专利名称：火焰模拟装置及其组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及模拟壁炉，更确切地讲，涉及用于电壁炉和类似壁炉的火焰模拟装置。
背景技术：
电壁炉的流行是因为它能提供实际壁炉的直观性能，而没有与排放燃烧气体有关的成本和复杂性。在美国专利4,965,707(Butterfield)中公开了一种用于产生电壁炉仿真模拟火焰的装置。该Butterfield装置采用一个波浪带和散射屏系统来模拟火焰。该装置所模拟的火焰惊人地真实，虽然其效果类似于焦炭燃料的火焰(在欧洲流行)，而不是木材燃料的火焰(在北美更流行)。燃烧木材的火焰更趋于具有动感，且在燃料源的上方更高的位置。此外，在颜色上木材火焰没有焦炭火焰红(而且更黄)。
需要有一种装置用来产生模拟火焰，它更真实地类似于燃烧木材的火焰。同时需要改善模拟火焰的光强度，从而更真实地类似于实际火焰的强度。
发明概述本发明的目的涉及一种能够产生真实火焰效果的改进的火焰模拟装置。
一方面，本发明提供一个火焰模拟装置，包括一个光源；一个火焰效果组件，它具有从所述光源透射光以产生动感火焰效果的装置；至少一个闪烁组件具有至少一个反射表面，所述闪烁组件置于所述光源和所述火焰效果组件的中间，以反射来自所述光源的光，再由所述火焰效果组件透射光；一个具有部分反射表面和散射表面的屏，所述火焰效果组件接近于所述散射表面，在些所述透射的光在屏上产生一个类似于动感火焰的图像；以及一个模拟燃料床与所述部分反射表面相邻放置，在屏上显示出燃料床的图像，而且动感火焰图像看起来是在模拟燃料床和它在屏上的图像之间产生的。
第二方面，本发明提供一个火焰模拟装置，包括一个光源；一个火焰效果组件，它由单独一片基本不透明的材料制成，具有从所述光源透射光以产生火焰效果的开口，所述火焰效果组件随着空气流而运动；一个空气流发生器；一个具有部分反射表面和散射表面的屏，所述火焰效果组件接近于所述散射表面延伸，并基本上跨越所述屏的宽度，在此所述透射的光在屏上产生一个类似于动感火焰的图像；以及一个模拟燃料床与所述部分反射表面相邻放置，在屏上显示出燃料床的图像，而且动感火焰图像看起来是在模拟燃料床和它在屏上的图像之间产生的。
第三方面，本发明提供一个火焰模拟装置，包括一个光源；至少一个闪烁组件具有至少一个反射表面，其反射来自所述光源的光，所述闪烁组件沿着基本平行于所述屏的水平轴线放置；一个用于围绕所述轴线转动所述闪烁组件的转子；一个具有部分反射表面和散射表面的屏，从所述旋转闪烁组件反射的光到达所述散射表面，在此产生一个类似于火焰上运动气体的图像；以及一个模拟燃料床与所述部分反射表面相邻放置，在屏上显示出燃料床的图像，而且运动气体的图像在此看起来是在模拟燃料床和它在屏上的图像之间产生的。
另一方面，本发明提供一个用于火焰模拟装置的火焰效果组件，包括单独一片基本不透明的轻质材料，其大小基本上完全跨越需要火焰效果的区域；以及在所述材料片上开出的一组开口，以使光线更易于通过片材，从而产生所述火焰效果。
另一方面，本发明提供一个用于火焰模拟装置的大体透明的屏，包括一个具有部分反射表面和散射表面的主体，所述两个表面是相对的；一个表面粗糙区域位于所述部分反射表面的一部分，所述粗糙区域具有基本无反射的粗糙打磨面；以及一个反射区域位于所述屏的另一部分，所述反射区域具有反射打磨面。
另一方面，本发明提供一个火焰模拟装置，包括一个光源；一个火焰效果组件，它由单独一片基本不透明的材料制成，其大小基本上完全跨越需要火焰效果的区域，所述材料片上开出一组开口，以使来自所述光源的光更易于通过，从而产生动感火焰效果；至少一个闪烁组件具有至少一个反射表面，以反射来自所述光源的光穿过所述火焰效果组件；一个具有散射表面的透明屏，所述火焰效果组件接近于所述散射表面延伸，在此所述透射的光在屏上产生一个类似于动感火焰的图像；以及用于使所述闪烁组件相对于所述屏运动的装置。
另一方面，本发明提供一个用于火焰模拟装置的模拟燃料床，包括陶瓷材料制成的第一部分，用于模拟壁炉中的木材；以及塑料制成的第二部分，用于模拟壁炉中木材燃烧余烬床，所述第一部分置于第二部分中，二者结合起来模拟余烬床中一根或多根木材。
