CN113167035A - 带聚合物支撑物的防冰表面 - Google Patents

Abstract

根据本发明的一些实施例，提供了一种用于连接至基底的除冰盒。除冰盒包括具有顶部、底侧和多个边缘的面板，该面板的顶部构造为行走表面。除冰盒还包括加热系统，该加热系统固定成与面板的底侧热接触。另外，除冰盒包括聚合物支撑系统，该聚合物支撑系统固定在面板的至少一个边缘上，并构造成支撑面板并向面板提供与基底绝热或电绝缘中的至少一种。

Description

带聚合物支撑物的防冰表面

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年12月5日提交的美国临时专利申请号62/775,740的优先权，其公开内容通过引用以其全部合并于此。

背景技术

在亚冰冻气候中，表面上的雪和冰积聚会影响暴露于环境的所有类型的结构。特别是，道路、车道、人行道以及建筑物的屋顶和檐槽可能容易结冰并造成相关损坏。此外，存在与在某些工作场所(例如，在冰冻温度下工作的石油平台和带有暴露的甲板和通道的船舶)工作相关的考虑因素。存在融雪和除冰系统，用于将热量施加到雪和冰上或雪或冰覆盖的表面(在本文中称为“加热表面”)上。热能融化了雪和冰，并减少了相关的危害。

加热的表面通常可以包括传导性行走表面，其具有固定到该行走表面的底侧的发热系统。传导性行走表面可以由通常由金属制成的支撑系统支撑。支撑物可以搁置在基底上，该基底包括但不限于人行道、楼梯或石油平台或轮船的甲板。传导性行走表面可以利用诸如铝或钢的金属将热量从发热系统传递到行走表面。传导性行走表面的热损失会降低发热系统的能源效率和有效性。

发明内容

因此，需要一种具有能量效率的改进的受热表面。

根据本发明的一些实施例，提供了一种用于连接至基底的除冰盒。除冰盒包括具有顶部、底侧和多个边缘的面板，该面板的顶部构造为行走表面。除冰盒还包括加热系统，该加热系统固定成与面板的底侧热接触。另外，除冰盒包括聚合物支撑系统，该聚合物支撑系统固定在面板的至少一个边缘上，并构造成支撑面板并向面板提供与基底的绝热或电绝缘中的至少一种。

根据本发明的一些实施例，提供了一种用于连接至基底的加热盒。加热盒包括具有顶部、底侧和多个边缘的传导性面板，该面板的顶部构造为行走表面。加热盒进一步包括加热系统，该加热系统具有固定成与面板的底侧热接触的伴热电缆。加热盒还包括聚合物支撑系统，其包括固定在面板的第一边缘上的至少一个侧支撑物；固定在面板的第二边缘上的至少一个面板翼片；以及布置在面板的底侧的中央部分上的至少一个中央支撑物。聚合物支撑系统构造成使面板的底侧与基底绝缘。

当结合所附权利要求书阅读以下对本发明示例性实施例的详细描述时，本发明的这些和其他目的、特征和优点将变得显而易见。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的盒的等距视图。

图2是根据本发明的一个实施例的图1的盒的底侧。

图3是根据本发明的一个实施例的图1的盒的俯视剖视图。

图4是根据本发明的一个实施例的图1的盒的聚合物支撑系统的侧支撑物的等距视图。

图5是根据本发明的一个实施例的图1的盒的聚合物支撑系统的侧支撑物的剖视图。

图6是根据本发明的一个实施例布置的盒的图示。

图7是根据本发明的一个实施例的盒紧固件的正视图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明的应用不限于在以下描述中阐述或在以下附图中示出的构造和部件布置的细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式被实践或执行。同样，应当理解，本文所使用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。本文中“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。除非另外指定或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“耦接”及其变型被宽泛地使用并且涵盖直接和间接安装、连接、支撑和耦接。此外，“连接”和“耦接”不限于物理或机械连接或耦接。

