CN102374578A - 加热器组件 - Google Patents

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Abstract

一种加热器组件，其将定位于基本上竖直的壁处用于加热空气，该加热器组件包括一个或更多个加热元件以及一个或多个热传递元件，热传递元件安装于加热元件上用于将热传递至基本上向上运动经过热传递元件的空气柱。空气柱包括定位为靠近壁的内部分和定位为远离壁的外部分。每个热传递元件形成为与空气柱的内部分相比将显著地更多的热传递至空气柱的外部分，以引起外部分比内部分更快地升高，用于至少部分地由外部分带走内部分，以使得内部分的至少一部分形成沿着壁流动的层流边界层；以及一种热传递子组件和加热至少部分地由基本上竖直的壁限定的室中的空气的方法。

Description

加热器组件
技术领域
本发明涉及将被定位于室的壁处的加热器组件。
背景技术
通常定位于壁上的自然对流加热器(例如，护壁板加热器)是本领域公知的。现有技术的典型护壁板加热器在图1-3中示出。将理解到，如图1-3中所示的现有技术的护壁板加热器为了图示清楚而简化(如将描述的，其余附图示出了本发明)。
流过现有技术的护壁板加热器10的气流在图1中示意性地示出。如图1所示，已知护壁板加热器10具有数个翅片12，用于将热传递至在翅片12上经过的空气。通常，翅片12由加热元件14加热，翅片12附连至所述加热元件。如本领域公知的，当邻近翅片12的空气由于来自翅片12的热传递而被加热时，所述空气上升。环境温度下的空气于是在护壁板加热器10的下侧被抽入护壁板加热器，导致室中的至少一部分空气由于自然对流而循环通过加热器10。
如图1中示意性地示出，当常规加热器运行时，来自室(“R”)的环境空气被拉入护壁板加热器10(箭头22a、22b、22c、22b)以替换从加热器向上上升的已加热空气。在常规护壁板加热器运行时，用箭头22a-22d示意性地表示的进入空气通常被向上抽入加热器，以形成大致向上运动的空气柱44(图1)。离开护壁板加热器10的已加热空气柱用箭头22e、22f、22g示意性地标识。室中的空气通过自然对流而被加热。离开护壁板加热器10的已加热空气的基于计算机建模(即计算流体动力学)的温度分布在图1中用标识为H1、H2和H3的区域示出。用标号H1标识的区域是最热的空气区域。H2指的是温度低于H1的区域，并且H3指的是温度低于H2的区域。H1、H2和H3在图1中表示为分别由等温线(温度梯度)定义，并且本领域技术人员将理解到，实际上这些梯度的位置并不固定，而是替代地在常规加热器运行时随着时间变化。为了方便，限定这些区域的等温线在图1中标识为I1-I5。
如本领域公知的，图1所示的现有技术加热器10包括限定腔26的壳体24，加热元件14和翅片12定位于所述腔26中。可附连至壁18的内部件28、以及外部件30被包括于壳体24内，内部件28和外部件30至少部分地限定腔26。在一个常见布置中，内部件28和外部件30还限定由此已加热空气柱离开护壁板加热器10的上部开口32，并且它们还限定由此环境空气进入护壁板加热器10的下部开口34。将理解到，尽管格栅通常定位于上部开口中，为了图示清楚的缘故在图1中故意省略了格栅。通常，肋(图1和2中未示出)沿着护壁板加热器的长度间隔地布置有筋以作为支撑元件，例如，支撑加热器壳体的前面板。
如能在图1中看到的，每个翅片12通常较薄并且具有大致一致的形状，具有基本上平状的竖向侧面36、38和基本上直的顶侧40，顶侧40基本上正交于侧面36、38。翅片12还优选地包括也大致正交于侧面36、38的底侧41。如本领域公知的，护壁板加热器10附连至壁18以使得在底部边缘41和地板19之间提供足够的距离“L1”以允许足够的环境空气在翅片12的底部边缘41处从室流入加热器10。
如图1所示，在运动通过加热器10时，上升空气柱44通常包含于壳体24的内部件28的内表面29和外部及30的内表面31之间。
在另一类型的常规护壁板加热器110中，“喙状物(beak)”142被包括于壳体124中(图2)。喙状物142显然用于将从加热器上升的已加热空气柱导向远离壁并且大致朝向室的中心导向，以更有效地加热室“R”。喙状物142意在解决常规护壁板加热器10的宽的上部开口32(图1)允许来自温热空气的大部分热加热壁而不是加热室中的空气的问题。
如图2所示，热传递翅片112大致类似于翅片12，具有基本上矩形形状，具有基本上平状侧面136、148、以及正交于(或基本上正交于)侧面136、138的基本上平状顶侧140、以及也基本上正交于侧面136、138的底侧141。
由于护壁板加热器110的运行所引起的气流模式(如使用计算流体动力学确定的)在图2中示意性地示出。如能在图2中看到的，在护壁板加热器110运行时环境空气被抽入其中(用箭头122a、122b、122c、122d示意性地示出)。在常规加热器110运行时，用箭头122a-122d示意性地示出的进入空气大致向上地抽入其中，以形成大致向上运动的空气柱144(图2)。在加热器运行时，空气柱上升并从加热器的上部区域离开护壁板加热器110(用箭头122e、122f、122g、122h示意性地示出)。空气柱144的温度分布(如使用计算流体动力学所确定的)在图2中示出，从加热器上升的已加热空气柱144被分为温度基本上类似的区域J1-J3(由温度梯度I6-I9定义)。本领域技术人员将理解到，图2所示温度梯度的位置仅是示例性的，并且实际上在加热器110运行时梯度随着时间而变化。
