DE112021001111T5

DE112021001111T5 - Mikrowellenzellsystem und Verfahren zur Asphaltbehandlung

Info

Publication number: DE112021001111T5
Application number: DE112021001111.1T
Authority: DE
Inventors: gleich Anmelder Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2021-02-18
Publication date: 2022-12-29
Also published as: MX2022010136A; CN115552077A; US20230069672A1; WO2021168029A1; CA3168385A1; US11993900B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung beschreibt ein System und ein Verfahren, die eine Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen als eine kombinierte Einheit verwenden, um diese kontinuierlich entlang einer Asphaltoberfläche zu bewegen, um den vorhandenen Asphalt mit Mikrowellenenergie zu behandeln. Die Mikrowellenbehandlung reanimiert den vorhandenen (und wahrscheinlich beschädigten) Asphalt in einen bearbeitbaren Zustand, der nahezu identisch in der Beschaffenheit ist, wie ein neu verlegter Asphalt. Das Mikrowellensystem ist konfigurierbar die Breite einer Standard-Fahrbahn zu überbrücken, wobei sich das kontinuierlich fortbewegende System beschädigte Straßen mit minimaler Ausfallzeit effizient repariert.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der US Provisional Patentanmeldung Nr. 67/978,041 , eingereicht am 18. Februar 2020, mit dem Titel „MIRKOWELLENZELLSYSTEM UND VERFAHREN ZUR ASPHALTBEHANDLUNG“, deren vollständige Offenbarung hier durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in vollem Umfang aufgenommen wird.
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zur Mikrowellenbehandlung- und Aufbereitung von Fahrbahn-Oberflächen, zum Beispiel von Asphalt-Betonoberflächen. Insbesondere bezieht sie sich auf die Verwendung einer Anordnung einzelner Mikrowellen-Zellen zur Erwärmung und Behandlung einer Breite einer Fahrbahn-Oberfläche, während die Fahrbahn kontinuierlich überfahren wird. Die Mikrowellen-Zellen können in einer Kachel-Anordnung angeordnet sein und als Einheit mit konstanter Geschwindigkeit entlang einer zu behandelnden Oberfläche bewegt werden. Durch die Mikrowellenbehandlung wird der vorhandene (und wahrscheinlich beschädigte) Asphalt wieder in einen bearbeitbaren Zustand versetzt, der in der Beschaffenheit nahezu identisch ist, wie ein neu verlegter Asphalt. Es versteht sich von selbst, dass die vorliegenden beispielhaften Ausführungsformen auch für andere ähnliche Anwendungen geeignet sind.
Hintergrund
Die Verschlechterung von Asphaltbeton ist ein landesweites Problem, das häufig einen vorzeitigen Austausch der Straßenbeläge erforderlich macht. Asphaltbeton ist ein häufig verwendeter Verbundwerkstoff für die Oberfläche von Straßen, Parkplätzen, Flughäfen und dergleichen. Er besteht aus mineralischen Zuschlagstoffen (Sand, Steine) die mit Asphaltbeton gebunden werden, der in Schichten verlegt und verdichtet wird. Die Leistungsfähigkeit von Asphaltbeton nimmt im Laufe der Zeit ab, da er einer Verschlechterung unterliegt, die unter anderem folgendes umfasst, aber nicht darauf beschränkt ist, Rissbildung, Schlaglöcher, Erhebungen, Ausbrüche, Ausbluten, Spurrinnen, Verschiebungen, Ablösungen und Absenkungen.
Zu den Faktoren, die zur Verschlechterung des Asphaltes beitragen, gehören die Qualität der Bauausführung, die Umwelt und die Verkehrsbelastung. So tragen beispielsweise Feuchtigkeitsschäden im Asphaltbeton zum Versagen der Adhäsionen zwischen dem Beton und den Zuschlagstoffen sowie zum Versagen des Zusammenhalts im Asphaltbeton selbst bei. Adhäsionsversagen tritt auf, wenn sich Feuchtigkeit zwischen dem Asphalt und dem Beton ansammelt und den Asphaltfilm abhebt. Das Versagen der Kohäsion tritt auf, wenn Feuchtigkeit eine Verringerung der Kohäsion innerhalb des Asphaltzements verursacht, wodurch dessen Integrität und Festigkeit verringert wird.
Die Instandsetzung einer Asphaltbetonoberfläche besteht im Allgemeinen aus dem Füllen von Rissen, Oberflächenfehlern und Schlaglöchern mit einer Asphaltmischung und anderen Oberflächenbehandlungen, z. B. dem Auffüllen mit einer bituminösen Rissversiegelung. Diese Reparaturen besitzen nicht die gleiche Haltbarkeit wie der ursprüngliche Belag und werden wahrscheinlich über die Zeit weiderholt werden müssen, bis die gesamte Straße neu asphaltiert wird. Wenn die Verschlechterung der Fahrbahn eine Erneuerung erforderlich macht, sind herkömmliche Methoden zur Erneuerung einer Straße kostspielig. Das liegt daran, dass für die Erneuerung eine Flotte von verschiedenen schweren Maschinen eingesetzt werden muss. Um eine Straße zu erneuern, wie zum Beispiel eine Autobahn oder eine Stadtstraße, muss die Straße/Fahrbahn(en) gesperrt und der beschädigte Straßenbelag entfernt werden, was eine große Anzahl von Arbeitern und Spezialmaschinen erforderlich macht. Die verbleibende Oberfläche wird gereinigt, und das gesamte Material wird mit großen Muldenkippern abtransportiert. Eine weitere Gruppe von Maschinen wird für den Hintransport und das Aufbringen des neuen Asphalts zur Baustelle gebracht.
Bei einigen früheren Behandlungsverfahren kann der Asphalt wiederverwendet werden, in dem das entfernte Material mit neuen Bitumen kombiniert wird. Der wiederverwendete Asphalt wird in erster Linie als Füllmaterial verwendet und kann durch das herkömmliche Erhitzungs- und Verarbeitungsverfahren beschädigt werden. Daher ist die Haltbarkeit von Straßen aus wiederverwendetem Asphalt im Allgemeinen als schlecht bekannt.
Mikrowellenenergie kann zur Behandlung und Aufbereitung von Asphaltbeton eingesetzt werden. Mikrowellenenergie ist eine flammenlose Wärmequelle, die einen Anwendungsbereich von innen heraus bis zu einer bestimmten Eindringtiefe erwärmt. Das heißt, die Erwärmung durch Mikrowellenenergie beruht nicht auf der Wärmeleitung von der Oberfläche her nach innen, sondern die Wärme wird innerhalb eines bestimmten Volumens des Materials erzeugt. Die Wärmeübertragung durch Leitung kann stattfinden nachdem das bestimmte Volumen erwärmt wurde. Diese Anwendung von Wärme ist von Bedeutung, da eine gewünschte gleichmäßige Temperatur des Materials erreicht wird ohne, dass ein Teil davon überhitzt wird.
US Patent Nr. 8,845,234 (das `234-Patent) mit dem Titel „Mikrowellen-Boden, - Straße, -Wasser, und -Abfallbehandlungssysteme“, (dessen Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird) lehrt ein Mikrowellen-Boden- oder Straßenerwärmungssystem für die Behandlung und die Reparatur von Fahrbahnen. In einer Ausführung umfasst das Behandlungssystem einen einzelnen Mikrowellengenerator, der langwellige Mikrowellen bei 915MHz erzeugt. Das System des '234-Patents ist mit einem Aufleger verbunden, sodass ein Mikrowellenleiter bewegt und platziert werden kann, um Mikrowellen auf eine begrenzte, gewünschte Stelle auf dem Boden zu richten. Diese Konstruktion hat den Nachteil, dass das System des '234-Patents nur für die Reparatur kleiner Flächen mit einem zeitaufwändigen Verfahren verwendet werden kann. Die Reparatur mit dem '234-Patent würde die Kosten für die Instandsetzung unnötig in die Höhe treiben, während eine Kaltreparatur schneller und günstiger wäre. Gemeinden und Städte wären daher abgeneigt, für eine Reparatur gemäß dem '234-Patent zu zahlen, die etwa 20 mal so viel kostet wie eine Schaufel kalten Pflasters, und mittels eines Verfahrens, dass etwa 20 mal länger dauern würde, obwohl die Reparatur mit Mikrowellen viel länger halten würde. Des Weiteren handelt es sich bei Mikrowellenstrahlung um gerichtete Energie, die kaum gestreut wird. So verfügen Mikrowellenoffen in der Regel über einen Rührer, der das elektromagnetische Feld in Mikrowellenoffen verändert, um die Mikrowellenenergie zu streuen und die Gleichmäßigkeit der Erwärmung zu verbessern. Damit würde ein einzelnes Magnetron und ein Wellenleiter Schwierigkeiten haben, eine große Fläche, z. B. die Breite einer Straße, mit einer erheblichen Menge an Mikrowellenenergie zu beaufschlagen. Schließlich sind die für Mikrowellen mit längeren Wellenlängen erforderlichen Geräte sehr groß und haben einen entsprechend hohen Energiebedarf.
Die vorliegende Offenbarung stellt bestimmte Verbesserungen bereit umfassend, jedoch nicht darauf beschränkt zu sein, die selektive Behandlung über die Breite einer Straße, um eine kontinuierliche Erwärmung während der kontinuierlichen Bewegung und eine kostengünstige Qualitäts-Straßenreparatur zu erzielen. Während sich die hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen auf die Verwendung von Mikrowellen-Applikatorzellen-Anordnungen auf einer Straßenoberfläche beziehen, versteht es sich von selbst, dass jede beliebige Asphaltoberfläche in einer ähnlichen kontinuierlich fahrenden Weise behandelt werden kann. Das heißt, dass beispielhafte Systeme und Verfahren auch für die Reparatur von Parkplätzen, Wegen (z. B. Asphaltwege und Golfwagenwege), Einfahrten usw. verwendet werden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Verschiedene Einzelheiten der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden zusammengefasst, um ein grundlegendes Verständnis zu vermitteln. Diese Zusammenfassung ist kein umfassender Überblick über die Offenbarung und dient weder dazu, bestimmte Elemente der Offenbarung zu identifizieren, noch den Umfang derselben zu skizzieren. Vielmehr besteht der Hauptzweck dieser Zusammenfassung darin, einige Konzepte der Offenbarung in einer vereinfachten Form vor der detaillierten Beschreibung darzustellen, die zu der im Folgenden ausgeführt wird.
Hierin werden Vorrichtungen, Systeme und Verfahren beschrieben, die eine Anordnung von Mikrowellen-Applikatorzellen verwenden, die gemeinsam mit einem Anhänger oder einem LKW verbunden sind. Die Anordnung von Mikrowellen-Zellen bewegt sich als Einheit und wendet die Mikrowellenenergie entlang einer Straßenoberfläche als eine Einheit an. Durch die Behandlung wird die Oberfläche wieder in den „Originalzustand“ zurückversetzt, ohne dass der Straßenbelag entfernt oder modifiziert (das heißt aufgebrochen oder anderweitig manipuliert) wird. Die hierin beschriebenen Anordnungs-Systeme können im Allgemeinen so konfiguriert sein, dass sie die Breite einer Standardfahrbahn für die erhöhte Effizienz bei der Reparatur von Asphaltflächen überspannen. Die Systeme und Verfahren können auch mehrere zusätzliche Komponenten oder Subsysteme zur Unterstützung bei der Reparatur und des Betriebs haben, wie unten im Detail beschrieben. Diese zusätzlichen Komponenten und Subsysteme umfassen, zum Beispiel und ohne darauf beschränkt zu sein, Sensoren, Fluidzerstäuber, mechanische Spachtel, Lidar und eine GPS Ortung.
Figurenliste
Das folgende ist eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen, die zur Veranschaulichung der hier offengelegten beispielhaften Ausführungsformen und nicht zum Zwecke der Beschränkung derselbigen dienen.

1 ist ein beispielhaftes Mikrowellensystem und eine Mikrowellen-Zelle gemäß einer Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine beispielhafte schematische Draufsicht auf eine Vielzahl von Mikrowellen-Zellen, die von einer Steuerung zur selektiven Anwendung von Mikrowellen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung gesteuert wird.
3 ist eine beispielhafte Tesselation von einer Vielzahl von dreieckigen Mikrowellen-Zellen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung
4 ist eine beispielhafte Tesselation von einer Vielzahl von viereckigen Mikrowellen-Zellen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
5 ist eine beispielshafte Tesselation von einer Vielzahl von sechseckigen Mikrowellen-Zellen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
6 ist eine Ansicht von zwei (2) verbundenen Mikrowellen-Zellen mit aneinanderstoßenden abgewinkelten Seitenwänden im Querschnitt in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
7 ist ein weiteres beispielhaftes Mikrowellen-Anwendungssystem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
8 ist eine beispielhafte Mikrowellen-Applikatorzelle in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
9 ist ein Diagramm, dass die Beziehung zwischen der Applikatorhöhe und der absorbierten Leistung veranschaulicht.
