專利名稱：：輻射加熱器的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種加熱元件，更加具體而言，本發(fā)明涉及陶瓷、紅外輻射加熱器。
背景技術：
：可通過對流、傳導和輻射進行傳熱。如公知的那樣，對流是當被加熱的諸如空氣或水之類的介質攜帶著能量遠離熱源移動時，通過介質的整體運動而進行的傳熱；傳導是通過物質內的分子攪動、而不是物質整體的任何運動而進行的傳熱；而輻射是通過攜帶能量的電磁波遠離發(fā)射物體的發(fā)射而進行的傳熱。在以上三種方式中，輻射是最有效和最靈活的傳熱方式，并且適于多種應用。工業(yè)上的紅外加熱器通常由基于它們的光譜輻射功率分布中的最大發(fā)射或峰值波長的位置的類型(例如，短波、中波和長波)來分類。這一分類是僅僅基于加熱元件本身的溫度并通過應用Wien的位移定律而進行。換言之，短波加熱器之所以歸類為短波加熱器，是因為其線圈能達到2148°F(2ym)到6060°F(0.8ym)之間的穩(wěn)態(tài)溫度；類似的，中波加熱器線圈的溫度能達到845°F(4um)到2148°F(2nm)之間的穩(wěn)態(tài)溫度；而長波加熱器的線圈溫度低于845°F(或者人max〉4Hm)。輻射加熱元件通常在需要定向的或聚焦的加熱的應用中使用。為此目的，如公知的那樣，石英加熱器包括細長的管和金屬反射器，而陶瓷加熱器形成為彎曲板或平板。用來制造加熱器的一些工藝對加熱器可能呈現的形狀有限制。已經開發(fā)了一些工藝來制造具有非標準形狀的加熱器，但是這些工藝對這樣的加熱器的內部結構有限制。這些對內部結構的限制使得不能提供具有最高潛在效率的加熱器。另外還有一些工藝僅能生產單一類型的加熱器(即，該工藝僅能生產在180°的范圍內輻射的加熱器，或者在360°的范圍內輻射的加熱器，而不能這兩種類型的加熱器都生產)。紅外輻射由有機分子吸收，并被轉化為分子振動能。當輻射能與特定分子振動的能量相匹配時，發(fā)生吸收。在一個實施例中，有效的紅外加熱系統(tǒng)包括這樣一組紅外加熱器，即它們的發(fā)射波長被精細地調節(jié)成與給定應用在其不同加熱處理階段的吸收波長相匹配。即，如圖1所示，在干燥處理進行時且物質的吸收波長發(fā)生改變時，發(fā)射波長也相應改變。參照圖1，位于傳送器系統(tǒng)或處理路徑的入口附近的系統(tǒng)A區(qū)可包括在m附近運行的短波加熱器，以與水的吸收光譜的第一個峰值(約95%)匹配。在加熱應用的中間部位(即，B區(qū))，可采用中波加熱器來與第二高的吸收峰值(約94%)匹配。最后，在接近傳送器終點、正好在離開系統(tǒng)之前的C區(qū)中，為了防止對應用物質產生強的熱沖擊，可放置長波加熱器以與最后的高吸收峰值(約78%)匹配。然而，在實際的應用中，這一系統(tǒng)的結構和運行非常難以實現，這是因為業(yè)界沒有能以單一單元的形式傳遞短波、中波或長波的紅外加熱器。每一加熱器類型具有獨特的設計、結構和運行要求，這使得它們非常難以與其他類型的加熱器組合。例如，短波發(fā)射器的熱輸出非常之高，從而通常要有冷卻系統(tǒng)來將加熱器殼體維持在容許的水平。8當前使用的工業(yè)用輻射加熱器都具有兩個元件，S卩，反射表面和殼體。Elstein—WerkMSteinmetzGmbH&CO.KG(德國)禾BHeraeusNoblelightInc.(喬治亞州Duluth)提供的加熱器都包括分別地直接施加到殼體和石英物質上的金制反射材料。金的直接施加使得加熱器的整體尺寸變小，并使得可更容易地加以處理，這是因為無需反射器(即，主體本身就是反射器)。然而，加熱器元件產生的功率不能超過一定的限制，即，不能使金揮發(fā)(高于820°)。而且，反射器仍然會吸收相當多的熱，而且會將其傳導到加熱器的背側，從而加熱保持加熱器的結構而不是應用物。FostoriaIndustries(俄亥俄州Fostroria)禾口ResearchInc.(明尼蘇達州EdenPrairie)要求將反射器嵌入在鋼殼體中以使加熱器正常運行。工業(yè)用輻射加熱器的另一示例包括實心或中空的陶瓷紅外加熱器。高能的中空加熱器由于嵌入的線圈層與外殼之間熱膨脹的差異而容易在外殼處產生裂紋。用簡單的傳熱術語來說，線圈處產生的焦耳加熱通過傳導而傳遞到周圍的陶瓷中。由于陶瓷的熱傳導性較低，從而與外殼相比，線圈層受到的沖擊要明顯較快，導致在這兩層之間產生大的溫度梯度，同時產生大的熱膨脹差異。在一些情況下，拉伸應力將超過主體的強度，從而會產生可見的裂紋來釋放應變。在上釉或不上釉的陶瓷主體中，在具有或不具有頭部的陶瓷主體中都形成這些裂紋。這樣的破裂暗示了裂紋不是由冷卻釉料導致的殘余應力引起的，而是由線圈層在賦能期間受到更大的膨脹而引起的。設計一種能在所有可用波長內進行發(fā)射的紅外加熱器的挑戰(zhàn)要求對現有紅外單元的參數加以考慮。現有的帶嵌入鐵氧體合金(FeCrAO的陶瓷主體加熱器具有高的機械穩(wěn)定性，但是還具有最大功率限制，超過這些最大功率的限制將導致微結構破裂，這些微結構破裂在高瓦特數/高壓單元中引起介電失效。具有封裝在板框內的石英管的紅外加熱器具有在管內自由膨脹的線圈；但是該板框結構極易受到腐蝕、扭曲和變形。最后，鹵鎢和碳紅外燈具有快的響應時間，并提供對發(fā)射9器波長的控制和管理，但是這樣的燈具有有限的組裝選擇。