基于计算机建模(即计算流体动力学)，显示喙状物142倾向于引起“牵制(drag)”效应(即康达效应)，从而已加热空气被导向为使得其几乎正交于壁地引导(参见例如箭头122e、122f、122g和122h)。
如本领域公知的，在常规护壁板加热器10已经使用一段时间后，“条纹(streaking)”(或“变污”)经常出现在护壁板加热器10上方的壁18上。这种条纹现象在现有技术中似乎还未很好地理解。例如，在美国专利No.5,197,111(Mills，II等)中，声明条纹是由于灰尘颗粒在经过护套元件(即加热元件)时被烧焦并由温热空气向上携带的缘故(第1栏40-44行)。这暗示了经过护套元件和热传递翅片的气流直接导致了条纹现象。根据对条纹现象的这种理解，因此，条纹应当出现在筋之间的区域中的壁上。然而，似乎并不是这种情况。
图3中的阴影区域20代表壁18上的典型条纹。如能从图3中看到的，条纹通常出现于壁18的总体在筋16上方的区域中，而非在筋之间。这与上述Mills II等的专利中描述的条纹的理解相反。
而且，已经确定，壁18的在常规护壁板加热器10上方的出现条纹的区域20比壁的其余部分明显更温热，尽管区域20基本上在筋16上方。在图3中示意性地示出温度梯度(即等温线)，其通过使用红外照相机对典型的现有技术护壁板加热器上方的壁照相而确定。简言之，从图3中显示，筋16影响从常规加热器向上的已加热空气的流动，使得壁的出现条纹的区域20比壁的其余部分更温热。
参照图3，外侧温度梯度“T1”内的区域比该区域外侧的区域更温热。如能从图3中看到的，壁18上的出现条纹的区域20基本上与温度梯度T1相重合。第二温度梯度“T2”也在图3中示出，并且由这个温度梯度包围的区域基本上在筋16上方。温度梯度T2表示比由T1表示的温度明显更高的温度。如能从图3中看到的，因此，壁的出现条纹的部分比壁的其余部分明显更温热。
令人惊奇地，因此，壁的在常规护壁板加热器10上方的最温热部分是紧邻地在筋上方的区域20。这是令人惊奇的，因为在现有技术(例如Mill，II等)中，已经假定壁的紧邻地在筋上方的部分将是较冷的。
其原因尚不清楚。相信是，筋干扰了从翅片之间离开的向上的温热空气的流动(即可能由于康达效应)，在筋上方的向上流动的温热空气中引起湍流，从而导致条纹。由于湍流，已加热空气至少部分地朝着筋上方的壁引导。于是，已加热空气中的微小灰尘和泥土颗粒撞击大致在筋16上方的壁。这些颗粒中的一些粘着于壁。随着时间的过去，这些颗粒在筋16上方的区域20中聚集于壁上，产生条纹(即变污)。
基于前述，似乎某些湍流也会在加热器上方的壁处在筋之间的区域中形成。简言之，尽管关于形成条纹的机理存在着很大的不确定性，但是条纹的出现似乎是因为筋充分地干扰了温热空气的向上流动，使得相比加热器上方的居间区域，在筋上方的壁处形成更多的湍流。如上所述，给现有技术的基本设计增加“喙状物”似乎导致在壁处更多的湍流，而非更少。
发明内容
出于上述原因，需要一种克服或减轻现有技术的一个或多个缺陷的加热器组件。
在其宽泛的方面，本发明提供了一种将定位于基本上竖直的壁处用于加热至少部分地由壁限定的室中的空气的加热器组件。该加热器组件包括一个或更多个加热元件以提供热；以及一个或多更个热传递元件，热传递元件安装于加热元件上，用于将热从加热元件传递至基本上向上运动经过热传递元件的空气柱。所述空气柱包括定位为靠近壁的内部分和定位为远离壁的外部分。每个热传递元件形成为与空气柱的内部分相比将显著地更多的热传递至空气柱的外部分，以引起外部分比内部分更快地上升，用于至少部分地由外部分带走内部分，以使得内部分的至少一部分形成沿着壁流动的层流边界层。
在另一个方面，加热器组件包括至少部分地在其中限定腔的壳体，加热元件和安装于其上的热传递元件可接收于所述腔中。壳体包括一个或更多个由此形成空气柱的空气进入壳体的入口，以及一个或更多个由此暖空气柱离开壳体的出口。
在另一个方面，暖空气柱通过出口的向上运动是基本上不受阻碍的，或者在空气柱离开加热器组件时空气柱基本上层流流动。
在其又一个方面，加热器组件另外包括格栅子组件，格栅子组件包括具有一个或更多个形成用于空气柱的基本上不受阻碍的向上运动的格栅元件。
在另一个方面，本发明提供了一种用于将热传递至定位于其中的空气柱的热传递子组件。该热传递组件定位于基本上竖直的壁处，并且包括一个或更多个加热元件以提供热；以及一个或更多个热传递元件，用于将热从加热元件传递至空气柱的定位为远离壁的外部分，以及空气柱的定位为靠近壁的内部分。每个热传递元件形成为与空气柱的内部分相比将显著更多的热传递至空气柱的外部分，以引起外部分比内部分更快地上升，从而朝着外部分抽吸内部分，以使得内部分的至少一部分沿着壁形成层流边界层。
在另一个方面，每个热传递元件至少部分地限定外部分的至少第一区段沿着其行进的第一路径，以及内部分的至少第二区段沿着其行进的第二路径。
在另一个方面，第一路径比第二路径显著更长，用于与内部分相比将更多的热传递至外部分。
在其另一个方面，本发明提供了一种适合于定位于至少部分地限定室的基本上竖直的壁处用于加热室中的空气的加热器组件，该加热器组件包括一个或更多个加热元件以提供热；以及多个热传递元件，其安装于加热元件上，用于将热从加热元件传递至基本上向上运动经过热传递元件的空气柱。每个热传递元件包括在加热器组件定位为靠近壁时可定位为靠近壁的内侧以及可定位为远离壁的外侧。每个热传递元件形成为与空气柱的定位为靠近壁的内部分相比将更多的热传递至空气柱的定位为远离壁定位的外部分，用于引起外部分与内部分相比更快地上升并且至少部分地由外部分带走内部分，用于内部分的至少一部分沿着壁的层流流动。
在另一个方面，每个热传递元件形成为在空气柱离开加热器组件时将内部分定位在距壁最小的预定距离处。