呈现以下讨论以使本领域技术人员能够制造和使用本发明的实施例。对所示出的实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且在不脱离本发明的实施例的情况下，本文的一般原理可以应用于其他实施例和应用。因此，本发明的实施例不旨在限于所示出的实施例，而是应被赋予与本文所公开的原理和特征相一致的最广范围。将参考附图理解以下详细描述，其中不同附图中的相似元件具有相似的附图标记。不一定按比例绘制的附图描绘了选择的实施例，并且无意于限制本发明的实施例的范围。技术人员将认识到，本文提供的实例具有许多有用的替代方案，并且落入本发明的实施例的范围内。

如上所述，传导性表面(例如，传导性行走表面)可以由通常由金属制成的支撑系统支撑。支撑物可以搁置在走道、楼梯或石油平台或轮船的甲板等基底上。虽然金属可能是传递热量以融化雪和冰的最佳材料，但它们可能导致受热表面无法有效运行。如果支撑系统由金属构造，则多余的热能可被传导到通常也由金属制成的基底中。金属支撑系统还会引起对流热从不用于行走的表面(例如行走表面的侧面)传递。任何源自不用于行走的表面的对流传热都可能导致受热表面无法有效运行。

金属支撑系统也可能易于磨损和撕裂，例如腐蚀，特别是如果支撑系统由铝制成。尽管铝轻质且坚固(以及是热能的最佳传导体)，但它可能在支撑系统和基底之间形成电压。基底通常可以由铁或钢制成，当在海水中或海水周围时，它们可以在铝支撑系统之间形成电压。电压会导致铝支撑系统发生腐蚀，从而缩短受热表面的寿命。本发明的实施例提供了一种改进的受热表面，其可以是轻质的、节能的和/或耐腐蚀的。

本发明的实施例包括一种盒，其在此使用，通常被定义为包括外部受热表面的面板。根据一些实施例，受热表面可以对应于行走表面。可以通过车载加热系统对盒表面进行加热。在一些实施例中，盒可以是模块化的，使得单个盒可以作为独立系统使用，或者替代地，可以将多个盒安装或以其他方式结合在一起，作为较大的连接系统。

本发明的一些实施例包括聚合物支撑系统，其在安装所述盒时可以支撑面板。在一些实施例中，聚合物支撑系统可以提供电绝缘。作为实例，聚合物支撑系统可以接触基底(例如，盒安装在其上的基底)，从而防止面板接触基底。聚合物支撑系统可以帮助防止在基底和面板之间形成电压。现有系统在支撑结构内利用铝(或其他传导性材料)，使得该系统易于形成不希望的电压。

本发明可以在多种环境中使用。特别地，在发生雪和/或冰积聚的区域中受热表面可能是期望的。这样的环境包括但不限于工业冷冻箱和仓库、寒冷气候中的外部人行道、轮船和石油平台。在一个实例中，船包含各种未绝缘的表面，例如甲板、走道、楼梯和扶手，或整个船中通常暴露于元件的其他表面。

图1-5示出了根据本发明的一个实施例的盒10。如图1所示，盒10可以包括具有上行走表面的面板300、用于在安装盒10时支撑面板300的聚合物支撑系统200以及加热系统。如图1和图2所示，可以使用一个或多个夹具500将盒10紧固至基底。如图2-3所示，加热系统可以包括伴热电缆410，其与面板300的底侧热接触以加热面板300。响应于热量，积聚的冰和雪融化(例如，从面板300的行走表面融化)。

在一些实施例中，面板300可以由诸如铝或钢的传导性材料制成。另外，面板300可以由成形的金属片或挤压型材制成。面板300的顶部可以具有纹理化的表面(例如，金刚石板)以便提供改善的牵引力。如图1所示，面板300可包括一个或多个通孔310。通孔310可以帮助将面板300固定到聚合物支撑系统200上。在一些实施例中，通孔310可以填充(例如填塞)有螺柱。可以例如将螺柱朝下旋入通孔310中。