發(fā)明內容在一個實施例中，本發(fā)明提供一種輻射加熱器，其包括具有盒狀構造的加熱器主體，所述主體限定內腔并包括基壁和與該基壁相對的開口端部。所述主體由陶瓷材料制成。所述輻射加熱器還包括加熱元件，該加熱元件沿著所述主體的長度延伸，并設置用于將能量引導通過所述主體的所述開口端部。在另一實施例中，該輻射加熱器包括具有盒狀構造的加熱器主體，所述主體限定內腔并包括基壁和與該基壁相對的開口端部。所述主體由陶瓷材料制成。加熱元件沿著所述主體的長度延伸，并設置用于將能量引導通過所述主體的所述開口端部。該輻射加熱器還包括反射器，該反射器設置在所述主體的所述基壁與所述加熱元件之間，其中，所述反射器的反射表面將來自所述加熱元件的能量再次引導通過所述主體的所述開口端部。在還一實施例中，本發(fā)明提供一種用在干燥或加熱處理中的工業(yè)用加熱系統(tǒng)。所述加熱系統(tǒng)包括殼體，該殼體與處理物質的處理路徑相鄰地設置；以及輻射加熱器，該輻射加熱器容納在所述殼體內，并朝向所述處理路徑。所述輻射加熱器包括具有盒狀構造的加熱器主體，所述主體限定內腔并包括基壁和與該基壁相對的開口端部，所述開口端朝向所述處理路徑。所述加熱器主體由陶瓷材料制成。加熱元件沿著所述主體的長度延伸，并設置用于將能量引導通過所述主體的所述開口端部。所述加熱器還包括反射器，該反射器設置在所述主體的所述基壁與所述加熱元件之間，其中，所述反射器的反射表面將來自所述加熱元件的能量再次引導通過所述主體的所述開口端部。通過考察詳細說明和附圖將明了本發(fā)明的其他方面。10圖1示出了用于干燥處理的紅外加熱系統(tǒng)的示例。圖2A和圖2B示出了根據本發(fā)明一個實施例的輻射加熱器。圖3A至圖3C示出了根據本發(fā)明另一實施例的輻射加熱器。圖4A至圖4D示出了根據本發(fā)明一個實施例的輻射加熱器的殼體。圖5示出了根據本發(fā)明一個實施例的輻射加熱器的殼體。圖6示出了根據本發(fā)明另一實施例的輻射加熱器的殼體。圖7A至圖7B示出了用于輻射加熱器的平面反射器的一個實施例。圖8示出了用于輻射加熱器的安裝頭部的彈簧夾的一個實施例。圖9示出了圖2A至圖2C所示的輻射加熱器的殼體的一個實施例。圖IOA和圖IOB示出了包括鹵鴿燈的輻射加熱器的實施例。圖IIA和圖IIB示出了包括一對鹵鉤燈的輻射加熱器的實施例。圖12示出了圖2A至圖2B、圖3A至圖3C、圖10A至圖IOB、以及圖18A至圖18B所示的輻射加熱器的殼體的另一實施例。圖13示出了圖IOA所示的輻射加熱器的端部，包括對流孔。圖14A至圖14C示出了根據本發(fā)明一個實施例的元件保持器。圖15示意性地示出了圖IOA所示的輻射加熱器的剖面圖，包括元件保持器。圖16A至圖16B示出了用于輻射加熱器的拋物面反射器的一個實施例。圖17示出了圖IIA至圖IIB、圖19A至圖19B以及圖21A至圖21B所示的輻射加熱器的殼體的一個實施例。圖18A和圖18B示出了包括碳元件的輻射加熱器的實施例。圖19A和圖19B示出了包括兩個碳元件的輻射加熱器的實施例。圖20A和圖20B示出了包括三個碳元件的輻射加熱器的實施例。圖21A和圖21B示出了包括鹵鎢元件和碳元件的輻射加熱器的實施例。圖22A和圖22B示出了包括鹵鴇元件和碳元件的輻射加熱器的實11施例。在詳細說明本發(fā)明的任何實施例之前，應理解的是，本發(fā)明的應用不限于在以下說明中所闡明的或在以下附圖中所示出的詳細構造和部件布置。本發(fā)明可以有其他實施例，可以以各種方式實施或實現。而且，應理解的是，這里使用的用語和術語是為了說明的目的，而不應被認為是限制性的。具體實施例方式在各種工業(yè)和醫(yī)療應用中使用紅外加熱器以在干燥或加熱處理中提供輻射熱。工業(yè)應用的示例包括紡織加工、食品加工、熱成形、底片處理、液體處理等。還可將紅外加熱器用作輻射熱源，例如用于室外加熱。如本領域內公知的那樣，輻射加熱器通常容納在結構殼體(例如圖1)中，并朝向通常沿著處理路徑運送的處理物質。結構殼體的示例包括容納單一加熱器的殼體、沿著其長度容納多個加熱器的殼體陣列、以陣列結構容納多個加熱器的面板陣列殼體，等等?？筛鶕褂谜叩男枨蠖ㄖ平Y構殼體。例如，可單獨利用加熱器，或者可將加熱器結合到含有以下將描述的加熱器的任意組合的較大組件中。本發(fā)明的輻射加熱器的一優(yōu)選實施例將現有的紅外技術結合到單個單元中。該輻射加熱器能容納鹵鎢燈(短波)、碳絲燈(中波，快速響應)、成雙嵌入的電阻絲和單個的石英管(中波和長波)，并能將熱再次朝向給定的應用物引導(即，提供定向的熱)。輻射加熱器能經受熱沖擊，并能在任何運行溫度下提供高的機械穩(wěn)定性。最后，輻射加熱器與工業(yè)上廣泛應用的標準紅外加熱器相容。圖2A、圖2B、圖3A、圖3B和圖3C示出了根據本發(fā)明一個實施例的輻射加熱器10。該輻射加熱器IO包括由陶瓷材料制成的細長的、大致呈矩形的主體14(圖4A至圖4D)，其具有第一端部14A和第二端部14B?？v向軸線A(圖2A、圖3A和圖4A)延伸穿過主體14的12中心和第一端部14A及第二端部14B。加熱器10還包括沿著主體14的長度在第一端部14A和第二端部14B之間延伸的六個加熱元件18(包括容納在石英管18B內的電阻絲元件18A)或燈、用于將加熱元件18保持在主體14中的適當位置的支承板22、設置在加熱元件18和主體14之間的反射器26、以及用于將加熱器IO聯接到殼體(未示出)上的安裝頭部30。參照圖4A至圖4D，主體14包括基壁34、位于第一端部14A處的第一端壁38、位于第二端部14B處的第二端壁42以及在第一端壁38和第二端壁42之間延伸的第一側壁46和第二側壁50。壁34至50限定了主體14的內腔54，該內腔包含加熱器10的加熱元件18和支承板22。在所示的實施例中，主體14的基壁34包括兩個弧形的區(qū)域56或凹形的區(qū)域，以增加內腔54的尺寸?