在又一个方面，每个热传递元件在其外侧处与在其内侧处相比显著更高，第一和第二路径构造为使得外部分和内部分分别从靠近热传递元件的相应外侧和内侧的地方离开。
在其另一个方面，本发明提供了一种加热至少部分地由基本上竖直的壁限定的室中的空气的方法，该方法包括步骤：首先，提供一个或更多个加热元件以提供热；以及其次，提供一个或更多个热传递元件，用于将热从加热元件传递至邻近热传递元件的空气柱。热传递元件定位为靠近壁。最后，利用热传递元件，与空气柱的靠近壁的内部分相比，更多地加热空气柱的远离壁的外部分，以引起外部分与内部分相比更快地上升并且至少部分地由外部分带走内部分，用于内部分的至少一部分沿着壁的层流流动。
在其又一个方面，本发明包括一种适合于将被定位于基本上竖直的壁处用于加热至少部分地由壁限定的室中的空气的加热器组件。该加热器组件包括一个或更多个加热元件以提供热；安装于加热元件上的一个或更多个热传递元件，用于将热从加热元件传递至基本上向上运动经过热传递元件的空气柱。该空气柱包括定位为靠近壁的内部分以及定位为远离壁的外部分。加热器组件还包括用于相对于内部分的至少第二区段使空气柱的外部分的至少第一区段加速的装置，以引起外部分与内部分相比更快地升高以使得内部分至少部分地由外部分带走，引起内部分的至少一部分沿着壁的层流流动。
附图说明
参照附图将更好地理解本发明，其中：
图1(前面也已描述)是现有技术的护壁板加热器的侧视图；
图2(前面也已描述)是另一现有技术的护壁板加热器的侧视图；
图3(前面也已描述)是以较小比例尺绘制的现有技术的护壁板加热器上方的壁上的温度梯度的示意性图示；
图4是以较大比例尺绘制的本发明的加热器组件的实施例的侧视图；
图5A是以较小比例尺绘制的图4的加热器组件的侧视图；
图5B是以较大比例尺绘制的图5A的加热器组件上方的壁以及与壁相邻的空气边界层的侧视图；
图5C是以较小比例尺绘制的图4的加热器组件的侧视图；
图5D是以较小比例尺绘制的图4的加热器组件的侧视图；
图6是以较大比例尺绘制的图4的加热器组件的俯视图；
图7是本发明的加热器组件的实施例的等距视图；
图8是图7的加热器组件的正视图；
图9是沿着图8的线M-M截取的加热器组件的剖视图；
图10是沿着图8的线N-N截取的加热器组件的剖视图；
图11是图7的加热器组件的俯视图；
图12是沿着图11的线P-P截取的剖视图；
图13是本发明的加热器组件的替代实施例的俯视图；
图14是沿着图13的线Q-Q截取的加热器组件的剖视图；并且
图15是示意性地示出本发明的方法的实施例的流程图。
具体实施方式
在附图中，相同的参考标号始终指示相应的元件。参照图4-6描述总体由数字210指示的根据本发明的加热器组件的实施例。加热器组件210优选地定位于基本上竖直的壁18处，用于加热至少部分地由壁18限定的室R中的空气。优选地，加热器组件210包括：一个或更多个加热器元件214以提供热量，以及一个或更多个安装于加热元件214上的热传递元件212。每个热传递元件212用于将热从加热元件214传递至基本上向上运动经过热传递元件212的空气柱244。空气柱244优选地包括邻近壁18定位的内部分246和远离壁18定位的外部分248，如将要描述的。优选地，每个热传递元件214形成为与空气柱244的内部分246相比将明显更多的热传递至空气柱244的外部分248，以使得外部分2468与内部分246相比更快地上升，用于至少部分地用外部分带走内部分，以使得内部分246的至少一部分形成沿着壁18流动的层流边界层250(图5A、5B)。
相信由于横跨空气柱的温度差造成内部分至少部分地由外部分带走。由于外部分比内部分更温热，在扫过热传递元件时，外部分具有比内部分更高的速度(例如，通常向上)。由于外部分的更高速度，产生相对较低空气压力的区域，并且至少部分的较高压力空气(内部分的一部分，以较低的速度上升)被抽吸至低压区域，即，相对于壁向外。
空气柱244的内部分246和外部分248的运动分别在图4中用箭头“A”和“B”示意性地示出，如将要描述的。进入和来自加热器组件的空气的运动通常由自然对流引起。在空气向上运动经过热传递元件时，横跨空气柱产生压力差，与内部分相比，外部分被加热至更高的温度。由于温度差，内部分的一部分在空气柱扫过热传递元件时被向外抽吸(例如，远离壁)，并且这对于加热器组件210上方的空气柱的流流具有显著的影响，如将要描述的。
在一个实施例中，加热器组件210另外包括在其中至少部分地限定腔226的壳体224，加热元件214以及安装于其上的热传递元件212可接收于腔226中。壳体224优选地包括形成空气柱244的空气由此进入壳体224的一个或更多个入口252以及温热的空气柱244由此离开壳体224的一个或更多个出口254。如图4、5A和5B中能看到的，温热的空气柱244通过出口254的向上运动优选地是基本上不被阻塞的，用于在其离开加热器组件210时形成空气柱244的基本层流流动。将理解到，在一个实施例中，格栅组件286(图7、11)优选地定位于出口254中或其上，如将被描述的。格栅组件286为了图示的清楚而从图4-6中省略。
如能从图4中看到的，在一个实施例中，壳体224优选地包括可附连至壁18的内部件228以及外部件230，内部件228和外部件230优选地限定腔226。具体地，内部件228和外部件230优选地包括分别限定腔226的内表面260、262。
如图4中所示，在一个实施例中，优选地内部件228附连至壁18。内部件228附连至壁18的方式是现有技术中公知的，并且这方面的进一步讨论因此是不必要的。本领域技术人员将明白，将加热器组件210附连至壁18不是必要的，即，加热器组件210可以是便携式的。