10 ist eine Abbildung einer Anordnung von Wellenleitern an der Decke der Mikrowellen-Applikatorzelle gemäß 8.
11 ist ein Diagramm, dass die Beziehung zwischen der radialen Anordnung der Wellenleiter und der absorbierten Leistung veranschaulicht.
12 ist eine simulierte Darstellung der Leistungsdichte, die vom Asphalt durch die Behandlung der Mikrowellen-Applikatorzelle gemäß der 8 absorbiert wird.
13 ist eine Tabelle, welche die Beziehung zwischen dem dielektrischen Verlust und der absorbierten Leistung veranschaulicht.
Die 14A bis 14C sind simulierte Darstellungen der von einer Asphaltschicht absorbierten Wärme, berechnet mit jeweils einem dielektrischen Verlust von 0,2, 1, bzw. 5.
15A ist eine perspektivische Ansicht einer anderen beispielhaften Mikrowellen-Applikatorzelle in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung.
15B ist eine Draufsicht auf eine Mikrowellen-Applikatorzelle gemäß 15A.
16 ist eine simulierte Darstellung der Leistungsdichte, die vom Asphalt durch die Behandlung der Mikrowellen-Applikatorzelle gemäß 15A absorbiert wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ein vollständigeres Verständnis der hierin offenbarten Komponenten, Verfahren und Vorrichtung kann durch Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen gewonnen werden. Bei diesen Abbildungen handelt es sich lediglich um schematische Darstellungen, welche der Einfachheit halber und zur Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung dienen, und daher nicht dazu bestimmt sind, die relative Größe und die Abmessungen der Vorrichtungen oder ihrer Komponenten anzugeben und/oder den Umfang der beispielhaften Ausführungen zu definieren oder zu begrenzen.
Wie hierin verwendet, sind „Mikrowellen“ eine Form der elektromagnetischen Strahlung mit Wellenlängen von etwa einem (1) Meter bis zu einem (1) Millimeter und Frequenzen zwischen etwa 300 MHz und 300 GHz. Die Nutzung von industrieller, wissenschaftlicher und medizinischer Funkbänder (ISM) einschließlich der Mikrowellen, wird von den Vereinigten Staaten von Amerika durch die FCC geregelt. Derzeit sind die zwei Frequenzen von 915 MHz und 2,45 GHz für die industrielle Nutzung von Mikrowellen vorgesehen. Es versteht jedoch von selbst, dass andere Frequenzen in Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können, ohne von dem hierhin offenbarten Anwendungsbereich abzuweichen.
Mikrowellen werden durch Magnetrons erzeugt, die im Allgemeinen in einer von zwei Konfigurationen im Handel erhältlich sind. Zum Einen gibt es die relativ kleinen und preiswerten Magnetrons, die leicht erhältlich sind und häufig in Haushalts-Mikrowellenoffen verwendet werden, diese erzeugen Mikrowellen mit 2,45 GHz. Zum Zweiten gibt es große und relativteure Magnetrons, die z. B. über90,72 kg (200 Pfund) wiegen. Das Mikrowellen-Behandlungssystem des oben erwähnten US Patents 8,845,234 verwendet ein solches großes Magnetron, das einen erheblichen Platz in einem hinteren Teil eines Fahrzeuges einnimmt. Diese großen Magnetrons benötigen nicht nur viel Platz, sondern eine ebenso große Energiequelle, um das Magnetron betreiben zu können. Sie sind im Allgemeinen so konfiguriert, dass sie lange Wellenlängen und Frequenzen von 915 MHz erzeugen.
Wie bereits kurz erwähnt, führt die Wiederverwendung von Asphalt für Straßenbeläge zu einer Straße mit schlechter Haltbarkeit. Der wiederverwendete Asphalt wird als Füllmaterial verwendet. Das heißt, dass wiedergewonnene Material wird erhitzt und mit neuem Bitumenmaterial zum Aufbringen auf eine Straßenoberfläche kombiniert. Wenn der wiederverwendete Asphalt mit herkömmlichen Methoden wiedererhitzt wird, verschlechtert die Hitze das wiederverwendete Material. Dies ist möglicherweise auf die ungleichmäßige Anwendung extremer Hitze zurückzuführen, da bei konventionellen Verfahren die Hitze von der Außenseite des Materials in das Innere des Asphalts gelenkt wird. Dies ist verschieden zu Anwendungen mit Mikrowellen, die alle Teile des Materials (innen und außen) gleichmäßig erhitzen können.
Die Antragssteller haben festgestellt, dass die Anwendung von Mikrowellen auf eine Asphaltoberfläche den vorhandenen Asphalt zu einem bearbeitbaren Zustand hin reanimiert, der in seiner Beschaffenheit nahezu identisch ist mit neu verlegtem Asphalt. Das heißt, dass der reanimierte Asphalt ein ähnliches Fließ-Setzverhalten besitzt, wie frisch hergestellte Asphaltmischungen. Überraschenderweise kann dieser bearbeitbare Zustand durch den Einsatz einer Vielzahl kleiner Magnetrons erreicht werden, ähnlich denen, die in privaten Mikrowellenherden verwendet werden und bei etwa 2,45 GHz arbeiten. Die Mikrowellenbehandlung ermöglicht es dem zuvor beschädigten Asphalt, sich selbst zu heilen (zu fließen) oder von Walzen weiterverarbeitet zu werden, um eine beschädigte Straßenoberfläche zu reparieren und Instand zu setzen. Ein Mikrowellen-Behandlungssystem, wie hierin beschrieben, kann alle Maschinen und Mitarbeiter ersetzen, die benötigt werden, um eine bestehende Straße aufzureißen, dass alte Material abzutransportieren, neues Material zu bringen, und das neue Material auf die Straßenoberfläche aufzubringen. Die Ausfallzeit einer gesperrten Straße wird erheblich verkürzt, da nur ein Mikrowellen-Anwendungssystem benötigt wird, dass kontinuierlich eine Straße entlangfährt und den beschädigten Asphalt reanimiert. Das bedeutet, dass die hier beschriebenen Systeme und Verfahren in der Lage sind sich kontinuierlich entlang einer Strecke zu bewegen während sie die Oberfläche, die sie überqueren, behandeln, was eine effiziente Wiederbelebung und Bearbeitung einer beschädigten Straßenoberfläche ermöglicht.
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Mikrowellen-Anwendungssysteme und Mikrowellen-Applikatorzellen zum Aufbringen von Mikrowellenenergie auf eine Oberfläche. In einigen Ausführungsformen sind eine Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen in Reihen und Spalten (eine Anordnung) ausgelegt, die sich über eine gewünschte Breite, z. B. die Breite einer Standardfahrbahn, aufspannt. Mehrere benachbarte Reihen von Mikrowellen-Applikatorzellen, die entlang einer Länge aufgereiht sind, definieren eine Gesamtlänge der Mikrowellen-Anordnung. Ein Fahrzeug, das funktionsfähig mit der Anordnung von Mikrowellen-Applikatorzellen gekoppelt ist, ist dazu eingerichtet, mit einer kontinuierlichen Geschwindigkeit entlang einer zu behandelnden Oberfläche zu verfahren, während Mikrowellen auf die Oberfläche aufgebracht werden.
1 zeigt ein beispielhaftes Mikrowellen-Anwendungs-/Behandlungssystem 1 mit einer einzelnen repräsentativen Mikrowellen-Applikatorzelle 100. Es versteht sich, dass eine Vielzahl einzelner Mikrowellen-Applikatorzellen 100 miteinander verbunden sein können, um eine ausgelegte Anordnung (z. B. Reihe) für ein Mikrowellen-Anwendungssystem 1 zu bilden. Das heißt, jede Mikrowellen-Applikatorzelle 100 ist dazu eingerichtet, dass sie in einer Tesselation ähnlichen Anordnung ausgelegt werden kann, die einen im Wesentlichen kontinuierlichen Anwendungsbereich bereitstellt, der sich in einigen Ausführungsformen über eine Breite von etwa 2,44 m bis 3,66 m (8-12 Fuß) der Breite einer Fahrbahn erstreckt, was weiter unten ausführlicher erläutert wird.
Eine Mikrowellen-Applikatorzelle 100 umfasst mindestens einen Mikrowellengenerator 102 und einen zugehörigen Wellenleiter 104, die hier manchmal hierin als Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar bezeichnet werden. Jeder Mikrowellengenerator 102 wird von einer Energiequelle 103 versorgt und erzeugt elektromagnetische Strahlung in Form von Mikrowellen. Es versteht sich, dass das Mikrowellen-Anwendungssystem 100 eine einzige Energiequelle 103 haben kann, die sämtliche der Mikrowellengeneratoren 102 in dem System 1 sowie andere hierin beschriebene Komponenten mit elektrischer Energie versorgt. In alternativen Ausführungsformen, ist jeder Mikrowellengenerator 102 oder jede Mikrowellen-Applikatorzelle 100 mit einer eigenen Energiequelle 103 verbunden, das heißt, das Mikrowellen-Anwendungssystem 100 umfasst mehrere Energiequellen 103. Des Weiteren, auch wenn die Energie 103 wie in der Abbildung gezeigt auf einem Lastwagen 10 transportiert wird, ist der Standort der Energiequelle 103 als nicht einschränkend zu verstehen. Das heißt, dass die Energiequelle 103 aufdem Lastwagen 10 mitgeführt werden oder an mindestens einer der mehreren Mikrowellen-Applikatorzellen 100 angebracht sein kann.
Die durch jeden Mikrowellengenerator 102 erzeugten Mikrowellen haben eine Wellenlänge im Bereich von etwa 0,01 m bis etwa 1 m. In einigen Ausführungsformen ist der Mikrowellengenerator 102 so konfiguriert, dass er Mikrowellen mit einer Wellenlänge von 0,122 m (einer Frequenz von etwa 2,45 GHz) erzeugt. Der Mikrowellengenerator 102 kann auf verschiedene Weise ausgeführt sein, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, als Vakuumröhrengerät, wie ein Magnetron, Klystron und Wanderfeldröhre und/oder als Festkörpergerät, wie ein Feldeffekttransistor, Tunneldioden und dergleichen.
Ein Wellenleiter ist eine Struktur zum Leiten elektromagnetischer Wellen von einem Punkt zu einem Anderen. In diesem Fall leitet der Wellenleiter 104 die Mikrowellenstrahlung vom Mikrowellengenerator 102 in das Innere der Mikrowellen-Applikatorzelle 100 und auf dem Boden. Der Wellenleiter 104 hat ein erstes Ende, das funktionsfähig mit dem Mikrowellengenerator 102 verbunden ist, sodass der Wellenleiter 104 Mikrowellen vom Mikrowellengenerator 102 zum Wellenleiter 104 überträgt. Der Wellenleiter 104 leitet die empfangenen Mikrowellen in das Innere des Applikatorkörpers 108 der Mikrowellen-Applikatorzelle 100, sodass die Mikrowellen auf eine durch den Applikatorkörper 108 begrenzte Behandlungsfläche (z. B. die Oberfläche einer Straße) gerichtet werden und es diesen ermöglicht ist, diese zu beaufschlagen und zu durchdringen. Mit anderen Worten, definiert, jeder Applikatorkörper 108 die Grenzen der zu behandelnden Fläche, die die Mikrowellenenergie empfängt. Die Breite jedes Wellenleiters 104 ist im Allgemeinen so bemessen, dass sie in der gleichen Größenordnung liegt, wie die Wellenlänge der vom Mikrowellengenerator 102 erzeugten Mikrowellen, um die Verluste des Wellenleiters 104 zu verringern. Zum Beispiel ist der Wellenleiter 104 vorzugsweise stufenweise von etwa 0,328 m für 915 MHz - Mikrowellenstrahlung und stufenweise von etwa 0,122 m für 2,5 GHz-Mikrowellenstrahlung bemessen. In einigen Ausführungsformen ist ein Wellenleiter 104 als hohles, leitendes Metallrohr ausgeführt. Der Querschnitt des hohlen Metallrohrs ist vorzugsweise gleichmäßig und überträgt die erzeugten elektromagnetischen Wellen durch aufeinander folgende Reflektionen an den Innenwänden des hohlen Rohres (Wellenleiter 104).
In einigen Ausführungsformen umfasst der Wellenleiter 104 ferner ein aufgeweitetes Ende, dass oft als „Horn“ bezeichnet wird und dazu verwendet wird, um Mikrowellen von dem Wellenleiter 104 in den Raum zu übertragen (z. B. in Richtung der Anwendungsoberfläche). Der aufgeweitete Hornabschnitt bildet einen sanften Übergang zwischen dem Wellenleiter 104 und dem freien Raum.
