冰表面重整雪橇的制作方法

专利名称：冰表面重整雪橇的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于使得冰的表面、特别是室内和室外溜冰场的表面平滑的设备。
背景技术：
用于溜冰场表面重整的行业标准机器称为赞博尼磨冰机(Zamboni)，它在上世纪五十年代获得专利(美国专利No.26^679和2763939)。赞博尼磨冰机通过在冰表面充满清洁水(然后该清洁水能够冰冻)之前调节粗糙的冰表面而进行操作。表面重整在单次经过(pass)中完成；但是该机器非常昂贵，因此需要更便宜的设备。在北美和加拿大，有很多季节性的室外溜冰场，但是由于多种原因，非常少的室外溜冰场使用赞博尼磨冰机来进行表面重整，这些原因包括费用、赞博尼磨冰机需要储存在高于冰点的温度内、以及机器的较大重量(这使它实际上不能用于池塘或湖泊的表面上，在该池塘或湖泊中，冰的厚度可以变化)。还有其它的冰表面重整装置，它们尺寸较小，但是也通过在表面上喷撒薄层水和使薄层水冰冻来操作(例如见美国专利No. 6138387)。不过，很多溜冰场并不是很方便获得水。此外，还已知通过使得冰融化并使其重新冰冻来对冰进行表面重整的观念，例如在加拿大专利No. 6拟617、美国专利No. 6644301和美国专利申请公开文件No. 2007/0187119A1中所示。由于各种原因，这些装置都证明不是解决所述问题的实用方案。

发明内容
该发明内容用于引入简化形式的观念选择，它将在后面的具体实施方式
中进一步介绍。该发明内容并不是确定要求保护的主题的关键特征，也不是用于帮助确定要求保护的主题的范围。所公开的冰表面重整装置能够将加热气体直接施加在机器下面的冰表面上，以便使它融化。冰表面重整装置包括雪橇状结构，该雪橇状结构安装燃料源例如丙烷罐，以及用于将燃料导向多个燃烧器的装置，这些燃烧器安装在雪橇的前部部分附近，并用于引导加热的气体通过膨胀腔室至位于雪橇下面的融化腔室。膨胀腔室和融化腔室为独特形状，以便控制气体流，从而优化燃料消耗和冰融化。可枢转的风挡和融化水喷撒器位于雪橇的后部。


结合附图，并参考下面的详细说明，将更容易知道和更好地理解本发明的前述方面和很多附加优点，附图中图1是根据本发明制造的冰表面重整装置的透视图；图2是图1的冰表面重整装置的透视图，该图示出了操作人员通过操纵绳来引导冰表面重整装置；图3是图1的冰表面重整装置的顶部透视图，其中丙烷罐已经除去；
图4A-4D表示了能够安装一个、两个或三个罐的丙烷罐安装托架的可选形式的示意图；图5是图1的冰表面重整装置的底部正向透视图；图6是图5的冰表面重整装置的前部部分的局部透视图，示出了气体歧管和喷嘴；图7是图5的气体歧管和喷嘴的前部部分的局部透视图；图8是图1的冰表面重整装置的膨胀腔室出口的后部部分的底部透视图；图9是图1的冰表面重整装置的右侧透视图，表示了向上旋转的后部风挡；图10是图1的冰表面重整装置的融化腔室的底部后方透视图；图11是图1的冰表面重整装置的底部的侧向透视图；以及图12是图11的融化腔室的一部分的示意性侧视图，示出了融化腔室的顶表面的向后、向下倾斜部分。
