加热器 本发明涉及加热器，特别是，涉及旨在加热大型建筑物的空间加热器，如加热仓库、厂房、飞机库等的加热器。
特别是，空间加热器在下列专利文献中是熟知的，如WO-A-96/10720、GB-A-2 145 218、EP-A-0 408 396、EP-A-0 408 397、和EP-A-0 410 707。在文献EP-A-0 408 396中公开的加热器包括一壳体、一细长燃烧管、一位于燃烧管一端的燃烧器、和一位于燃烧管另外一端的风扇，该风扇用于从燃烧管吸取燃烧气体。壳体在下端开口，以允许来自燃烧管的辐射热从燃烧器直接向下辐射至地面。为了产生辐射热，在文献EP-A-0 408 396中公开的加热器还设置成可以提供由吹出的暖空气加热。这是通过设置空气导管实现的，该空气导管在壳体内延伸，这样，随着空气在空气导管内移动，壳体内的空气被加温，空气导管上的孔使暖空气向下方排出。另外，在空气入口处，一部分空气被反射板分流，这样，空气直接冲击至燃烧管上，从而更快地加热空气，然后，该空气从加热器的底部排出指向地面。反射板的位置可以改变，从而使更多或更少的空气直接分流至燃烧管上，进而在辐射热和由加热器发出的对流热之间产生理想地平衡。
直接使空气作用在燃烧管上的一个后果是，其冷却了燃烧管，这可使得辐射效率降低，并且可以在燃烧管内形成灰和冷凝物。在文献EP-A-0 408 396中公开的加热器的进一步的潜在的缺点是，在加热器的一端只有一个离心风扇，从而难于保证来自加热器的由风扇辅助的对流空气的加热输出量沿着加热器的长度保持有用途和恒定的水平，特别是在较长的加热器中更是如此。
本发明克服了上述问题，方法是在加热器的壳体的上部设置一个或多个风扇，该风扇用于吸取外部空气，使该空气向下穿过加热器的壳体。为了防止空气冷却燃烧管从而产生上述的问题，燃烧管的上表面由热辐射-吸收板或热交换器围绕，该热辐射-吸收板或热交换器由燃烧管的上半部分辐射加热。这样，随着由设置在加热器的壳体的上部的风扇吸入加热器的空气与热交换器板相接触，该空气被加热，然后，该空气从加热器的下端排出，并且指向地面。
相应地，根据本发明的第一方面，提供了一种空间加热器，其既可以提供辐射加热，又可以吹出暖空气加热，以对加热器下方的空间进行加热；该加热器包括一壳体，该壳体的下侧凹入以限定一槽，在该槽内安装有燃烧管；该加热器具有一燃烧器和第一风扇元件，该燃烧器与燃烧管的第一端相通，而第一风扇元件与燃烧管相通，以沿着燃烧管使燃烧气体从第一端移动至第二端；壳体的上表面上具有一孔和热交换器板，该孔与第二风扇元件相通，以把空气引导至壳体内的槽内，而热交换器板安装在燃烧管和孔之间，热交换器板的形状是围绕着燃烧管的上表面，以从该上表面上吸收辐射热，并且防止来自孔的空气直接冲击燃烧管；从而，空气由热交换器板加热，然后，从槽的下端向下排出。
壳体下侧的凹部内可只安装有一个燃烧管，也可安装数个燃烧管，如两个、三个或四个燃烧管。在安装有数个燃烧管的情况下，各燃烧管举例来说可并列安装。
在本发明的一个特定的实施例中，只有一个唯一的燃烧管。
每个燃烧管可包括两个或多个枝杈，主要的第一枝杈在一端与燃烧器相连，在远离燃烧器的一端与一个或多个回流枝杈相连，回流枝杈在本质上平行于主要的第一枝杈。在一个推荐的实施例中，燃烧管包括一个主要的第一枝杈和一对回流枝杈，各回流枝杈在远离燃烧器的一端与主要的第一枝杈相连，两个回流枝杈位于主要的第一枝杈的两侧。
