生令人愉快的室内温暖和理想的湿度。
o辅助加热器单元为寒冷气候安装提供额外的温暖。
·燃烧室衬里：燃烧室的内部被设计成接受各种装饰衬里。
·人造原木设置
oled照明提供逼真的点燃木材和发光余烬效果
所附权利要求书阐述了上述主题的新颖性和创造性方面，但是权利要求还可以涵盖未详细列举的附加主题。例如，如果不需要将新颖性和创造性特征与本领域普通技术人员已知的特征区分开，则权利要求中可以省略某些特征、元件或方面。在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，本文描述的特征、元件和方面也可以被组合或替换为用于相同、等同或类似目的的替代特征。