如图4中能看到，出口254优选地由内部件228和外部件230限定。在一个实施例中，内部件228优选地包括第一上端部分264，其基本上是平状的，并且也基本上竖直地定位，即，基本上与壁18平行。第一上端部分264优选地由第二上端部分265与壁18隔开，第二上端部分265基本上与壁18正交地定位。优选地，第二上端部分265将第一上端部分264定位为距离壁18最小的预定距离D1(图4)。
在一个实施例中，外部件230优选地还包括出口边缘266。如图4中所示，出口254优选地在第一上端部分264和出口边缘266之间延伸。已经发现，出口254可以是大约1.7英寸(42毫米)宽。而且，第一上端部分264优选地是大约0.7英寸(18毫米)长，并且第二上端部分265优选地是大约0.2英寸(5毫米)长，即，最小预定距离D1优选地是大约0.3英寸(8毫米)。
热传递元件212优选地分别由内侧236和外侧238以及分别由顶侧240和底侧241至少部分地限定(图4)。如能在图4和5A中看到的，在一个实施例中，外侧238优选地比内侧236显著要长。优选地，侧面236、238和240、241是任何适合的长度。例如，在一个实施例中，热传递元件具有长度分别是大约1.3英寸(34毫米)和3.7英寸(94毫米)的内侧236和外侧238以及长度分别是大约2.6英寸(67毫米)和1.5英寸(39毫米)的顶侧240和底侧241。
热传递元件212优选地由任何适合的材料或具有相对较好导热性的材料例如铝制成。热传递元件可具有任何适合的厚度或多个厚度。优选地，每个热传递元件具有大约0.01英寸(0.3毫米)的大致厚度。
在一个实施例中，空间“S1”、“S2”优选地分别限定于内侧236和内表面260之间，以及外侧238和内表面262之间(图4)。热传递元件212的侧面236、238优选地与壳体224的内表面260、262分别隔开以便限制热从热传递元件212传递至壳体224。如图4中所示，在壳体224的内部，空气柱244分别在内部件228和外部件230的内表面260、262之间延伸。
本领域技术人员将明白到，分别通过空间S1和S2上升的柱244的部分253、255被加热至与柱244的相应内部分246和外部分248相比大约稍微较小的程度。部分253、255由箭头“E”和“F”示意性地示出(图4)。在一个实施例中，热传递元件212和内表面260、262之间的距离优选地是大约0.177英寸(0.45厘米)和0.370英寸(0.94厘米)。优选地，入口252是大约1.7英寸(44毫米)宽。
加热器组件210优选地在尺寸上类似于常规加热器10、110，并且希望以这种长度制造。优选地，加热元件214是任何适合的热源。本领域技术人员将知道各种适合的热源。例如，适合的加热元件214已经发现为常规的电阻(护罩)加热元件。
优选地，热传递元件212至少部分地限定：一个或更多个第一路径256，柱244的外部分248的至少一个区段在变暖时沿所述第一路经行进；以及一个或更多个第二路径258，柱244的内部分246的至少一个区段在其变暖时沿所述第二路径行进。优选地，第一路径256比第二路径258明显要长，以使得与传递至内部分246相比，明显更多的热被传递至外部分248。还优选地，壳体224形成为允许上升的温热空气柱244在离开壳体时与壁18至少间隔开距离D1地上升。
在图4中，内部分(由箭头“A”示意性地示出)示出为由于自然对流而大致向上流动，但是在空气柱244扫过热传递元件时朝着外部分(由箭头“B”示意性地示出)抽吸，因为由于热传递元件引起的空气柱的差异加热。如将要描述的，当空气柱在加热器组件上方向上运动时(即，由于自然对流)，差异加热的效果似乎逐渐地消散。然而，看起来，差异加热的效果实际上足以使壁处的湍流运动得足够远，使得条纹显著减少。
如能在图5D中看到，标识了与壁18紧邻的区域的三个分离子区域263、267和268。在第一子区域263中，由于第一端部部分264和第二端部部分265的位置，限定出了袋257，其中空气以有限的程度避开上升的空气柱。
将理解到图5A-5D中示出的等温线是大致的，基于计算机产生的图像的合成，包括由图4中示出的加热器组件210的实施例的运行的计算机模拟(即计算流体动力学)所得到的等温线。本领域技术人员将理解到，已加热空气柱的不同部分由于自然对流的运动方向可从等温线推断。还理解到，等温线实际上随着时间的过去而一直在变化，并且图5A-5D中的等温线仅表示特定时间下的理想化情形，相信这是代表性的。
在离开壳体时，虽然内部分的一部分在内部分和外部分扫过热传递元件时朝着外部分被抽吸，但是内部分的一部分259朝着壁并且沿着壁流动。如图5A中所示，在离开壳体224时，空气柱244的内部分的所述部分259在扫过第一上端部分264之后朝着壁18部分地侧向运动，同时还向上运动。空气柱的这部分259通过子区域263的运动在图5A、5B和5C中用箭头“U1”示意性地示出。
在运动通过子区域263之后，空气柱244的这部分259至少部分地形成层流边界层250，沿着壁18向上运动。边界层250通过子区域267的运动用箭头“U2”示意性地示出(图5C、5D)。
如已知的，边界层250的层流流动进行直到其转变为湍流。这认为是由于壁18对边界层的效应(即粘性力)最终导致边界层分解成湍流。
出于说明性的目的，在图5D中，朝着湍流的转变示出为在子区域267和268之间的边界处发生。在子区域268中暖热空气基本上沿着壁18向上的湍流用箭头“U3”示意性地示出(图5D)。
基于迄今完成的测试，与现有技术的护壁板加热器相比，显示了本发明的实施例具有显著降低的引起条纹的趋势。另外，测试已经示出，甚至相对较小的不规则性(举例来说，具有弯曲部分的格栅)能在紧邻加热器的上方引起充分的湍流以引起一些条纹。