Wie oben bereits kurz erwähnt, umfasst die Mikrowellen-Applikatorzelle 100 auch einen Applikatorkörper 108. Der Applikatorkörper 108 kann eine obere Wand 107 (manchmal hierin auch als „Decke“ bezeichnet) und mindestens eine Seitenwand aufweisen. In der in 1 darstellten Ausführungsform besteht die Seitenwand aus einer Vielzahl von miteinander verbundenen polygonal Umfangsabschnitten 109. Der Applikatorkörper 108 umfasst die obere Wand 107 und eine Vielzahl von polygonalen Umfangsseitenwänden 109, die aus einem metallischen Material bestehen können, aber nicht darauf beschränkt sind. In der beispielhaften Ausführungsform von 1 ist jeder polygonale Seitenwandabschnitt 109 im Wesentlichen rechteckig und ist mit benachbarten Seitenwandabschnitten 109 und der oberen Wand 107 zum Ausbilden des Applikatorkörpers 108 verbunden. Der Applikatorkörper 108 kann die Form eines regelmäßigen Vierecks haben, bei dem jede Seitenlänge und die Innenwinkel zwischen benachbarten Seitenwandabschnitten 109 gleich sind. Während in 1 ein regelmäßiges sechseckiges Polygon mit sechs rechteckigen Seitenwandabschnitten 109, die senkrecht zu einer sechseckigen oberen Wand 107 angeordnet sind, dargestellt ist, können auch andere regelmäßige und unregelmäßige Formen mit einer entsprechenden Anzahl von Seitenwandabschnitten 109 verwendet werden, ohne dass dies vom Rahmen der vorliegenden Offenbarung abweichen würde. Beispielsweise kann die obere Wand 107 als regelmäßiges Dreieck geformt sein, (siehe 3), dass drei rechteckige Seitenwandabschnitte 109 aufweist, die senkrecht dazu stehen. In einem anderen, nicht einschränkenden Beispiel kann die obere Wand 107 als Viereck geformt sein (siehe 4), das vier rechteckige Seitenwandabschnitte 109 aufweist, die senkrecht dazu verbunden sind.
Mit Bezug auf die 1 und 8, können die Seitenabschnitte 109 und folglich der Applikatorkörper 109 eine Höhe H im Bereich von etwa 5,08 cm bis etwa 30,48 cm (2 bis 12 Zoll) haben, einschließlich 6,35, 7,62, 8,89, 10,16, 11,43, 12,7, 13,97, 15,24, 16,51, 17,78, 19,05, 20,32, 21,59, 22,83, 24,13, 25,4, 26,67, 27,94 und 29,21 cm (2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5, 5.5, 6, 6.5, 7, 7.5, 8, 8.5, 9, 9.5,10, 10.5, 11, und 11.5 Zoll). Es versteht sich jedoch von selbst, dass die Höhe der Seitenwand und des Applikatorkörpers keine Einschränkung darstellt. Die Höhe H ist im Allgemeinen so hoch, dass Ablagerungen auf der Straßenoberfläche die inneren Komponenten der Zelle 100 nicht beschädigen. Die Höhe H richtet sich zum Teil auch nach der Mikrowellen-Bestrahlungsstärke (Leistungen pro Flächeneinheit, auch Intensität genannt) an der zu behandelnden Oberfläche. Andere Überlegungen zur Höhe H beziehen sich auf den inneren Luftraum und die Bereitstellung eines ausreichenden inneren Zellvolumens für den Durchfluss und das Ableiten von Gasen, die während des Mikrowellenprozesses entstehen. Die Höhe H kann auch von dem zu behandelnden Material abhängen, da die Asphaltzusammensetzung geographisch unterschiedlich ist. In noch weiteren Ausführungsformen, kann jede Zelle 100 eine variable Höhe H haben (z. B. mit Vorhängen oder teleskopierbaren Wänden), welche einem Bediener erlauben die Höhe H vor der Behandlung einstellen zu können. Weitere Einzelheiten zur Höhe H werden im Folgenden erläutert.
Die obere Wand 107 ist ferner dazu konfiguriert, dass sie das Paar aus Mikrowellengenerator 102 und Wellenleiter 104 aufnimmt und/oder befestigt, und es den erzeugten Mikrowellen ermöglicht, in das innere das Applikatorkörper 108 zu gelangen und auf die Bodenfläche aufzutreffen und in diese einzudringen. Der Mikrowellen-Wellenleiter 104 kann an der oberen Wand 107 durch aus dem Stand der Technik bekannte Mittel, wie das Befestigen und Schweißen, befestigt werden. In einigen Ausführungsformen sind der Mikrowellengenerator 102 und der Wellenleiter 104 so positioniert und konfiguriert, dass die vom Mikrowellengenerator 102 erzeugten Mikrowellen in das Innere des Applikatorkörpers 108 etwa in der Mitte der Oberseite 107 eintreten. Es ist zu verstehen, dass, während 1 ein einzelnes zentriertes Paar aus Mikrowellengenerator 102 und Wellenleiter 104 zeigt, das mit einer Mikrowellen-Applikatorzelle 100 verbunden ist, eine Mikrowellen-Applikatorzelle so konfiguriert sein kann, dass sie mehr als ein Paar aus Mikrowellengenerator 100 und Wellenleiter 104 umfasst. Diese Mikrowellengenerator- 102 und Wellenleiter- 104 Paare können in einer zueinander beabstandeten Art und Weise angeordnet sein, sodass jedes Mikrowellengenerator- 102 und Wellenleiter- 104 Paar seine Mikrowellenenergie auf eine Bodenfläche richtet. Die Anzahl und Anordnung der Paare von Mikrowellengeneratoren 102 und Wellenleitern 104 basiert mindestens teilweise auf einer Fläche, die durch den Applikatorkörper 108 der Mikrowellen-Applikatorzelle 100 begrenzt wird und einem gewünschten Anwendungsmuster entspricht.
In einigen Ausführungsformen umfasst jede Mikrowellen-Applikatorzelle 100 außerdem mindestens einen Befestigungspunkt 118, der dazu dient, benachbarte Mikrowellen-Applikatorzellen 100 miteinander zu verbinden. In einigen Ausführungsformen befindet sich ein Befestigungspunkt an der oberen Wand 107 etwa auf der Mittellinie 115 eines Seitenwandabschnittes 109, jedoch ist die Lage des Befestigungspunkt 118 nicht beschränkend. Der Befestigungspunkt 118 kann eine Öffnung 119 aufweisen, die konfiguriert ist, dass sie ein Befestigungselement zum Verbinden mehrerer Mikrowellen-Applikatorzellen 100 aufnehmen kann. Ein Befestigungselement kann zum Beispiel und ohne darauf beschränkt zu sein, ein Gewindebolzen und eine Mutter, Achsen und Splinte, eine Kette ein Schäkel und Ähnliches umfassen. In einigen Ausführungsformen und wie in der beispielhaften Ausführungsform von 1 abgebildet, umfasst jede Mikrowellen-Applikatorzelle 100 einen Befestigungspunkt 118, der mit jeder Seitenwand 109 korrespondiert, sodass mehrere Mikrowellen-Zellen 100 miteinander verbunden werden können. Das heißt, die Befestigungspunkte 118 und die zugehörigen Befestigungselemente benachbarter Mikrowellen-Applikatorzellen (siehe die Mikrowellen-Applikatorzellen 100A bis D von 2) ermöglichen die physische Verbindung von mindestens zwei Applikatorzellen, wobei im Wesentlichen parallele Seitenwandabschnitte 109 von benachbarten Mikrowellen-Applikatorzellen aneinander anliegen, wenn sie am Befestigungspunkt 118 befestigt sind. Die mehrfachen Befestigungspunkte 118 ermöglichen es, eine Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen 100 in einer Kachel-Anordnung zu verbinden, was es einem Mikrowellen-Applikator-System 1 ermöglicht, Mikrowellen über einen im Wesentlichen kontinuierlichen Bereich aufzubringen, der größer ist als die Grundfläche einer einzelnen Mikrowellen-Applikatorzelle 100. Zum Beispiel kann eine einzelne Mikrowellen-Applikatorzelle 100 einen Durchmesser von etwa 60,96 cm (2 Fuß) haben (unten in Bezug auf 8 ausführlicher ausgeführt), während mehrere verbundene Mikrowellen-Applikatorzellen (siehe 3 bis 5) eine Breite B größer als 60,96 cm (2 Fuß) vorzugsweise größer als etwa 1,52 m (5 Fuß), einschließlich 2,44, 2,74, 3,05, 3,35, 3,66, 3,96 m (8, 9, 10, 11, 12, 13 Fuß) und alle Werte dazwischen, überspannen können.
In einigen Ausführungsformen wird der Betrieb einer Mikrowellen-Applikatorzelle 100 durch einen Leistungsschalter 105 gesteuert. Das heißt, die Übertragung von elektrischer Energie zu jeder Mikrowellen-Zelle 100 (und Mikrowellengenerator 102) wird durch das Aktivieren, des Leistungsschalters 105 gesteuert. Wenn jeder Zelle 100/ Mikrowellengenerator 102 Energie zugeführt wird, werden Mikrowellen erzeugt und in Richtung der zu behandelnden Oberfläche gerichtet. Um eine Mikrowellen-Zelle 100/einen Mikrowellengenerator 102 auszuschalten, sodass keine Mikrowellen mehr erzeugt werden, kann der Leistungsschalter 105 verwendet werden, um die Leistungsübertragung zu jeder Mikrowellen-Zelle 100 zu unterbrechen. Der Leistungsschalter 105 kann auf verschiedene Weise ausgeführt sein, wie es in der Technik bekannt ist. In einigen Ausführungsformen steuert ein einziger Leistungsschalter 105 das Aufbringen von Energie auf alle der Zellen 100 eines Systems. In anderen Ausführungsformen, werden einzelne Zellen 100 oder Gruppen von Zellen 100 durch einen separaten Schalter 105 mit Energie versorgt. Das heißt, ein System von Zellen 100 kann mehrere Leistungsschalter 105 haben, welche die elektrische Energie zu verschiedenen Zellen 100 oder Gruppen von Zellen leiten.
In einigen Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die 1 und 2, kann ein zentrales Computersystem 200 konfiguriert sein, um den Betrieb jeder Mikrowellen-Applikatorzelle 100A bis D und in einigen Ausführungsformen jedes Mikrowellengenerators, der mit jeder Applikatorzelle 100 verbunden ist, zu überwachen und zu steuern. Das heißt, die Anwendung von Mikrowellen durch jede Mikrowellen-Applikatorzelle 100A bis D und/oder jedes Mikrowellengenerators 102 ist durch das zentrale Computersystem 200 gesteuert. Wie in 1 dargestellt, kann das zentrale Computersystem 200 beispielsweise und ohne darauf beschränkt zu sein, über die Kommunikation mit einer Energiequelle 103, die an den Mikrowellengenerator 102 gelieferte elektrische Leistung steuern und so variieren, dass die Erzeugung von Mikrowellen durch diesen Mikrowellengenerator 102 gesteuert wird. Wenn einem Mikrowellengenerator 102 Energie zugeführt wird, erzeugt der Mikrowellengenerator 102 Mikrowellen. Wenn einem Mikrowellengenerator 102 die Energie entzogen wird, erzeugt dieser Mikrowellengenerator 102 keine Mikrowellen mehr.
Das zentrale Computersystem 200 kann auf verschiedene Weise als PersonalComputer (abgebildet), Tablet, Smartphone oder ein anderes bekanntes Gerät, dass eine Softwareplattform und/oder Anwendung hostet, ausgebildet sein. Das zentrale Computersystem 200 kann einen Prozessor 223 aufweisen, bei dem es sich um einen beliebigen handelsüblichen Prozessor handeln kann, zum Beispiel um einen Single-Core-Prozessor, einen Dual-Core-Prozessor (oder allgemeiner um einen Multi-Core-Prozessor), einen digitalen Prozessor und einen kooperierenden mathematischen Coprozessor, eine digitale Steuerung oder Ähnliches. Das zentrale Computersystem 200 kann auch mindestens eine Benutzerschnittstelle 202 und/oder ein Display 204 umfassen, die so konfiguriert sind, dass sie einem Benutzer Daten in Bezug auf den Betrieb jeder der Mikrowellen-Applikatorzellen 100 präsentieren. Die Benutzerschnittstelle 202 kann es einem Benutzer auch ermöglichen, Befehle in das zentrale Computersystem 200 zur Überwachung und Steuerung der verschiedenen Komponenten des Mikrowellenanwendungssystem 1 einzugeben. Das zentrale Computersystem 200 kann sich auf einem Fahrzeug 10 befinden, das für den Transport der Anordnung von Mikrowellen-Applikatorzellen 100A bis D konfiguriert ist. In anderen Ausführungsformen ist das zentrale Computersystem 200 ein ferngesteuertes Gerät, das in der Lage ist, die Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen 100 aus der Entfernung zu bedienen, z. B. ist das zentrale Computersystem 200 ein Tablet, das von einem Bediener auf einer Baustelle gehalten wird. Die Softwareplattform, die auf dem zentralen Computersystem gehostet wird, kann eine Internet-of-Things (loT) Plattform sein, die von der Stange erhältlich ist, modifiziert oder selbst entwickelt wurde.