具体实施例方式首先参考图1和2，冰表面重整装置10包括雪橇12，该雪橇12有顶板14和一对平行间隔开的滑架(runner) 16 (其中一个可见)，该滑架16定位成从顶板14的侧向侧处向下延伸。引导绳17表示为与顶板14的相对侧连接，以便允许操作人员拉动雪橇12横过冰面并引导它的行进道路。也可选择，刚性把手可以代替引导绳，但是绳具有在储存或运输该装置时较紧凑的优点。另外参考图3，燃料源安装托架18表示为螺栓连接在雪橇12的顶板14上，尽管应当知道也可以使用用于附接托架的任意其它合适的方法，例如通过焊接。在图3中，安装托架18成形为保持一个中心丙烷罐或两个侧向间隔开的丙烷罐20，但是应当知道，安装托架 18可以形成为保持更多或更少的丙烷罐或用于其它类型气体或液体燃料的容器。例如，图 4A公开了一种形式的安装托架19，该安装托架19能够安装一个、两个或三个罐20。如图所示，图4表示了当为空(图4A)时和当分别保持一个(图4B)、两个(图4C)和三个(图 4D)罐20时的托架19。尽管以装置的合适变化表示了丙烷燃料源，但是也可选择，燃料源例如天然气或液体燃料可以用于产生冰融化加热气体。如图1和2中所示，两个20磅丙烷罐20表示为安装在安装托架18中。由于后面所述的原因，已经发现这是用于室外溜冰场的合适装置。对于室内溜冰场，安装托架形成为保持例如单个20磅丙烷罐或单个30磅罐。丙烷储存罐装有位于它的底部部分中的液体丙烷以及在上面的丙烷气体。平衡时，当丙烷罐的阀关闭时，丙烷气体的压力只取决于温度，而不依赖于罐中的丙烷量，只要存在至少一些液体即可。平衡时，当处于相同温度时，满罐的内部压力与几乎排空的罐完全相同。因此，能够从罐中排出的气体量也取决于罐的温度。罐越热，越多的丙烷分子从液态变成气态。当气体排出罐时，液体丙烷将在气体压力降低时蒸发。与进入液相相比，更多的丙烷分子离开液相，从而使得液体丙烷的温度冷却。当液体冷却时，液体丙烷分子蒸发的速率降低，最终结果是可以抽取的丙烷气体更少。过去，丙烷的物理性质使得很难通过丙烷火焰来融化冰较长时间段，因为当从罐抽取气体时，液体丙烷冷却，从而降低蒸发速率，并因此在合理的时间期间内就使得产生的气体不足以有效地融化冰。在某种程度上与该问题相反的是，当丙烷罐冷却至低于环境空气温度时，来自较热的周围空气的热量开始加热丙烷罐和其中的液体。因此，平衡液体蒸发、气体抽取、气体燃烧速率和因此有效融化冰的热流对于本发明的成功操作很关键。在冰表面重整装置例如图1和2中所示的冰表面重整装置中，应当知道，添加第二丙烷罐增加了液体丙烷的表面积，并使得各罐为了融化给定量的冰而必须产生的气体容积减少50%，因此减慢罐的冷却速率。同样，安装在图4的三罐托架中的三个罐将使得需要由各罐产生的气体容积减少至3373%。尽管这样减少了需要由各罐产生的气体量，但是在使得溜冰场进行表面重整所需的时间期间中有效融化冰还需要在冰表面重整装置中使用附加的新颖设计特征。参考图5和6，融化腔室22表示为由顶表面M和相对的滑架16的部分内壁来限定。滑架16为空心，并形成有相对较宽的基部，以便将雪橇的重量分散，从而避免挖入冰内。基部的边缘也为渐缩的并为圆形，以便防止滑架卡住冰。滑架可以通过在它们的外壁提供开口来进行空气冷却，以允许热量散出，从而滑架并不离开冰中的槽。另外参考图7，气体歧管沈表示为包括侧向延伸的管，该管有多个喷嘴观，该喷嘴观用于引导燃烧气体进入膨胀腔室30的顶部。歧管沈设计成内径大于连接的丙烷传送软管进口的直径。这就减小或防止在各燃料喷嘴处的气体压力降，从而气体均勻分配给沿歧管的管间隔开的全部喷嘴。