从前述中能看到，加热器组件210避免了在壁18上形成条纹，这至少部分地由于在空气柱变暖时内部分部分地从壁向外被抽吸的方式以及由于第一上部端部264的基本上竖直的位置和平状构造。这首先产生了子区域263，在子区域263中，袋257中的邻近壁18的空气基本上是静态的。其次，在子区域267中，存在边界层的层流流动。第三，在子区域268中(即，加热器210上方的相当大距离处)，湍流在壁18处形成。
另外，如将在下面进一步描述的，加热器组件210优选地包括格栅子组件286，格栅子组件中具有相对较小的元件。据信，由于格栅子组件286的元件相对较小，在空气柱244上升穿过格栅子组件286时康达效果的后果相对不明显。
据信，子区域267中边界层250的流动是层流的，这部分地由于在空气柱差异地变暖时至少一部分的内部分朝着外部分被抽吸的方式，并且还由于空气柱在离开壳体时与壁18隔开距离D1。这两个因素被认为引起了子区域267中边界层250的层流流动。
子区域267中边界层250(即在边界层具有层流时)的厚度变化，但是其不小于最小距离D2(图5A、5B)。
尽管边界层的层流在子区域268处转变为湍流，但是本发明通过实际上将边界层到湍流的转变重定位于(与现有技术相比)壁的更靠上的位置而实现了至少减轻条纹的目标。其有益效果在于，在壁处经受湍流的空气与现有技术相比显著更冷。尤其，这将使得空气在变为湍流时不那么迅速地上升，使得湍流与现有技术相比将更慢。而且，由于格栅组件286包括相对薄的元件，壁处的湍流沿着出口的长度扩散。于是，这种湍流在壁处出现时弥散，因为其在相对较大的面积上展开。
如上所述，相信条纹源自于现有技术加热器上方较短距离处的较暖空气的湍流，其中灰尘和泥土颗粒由于湍流撞击在壁上，并且这种颗粒随着时间的过去聚集于壁上，形成脱色区域。然而，因为加热器组件210实际上将变成湍流的转变位置重定位于壁18上显著更靠上的位置处，就产生更少的条纹，原因是湍流与现有技术相比不那么迅速，并且最终与现有技术相比相应地更少的灰尘和泥土颗粒附着于壁。
加热器组件210的一个实施例的俯视图在图6中提供。(为了图示的清楚，格栅组件286从图6中省略。)如能在图6中看到的，热传递元件212优选地沿着加热元件214彼此间隔开预定距离“X”。优选地，每个热传递元件212直接安装于加热元件214上，用于通过对流传递热能。在这个实施例中，路径256、258定位于间隙X中，即，这些路径优选地至少部分地由相邻热传递元件212限定。例如，为了方便在图6中标识为212b的热传递元件定位于也为了方便标识为212a和212c的热传递元件之间。如能在图6中看到的，例如，路径256b、258b至少部分地限定于热传递元件212a、212b之间，并且路径256c、258c也至少部分地限定于热传递元件212b、212c之间。
预定距离X可以是任何适合的距离。在一个实施例中，例如，热传递元件212优选地定位成分开大约0.3英寸(8毫米)。
在图4中，路径258至少部分地由热传递元件212邻近内侧236的高度(LA)限定。内部分246沿着第二路径258并且超过其一较短距离(即，在热传递元件212上方的较短距离)的流动用箭头“A”示意性地示出。类似地，第一路径256至少部分地由热传递元件212邻近其外边缘238的高度(LB)限定。外部分248沿着第一路径256并且超过其一较短距离(即，热传递元件212上方的较短距离)的流动用箭头“B”示意性地示出。
在图4中，内部分246示意性地示出为在热传递元件212的内侧236与热传递元件212的中心(在图4中用中心线“C”标识)之间延伸。类似地，外部分248示意性地示出为在热传递元件212的外侧258与热传递元件212的中心(“C”)之间延伸。将理解到，仅是为了图示的清楚，内部分246和外部分248示意性地示出为区别的，并且每个延伸热传递元件212的大约一半。也就是，仅是为了图示的清楚，第一路径和第二路径都示出为延伸至中心线“C ”。本领域技术人员将明白，实际上，内部分246和外部分248之间的精确边界通常将是不存在的，并且将无论如何不会随着时间消逝而不变。将理解到，由于顶侧240与水平线成锐角，空气柱横跨其宽度差异地变暖，即，空气柱中的温度在顶侧240处逐渐增加(从外侧至内侧)，即横跨空气柱两侧具有温度差。因此，空气柱是差异地变暖的单个柱，即在离开加热器组件时，空气柱在其外侧处比其内侧处更暖。
在使用中，当加热器组件210被致动时，在加热元件214中提供热。如能在图4中看到的，当加热器组件210运行时，来自室R的环境空气被抽入入口252，这种环境空气用箭头222a、222b、222c、222d示意性地示出(图4、5A、5B)。从加热器201上升的暖空气柱244用箭头222e、222f、222g和222h示意性地示出(图5A、5B)。基于计算机产生的图像(即，基于计算流体动力学)的等温线在图5A和5B中标识为I10-I14。
热能够以任何适合的方式产生或输送。举例来说，在一个实施例中，加热元件214是电阻加热元件，并且热通过使电流通过加热元件214而产生。本领域技术人员将知道，热可由加热元件214以各种方式产生或输送。当热传递元件212优选地直接紧固至加热元件214时，因而产生或输送的一部分热优选地通过传导传递至热传递元件212。传导至热传递元件214的这部分热的至少一部分优选地由此向外辐射。例如，热在图6中沿箭头“Y”和“Z”指示的方向从热传递元件212b辐射。因此，如能在图6中看到的，从相邻的热传递元件212辐射的热使沿着具体路径(例如，256b，在热传递元件212a和212b之间)引导的空气变暖。如上所示，空气行进的路径越长，离开路径的空气越暖。由于外路径256比内路径258长，在柱244离开这些路径时外部分248比内部分248更暖。