Es versteht sich, dass das zentrale Computersystem 200 mit einem LAN (Local Area Network) verbunden sein und jede beliebige Hardware, Software oder Kombination enthalten kann, die in der Lage ist, die hier beschriebenen Systeme und Methoden zu implementieren. Geeignete Beispiele für solche Hardware sind zum Beispiel und nicht darauf beschränkt, Prozessoren, Festplattenlaufwerke, flüchtige und nicht flüchtige Speicher, ein Systembus, Benutzerschnittstellenkomponenten, Anzeigenkomponenten, und dergleichen. Es versteht sich ebenfalls, dass mehrere solcher Geräte als zentrales Computersystem 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden können. Das zentrale Computersystem 200 kann auch eine Computerkommunikations-Schnittstelle 224 für die Kommunikation mit einer Vielzahl von Geräten enthalten, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, mit jeder der Mikrowellen-Zellen 100, Sensoren 150 und entfernten Geräten.
In einigen Ausführungsformen umfasst jede Mikrowellen-Applikatorzelle 100 verschiedene Hardwarekomponenten, einschließlich, aber nicht darauf beschränkt, eine Steuerschaltung 122 und eine Kommunikationsschnittstelle 124, wobei die Kommunikationsschnittstelle 124 in elektronischer Kommunikation mit der Steuerschaltung 122 steht. Die Steuerschaltung 122 und die Kommunikationsschnittstelle 124 stellen die Datenkommunikation zwischen einer Mikrowellen-Applikatorzelle 100 und dem zentralen Computersystem 200 über die Computerkommunikations-Schnittstelle 224 bereit.
Die Steuerschaltung 122 kann einen Prozessor 123 umfassen, bei dem es sich um einen beliebigen der verschiedenen im Handel kommerziell erhältlichen Prozessoren handeln kann. Der Prozessor 123 kann verschiedene Funktionen der Mikrowellen-Zelle 100 steuern, einschließlich der Erzeugung von Mikrowellen durch mindestens einen mit der Applikatorzelle 100 verbundenen Mikrowellengeneratoren 102. In Ausführungsformen, in denen eine Mikrowellen-Zelle 100 mit mehreren Mikrowellengeneratoren verbunden ist, kann der Prozessor 123 den Betrieb jedes Generators individuell steuern.
Die Kommunikationsschnittstelle 124 enthält auch Schaltkreise zum Senden und Empfangen von Daten zu und von einem zentralen Computersystem 200 über bekannte Methoden, einschließlich, aber nicht darauf beschränkend, drahtgebundene Übertragung und drahtlose Übertragung, z. B. RF-Übertragung, zellulare Übertragung, Sattelitenübertragung usw. In einigen Ausführungsformen kann die Kommunikationsschnittstelle 124 auch Daten empfangen, die von einem Server oder einem entfernten Benutzergerät, wie z. B. einem Tablet übertragen werden. In einigen Ausführungsformen wird die Anwendungssoftware von der Steuerschaltung 122 (Prozessor 123) ausgeführt, um Befehle auszuführen, die von der Kommunikationsschnittstelle 124 vom zentralen Computersystem 200, dem Server und/oder dem Benutzergerät empfangen werden. Als anschauliches Beispiel und unter Bezugnahme auf die 1 und 2 überträgt die Kommunikationsschnittstelle 124 einer Mikrowellen-Zelle 100 Positionsdaten an ein zentrales Computersystem 200, einschließlich der Position dieser bestimmten Mikrowellen-Zelle 100 in Bezug auf andere Mikrowellen-Zellen 100 in einer Kachel-Anordnung. Das zentrale Computersystem 200 umfasst auch eine Kommunikationsschnittstelle 224. Die Kommunikationsschnittstelle 224 ist so konfiguriert, dass sie einzelne Computerbefehle zu der Steuerschaltung 122 (über die Kommunikationsschnittstelle 124) jeder Mikrowellen-Zelle 100 überträgt, um das Erzeugen von Mikrowellen durch jede einzelne Mikrowellen-Zelle 100 selektiv zu steuern, z.B. EIN/AUS, und als Ergebnis steuert das Computersystem 200 den Bereich der darunterliegenden Straße, der die Mikrowellenbehandlung erhält.
In einigen Ausführungsformen ist die Kommunikationsschnittstelle 124, 224 eine Karte vom Typ plug-and-play oder eine andere Art von Speicherkarte mit einem zugehörigen Schnittstellenprozessor und Schnittstellenspeicher. Der Schnittstellenprozessor kann vorprogrammierte Anwendungssoftware ausführen, die in dem Schnittstellenspeicher gespeichert ist, um Positions- und andere Daten zu empfangen und solche Daten an ein zentrales Computersystem 200 zu übermitteln. Die Kommunikationsschnittstelle 124, 224 kann zusätzliche bekannte Hardware enthalten, z. B. eine Antenne, RF-Übertragungsmittel, Modem, Telefonanschlüsse, Ethernet-Anschlüsse, Breitbandverbindungen, DSL-Verbindungen usw., zum Übertragen und Empfangen von Daten.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1 und 2 kann das Mikrowellen-Applikationssystem 1 einen Sensor 150 verwenden, der so konfiguriert ist, dass er einen Zustand der zu behandelnden Oberfläche misst. Zu den Zuständen gehören unter anderem, aber nicht darauf beschränkt, dass Erkennen von Metallobjekten (z. B. Kanaldeckel), Fahrbahnverschmutzungen, Feuchtigkeit, Oberflächenrauigkeit und Temperatur. Der Sensor kann ein analoges oder digitales Signal erzeugen, dass den Bediener des Systems 1 direkt über einen erkannten Oberflächenzustand informiert oder alarmiert. Zum Beispiel kann der Sensor an eine analoge Anzeige angeschlossen sein, die dem Bediener den gemessenen Zustand übermittelt. Der Bediener kann die Anzeige ablesen und das System 1 entsprechend steuern.
In einigen Ausführungsformen steht der mindestens eine Sensor in Kommunikation mit dem zentralen Computersystem 200. In einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine Sensor an einem Fahrzeug 10 angebracht, das für den Transport der Vielzahl von Mikrowellen-Zellen 100 konfiguriert ist. Im Allgemeinen ist der mindestens eine Sensor 150 vor der Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen 100 gerichtet angeordnet. In anderen Ausführungsformen ist der mindestens eine Sensor 150 am Applikatorkörper 108 einer Mikrowellen-Zelle angebracht. In noch weiteren Ausführungsformen, ist der mindestens eine Sensor 150 an einem Fahrzeug 10 angebracht, dass zum Transport der Mehrzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen 100 konfiguriert ist und der mindestens eine Sensor 150 ist an mindestens einer Mikrowellen-Applikatorzelle 100 angebracht.
In einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine Sensor 150 ein Temperatursensor. In einigen Ausführungsformen ist der mindestens eine Sensor ein Mikrowellen-Rückkopplungssensor, der so konfiguriert ist, dass er Daten für die Steuerung und den Betrieb der mehreren Mikrowellen-Zellen 100 sammelt. Der mindestens eine Sensor 150 ist so konfiguriert, dass er Daten über den Zustand der Oberfläche vor, während oder nach der Anwendung von Mikrowellenenergie auf die Oberfläche sammelt, sodass die Anwendung (Anwesenheit oder Intensität) der Mikrowellen oder anderer Behandlungsprozesse über das Computersystem 200 entsprechend angepasst werden kann.
In einigen Ausführungsformen und unter besonderer Bezugnahme auf die 2, ist der mindestens eine Sensor 150 so konfiguriert, dass er das Vorhandensein von Ablagerungen oder Straßenstrukturen 250 auf der Straßenoberfläche erkennt. Zum Beispiel und ohne eine Beschränkung darauf, kann die Straßenstruktur 250, die durch den mindestens einen Sensor 150 detektiert wird, ein Metallgitter und/oder ein Wartungsdeckel (auch als Kanaldeckel bekannt) sein. Der mindestens eine Sensor 150 kann ein magnetischer Sensor, ein optischer Sensor, ein Bildsensor und/oder andere im Stand der Technik bekannte Sensoren sein, die bestimmte Straßenstrukturen 250 erkennen können.
Das Fahrzeug 10 ist so konfiguriert, dass es die Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen 100A bis D in einer Seite-an-Seite-Kachelmuster transportiert, das sich über die Länge einer Straßenspur und entlang einer Straßenoberfläche in einer Fahrtrichtung 255 überspannt. Der mindestens eine Sensor 150 ist in der Lage, das Vorhandensein von Ablagerungen und Straßenstrukturen 250 zu detektieren. Bei Detektion einer Straßenstruktur 250 sendet der mindestens eine Sensor ein Erkennungssignal 252 zu dem zentralen Computersystem 20, das das Vorhandensein der Struktur 250 an einer bestimmten Stelle auf der Straßenoberfläche anzeigt. Nach dem Empfangen des Detektionssignals 252, das Ortsinformationen der Straßenstruktur 250 beinhaltet, befiehlt das zentrale Computersystem 200 selektiv mindestens einer der mehreren Mikrowellen-Applikatorzellen 100A-100D (oder dem darin angebrachten Mikrowellengenerator), das Erzeugen von Mikrowellen auf der Grundlage der empfangenen Ortsinformationen der Straßenstruktur zu beenden. Das bedeutet, wenn die sich kontinuierlich bewegende Kachel-Anordnung von Mikrowellen-Applikatorzellen 100A bis D in Fahrtrichtung 255 bewegt und die Straßenstruktur 250 erreicht, dass das Computersystem 200 das Erzeugen von Mikrowellen durch mindestens einen der angeschlossenen Mikrowellengeneratoren 102C der Mikrowellen-Zelle 100C beendet. Wenn also das Mikrowellen-Applikationssystem 1 die Straßenstruktur 250 überquert, unterbricht eine bestimmte Mikrowellen-Applikatorzelle 100C (oder bestimmte darin angeschlossene Mikrowellengeneratoren 102C) die Mikrowellenbehandlung. Nachdem festgestellt wurde, dass die Mikrowellen-Applikatorzelle 100C die Straßenstruktur 250 überquert hat, steuert der Zentralrechner 200 den Mikrowellengenerator 102C der Mikrowellen-Zelle 100C so an, dass er das Erzeugen von Mikrowellen für die Behandlung der Straßenoberflächen fortsetzt.
Während 2 eine einzelne Reihe von gekachelten Mikrowellen-Zellen 100A bis D zeigt, kann ein Mikrowellen-System 1 mehrere Reihen von gekachelten Mikrowellen-Applikatorzellen 100 enthalten, wodurch eine Tesselation von Mikrowellen-Applikatorzellen 100 entsteht. 3 zeigt mehrere Reihen von dreckig geformten Mikrowellen-Applikatorzellen 300. 4 zeigt mehrere Reihen von viereckig geformten Mikrowellen-Applikatorzellen 400. 5 zeigt mehrere Reihen von sechseckig geformten Mikrowellen-Applikatorzellen 500. Jede in den 3 bis 5 dargestellte Anordnung umfasst eine Tesselations-Anordnung, die eine Breite W überspannt. Die Breite W ist so konfiguriert, dass sie einen bestimmten Behandlungsbereich überspannt. Das heißt, dass die Mikrowellen-Applikatorzellen 100, 300, 400 und 500 zu einer gekachelten Anordnung hinzugefügt oder von ihr abgezogen werden können, um unterschiedliche Breiten von Straßenoberflächen auszugleichen. Zum Beispiel würde ein asphaltierter Golfwagenweg oder Fahrradweg mit einer Breite von etwa 1,524 m (5 Zoll) nicht so viele Mikrowellen-Zellen 100, 300, 400, 500 benötigen, wie ein standardmäßiger US Interstate Highway mit einer Breite von etwa 3,66 m (12 Zoll).
In einigen Ausführungsformen und wie in den 3 bis 5 dargestellt, ist die Tesselations-Anordnung der Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen „monoedrisch“, das heißt, die Anordnung besteht aus nur einem Typ von polygonalen Zellen, z. B. Dreiecken 300, Quadraten/Rechtecken 400 oder Sechsecken 500. In jeder Anordnung liegen die Mikrowellen-Zellen 300, 400, 500 „Kante-an-Kante“, womit gemeint ist, dass die Ecken der Mikrowellen-Applikatorzellen immer mit den anderen Ecken übereinstimmen. Mit anderen Worten, die Kachel-Anordnung ist eine regelmäßige Tesselation - ein Muster, das durch Wiederholung einer regelmäßigen Polygonform (Dreiecke, Quadrate, Sechsecke) gebildet wird.