；?4包括用于接收安裝頭部30的狹槽58。在所示的實施例中，安裝頭部30沿著主體14的縱向軸線A取向(圖2B和圖3B)，不過在其他的實施例中，安裝頭部30可定向為垂直于該縱向軸線A。在所示的實施例中，加熱器主體14由熱膨脹極低的陶瓷材料制成，這樣的陶瓷材料能防止在使用高溫加熱元件18時在主體14中形成裂紋。當前使用的陶瓷加熱器由于加熱元件和殼體之間的熱膨脹差異而形成裂紋或微裂紋。一些加熱元件能達到高達6100nF的穩(wěn)態(tài)溫度，或者被快速賦能，這會導致對主體的熱沖擊，從而導致裂紋。在耐磨部分兩側產生大的溫度梯度時，S卩，物體一側比相鄰側更快地膨脹，直到相對側上產生的拉伸強度超過陶瓷體的強度時，產生陶瓷體的熱沖擊失效。在所示的實施例中，加熱器主體14由熱膨脹極低的陶瓷材料制成，這使主體的線性或橫向熱膨脹很小，或沒有熱膨脹。陶瓷體提供高度的機械和熱穩(wěn)定性和性能，這對于快速的冷卻操作是重要的。在使用快速賦能或高溫加熱元件時，防止了主體14破裂，從而即使在快速的熱載荷下也能保持陶瓷主體14的結構整體性。而且，主體14的陶瓷材料使得通過主體14的熱損失相對低。在所示的實施例中，用于制造主體14的陶瓷材料包括下表中所述的配方。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>透鋰長石、陶土和球粘土可以是Hammill&Gillepie(新澤西州Livingston)提供的，而DarvanNo.7可以是R.T.VanderbiltCompany,Inc.(康奈提格州Norwalk)提供的。本領域技術人員可容易看到，可采用具有其他化學配方的低和極低熱膨脹陶瓷材料來制造主體14。可用于主體的其他材料的示例包括鈉長石、堇青石、藍晶石、鋰云母、多鋁紅柱石、鋰輝石、滑石或熔融石英。例如，在一個實施例中，陶瓷材料包括丙烯酸材料以提高加熱器主體14的密度和降低加熱器14的多孔性。在該實施例中，用于制造主體14的陶瓷材料包括下表中所述的配方。<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>著釉色彩可以是T.W.S.,Inc.(科羅拉多州Greeley)的Reusche&Co.提供的，而DuramaxB-1022和RhoplexHA-8可以是Rohm和Haas公司(賓夕法尼亞州Philadelphia)提供的。中波和長波陶瓷紅外加熱器(即，加熱器主體)的通用尺寸約60mm乘約122mm，以及約60mm乘約245mm。在兩個實施例中，主體的深度約為18mm，厚度約為3mm。在另一實施例中，可以以這兩種尺寸的任意組合來制造加熱器，例如約60mm乘約367mm(245mm加122mm)。本領域技術人員容易看到，主體的尺寸可隨定制的輻射加熱器而變化。例如，主體可更寬、更深或更長，從而容納更多的加熱元件、尺寸定制的加熱元件、或電路。而且，主體可更厚或更薄，這取決于設計的特性、加熱元件和用于主體的陶瓷。在一個實施例中，主體14由兩個模制構件制成，這兩個模制構件由主體14的盒部62和上邊緣部66或邊沿限定(圖4D)。這兩個構件62、66被聯接在一起從而形成單體部件，這樣主體14具有同質的結構。為了制造主體14,使用第一模型來從陶瓷材料形成盒部62，并使用第二模型來從陶瓷材料形成上邊緣部66。向盒部62或上邊緣部66的外露邊緣施加陶瓷接合劑或膠。接合劑的一個示例包括約45%的基于多鋁紅柱石的膠。然后將第二模型放置在第一模型上，使盒部62和上邊緣部66相抵接。在經過定型時段后，移開第二模型，并將上邊緣部66連接到盒部62上。本領域技術人員容易明了的是，可使用其他工藝制造主體14。參照圖2B和圖3B，主體14的內腔54填充有陶瓷纖維68。該陶瓷纖維68位于反射器26和主體14的基壁34之間，從而為加熱器10提供額外的絕緣。本領域技術人員容易明了的是，在其他的實施例中，內腔54可沒有陶瓷纖維，或填充有其他的絕緣材料。15參照圖3A至圖3C，加熱器10包括沿著主體14的長度在第一端部14A和第二端部14B之間延伸的六個加熱元件18。每一加熱元件18都包括容納在透明或半透明石英管18B內的電阻絲元件18A。圖3C示出了加熱器IO，但沒有示出絲元件和反射器26，以便更加清楚地示出管18B。參照圖2A至圖2B所示的實施例，輻射加熱器IO包括容納在三個雙孔腔石英管18C內的六個電阻絲元件18A。每個絲元件都容納在管的一個孔腔中。可改變加熱器主體14的尺寸以容納雙孔腔管。電阻絲元件提供中波至長波的紅外加熱，并具有約10W/h^到約75W/in2U2W/cm2)之間的可變瓦特密度。絲元件的賦能或加熱時間小于一分鐘。在一個實施例中，絲元件由鐵氧體合金(FeCrAl)形成；然而，在其他實施例中，絲元件可由鎳鉻或鎳鉻合金形成。參照圖2A、圖3A和圖3C，支承板22將加熱元件18保持并維持在主體14的內腔54內。支承板22設置在主體14的每一端部處，并聯接到主體14，使得支承板22的一部分覆蓋加熱元件18的相應端部。在所示的實施例中，每個支承板22都具有大致矩形的形狀，且尺寸確定為與主體14的寬度相適應。支承板22通常用于本發(fā)明的包括一個以上的加熱元件的加熱器中。在另一實施例中，支承板22可包括用于接收加熱元件18的凹部或孔。支承板22也是由具有低熱膨脹性的硬質、絕緣陶瓷材料制成。在所示實施例中，陶瓷材料為滑石。本領域技術技術人員容易明了的是，可使用具有其他化學配方的低膨脹或極低膨脹的陶瓷材料來制造支承板22。支承板22通過能經受高溫的高溫接合劑或膠聯接到主體14上。需要有高溫接合劑來防止支承板22在加熱元件18的高運行溫度下從主體14分離。