CN100436715C - 整体热调节的人工表面 - Google Patents

Abstract

一种人工合成草皮(10)，包括广泛分布的带状物(15)的行(13)，带状物自韧性衬垫(12)向上突出。热调节装置(23)在带状物(15)的行(13)之间连接于衬垫(12)。一相对厚的填充物层(17)置于衬垫(12)之上，以掩埋热调节装置(23)和保持带状物(15)竖立。填充物层(17)可能含植物生长用的生长介质。在一个具体方案中，电线(27)整合到合成草皮(10)内以加热表面除冰或保持植物根部温暖。另一个具体方案中，穿孔软管(29)整合到合成草皮(10)内以润湿表面，在水分蒸发时冷却表面。本发明的热调节装置(23)安装和操作比较节能和经济。

Description

整体热调节的人工表面

技术领域

〔0001〕本发明涉及一种其中含填充物的合成草皮，以提供一种用于体育运动和种植蔬菜或其它植物的人工表面，尤其涉及一种以整体热调节控制人工表面热条件的合成草皮。

背景技术

〔0002〕众所周知，构建一个高质量的全天候草坪，以及对之作休闲娱乐和体育运动的维护，比如英式足球和足球，是长期存在的问题。

〔0003〕近来尝试解决此问题的方法为用人工表面替换耐磨损性能不佳的天然草皮，它需要大量的维护。而且，天然草皮在部分封闭或全封闭体育馆内生长不好。合成草皮耐磨损性能远优于天然草皮，不需要这样多的维护，可以用于封闭的体育馆中。在加拿大专利申请2,218,314中叙述了一种改进的合成草皮，名称为“合成草皮”，1997年10月16日申请，1998年9月10日公布。在此专利申请中描述的合成草皮包含广阔行间分布的合成带状物模拟草叶。带状物的长度约为两倍带状物行间距离的长度。在合成草皮的基体装载一种微粒原料，其厚度至少为带状物长度的三分之二。带状物条用粘合材料片附着于基体或垫子背面。粘合材料片分别隔开并留有未覆盖区域，此处用于增进排水。

〔0004〕在申请人的美国专利5,958,527中进一步描述了填充物微粒材料，专利名为“铺设合成草皮的方法”，1999年9月28日公布。

〔0005〕在露天体育馆气候寒冷条件下，合成草皮可以加热使覆盖于草皮上的雪或冰融化，以保持体育运动场地的合适条件。当合成草皮用于非常温暖的气候条件下，则需要冷却草皮。

〔0006〕已发展了加热系统可解冻和干燥天然或者合成草皮，例如电的，流体和空气加热系统。电加热系统通过电阻材料产生作用，流体加热通过在加热管网络输送加热流体而空气加热通过在分配管网络输送加热空气产生作用。一般地，这些电阻材料，流体加热管和空气体分布管网络掩埋于天然或合成草皮下方，运动场的底层。在美国专利5,064,308(Alnond et al.1991年11月12日)，5,120,158(Husu 1992年6月9日)和4,462,184(Cunningham 1984年7月31日)中分别描述了电加热，流体加热和空气加热的例子。

〔0007〕在温暖气候条件下，合成草皮需要冷却，一般地，采用给合成草皮喷水和在其下用冷水循环。见美国专利4,462,184。

〔0008〕另外，具有可种植植物的有机生长介质的人工草皮，还需要一个热调节系统，使其满足植物根部的特定温度要求。

〔0009〕传统的加热系统缺点在于一大部分的热能被浪费，只有少量热能到达表面，融化草皮上的冰、雪覆盖物，因为电阻材料和管道系统掩埋在运动场的天然草皮或合成草皮下方，通常在底层。因此，在加热运动场表面时，大量热能消耗于加热底层。

〔0010〕因而，需要一种具有改进热效率的加热冷却系统的人工草皮。

发明内容

〔0011〕本发明的一个目的在于提供具有整体热调节的人工草皮，用于体育运动和其它用途。

〔0012〕本发明的另一个目的在于提供用于体育运动和其它用途的具有改进热效率的加热系统的人工草皮。

〔0013〕本发明再一个目的在于提供用于体育运动和其它用途的具有改进冷却效率的冷却系统的人工草皮。

〔0014〕本发明主要引导一种具有整体热调节，用于体育运动和其它用途的人工草皮。人工草皮包含合成草皮基，其包括适合放置到支撑底层上的韧性衬垫。在韧性衬垫的顶面放置一微粒材料填充物层。微粒材料选自一组含硬性颗粒，弹性颗粒和培养基的材料中的至少一种。人工草皮还包括多行平行的模拟草叶的带状物，从韧性衬垫向上穿过填充物层突出。热调节装置连接于韧性衬垫的上表面并掩埋于填充物层中，可规范地调节合成草皮基，合成带状物和填充物层的热条件。