在具有一个以上的回流枝杈的情况下，主要的第一枝杈的横截面积通常大于回流枝杈的横截面积。例如，在具有两个回流枝杈的情况下，主要的第一枝杈的容积大约是各回流枝杈的容积的两倍。
每个回流枝杈具有一个风扇，如离心风扇，安装风扇的目的是沿着主要的第一技杈吸取燃烧气体并使各气体进入各回流枝杈。
特别是，第二风扇元件包括安装在壳体的上表面上的风扇。该第二风扇元件可包括数个风扇，各风扇沿着壳体的上表面在相互间隔的位置上进行安装。有优点的是，该风扇是轴流式风扇。由第二风扇元件导入槽内的空气通常是来自壳体外部的空气。有优点的是，由第二风扇元件吸入壳体内的空气可进行预热，例如，通过使空气途经热交换器板，以吸取由燃烧过程产生的废气中的热量。例如，这可通过采用平衡烟道系统来实现。
壳体可包括内膜和外膜，内膜限定了槽的侧壁，而外膜限定了壳体的上表面，在内膜和外膜之间的空间内至少部分地充满了热绝缘材料。特别是，热绝缘材料是可以抵抗500℃以上尤其是600℃以上高温的材料，
特别是，壳体内的槽的内表面，如在内膜上，具有反射表面，以向下反射来自燃烧管的热辐射，或者把来自热交换器板的任何热辐射反射回热交换器板。为了提高槽的反射表面的反射效率，该反射表面尤其是经过了处理的表面，以减小表面空穴和不平顺并改善反射效果。例如，该表面可以是阳极氧化铝，特别是，可以是彩色的阳极氧化铝，更特别是，可以是金色的阳极氧化铝。金色的阳极氧化铝被认为是在根据本发明的加热器中反射辐射特别有效。
相反，热交换器板的下表面通常在本质上是非反射性的，特别是，热交换器板的上表面也可是非反射性的，并且可有优点地进行处理，以改善辐射-吸收性能。例如，上表面可以被弄黑。另外或附加地，热交换器板的表面可以进行处理，以增加表面积，例如可通过喷丸的方法在表面形成凹穴或小坑。
根据能量定律，由热体发出的辐射与热体的温度有关，并且遵循这样的规律，通过使加热器工作以使加热元件如燃烧管尽可能地热，可使辐射加热器的效率提高。然而，对于加热器的效率来说，一个限制因素是在加热器的表面上形成有“热点”，此处，火焰直接与燃烧管的侧壁相接触。如果调节可燃烧的混合物以产生更高的温度，这样的热点的数目和温度都会增加，最终导致加热元件损坏。为了克服这个问题，燃烧管可具有一内衬管，该内衬管沿着燃烧管的内部从燃烧管的燃烧器端延伸至可燃烧的混合物的提供处，该内衬管和燃烧管相比具有较小的横截面积，并且该内衬管设有孔。因此，火焰可保持在内衬管内，并且在内衬管和燃烧管的内壁之间的区域内提供空气，该空气可通过孔进入内衬管。形成热点的问题在提供可燃烧的混合物的一端最严重，但在细长的燃烧管的远处端该问题较小甚至可以忽略，因此，内衬管没有必要沿着燃烧管的整个长度延伸。事实上，推荐的情况是，内衬管比燃烧管短，以降低成本和简化结构。
内衬管可设有扩口部分，该扩口部分延伸出燃烧管，可燃烧的混合物被导入该扩口部分。因此，可燃烧的混合物可更容易地被导入内衬管，在扩口部分和燃烧管的入口部分之间可留有正的间隙，以允许空气进入该燃烧管。在内衬管的作用下，火焰与加热元件的侧壁相互分离，因此，火焰的温度可以增加，以提高效率。
如果需要，为了提高加热器的效率，提供给燃烧器的空气在混合之前可进行加热，方法是使之途经燃烧管。因此，在把入口处的空气提高至火焰的温度的过程中浪费的热量较少，相应地，火焰可更有效地燃烧。