另一方面，本发明提供一个用于火焰模拟装置的屏，包括一个部分半透明的散射元件，其大小基本跨越希望产生火焰效果的区域，所述半透明散射元件具有的厚度适应于穿过所述厚度散射光线；以及一个部分反射元件，其大小基本上与所述散射元件相对，所述反射元件具有部分反射表面，该反射表面背向所述散射元件；此处，通过所述部分反射表面可看到穿过所述散射元件的光。
另一方面，本发明提供一个用于火焰模拟装置的屏，包括一个半透明散射元件，其大小基本跨越希望产生火焰效果的区域，所述散射元件基本是非平面的；以及一个部分反射元件，其大小与所述散射元件相对，所述反射元件具有部分反射表面，该反射表面背向所述散射元件；此外，通过所述部分反射表面可看到穿过所述散射元件的光。
另一方面，本发明提供一个火焰模拟装置，包括一个光源；至少一个闪烁组件具有至少一个反射表面；由一片基本是反射材料制成的火焰效果组件，其大小基本上完全延伸跨越需要火焰效果的区域；一个具有光散射元件的屏，其大小制成基本上完全延伸跨越需要火焰效果的区域，所述火焰效果组件接近于所述光散射元件延伸，在此，来自所述光源的光由所述闪烁组件反射到所述火焰效果组件，再由所述火焰效果组件反射到所述屏上；以及使从所述光源反射的所述光运动的装置，从而在所述屏上产生一个类似动感火焰的图像。
另一方面，本发明提供一个壁炉装置，包括具有一内表面的基本透明的前壁；一个面向所述前壁内表面的反射表面；以及一个应用于所述前壁的所述内表面的图案样式，一个观察者通过所述基本透明的前壁基本看不到所述图案样式，但能看到在所述反射表面上的反射图案样式。
另一方面，本发明提供用于火焰模拟装置的闪烁组件，它包括许多从杆上径向伸出的许多反射带，所述带的形状是非直线的。
附图简介为更好地理解本发明，以及更清楚地说明其工作原理，现在通过举例的方式参照附图进行说明。这些附图显示了本发明的优选实施例，其中
图1是一个电壁炉的透视图，其中安装了依据本发明的火焰模拟装置；图2是图1装置的侧视图，显示侧壁后面的组件；图3是图1装置的前视图，显示顶壁以下的组件；图4是图1装置的顶视图，显示前壁后面的组件；图5是用于图1装置的火焰效果组件的前视图；图6是用于图1装置的上部闪烁组件的透视图，即沿图3中箭头6方向上的视图；图7是一段原料的部分平面图，该原料形成了用于图1中上部闪烁组件的许多径向条带；图8是用于图1装置的下部闪烁组件的透视图，即沿图3中箭头8方向上的视图；图9是依据本发明的进一步实施例用于图1装置的燃料床灯光装置的顶视图；图10是该火焰模拟装置的第二个优选实施例的侧视图，显示闪烁组件的另一种取向；图11是竖直屏的第二个优选实施例的前视图，显示分成几部分的部分反射表面；图12是燃料床第二个优选实施例的分解详图；图13是火焰模拟装置第三个优选实施例的侧视图，显示另一种火焰效果组件；图14是用于图13装置的火焰效果组件的前视图；图15是火焰模拟装置的第四个优选实施例的侧透视图，显示另一种火焰效果组件和另一种竖直屏；图16是用于图1或图15装置的另一种竖直屏装置的侧视图；图17是用于图15装置的火焰效果组件的前视图；图18是安装了火墙模拟装置的电壁炉的正透视图；图19是图18壁炉的侧视图；图20是图18装置前壁内表面的放大透视图；以及图21是一段原料的部分平面图，该原料形成了用于图1或图15中上部闪烁组件的另一个实施例的许多径向条带。
优选实施例详述依据本发明的火焰模拟装置一般如图中10所示。该装置安装在电壁炉内，在图中一般以12表示，还带有电源连接线13用于连接电源(未画出)。
该电壁炉12包括形成模拟燃烧室的壳体14，模拟燃烧室的壳体14具有顶壁、底壁、前壁、后壁和侧壁，分别示为16、18、20、22和23。前壁的一部分由透明前面板24确定，前面板24是可移走的，以便接触壳体14中的东西。一个控制单元21置于壳体顶壁之上。该控制单元21包括一个加热器单元25、一个控制热输出的恒温器27，和一个启动火焰效果的主电源开关29。
参看图2，一个模拟燃料床26由位于壳体14下方前部的平台28支承，该燃料床26包括一个真空成型的塑料壳并着色以模拟木材燃烧火焰的木材和余烬。
塑料壳部分是半透明的，以允许来自光源30的光线照射通过，光源30位于燃料床26的下方。比如，该塑料壳可以用橙色半透明塑料制成。塑料壳的顶部可以涂上颜色以模拟木材的表面。塑料壳的下部可以涂成黑色(或其它不透明颜色)，然后在希望光线通过的部位打磨光。比如，可以将塑料壳下方的凸出点(相应于顶部的凹槽)打磨光以允许光线通过。这样这些点就可模拟燃烧后的灰烬。同样，在模拟木材之间的岔口区域也可以打磨光(或不涂色)以模拟两根木材交叉处的灰烬。
