專利名稱：地板加熱系統的制作方法
發明的背景1.發明的領域本發明涉及到循環或電氣輻射式嵌板加熱或冷卻系統。
2.對先有技術的說明有關通過加熱某一空間內的地板表面來加熱這一空間的這種構想的先有技術可追溯到羅馬帝國。目前采用的循環式地板嵌板加熱系統使用了嵌在混凝土板內的金屬或塑料管道或者使用了通過多種裝置而安裝有鋁板的管道。存在有這樣一種系統(例如美國明尼蘇達州AppleValley的Wirsbo公司所推出的系統)，在這種系統中，制作完地板之后，在地板連接件之間將鋁板安裝在膠合板的底層地板的下方。存在有這樣的系統，在這種系統中，鋁板和管道由放置在底層地板上方的輕型框架(例如見Shiroki的美國專利4865120號)、帶槽的泡沫塑料板或(例如瑞典的Lagerstedt and Krantz AB所推出的)帶槽膠合板所支承并被能受釘的材料構成的其它板片所覆蓋。還存在有某些泡沫塑料系統(例如瑞典的Wirsbo AB所推出的系統)以及某些彈性磚片系統(例如見德國專利DE 3411339 A1和Williams的美國專利3037746號)，這些系統使用了組合式的凹槽結構以便于布置管道陣列。
還有多種這樣的系統，它們包括獨立的嵌板，這些嵌板包含有已嵌入其中的管道并且然后再連接在一起以形成一較大的輻射嵌板陣列(見例如Rapp的美國專利2681796號和日本專利57-108531、59-158919、59-95321、和59-225228號)，此輻射嵌板陣列放置在先前構成的底層地板系統上。
不存在能實現本文所述所有特征的系統，在這種系統中，將結構化的底層地板嵌板與一頂部表面結合起來，所說的頂部表面包括模壓有凹槽的導熱板，所述凹槽則是按組合式幾何結構來加以設置的。正是這種將部件以獨立的方式組合成系統的組合方式能夠極大地簡化輻射嵌板加熱系統的安裝，這就使得本發明有別于先有技術。
所有的輻射嵌板加熱系統均連同其它優點一道提供了更多的舒適。但是，當前的系統只受到部分認可，這是因為
(A)過高的成本。先有系統一般具有充分定制的結構以適應各種建筑物的結構，因此大部分都是在現場制造的。這些系統因嵌板的重量而需要額外的結構和成本。這些系統的安裝是勞動密集型的并且要由專業人員來完成。這些系統會影響施工過程的時間并且常常會妨礙成品地板材料的方便安裝。
(B)可靠性。在當前大多數系統中，成品地板材料的安裝者看不到管道。因而，對管道來說，在安裝過程中常常會受到緊固件的破壞。在改型、改變位置的過程中，內部墻壁也會造成損壞管道的巨大危險。當管道受損時，不容易查出損壞的位置，并且，修理通常需要實際拆開地板嵌板。
(C)響應時間。由于有較高的熱容量和/或熱阻，當前的系統一般以按小時或天計的響應時間來響應變化的熱負荷。
目的和優點因此，本發明的目的是提供(1)利用通常的施工方法、時間和技術來加以安裝的具有組合式幾何結構的底層地板系統，這種系統用一個步驟就可提供結構化的底層地板并且為加熱系統提供基礎。
(2)輻射嵌板加熱系統的減少了的自重，該自重會減少建筑物結構系統的橫向和垂直負載。
(3)一種考慮到、并且在很大程度上與墻壁位置和所使用的成品地板材料無關的系統，這種系統在開始建造或任何后續改型階段中不易受損，并且，如果損壞了的話，也很容易地對這種系統加以修理。
(4)減少對變化的熱負荷的響應時間。