根据本发明的另外一方面，提供了一种如上所述的空间加热器，其为模块化的结构，包括一对端部模块和一个或多个中间模块，端部模块和中间模块可相互连接在一起，以形成加热器；至少一个端部模块上安装有燃烧器，至少一个端部模块上安装有如上所述的第一风扇元件；各中间模块包括壳体的中间部分，壳体内安装有燃烧管的中间部分和热交换器板，壳体的中间部分的上表面上具有一个孔，该孔与第二风扇元件相通，以把空气导入壳体内的槽内。
加热器可只包括一个中间模块，在近处和远处端部模块之间也可设有两个或多个中间模块。因此，中间模块的数目可以根据加热器的所需长度进行选择。
也可设置没有风扇的间隔模块，该间隔模块可插入各中间模块之间或中间模块和端部模块之间。该间隔模块可包括壳体的一部分，其中安装有燃烧管的一部分和热交换器板。
特别是，端部模块、中间模块和任何间隔模块都设有可合作的形状，以使各模块连接在一起。例如，一个模块可设有一个或多个插头和/或插座，以与相邻模块的对应的插座或插头相连。
在一个实施例中，一个端部模块可包括一燃烧器，另外一个端部模块可包括第一风扇元件。
在另外一个实施例中，加热器可具有数个独立的燃烧管，一个端部模块可包括至少一个燃烧器和至少一个第一风扇元件，另外一个端部模块可包括对应数目的燃烧器和第一风扇元件，燃烧器和第一风扇元件的总数目都对应于燃烧管的数目。
在另外一个实施例中，一个端部模块可包括至少一个燃烧器和至少一个第一风扇元件，另外一个端部模块可形成一歧管，该歧管可把如上所述的主要的第一燃烧管和回流管相连。
因此，可以看出，本发明的加热器的模块化性质使得可由较少数目的模块制造大范围的不同尺寸和形状的加热器。
下面结合附图对本发明的特定实施例进行说明，附图包括：
图1是根据本发明的一个实施例的模块化的加热器的侧面图；
图2是如图1所示的模块化的加热器从下面看的分解示意图；
图3是如图1和2所示的模块化的加热器从一侧看的分解示意图；
图4a和4b是如图1至3所示的加热器的燃烧器端部模块和中间模块的放大图；和
图5是在图1中沿I-I线的横截面图。
现在看附图，根据本发明的一个实施例的加热器包括五个模块：近处端即燃烧器端模块2；三个中间模块4、6和8；以及远处端模块10。这五个模块通过插头与插座式接头配合在一起，各插头与插座式接头位于插头结构(如图2、3、4a和4b所示)和对应的插座结构(未示出)之间。
当连接在一起时，加热器包括壳体20，该壳体20包括内壁22和外壁24，内壁22和外壁24之间夹有绝缘材料层26。该壳体的刚度由四个模块的端壁2、2”、4、4”、6、6”、8、8”、10、10”加强。该壳体下侧的凹部限定了槽28，在该槽28内悬置着三个燃烧管30、32和34，燃烧管30、32和34由歧管36连通，该歧管36安装在远处端模块10内。近处端模块20内安装有气体燃烧器40，该燃烧器40以示意图表示，可以是传统的设计。该气体燃烧器可以是单一的燃烧器，也可以包括数个燃烧器。气体燃烧器的出口与主燃烧管32的近处端连通。主燃烧管32内设有一个或两个带孔的衬管42。在该结构中，随着沿衬管42的前进，空气可以沿在衬管42的外侧和燃烧管32的内壁之间的空间44流动，穿过衬管壁上的孔(未示出)，以提供火焰。这样，可以实现更完全的燃烧。