光源30包括三个60瓦的灯泡，安装在燃料床26下方的灯座34上。也可以选自一个或多个石英卤素灯。灯座34由垂直臂36支承，臂36由紧固件38连接到壳体14的底壁上。在壳体14的前端下部，一个抛物面反射器40位于光源30的下方，以使光照射到壳体14的后部。光强度可以通过位于控制单元21上的、与光源30电连接的调光开关41来改变。
在如图9所示本发明的进一步的实施例中，燃料床灯光装置100可安装在燃料床26的下方。燃料床灯光装置100包括一个在燃料床26下面支承一串灯泡104的支承组件102。灯泡104在不同的时间闪烁以给出燃料床灰烬中热增加和减少的效果(由光强度不同来表现)。已经发现传统的圣诞节灯泡适合于这一目的。还发现通过在燃料床下安装四个普通灯泡可以产生逼真的灰烬效果，灯泡光强度采用一个微处理器(未示出)来随机改变。
位于燃料床26后面而紧挨燃料床的是竖直屏42。屏42是透明的，且具有部分反射表面44和散射表面46。屏42座落在下部水平支承组件50中的槽48中。下部水平支承组件50由紧固件52紧固到壳体14的侧壁23上。屏42由侧框架组件54支承其侧面，侧框架组件54则由紧固件56紧固到侧壁23上。屏结构详见作为本发明参考的美国专利4,965,707中的描述。
屏42紧挨在燃料床26的后面，这样燃料床26将在反射表面44上映出以给出深度的幻觉。如下文将进一步解释的那样，模拟火焰的图像看上去好象是在燃料床26和屏上燃料床26的映象之间产生的。同样，模拟火焰也好象是由燃料床26的反射图像产生的。一个上部光源57位于壳体前面顶部，用于照亮模拟燃料床26的顶部，并增强屏42上的反射图像。
更详细地参看火焰模拟装置10，该装置包括一个火焰效果组件58、一个鼓风机60、以及上部和下部闪烁组件62和64。
如图5所示，火焰效果组件58由单一的轻质、基本不透明的薄片材料如聚酯制成。组件58基本上延伸跨越屏42的整个宽度。在火焰效果组件58上有一组狭缝66，在来自鼓风机60的空气流的作用下组件58波动时，光线能够穿过火焰效果组件58。较长的狭缝66位于火焰效果组件58的下端，以模拟燃料床26产生的较长的火焰。较小的狭缝66位于火焰效果组件58的上端，以模拟火焰的卷烧，它出现在燃料床26产生的大的主火焰上方。狭缝66围绕火焰效果组件58的中心轴线68呈对称分布模式，以给火焰效果以平衡的外观。组件58可涂敷塑料薄膜(比如聚氨酯)以减少狭缝边沿以后的磨损。此外，火焰效果组件还可包括一组不连续的火焰效果组件58，如作为本发明参考的美国专利4,965,707中所述。
火焰效果组件58的底端由与底部水平支承组件50相连的紧固件70支承。火焰效果组件58的上端由与上部水平支承组件74相连的紧固件72支承。该上部水平支承组件由紧固件76紧固到壳体14的侧壁上。
火焰效果组件58相对较松地支撑于水平支承件之间，故将在来自鼓风机60的气流作用下翻腾或波动。鼓风机60由安装支架78支承，支架78由紧固件80紧固到壳体14的底壁上。在控制单元21上有一个气流控制开关83用于调节鼓风机气流到所需的量。气流越大，火焰的动感越强。此外，火焰效果组件58也可通过机械方式运动，以提供足够的翻腾或波动的火焰效果。
在使用中，光线是从光源30穿过火焰效果组件58的狭缝66透射到屏42的散射表面46。火焰效果组件58在来自鼓风机60的空气流中翻腾以改变狭缝66的位置和大小。所得结果是透射的光类似于燃烧的卷烧火焰。如下文将进一步解释的那样，由于光线在穿过狭缝66之前是由闪烁组件62，64的有色反射表面82反射的，故所透射的光至少部分是有色的。
上部和下部闪烁组件62和64位于火焰效果组件58的后面，接近于壳体14的后壁。如图6和8所示，每个闪烁组件包括一个伸长的连接杆81，它具有一组反射带82径向向外延伸。闪烁组件62和64的优选直径为大约2到3英寸。反射带82是由宽度约为1.5英寸的长条材料制成。沿着长条材料83的纵向延伸一侧切割出一系列横向狭缝以形成每个单独的带82。然后将长条材料83绕杆81卷绕，这样带82就围绕杆81的周围径向伸出。此外，带82也可切割成约2到3英寸的长度，并通过形成杆81的螺旋绕线将带82的中心固定。另一个可选择的是，闪烁组件的反射表面可以是安装在一个圆柱体周围表面的玻璃反射镜片。