而且，由于外部分比内部分更暖，密度更小，并且因此上升更快。最终结果是，在离开路径256、258之后，由于横跨空气柱的温度差，外部分248密度最低并且是空气柱上升最快的部分。内部分246至少部分地尾随外部分248被拉动。
如图5B中所示，相对较薄的边界层250(层流流动)保持在子区域267中在壳体上方一定高度处紧邻壁。这是由于空气柱244在离开第一路径和第二路径时至少部分地远离壁18地引导，即，由于内部分倾向于至少部分地跟随外部分。在离开壳体227时，空气柱244与壁18隔开至少预定的距离D1。
基于计算机模拟(即，计算流体动力学)的从加热器组件210上升的已加热空气的温度分布在图5A和5B中示出。区域K1、K2和K3在图5A中示出为分别由温度梯度限定。标识为K1的区域是最暖区域，并且标识为K3的区域是最冷区域，并且K2的温度是中间温度(图5A)。本领域技术人员将明白，温度梯度的位置不是固定的，而是将在加热器组件210运行时随着时间的过去而明显变化。
如上面提到的，在一个实施例中，加热器组件210的壳体的内表面260、262分别与热传递元件214隔开距离S1、S2(图4)。在一个实施例中，空气柱244的部分253、255上升通过壳体224内部处在热传递元件214和内表面260、262之间的空间。部分253靠近柱244的内部分246，并且部分255靠近外部分248。从热传递元件214辐射的热传递至部分253、255。然而，由于没有定位于热传递元件214之间，部分253没有变暖至内部分246变暖的程度，并且同样部分255没有变暖至外部分248变暖的程度。相信是，在空气柱244离开加热器组件210时，部分253、255对于柱244的运动的总体方向或速度没有显著的影响。
优选地，加热器组件210包括一个或更多个热传递子组件274(图5)，用于将热传递至定位于其中的空气柱244。每个热传递子组件274优选地定位于壁18处。优选地，每个热传递子组件274包括加热元件214以提供热。热传递元件212优选地形成为用于将热从加热元件214传递至柱244的外部分248(远离壁18地定位)以及内部分246(靠近壁18地定位)。优选地，热传递元件212还形成为将显著更多的热传递至柱的外部分(相比于传递至柱的内部分)，以使得外部分比内部分更快地上升，从而朝着外部分抽吸内部分，以使得内部分246的至少一部分沿着壁18形成层流边界层250。优选地，热传递子组件274包括多个附连至加热元件214的热传递元件212。
在一个实施例中，每个热传递元件212优选地至少部分地限定：第一路径256，外部分248的至少第一区段269沿着第一路径行进；以及第二路径258，内部分246的至少第二区段271沿着第二路径行进(图4)。优选地，并且如图4和5A中所示，第一路径256比第二路径258明显更长，用于将更多的热传递至外部分248(与传递至内部分246相比)。
在图4中，内部分246示出为在离开第二路径258时沿着部分地侧向的方向运动，以指示在热传递元件上方内部分的至少一部分跟随外部分。然而，如所示，热传递元件212具有基本上平状表面。将理解到，实际上，内部分246的一部分可能在离开加热器子组件274之前朝着外部分侧向地运动。
如能在图6中看到的，加热器组件210优选地包括一个或更多个加热元件214以提供热以及多个安装于加热元件214上的热传递元件212，用于将热从加热元件传递至基本上向上运动经过热传递元件212的空气柱244。在一个实施例中，在加热器组件210靠近壁18定位时，每个热传递元件212包括可靠近壁定位的内侧236和可远离壁定位的外侧238。每个热传递元件212优选地形成为将更多的热传递至外部分248(与传递至柱244的内部分246相比)，从而使得外部分248比内部分246更快地上升，以至少部分地用外部分带走内部分，用于内部分的至少一部分沿着壁18的层流。优选地，每个热传递元件212形成为在柱244离开加热器组件210时将内部分246定位为距壁18最小的预定距离D1。
优选地，热传递元件至少部分地限定多个第一路径256，在柱244的外部分248借助于热传递元件变暖时，柱244的外部分248的至少一些部分分别沿着所述第一路径256引导。在一个实施例中，还优选地，第一路径比至少部分地由热传递元件限定的多个第二路径要长，柱的内部分分别沿着所述第二路径引导。而且，与在其内侧236处相比，每个热传递元件在其外侧238处显著更高，第一路径256和第二路径258构造为使得外部分248和内部分246分别从靠近每个热传递元件212的相应外侧和内侧的地方离开。
优选地，每个第一路径256和第二路径258至少部分地由定位为彼此相邻的热传递元件限定。如能在图4中看到的，在一个实施例中，加热器组件210优选地还包括壳体224，其至少部分地限定腔，加热元件和固定于其上的热传递元件可接收于所述腔中。优选地，壳体224包括一个或更多个形成暖空气柱的空气由此进入壳体224的入口252，以及一个或更多个暖空气柱244由此离开壳体的出口254。优选地，暖空气柱通过出口254的向上运动是基本上不受阻碍的，在柱离开壳体224时引起柱244的明显层流流动。
还优选地，在空气柱离开壳体224时，壳体224将柱244定位为与壁18隔开最小的预定距离D1。
如能在图7中看到的，在一个实施例中，壳体224包括背板278、面板280和装配到面板280的端部上并且也装配到背板278上的端部282、284。如也能在图7中看到的，背板278和面板280优选地在其间限定出口254(图4)。在一个实施例中，壳体224优选地还包括定位于出口254中的格栅子组件286。