面板300可具有一个或多个边缘。如图2和图4所示，每个面板边缘可具有面板翼片305，可以由侧支撑物205(例如，对应于聚合物支撑系统)支撑，或包括其组合。面板300和面板翼片305可以是成形的或挤出的。替代地，面板翼片305可以被焊接到面板300的顶部。在一些配置中，对应于第一面板300的面板翼片305可以邻接第二面板300的面板翼片305。聚合物支撑系统200可以由合适的塑料或弹性体制成，该塑料或弹性体具有足够的强度以支撑在远洋船或工业环境上的行走表面。可以使用纤维增强聚酯(“FRP”)，因为它可以以近终形式(即，很少或没有利用加工来完成，这可能导致组件更坚固)。FRP坚硬、结实且相对轻便，并且耐低温和咸水。其他挤出的塑料例如尼龙也可能是合适的。在一些实施例中，模制橡胶部件可以适合于支撑系统200的元件。可以使用拉挤工艺制造聚合物支撑系统200。聚合物支撑系统200可用于支撑面板300和/或通过防止面板300接触聚合物支撑系统200可搁置的基底来提供电绝缘。基底可以是船、石油钻机或可能暴露于海水中的其他表面的地板或楼梯。如果基底是铁或铁基合金(例如316型不锈钢[惰性或活性]、304型不锈钢[惰性或活性]、HSLA钢、CorTen、低碳钢、铸铁或锻铁)，如果在足够的海水中在基底和面板300之间接触，则可能在基底和面板300之间形成电压。具体地，如果面板300由铝制成，则海水中的电压可以高达0.5伏。电压可能导致面板300过度腐蚀。因此，通过聚合物支撑系统200将面板300与基底电隔离是非常有益的。

另外，聚合物支撑系统200可在面板300与加热系统和/或基底之间提供热绝缘。聚合物支撑系统200可具有诸如相对长的传导路径以及小横截面积和低热导率的性质。这些性质与聚合物构造相结合可以使聚合物支撑系统200隔热。

在一些实施例中，聚合物支撑系统200还可为盒10提供对流能量绝缘。与如果聚合物支撑系统200由金属构造相比，聚合物支撑系统200可以例如减少对流热传递。这种减少是通过降低盒10中金属的暴露表面积而发生的。

在一些实施例中，面板300可以是传导性的，以便从加热系统传递热量。如图2-3所示，加热系统可以是伴热电缆410。如图所示，伴热电缆410可具有电力管道部分412和加热部分414。电力管道部分412可用于为加热部分414供电。此外，加热部分414可以散发热量，而电力管道部分412可以不散发热量。在一些实施例中，伴热电缆410可以用带固定在适当的位置。带可以是任何合适的带，但是有利地可以包括改善从伴热电缆410到面板300的热传递的特性，例如高导热率。作为实例，带可以是铝带，其有助于改善热传递并最小化温度梯度。

可以使用用于将伴热电缆410粘合或非粘合地固定至面板300的其他机构。在一些实施例中，如图2-3所示，面板300可具有用于将伴热电缆410固定至面板300的夹具328。伴热电缆410可以以蛇形方式安装，与面板300的顶部的底侧热接触，并用夹具328固定在适当的位置。在一些实施例中，夹具328可以被配置为通道，并且可以被填充有与伴热电缆410接触的热化合物。另外，如图2所示，可以使用紧固件将伴热电缆410紧固到面板300。紧固件可以被紧固至例如通孔310之一。

伴热电缆410可以是用于在极端环境中加热金属或其他耐腐蚀走道板的合适的加热器电缆。伴热电缆410可以选自屏蔽加热电缆，并且可以是自调节的(例如，Raychem BTV、Raychem QTVR或类似产品)、恒定功率的(例如，Raychem XPI或类似产品)或其他合适类型的电缆。替代地，代替使用伴热电缆410作为加热系统，可以使用预制的加热垫(例如，硅树脂加热垫或类似物)。预制的加热垫相对于自调节电缆可能具有一些优势，因为涌入电流较小，并且发热更接近需要热量的表面(即盒10的顶面)。

如图1-3所示，聚合物支撑系统200可包括一个或多个侧支撑物205和/或一个或多个中央支撑物250。中央支撑物250可以在面板300的中央附近提供额外的支撑，中央可以比面板的侧面承受更大的应力。可以使用一个或多个紧固到一个或多个通孔310的紧固件315将中央支撑物250紧固到面板300。侧支撑物205和/或中央支撑物250可以由上述聚合物材料构成，并且可以被拉挤以获得制造效率以及期望的材料特性。如图3所示，通孔310可以被配置为接地柱连接。在一些实施例中，通孔310可以填充(例如填塞)有螺柱。可以将螺柱朝下旋入通孔310中。