杆81的一端置于垂直支承臂86上形成的凹槽84中，支承臂86由紧固件88连接到壳体14的底壁上。杆81的另一端连接到相应的转子90上，以使每个杆81绕其轴线转动。如图所示，转子90由电动机91带动旋转。转子90由垂直支承件92支承，垂直支承件92由紧固件94连接到壳体14的底壁上。另外，转子90也可由来自鼓风机60的空气流驱动，鼓风机60安装在转子的相应叶片上。优选情况是，转子90沿图2中箭头93的方向转动闪烁组件62和64，这样，在反射光图像上就出现了向上运动的表观效果，这就模拟了燃烧火焰中气体向上运动的效果。当然也可使用其它模拟气体向上运动效果的方法。比如，在运动的、部分不透明的屏(未图示)中安装一个光源(未图示)，以产生所需的光线效果。还可以想象，可以单独使用闪烁组件62和64或上述气体模拟装置而不用火焰效果组件58。已经证明，单独使用闪烁组件62和64可以产生逼真的效果，尽管不如与火焰效果组件58结合使用时那么逼真。
从图2可以看出，下部闪烁组件的位置比燃料床26的上端水平面稍低一些。这使得当一个人在壁炉前观看时，容易获得燃料床表面附近产生有色火焰和向上运动气体的效果。类似地，上部闪烁组件位于燃料床26上方的水平面，这样当一个人在壁炉前观看时，容易获得燃料床上方一定距离处产生有色火焰和向上运动气体的效果。此外，上部和下部闪烁组件62和64改善了模拟火焰和气体的光强度。
更仔细地参看图7，其中显示了上部闪烁组件的带82。每个带82都由反射材料如MYLARTM制成，带82的优选带有颜色是蓝色或红色尖部96以及银色带体98，虽然全银色的带体也成功地使用过。具有红色带尖的带82的长条材料83和具有蓝色带尖的带82的长条材料83都可绕杆81卷绕。如图6所示，在闪烁组件62的整个长度范围上，蓝色和红色带尖的带82的组合从杆81上径向伸出。所以，上部闪烁组件62反射白色、红色和蓝色光，这些光接着又通过火焰效果组件58透射。
如图8所示，下部闪烁组件64包括紧密排布的细带82，它由反射材料如MYLARTM制成。带82或者是金黄色的，或者是红色的。具有红色带82和金色带82的长条材料83的组合可绕杆81卷绕，以产生总体红色和金箔的外观，所以，下部闪烁组件64反射黄色和红色光，这些光接着又通过火焰效果组件58透射。
在使用时，闪烁组件62和64由转子90转动，这样带82的反射表面就通过波动的火焰效果组件58的狭缝66反射颜色，并产生燃烧气体向上运动的效果。由下部闪烁组件64反射的颜色类似于燃料床26表面附近的火焰颜色。由上部闪烁组件62反射的颜色类似于燃料床26表面稍远处的火焰颜色。上部闪烁组件62具有较稀疏排布的带82，其目的是产生更为随机的反射光，以模拟燃料床26上方一段距离的动感更强的闪烁火焰。在下部闪烁组件64上，更紧密排布的带82产生相对更为恒定的反射光，以模拟与燃料床26相邻处的更为恒定的火焰。
图10所示为闪烁组件62和64的另一种布局。上部闪烁组件62位于比燃料床26上端水平面稍微低一些的地方。下部闪烁组件64位于比燃料床26下端水平面稍高一些的地方。下部闪烁组件64位于比燃料床26下端水平面稍高一些的地方。
图11所示为一种改进的竖直屏42′。屏的前面包括一个部分反射表面44′，它又分为乌泽区200、过渡区202和反射区204。反射区204位于竖直屏42′的下端，其大小足以反射燃料床26从而产生模拟效果。同时，反射区204又不能过大，以致反射不想要的图像，比如紧挨壁炉前面的地板。为此，竖直屏42′在其中间和上端包括乌泽区200。乌泽区200经粗糙打磨，它不反射图像，但同时又允许通过竖直屏42′看到模拟火焰图像。过渡区202包括一个非反射的乌泽区200到反射区204之间的逐渐的过渡区。
图12所示为改进的燃料床26′。该燃料床26′包括由陶瓷材料制成并涂色以模拟木材的第一部分206。该床26′还包括由塑料材料制成并涂色以模拟灰烬床的第二部分208。优选的灰烬床208为半透明的，以允许来自光源30或前面介绍过的燃料床灯光装置100的光线通过。已经证明，采用陶瓷材料和灵活的模具能够完成对木材206的更准确的模拟。灰烬床208也可用塑料通过真空成型方法制成。该床上面要放置陶瓷木材206。该陶瓷木材206是被粘接到灰烬床208上以形成燃料床。