喷嘴观可以通过将圆柱形管制出内螺纹、然后将塞子螺纹连接至管中而形成，该塞子有方头、Allen头或一些其它头结构，并有钻出的穿透孔。当阀48 (图 3)打开时，气体流入歧管沈并通过孔流入喷嘴观中。流动的气体可以利用保持在任意喷嘴附近的喷枪或火柴来点火(可以由通孔36接近该喷嘴)。也可选择，可以使用普通的电火花点火器。然后，火焰移动至全部喷嘴。如图8中所示，膨胀腔室30的出口 32明显大于膨胀腔室的上部进口，点燃的气体从喷嘴流入该膨胀腔室的上部。喷嘴定心在膨胀腔室30的上部进口中，从而提供充分的空气，以便保证完全和快速的气体燃烧。当燃烧气体流出该孔并流入膨胀腔室中时，它的容积在燃烧气体填充膨胀腔室时增加。在热燃气离开膨胀腔室30之前，气体的燃烧基本完成。 然后，热燃气流入融化腔室22的前端，在该前端处，它流向腔室的后部和离开部34。膨胀腔室30定向成推动火焰的热量进入冰中并均勻地横过融化腔室22的长度。如图10中的融化腔室22的倒置视图所示，融化腔室的顶表面M相对于滑架16 倾斜，这样，当热气体离开膨胀腔室的出口 32朝着腔室离开部34运动时，由顶表面M、侧部滑架16和冰表面限定的融化腔室的横截面积减小。向下倾斜的顶表面M可以是平滑曲线或一系列弯曲部。已经发现，使用重310号(310-gauge)不锈钢用于融化腔室的顶表面和用于膨胀腔室30将使得它们更好地承受燃烧处理的极端热量。融化腔室的减小的横截面积将有助于保持热气体横过冰向后流动的速度。保持热气体的速度将有助于防止气体速度在它冷却或遇到顺风时停止(stall out)。因此，融化腔室的形状允许最佳的热量在通过熔融腔室的整个气体通道中施加给冰用于融化。再参考图5和图9，开口 36表示为沿雪橇12的、向上弯的前壁38定位，以便将空气供给孔附近的区域，用于促进气体的完全燃烧，从而保证燃气的温度在它首先遇到融化腔室22下面的冰时尽可能高。丙烷在雪橇的前端附近完全燃烧，这样，形成的加热燃气横过冰而流过融化腔室22和从离开部34流出。热气体在它向后运行时与冰进行热接触，从而使得冰表面融化和使得气体冷却。应当知道，如果将太少量的丙烷提供给喷嘴观以便燃烧，燃气将快速冷却至冰的温度，因此降低了装置的融化能力。当燃烧的燃料量增加时，更多热量产生，且燃气保持它的融化能力更长时间，这样，在雪橇离开部34处的气体排出温度升高。当燃烧过多燃料时， 排出的气体在它离开融化腔室22时过热，因此增加了冰融化速度，但是损失了燃料效率。 因为气体经济性和融化效率取决于与冰接触的气体的温度，因此从丙烷罐20流出的气体被监测，使得燃烧的燃料量保持气体在它经过融化腔室22时较热，但是在它离开腔室22时相对较冷。这就允许经济和以合理的速度来进行融化。再参考图3，压力调节器40表示为通过配件或连接器42和短软管44而定位在丙烷气体从一对罐20 (图1)流动的通路中。手紧固连接器42选择为产生提供合适的融化温度所需的气体流量。能够产生设计用于500BTU的最大输出的气体流量的连接器将很好地工作。已经发现，5psi压力调节器产生来自一对20磅丙烷罐的有效气体流，尽管应当知道， 通过适当改变气体传送系统中的其它元件(例如喷嘴观的尺寸)，可以有效使用更大或更小尺寸的压力调节器。另外参考图1，在离开压力调节器40之后，气体流过较长软管46至歧管沈的一端。阀48表示为安装在通向歧管沈的气体进入点处，以便控制要燃烧的气体流量。