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Dokumentenidentifikation DE10333791A1 04.03.2004
Titel Verfahren und Vorrichtung zum Erwärmen einer Oberfläche
Anmelder McDonald, Corey E., Olathe, Kan., US
Erfinder McDonald, Corey E., Olathe, Kan., US
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 24.07.2003
DE-Aktenzeichen 10333791
Offenlegungstag 04.03.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.03.2004
IPC-Hauptklasse E01H 5/10
Zusammenfassung Es wird eine Vorrichtung zum Schmelzen von Schnee und/oder Eis auf einer Oberfläche bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Heizwicklung, die ausgebildet ist, um das Durchströmen eines Fluids zu ermöglichen, eine Pumpe und eine Solarenergiequelle. Die Heizwicklung weist einen oberen Bereich auf, der mit einem ersten Abstand von der Oberfläche angeordnet ist, und einen unteren Bereich, der mit einem zweiten Abstand von der Oberfläche und im Boden angeordnet ist. Eine Pumpe ist mit der Solarenergiequelle verbunden und an die Heizwicklung gekoppelt. Die Solarenergiequelle liefert Energie an die Pumpe, um das Fluid zwischen dem oberen und dem unteren Bereich der Heizwicklung zu bewegen. Das Fluid nimmt Wärme aus dem Boden auf, wenn es sich durch den unteren Bereich der Heizwicklung bewegt und verwendet diese Wärme, um die Temperatur der Oberfläche zu erhöhen, um damit Schnee und/oder Eis zu schmelzen, das in Kontakt mit der Oberfläche ist.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erwärmen einer Oberfläche. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Schmelzen von Eis und/oder Schnee, das bzw. der sich auf einer Oberfläche befindet.

Während der Wintermonate sammelt sich typischerweise Eis und Schnee auf Straßen, Autobahnen, Parkplätzen, Gehwegen und anderen Arten von Oberflächen an. Um eine sichere Umgebung für das Fahren und Gehen aufrecht zu erhalten, ist es notwendig, Eis und angehäuften Schnee von derartigen Oberflächen zu entfernen. Das Entfernen von Schnee und Eis von diesen Oberflächen wurde traditioneller Weise dadurch bewerkstelligt, dass geräumt oder geschaufelt wurde, was üblicherweise einen bedeutenden Aufwand hinsichtlich Zeit, Arbeitskraft und Arbeitsausstattung erfordert. Die Kosten zur Bereitstellung derartiger Ressourcen sind relativ hoch, insbesondere wenn viel Schnee zu entfernen ist. Ferner bewirkt ein wiederholtes Räumen, das sich der Straßenzustand schnell verschlechtert, wodurch die Kosten der Straßeninstandhaltung ansteigen. Angesichts der relativ hohen Kosten für diese traditionellen Verfahren zur Eis- und Schneeentfernung wurden andere Alternativen entwickelt.

Zum Beispiel werden gewisse Chemikalien, etwa Magnesiumchlorid (MgCl2), Natriumchlorid (NaCl), Kalziumchlorid (CaCl2) und andere Enteisungsmittel verwendet, um die Anhäufung von Schnee und Eis auf diesen Oberflächen zu reduzieren. Die Chemikalien werden auf die Oberfläche aufgetragen und gehen in Lösung, wenn sie den Schnee und das Eis auf der Oberfläche schmelzen. Die Verwendung chemischer Enteiser birgt jedoch auch eine Reihe von Nachteilen. Insbesondere die aufgelösten Chemikalien, die durch den geschmolzenen Schnee und das Eis abtransportiert werden, gelangen schließlich zur Bodenoberfläche oder sickern in den Grund, wodurch die Wasserqualität des Oberflächenwassers und des Grundwassers beeinflusst wird. Ferner setzen sich die Enteisungschemikalien ab und beeinträchtigen die Oberflächen, wodurch die Lebensdauer der Oberfläche reduziert wird.

In dem Bemühen die negativen Einflüsse auf die Umgebung zu verringern und den Aufwand an Zeit und Arbeitsleistung, die in traditionellen Verfahren zum Entfernen von Schnee und Eis verwendet werden, zu verringern, wurde eine weitere Art eines Systems zum Abtragen entwickelt. Dieses spezielle Abtragssystem umfasst ein Gitter, das unterhalb der Oberfläche positioniert ist, eine Leitung, die unterhalb des Gitters angeordnet ist, die mit Wasser gefüllt ist, und eine Heizung, um das Wasser in der Leitung aufzuheizen. Die Wärme des Wassers in der Leitung wird dann an das Gitter übertragen. Die Wärme in dem Gitter wird auf die Oberfläche übertragen, die wiederum Schnee und Eis schmilzt, die sich auf der Oberfläche angesammelt haben. Diese Anlage weist wiederum diverse Nachteile auf, da sie relativ teuer beim Betrieb ist auf Grund der großen Energiemengen, die für die Verwendung des Heizers zur Erwärmung des Wassers in der Leitung erforderlich ist.