In anderen Ausführungsformen ist die Tesselations-Anordnung der Vielzahl von Mikrowellen-Zellen eine halb reguläre Tesselation - die aus zwei oder mehr regelmäßigen Polygonformen gebildet wird. Zum Beispiel und ohne darauf beschränkt zu sein, kann die Kachel-Anordnung sowohl aus dreieckigen Mikrowellen-Applikatorzellen 300 als auch aus sechseckigen Mikrowellen-Applikatorzellen 400 (eigentlich 500) bestehen. In noch anderen Ausführungsformen ist jede Mikrowellen-Applikatorzelle so geformt, dass die Kachelung der Zelle eine im Wesentlichen kontinuierliche Abdeckung eines zu behandelnden Bereichs erzeugt, z. B. könnte jede Mikrowellen-Applikatorzelle 100 kreisförmig sein und jeweils ähnlich, wie die Zellen 400 oder 500 in den und angeordnet sein.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 3 bis 5 ist die Mehrzahl der Mikrowellen-Applikatorzellen 300, 400, 500 nicht nur in einer Richtung zur Vergrößerung der Breite W der Tesselations-Anordnung gekachelt, sondern auch in einer Richtung zur Vergrößerung der Länge L der Tesselations-Anordnung. Wie bereits erwähnt, ist es bei Einzelbestrahlungssystemen, wie denen des '234-Patents erforderlich die Mikrowellen-Applikationseinheit zeitlich an einer einzigen Reparaturstelle zu fixieren, was die Behandlung einer ganzen Straßenbreite zeitaufwändig macht. Um genügend Mikrowellenenergie zur Erwärmung der darunterliegenden Oberfläche aufzubringen, während sich das Mikrowellensystem 1 kontinuierlich bewegt, wird eine Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen entlang einer Länge L (in Fahrtrichtung 255) platziert. Auf diese Weise erhält jeder Behandlungsbereich der zu behandelnden Fläche G Mikrowellenenergie von mehreren Mikrowellen-Applikatorzellen, die sich über diesen Straßenabschnitt bewegen. Das bedeutet, dass anstelle einer kontinuierlichen Mikrowellenbehandlung durch ein stationäres Mikrowellengerät eine kontinuierliche Mikrowellenbehandlung durch eine Bahn von miteinander verbundenen Mikrowellen-Applikatorzellen erfolgt, die sich über zu behandelnde Fläche bewegt. Dies ermöglicht eine kosteneffiziente Behandlung einer ganzen Fahrspur, sodass in einigen Ausführungsformen, etwa 304,8 m (1000 Fuß) Fahrbahn pro Minute behandelt werden können.
6 zeigt eine Querschnittsansicht von beispielshaften Mikrowellen-Applikatorzellen 600A bis B mit abgewinkelten, erweiterten Seitenwandabschnitten 609A bis B. Das heißt, jeder Seitenwandabschnitt 609A, 609B bildet einen Innenwinkel mit dem Boden der kleiner als 90°C ist. Jede Mikrowellen-Applikatorzelle 600A bis B umfasst mindestens einen Mikrowellengenerator 102 und einen zugehörigen Wellenleiter 104, die an einer oberen Wand 607 montiert sind. In der dargestellten Ausführungsform sind jeder Mikrowellengeneratoren 102 und Wellenleiter 104 so angeordnet, dass die Mikrowellen 601 etwa vom mittleren Bereich jeder Mikrowellen-Zelle 600A bis B abstrahlen. Die abgewinkelten Seitenwände 609A bis B können die reflektierenden Mikrowellen 601 auf eine Grundfläche G lenken und/oder auch ein Austreten von Mikrowellenenergie aus dem Inneren des Applikatorkörpers verhindern. Vorliegend ist jede Mikrowellen-Zelle 600A bis B mit mindestens einem Befestigungspunkt 618A bis B dargestellt, der sich entlang eines Teils jedes Seitenwandabschnittes 609A bis B befindet. Wiederrum ist die Lage des Befestigungspunktes 618 nicht beschränkend und kann von einem Fachmann an jeder beliebigen Stelle des Applikatorkörpers platziert werden, um eine lösbare Verbindung mehrerer Mikrowellen-Applikatorzellen zu erzeugen. In einer Kachel-Anordnung verbindet ein Befestigungselement 619 die Mikrowellen-Zellen 600A bis B miteinander am Befestigungspunkt 618, indem es die Unterkanten 607A, 607B der benachbarten Seitenwände 609A bis B jeweils in Kontaktbringt.
6 zeigt auch die Verwendung eines Filters 650 innerhalb einer Mikrowellen-Zelle. Die Anwendung von Mikrowellenenergie auf die Asphaltoberfläche kann ein unerwünschtes Gas 652 erzeugen, so dass sich nach einiger Zeit Teermaterial auf den Innenflächen der Applikatorzelle und des Wellenleiters 104 ablagern kann. Daher kann jede der hierbeschriebenen Mikrowellen-Zelle so konfiguriert sein, dass sie einen Filter 650 aufnimmt, der im Inneren der Zelle angeordnet ist und an einen Bereich zwischen der oberen Decke 107 und dem Boden G angepasst ist. Der Filter 650 ist für die Mikrowellenstrahlung 601 transparent oder weitestgehend transparent, das heißt, der Mikrowellenenergie ist es möglich, den Filter ohne wesentliche Veränderung passieren zu können. Der Filter 650 ist in der Lage, in dem Gas 652 befindliche Partikel einzufangen, die sich andernfalls an der Innenfläche ablagern können. Der Filter 650 kann nach der Ansammlung von Gas und Teermaterial ausgetauscht werden.
Die Effizienz eines Mikrowellen-Applikationssystems, wie des Mikrowellen-Applikationssystems 1 kann durch die Vergrößerung der die elektrischen Verlusteigenschaften des zu behandelnden Materials (z. B. Asphalt) erhöht werden. Im Allgemeinen quantifiziert der „dielektrische Verlust“ die einem dielektrischen Material innewohnende Dissipation von elektromagnetischer Energie. Die Antragssteller haben festgestellt, dass die Dielektrizitätskonstante von Asphalt und der dielektrische Verlust durch Zugabe von Feuchtigkeit zum Asphalt erhöht werden können. Ausgehend von dem bekannten dielektrischen Verlust von Wasser (etwa 13), kann der dielektrische Verlust einer Wasser/Asphalt-Ansammlung von dem in der Literatur angegebenen Wert von 0,2 auf einen zusammengesetzten Wert von 5 erhöht werden, was einen höheren Verlust bedeutet. Eine Erhöhung des Wertes für den dielektrischen Verlust bedeutet, dass die Asphaltschicht in der Lage ist, einen größeren Prozentsatz der aufgebrachten Energie zu absorbieren. Damit kann in einigen Ausführungsformen das Aufbringen von Feuchtigkeit auf den Asphalt vor oder während des Aufbringens von Mikrowellenenergie, die Fähigkeit des Asphalts erhöhen, später die aufgebrachte Energie zu absorbieren.
In einigen Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf 7 umfasst ein Mikrowellen-Anwendungs-Behandlungssystem 700 eine Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen 701, die in einigen Aspekten den Mikrowellen-Applikatorzellen 100, 300, 400, 500, 600 ähnlich sind, wie oben diskutiert. Wie in 7 dargestellt, enthält jede Mikrowellen-Applikatorzelle 701 mehrere Mikrowellengenerator-/Wellenleiterpaare 703, die durch die Oberseite der Mikrowellen-Applikatorzelle 701 hindurch angebracht sind, wobei jedes so konfiguriert ist, dass es Mikrowellenenergie erzeugt und auf den Boden richtet. Das heißt, jede Mikrowellen-Applikatorzelle 701 umfasst eine durchgehende Seitenwand 709, eine obere Decke 707, und eine Bodenöffnung, die an den Boden G angrenzt, wobei die Mikrowellenenergie in der Seitenwand 709 und der Decke 707 enthalten ist und in den Boden G geleitet wird. Jede Mikrowellen-Applikatorzelle 701 wird von mindestens einer damit in Verbindung stehenden Energiequelle 103 mit Energie versorgt, wobei die Mikrowellenerzeugung durch die Zellen durch manuelle Steuerung eines Leistungsschalters (wie der Schalter 105 in 1) eingeleitet wird. Auch die anderen Komponenten, auf die weiter unten näher eingegangen wird, können von mindestens einer Energiequelle 103 gespeist werden. In einigen Ausführungsformen ist jede Zelle 701 durch einen Zentralcomputer 720 steuerbar, wie er in ähnlicher Weise in Bezug auf das zentrale Computersystem 200 der 1 bis 6 beschrieben ist.
Das Mikrowellen-Applikationssystem 700 kann auch ein Bewässerungs-Subsystem 710 enthalten, dass so konfiguriert ist, dass es Feuchtigkeit auf den Boden (Asphalt) G vor oder während des Aufbringens von Mikrowellenenergie durch die Vielzahl der Mikrowellen-Applikatorzellen 701 aufbringt. Das Bewässerungs-Subsystem 710 kann in verschiedenen Ausführungsformen so gestaltet sein, dass es den Boden G mit einem Fluid, wie Wasser, versorgt. Wie oben kurz beschrieben erhöht die Zugabe von Wasser zum Boden den dielektrischen Verlust des Bodens, was zu einer effizienten Übertragung von Mikrowellenenergie führt. In der Ausführungsform der 7 umfasst das Bewässerungs-Subsystem 710 eine Feuchtigkeitsquelle, wie beispielsweise einen Wassertank und mindestens eine Pumpe 713, die dazu eingerichtet ist, dass sie Flüssigkeit von der Feuchtigkeitsquelle 711 zu jeder einzelnen Sprühdüse 712 über eine Vielzahl von Flüssigkeitsleitungen 715 transportiert. Es versteht sich von selbst, dass die Sprühdüsen 712 des Bewässerungssystem 710 zwar so dargestellt sind, dass sie in Fahrtrichtung vor der Anordnung der Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen 701 angeordnet sind, was durch die Fahrtrichtung 755 für das System 700 vermerkt ist, jedoch eine Sprühdüse 712 im Inneren mindestens einer Mikrowellen-Applikatorzelle 701 angeordnet sein kann. In einigen Ausführungsformen ist die Pumpe 713 durch das zentrale Computersystem 720 steuerbar, was es dem System 700 ermöglicht, die auf den Boden G aufgebrachte Flüssigkeitsmenge selektiv zu steuern. In Ausführungsformen, die mit Sensoren ausgestattet sind, wie sie in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben sind, können die Sensoren 150 bestimmen, welche Sprühdüse 712 aktiviert werden muss, um Feuchtigkeit auf dem Boden aufzubringen. In noch anderen Ausführungsformen kann ein Leistungsschalter, ähnlich dem Leistungsschalter 105, die Versorgung mit Energie zum Bewässerungs-Subsystem 710 steuern.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Mikrowellen-Applikationssystem 700 ferner mindestens eine Oberflächen-Behandlungseinrichtung 725, die den Boden G vor dem Aufbringen von Feuchtigkeit durch das Bewässerungs-Subsystem 710 physikalisch verändert, sodass die vom Subsystem 710 aufgebrachte Flüssigkeit tiefer in den Boden eindringen kann. Die Oberflächen-Behandlungseinrichtung 725 kann auf unterschiedliche Weise ausgeführt werden, ist aber so konfiguriert, dass sie mechanisch schneidet, bohrt, schabt oder auf andere Weise Oberflächenfehler, Kanäle, Risse 726 (Oberflächenveränderungen) erzeugt, die das aufgebrachte Fluid aufnehmen. In einigen weiteren Ausführungsformen ist die mindestens eine Oberflächen-Behandlungseinrichtung 725 ein Messersystem, das so konfiguriert ist, dass es Oberflächenveränderungen in den Boden G ritzt. So erzeugt das Mikrowellen-Anwendungssystem 700, das sich in eine Richtung 755 bewegt, zunächst eine raue Textur an dem Boden G, zum Beispiel Oberflächenveränderungen 726, trägt dann ein Fluid auf die texturierte Bodenoberfläche auf und behandelt dann den mit Fluid aufgefüllten texturierten Boden 727 mit Mikrowellenenergie unter Verwendung einer Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen 701.
Die Menge der auf den Boden/Asphalt aufgebrachten Mikrowellenenergie hängt von der Leistung und der Anordnung der einzelnen Mikrowellengeneratoren im System ab. Die insgesamt aufgebrachte Energie hängt auch von der Zeitdauer ab, mit der jeder Mikrowellen-Applikatorzelle ermöglicht wird, Mikrowellenenergie auf den Boden zu richten. Wenn zum Beispiel ein Mikrowellen-Anwendungssystem so konfiguriert ist, dass es die Temperatur des Bodens auf eine bestimmte Temperatur, z. B. 148,9°C (300 °F), erhöht, wobei eine einzelne Mikrowellen-Zelle an einer einzigen Stelle in Bezug auf den Boden G platziert werden kann, bis der von der Applikatorzelle abgedeckte Bereich die gewünschte Temperatur erreicht. Da das System 700 jedoch mehrere Mikrowellen-Applikatorzellen 701 umfasst, kann das System Mikrowellenenergie auf den Boden G aufbringen, während es sich in einer Richtung 755 fortbewegt. Die Geschwindigkeit des Systems in Richtung der Bewegung 755, um die Temperatur des Materials G auf eine gewünschte Temperatur zu erhöhen, basiert im Allgemeinen auf der Anzahl der in der Bewegungsrichtung 755 angeordneten Mikrowellen-Applikatorzellen 701. Wenn beispielsweise eine einzelne Mikrowellen-Applikatorzelle 701 mit einer Länge von 60,96 cm (2 Fuß) 6 Minuten benötigt, um einen Bereich des Bodens G auf eine gewünschte Temperatur zu erwärmen, können zwei Zellen 701, die entlang der Fahrtrichtung 755 angeordnet sind, kontinuierlich Mikrowellenenergie aufbringen, während sie sich in Bewegungsrichtung 755 um 121,92 cm (4 Fuß) in drei (3) Minuten bewegen. Wenn das Anwendungssystem 701 drei (3) Applikatorzellen 701 in Richtung der Bewegung 755 umfasst, kann sich das Mikrowellen-Anwendungssystem 700 in zwei (2) Minuten insgesamt 1,83 m (sechs (6) Fuß) bewegen und dabei die gleiche Menge an Mikrowellenenergie auf den Boden aufbringen, um die gewünschte Bodentemperatur zu erreichen. Es versteht sich von selbst, dass eine beliebige Anzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen 701 in Bewegungsrichtung angeordnet werden kann, damit sich das System 700 mit einer höheren (gewünschten) Geschwindigkeit bewegen kann.