在所示的實施例中，用于將支承板22結合到主體14上的接合劑包括在下表中所述的配方。成分百分比(按重量計)說明Ceremabind64265%無機、水基粘合劑系統(tǒng)釉料燒料(Glazefrit)17.5%硼硅酸鉍和氧化鈰燒料(例如，no.94T1001)Ceremabind642可以是AremcoProducts,Inc.(紐約州ValleyCottage)提供的，釉料燒料可以是T.W.S.Inc.(科羅拉多州Greeley)的Reusche&Co.提供的。本領域技術人員容易明了的是，可采用具有其他化學配方的高溫接合劑來將支承板22結合到主體14上。參照圖2A至圖2B以及圖3A至圖3C，反射器26設置在加熱器10內，位于加熱元件18與主體14的基壁34之間。圖7A至圖7B示出了在輻射加熱器10內使用的反射器26的一個實施例，該反射器26在所示實施例中大致呈平面狀或是平的。反射器26將來自加熱元件18的熱再次引導到主體14夕卜，并達到處理物質(未示出)。通過將熱反射回處理物質，加熱器IO的熱損失被保持為相對較低，這是因為較少的熱被傳導到基壁34并被陶瓷主體14吸收。對于平面反射器26而言，從反射表面70反射的電磁輻射能量占入射到表面70上的能量的比值取決于輻射能量的波長和表面70的性質以及入射角度。根據基爾霍夫定律，反射率可表示為l-e，其中e為表面70的發(fā)射率。應意識到的是，主體14和反射器26或者單獨地或者相組合地減少了來自加熱器10的熱損失。反射器26具有細長的、大致矩形形狀的主體，該主體的大小確定為配合在加熱器主體14的內腔54內。在所示實施例中，反射器26保持在支承板22之間的適當位置處，這使得反射器26可浮動并可在主體14內膨脹。至少反射器26的反射表面70包括穹狀樣式或其他的凹形樣式或隆起，以提供輻射能量的更多鏡面反射。在一個實施例中，17隆起為反射器26提供更大的反射率。在一個實施例中，反射器26包括白的反射表面，其將大約75%的輻射能量反射回處理物質。在另一實施例中，反射器26包括金反射表面或白金反射表面，其將大約95%的輻射能量反射回處理物質。反射器26由基于陶瓷復合物的材料、諸如氧化鋁粉末制成。為了制造反射器26，切割出一定長度的氧化鋁粉末帶，然后用期望的樣式對其進行凸壓。在另一實施例中，通過壓印或刻痕施加樣式。本領域技術人員容易明了的是，可不采用圖案來制造反射器26，或者可使用任何已知的反射樣式用于反射器。接著，對所述帶進行燒制或烘焙(例如，在1200。C)，以使反射器26硬化。在所示的實施例中，在平的模型上對所述帶進行燒制，以獲得平的表面。在另一實施例中，反射器26呈拋物面形，從而在拋物面模型上對所述帶進行燒制，以獲得拋物面形狀。反射器26成形之后，向反射器26的所有表面添加釉料，并再次燒制或烘焙(例如，1120。C)反射器26，以將釉料結合到反射器體上。在所示實施例中，所述釉料起到了反射表面70的作用；然而，在其他的實施例中，所述釉料起到了用于施加金、白金、或其他反射材料的結合劑的作用。由于加熱元件18產生的大量的熱，釉料使得反射材料在高溫下保持結合在反射體上。在所示實施例中，用于反射器26的釉料包括在下表中所述的配方。成分百分比(按重量計)說明透明釉料35.6%釉料燒料(例如，ENQ9144E/P1)方石英1.2%硅粉末325meshVeeGum1.5%懸濁劑18Clearglaze可以是JohnsomMatthey(賓夕法尼亞州Downington)提供的，方石英可以是CEDProcessMinerals(俄亥俄州Tallmage)提供的，而VeeGum②懸濁劑可以是R.T.VanderbiltCompany,Inc.(康奈提格州Norwalk)提供的。本領域技術人員容易明了的是，可使用具有其他化學配方的釉料用于反射器26。如果要向反射器26施加另外的反射材料，則要在將釉料燒制到反射體上之后添加所述材料。在一個實施例中，如本領域公知的那樣，利用工業(yè)噴射系統(tǒng)將反射材料噴射到反射器26上。金反射材料由24K金構成，而白金反射材料由約90X的24K金和約10%的鉑構成。在一個實施例中，需要約0.825克反射材料來涂布反射器26的反射表面。在將反射材料施加到反射器26上之后，再次燒制或烘焙(例如，850°C)反射器26，以將所有的材料結合在一起。參照圖2B和圖3B，加熱器10包括用于將加熱器10聯接到殼體(未示出)的安裝頭部30。所述安裝頭部30被聯接到主體14的基壁34的外表面34A。所述安裝頭部30由諸如不滲透的熔巖陶瓷之類的陶瓷材料形成。需要有高溫接合劑來防止安裝頭部30在加熱元件18的高運行溫度下從主體14分離。在所示實施例中，用于將安裝頭部30結合到主體14上的接合劑包括在下表中所述的配方。<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>Ceramabind642可以是AremcoProducts,Inc.(紐約州ValleyCottage)提供的，而黑釉料可以是JohnsomMatthey(賓夕法尼亞州Downington)提供的。本領域技術人員容易明了的是，可使用具有其他化學配方的高溫接合劑用于將安裝頭部30結合到主體14。為了將加熱器10聯接到殼體，如本領域公知的那樣，通過狹槽58將安裝頭部30接納在殼體內，并將安裝彈簧夾74聯接到頭部30的自由端30A，從而將加熱器IO保持在適當位置。圖8示出了彈簧夾74的一個示例。圖5、圖6和圖9示出了用于圖2A至圖2B以及圖3A至圖3C所~".AAi*T=r6丄4<n++!FlCl1八AA;/1AA廿/,J-/rV^+A>RTI嚴~".,Ii7m丁*T=f++iRB/j、b、j干閨別刀u研丄ub、j土'i平口'、j興TUi失刀世。