(5)與上述所有目的相配合而減少材料和勞動成本并增加使用者的滿意程度、從而使得輻射嵌板加熱系統與其它加熱系統相比的整個成本/效益更佳。發明概要可通過以下方式實現本發明的上述目的在本發明的典型實施例中，建筑物的底層地板板片由特殊的底層地板嵌板構成，這種底層地板嵌板一般由膠合板、多層板或其它和膠合板一樣易鋸、釘、粘合以及能以與建筑工業中通行慣例相一致的方式加以利用的在結構上適當的材料構成。底層地板嵌板的表面上形成凹槽結構，對導熱板進行模壓使與該凹槽結構相匹配，并且，將上述導熱板粘合于所說的底層地板嵌板上。
在將上述嵌板固定就位以后，將一種彈性復合物放進所說的凹槽，并按著組合式幾何結構所提供的凹槽結構將管道壓進凹槽。所說的復合物會將管道保持在適當位置并填滿管道與導熱表面之間的任何氣隙，而且，將上述復合物與所述嵌板的頂面抹平，從而提供了一光滑的表面，成品地板材料可以很容易地安裝在該表面上。導熱表面直接與成品地板的保護層相接觸并且會比通常的系統提供更快的熱響應。
在構成墻壁之前，用一個步驟來安裝結構化的底層地板及加熱系統，從而能極大地降低成本。在將墻壁和成品地板材料固定到上述底層地板時，管道通路的清晰的可見性會使管道免遭破壞。即使受到破壞。可以很容易地確定泄漏的位置并且能很容易地進行修理。
對附圖的簡要說明從以下的詳細說明和附圖中可以更完全地理解本發明，在附圖中
圖1是在一般地板框架、底層地板以及墻壁框架系統中所使用的本發明的等角投影圖；圖2是將加熱嵌板組裝成為一個陣列的概略俯視圖，所說的陣列提供了一連續的未連接的管道通路；圖3是用于端部管道的典型組合式底層地板嵌板內的凹槽的俯視圖；圖4是用于平直管道的典型組合式底層地板嵌板內的凹槽的俯視圖；圖5是組裝好的底層嵌板、導熱表面和循環管道的剖面圖；圖6是單個組合式底層地板嵌板內的凹槽的俯視圖，所說的單個嵌板是圖3和圖4所述的幾何結構的組合形式；圖7是一組從圖3和圖4中的幾何結構中分解出來的相關組合式底層地板嵌板內的凹槽的俯視圖。
詳細說明參照圖1，它顯示了本發明在地板框架系統中的典型應用。通常的地板連接件1包括支承系統。嵌板2(如圖3所示)和3(如圖4所示)以常規底層地板板片的形式固定在地板連接件上。輻射式嵌板加熱過程中所使用的管道4壓進組合式凹槽通路內。
在本實施例中，入口位于標號5處、出口位于標號6處。凹槽的間隔允許將外部墻壁7直接固定在嵌板上而不會破壞所說的管道。內部墻壁8跨越凹槽但不對管道施壓從而不會破壞該管道。管道通路的清晰的可見性會使得在不破壞管道的情況下用釘子9將墻壁或成品地板材料固定在地層地板隔板上。
如果需要進行修理，上述不會導致扎破的可見性便于很容易地查找到泄漏的位置。只需要移去成品地板覆蓋在所述故障上的那部分，而不必移去整個的底層地板部分。
所說的導熱表面直接與諸如地毯、硬木地板或彈性磚片之類的地板保護層相接觸。成品地板的保護層所產生的熱阻抗會充分地減緩地板表面的熱散失，從而減少了相鄰循環管道部件之間的溫度梯度。
在現有的循環系統中，混凝土板或膠合板底層地板的熱容量和/或熱阻決定著預熱時間或熱滯。在現有的系統中，這可能是數小時甚至是幾天。在本發明中，較低的熱容量加上較低的熱阻使得在幾分鐘內就能測到表面溫度的變化。