Es besteht daher ein Bedarf für ein Verfahren und eine Vorrichtung, die in effizienter Weise den Aufwand an Zeit, Kosten und Arbeitsleistung verringern, die zum Entfernen von Eis und Schnee von einer Oberfläche erforderlich sind, ohne wesentlich die Umgebung zu beeinflussen. Die vorliegende Erfindung löst dieses sowie diverse andere Probleme.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Um die zuvor genannten Probleme und Einschränkungen zu überwinden und um die aufgeführten Aufgaben zu lösen, wird eine Heizeinrichtung bereitgestellt, die in kostengünstiger Weise verwendbar ist, um Schnee und/oder Eisansammlungen auf einer Oberfläche zu schmelzen.

Im Wesentlichen wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die eine Heizwicklung, die ausgebildet ist, um einen Fluidstrom durch sie hindurch zu ermöglichen, eine Pumpe und eine Solarenergiequelle umfasst. Die Heizwicklung weist einen oberen Bereich auf, der mit einem ersten Abstand unterhalb der Oberfläche angeordnet ist, und weist einen unteren Bereich auf, der mit einem zweiten Abstand unterhalb der Oberfläche und unterhalb des Bodens angeordnet ist. Der zweite Abstand ist größer als der erste Abstand. Die Pumpe ist zwischen der Solarenergiequelle und der Heizwicklung angeordnet. Die Solarenergiequelle liefert Energie für die Pumpe, um das Fluid zwischen dem unteren und dem oberen Bereich der Heizwicklung in Bewegung zu versetzen. Das Fluid nimmt Wärme von dem Boden auf, wenn es sich durch den unteren Bereich der Heizwicklung bewegt und verwendet diese Wärme, um die Temperatur der Oberfläche zu erhöhen, wenn sich das Fluid durch den oberen Bereich der Heizwicklung bewegt. Somit wird durch den Temperaturanstieg Schnee und/oder Eis geschmolzen, das in Kontakt mit der erwärmten Oberfläche gerät.

Ferner kann die Vorrichtung eine Steuertafel und eine Energiespeichereinheit aufweisen. Die Steuertafel ist zwischen der Pumpe und der Solarenergiequelle steuerungstechnisch angeordnet und funktioniert so, um die Energiemenge, die der Pumpe zugeführt wird, zu steuern. Die Energiespeichereinheit ist mit der Steuertafel gekoppelt und wird verwendet, die von der Solarenergiequelle gesammelte Energie zu speichern. Das Fluid in der Vorrichtung kann mit einem Frostschutzmittel gemischt sein, um ein Einfrieren des Fluids in der Heizwicklung zu vermeiden. Des weiteren kann der untere Bereich der Heizwicklung 3 bis 6 Fuß im Boden eingegraben sein.

Ein Verfahren zur Erwärmung der Oberfläche umfasst das Bereitstellen einer Heizwicklung, die das Durchleiten eines Fluids ermöglicht, einer Pumpe und einer Solarenergiequelle. Die Heizwicklung umfasst einen oberen Bereich, der mit einem ersten Abstand unterhalb der Oberfläche angeordnet ist, und einen unteren Bereich, der mit einem zweiten Abstand unterhalb der Oberfläche und im Boden angeordnet ist. Der zweite Abstand ist größer als der erste Abstand. Das Verfahren umfasst das Aufheizen des Fluids in dem unteren Bereich der Heizwicklung, das Versorgen der Pumpe mit der Solarenergiequelle und das Bewegen des Fluids von dem unteren Bereich zu dem oberen Bereich unter Verwendung der Pumpe. Die Wärme in dem Fluid wird dann an die Oberfläche transpotiert, um den Schnee und/oder das Eis darauf zu schmelzen. Das Verfahren umfasst ferner das Bereitstellen einer Energiespeichereinheit und das Speichern der Energie, die von der Solarenergiequelle gesammelt wird, in der Energiespeichereinheit. Das Verfahren ermöglicht ferner das Steuern der Bewegung des Fluids zwischen dem unteren und dem oberen Bereich der Heizwicklung. Zudem kann der untere Bereich der Heizwicklung ungefähr 3 bis 6 Fuß im Boden angeordnet sein.

Eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung bereit, die ein Heizelement und eine Solarenergiequelle beinhaltet. Das Heizelement ist unter der Oberfläche angeordnet und die Solarenergiequelle ist mit dem Heizelement gekoppelt. Die Solarenergiequelle liefert Energie zu dem Heizelement, um die Temperatur des Heizelements zu erhöhen, und die Wärme aus dem Heizelement wird verwendet, um den Schnee und/oder das Eis auf der Oberfläche zu schmelzen. Die Vorrichtung kann ferner eine Energiespeichereinheit und eine Steuertafel aufweisen. Die Energiespeichereinheit ist mit der Steuertafel gekoppelt, um die von der Solarenergiequelle gesammelte Energie zu speichern. Die Steuertafel ist zwischen der Solarenergiequelle und dem Heizelement angeschlossen.

Ein alternatives Verfahren zum Heizen einer Oberfläche umfasst das Bereitstellen einer Solarenergiequelle und eines Heizelements, das mit Abstand unter der Oberfläche angeordnet ist, und das Übertragen von Energie von der Solarenergiequelle zu dem Heizelement. Die Wärme von dem Heizelement wird verwendet, um den Schnee und/oder das Eis auf der Oberfläche zu schmelzen. Das Verfahren umfasst ferner das Bereitstellen einer Energiespeichereinheit, die die von der Solarenergiequelle gesammelte Energie speichert. Zudem kann das Verfahren das Steuern der an das Heizelement übertragenen Energiemenge umfassen.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gegenüber dem Stand der Technik gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen hervor, wenn diese mit Bezug zu den begleitenden Figuren studiert wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER DIVERSEN ANSICHTEN DER ZEICHNUNGEN

In den begleitenden Zeichnungen, die einen Teil der Beschreibung bilden und im Zusammenhang damit zu studieren sind, und in denen gleiche Bezugszeichen verwendet sind, um ähnliche Teile in diversen Ansichten zu benennen, zeigen:

1 eine schematische Draufsicht mit einem Teil einer Oberfläche, die aufgebrochen ist, um eine Heizvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung darzustellen, wobei ein Teil der Heizvorrichtung gestrichelt gezeigt ist;

2 eine perspektivische Ansicht, wobei ein Teil der Oberfläche und des Bodens nicht dargestellt ist, um eine Heizwicklung und eine Pumpe der Heizvorrichtung darzustellen;

3 eine schematische Draufsicht, wobei ein Teil der Oberfläche nicht dargestellt ist, um eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zu zeigen; und

4 eine perspektivische Ansicht der alternativen Ausführungsform aus 3, wobei ein Teil der Oberfläche und des Bodens nicht gezeigt ist, um ein Heizelement der alternativen Heizvorrichtung sichtbar zu machen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es sei nun detailliert auf die Zeichnungen und zunächst auf 1 verwiesen; Bezugszeichen 10 kennzeichnet im Wesentlichen eine Heizvorrichtung, die gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebaut ist. Die Heizvorrichtung 10 wird verwendet, um Schnee und/oder Eis zu schmelzen, das in Kontakt ist mit oder sich auf einer Oberfläche 12 ansammelt. In der grundlegenden Anordnung umfasst die Heizvorrichtung 10 eine Heizwicklung 14, die den Durchgang eines Fluids ermöglicht, eine Pumpe 16 und eine Solarenergiequelle 18. Diese Solarenergiequelle 18 liefert Energie für die Pumpe 16, um das Fluid durch die Heizwicklung 14 zu treiben. Es sei nun zusätzlich auf 2 verwiesen; wenn das Fluid durch die Heizwicklung 14 strömt, nimmt es die Umgebungswärme auf, die im Boden 20 enthalten ist und transportiert diese zu der Oberfläche 12, um das Eis und/oder den Schnee darauf zu schmelzen. Obwohl die begleitenden Zeichnungen die Heizvorrichtung 10 im Zusammenhang mit der Verwendung mit einer Straßenoberfläche 12 zeigen, ist es selbstverständlich, dass die Oberfläche 12 eine Autobahn, ein Gehweg, ein Parkplatz oder eine andere Oberfläche sein kann, auf der Schnee und/oder Eis in Kontakt mit der Oberfläche kommen kann oder sich auf der Oberfläche ansammeln kann, ohne dass dies vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abweichen würde.

Wie man am Besten in den 1 und 2 erkennen kann, ist die Heizwicklung 14 eine Röhre oder eine Leitung, die im Wesentlichen unterhalb der Oberfläche 12 angeordnet ist und so ausgebildet ist, um den Durchgang eines Fluids zu ermöglichen. Das in der Heizwicklung 14 enthaltene Fluid ist vorzugsweise Glykol, wobei selbstverständlich andere Arten an Fluiden, etwa Wasser, ebenso verwendbar sind, ohne vom Schutzbereich dieser Erfindung abzuweichen. Ein Frostschutzmittel kann mit dem Fluid gemischt werden, um ein Einfrieren des Fluids zu verhindern und um eine Einschränkung der Fluidströmung innerhalb der Heizwicklung 14 zu vermeiden.