图4-5示出了由聚合物支撑系统200的侧支撑物205支撑在基底上方的面板300。在一些实施例中，可以使用一个或多个紧固到一个或多个通孔310的紧固件将侧支撑物205紧固到面板300。如图所示，侧支撑物205可用于支撑面板300的边缘。如图5所示，侧支撑物205可具有内支撑壁234。

如图5所示，侧支撑物205可具有外支撑壁230。外支撑壁230可用于支撑面板300以及在基底和面板300之间提供热障。外支撑壁230可以以外支撑角257从面板300延伸到基底。外支撑角257可以在30度至90度之间。在一些实施例中，外支撑角257可以为大约45度，这可以使高度最小化并且允许盒10符合DNV GL安全标准。在一些实施例中，侧支撑物205可具有滑动槽220。滑动槽220的尺寸可设置成容纳夹具500，如图7所示。

在一些位置，侧支撑物205可以不搁置在基底上。更具体地，在面板300的两个边缘的汇合点附近，可以在侧支撑物205和基底之间形成第一布线间隙。第一布线间隙可以用于线和/或电缆的布线。即使在盒10已经安装之后，第一布线间隙也可以允许电缆布线。

在一些实施例中，面板300、面板翼片305和/或侧支撑物205可邻接另一盒10的另一面板300、面板翼片305和/或侧支撑物205，以创建模块化的行走系统。面板翼片305可以特别有用，因为它可以保持盒10的大致平坦的边缘，用于邻接另一个盒10。如果两个盒10邻接，则面板翼片305不会损失过多的热量以对流，因为面板翼片305的至少一部分可以不暴露于空气。另外，如果盒10在走道的末端，并且面板翼片305被暴露，则面板翼片305可以帮助将空气捕获在面板300的顶部下方，以保持热绝缘。在替代实施例中，盒10可具有面板300的边缘而没有面板翼片305，而无论第二盒10的边缘是否具有面板翼片305，盒仍邻接第二盒10的另一面板300的边缘。

图5示出了侧支撑物205的一个实施例的剖面图。内支撑壁234可用于支撑面板300以及在基底和面板300之间提供热障。在内支撑壁234和外支撑壁230之间可以存在电缆布线区域，其可以用于对诸如电力管道部分412的电缆进行布线。另外，电缆布线区域可用于布线可在船舶或石油钻机上使用的其他电缆。

如图5所示，外支撑壁230、滑动凹槽和/或内支撑壁234的底部的部分可以大致位于平面298上，从而允许外支撑壁230、滑动凹槽和/或内支撑壁234搁置在基底上。在一些实施例中，外支撑壁230可以是大约3厘米高。如果侧支撑物205的一部分搁置在基底上，则死空气层可被捕获在侧支撑物205、面板300和基底之间。在基底是部分开放的应用中，例如开放的格栅走道，可以在基底和聚合物支撑系统200之间放置一层橡胶。在一些实施例中，橡胶层可以是大约3毫米厚。死空气层可允许盒10省略其他设计可能需要的绝缘层，从而节省制造成本和/或重量。

在一些实施例中，面板翼片305的底部可以位于平面298上方，形成间隙296。间隙296可以是大约1-10毫米。如果在面板300上形成孔，则间隙296可以允许水排出，同时防止盒10下方的空气过多流动。另外，间隙296可以防止盒10与基底热耦合。

如图5所示，内支撑壁234的第一部分234A可以比内支撑壁234的第二部分234B进一步向盒10的边缘延伸，从而形成第二布线间隙。第二布线间隙可用于布设电缆，例如电线伴热电缆410的电力管道部分412。