図>/jmj;u丁T閨別力u研10的主體78，如以下將要描述的那樣，其包括用于聯接元件保持器的孔82。圖6示出了用于輻射加熱器10的主體86，如以下將要描述的那樣，其包括用于元件保持器的孔82，以及用于分散來自加熱器10的熱或能量的對流孔90。圖9示出了輻射加熱器10的主體94，其包括改型的內腔98，該內腔用于接收如圖2A至圖2B所示的帶有絲元件的雙孔腔加熱管。圖10A和圖10B示出了根據本發(fā)明的另一實施例的輻射加熱器110。該輻射加熱器110與圖2A至圖2C以及圖3A至圖3C所示的輻射加熱器10類似，從而用相同的附圖標記來表示相同的元件。輻射加熱器110包括由陶瓷材料制成的細長的大致矩形的主體14、沿著主體14的長度在第一端部14A和第二端部14B之間延伸的加熱元件114、用于將加熱元件114保持和支承在主體14內適當位置的元件保持器118、設置在加熱元件114和主體14之間的反射器122、以及用于將加熱器110聯接到殼體(未示出)的安裝頭部30。參照圖12和圖13，加熱器IIO包括形成在主體14的基壁中的對流孔126。例如當加熱器IIO包括短波加熱元件114時，對流孔126為在輻射加熱器110的使用期間由處理物質產生的煙氣提供貫穿路徑。所述對流孔126通過將煙氣穿過孔126散開而使煙氣在加熱器腔體區(qū)域內的累積最小化。煙氣的累積會影響到處理物質的物理性質?；?0主體的基壁、加熱元件和處理物質的位置來設置對流孔126，以充分地分散煙氣。在所示的實施例中，加熱器主體14由膨脹極低的陶瓷材料制成，這種陶瓷材料防止在使用高溫加熱元件114時在主體14內產生裂紋。以上相對于圖2A和圖3A所示的輻射加熱器10描述了所述陶瓷材料的一個示例。輻射加熱器110包括一個沿著主體14的長度在第一端部14A和第二端部14B之間延伸的加熱元件114。該加熱元件114包括容納在石英管134內的鹵鎢元件130。該鹵鎢燈114也稱為鹵素燈。所述鹵鎢元件130提供短波紅外加熱，且瓦特密度約為190W/in2(29W/cm2)。所述鹵鎢元件130的賦能或加熱時間約為2秒。在一個實施例中，所述卣鎢元件由透明或半透明的高純度石英材料形成。在另一實施例中，鹵鎢元件130容納在紅寶石石英管內，該紅寶石石英管吸收發(fā)自元件130的可見光，同時傳輸大部分的紅外能量。元件保持器118將加熱元件114保持和維持在主體14的內腔54內。一個元件保持器118支承加熱元件114的與加熱器主體14的相對端部14A、14B相鄰的每一端部。元件保持器118也由熱膨脹性低的硬絕緣陶瓷材料制成。在所示實施例中，所述陶瓷材料為滑石。本領域內技術人員容易明了的是，可使用具有其他化學配方的零膨脹陶瓷材料來制造元件保持器118。參照圖14A至圖14C以及圖15，元件保持器118包括體部138，該體部138具有一對向上延伸的凸緣142、146以及一對向下延伸的突起150、154。凸緣142、146限定用于接收加熱元件114的一個端的通道158。在一個實施例中，加熱元件114通過摩擦配合或壓力配合維持在通道158內，不過可使用其他的機制來將加熱元件114固定在通道158內。在進一步的實施例中，加熱元件114置于通道158內，而絲元件從加熱元件開始延伸，且聯接到安裝頭部30上，以將加熱元件114保持在適當位置。體部138包括向外延伸的肩部162，該肩部162可用于將反射器122保持在主體14內。為了將每個元件保持器118聯接到加熱器110的主體14上，將第一突起150保持在形成于主體14的基壁34內的孔166(圖12)內。在一個實施例中，突起150可通過摩擦或壓力配合、或者高溫接合劑而固定到主體14上。本領域技術人員容易明了的是，可在基壁34內形成第二孔，以用于保持第二突起154。為了進一步將元件保持器118固定到主體14，能經受高溫的高溫接合劑、或膠將元件保持器118結合到主體14。需要有高溫接合劑來防止元件保持器118在加熱元件114的高運行溫度下與主體14分離。相對于圖2A和圖3A所示的輻射加熱器10的支承板22描述了所述接合劑的一個示例。在另一實施例中，可使用另外的機械裝置將元件保持器聯接到加熱器主體。例如，元件保持器118包括所述對的向下延伸突起150、154，且所述第一突起150包括貫通其間的狹槽，以用于接收機械緊固件(未示出)。而且，至少所述第一突起150具有較長的長度以便于附連。為了將元件保持器118聯接到加熱器110的主體14上，第一突起150被保持在形成于主體14的基壁34內的孔166中，且絲緊固夾(未示出)滑動通過第一突起150的狹槽，以阻止元件保持器118從加熱器主體14掉出。在一個實施例中，突起150可通過摩擦或壓力配合固定到主體14上。如以上相對于圖14A至圖14C所述的那樣，為了進一步將元件保持器118固定到主體14，能經受高溫的高溫接合劑、或膠將元件保持器118結合到主體14。反射器122設置在加熱器110內，位于加熱元件114和主體14的基壁34之間。圖16A和圖16B示出了輻射加熱器110內使用的反射器122的一個實施例，該反射器在所示的實施例中具有大致拋物面形狀。對于拋物面反射器122而言，拋物線的方程為y2=4pX，其中拋物線的22焦點位于(0，p)。在反射表面170為鍍金的情況下，距離p變得很重要。該拋物線方程應考慮反射器122的平均厚度。為了形成拋物面反射器122，如以上參照圖7A和圖7B所述的那樣制造反射器122;不過，在拋物面模型上燒制鋁帶以獲得拋物面形狀。反射器模型的設計要基于期望的拋物面形狀、應用場合下的焦點、以及反射器122與加熱元件114之間的期望距離。