Die Heizwicklung 14 umfasst einen oberen Bereich 22, einen unteren Bereich 24 und einen mittleren Bereich 26, der den oberen und unteren Bereich 22, 24 miteinander verbindet. Insbesondere kann der obere Bereich 22 nahe an der Oberfläche 12 positioniert sein, so dass der Wärmetransfer zwischen dem in dem oberen Bereich 23 enthaltenen Fluid und der Oberfläche 12 stattfinden kann. In einigen Fällen kann der obere Bereich 22 in Kontakt sein mit oder eingebettet sein in der Oberfläche 12. Es sei nun insbesondere auf 1 verwiesen; der obere Bereich 22 folgt einem S-förmigen Muster, um einen geeigneten Bedeckungsgrad zu erhalten, um Eis/Schnee an der Oberfläche 12 zu schmelzen. Wie in 1 gut zu erkennen ist, erstreckt sich insbesondere der obere Bereich 22 in Richtung des Randes 30 in einer Richtung senkrecht zur Längsachse der Oberfläche 12, um einen linearen Bereich 28 zu bilden. An diesem Punkt macht der obere Bereich 22 eine Schleife um ungefähr 180 Grad, wenn dieser sich am Rand 30 der Oberfläche 12 annähert, um eine Biegung 32 zu bilden. Der obere Bereich 22 verläuft so weiter, um sich in Richtung senkrecht zur Längsachse der Oberfläche 12 in Richtung eines entgegengesetzten Randes 34 der Oberfläche 12 zu erstrecken, um einen weiteren linearen Bereich 36 zu bilden. In der Nähe des Randes 30 macht der lineare Bereich 36 dann eine 180 Grad Kehre, um eine weitere Biegung 38 zu bilden. Die linearen bzw. geraden Bereiche 28, 36 der Heizwicklung 14 können unter diversen Abständen voneinander angeordnet sein, sind aber vorzugsweise ungefähr 5 bis 6 Fuß voneinander beabstandet. Es sollte betont werden, dass das Muster, mit welchem der obere Bereich 22 unterhalb der Oberfläche 12 angeordnet ist, diagonal, spiralförmig, gittermäßig oder in einer anderen beliebigen Art eines Musters angeordnet sein kann, das geeignet ist, um Wärme zwischen dem oberen Bereich 22 und der Oberfläche 12 zu transferieren, um damit Schnee und/oder Eis an der Oberfläche 12 zu schmelzen.

Wie man am Besten in 2 erkennen kann, koppelt der mittlere Bereich 26 den oberen Bereich 22 an den unteren Bereich 24. Insbesondere kann sich der mittlere Bereich 26 nach unten in den Boden, von dem oberen Bereich 22 kommend, zu dem unteren Bereich 24 in einem S-förmigen Muster erstrecken, ähnlich zu der Anordnung des oberen Bereichs 22, die zuvor erläutert ist. Alternativ kann der mittlere Bereich 26 auch vertikal nach unten gerichtet sein, oder unter einem oder mehreren Winkeln nach unten in Richtung des unteren Bereichs 24 angeordnet sein. Der mittlere Bereich 26 kann sich in den Boden bis zu einer Tiefe erstrecken, an der das in dem unteren Bereich 24 enthaltene Fluid die Wärmemenge aufnimmt, die notwendig ist, um Schnee und/oder Eis an der Oberfläche 12 zu schmelzen. Der mittlere Bereich 26 kann ferner verwendet werden, um den oberen und den unteren Bereich 22, 24 an dem gegenüberliegenden Ende des Heizsystems 10, das ein Stück weiter die Straße hinunter angeordnet ist, zu koppeln, was in den Zeichnungen jedoch nicht gezeigt ist.