图6示出了布置用于特定基底构造的数个盒10。第一盒600可以具有第一边缘600A、第二边缘600B、第三边缘600C和第四边缘600D。在一些实施例中，第一边缘600A和第三边缘600C可具有与第二边缘600B和第四边缘600D不同的长度。第一边缘600A、第三边缘600C和第四边缘600D可以分别由侧支撑物支撑。如上所述，侧支撑物可以为盒10的面板300提供热绝缘、对流能量绝缘和/或电流绝缘。另外，第二边缘600B可具有面板翼片。在一些实施例中，盒10可以是梯形、三角形或L、C或U形的形状。各种形状可使盒10能够绕过障碍物，这些障碍物可能存在于现有的船甲板或其他工业环境中。盒10可以被改装到现有的船舶或工业设施上，并且可以被设计到新的结构(例如，新的船舶、新的工业设施)中。盒10可以在路径相交或避开障碍物所需的任何一侧或多侧(或没有侧面)上具有折叠的翼片边缘或侧支撑物。若需要，盒10可以通过经由通孔310安装的螺栓或桶形螺母被保持在适当的位置，并且螺栓或螺母可以被密封到盒10的顶部。

第二盒610可以具有第一边缘610A、第二边缘610B、第三边缘610C和第四边缘610D。在一些实施例中，第一边缘610A和第三边缘610C可具有与第二边缘610B和第四边缘610D不同的长度。第一边缘610A和第三边缘610C可以分别由侧支撑物支撑。如上所述，侧支撑物可以为盒10的面板300提供热绝缘、对流能量绝缘和/或电流绝缘。第二边缘610B和第四边缘610D可具有面板翼片。第四边缘610D可以邻接第一盒600的第二边缘600B。如果第二边缘610B和第四边缘610D的面板翼片邻接，则可以减轻潜在的对流能量损失(如果翼片暴露则可能所述对流能量损失)。另外，第三边缘600C和第三边缘610C以及第一边缘600A和第一边缘610A的侧支撑物可以邻接，以便通过捕获死空气层来为面板300提供热绝缘。

第三盒620可以具有第一边缘620A、第二边缘620B、第三边缘620C和第四边缘620D。在一些实施例中，第一边缘620A和第三边缘620C可具有与第二边缘620B和第四边缘620D不同的长度。第一边缘620A可具有面板翼片。第二边缘620B的至少一部分可以邻接第二面板610的第二边缘610B。如上所述，第二边缘620B的邻接第二边缘610B的部分可以具有面板翼片，以防止潜在的对流损失。第二边缘620B的至少一部分可以被暴露。如上所述，第二边缘620B的暴露部分可以由侧支撑物支撑，以便提供支撑并通过捕获死空气层来提供隔热。第三边缘620C和第四边缘620D也可以由侧支撑物支撑，以便通过捕获死空气层来提供支撑以及提供隔热。

第四盒630可以具有第一边缘630A、第二边缘630B、第三边缘630C和第四边缘630D。第一边缘630A可具有面板翼片。第一边缘630A可以邻接第三盒620的第一边缘620A，以便防止潜在的对流损失。第二边缘630B、第三边缘630C和第四边缘630D可以由侧支撑物支撑，以便通过捕获死空气层来提供支撑以及提供隔热。第一边缘630A、第二边缘630B、第三边缘630C和第四边缘630D可以具有大约相同的长度。

盒10(例如600、610、620、630)可以具有各种尺寸和构造，如图6所示。具体地，基于走道的期望构造，边缘类型可以在盒10之间变化。在一些实施例中，盒10可以是正方形的。作为实例，盒10可以具有大约1米的边缘长度。在其他实施例中，盒10可以是矩形的。作为实例，盒10可以具有大约2米乘1米的边缘长度。此外，盒10可具有约35毫米的高度。

图7示出了根据本发明的一个实施例的盒夹具500。夹具500可沿滑动凹槽220滑动(例如，在安装期间)，从而允许第一自由轴用于紧固件520的安装。第一夹具边缘512可接触通道210并在通道内滑动。夹具500的凸起部分516可以帮助将夹具500保持在通道210内。夹具500可具有开槽孔510。开槽孔510可以与紧固件520一起使用，紧固件可以包括螺栓518。紧固件520和螺栓518可以将夹具500固定到基底。紧固件520可以延伸到基底中(延伸穿过平面298，如图5所示)。当通过紧固件520安装夹具500时，第二夹具边缘514可以接触基底。明显地，开槽孔510可以允许用于将紧固件520安装到基底中的第二自由轴。