图13和14所示为火焰模拟装置10的第三个优选实施例。为方便起见，采用相同的数字代码表示相同的组件。第三个实施例不包括鼓风机60或在鼓风机的空气流中翻腾的轻质火焰效果组件58。取而代之的是一个改进的火焰效果组件58′，置于屏42之后并基本跨越屏42的整个宽度。改进的火焰效果组件58′的外形类似于图5所示的火焰效果组件58。不过，改进的火焰效果组件58′最好置于屏42之后约3英寸的基本垂直的平面上(距闪烁组件62和64约1/2英寸)。优选的组件58′是由更刚性的材料(如塑料或薄钢)制成，这样它将在垂直位置保持固定。组件58′也可采用轻质材料如聚酯，伸展拉紧到垂直位置。而且应当理解，组件58′的垂直位置并不是严格的，只要如下文所述能使光通过即可。
火焰效果组件58′上切割出一组狭缝66′，以允许来自光源30的光线穿过火焰效果组件58′到达屏42。尽管改进的火焰效果组件58′保持相对固定，但由于光线通过狭缝66时被闪烁组件62和64所反射，故仍可看到火焰模拟效果。
改进的火焰效果组件58′夹在上部和下部支承组件210和212之间以支承竖直位置的火焰效果组件。下部水平支承组件50作为下部支承元件之一还起着水平不透明屏214的作用，以阻止光线从屏42和火焰效果组件58′下面通过。以这样的方式，基本上所有到达屏42的光线都被闪烁组件62和64反射且通过火焰效果组件58′的狭缝66′。上部和下部支承组件210和212由紧固件216固定到壳体14的侧壁23上。
另一种选择是，组件58′可在其下端制成水平活动铰链。该活动铰链下面的部分可连接到屏42，且起着水平不透明屏214的作用。屏上面的部分起码在其上端由上部支承组件210支承。活动铰链允许组件58′按下文所述上下运动。
优选的火焰效果组件58′可以在箭头218的方向上相对于屏42作向上或向下运动。这是通过220所示的高度调节机构实现的。该机构220包括一根连接到火焰效果组件58′顶部的金属丝222。金属丝222延伸通过轴销224，并在其另一端连接到高度调节旋纽226的端部。高度调节旋纽226从控制单元21的前面伸出，它能够在箭头228的方向上相对于控制单元21的前面板向内和向外运动。高度调节旋纽226包括一组与控制单元21的前面板232啮合的齿230，以使旋纽226能够向内或向外卡紧在相对于控制单元21的一组位置之一上。已经证明，通过按预定的量升高或降低火焰效果组件58′，可以增强或减弱模拟火焰感觉强度(火焰的亮度和大小)的效果。我们认为这一强度的改变是由于火焰效果组件58′上形成有大小不同的狭缝66′，处于壁炉12前面不同位置的观察者或多或少地能看到这种变化。选择另外的高度调节机构也将是可以理解的。比如，通过凸轮装置将旋纽226连接到火焰效果组件58′上，从而使组件58′作上下机械运动。
图13所示的实施例进一步包括一个覆盖在透明前面板24的前面232上的模拟燃烧屏234。模拟燃烧屏234优选为一个织网，这就象人们知道的传统壁炉所用的阻拦火花的设备。织网屏234的顶端和底端通过从壳体14的前壁20伸出的销子236固定。此外，模拟燃烧屏234也可采用丝网印制工艺或类似方法直接在透明前面板24上制成。已经证明，模拟燃烧屏234能够减少任何强光或反射光，若无此网屏，就可能在透明前面板24上看到这种强光。
图15所示为进一步改进的竖直屏42″。该屏42″一般是透明的，且具有一个部分反射表面44″和一个穿过其厚度的散射区域46″。该屏42″是由基本透明但又部分半透明的材料制成，最好在其整个厚度上具有轻微的黯淡或混浊外观，这样，通过屏42″的光就会部分透过而部分散射。一种令人满意的材料是聚苯乙烯，通过加入一定量的白色粉末色素如二氧化钛，就可产生轻微混浊的外观。色素材料的优选粒度大小为微细级的，这样，在散射区域46″就可形成均匀的黯淡或混浊外观。通过改变加入到散射区域46″的塑料复合材料中的色素量可以控制散射区域46″的散射程度。散射区域46″能达到的散射程度应当是这样即当通过部分反射元件44″观察时，可通过散射区域46″的厚度看到三维火焰。