反射器122具有細長的、大致拋物面形狀的主體，該主體的尺寸確定為可配合在加熱器主體14的內腔54內。在所示的實施例中，反射器122由元件保持器118保持在適當位置，該元件保持器118允許反射器122在主體14內浮動和膨脹。參照圖10A和圖15，反射器122可在內腔54內縱向和橫向滑動；然而，反射器122的端部在由元件保持器118的肩部162與主體14限定的通道174(圖15)內滑動。在所示的實施例中，反射器122的每個端部都包括一對突起176。在組裝輻射加熱器IO時，通過由元件保持器118限定的通道174接收反射器122的突起176，以將反射器122保持在加熱器主體14內。而且，元件保持器118允許反射器122與主體14的基壁34之間存在一距離，這提供通過加熱器110的氣隙絕緣體。至少反射器122的反射表面170包括穹狀樣式或其他的凹形樣式或隆起，以提供對輻射能量的更多鏡面反射。在一個實施例中，隆起為反射器122提供更大的反射率。在一個實施例中，反射器122包括金反射表面。在其他的實施例中，反射器122包括白金反射表面。在再一實施例中，輻射加熱器110包括具有白發(fā)射表面的反射器122，該白反射表面是由反射器釉料形成的(如上所述)。在另一實施例中，一對突起被結合到反射器122的反射表面，以允許反射器122在主體14內橫向運動，并將拋物面反射器122保持在主體14內的中央。所述突起可由熱膨脹性低的硬絕緣陶瓷材料制成。在所述實施例中，所述陶瓷材料為滑石。為了將所述突起固定到反射器122的反射表面170，能經受高溫的高溫接合劑、或膠將所述突起結合到反射器122。需要有高溫接合劑來防止所述突起在加熱元件114的高運行溫度下從主體14分離。相對于圖2A和圖3A所示的輻射加熱器10的支承板22描述了所述接合劑的一個示例。圖IIA和圖11B示出了根據本發(fā)明另一實施例的輻射加熱器210。該輻射加熱器210與圖IOA至圖IOB所示的輻射加熱器110類似，因此用相同的附圖標記來表示相同的元件。輻射加熱器210包括沿著主體14的長度在第一端部14A和第二端部14B之間延伸的加熱元件114，每個加熱元件114都由一對元件保持器118支承。每個加熱元件114都包括容納在石英管134內的鹵鎢元件130。在所述實施例中，鹵鎢元件114間隔開。兩個鹵鎢元件114的使用允許定制波長和相應產生的加熱器210的輻射能量。在另一實施例中，鹵鎢元件114容納在紅寶石石英管內，該紅寶石石英管減弱從加熱元件114發(fā)出的光。參照圖17，加熱器210包括位于主體14的每一端部處的兩對孔214，用于容納相應的元件保持器118。如上所述，主體14還包括形成在主體14的基壁34中的用于分散煙氣的對流孔126。圖IIA和圖11B所示的輻射加熱器210包括平面反射器218，如上相對于圖7A—圖7B所述，該反射器用于將來自加熱元件114的熱再次引導到主體14外，并引導至處理物質(未示出)。在所示的實施例中，由于主體14內的加熱元件114的數量，所以使用平面反射器218，而不使用拋物面反射器122。在一個實施例中，該反射器218包括金反射表面。在另一實施例中，反射器218包括白金反射表面，而在還一實施例中，輻射加熱器210包括具有白反射表面的反射器218，該白反射表面由反射器釉料形成(如上所述)。24圖18A和圖18B示出了根據本發(fā)明另一實施例的輻射加熱器310。該輻射加熱器310與圖IOA和圖IOB所示的輻射加熱器110類似，因此用相同的附圖標記表示相同的元件。該輻射加熱器310包括沿著主體14的長度在第一端部14A和第二端部14B之間延伸的加熱元件314。該加熱元件314包括容納在石英管322內的碳元件318。該碳元件318提供中波紅外加熱，并具有約75W/in2(12W/cm2)的瓦特密度。該碳元件318的賦能或加熱時間約為2秒。如上所述，加熱元件314由一對元件保持器118支承。參照圖12，加熱器310在主體14的每一端部處包括孔166，用于接收相應的元件保持器118。如上所述，主體14還包括形成在主體14的基壁34內的用于分散煙氣的對流孔126。圖18A和圖18B所示的輻射加熱器310包括拋物面反射器326，如上所述，該反射器用于將來自加熱元件314的熱再次引導到主體14外，并引導至處理物質(未示出)。反射器326可包括如上所述的金反射表面、白金反射表面或由反射器釉料形成的白反射表面。圖19A和圖19B示出了根據本發(fā)明另一實施例的輻射加熱器410。該輻射加熱器410與圖18A和圖18B所示的輻射加熱器310類似，因此用相同的附圖標記表示相同的元件。該輻射加熱器410包括一對沿著主體14的長度在第一端部14A和第二端部14B之間延伸的加熱元件314。每個加熱元件314都由一對元件保持器118支承。每個加熱元件314都包括容納在石英管322內的碳元件318。在所示實施例中，碳加熱元件314間隔開。兩個碳元件318的使用允許定制加熱器410的波長以及所產生的輻射能。參照圖17，加熱器410在主體14的每一端部處包括兩對孔214，用于接收相應的元件保持器118。如上所述，主體14還包括形成在主體14的基壁34內的用于分散煙氣的對流孔126。圖19A和圖19B所示的輻射加熱器410包括平面反射器414，如上所述，該反射器用于將來自加熱燈314的熱再次引導到主體14外，并引導至處理物質(未示出)。在所示的實施例中，由于主體14內的加熱元件314的數量，所以使用平面反射器414，而不使用拋物面反射器。反射器414可包括如上所述的金反射表面、白金反射表面或由反射器釉料形成的白反射表面。圖20A和圖20B示出了根據本發(fā)明另一實施例的輻射加熱器510。