圖2是典型的加熱嵌板陣列的俯視圖，它顯示了如何將循環管道放置到一加熱嵌板陣列內的一個實例。沿凹槽10輸送熱水輸入5，該凹槽10與端部嵌板2的弧形相切。然后，熱水傳送至90度彎曲的凹槽11。此后，如圖2所示，通過端部嵌板2在各端部嵌板處轉過180度12并通過平直面板3，最后在90度凹槽11內作轉向而將熱水送至輸出6，這樣就形成了一個回路。
圖3是一端部嵌板的俯視圖，每個嵌板均使用了三個縱向凹槽。所述嵌板的尺寸與高寬比在目前使用的底層地板嵌板中具有典型性。三個凹槽13、14、15中心之間的距離為上述嵌板寬度的三分之一。凹槽13和15的中心離嵌板12長邊的距離為嵌板2寬度的六分之一。凹槽13、14和15的端部在嵌板12的一端終止于一半圓弧凹槽12。此外，凹槽13、15與四分之一圓弧凹槽11相連。最后，將平直凹槽10設置成與圓弧11和12相切并且相連。上述相切的凹槽的中心離嵌板短邊的距離與凹槽13和15距嵌板長邊的距離相同。
對以英制測量單位為基礎的美國的一般建筑來說，上述的基于每個嵌板上有三個主要管道通路的距離是最佳的。這就能垂直安裝具有通常厚度的外部墻壁，同時能使外部墻壁的內表面與最近的管道通路之間有足夠的距離以便安裝地毯定位條。盡管如此，最好按每片底層地板有一個、兩個、四個、五個或六個管道組件來制造嵌板，但仍應大致與本文所述的幾何結構和組合性相協調。可以對所述單元加以選擇，其中，舉例來說，地毯安裝的方便程度不如表面溫度和管道密度之類的各種其它條件那么重要。在使用以公制為基礎的木料和底層地板材料的情況下，需要根據通常建筑材料的公制尺寸來調整上述精確的距離，但該距離仍應與本文所述幾何結構和組合性相協調。
圖4是一平直部分的嵌板的俯視圖，每個平直部分的嵌板均使用了三個縱向凹槽。三個凹槽16、17、18的中心之間的距離為嵌板3寬度的三分之一。凹槽16和18的中心離嵌板3的長邊的距離為該嵌板寬度的六分之一。因每個嵌板上不同數量的管道通路、或因對圖3嵌板的說明中所想像的公制計量單位而做出的調整，同樣適用于前述平直嵌板。
圖5是適用于本文所述所有嵌板的剖面圖。凹槽19形成在底層地板嵌板上。在一個實施例中，嵌板由諸如膠合板或多層板之類的同質材料制成。在該實施例中，其中形成有凹槽的嵌板層23在結構上會受該凹槽的影響，所以，不帶凹槽的另外一層嵌板24必須具有充分的結構特性以跨越標準施工方法中地板連接件1的通常間隔。另外，本發明的成本效益最好的實施例是混合式嵌板，這種嵌板帶有諸如片屑板或顆粒板之類的材料層23，這種材料的主要特征是抗壓強度；以及，諸如膠合板或多層板之類的材料層24，對于橫跨一定間距的結構來說，上述材料的性能是最佳的。
導熱板20預制成具有與底層地板嵌板的外形相匹配的形狀，然后粘合于該嵌板。在將所述嵌板安裝進圖1和圖2所示的陣列內之后，將彈性體21放進凹槽19。將循環管道22緊緊地推進襯有彈性體的凹槽19的底部以使之與導熱表面20作良好的熱接觸。未填進凹槽19的導熱表面與循環管道22之間空隙的任何彈性體21會被擠壓至循環管道22的頂部。然后，將多余的彈性體與嵌板的頂面抹平。這就能夠提供一扁平的表面，可直接將地板保護層安裝到該扁平表面上。
彈性體21起三個作用。它可通過減少或消除氣隙而改善循環管道5與導熱表面20之間的熱傳導。它能提供一光滑表面并支承諸如地毯、油氈或彈性磚片之類的撓性地板保護層。它可將管道保持在適當位置上。就硬木之類的剛性地板保護層而言，循環管道22與襯有導熱板的凹槽19之間緊密的壓入配合可以完全省去彈性體21并且在經濟上可以成為一種更吸引人的施工方法。