In einigen Ausführungsformen und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 7, umfasst das Mikrowellen-Anwendungssystem 700 mindestens einen Ventilator 730 (oder ein gleichwertiges Gerät, wie beispielsweise einen Lüfter, eine Luftpumpe usw.), das so konfiguriert ist, dass es einen kontinuierlichen positiven Luftstrom innerhalb jedes Wellenleiters 703 erzeugt. In einer anderen Ausführungsform kann durch Verwendung von Unterdruck, die sich ansammelnde Feuchtigkeit oder während des Prozesses erzeugte flüchtige organische Verbindungen (VOC`s) abgesaugt (evakuiert) werden, die die Wirkung der Mikrowellenenergie vermindern oder Materialablagerungen auf dem Wellenleiter oder der Kammeroberfläche verursachen könnten. Der kontinuierliche positive oder negative Luftstrom verhindert, dass Dämpfe die bei der Mikrowellenbehandlung des Asphalts entstehen, in den Wellenleiter 703 eindringen, was einen sicheren, sauberen und effizienten Betrieb des Mikrowellen-Anwendungssystem 700 ermöglicht.
8 zeigt eine sechseckige Mikrowellen-Applikatorzelle 800 zur Verwendung in einem Asphalterwärmungs- und -Wiederaufbereitungssystem, das in einigen Aspekten dem Mikrowellen-Behandlungssystem 1 gemäß 1 und dem System 700 der 7 ähnelt und in diesem Zusammenhang am besten verstanden werden kann. Die Applikatorzelle 800 ist so dargestellt, dass sie über einer Schicht von Asphalt 880 und einer Schicht aus einer gebrochenen Kalkstein-Ansammlung 890 angeordnet ist. Die Mikrowellen-Applikatorzelle 800 umfasst einen sechseckigen Metallkörper 801 mit einem Durchmesser D und einer Höhe H. In einigen Ausführungsformen, kann der Durchmesser im Bereich von etwa 45,72 cm (18 Zoll) bis etwa 66,04 cm (26 Zoll) und die Höhe H im Bereich von etwa 2,54 cm (1 Zoll) bis etwa 30,48 cm (12 Zoll) liegen, wie oben in Bezug auf 4 erläutert. Die Mikrowellen-Applikatorzelle 800 umfasst sieben separate Wellenleiter 804a bis g, die gleichmäßig über die obere Fläche 810 des Metall-Sechseckkörpers verteilt sind. Die Wellenleiter 804a bis g sind Strukturen zum Leiten elektromagnetischer Wellen einschließlich Mikrowellen, und werden manchmal auch als Wellenleiter-Übertragungsleitungen bezeichnet. In einigen beispielhaften Ausführungsformen handelt es sich bei den Wellenleitern 804a bis g um WR-340-Wellenleiter, die von „Pasternack“ erhältlich sind.
Am distalen Ende 805 jedes Wellenleiters 804a bis g befindet sich ein Mikrowellengenerator 802 (dargestellt in Bezug auf den Wellenleiter 804c), der so konfiguriert ist, das er Mikrowellen in den zugehörigen Wellenleiter 804a bis g und in die Asphaltschicht 880 richtet. In einigen Ausführungsformen sind die Mikrowellengeneratoren 802 eine 1000 Watt, 2,45Ghz Magnetronquelle, ähnlich wie handelsübliche Mikrowellenofen-Magnetrone. Es versteht sich, dass die Wattzahl jedes Mikrowellengenerators nicht begrenzt ist und von etwa 500 Watt bis etwa 2000 Watt reichen kann. In einigen Ausführungsformen wird die Mikrowellenenergie von jedem Paar aus Mikrowellengenerator 802 und Wellenleiter 804 auf eine Asphaltschicht 880 aufgebracht, sodass die durchschnittliche Temperatur der Asphaltschicht 880 unter der Applikatorzelle 800 zwischen etwa 104,44°C (220°F) und etwa 176,67°C (350°F), einschließlich etwa 148,89°C (300°F), liegt.
Simulationen der in 8 dargestellten Mikrowellen-Applikatorzelle 800 wurden durchgeführt, um die Auswirkung der Anwendungshöhe (H) auf die vom Asphalt 880 absorbierte Leistung zu bestimmen. 9 ist eine grafische Darstellung der Anwendungshöhe H gegenüber der absorbierten Leistung. Die Ergebnisse zeigen, dass die vom Asphalt 880 absorbierte Leistung von etwa 2,54 cm (1 Zoll) bis etwa 15,24 cm (6 Zoll) in einem Bereich zwischen etwa 5000 W und etwa 6000 W liegt. In diesem Bereich wurde festgestellt, das etwa 70 bis 86% der von den Mikrowellen zugeführten Leistung vom Asphalt 880 absorbiert wird. Während eine Applikatorhöhe H von etwa 7,62 cm (3 Zoll) für die Energieabsorption optimal zu sein scheint, deuten die Simulationsergebnisse darauf hin, dass der größte Teil der zugeführten Mikrowellenenergie von der Asphaltschicht 880 innerhalb dieses Höhenbereichs von 2,54 cm (1 Zoll) bis 15,24 cm (6 Zoll) absorbiert wird, und dass die Leistungsabsorption bei einer Applikatorhöhe H von 10,16 cm (4 Zoll) oder mehr relativ stabil ist. Es ist zu beachten, dass Simulationen zwar nur für einen Bereich von 2,54 cm (1 Zoll) bis 15,24 cm (6 Zoll) durchgeführt wurden, aber auch andere Anwendungshöhen bis zu (aber nicht drauf beschränkt) etwa 30,48 cm (12 Zoll) eine ausreichende Leistungsabsorption erreichen können.
In einer weiteren Simulation der Mikrowellen-Applikatorzelle 800 von 8 wurde der Abstand der Wellenleiter 804b bis g um ein Zentrum der Mikrowellen-Applikatorzelle variiert. Zum Beispiel und unter Bezugnahme auf 10, welche eine Draufsicht auf die Mikrowellen-Applikatorzelle 800 von 8 zeigt, sind die Wellenleiter 804b bis g in einer zueinander beabstandeten kreisförmigen Anordnung um einen zentralen Wellenleiter 804a angeordnet, wobei jeder Wellenleiter in einem Radius R vom Zentrum angeordnet ist. Der Radius R kann zwischen etwa 10,16cm (4 Zoll) und etwa 20,32 cm (8 Zoll) liegen. Bei der durchgeführten Simulation variierte der Radius R von etwa 13,97 cm (5,5 Zoll) bis etwa 19,05 cm (7,5 Zoll) von der Mitte der Applikatorzelle 800. Der zentrale Wellenleiter 804a verblieb in derselben Position. Im Allgemeinen waren die Leistungsabsorptionsraten in den Asphalt höher, wenn der Wellenleiterabstand enger war, obwohl bei einem größeren Radius, z. B. 17,78 cm (7 Zoll), die Gesamtabsorption erhöht war. Das Diagramm in 11, wiedergebend die Position des Wellenleiters im Vergleich zur absorbierten Leistung, zeigt eine leicht flache Kurve, was daraufhin deutet, dass das Anwendungsdesign in Bezug auf die Wellenleiterkonfiguration (Radius R) ziemlich stabil ist. Das heißt, dass alle Ergebnisse für R darauf hinweisen, dass über 80% der Leistung absorbiert werden.
BEISPIELE
Die vorliegende Offenbarung wird in den folgenden nicht einschränkenden Arbeitsbeispielen weiter veranschaulicht, wobei davon ausgegangen wird, dass diese Beispiele nur der Veranschaulichung dienen und es damit nicht beabsichtigt ist, die Offenbarung auf die hier genannten Materialien, Bedingungen, Prozessparameter und dergleichen zu beschränken.
In COMSOL Multiphysics wurde eine Simulation einer Konfiguration einer Mikrowellen-Applikatorzelle 800 mit einem Durchmesser D von etwa 50,8 cm (20 Zoll), einer Höhe H von etwa 7,62 cm (3 Zoll) und einem Wellenleiter-Musterradius R von etwa 17,78 cm (7 Zoll) durchgeführt.
12 zeigt eine Draufsicht auf die Ergebnisse der Leistungsdichte für die Asphaltschicht 880 und die Kalksteinschicht 890. Die Leistungsdichte, die in Einheiten von W/m³ gemessen wird, ist ein Maß dafür, wieviel Leistung vom Material in einem bestimmten Bereich absorbiert wird. In dieser Abbildung wird abgeschätzt wo die Bereiche mit der stärksten Erwärmung innerhalb der Anwendungsschichten (Asphalt 880 und Kalkstein 890) in der Belastung auftreten werden. Wie in 12 dargestellt, befindet sich der Bereich mit der höchsten Leistungsdichte direkt in der Mitte der Asphaltschicht 880, wobei ein Erhitzungsmuster in dem Bereich direkt unter der Mikrowellen-Applikatorzelle 800 sichtbar wird. Der heißeste Bereich der Asphaltschicht sind die direkte Mitte 1201 und vier (4) Seitenkeulen 1202, die zwischen dem zentralen Wellenleiter 804a und den äußeren Wellenleitern 804b bis g auftreten.
Nach etwa 300 Sekunden der Mikrowellen-Anwendung wird in der Asphaltschicht eine maximale Temperatur von etwa 135,56°C (276°F) erreicht. Diese Maximaltemperatur wurde in einem kleinen zentralen Bereich 1201 und den angrenzenden Seitenkeulen 1202 absorbiert. Der umgebende Bereich erreichte eine Temperatur zwischen etwa 48,89°C (120°F) und 93,33°C (200°F). Diese Ergebnisse wurden durch Modellierung der Asphaltschicht 880 mit einem dielektrischen Verlust von 0,2 erzielt.
Wie bereits kurz erwähnt, wird der Wert für den dielektrischen Verlust von Asphalt stark vom Feuchtigkeitsgehalt beeinflusst. Die Simulationsergebnisse zeigen eine Verbesserung der Energieabsorption, wenn die Asphaltschicht mit einem dielektrischen Verlust von mehr als 0,2 modelliert wurde. Als ein Ergebnis eines erhöhten dielektrischen Verlusts ist die Asphaltschicht 880 in der Lage, einen größeren Prozentsatz der aufgebrachten Energie zu absorbieren, wie aus den Ergebnissen der Tabelle in 13 hervorgeht, in der die Gesamtmenge der von der Asphaltschicht 880 und der Kalksteinschicht 890 absorbierten Energie bei steigendem Wert des dielektrischen Verlusts angegeben ist. Außerdem nahm die die Gesamtmenge der aus den Außengrenzen der Simulation fließenden Energie ab, wenn der dielektrische Verlust der Asphaltschicht 880 erhöht wurde, was bedeutet, dass weniger Energie an die umgebende Atmosphäre und an die Kalksteinschicht 890 verloren ging. In einigen Ausführungsformen wird der Leistungsfluss in die Umgebung der Asphaltschicht 880 bei einem hohen Wert für den dielektrischen Verlust auf weniger als 0,2 Prozent reduziert.
Die 14A bis C zeigen die Ergebnisse der Oberflächentemperatur nach 300 Sekunden der Mikrowellenerwärmung für unterschiedliche Werte des dielektrischen Verlustes. 14A zeigt die Oberflächentemperatur unter dem sechseckigen Applikator für einen dielektrischen Verlustwert von 0,2 für die Asphaltschicht 880. 14B zeigt die Oberflächentemperatur unter dem sechseckigen Applikator 800 für einen dielektrischen Verlustwert von 1,0 für die Asphaltschicht 880. 14C zeigt die Oberflächentemperatur unter dem sechseckigen Applikator für einen dielektrischen Verlustwert von 5 für die Asphaltschicht 880.