〔0015〕根据本发明的一个方面，热调节装置包含适合连接到电源将电能转换成热能的韧性电热原料。韧性电热原料在本发明的一个具体化方案中是平摊并可层叠至韧性衬垫上。在本发明的另一个具体化方案中，韧性电热原料包括连接至韧性衬垫上表面的电线。电线掩埋于填充物层下。电热材料最好设计成包括大部分与合成带状物行平行的延长部分。各延长部分置于合成带状物行中的空间内，层叠在韧性衬垫上。另外，各延长部分与韧性衬垫上表面由热熔剂粘合，热熔剂的活化温度高于电热材料将电流转换成热能的预定温度。此方法可用于改进现有具备这些特性的运动场地，使之可加热。

〔0016〕填充物层最好包括具有相对有效导电性的热分布微粒材料。热分布微粒材料置于填充物层底部，与热调节装置接触，以有效地调节合成基、合成带状物和填充物层的热条件，也使表皮具有弹性。

〔0017〕本发明的另一个实施例，在人工表面的填充物层包含种植植物的土壤。人工表面上的合成带状物可防止风蚀，保留住土壤。

〔0018〕根据本发明的另一个方面，热调节装置包含取代电加热原料和适合连接到水源使水在其中循环的软管。当热水在其中循环时，软管可作为人工表面的加热装置。当冷水在其中循环时，软管可作为人工表面的冷却装置。当其作为冷却装置时，软管最好开孔，例如水滴灌溉管，以它的孔与填充物层保持流体流通。这样，水气可以供应到填充物层，当水气蒸发时可产生冷却功能。水气也是需要的，特别是当填充物层含有供种植植物的生长介质如土壤。在植物生长模式，草皮的另一衬垫可为不浸润材料，以储存水。系统中水的分配量可以通过使用喷洒系统时缩减蒸发步骤来监控。

〔0019〕与电热材料相似，相对较好的软管最好规划排布于在合成带状物行间的平行大部分，并附着于韧性衬垫的顶面或者整合到韧性衬垫中。

〔0020〕电热材料或软水管整合到人工表面中，使加热或冷却人工表面下的底层浪费相对小的能量。如此，可达到高性能和低成本操作。电热材料或软水管可以当场或者在制造过程方便地附着于人工表面上，而排除了昂贵的地下系统构建。

〔0021〕参照以下的具体化描述可更好地了解本发明的另外优点和特征。

附图说明

〔0022〕整体介绍过本发明的特征后，现在参照附图，通过具体实施例说明，其中：

〔0023〕图1为根据本发明无填充物层一个具体化方案的人工表面的剖视图；

〔0024〕图2为与图1相似的视图，表示填充物层置于表皮衬垫的上面；

〔0025〕图3为根据本发明另一个具体化方案的表皮剖视图，不含填充物层。

〔0026〕图4为热调节装置与本发明表皮结合设计的示意图；

〔0027〕图5为另一个热调节装置与本发明表皮结合设计的示意图；和

〔0028〕图6为根据本发明再一具体方案表皮的剖视图，表示管道部分连接到表皮衬垫。

具体实施方式

〔0029〕根据图1和图2，本发明的合成草皮主要表示为数字10，具有一附带有合成条状物或带状物15的平行行13的薄的韧性衬垫12，带状物和条状物15自韧性衬垫12向上突出。一相对厚的填充有微粒原料的填充物层17置于韧性衬垫12上，使带状物15在衬垫12上保持相对竖立位置。衬垫12适合放置于支持底层(未示明)上。

〔0030〕如图3和6所示韧性衬垫12，含19，21两层。顶层21和底层19都可为机织或针织聚丙烯织物。塑料条状物或带状物15铺设穿过衬垫12，同时穿过底层19和顶层21。

〔0031〕虽然衬垫12示为含有两层，它也可以由一层或多层组成。韧性衬垫12的一层或多层可以为针织织物，保证较好排水性。至少衬垫12中的顶层21可以为合成毛纤维针织织物(未示明)，用以通过该层吸水。毛纤维可进一步提高表皮排水性。