通过模拟火焰的投影光在屏42″的厚度上逐渐散射，改进的屏42″能给出模拟火焰的表观厚度，产生三维火焰的图像。而且，改进的屏42″不必依赖于砂磨或蚀刻表面来产生散射效应，故简化了装置10的制造。
图16所示为进一步改进的竖直屏42。该屏42是由反射元件44″′和散射元件46构成的。反射元件44是由部分透明、部分反射材料如半镀银的玻璃制成的。散射元件46是由半透明材料制成的，这种材料部分透射部分散射通过散射元件46的光线。散射元件46也可由与屏44所用类似的材料制成，给出一个与散射表面46类似的蚀刻或砂磨散射表面。此外，半透明材料如白色聚苯乙烯和聚丙烯也适合于散射元件46。采用半透明材料时，要选择用于散射元件46的特定材料的厚度以使散射元件能够自固定，且保持足够的半透明，这样，通过部分反射元件44能观察到火焰效果。散射元件46并不一定包含上述散射屏组件46″。
散射元件46不是平面的，而是沿其长度和宽度弯曲的，弯曲的方向和程度都沿散射元件46的垂直和水平方向而改变。散射元件46可以通过使一片塑料板真空成型为所需形状而制造。在垂直方向上，散射元件46下部的弯曲程度最好要与反射元件44中燃料床26(26′表示)的外视觉位置相吻合，以便给出这样的外观，使投影的模拟火焰从燃料床26的反射图像26′后面发散。比如，如果燃料床26包括模拟的木材，投影到散射元件46上的模拟火焰看起来就象是从燃料床26中模拟木材的反射图像26′后面发散的。在沿燃料床26的水平方向上，散射元件46下部的弯曲程度最好按照一个特定的角度，在此角度，模拟木材好象是置于燃料床26中，且与反射元件44中木材(26′表示)的视觉位置吻合。在燃料床26上没有模拟木材出现的水平位置上，散射元件46局部弯曲以与反射元件44靠近，从而给出这样的视觉，使投影的模拟火焰从燃料床26的模拟木材之间的灰烬升起。
随着散射元件46从燃料床26垂直上升，它将弯曲更接近于反射元件44，从而产生这样的幻影在其上投影的模拟火焰在燃料床26的木材上方卷绕。还可按需要选择散射元件46上部的弯曲程度，以模拟真实火焰的扰动和随机模式。
竖直屏组件42为模拟火焰增加了更多的三维效果。当通过部分反射元件44观察时，模拟火焰看起来是从燃料床26的模拟木材后面产生并通过三维路径，火焰仿佛是从燃料床26升起，这就更准确地模拟了真实木材火焰的效果。
图15到17所示为火焰模拟装置10的第四个实施例。为方便起见，采用相同的标号表示相同的组件。第四个实施例不包括鼓风机60或在鼓风机60的空气流中波动的轻质火焰效果组件58。相反，一个改进的且更简单的火焰效果组件58″置于屏42″(也可等效使用如图2所示的屏42)的后面和后壁300的前面，并基本跨越屏42″的整个宽度。如图17所示，改进的火焰效果组件58″具有反射表面302并一般具有模仿火焰的外形。后壁300具有非反射表面，在一个优选实施例中，组件58′是一个涂敷在后壁300表面上的反射性印花釉面。为模拟自然火焰的颜色，优选的火焰效果组件58″的颜色为绿色或蓝色的底部304和银白色的主体306。蓝色部分304和银白色的306之间的颜色是逐渐过渡的，即304部分蓝色的强度逐渐减弱而消失在银白色部分306中。
再次参看图15，一个沿方向93上转动的单个闪烁组件62置于燃料床26下方，并在火焰效果组件58″的前面。紧挨该闪烁组件62后面放置的是光源30。一个挡光块310用于阻止光源30的光线直接到达火焰效果组件58″。因此，基本上只有从闪烁组件62反射的光线到达火焰效果组件58″，然后反射到并透射穿过屏42″。模拟火焰的表观强度正比于闪烁组件62转动的速度。也可提供一个闪烁组件62的变速控制(未示出)以使使用者改变模拟火焰的表观强度。
固定火焰组件58″的引入消除了以前粘贴到屏42″上的丝网组件58。而且，改进的设计消除了对鼓风机60和下部闪烁组件64的需要，从而使装置10的制造和维护更为简单。更进一步，通过将闪烁组件62置于燃料床26之下，可获得更简洁的火焰模拟装置10，或者可将燃料床26进一步后移离开前面板24，从而使装置10看起来更深、更象真实的壁炉。此外，通过消除了对具有闪烁强度光源30的需要，闪烁组件62的重新定位进一步简化了本发明。