該輻射加熱器510與圖18A至圖18B所示的輻射加熱器310類似，因此用相同的附圖標記表示相同的元件。該輻射加熱器510包括沿著主體14的長度在第一端部14A和第二端部14B之間延伸的三個加熱元件314。每個加熱元件314都包括容納在石英管322內的碳元件318。在所示實施例中，碳加熱元件318間隔開。三個碳元件318的使用允許定制加熱器510的波長以及所產生的輻射能。每個加熱元件314由一對元件保持器118支承，并且兩個支承板22幫助將加熱元件314維持在主體14中。參照圖17，加熱器510在主體14的每個端部處包括三對孔214，用于接收相應的元件保持器118。如上所述，主體14還包括形成在主體14的基壁34中的用于分散煙氣的對流孔126。在主體的每個端部處設置有一個支承板22并且聯接到主體，使得支承板22的一部分與加熱元件314的端部重疊。圖20A和圖20B所示的輻射加熱器510包括平面反射器518，如上所述，該反射器用于將來自加熱元件314的熱再次引導到主體14夕卜，并引導至處理物質(未示出)。在所示的實施例中，由于主體14內的加熱元件314的數量，所以使用平面反射器518，而不使用拋物面反射器。反射器518可包括如上所述的金反射表面、白金反射表面或由反射器釉料形成的白反射表面。26本發(fā)明的輻射加熱器允許要在單一單元內使用的加熱元件具有不同波長。例如，在一個實施例中，單個加熱器可包括兩個加熱元件，一個傳遞短波，一個傳遞中波。因此，通過利用不同的加熱元件，輻射加熱器就可以以單一單元的形式傳遞短波、中波或長波。具有不同波長的多個元件的使用允許定制加熱器的波長以及所產生的輻射能。圖21A和圖21B示出了根據本發(fā)明另一實施例的輻射加熱器610。該輻射加熱器610與圖IIA至圖11B所示的輻射加熱器210以及圖19A至圖19B所示的輻射加熱器410類似，從而用相同的附圖標記表示相同的元件。該輻射加熱器610包括沿著主體14的長度在第一端部14A和第二端部14B之間延伸的一對加熱元件614A、614B，每個加熱元件由一對元件保持器118支承。一個加熱元件614A包括容納在石英管622內的鹵鎢元件618，另一加熱元件614B包括容納在石英管622內的碳元件626。在所述實施例中，加熱元件614A、614B間隔開。在另一實施例中，鹵鎢元件618容納在紅寶石石英管內，該紅寶石石英管減弱了從加熱元件614A發(fā)出的光。參照圖17，加熱器610在主體14的每一端部處包括兩對孔214，用于接收相應的元件保持器118。如上所述，主體14還包括形成在主體14的基壁34內的用于分散煙氣的對流孔126。圖21A和圖21B所示的輻射加熱器610包括平面反射器630，如上所述，該反射器用于將來自加熱元件614A、614B的熱再次引導到主體14夕卜，并引導至處理物質(未示出)。在所示的實施例中，由于主體14內的加熱元件的數量，所以使用平面反射器630，而不使用拋物面反射器。反射器630可包括如上所述的金反射表面、白金反射表面或由反射器釉料形成的白反射表面。圖22A和圖22B示出了根據本發(fā)明另一實施例的輻射加熱器710。該輻射加熱器710與圖20A至圖20B所示的輻射加熱器510以及圖21A27至圖21B所示的輻射加熱器610類似。該輻射加熱器710包括沿著主體14的長度在第一端部14A和第二端部14B之間延伸的三個加熱元件614A、614B、614C。中間的加熱元件614A包括容納在石英管622內的鹵鎢元件618,外部的加熱元件614B、614C包括容納在石英管622內的碳元件626。在另一實施例中，鹵鎢元件618容納在紅寶石石英管內，該紅寶石石英管減弱了從加熱元件614A發(fā)出的光。每個加熱元件614A至614C都由一對元件保持器118支承，且兩個支承板22幫助將加熱元件維持在主體14內。參照圖17，加熱器710在主體14的每一端部處包括三對孔214，用于接收相應的元件保持器118。如上所述，主體14還包括形成在主體14的基壁34內的用于分散煙氣的對流孔126。在主體14的每一端部處設置有一個支承板22，且該支承板聯接到主體14，使得支承板22的一部分與加熱元件614A至614C的端部重疊。圖22A和圖22B所示的輻射加熱器710包括平面反射器714，如上所述，該反射器用于將來自加熱元件614A至614C的熱再次引導到主體14夕卜，并引導至處理物質(未示出)。在所示的實施例中，由于主體14內的加熱元件的數量，所以使用平面反射器714，而不使用拋物面反射器。反射器714可包括如上所述的金反射表面、白金反射表面或由反射器釉料形成的白反射表面。應理解的是，在利用多個加熱元件的輻射加熱器中，可對所述元件單獨賦能，以進一步定制加熱器的波長以及所產生的輻射能。在一個實施例中，通過控制器啟動和控制加熱元件的賦能和斷電(單獨地或相組合地)。還應理解的是，可利用上述輻射加熱器部件來制造定制的加熱器。例如，使用者可指定期望的波長、所產生的輻射能、主體大小、結構殼體等，能利用通用尺寸的主體、元件保持器、支承板、安裝頭部、反射器和加熱元件來按照期望的規(guī)格制作輻射加熱器。以上所述以及在附圖中所述的實施例是僅以示例的方式給出的，而不是對本發(fā)明的概念和原理的限制。因此，本領域普通技術人員應理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可對元件及其結構和布置進行多種改變。權利要求1.一種輻射加熱器，包括具有盒狀構造的加熱器主體，所述主體限定內腔，并包括基壁和與該基壁相對的開口端部，其中所述主體由陶瓷材料制成；加熱元件，該加熱元件沿著所述主體的長度延伸，并設置用于將能量引導通過所述主體的所述開口端部。