如能在图11和12中看到的，格栅子组件286优选地包括一个或更多个细长元件287以及一个或更多个横向元件288，横向元件288优选地沿着细长元件287的相应长度间隔地连接至细长元件287。细长元件287和横向元件288优选地连接成使得横向元件288支撑细长元件287，并且反之亦然。
优选地，使得经过翅片212并通过壳体224的气流中的中断最小化。这是由于在暖空气柱离开壳体224时提供显著层流以在加热器组件210上方在子区域267中邻近壁维持边界层250的重要性。因此，如能在图10中看到的，细长元件287和横向元件288形成为用于空气柱的基本上不受阻碍的运动。优选地，格栅元件287、288相对较薄，以使得引入暖空气柱中的湍流最小化。
本领域技术人员将知道，根据应用，细长元件287和横向元件288可具有各种形状的横截面。举例来说，并且如能在图7和9-12中看到的，每个细长元件287是基本上矩形横截面，并且每个横向元件288是基本上圆形横截面。在一个实施例中，优选地，细长元件287是大约0.04英寸(1毫米)宽和大约0.4英寸(9毫米)高。而且，优选地，横向元件具有大约0.125英寸(3.2毫米)的直径。
如能在图11和12中看到的，在一个实施例中，横向元件288优选地在背板278和面板280之间延伸(图11)。从前述描述中，本领域技术人员将明白，更小的横向元件288对通过出口254离开的向上暖空气流动造成少得多的中断，因而在壳体上方的区域中产生少得多的湍流。而且，并且如图11中能看到的，细长元件287形成为基本上横跨出口254延伸。
类似地，壳体中的处于潜在地影响气流的位置处的其它元件制成为尽可能小和/或薄，以最小化气流的中断。举例来说，壳体224优选地包括一个或更多个下部支撑元件290(用于支撑加热元件214)以及一个或更多个用于支撑格栅子组件286的上部支撑元件292。如能在图12中看到的，下部支撑元件290和上部支撑元件292优选地相对较薄。举例来说，已经发现大约0.04英寸(0.9毫米)厚的下部支撑元件290和上部支撑元件292是适合的。
壳体324的替代实施例在图13和14中示出。在背板378和面板380之间延伸的壳体324优选地包括基本上矩形的横向元件388。如能在图13和14中看到的，筋388相对较薄。每个横向元件388的相对较小厚度认为是有利的，原因是认为对于通过出口354的向上暖空气流产生非常小的中断。
横向元件388基本上是矩形横截面。横向元件388优选地具有大约0.04英寸(0.9毫米)的厚度。
在一个实施例中，加热至少部分地由基本上竖直的壁18限定的室中的空气的方法421包括首先提供一个或更多个加热元件214以提供热的步骤(图15，步骤423)。接着，提供一个或更多个热传递元件212，用于将热从加热元件214传递至空气柱244(步骤425)。每个热传递元件212优选地相对于壁18定位于预定位置中(步骤427)。最后，在热传递元件的作用下，空气柱远离壁18的外部分比空气柱靠近壁18的内部分更多地被加热，以使得外部分比内部分更快地上升，用于至少部分地由外部分带走内部分，用于内部分的至少一部分沿着壁的层流(步骤433)。
从前述中能看到，热传递元件的预定位置处于内侧距壁大约0.4英寸(10毫米)处。
在另一个实施例中，方法421优选地还包括通过所述至少一个热传递元件至少部分地限定外部分的至少第一区段沿着其引导的第一路径以及内部分的至少第二区段沿着其引导的第二路径的步骤(步骤435)。还优选地，本发明的方法包括允许柱基本上不受阻碍地离开第一路径和第二路径以用于其层流的步骤(步骤437)。
从前述中能看到，在本发明的加热器组件的一个实施例中，加热器组件优选地包括用于相对于内部分的至少第二区段使外部分的至少第一区段加速的装置274，以使得外部分比内部分更快地上升以使得内部分至少部分地由外部分带走，引起内部分的至少一部分沿着壁的层流。本领域技术人员将明白，可使用各种用于相对于内部分使外部分加速的装置，包括无需依靠如上所述的由于自然对流引起的横跨空气柱的温度差的装置。然而，优选地，任何这种用于加速的装置不会引起暖空气在离开加热器时的显著湍流。
将理解到，本发明的热传递元件能用于采用自然对流的任何加热器组件中，即，这种热传递元件能用于除了靠近壁(或安装于其上)定位的护壁板加热器以外的加热器中。
本领域技术人员将明白，本发明能采用很多形式，并且这些形式处于如权利要求限定的本发明的范围内。因此，所附权利要求的精神和范围将不限于这里包含的优选方案的描述。

Claims (21)

1.一种加热器组件，该加热器组件将定位于基本上竖直的壁处用于加热至少部分地由所述壁限定的室中的空气，所述加热器组件包括：
至少一个加热元件，以提供热；
至少一个热传递元件，其安装于所述至少一个加热元件上，用于将热从所述至少一个加热元件传递至基本上向上运动经过所述至少一个热传递元件的空气柱，所述空气柱包括靠近壁定位的内部分和远离壁定位的外部分；并且
所述至少一个热传递元件被形成为与传递至空气柱的内部分相比将显著更多的热传递至空气柱的外部分，以使得外部分比内部分更快地上升，用于至少部分地由外部分带走内部分，使得内部分的至少一部分形成沿着壁流动的层流边界层。
2.根据权利要求1的加热器组件，另外包括在其中至少部分地限定腔的壳体，所述至少一个加热元件和安装于所述至少一个加热元件上的所述至少一个热传递元件能够接收于所述腔中，所述壳体包括：至少一个入口，形成空气柱的空气通过所述入口进入壳体；以及至少一个出口，变暖的空气柱通过所述出口离开壳体。