15A bis B zeigen eine weitere beispielhafte Ausführungsform eines Mikrowellen-Zellen-Applikators 1500. Wie dargestellt, umfasst der Mikrowellen-Zellen-Applikator 1500 eine äußere Seitenwand 1503, welche ein Innenvolumen einer Mikrowellen-Applikatorzelle 1500 definiert und eine obere Wand (dargestellt als transparente obere Wand, um den Inhalt darin zu veranschaulichen), die der oberen Wand 810 ähnlich ist und konfiguriert ist, eine Vielzahl von Mikrowellen-Wellenleitern- 804 und Generator- 802 Paaren aufzunehmen. Die dargestellte Ausführungsform zeigt eine im Wesentlichen sechseckige äußere Seitenwand 1503, das heißt, die Seitenwand bildet von oben gesehen eine sechseckige Form, wobei jedoch zu verstehen ist, dass die äußere Seitenwandform nicht beschränkend ist und jede Form haben kann. Die Mikrowellen-Applikatorzelle 1500 umfasst auch eine innere Seitenwand 1502, die von der äußeren Seitenwand 1503 beabstandet und im Wesentlichen konzentrisch zu ihr ist. Die innere Seitenwand 1502 definiert eine erste Anwendungskammer 1512 innerhalb des Innenvolumens der Mikrowellen-Applikatorzelle 1500. In einigen Ausführungsformen ist die Form der inneren Seitenwand 1502 im Wesentlichen dieselbe wie die Form der äußeren Seitenwand 1503. In Bezug auf die Geometrie ist die innere Seitenwand geometrisch ähnlich in der Form, wie die äußere Seitenwand. In anderen Ausführungsformen weicht die Form der inneren Seitenwand 1502 von der Form der äußeren Seitenwand 1503 ab, z. B. kann die äußere Seitenwand ein Sechseck sein, während die innere Seitenwand ein Quadrat, ein Dreieck oder eine andere Form haben kann.
Die Mikrowellen-Applikatorzelle 1500 umfasst einen mittig angeordneten Wellenleiter 1504a, der konfiguriert ist, um Mikrowellenenergie auf die Asphaltschicht 880 innerhalb der ersten zentralen Kammer 1512, die innerhalb der inneren Seitenwand 1502 definiert wird, zu richten. Eine Vielzahl von radialen Mikrowellen-Applikatoren 1504b sind in einem Abstand und radial vom zentralen Wellenleiter 1504a angeordnet. Diese radialen Mikrowellen-Applikatoren 1504b sind so konfiguriert, dass sie Mikrowellenenergie auf die Asphaltschicht 880 in einem Bereich zwischen der inneren Seitenwand 1502 und der äußeren Seitenwand 1503 richten.
In einigen weiteren Ausführungsformen und wie in 15A und 15B dargestellt, umfasst die Mikrowellen-Applikatorzelle 1500 mindestens eine trennende Seitenwand 1505, die sich zwischen der inneren Seitenwand 1502 und der äußeren Seitenwand 1503 erstreckt. Die trennenden Seitenwände 1505 definieren zumindest zwei (2) periphere Kammern 1513, die um die zentrale Kammer 1512 herum angeordnet sind. Die peripheren Kammern 1513 sind jeweils mit mindestens einem (1) radialen Mikrowellen-Leiter 1504b für das Aufbringen von Mikrowellenenergie auf die Asphaltschicht 880 in Verbindung. In einigen Ausführungsformen, sind die Trenn-Seitenwände 1505 im Wesentlichen senkrecht zu der inneren Seitenwand 1502 und der äußeren Seitenwand 1503. In einigen Ausführungsformen hat jede der von den Trenn-Seitenwänden begrenzte periphere Kammer 1513 im Wesentlichen die gleiche Fläche.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Mikrowellen-Applikatorzelle 1500 eine zentrale Anwendungskammer und zumindest drei periphere Zellen gleicher Fläche. In einigen weiteren Ausführungsformen und wie in der beispielhaften Ausführungsform der 15A und 15B dargestellt, umfasst die Mikrowellen-Applikatorzelle 1500 eine (1) zentrale Anwendungskammer 1512 und mindestens sechs (6) periphere Kammern 1513 mit gleicher Fläche, wobei jede periphere Kammer 1513 mit mindestens einem (1) radialen Wellenleiter 1504b verbunden ist.
Die Trennwände 1505 können, wie die innere Seitenwand 1502 und die äußere Seitenwand 1503 aus einem metallischen Material hergestellt sein. Beispiele für geeignete metallische Materialien sind unter anderem Edelstahl, Stahl, Aluminium, Nickel, Messing und Legierungen. In einigen weiteren Ausführungsformen sind die Seitenwände und Trennwände aus einem Achtel (1/8) Zoll dicken Edelstahlplatten, die nahtlos zusammengeschweißt werden, um die Applikatorzelle 1500 auszubilden. In anderen Ausführungsformen sind die Seitenwände und Trennwände aus einem metallischen Material gegossen.
Die Wellenleiter 1504a und 15b können an beliebigen Stellen innerhalb einer zugehörigen Kammer 1512, 1513 positioniert sein. In einigen Ausführungsformen ist jedoch jeder Wellenleiter 1504a 1504b so positioniert, dass jede Zuführung in Bezug auf die zugehörige Kammer zentralisiert ist. Da die von den Mikrowellengeneratoren erzeugten und durch die Wellenleiter 1504a 1504b übertragenden Mikrowellen nicht durch Metall (wie die Trennwände und Seitenwände) hindurchgehen, kann die Mehrkammer-Mikrowellen-Applikatorzelle die destruktive Interferenz zwischen den Mikrowellen beim Austritt aus der Wellenleiterzuführung und beim Eintritt in das Innenvolumen der Mikrowellen-Applikatorzelle verringern und somit die absorbierte Energiemenge erhöhen. Die Einbindung der Trennwände verringert auch die Wahrscheinlichkeit elektrischer Lichtbögen innerhalb des Applikator-Volumens.
16 zeigt die Simulation der Leistungsdichte, die den Bereichen entspricht, in denen Mikrowellenenergie vom Asphalt mit einer Mikrowellen-Applikatorzelle absorbiert wird, die eine Vielzahl von Kammern hat, wie die Mikrowellen-Applikatorzelle 1500 und die Kammern 1512 und 1513.
In Übereinstimmung mit einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Mikrowellen-Applikatorzelle zum Bereitstellen von Mikrowellenenergie zu einer zur behandelnden Oberfläche beschrieben. Die Mikrowellen-Applikatorzelle umfasst einen Applikatorkörper mit einer äußeren Seitenwand und einer oberen Wand und mindestens zwei Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaare. Jeder Wellenleiter der Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaare hat ein erstes Ende, das funktionsfähig mit einem zugehörigen Mikrowellengenerator verbunden ist, und ein zweites Ende, das an der oberen Wand befestigt ist, um Mikrowellen von dem Mikrowellengenerator auf die zu behandelnde Oberfläche zu richten, welche durch den Applikatorkörper begrenzt wird. In einer weiteren Ausführung, haben die erzeugten Mikrowellen eine Frequenz von 2,45 GHz. In einer anderen weiteren Ausführungsform weist die äußere Seitenwand eine Vielzahl von benachbarten polygonalen Umfangsabschnitten auf, die miteinander verbunden sind, um eine regelmäßige Polygonform zu erzeugen. In einer weiteren Ausführungsform hat der Applikatorkörper aus der Sicht von oben die Form eines regelmäßigen Vielecks. In einer weiteren Ausführungsform ist ein Paar aus Mikrowellengenerator- und Wellenleiter ein Paar aus einem zentralen Mikrowellengenerator und einem zentralen Wellenleiter, wobei der zentrale Wellenleiter an einem Mittelpunkt der oberen Wand montiert ist. In einer anderen weiteren Ausführung, umfasst die Mikrowellen-Applikatorzelle mindestens drei voneinander beabstandete, radiale Mikrowellengenerator- und radiale Wellenleiterpaare, welche jeweils an der oberen Wand befestigt und von dem zentralen Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar durch einen Radius beabstandet sind. In einer anderen weiteren Ausführungsform, reicht der Radius von etwa 10,16 cm (4 Zoll) bis etwa 20,32 cm (8 Zoll). In einer weiteren Ausführungsform, hat der Applikatorkörper einen Durchmesser von etwa 45,72 cm (8 Zoll) bis etwa 66,04 cm (26 Zoll). In einer weiteren Ausführung, hat der Applikatorkörper eine Höhe von etwa 2,54 cm (1 Zoll) bis etwa 17,78 cm (7 Zoll). In einer weiteren Ausführungsform, umfasst die Mikrowellen-Applikatorzelle eine innere Seitenwand, die zur äußeren Seitenwand beabstandet und im Wesentlichen konzentrisch zu dieser ist, wobei die innere Seitenwand eine zentrale Kammer definiert, wobei mindestens ein Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar dazu konfiguriert ist, um Mikrowellenenergie in die zentrale Kammer in Richtung der zu behandelnden Oberfläche zu richten. In einer weiteren Ausführungsform ist wenigstens ein Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar so montiert, sodass der Wellenleiter Mikrowellenenergie auf die zu behandelnde Oberfläche zwischen der inneren Seitenwand und der äußeren Seitenwand richtet. In einer anderen Ausführungsform, umfasst die Mikrowellen-Applikatorzelle ferner eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Trenn-Seitenwänden. Jede Trenn-Seitenwand erstreckt sich etwa rechtwinklig von der inneren Seitenwand zu der äußeren Seitenwand und definiert mindestens zwei gleichgroße periphere Kammern, wobei mindestens ein Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar so konfiguriert ist, dass es Mikrowellenenergie in eine zugehörige periphere Kammer und in Richtung der zu behandelnden Oberfläche richtet. In einer weiteren Ausführungsform ist die innere Seitenwand geometrisch ähnlich geformt, wie die äußere Seitenwand.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Mikrowellen-Anwendungssystem zum kontinuierlichen Behandeln einer zu behandelnden Oberfläche beschrieben. Das Mikrowellen-Anwendungssystem umfasst eine Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen zur Bereitstellung von Mikrowellenenergie für eine zu behandelnde Oberfläche. Jede Mikrowellen-Applikatorzelle umfasst einen Applikatorkörper, der eine äußere Seitenwand, eine obere Seitenwand und mindestens ein Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar umfasst, wobei die Wellenleiter des Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaars ein erstes Ende, das funktionsfähig mit einem zugehörigen Mikrowellengenerator verbunden ist und ein zweites Ende hat, dass an der oberen Wand montiert und so angeordnet ist, dass es Mikrowellen vom Mikrowellengenerator auf die durch den Applikatorkörper begrenzte zu behandelnde Oberfläche richtet. Das System umfasst auch eine Energiequelle, die konfiguriert ist um den mindestens einen Mikrowellengenerator mit Energie zu versorgen. In einer weiteren Ausführungsform ist die Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen in einer Tesselation angeordnet, wobei die Tesselation eine Breite und eine Länge aufweist. In einer weiteren Ausführungsform entspricht die Breite der Tesselation der Mikrowellen-Applikatorzellen etwa der Breite einer einspurigen Straße. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das System ein zentrales Computersystem, das mit der Energiequelle und mit jeder Mikrowellen-Applikatorzelle der Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen in Verbindung steht und so konfiguriert ist, dass es das Erzeugen von Mikrowellen durch den mindestens einen Mikrowellengenerator steuert. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das System ferner mindestens einen Sensor, der konfiguriert ist, um einen Zustand der Straßenoberfläche zu detektieren. In einerweiteren Ausführungsform steht der mindestens eine Sensor in Kommunikation mit einem zentralen Computersystem, wobei das zentrale Computersystem Standortdaten auf der Basis von Sensordaten eines aktuellen Straßenzustands erzeugt und auf Grundlage der Standortdaten selektiv eine entsprechende Mikrowellen-Applikatorzelle betreibt. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das System ein Bewässerungs-Subsystem, das eine Flüssigkeitsquelle und mindestens eine Sprühdüse umfasst, die so konfiguriert ist, dass diese vor dem Anwenden vom Mikrowellen durch die mehreren Mikrowellen-Applikatorzellen eine Flüssigkeit auf die zu behandelnde Oberfläche aufbringt. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das System außerdem mindestens eine Oberflächen-Behandlungseinrichtung, die dazu konfiguriert ist, dass sie die zu behandelnde Oberfläche physikalisch verändert, bevor die Anwendung der Mikrowellen durch die Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen beginnt.
In Übereinstimmung mit einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Mikrowellenbehandlung einer zu behandelnden Oberfläche beschrieben. Das Verfahren umfasst das kontinuierliche Vorwärtsbewegen einer Vielzahl Mikrowellen-Applikatorzellen, wobei jede Mikrowellen-Applikatorzelle eine Applikatorzelle mit einer Seitenwand, einer oberen Wand und mindestens einem Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar umfasst, wobei der Wellenleiter des Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaars ein erstes Ende, das funktionsfähig mit einem zugehörigen Mikrowellengenerator verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das an der oberen Wand montiert und so angeordnet ist, dass es Mikrowellen von dem Mikrowellengenerator auf die zu behandelnde Oberfläche richtet, die durch den Applikatorkörper begrenzt wird. Das Verfahren umfasst auch das Aufbringen von Mikrowellen auf die zu behandelnde Oberfläche, während sich die Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen kontinuierlich vorwärtsbewegt. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner das Aussprühen eines Fluids auf die zu behandelnde Oberfläche vor dem Anwenden von Mikrowellen. In einer weiteren Ausführungsform umfasst das Verfahren das mechanische Verändern der zu behandelnden Oberfläche mittels einer Oberflächen-Behandlungseinrichtung vor dem Aufsprühen eines Fluids auf die zu behandelnde Oberfläche, wobei das Verändern der Oberfläche das Aufnehmen des Fluids vor dem Anwenden von Mikrowellen beinhaltet.