〔0032〕带状物15用的压制成条状、相对宽和薄的合适的合成材料制成。较好的塑料材料为聚乙烯，它比较软并且具有较好的抗磨损性。而且，聚乙烯也可以用于制成带状物15。

〔0033〕在申请人已公布的申请加拿大专利申请2,218,314中描述了衬垫12和带状物15的具体情况，引录于此参考，不再具体叙述。

〔0034〕带状物15的行13之间距由其在表面的活动决定。例如，不同体育项目的运动员穿的钉鞋具有大约平均1.905厘米的间距。足球鞋或英式足球鞋可能间隔宽于棒球鞋。在比如赛马比赛中，需要更宽的行间距以适应马的步幅。这样，对赛马的预计，行间距需要一直到5.715厘米，和相应长度为2.54到12.7厘米的带状物用以其它用途。

〔0035〕根据记录，带状物15的行13被分隔为1.5875厘米和5.715厘米之间，这样的间距适合放置电热材料或细软水管于其间。另外，可以整合本发明的热调节系统至表面10。

〔0036〕根据本发明的一个具体方案，如图1和2所示，绝缘的电热线段23与合成带状物15的行13平行，置于合成带状物15的行13之间。电热线段23可如图4所示串联，或如图5所示并联。

〔0037〕电热线段23可用热熔粘合剂25粘结至衬垫12上，如图4所示。热熔粘合剂25的活性温度高于电热线段23的指定工作温度，以使电热线段23与韧性衬垫12的粘结完整而不至于因过热松开。电热线段23和韧性衬垫12的粘合可以当场进行或者在制造过程进行。在当场进行的时候，热熔粘合剂25的片如图4所示分布，在衬垫12和电热线段23之间。电热线段23连接到具有高于常规操作电压供应的电源(未示明)，电热线段23在那里通过变阻器加热到活性温度，例如，通过热熔粘合剂25使热熔粘合剂25的片熔化。当电源断开，热熔粘合剂冷却变成固体，电热线段23粘合到韧性衬垫12上。

〔0038〕另外，也可用塑料片(未示明)保护电热线段23于衬垫12。这些塑料片可刺破衬垫12，使它们围住电热线段23于衬垫12上，这最好在制造过程中完成。

〔0039〕根据图3所示本发明另一个具体方案，电导线27整合至人工表面10的衬垫12。电导线27可用加热房顶屋檐融雪，从而减少落雪导致下方的人受伤风险的这类细加热线。这些电线也可以是低压电导线，可根据人工表面10的场地需要修改。电导线27可层叠在衬垫12的底层19，顶层21两层之间，或在衬垫12制作期间用额外的压制步骤层叠在衬垫12上面。合成带状物15簇生入衬垫12，在电导线27之间。

〔0040〕参照图2，微粒原料填充物层置于韧性衬垫12的上表面，其包括至少一组由硬颗粒，弹性颗粒和生长介质组成的材料。在本发明的一个具体方案中，主要用于体育运动的人工表面10，包括由基层19，中间层31和顶层33组成的填充物层17。全部由硬颗粒组成的基层19即刻铺设在韧性衬垫12的上表面上。基层19的硬颗粒为比较有效和低花费聚集体的砂子，可有效散热。最好，基层19含砂子的硬颗粒作为基层19的第一层，再加入附带的更好散热性材料作为第二层，如在砂子上加陶瓷颗粒或与砂子混合。这些颗粒的尺寸应大致相当于砂子颗粒，当不需要这样的混合物时，加入的更好散热性颗粒不会掉落于砂中。这些加入的更好散热性颗粒可促使人工表面10在水平面上更均衡散热。这些散热颗粒也可以用于冷却表面，因为它们可以吸收数倍自身重量的水，从而经过一段时间可驱除水分。填充物层17的中间层31为硬砂颗粒和弹性橡胶颗粒的混合物。混合物根据硬颗粒与弹性颗粒重量比高于2∶1选择。填充物层17的顶层33全部由弹性橡胶颗粒组成。全部填充物既可以只由橡胶颗粒组成，也可只由砂粒组成。

〔0041〕合成带状物15的上半部分从顶层33的上表面向上突出，最好俯伏于填充物层17的顶层33上表面。这可以通过用钢丝刷刷过表面达到，例如，或者在装载填充物层17的顶层33之后使用其它刷具。合成带状物15的末端分开，磨毛和纤维状，彼此交织成松散的网状，以真实模仿天然草的外观，这样也增强了它们贴紧固定填充物层17的顶层33的能力。这样的人工草皮能适应各种室内和室外用途，比如：运动比赛场地，赛马道和娱乐场地。在申请人的美国专利5,958,527详细描述了填充物层17，引录于此参考。然而，这种表皮也可当场装载而不需要纤维化。