在近处端模块2的下侧的气体燃烧器40的两侧安装有离心风扇48，该离心风扇48可以是传统的结构。离心风扇48分别与回流管30和34相连。回流管30和34在歧管36处与主燃烧管32相连，回流管30和34的容积大约是主燃烧管32的一半。管30、32和34由钢制成，可进行表面处理以使辐射效率最大化。
吸收热辐射的热交换器板50、52和54悬置于每个燃烧管的上方，以围绕各管的上半部分，热交换器板50、52和54的横截面为向下开口的槽形。各热交换器板相距较小，形成了具有限制宽度的间隙56、58、60和62，其重要性将在下文说明。最值得推荐的是，对热交换器板50、52和54进行处理，以增强其辐射吸收能力。例如，可至少使其下侧变黑，以使热吸收能力最大化。另外或附加的是，可以进行如喷丸的处理，以增加其表面积。
在每个中间模块的壳体部分20”的上侧安装有轴流式风扇64，该风扇64以示意图表示，可以是传统的设计。来自风扇64出口的空气通过孔66被导向，孔66位于壳体部分20”的上壁上。
在使用时，气体提供给燃烧器40，在主燃烧管32内发生燃烧。燃烧形成物沿主燃烧管32被吸取，绕过歧管36，沿回流管30和34返回，在各回流管的端部由离心风扇48排出。因此，燃烧管30、32和34的温度被加热至300至600℃之间，在该温度下，热量从各管的表面辐射出来。来自各管的下表面的热辐射被导向地面，以提供热辐射效果。
主燃烧管32不可避免地比回流管30和34热，各管本身也有温度梯度。然而，通过把回流管30和34定位在总体上平行于主燃烧管32，这三个管沿加热器的长度方向的平均温度在本质上可保持恒定。因此，加热器的总的辐射输出沿其长度方向在本质上是恒定的。
来自管30、32和34的上表面的辐射热量被热交换器板50、52和54的吸收表面获取。空气在轴流式风扇64的作用下被吸入壳体的上壁20”上的孔66内，该空气越过热交换器板50、52和54，并且被加热，然后，穿过各板之间的具有限制宽度的间隙56、58、60和62，向下指向下方的地面。在各热交换器板之间具有限制宽度的间隙的目的是，保证在各板的上方的空间内产生背压，从而保证空气有最多的机会与热交换器板相接触，并且从热交换器板上吸取热量。
因此，加热器即提供了热辐射效果，又提供了有风扇辅助的暖空气加热效果。通过把热交换器板置于燃烧管的上方，否则将浪费的热量被获取，向下折返指向地面，从而使加热器的效率最大化。另外，通过使燃烧管与空气流屏蔽可防止燃烧管的不希望有的冷却，燃烧管的冷却会减少燃烧管的辐射输出，并导致燃烧不充分。有风扇辅助的对流的进一步的优点是，可以从建筑物的屋顶的下部区域吸取空气，该处的空气已经温暖至某种程度，并且通过通常的对流上升至屋顶。为了进一步提高加热器的效率，从燃烧器排出的气体可以途经另外的热交换器(如平衡的烟道系统，但未示出)，该热交换器与轴流式风扇的空气入口相连，从而进一步对空气预热，然后，该空气被吸入加热器的壳体内。
根据本发明的加热器的进一步的优点是其模块化的结构，这使得只要简单地把不同数目的中间模块组合在一起就可以制成不同长度的加热器。在如图所示的实施例中，加热器具有三个中间模块，但只有一个或两个模块，甚至四个或更多的模块，同样可取得良好效果。通过插头与插座式的连接系统，各模块可在现场简单地组装，从而可使运输中的问题最少，否则就可能要运输很大的加热器组件。
很明显，如图所示的加热器可以进行多种修改和变化，而不超出本发明的原理，所有的修改和变化都将包含在本申请中。