Der untere Bereich 24 ist mit dem mittleren Bereich 26 gekoppelt und erstreckt sich im Wesentlichen linear im Boden 20. Insbesondere ist der untere Bereich 24 in dem Boden 20 bei einer Tiefe angeordnet, die es den in dem unteren Bereich 20 enthaltenen Fluid ermöglicht, Umgebungswärme aus dem Boden 20 aufzunehmen, die erforderlich ist, um Schnee und/oder Eis an der Oberfläche 12 zu schmelzen, wenn es schließlich in den oberen Bereich 22 transportiert wird. Der untere Bereich 24 kann ungefähr 3 Fuß unterhalb der oberen Oberfläche 12, oder bei Tiefen im Bereich von 1 bis 4 Fuß unterhalb der Bodenoberfläche vergraben sein. Der untere Bereich 24 ist jedoch vorzugsweise ungefähr 3 bis 6 unterhalb der Bodenoberfläche angeordnet. Obwohl der untere Bereich 24 in 2 so dargestellt ist, dass dieser sich geradlinig im Boden 20 ausbreitet, liegt es auch im Bereich der Erfindung, den unteren Bereich 24 in einer spiralförmigen, diagonalen, S-förmigen Konfiguration oder einem anderen Muster anzuordnen, das geeignet ist, eine adäquate Wärmemenge zwischen dem Fluid in dem unteren Bereich 24 und dem Boden 20 auszutauschen. Des weiteren muss die Tiefe des unteren Bereichs 24 nicht konstant sein, sondern dieser könnte an diversen Tiefen innerhalb des Bodens 20 angeordnet sein. Ferner liegt es im Bereich der Erfindung, dass der mittlere Bereich 26 nicht vorgesehen ist und das der obere und der untere Bereich 22, 24 direkt miteinander verbunden sind.

Wie in den 1 und 2 zu erkennen ist, ist die Pumpe 16 mit der Heizwicklung 17 gekoppelt und wird verwendet, um das Fluid durch den oberen, den unteren und den mittleren Bereich 22, 24, 26 der Heizwicklung zu treiben. Es kann eine beliebige Pumpenart verwendet werden, etwa, ohne einschränkend zu sein, eine hydraulische oder eine pneumatische Pumpe, um das Fluid innerhalb der Heizwicklung 14 in Bewegung zu versetzen. Wie in 1 gezeigt ist, ist die Pumpe 16 ferner mit einer Steuertafel 40 verbunden. Die Steuertafel 40 ermöglicht das Ein- und Ausschalten der Pumpe 16 und kann die Energiemenge variieren, die an die Pumpe 16 übertragen wird. Die Energiemenge, die zu der Pumpe 16 übertragen wird, steht im Wesentlichen mit der Rate in Beziehung, mit der die Pumpe 16 das Fluid durch den oberen, unteren und den mittleren Bereich 22, 24, 26 der Heizwicklung 14 transportiert.

Wie man in 1 am besten erkennen kann, ist die Solarenergiequelle 18 mit der Steuertafel 40 verbunden und liefert die notwendige Energie, um die Pumpe 16 zu betreiben. Die Solarenergiequelle 18 kann eine Reihe photoelektrischer Zellen aufweisen, die verwendet werden, um Solarenergie in elektrischer Energie umzuwandeln. Die photoelektrischen Zellen können so angeordnet sein, dass sie ein Solarpaneel bilden. Des weiteren können ein oder mehrere Solarpaneele auf einem Turm, einem Haus oder einem anderen Gebäude oder Struktur montiert sein, um die photoelektrischen Zellen der Solarenergie auszusetzen.

Eine Energiespeichereinheit 42 ist mit der Steuertafel 40 verbunden und bildet einen Ort, an dem Energie gespeichert werden kann. Insbesondere kann die Energiespeichereinheit 42 verwendet werden, um von der Solarenergiequelle 18 gesammelte überschüssige Energie zu speichern, wenn die Pumpe 16 nicht in Betrieb ist, oder wenn die Solarenergiequelle 18 mehr elektrische Energie erzeugt, als für den Betrieb der Pumpe 16 erforderlich ist. Die Energiespeichereinheit 42 kann ein oder mehrere Arten von Batterien oder andere Arten elektrischer Speichereinrichtungen umfassen. Die in der Energiespeichereinheit 42 gespeicherte Energie kann die einzige Quelle für Energie zum Betreiben der Pumpe 16 sein oder kann in Verbindung mit der Energie, die von der Solarenergiequelle 18 gesammelt wird, verwendet werden, um Energie an die Pumpe 16 zu liefern, um damit das Fluid durch die Heizwicklung 16 zu treiben.