〔0042〕上述填充物层17仅为一个用于本发明具体方案的实施例，可包括许多不同微粒材料的组合，例如，全橡胶，全砂，混合砂，底层砂上层全橡胶，橡胶和陶瓷，以及任何另外相似的混合物。另外帮助填充物层17散热的添加剂可选自一组材料，除砂子和陶瓷颗粒之外，还包括例如玻璃颗粒，石头颗粒，熔岩颗粒，钢球，煤渣颗粒和任何其它热消散和传导颗粒。散热或传热颗粒能增强人工表面10远自电热线段23或电导线27的热传递，从而缩短人工表面10需要的电热线段23或电导线27的全长。这可使装配和操作系统的整体花费减少。另外，在合成表面10的填充物层17中的合成带状物15，或者至少一部分带状物15可由能进一步改善热传递的热反射材料制成。衬垫12，至少顶层21，可由热反射纤维制成，覆盖衬垫12以使热量大多往上融化冰雪。

〔0043〕根据记录填充物层17还可以包括生长介质，比如人工表面10用于种植蔬菜或其它植物则用土壤。在寒冷气候条件下可保持根部温度比大气温度暖和。在这样的应用中，填充物层17可选择性地包含：只有有机生长介质；有机生长介质和一些加热和保热惰性材料；或有机生长介质和能有效维持水分的陶瓷颗粒。在各种例如干旱和寒冷气候条件下，可选择填充物层17的各种组成解决生长问题。合成带状物15上半部的交织部分，如图2所示，能有效地保留生长介质抵抗风蚀，使含生长介质的人工表面10可用于多风的区域。

〔0044〕为用这类未预装加热系统的有填充人工表面翻新一个运动场地或景观表面，只要用压缩空气将填充物层吹出而将其移除，再装载需要的电热线段，和将电线固定于此地的热熔粘合剂。接着重置填充物层，在人工表面的周界完成电连接。需要的电连接可在人工表面外围地面下安装和置于盒子中。安装后维修加热系统不需要通到场地表面下方。这种人工表面，尤其是用于体育运动时，设计成可加热以适应甚至恶劣天气条件而继续进行体育赛事。可装上持久性电源运转加热系统，另外，在罕见用途的场合，可临时使用便携式电源装置于相应基座，达到节省花费的目的。

〔0045〕在操作中，想办法以缩减能量需要。如果大雪覆盖人工表面10，大部分积雪可首先推除，扫除或用其它方法。然后加热系统仅需用于残余积雪。充足的热量主要用于维持填充物层17在其指定的不结冰成块的状态。只要人工表面10达到了这点，加热系统可以立刻关闭以节省能源。

〔0046〕电热线段23和电导线27启动需要的时间仅为几分钟，适当地加热表面需要的时间可以是大概几分钟或几小时，远远低于常规系统使用加热流体循环通过一系列在人工表面10下面和在底层的管道加热的时间。

〔0047〕在本发明的另一个具体方案中，如图6所示，人工表面30包括多个代替电热线段23或电导线27的细软管段29，如图1和3所示。其它组件和特征类似于根据图1至5所示描述的具体方案，故不再多余介绍。相似于图1至5的组件在图6中用同样的数字标示。细软管段29可以是一根单一管整体部分，与图4所示编排类似，或可如图5所示平行管连接来连接于流体传输。管段29连接至一个泵和水源(未图示)，水在压力下循环通过管段29。当热水循环通过管段29时，填充物层17被加热。当温暖天气水温低于人工表面30的环境温度时，填充物层17可以被循环通过管段29的冷水冷却。

〔0048〕管段29既可用粘合材料也可用夹子附着于韧性衬垫12。管段29也可层叠在衬垫12上。

〔0049〕为达到更有效的冷却效果，管段29最好打孔，使管段29与填充物层17通过孔32维持流体流通。水在压力下循环通过管段29，一部分水通过管段29上的孔32进入填充物层17。孔32沿管段29均匀分布，控制水流使进入填充物层17的水不至泛滥充满填充物层17，只是润湿填充物层17的微粒材料和合成带状物15。砂子的毛细管作用能使水分在填充物层向上行走，从而在填充物层作为冷却剂。将热量自填充物层17和合成带状物15带走，同样如此在衬垫12，含于人工表面30内的水分蒸发，人工表面的温度因而下降。