2.根據權利要求l所述的輻射加熱器，其中，所述陶瓷材料為熱膨脹性極低的材料。3.根據權利要求l所述的輻射加熱器，其中，所述主體的所述基壁包括用于分散累積在所述內腔內的煙氣的至少一個孔。4.根據權利要求l所述的輻射加熱器，還包括位于所述主體的基壁和所述加熱元件之間的反射器，其中，所述反射器將來自所述加熱元件的熱再次引導通過所述主體的所述開口端部。5.根據權利要求l所述的輻射加熱器，其中，所述加熱元件包括容納在石英管內的絲元件。6.根據權利要求5所述的輻射加熱器，其中，所述石英管是半透明的。7.根據權利要求5所述的輻射加熱器，其中，所述石英管是紅寶石石英管。8.根據權利要求5所述的輻射加熱器，其中，所述絲元件選自包括以下元件的組電阻絲元件、鹵鉤元件和碳元件。9.根據權利要求8所述的輻射加熱器，其中，所述電阻絲元件由鐵氧體合金形成。10.根據權利要求1所述的輻射加熱器，其中，所述加熱元件選自包括以下元件的組短波加熱元件、中波加熱元件和長波加熱元件。11.根據權利要求1所述的輻射加熱器，其中，所述加熱元件包括沿著所述主體的長度延伸的多個加熱元件。12.根據權利要求11所述的輻射加熱器，其中，每個所述加熱元件包括容納在石英管內的絲元件。13.根據權利要求12所述的輻射加熱器，其中，所述石英管是雙孔腔管，每個孔腔容納一個絲元件。14.根據權利要求ll所述的輻射加熱器，其中，所述加熱元件中的至少一個加熱元件為短波加熱元件，且所述加熱元件中的至少一個加熱元件為中波加熱元件。15.根據權利要求1所述的輻射加熱器，該輻射加熱器在所述主體的相對端部處還包括橫跨所述主體的寬度延伸的一對支承板，其中，所述支承板將所述加熱元件保持在適當位置。16.根據權利要求1所述的輻射加熱器，還包括位于所述加熱器主體的相對端部處且聯接到所述主體的所述基壁的元件保持器，其中，每個元件保持器將所述加熱元件的一個端部聯接到所述主體。17.—種輻射加熱器，包括具有盒狀構造的加熱器主體，所述主體限定內腔，并包括基壁和與該基壁相對的開口端部，其中所述主體由陶瓷材料制成；加熱元件，該加熱元件沿著所述主體的長度延伸，并設置用于將能量引導通過所述主體的所述開口端部；以及反射器，該反射器位于所述主體的基壁與所述加熱元件之間，其中，所述反射器的反射表面將來自所述加熱元件的能量再次引導通過所述主體的所述開口端部。18.根據權利要求17所述的輻射加熱器，其中，所述反射器是大致平面的。19.根據權利要求17所述的輻射加熱器，其中，所述反射器具有大致拋物面形狀。20.根據權利要求17所述的輻射加熱器，其中，所述反射器的所述反射表面包括穹狀樣式。21.根據權利要求17所述的輻射加熱器，其中，所述反射器的所述反射表面包括白反射涂層。22.根據權利要求17所述的輻射加熱器，其中，所述反射器的所述反射表面包括金反射涂層。23.根據權利要求17所述的輻射加熱器，其中，所述加熱元件包括沿著所述主體的長度延伸的多個加熱元件。24.根據權利要求23所述的輻射加熱器，其中，所述加熱元件中的至少一個加熱元件為短波加熱元件，且所述加熱元件中的至少一個加熱元件為中波加熱元件。25.根據權利要求17所述的輻射加熱器，其中，所述加熱元件選自包括以下元件的組短波加熱元件、中波加熱元件和長波加熱元件。26.根據權利要求17所述的輻射加熱器，該輻射加熱器在所述主體的相對端部處還包括橫跨所述主體的寬度延伸的一對支承板，其中，所述支承板將所述加熱元件和所述反射器保持在所述主體內。27.根據權利要求17所述的輻射加熱器，還包括位于所述加熱器主體的相對端部處且聯接到所述主體的所述基壁的元件保持器，其中，每個元件保持器將所述加熱元件的一個端部聯接到所述主體。28.根據權利要求27所述的輻射加熱器，其中，在每個元件保持器和所述基壁之間限定有狹槽，所述反射器保持在所述狹槽內。29.—種用在干燥或加熱處理中的工業(yè)用加熱系統(tǒng)，所述加熱系統(tǒng)包括殼體，該殼體與處理物質的處理路徑相鄰地設置；輻射加熱器，該輻射加熱器容納在所述殼體內，并朝向所述處理路徑，所述輻射加熱器包括具有盒狀構造的加熱器主體，所述主體限定內腔，并包括基壁和與該基壁相對的開口端部，所述開口端部朝向所述處理路徑，其中，所述加熱器主體由陶瓷材料制成；加熱元件，該加熱元件沿著所述主體的長度延伸，并設置用于將能量引導通過所述主體的所述開口端部；以及反射器，該反射器位于所述主體的基壁與所述加熱元件之間，其中，所述反射器的反射表面將來自所述加熱元件的能量再次引導通過所述主體的所述開口端部。30.根據權利要求29所述的加熱系統(tǒng)，還包括用于將所述輻射加熱器聯接到所述殼體的安裝頭部，所述安裝頭部聯接到所述基壁的外表面和所述殼體的內表面。31.根據權利要求29所述的加熱系統(tǒng)，還包括用于分散累積在所述內腔內的煙氣的至少一個孔。32.根據權利要求29所述的加熱系統(tǒng)，其中，在所述殼體內有多個輻射加熱器，所述多個輻射加熱器朝向所述處理路徑。33.根據權利要求32所述的加熱系統(tǒng)，其中，至少兩個輻射加熱器的所述加熱元件具有不同的波長。全文摘要一種輻射加熱器，包括具有盒狀構造的加熱器主體，該主體限定內腔并包括基壁和與該基壁相對的開口端部。主體由陶瓷材料制成。主體還包括沿著主體的長度延伸并設置用于將能量引導通過主體的開口端部的加熱元件。文檔編號F24C7/00GK101500452SQ200780030258公開日2009年8月5日申請日期2007年6月15日優(yōu)先權日2006年6月16日發(fā)明者伊諾克·A·森特諾,費爾明·大阿達梅斯申請人:泰姆普科電熱器公司