Während der Anwendung werden die Solarpaneele verwendet, um Sonnenenergie zu sammeln. Die Sonnenenergie, die von den photoelektrischen Zellen gesammelt wird, wird in elektrische Energie umgewandelt und zu der Steuertafel 40 übertragen. Wenn die Pumpe 16 an der Steuertafel 40 ausgeschaltet wird, kann die von der Solarenergiequelle 18 übertragene elektrische Energie direkt in die Energiespeichereinheit 42 gelenkt werden. Die von der Solarenergiequelle 18 übertragene elektrische Energie kann verwendet werden, um die Batterien in der Speichereinheit 42 zu laden. Wenn die Pumpe 16 eingeschaltet ist, wird elektrische Energie, die von der Solarenergiequelle 18 und/oder der Energiespeichereinheit 42 geliefert wird, zur Pumpe 16 geführt, um das Fluid durch die Heizwicklung 14 zu treiben. Wenn sich das Fluid durch den unteren Bereich 24 der Heizwicklung 14 bewegt, nimmt das Fluid die in dem Boden 20 enthaltene Umgebungswärme auf, um damit die Temperatur des Fluids anzuheben. Das erwärmte Fluid wird dann durch den mittleren Bereich 26 in den oberen Bereich 22 der Heizwicklung 14 geführt. Wenn sich das Fluid durch den oberen Bereich 22 der Heizwicklung 14 bewegt, wird in dem Fluid enthaltene Wärme an die Oberfläche 12 übertragen und wird verwendet, um die Temperatur der Oberfläche 12 zu erhöhen. Der Anstieg der Oberflächentemperatur führt zum Schmelzen des Schnees und/oder Eis, das sich in Kontakt mit der Oberfläche befindet. Nachdem das Fluid aufgehört hat, sich durch den oberen Bereich 22 zu bewegen, wird es durch den mittleren Bereich an dem gegenüberliegenden Ende der Heizwicklung 14 durchgeführt und in den unteren Bereich 24 zurückgeführt. Dieser Prozess wiederholt sich bis die Pumpe 16 abgeschaltet wird. Als Folge des Wärmetransfers von dem Fluid zur Oberfläche 12 verringert sich die Temperatur des Fluids. Um ein Einfrieren des Fludis und ein Blockieren der Strömung des Fluids durch die Heizwicklung 14 zu vermeiden, kann ein Frostschutzmittel dem Fluid vor, während oder nach dem Betrieb der Heizvorrichtung hinzu gemischt werden.

Wie in 3 gezeigt ist, umfasst die vorliegende Erfindung eine weitere Heizvorrichtung, die im Wesentlichen durch das Bezugszeichen 50 gekennzeichnet ist. In der grundlegenden Konfiguration umfasst die Heizvorrichtung 50 ein Heizelement 52 und eine Solarenergiequelle 54. Es sei zusätzlich auf 4 verwiesen; die von der Solarenergiequelle 54 erzeugte elektrische Energie wird verwendet, um die Temperatur des Heizelements 52 zu erhöhen. Die Wärme des Heizelements 52 wird nun verwendet, um Eis und/oder Schnee auf der Oberfläche 12 zu schmelzen.

Das Heizelemente 52 ist unterhalb der Oberfläche 12 angeordnet und enthält mehrere längliche und transversale Elemente 56, 58 die in einer gitterartigen Konfiguration angeordnet sind. Das Heizelement kann jedoch in anderen Konfigurationen angeordnet sein, etwa, ohne einschränkend zu sein, diagonalförmig, S-förmig oder spiralförmig. Das Heizelement 52 ist aus einem elektrisch leitfähigen Material aufgebaut, dessen Temperatur ansteigt, wenn elektrischer Strom durchgeleitet wird. Obwohl das Heizelement 52 als in die Oberfläche 12 eingebettet gezeigt ist, liegt es auch im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, das Heizelement 52 unterhalb der Oberfläche 12 und im Bodenbereich 20 anzuordnen. Das Heizelement 52 ist vorzugsweise ungefähr 3 inch unterhalb der Oberseite der Oberfläche 12 angeordnet.

Das Heizelement 52 ist ferner mit einer Steuertafel 60 gekoppelt. Die Steuertafel 60, die in der Heizvorrichtung 50 verwendet ist, ist mit dem Heizelement 52 gekoppelt, ohne dass es mit einer Pumpe verbunden ist, wie dies in der Heizvorrichtung 10 gezeigt und beschrieben ist. Ansonsten ist die Steuertafel 60 im Wesentlichen ähnlich zu der Steuertafel 40, die zuvor beschrieben ist, daher wird eine weitergehende Beschreibung weggelassen. Die Steuertafel 60 ist ferner mit einer Energiespeichereinheit 62 und einer Solarenergiequelle 54 verbunden. Wiederum sind die Energiespeichereinheit 62 und die Solarenergiequelle 54 ähnlich zu den Komponenten, die in der Heizvorrichtung 10 verwendet sind, und daher wird eine weitere detaillierte Beschreibung weggelassen.