〔0050〕在这应用中，循环通过管段的水温不一定要低于环境温度，因为蒸发冷却比热交换更多。

〔0051〕在这样的应用中，图5标示的设计图表示管段29。管段29以平行结构连接，相对将管段29串联，减少了沿管长的水压损失，如图4所示。水分因此能在人工表面30的整个区域更均匀分布。图6所示方案可用于体育运动或娱乐场地用途，或者作为植物生长表面，用途决定填充物层17选用微粒原料的选择。

〔0052〕根据记录，人工表面30如图6所示在填充物层17中含生长介质对种植蔬菜和植物有显著效果。通过管段29供应的水分可不仅用作冷却介质，也可为在填充物层17生长的蔬菜或植物提供需要的水分供应。在维持冷却人工表面30的同时，必须仔细控制适当的水分供应，防止泛滥充满人工表面30。置于衬垫12的第二衬垫覆盖物在水分能从管孔流出的地方可为不浸透性的，使指定的植物生长条件足够最优化。

〔0053〕对上述本发明方案的修改和改进可能对现有技术比较明显。前述的说明作为举例，不受限制。本发明的范围因此仅限制于从属权利要求的范围。

Claims (17)

1、一种用于体育运动或其它用途的整体热调节人工表面(10)，包括：

含有适合置于支持底层上的韧性衬垫(12)的合成草皮基；

置于韧性衬垫(12)顶表面上的微粒材料填充物层(17)，微粒材料选自硬性颗粒，弹性颗粒和培养基中至少一种材料；

多个合成带状物(15)的平行行(13)，模拟草叶，自韧性衬垫(12)穿过填充物层(17)向上突出；和其特征在于

热调节装置连接于韧性衬垫(12)的上表面并掩埋于填充物层(17)中，有控制地调节合成草皮基，合成带状物(15)和填充物层(17)的热条件。

2、如权利要求1所述的人工表面(10)，其中热调节装置包括适合连接到电源将电流转换成热能的韧性电热材料(23)，(27)。

3、如权利要求2所述的人工表面(10)，其中韧性电热材料(27)是平的。

4、如权利要求2所述的人工表面(10)，其中韧性电热材料(23)设计成含大部分与合成带状物(15)的行(13)相平行延长部分，各延长部分置于合成带状物(15)的行间。

5、如权利要求4所述的人工表面(10)，其中延长部分与韧性衬垫(12)上表面由热熔剂(25)粘合，热熔剂的活化温度高于电热材料将电流转换成热能的预设温度。

6、如权利要求1所述的人工表面(10)，其中热调节装置包括适合连接到水源使水在其中循环的软管段(29)。

7、如权利要求6所述的人工表面(10)，其中软管段(29)有穿孔，与填充物层(17)有液体流通。

8、如权利要求7所述的人工表面(10)，其中穿孔软管段(29)设计成具有多个平行于合成带状物(15)的行(13)的穿孔管段，各软管段(29)置于合成带状物(15)的行(13)间。

9、如权利要求1所述的人工表面(10)，其中填充物层(17)包含具有相对有效热传导性的散热微粒材料，散热微粒材料置于填充物层底部和热调节装置接触以有效调节合成草皮基，合成带状物(15)和填充物层(17)的热条件，也使人工表面(10)具有弹性。

10、如权利要求9所述的人工表面(10)，其中填充物层(17)包括：

置于韧性衬垫(12)顶表面上的全部由硬颗粒组成的基层(19)；

置于基层(19)上的将硬颗粒和弹性颗粒以选定重量比率相互混合而成的中层(31)；和

置于中层(31)上的全部为弹性颗粒的顶层(33)，合成带状物(15)的上部自顶层(33)的上表面向上突出。

11、如权利要求10所述的人工表面(10)，其中弹性颗粒包括橡胶。

12、如权利要求10所述的人工表面(10)，其中硬颗粒选自下列材料中的至少一种：陶瓷颗粒，玻璃颗粒，石子，熔岩颗粒，钢珠，煤渣颗粒。

13、如权利要求1所述的人工表面(10)，其中填充物层(17)含有土壤。

14、如权利要求1所述的人工表面(10)，其中填充物(17)层含橡胶颗粒。

15、如权利要求1所述的人工表面(10)，其中填充物(17)层含砂子。

16、如权利要求1所述的人工表面(10)，其中至少一部分带状物(15)由热反射材料制成。

17、如权利要求1所述的人工表面(10)，其中衬垫(12)至少部分由热反射材料制成。

Images