图15所示的实施例可进一步包括一个透明的光线随机分布面板312，置于燃料床26和闪烁组件62之间。该面板312优选为用玻璃或光学塑料制成，并具有非平面的表面314和316。表面314和316各具有凸面和凹面区，两个区光滑而相邻地互相掺合，从而形成具有变化厚度的面板312。使用时借助于不同焦距的区域，对从闪烁组件62反射到燃料床26的光线，面板312起着复合透镜的作用，闪烁组件62在方向93上转动。面板312的类似复合透镜特征的作用是当反射光线穿过燃料床26时周期性地改变来自闪烁组件62的光线的方向。结果是燃料床26的模拟焦炭看起来在随机方向上闪烁，不只是在闪烁组件62的转动方向上。
图18、19和20所示为进一步改进的火焰模拟装置10，它具有模拟砖或石头火墙400。为方便起见，采用前面使用的相同的标号表示相同的组件。参看图19，模拟火墙图案样式402和404分别应用于透明前面板24的内表面及侧壁23的两侧。火墙图案样式404是通过在侧壁23的两个内侧表面涂上图案样式404或类似方法实现的。如下文的进一步解释，图案样式402应用于透明前面板24的内表面，优选采用丝网方法以随机分布模式涂上一系列颜色点来实现。这些颜色点以这样的方式涂在壁上，以致位于透明前面板24前面的观察者不容易注意到涂在面板24内表面上的这些点，但是，能够看到这些点在反射表面44上的反射效果。这一效果给出了火墙出现在燃料床26产生的模拟火焰图像后面的幻影。在顶壁16下面有一个光源57用于照亮图案样式402，以增强它在表面44上的反射效果。为了产生更真实的照射图案样式402和404的效果，可以使光源57随机闪烁以模拟真实火焰对模拟火墙400的照射。光源57的闪烁可以通过集成电路控制(未示出)施加于光源57的电源来实现。
图20所示为应用图案样式402到前面板24内表面的优选方法。首先，随机分布的小颜色点406加到前面板24内表面上。尽管是随机的，颜色点406在整个前面板24内表面上的分布还是具有每平方英寸上相同的点密度。点406最好是全部大小相等。选择点406的大小和密度应使观察者不容易注意到点406的存在，且只在点406的存在传递到玻璃上的效果在透明前面板24上是隐约可见的。点406涂成黑色时这一效果达到最佳。优选采用丝网工艺将点406施加到面板24的内表面上。一旦施加了点406，就在点406上面再加一组颜色点408，其点直径略小于点406。点408的直径略小于点406且集中施加在点406上面，从而保证位于装置10前面的观察者将不会注意到透明面板24内表面上点408的存在。点408的施加也是优选采用丝网工艺。点408优选为两种颜色，一种是模拟砖块的颜色，另一种是模拟砖块之间模拟灰浆的颜色。特定点408的优选颜色应能获得整个砖块和灰浆是建造在前面板24内表面上的效果。
使用时，位于火焰模拟装置10前面的观察者不容易注意到透明前面板24内表面上的点406和408的存在，但是，颜色点406在反射表面44上的反射效果却易于为观察者所看到。模拟火墙400在观察者看来是在燃料床26后面、前面板24距燃料床26后面的两倍距离处。在前面板24的整个内表面上随机分布点406避免了可见的干扰图案样式。如果这些点是有规律地分布在前面板24的内表面上，就可能出现这一干扰图案样式，该干扰图案样式是在前面板24内表面上存在的点406、408和反射表面44上点406、408的反射图像之间产生的。以每平方英寸等密度分布的点406保证了点406施加到前面板24上隐约可见的效果在整个前面板24上是均匀的。图案样式402所选用的颜色也是用于侧壁23上图案样式404的颜色。图案样式402和404分别位于前面板24和侧壁23的内表面上，这样，两种图案样式的表观砖块和灰浆特征就与实际样式相吻合。
显然，模拟火墙图案样式402也可采用其它方式实现。比如，可以使用美国专利No.5,525,177中描述的一种CLEAR#FOCUSTM单向影像显示面板(未示出)。模拟火墙图案样式402可施加到CLEAR#FOCUSTM面板的显示表面，该显示表面再施加到前面板24的内表面，这样，位于火焰模拟装置10前面的观察者就不能直接看到图案样式402，但可以看到反射表面44上图案样式402的反射效果。在另一个实施例中，透明前面板24用一个网格火焰前屏24(未示出)替代，并采用涂色或类似方法在火焰屏24的内表面加上模拟火墙图案样式402。如果小心涂色以确保图案样式402只涂在火焰屏24的内表面，站在火焰模拟装置10前面的观察者就不能直接看到图案样式402。但是观察者将能看到图案样式402在反射表面44上的反射效果。