压力计49用于监测在歧管沈的远端处的气体压力，以便保证足够量的气体提供给全部喷嘴观。参考图9，风挡50表示为安装在雪橇12的后端，用于在图9所示的向上位置和图 1所示的降低位置之间旋转。风挡50帮助稳定热燃气的流动，该热燃气在雪橇12的前部从它进入融化腔室22的进口流向它在融化腔室的后部离开部34处的排出口。风挡50有助于防止顺风扰乱流出融化腔室22的后部离开部34的气体流，该扰乱将降低融化效率，或者甚至有产生火灾的危险(当离开的气体被推回至融化腔室中时)。当降低至与冰接触时，风挡50还使得融化的水散开成薄层，从而使它能够快速和平整地重新冰冻。当沿溜冰场的弯曲拐角板操作时，风挡50向上旋转，从而缩短冰表面重整装置的长度，以便使它更好地与溜冰场的弯曲边缘一致，这样，冰表面始终融化至溜冰场的侧板。当单元冷却时，风挡还用作提升手柄。参考图12，融化腔室22的纵向截面表示了融化腔室的顶表面M的倾斜部的一个实施例，表示它朝着出口离开部34向下的倾斜部。绝缘部例如陶瓷纤维毯可以布置在雪橇的顶板14和融化腔室的顶表面M之间的空间52内，以便限制热量向上传递给丙烷罐20的底部的量，从而防止罐过热，还防止对顶板的热损害，并减小操作人员接触烧伤的可能性。尽管已经表示和介绍了本发明的优选实施例，但是应该知道，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变化。
权利要求
1.一种用于对冰层进行表面重整的便携式冰表面重整装置，所述冰表面重整装置包括雪橇，所述雪橇具有顶板和一对相对的平行滑架，其中，所述雪橇限定在所述的相对平行滑架之间的容积，所述容积与冰层共同限定具有前部入口和后部离开部的融化腔室； 托架，所述托架用于将至少一个装有可燃燃料的罐安装在所述顶板上； 歧管，所述歧管布置在所述雪橇的前端处，其中，所述歧管设置成与所述至少一个罐流体连通；以及多个喷嘴，所述多个喷嘴使得所述歧管与所述融化腔室的前部入口流体连通，从而离开所述喷嘴的可燃燃料的点火将引导燃气进入所述融化腔室的所述前部入口；其中，所述融化腔室从所述前部入口向所述后部离开部向下倾斜，使得所述后部离开部具有比所述融化腔室的所述前部入口小的面积。
2.根据权利要求1所述的便携式冰表面重整装置，还包括多个膨胀腔室，各膨胀腔室与所述多个喷嘴中的一个相关联，其中，所述膨胀腔室设置成引导所述燃气进入所述融化腔室的前部入口。
3.根据权利要求1所述的便携式冰表面重整装置，还包括燃料罐，所述燃料罐安装在所述顶板上，所述燃料罐设置成将可燃燃料选择性地传送给所述歧管。
4.根据权利要求3所述的便携式冰表面重整装置，其中所述燃料罐包括丙烷罐。
5.根据权利要求3所述的便携式冰表面重整装置，还包括第二燃料罐，所述第二燃料罐安装在所述顶板上，所述第二燃料罐设置成将可燃燃料选择性地传送给所述歧管。
6.根据权利要求5所述的便携式冰表面重整装置，还包括软管组件，所述软管组件使得所述燃料罐与所述歧管流体连通，其中，所述软管组件包括气体压力调节器装置。
7.根据权利要求3所述的便携式冰表面重整装置，还包括绝缘部，所述绝缘部布置在所述融化腔室和所述顶板之间。
8.根据权利要求3所述的便携式冰表面重整装置，还包括风挡，所述风挡安装在所述雪橇上，并能够定位成阻挡来自所述融化腔室的后部离开部的顺风。
9.根据权利要求3所述的便携式冰表面重整装置，还包括用于在所述冰层上面人工拖动所述冰表面重整装置的装置。