3.根据权利要求2的加热器组件，其中暖空气柱通过所述至少一个出口的向上运动是基本上不受阻碍的，用于在所述空气柱离开加热器组件时所述柱基本上层流地流动。
4.根据权利要求2的加热器组件，另外包括格栅子组件，所述格栅子组件包括被形成为用于空气柱的基本上不受阻碍的向上运动的至少一个格栅元件。
5.根据权利要求1的加热器组件，其中所述至少一个热传递元件至少部分地限定：第一路径，在所述空气柱变暖时所述空气柱的外部分的至少第一区段沿着第一路径行进；以及第二路径，在所述空气柱变暖时所述空气柱的内部分的至少第二区段沿着第二路径行进，第一路径比第二路径显著更长，从而与传递给内部分相比将显著更多的热传递至外部分。
6.根据权利要求1的加热器组件，其中壳体被形成为将上升的暖空气柱定位成在所述空气柱离开壳体时与壁隔开至少最小的预定距离。
7.一种热传递子组件，用于将热传递至定位于其中的空气柱，所述热传递子组件定位于基本上竖直的壁处，所述热传递子组件包括：
至少一个加热元件，以提供热；
至少一个热传递元件，用于将热从所述至少一个加热元件传递至所述空气柱的远离壁定位的外部分以及所述空气柱的靠近壁定位的内部分；并且
所述至少一个热传递元件被形成为与传递至空气柱的内部分相比将显著更多的热传递至空气柱的外部分，以使得外部分比内部分更快地上升，用于朝着外部分抽吸内部分，使得内部分的至少一部分形成沿着壁流动的层流边界层。
8.根据权利要求7的热传递子组件，其中所述至少一个热传递元件至少部分地限定：第一路径，外部分的至少第一区段沿着第一路径行进；以及第二路径，内部分的至少第二区段沿着第二路径行进。
9.根据权利要求8的热传递子组件，其中第一路径比第二路径显著更长，用于与传递至内部分相比将更多的热传递至外部分。
10.一种加热器组件，其适合于定位于至少部分地限定室的基本上竖直的壁处，用于加热室中的空气，所述加热器组件包括：
至少一个加热元件，以提供热；
多个热传递元件，其安装于所述至少一个加热元件上，用于将热从所述至少一个加热元件传递至基本上向上运动经过所述热传递元件的空气柱；
每个所述热传递元件包括当加热器组件靠近壁定位时能靠近壁定位的内侧以及能远离壁定位的外侧；并且
每个所述热传递元件被形成为与传递给空气柱的靠近壁定位的内部分相比将更多的热传递至空气柱的远离壁定位的外部分，用于使得外部分与内部分相比更快地上升并且至少部分地由外部分带走内部分，用于内部分的至少一部分沿着壁的层流流动。
11.根据权利要求10的加热器组件，其中每个所述热传递元件被形成为在空气柱离开加热器组件时将内部分定位在距壁最小的预定距离处。
12.根据权利要求10的加热器组件，其中热传递元件至少部分地限定：多个第一路径，在空气柱由热传递元件变暖时空气柱的外部分沿着所述第一路径指向，第一路径比至少部分地由热传递元件分别限定的多个第二路径要长，空气柱的内部分沿着所述第二路径引导。
13.根据权利要求10的加热器组件，其中每个所述热传递元件在其外侧处与在其内侧处相比显著更高，第一路径和第二路径构造成使得外部分和内部分分别在靠近热传递元件的相应外侧和内侧的地方离开。
14.根据权利要求13的加热器组件，其中每个所述第一路径和每个所述第二路径分别至少部分地由彼此相邻定位的热传递元件限定。
15.根据权利要求10的加热器组件，另外包括在其中至少部分地限定腔的壳体，所述至少一个加热元件和安装于所述加热元件上的热传递元件能够接收于所述腔中，所述壳体包括：至少一个入口，形成变暖的空气柱的空气通过所述入口进入壳体；以及至少一个出口，变暖的空气柱通过所述出口离开壳体。
16.根据权利要求15的加热器组件，其中变暖的空气柱通过所述至少一个出口的向上运动是基本上不受阻碍的，从而在空气柱离开壳体时引起空气柱的显著层流。
17.根据权利要求15的加热器组件，其中壳体将空气柱定位成在空气柱离开壳体时与壁隔开最小的预定距离。
18.一种加热至少部分地由基本上竖直的壁限定的室中的空气的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)提供至少一个加热元件，以提供热；
(b)提供至少一个热传递元件，用于将热从所述至少一个加热元件传递至靠近所述至少一个热传递元件的空气柱；
(c)将所述至少一个热传递元件定位成靠近壁；以及
(d)利用所述至少一个热传递元件，与空气柱的靠近壁的内部分相比，更多地加热空气柱的远离壁的外部分，以使得外部分与内部分相比更快地上升并且至少部分地由外部分带走内部分，用于内部分的至少一部分沿着壁的层流流动。
19.根据权利要求18的方法，另外包括：
(e)通过所述至少一个热传递元件，至少部分地限定：
第一路径，外部分的至少第一区段沿着第一路径行进；以及
第二路径，内部分的至少第二区段沿着第二路径行进，第一路径比第二路径要长，用于与内部分相比更多地使外部分变暖。
20.根据权利要求19的方法，另外包括：
(f)允许空气柱基本上不受阻碍地离开第一路径和第二路径，用于空气柱的层流流动。
21.一种加热器组件，其适合于定位于基本上竖直的壁处，用于加热至少部分地由所述壁限定的室中的空气，所述加热器组件包括：
至少一个加热元件，以提供热；
至少一个热传递元件，其安装于所述至少一个加热元件上，用于将热从所述至少一个加热元件传递至基本上向上运动经过所述至少一个热传递元件的空气柱，所述空气柱包括靠近壁定位的内部分以及远离壁定位的外部分；以及
用于相对于内部分的至少第二区段使空气柱的外部分的至少第一区段加速的装置，以使得外部分与内部分相比更快地上升，使得内部分至少部分地由外部分带走，从而引起内部分的至少一部分沿着壁的层流流动。
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