除了僅僅偶爾于施工現場所作改動的情況之外，圖3和圖4所述兩種類型的嵌板足以產生對本發明所能想像到的所有預定的好處。但是，為了能使兩種類型的嵌板就能適應各種嵌板結構，很明顯，在一給定嵌板上會出現在給定嵌板中未使用的弧形通路11和12以及相切通路10。通過將所述系統的基本幾何結構分解成多個不同的嵌板而消除這些未用的通路，可以減少某些生產和安裝成本，但會需要更多型號的嵌板從而增加與本發明有關的加工和投料成本。圖7a、圖7b、圖7c、圖7d和圖7e顯示了一套嵌板的一個實例，該實例是嵌板2和3幾何結構的分解形式。
另外，因簡化生產和儲備要求而導致的成本降低會超過任何要減少未用通路數量的需求，并且相反地、會決定能合成如圖3和圖4所示的嵌板幾何結構的單個嵌板具有最高的成本-效益。圖6是單個嵌板的一個實例，該實例是嵌板2和3的幾何結構組合成一單個嵌板的組合形式。
本發明具有另外一些潛在的應用，本技術的技術人員會發現其它的使用領域。本發明可用作墻壁嵌板或天花板嵌板，能很容易地按著石膏板表面的形式將這種嵌板做得很平滑。本發明也可用于通過使制冷液循環來進行制冷而不是加熱。在另一個實施例中，嵌板電加熱可使用帶有較小凹槽的較小組合式嵌板以容納這些系統中通常較小直徑的導線。利用庫侖制冷可實現電制冷。還可以有其它的電學或熱力學應用，在這些應用中，標準化的組合式嵌板可以方便地組裝作為傳導表面一部分的由導線、管道或纖維構成的陣列。
權利要求
1.一種由加熱或制冷部件構成的系統，它包括結構化的嵌板，這些嵌板帶有多個凹槽以及一個導熱層，該導熱層模壓成大致與前述凹槽相匹配并粘合于所述嵌板的表面，其中，所說的凹槽設置在一組合式幾何結構內，該幾何結構便于以能提供連續凹槽通路的多種形狀而將上述嵌板連到一起；將中空的管道嵌在上述凹槽通路內，通過該管道可使熱能傳遞介質進行循環，從而提供了一種加熱或冷卻上述嵌板表面的方法。
2.如權利要求1所述的由加熱或制冷部件構成的系統，其特征在于，所說的幾何結構基于兩種嵌板結構，一種嵌板結構僅帶有大致平行且均勻間隔的凹槽，第二種嵌板結構和第一種嵌板結構一樣帶有均勻間隔的平行凹槽，但這些凹槽以弧形的凹槽為其端部，第二種嵌板結構還帶有一附加凹槽，此凹槽與上述平行凹槽成90°角而延伸并與所說的弧形凹槽相切，上述幾何結構允許組裝成管道陣列，這種管道沿平行通路延伸，所述平行通路在其延伸的端部可以以其自身換向180度而返回，或者按90度延伸至主管道方向以橫跨所說的陣列，這種系統導致構成大致均勻間隔的管道回路，該回路能使導熱表面上升或下降至一大致均勻的溫度。
3.如權利要求2所述的由加熱或制冷部件構成的系統，其特征在于，將上述兩種嵌板構成的幾何結構合成一個單一的嵌板。
4.如權利要求2所述的由加熱或制冷部件構成的系統，其特征在于，將上述兩種嵌板構成的幾何結構分解成較多數量的嵌板，每個嵌板均帶有唯一的凹槽圖案。
5.如權利要求2所述的端部嵌板，其特征在于，其中不存在這樣的凹槽，該凹槽按90度延伸延至前述主管道通路并與前述二分之一圓弧或四分之一圓弧相切，并且，它在所述嵌板表面的外側形成管道通路的回路而無需橫跨其它管道平面內陣列的管道。