10.根据权利要求9所述的便携式冰表面重整装置，其中用于在所述冰层上面人工拖动所述冰表面重整装置的装置包括至少一个柔性引导绳，所述柔性引导绳附接在所述雪橇上。
11.根据权利要求3所述的便携式冰表面重整装置，其中用于将装有可燃燃料的至少一个罐安装至所述顶板上的所述托架设置成选择性地保持一个、两个和三个燃料罐中的任意一种。
12.—种冰表面重整雪橇，该冰表面重整雪橇包括顶板、从所述顶板向下延伸的一对滑架、以及通向要进行表面重整的冰的融化腔室；所述融化腔室包括前端，所述前端具有多个燃烧气体膨胀腔室，所述燃烧气体膨胀腔室设置成将热燃气导向冰；后部气体离开端；一对侧壁；以及顶表面，所述顶表面位于所述雪橇的顶板下方；所述融化腔室的顶表面从所述前端朝着所述后部气体离开部向下倾斜，使得所述融化腔室的截面积从它的前端朝着它的后部气体离开端减小。
13.根据权利要求12所述的冰表面重整雪橇，还包括燃料源，所述燃料源安装在所述融化腔室的上方，所述燃料源与位于所述燃烧气体膨胀腔室附近的燃料分配歧管连接，所述歧管包括多个孔，这些孔将要燃烧的燃料引导到所述膨胀腔室中。
14.根据权利要求13所述的冰表面重整雪橇，其中所述燃料源包括丙烷罐，所述丙烷罐安装在所述冰表面重整雪橇的顶板上，所述丙烷罐通过软管装置与所述燃料分配歧管流体连通。
15.根据权利要求13所述的冰表面重整雪橇，其中所述燃料源包括多个丙烷罐，所述多个丙烷罐安装在所述冰表面重整雪橇的顶板上；还包括软管装置，所述软管装置设置成将气体从所述丙烷罐运送给所述燃料分配歧管；气体压力调节器装置与所述软管装置相互连接，以便控制从所述丙烷罐运送给所述歧管的所述气体的压力。
16.根据权利要求12所述的冰表面重整雪橇，其中所述一对滑架中每一个的内表面包括所述融化腔室的所述侧壁。
17.根据权利要求16所述的冰表面重整雪橇，其中所述融化腔室的所述顶表面在所述雪橇的顶板的下方在所述侧壁之间延伸，所述顶表面从所述前端朝着所述后部气体离开端向下倾斜，以便限定在所述顶表面和所述顶板之间的空间，且还包括布置在所述空间中的绝缘部。
18.根据权利要求12所述的冰表面重整雪橇，还包括风挡，所述风挡安装在所述融化腔室的所述后部气体离开端附近。
19.一种冰表面重整雪橇，包括顶板；向下延伸的一对滑架，所述一对滑架安装在所述顶板的侧边缘处；以及位于它们之间的冰融化腔室；所述冰融化腔室包括顶表面，所述顶表面在所述滑架之间延伸，并从所述冰表面重整雪橇的前部部分向后并向下倾斜，以便限定在其前端附近具有较大容积、在其后端附近具有较小容积的融化腔室。
全文摘要
本发明公开了一种冰表面重整雪橇，包括燃料源，该燃料源将燃料导向歧管，该歧管在调节的压力下将燃料分配给多个孔，其中，该燃料在膨胀腔室中燃烧。热气体流入融化腔室，该融化腔室由顶表面、两个侧部雪橇的滑架和要融化的冰的表面而形成。融化腔室成形为在它的后部出口附近具有减少的截面面积，以便帮助保持在雪橇下面的加热气体流，用于最佳融化。风挡布置在雪橇的后部，以便防止顺风扰乱流过融化腔室的热气体流。本发明还公开了一种便携式冰表面重整装置。
文档编号E01H4/00GK102465484SQ20111004413
公开日2012年5月23日 申请日期2011年2月24日 优先权日2010年11月5日
发明者J·G·彭德 申请人:假日公园制造股份有限公司,贸易用名假日公园股份有限公司