Obwohl in der obigen Beschreibung spezifische Begriffe verwendet werden, sollen sich diese Begriffe der Klarheit halber nur auf die besondere Struktur der zu Veranschaulichung in den Zeichnungen ausgewählten Ausführungsformen beziehen und nicht den Umfang der Offenbarung definieren oder einschränken. Aus den Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung ist zu verstehen, dass gleiche Bezugszeichen sich auf Komponenten mit gleicher Funktion beziehen.
Die Singularform „ein“, „eine“ und „die/der“ schließen Pluralreferenzen ein, sofern der Kontext nicht eindeutig etwas anderes vorschreibt.
Nummerische Werte in der Beschreibung und den Ansprüchen dieser Anmeldung sind so zu verstehen, dass sie nummerische Werte einschließen, die gleich sind, wenn sie auf die gleiche Anzahl signifikanter Zahlen reduziert werden, sowie nummerische Werte, die sich von den angegebenen Wert um weniger als den experimentellen Fehler einer konventionellen Messtechnik der in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen Art zur Bestimmung des Wertes unterscheiden.
Alle hierin offenbarten Bereich schließen den angegebenen Endpunkt ein und sind unabhängig voneinander kombinierbar (z. B. schließt der Bereich „von 2 Gramm zu 10 Gramm“ die Endpunkte 2 Gramm und 10 Gramm sowie alle Zwischenwerte ein).
Die Begriffe „etwa“ und „ungefähr“ können verwendet werden um jeden nummerischen Wert einzuschließen, der variieren kann, ohne die Grundfunktion dieses Wertes zu verändern. Bei Verwendung mit einem Bereich geben „etwa“ und „ungefähr“ auch den Bereich an, der durch die absoluten Werte der beiden Endpunkte definiert ist, so gibt z. B. „etwa 2 bis etwa 4“ auch den Bereich „von 2 bis 4“ an. Im Allgemeinen können sich die Begriffe „etwa“ und „ungefähr“ auf plus oder minus 10% der angegebenen Zahl beziehen.
Wie in der Beschreibung und in den Ansprüchen verwendet, kann der Begriff „aufweisen“ die Ausführungsformen „bestehend aus“ und „im Wesentlichen bestehend aus“ umfassen. Die Begriffe „aufweist/aufweisen“, „umfasst/umfassen“, „mit“, „hat/haben“, „kann“, „enthält/enthalten“ und Varianten davon, wie sie hier verwendet werden, sind als offene Übergangsphrasen, -begriffe oder -wörter zu verstehen, die das Vorhandensein der genannten Bestandteile, Komponenten, Schritte erfordern und das Vorhandensein anderer Bestandteile, Komponenten, Schritte zulassen. Eine solche Beschreibung sollte jedoch so ausgelegt werden, dass sie auch Zusammensetzungen, Gegenstände oder Verfahren als „bestehend aus“ und „im Wesentlichen bestehend aus“ der aufgezählten Zusammensetzungen, Komponenten, Schritte beschreibt, was nur das Vorhandensein der genannten Zusammensetzungen, Komponenten, Schritte zusammen mit etwaigen daraus resultierenden Verunreinigungen erlaubt und andere Zusammensetzungen, Komponenten, Schritte ausschließt.
Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „im Allgemeinen“ und „im Wesentlichen“ strukturell oder numerische Modifikationen umfassen, die den Zweck des durch diesen Begriff modifizierten Elements oder der Zahl nicht wesentlich beeinträchtigen.
Die beispielhaften Ausführungsformen sind unter Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden. Offensichtlich werden Modifikationen und Veränderungen für andere nach dem Lesen und Verstehen der vorangehenden detaillierten Beschreibung auftreten. Es ist beabsichtigt, dass die beispielhafte Ausführungsform so ausgelegt wird, dass sie alle derartigen Modifikationen und Veränderungen umfasst, soweit sie in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche oder deren Äquivalente fallen.
Um dem Patentamt und den Lesern dieser Anmeldung und eines daraus resultierenden Patents die Auslegung der beigefügten Ansprüche zu erleichtern, beabsichtigen die Anmelder nicht, dass einer der beigefügten Ansprüche oder Anspruchselemente §35 U.S.C. 112(f) in Anspruch nimmt, es sei denn, die Worte „Mittel für“ oder „Schritt für“ werden in dem jeweiligen Anspruch ausdrücklich verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 67978041 [0001]
US 8845234 [0008, 0015]

Claims

Eine Mikrowellen-Applikatorzelle zum Bereitstellen von Mikrowellenenergie für eine zu behandelnde Oberfläche, aufweisend: einen Applikatorkörper mit einer äußeren Seitenwand und einer oberen Wand; mindestens zwei Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaaren; wobei jeder Wellenleiter des Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaares ein erstes Ende, das funktionsfähig mit einem zugehörigen Mikrowellengenerator verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das an der oberen Wand montiert und so angeordnet ist, um Mikrowellen von dem Mikrowellengenerator auf die zu behandelnde Oberfläche zu richten, die durch den Applikatorkörper begrenzt ist.
Die Mikrowellen-Applikatorzelle gemäß Anspruch 1, wobei die generierten Mikrowellen eine Frequenz von 2,45 GHz haben.
Die Mikrowellen-Applikatorzelle gemäß Anspruch 1, wobei die äußere Seitenwand eine Vielzahl von benachbarten, polygonalen Umfangsabschnitten umfasst, die miteinander verbunden sind, um eine regelmäßige Polygonform zu erzeugen.
Mikrowellen-Applikatorzelle nach Anspruch 1, wobei der Applikatorkörper, von oben gesehen, die Form eines regelmäßigen Polygons hat.
Die Mikrowellen-Applikatorzelle nach Anspruch 1, wobei ein Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar ein zentrales Mikrowellengenerator- und zentrales Wellenleiterpaar ist, wobei der zentrale Wellenleiter an einem Mittelpunkt der oberen Wand montiert ist.
Die Mikrowellen-Applikatorzelle nach Anspruch 5, ferner aufweisend mindestens drei voneinander beabstandete radiale Mikrowellengenerator- und radiale Wellenleiterpaare, die jeweils an der oberen Wand befestigt und durch einen Radius von dem zentralen Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar beabstandet sind.
Die Mikrowellen-Applikatorzelle nach Anspruch 6, wobei der Radius im Bereich von etwa 10,16 cm (4 Zoll) bis etwa 20,32 cm (8 Zoll) liegt.
Die Mikrowellen-Applikatorzelle nach Anspruch 1, wobei der Applikatorkörper eine Breite von etwa 45,72 cm (18 Zoll) bis etwa 66,04 cm (26 Zoll) hat.
Die Mikrowellen-Applikatorzelle nach Anspruch 1, wobei der Applikatorkörper eine Höhe von etwa 2,54 cm (1 Zoll) bis etwa 30,48 cm (12 Zoll) hat.
Die Mikrowellen-Applikatorzelle nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine innere Seitenwand, die von der äußeren Seitenwand beabstandet und im Wesentlichen konzentrisch zu dieser angeordnet ist, wobei die innere Seitenwand eine zentrale Kammer definiert, wobei mindestens ein Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar dazu eingerichtet ist, um Mikrowellenenergie in die zentrale Kammer in Richtung der zu behandelnden Oberfläche zu richten.
Die Mikrowellen-Applikatorzelle nach Anspruch 10, wobei zumindest ein Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar so montiert ist, dass der Wellenleiter die Mikrowellenenergie auf die zu behandelnde Oberfläche zwischen der inneren Seitenwand und der äußeren Seitenwand richtet.
Die Mikrowellen-Applikatorzelle nach Anspruch 10, ferner aufweisend eine Vielzahl von zueinander beabstandeten Trenn-Seitenwänden, die sich jeweils senkrecht von der inneren Seitenwand zu der äußeren Seitenwand erstrecken und zumindest zwei gleichgroße periphere Kammern definieren, wobei mindestens ein Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar dazu konfiguriert ist, um Mikrowellenenergie in die zugehörige periphere Kammer und in Richtung der zu behandelnden Oberfläche zu richten.
Die Mikrowellen-Applikatorzelle gemäß Anspruch 10, wobei die innere Seitenwand geometrisch ähnlich wie die äußere Seitenwand geformt ist.
Ein Mikrowellen-Anwendungssystem zur kontinuierlichen Behandlung einer zu behandelnden Oberfläche, aufweisend: eine Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen zum Bereitstellen von Mikrowellenenergie für eine zu behandelnde Oberfläche, aufweisend einen Applikatorkörper mit einer äußeren Seitenwand, eine obere Wand, und mindestens einen Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar, wobei der Wellenleiter des Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaares ein erstes Ende, das funktionsfähig mit einem zugehörigen Mikrowellengenerator verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das an der oberen Wand montiert und so angeordnet ist, um Mikrowellen von dem Mikrowellengenerator auf die zu behandelnde Oberfläche zu richten, die durch den Applikatorkörper begrenzt ist; eine Energiequelle, die konfiguriert ist, den mindestens einen Mikrowellengenerator mit Energie zu versorgen.
Das Mikrowellen-Anwendungssystem nach Anspruch 14, wobei die Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen in einer Tesselation angeordnet sind, wobei die Tesselation eine Breite und eine Länge aufweist.
Das Mikrowellen-Anwendungssystem nach Anspruch 15, wobei die Breite der Tesselation der Mikrowellen-Applikatorzelle etwa so breit wie eine einspurige Straße ist.
Das Mikrowellen-Anwendungssystem gemäß Anspruch 14, ferner aufweisend ein zentrales Computersystem, das mit der Energiequelle und jeder Mikrowellen-Applikatorzelle der Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen in Verbindung steht und konfiguriert ist, um das Erzeugen von Mikrowellen durch zumindest einen Mikrowellengenerator zu steuern.
Das Mikrowellen-Anwendungssystem gemäß Anspruch 14, ferner aufweisend mindestens einen Sensor, der dazu eingerichtet ist, dass er den Zustand einer Straßenoberfläche erfasst.
Das Mikrowellen-Anwendungssystem nach Anspruch 18, wobei der mindestens eine Sensor in Verbindung mit dem zentralen Computersystem steht, wobei das zentrale Computersystem Standortdaten auf Grundlage von Sensordaten eines aktuellen Straßenzustandes erzeugt und selektiv eine entsprechende Mikrowellen-Applikatorzelle, basierend auf den Standortdaten, betreibt.
Das Mikrowellen-Anwendungssystem nach Anspruch 14, ferner aufweisend ein Bewässerungs-Subsystem, das eine Flüssigkeitsquelle und mindestens eine Sprühdüse umfasst, die dazu eingerichtet ist, ein Fluid auf die zu behandele Oberfläche vor dem Aufbringen von Mikrowellen durch die Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen aufzubringen.
Das Mikrowellen-Anwendungssystem nach Anspruch 14, ferner aufweisend mindestens Oberflächen-Behandlungseinrichtung, die konfiguriert ist, um die zu behandelnde Oberfläche vor dem Aufbringen von Mikrowellen durch die Vielzahl von Mikrowellen-Applikator physikalisch zu verändern.
Ein Verfahren zur Mikrowellenbehandlung einer zur behandelnden Oberfläche, das folgendes aufweist: kontinuierliches Vorschieben einer Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzelle, wobei jede Mikrowellen-Applikatorzelle, einen Applikator mit einer Seitenwand, einer oberen Wand und mindestens einem Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaar aufweist, wobei der Mikrowellenleiter des Mikrowellengenerator- und Wellenleiterpaares ein erstes Ende, das funktionsfähig mit einem zugehörigen Mikrowellengenerator verbunden ist, und ein zweites Ende aufweist, das an der oberen Wand montiert und so angeordnet ist, um Mikrowellen von dem Mikrowellengenerator auf die zu behandelnde Oberfläche zu richten, die durch den Applikatorkörper begrenzt ist; Aufbringen von Mikrowellen, auf die zu behandelnde Oberfläche während die Vielzahl von Mikrowellen-Applikatorzellen kontinuierlich vorwärtsbewegt werden.
Das Verfahren zur Mikrowellenbehandlung einer zu behandelnden Oberfläche nach Anspruch 22, ferner aufweisend, Sprühen eines Fluids auf die zu behandelnde Oberfläche vor dem Aufbringen von Mikrowellen.
Das Verfahren zur Mikrowellenbehandlung einer zur behandelnden Oberfläche nach Anspruch 23, ferner aufweisend, Oberflächenmodifikation der zu behandelnden Oberfläche mit einer Oberflächen-Behandlungseinrichtung vor dem Aufsprühen eines Fluids auf die zu behandelnde Oberfläche, wobei die Oberflächenmodifikationen das Aufnehmen der Flüssigkeit vor dem Aufbringen der Mikrowellen umfasst.