Während der Verwendung wird, wie in der vorhergehenden Ausführungsform, Solarenergie von den photoelektrischen Zellen gesammelt und in elektrische Energie umgewandelt. Die elektrische Energie wird dann an die Steuertafel 60 übertragen. Wenn das Heizelement 52 ausgeschaltet ist auf der Steuertafel 60, kann die von der Solarenergiequelle 54 übertragene elektrische Energie verwendet werden, um eine oder mehrere Batterien in der Energiespeichereinheit 62 zu laden. Wenn das Heizelement 52 eingeschaltet ist, wird elektrische Energie von der Solarenergiequelle 54 und/oder der Energiespeichereinheit 62 geliefert und dem Heizelement 52 zugeführt. Die elektrische Energie läuft durch das Heizelement 52 und dessen Widerstand bewirkt, dass die Temperatur ansteigt. Die von dem Heizelement 52 erzeugte Wärme wird verwendet, um die Temperatur der Oberfläche 12 zu erhöhen. Der Anstieg der Oberflächentemperatur bewirkt ein Schmelzen des Schnees und/oder des Eis, das sich auf der Oberfläche 12 befindet. Dieser Prozess geht weiter, bis das Heizelement 52 ausgeschaltet wird und die Temperatur des Heizelements abnimmt.

Es ist daher offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung so gestaltet ist, um die Nachteile und Beeinträchtigungen des Standes der Technik zu umgehen. Die Erfindung stellt eine Heizvorrichtung bereit, die Solarenergie verwendet, um Schnee und/oder Eis zu schmelzen, der bzw. das sich auf einer Oberfläche befindet. Die vorliegende Erfindung stellt ferner eine Heizvorrichtung bereit, die die natürliche Bodenwärme nutzt, um Schnee und/oder Eis auf einer Oberfläche zu schmelzen. Die vorliegende Erfindung ist zeit- und kosteneffizient, erfordert weniger Arbeitskraft und Ausstattung und beeinflusst nicht wesentlich die Umgebung im Vergleich zu konventionellen Verfahren zum Schnee- und Eisentfernen.

Obwohl spezielle Ausführungsformen der Erfindung gezeigt sind, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist, da der Fachmann angesichts dieser Beschreibung diverse Modifizierungen durchführen kann. Vernünftige Variationen liegen innerhalb des Bereichs der vorhergehenden Offenbarung der Erfindung, ohne vom Grundgedanken der Erfindung abzuweichen.


Anspruch[de]
  1. Vorrichtung zum Verringern der Menge von Eis und/oder Schneeansammlungen auf einer Oberfläche, wobei die Vorrichtung umfasst:

    eine Heizwicklung mit einem oberen Bereich und einem unteren Bereich, wobei der obere Bereich mit einem ersten Abstand unterhalb der Oberfläche angeordnet ist, und wobei der untere Bereich mit einem zweiten Abstand unterhalb der Oberfläche und im Boden angeordnet ist, wobei der zweite Abstand größer als der erste Abstand ist, und wobei die Heizwicklung den Durchfluss eines Fluids ermöglicht;

    eine Pumpe, die mit der Heizwicklung gekoppelt ist; und

    eine Solarenergiequelle, die mit der Pumpe gekoppelt ist, wobei die Solarenergiequelle Energie an die Pumpe liefert, um das Fluid zwischen dem unteren und dem oberen Bereich der Heizwicklung zu bewegen, wobei das Fluid Wärme von dem Boden bei der Bewegung durch den unteren Bereich der Heizwicklung aufnimmt und diese Wärme nutzt, um die Temperatur der Oberfläche zu erhöhen, wenn sich das Fluid durch den oberen Bereich der Heizwicklung bewegt, wodurch der Schnee und/oder das Eis auf der Oberfläche geschmolzen werden.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Steuertafel, die mit der Pumpe gekoppelt ist, umfasst.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, die ferner eine Energiespeichereinheit, die mit der Steuertafel gekoppelt ist, umfasst, um von der Solarenergiequelle gesammelte Energie zu speichern.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Energiespeichereinheit mindestens eine Batterie umfasst.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Fluid eine Frostschutzmittel enthält.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Heizwicklung aus Polyvinylchlorid gebildet ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der untere Bereich ungefähr 1 bis 4 Fuß im Boden angeordnet ist.
  8. Verfahren zum Reduzieren einer Schnee- und/oder Eisansammlung auf einer Oberfläche, wobei das Verfahren umfasst:

    Bereitstellen einer Heizwicklung mit einem oberen und einem unteren Bereich, wobei der obere Bereich mit einem ersten Abstand unterhalb der Oberfläche angeordnet ist, wobei der untere Bereich mit einem zweiten Abstand unterhalb der Oberfläche und im Bodenbereich angeordnet ist, wobei der zweite Abstand größer als der erste Abstand ist, und wobei die Heizwicklung den Durchfluss eines Fluids ermöglicht;