本领域技术人员将理解，尽管以上已经结合特定实施例和实例描述了本发明，但是本发明不必局限于此，并且许多其他实施例、实例、使用，从实施例、实例、使用的修改和偏离都意图包括在所附权利要求中。在所附权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (20)

1.一种用于连接到基底的除冰盒，所述除冰盒包括：

具有顶部、底侧和多个边缘的面板，所述面板的顶部构造为行走表面；

加热系统，其被固定成与所述面板的底侧热接触；和

聚合物支撑系统，其固定在所述面板的至少一个边缘上，并构造成支撑所述面板并向所述面板提供与所述基底绝热或电绝缘中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的除冰盒，其中所述聚合物支撑系统还包括布置在所述面板的底侧的中央部分上的至少一个聚合物支撑物。

3.根据权利要求1所述的除冰盒，其中所述聚合物支撑系统包括纤维增强聚酯。

4.根据权利要求3所述的除冰盒，其中所述聚合物支撑系统包括拉挤的纤维增强聚酯。

5.根据权利要求1所述的除冰盒，其中所述面板包括传导性材料，所述加热系统被配置为向所述面板的底侧供应热量，以传导性地加热所述行走表面。

6.根据权利要求1所述的除冰盒，其中所述聚合物支撑系统为所述除冰盒提供对流能量绝缘。

7.根据权利要求1所述的除冰盒，其中所述聚合物支撑系统包括经由一个或多个紧固件紧固至所述面板的所述至少一个边缘的侧支撑物。

8.根据权利要求7所述的除冰盒，其中所述侧支撑物在所述基底附近形成布线间隙。

9.根据权利要求7所述的除冰盒，其中所述侧支撑物和所述面板布置成与所述基底形成腔，所述腔包括空气的隔绝层。

10.根据权利要求7所述的除冰盒，其中所述侧支撑物包括：

外支撑壁，其构造成在所述基底和所述面板之间提供热障；

内支撑壁，其构造成在所述基底和所述面板之间提供热障；和

布置在所述外支撑壁和所述内支撑壁之间的电缆布线区域。

11.根据权利要求10所述的除冰盒，其中与所述加热系统相对应的电力管道被布置在所述电缆布线区域内。

12.根据权利要求1所述的除冰盒，其中所述聚合物支撑系统包括在所述面板的所述至少一个边缘附近的至少一个面板翼片。

13.根据权利要求12所述的除冰盒，其中所述至少一个面板翼片的一部分从所述面板的顶部延伸。

14.根据权利要求12所述的除冰盒，其中所述面板翼片布置在所述面板上以接触所述基底以保持热绝缘。

15.一种用于连接至基底的加热盒，所述加热盒包括：

具有顶部、底侧和多个边缘的传导性面板，所述面板的顶部构造为行走表面；

包含伴热电缆的加热系统，所述伴热电缆被固定成与所述面板的底侧热接触；和

聚合物支撑系统，其包括：

至少一个侧支撑物，其固定在所述面板的第一边缘上；

至少一个面板翼片，其固定在所述面板的第二边缘上；和

至少一个中央支撑物，其设置在所述面板的底侧的中央部分上，

所述聚合物支撑系统被配置为使所述面板的底侧与所述基底绝缘。

16.根据权利要求15所述的加热盒，其中所述聚合物支撑系统包括拉挤的纤维增强聚酯。

17.根据权利要求15所述的加热盒，其中所述至少一个侧支撑物包括：

外支撑壁，其构造成在所述基底和所述面板之间提供热障；

内支撑壁，其构造成在所述基底和所述面板之间提供热障；和

布置在所述外支撑壁和所述内支撑壁之间的电缆布线区域。

18.根据权利要求17所述的加热盒，其中与所述伴热电缆相对应的电力管道被布置在所述电缆布线区域内。

19.根据权利要求15所述的加热盒，其中所述至少一个侧支撑物包括构造成接收盒紧固件的接合通道。

20.根据权利要求15所述的加热盒，其中所述至少一个侧支撑物、所述至少一个面板翼片和所述面板布置成与所述基底形成腔，所述腔包括空气的隔绝层。

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