6.如權利要求1所述的由加熱或制冷部件構成的系統，其特征在于，制成所述嵌板的結構化基層是諸如膠合板、多層板、片屑板或其它可以按地板框架系統中底層地板的方式加以使用的適當材料之類的通常的底層地板材料，在保持嵌板能跨越木框建筑中的典型跨距的同時，在該材料上可切削、沖鉆、模壓或以其它方式形成凹槽。
7.如權利要求6所述的由地板加熱或制冷部件構成的系統，其特征在于，所說的基層是多種材料的混合物，其中有一不帶凹槽的底層，該底層具有能橫跨框架結構典型跨距的結構特性，然后，在該底層上覆蓋一層材料，此層材料的結構特性是具有足夠的抗壓強度和表面硬度，從而允許將墻壁框架或成品地板材料直接固定在該層材料上，并且，可通過切削、模壓、擠壓或其它有效方式易于將組合式凹槽形成在該層材料上。
8.如權利要求2所述的由地板加熱部件構成的系統，其特征在于，所說的圓弧具有這樣的幾何形狀，它雖然不是圓但卻能夠使管道通路的方向改變約90度或約180度。
9.如權利要求1所述的由地板加熱部件構成的系統，其特征在于，所述管道的可見度和間隔可以讓墻壁結構或成品地板材料固定到地板板片上而不致損壞管道，并且即使管道受損，也易于加以修理。
10.如權利要求1所述的由地板加熱部件構成的系統，其特征在于，所述中空管道與導熱層之間的空間包含有自硬化的填充材料以消除氣隙的任何絕熱效應，或者，該填充材料可沿所說的頂表面抹平以提供一基本上平滑的表面，或者，該填充材料可將管道固定在凹槽內的適當位置。
11.如權利要求10所述的由地板加熱部件構成的系統，其特征在于，所說的填充材料包含用于改善其導熱性能的裝置。
12.如權利要求1所述的由地板加熱部件構成的系統，其特征在于，可以用導線來替代管道，以及用來傳遞熱能的裝置利用電阻加熱。
13.如權利要求1所述的由地板制冷部件構成的系統，其特征在于，用來傳遞熱能的裝置利用庫侖制冷。
14.如權利要求1所述的由地板加熱部件構成的系統，其特征在于，其中存在一種分離且獨立的結構化地板系統，并且，所述嵌板的結構化特性局限于足夠的抗壓強度和表面硬度，從而允許將墻壁框架或成品地板材料直接固定在該嵌板上。
15.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所說的嵌板包括用于成品的此后要進行加熱或冷卻的天花板表面的適當材料。
16.如權利要求1所述的系統，其特征在于，所說的嵌板包括用于成品的此后要進行加熱或冷卻的墻壁表面的適當材料。
全文摘要
一種以組合方式提供的輻射式嵌板加熱系統，該系統結構便于安裝和維護，還提供了地板框架系統中底層地板嵌板所需的結構特性。該系統包括設置在一組合式幾何結構內帶有凹槽的結構化底層地板嵌板(2)。嵌板上覆蓋有一導熱表面，此表面上則模壓有相匹配的凹槽結構。嵌板能以典型的底層地板嵌板的方式固定在多種地板支承結構(1)，底層地板嵌板僅在同時相互作用時才能滿足結構上的要求以形成一系列大致均勻間隔的凹槽，循環或電輻射式嵌板加熱過程中所使用的管道(4)或導線安裝在前述凹槽內。
文檔編號F24D3/16GK1146800SQ95192760
公開日1997年4月2日 申請日期1995年3月15日 優先權日1994年3月15日
發明者特里·韋恩·阿爾斯堡 申請人:特里·韋恩·阿爾斯堡