    Bereitstellen einer Pumpe zum Bewegen des Fluids zwischen dem oberen und dem unteren Bereich;

    Bereitstellen einer Solarenergiequelle;

    Erwärmen des Fluids in dem unteren Bereich;

    Betreiben der Pumpe mit der Solarenergiequelle; und

    Bewegen des Fluids von dem unteren Bereich zu dem oberen Bereich unter Verwendung der Pumpe, wobei Wärme in dem Fluid an die Oberfläche übertragen wird, um Schnee und/oder Eis darauf zu schmelzen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner umfasst:

    Bereitstellen einer Energiespeichereinheit; und

    Speichern der von der Solarenergiequelle gesammelten Energie in der Energiespeichereinheit.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, das ferner Steuern der Bewegung des Fluids zwischen dem unteren und dem oberen Bereich der Heizwicklung umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der untere Bereich der Heizwicklung ungefähr 1 bis 4 Fuß im Boden angeordnet ist.
  12. Vorrichtung zum Reduzieren der Menge angesammelten Eises und/oder Schnee auf einer Oberfläche, wobei die Vorrichtung umfasst:

    eine Einrichtung zum Sammeln von Solarenergie; und

    eine Einrichtung zum Übertragen von Wärme von dem Bodenbereich zu der Oberfläche des Bodens unter Verwendung der Solarenergie, wobei die Wärme verwendet wird, um Schnee und/oder Eis, das sich auf der Oberfläche befindet, zu schmelzen.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, die ferner eine Einrichtung zum Speichern der Solarenergie umfasst.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 12, die ferner eine Einrichtung zum Steuern der Menge der Wärme, die von dem Boden an die Oberfläche übertragen wird, umfasst.
  15. Vorrichtung zum Reduzieren der Menge angesammelten Eises und/oder Schnees auf einer Oberfläche, wobei die Vorrichtung umfasst:

    ein Heizelement, das unterhalb der Oberfläche angeordnet ist; und

    eine Solarenergiequelle, die mit dem Heizelement gekoppelt ist, wobei die Solarenergiequelle Leistung an das Heizelement liefert, um die Temperatur des Heizelements zu erhöhen, und wobei Wärme von dem Heizelement an die Oberfläche übertragen wird, um den Schnee und/oder das Eis auf der Oberfläche zu schmelzen.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Heizelement ungefähr 3 inch unterhalb der Oberfläche angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei das Heizelement ein Gitter ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 15, die ferner eine Steuertafel umfasst, die zwischen der Solarenergiequelle und dem Heizelement angeschlossen ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, die ferner eine Energiespeichereinheit umfasst, die mit der Steuertafel verbunden ist, um von der Solarenergiequelle gesammelte Energie zu speichern.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die Energiespeichereinheit mindestens eine Batterie umfasst.
  21. Vorrichtung zum Reduzieren der Menge angesammelten Eises und/oder Schnees auf einer Oberfläche, wobei die Vorrichtung umfasst:

    ein Heizelement;

    eine Einrichtung zum Sammeln Sonnenenergie; und

    eine Einrichtung zum Übertragen der Sonnenenergie zu dem Heizelement, um die Temperatur des Heizelements zu erhöhen, wobei Wärme von dem Heizelement an die Oberfläche übertragen wird, um darauf den Schnee und/oder das Eis zu schmelzen.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, die ferner eine Einrichtung zum Speichern der Sonnenenergie aufweist.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 21, die ferner eine Einrichtung zum Steuern der Energiemenge aufweist, die an das Heizelement übertragen wird.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 21, wobei das Heizelement ein Gitter ist.
  25. Verfahren zum Reduzieren der Menge an Schnee und/oder Eis auf einer Oberfläche, wobei das Verfahren umfasst:

    Bereitstellen eines Heizelements, das mit einem Abstand unterhalb der Oberfläche angeordnet ist;

    Bereitstellen einer Solarenergiequelle;

    Übertragen von Energie von der Solarenergiequelle an das Heizelement; und

    Erwärmen des Heizelements, wobei Wärme von dem Heizelement an die Oberfläche übertragen wird, um Schnee und/oder Eis auf der Oberfläche zu schmelzen.
  26. Verfahren nach Anspruch 25, das ferner umfasst:

    Bereitstellen einer Energiespeichereinheit; und

    Speichern der von der Solarenergiequelle gesammelten Energie in der Energiespeichereinheit.
  27. Verfahren nach Anspruch 25, das ferner Steuern der an das Heizelement übertragene Energiemenge umfasst.
  28. Verfahren nach Anspruch 25, wobei das Heizelement ungefähr 3 inch unterhalb der Oberfläche angeordnet ist.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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