显而易见，产生模拟火墙400的装置可成功地用于任何具有前面板24和反射表面44的壁炉。特别明显的是，采用模拟火墙400会大大增强天然气或丙烷壁炉的外观效果。通过采用本发明产生模拟火墙400的装置作为节省空间的措施，壁炉的深度可能减小，然而，观察者将看不出壁炉深度已经减小。
图21所示为用于上部闪烁组件62的改进的带82′。由于以前闪烁组件62轮廓明显的直线给出的是轮廓明显的直的反射光，这减弱了火焰模拟的真实感，这里改进的带82′具有曲线切割边82c。结果是一个反射非直线型光线的改进的上部闪烁组件62，反射的光再透射穿过火焰效果组件58。反射光的非线性特性使得反射光的闪烁模式看起来更随机，因而更自然，故改善了模拟火焰闪烁的真实感。
可以理解，上文所示的是本发明的优选实施例。尽管如此，本发明允许在完全理解上述本发明的精神及下文权利要求书的范围内进行一定的改变和可替代的实施例。
权利要求
1.一种用于提供火焰图案的火焰模拟装置(10)，所述装置(10)包括一个模拟燃料床(26)；和一个光源(30)；一个具有部分反射前表面(44)和一个散射元件(46)的屏(42)，所述前表面(44)设置在所述模拟燃料床(26)的后面用于反射和传递光线，所述散射元件(46)设置在所述屏(42)的后面，从而使穿过所述散射元件(46)的光线可以透过所述部分反射前表面(44)看到，其特征在于，所述散射元件(46)具有基本上非平面的后表面，从而来自光源(30)的光线穿过所述前表面传递，并且穿过所述屏(42)呈现一个基本上三维的图案。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括至少一个闪烁元件(62，64)用于产生闪烁光线。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述非平面的后表面包括在垂直方向的第一弯曲和在水平方向的第二弯曲。
4.根据权利要求1到3中任一个所述的装置(10)，其特征在于，所述散射元件(46)具有一个面对所述屏(42)设置的非平面内表面。
5.根据前述权利要求中任一个所述的装置(10)，还包括一个设置在从光源(30)到散射元件(46)的光线路径上的火焰效果元件(58，58′，58″)。
6.根据前述权利要求中任一个所述的装置(10)，其特征在于，所述散射元件(46)由聚苯乙烯构成。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述聚苯乙烯以白色粉末着色，最好是二氧化钛。
8.根据权利要求5到7中任一个所述的装置(10)，其特征在于，所述火焰效果元件(58″)是反射性的，并且设置在散射元件(46)后面并与之间隔开的所述火焰模拟装置(10)的后壁(300)上，所述后壁(300)与火焰效果元件(58″)相比具有相对较小的反射性，从而光线由所述火焰效果元件(58″)反射到散射元件(46)。
9.根据权利要求5到9中任一个所述的装置(10)，其特征在于，所述火焰效果元件(58，58′，58″)具有传递光线的第一通道和阻塞光线的第二通道。
10.根据权利要求9所述的装置(10)，其特征在于，所述火焰效果元件(58，58′)具有形成所述第一通道的小孔。
全文摘要
一种改善了的用于提供火焰图案的火焰模拟装置，所述装置包括一个模拟燃料床；一个光源；一个具有部分反射前表面和一个散射元件的屏，所述前表面设置在所述模拟燃料床的后面用于反射和传递光线，所述散射元件设置在所述屏的后面，从而使穿过所述散射元件的光线可以透过所述部分反射前表面看到。所述散射元件具有基本上非平面的后表面，从而来自光源的光线穿过所述前表面传递，并且穿过所述屏呈现一个基本上三维的图案。这样，动感火焰的图像看起来是在燃料床的反射图像后面产生的。
文档编号F21S10/04GK1492180SQ02148090
公开日2004年4月28日 申请日期1997年4月30日 优先权日1996年4月30日
发明者克里斯托弗·黑斯, 戴维·M·麦克弗森, 伊尼亚齐奥·加洛, 肖恩·D·斯潘塞, D 斯潘塞, M 麦克弗森, 克里斯托弗 黑斯, 齐奥 加洛 申请人:丁普莱克斯北美有限公司