パルス電熱と蓄熱の氷剥離装置および方法
パルス電熱と蓄熱の氷剥離のためのシステムおよび方法。パルス電熱氷剥離装置は、１つ以上の冷却剤管と、任意選択により、冷却剤管と熱的接触するフィンとを含む。管および／またはフィンは、抵抗加熱器を形成する。装置は、電力を抵抗加熱器に印加し、管および／またはフィンから氷を剥離するために熱を生成する。フリーザユニットは、廃熱を消散する圧縮機およびコンデンサと、圧縮器、コンデンサ、および冷却剤管を循環する冷却剤とを有する蓄熱除氷システムを形成する。冷却剤管は、蒸発器板と熱的接触する。圧縮機の後およびコンデンサの前にあるタンクは、冷却剤から加熱液体に熱を伝達する。加熱液体は、蒸発器板と熱的接触する加熱管を定期的に流れ、蒸発器板から氷を剥離する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００５年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，３９４号、２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，９３２号、および２００５年１１月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／７３９，５０６号の優先権の利益を主張する、所有者が共通の同時係属中の２００６年１月２４日に出願された米国特許出願第１１／３３８，２３９号の一部継続出願である。米国特許出願第１１／３３８，２３９号は、２００４年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／５８１，９１２号、２００５年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，３９４号、および２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，９３２号の優先権の利益を主張する、所有者が共通の２００５年６月２２日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／２２０３５号の一部継続出願でもある。米国特許出願第１１／３３８，２３９号は、２００２年２月１１日に出願された米国仮特許出願第６０／３５６，４７６号、２００２年７月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／３９８，００４号、および２００２年８月２１日に出願された米国仮特許出願第６０／４０４，８７２号の優先権の利益を主張する、２００３年２月１１日に出願された米国特許出願第１０／３６４，４３８号、現在は米国特許第６，８７０，１３９号、の優先権の利益を主張する分割出願である、所有者が共通の同時係属中の２００４年９月１０日に出願された米国特許出願第１０／９３９，２８９号、現在は米国特許第７，０３４，２５７号、の一部継続出願でもある。
【０００２】
本出願は、所有者が共通の２００６年５月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／８０２，４０７号の優先権の利益を主張する、２００７年５月２２日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６９４７８号の一部継続出願でもある。ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６９４７８号は、２００５年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，３９４号、２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，９３２号、および２００５年１１月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／７３９，５０６号の優先権の利益を主張する、所有者が共通の２００６年１月２４日に出願された第ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００２２８３号の一部継続出願でもある。ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６９４７８号は、２００４年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／５８１，９１２号、２００５年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，３９４号、および２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，９３２号の優先権の利益を主張する、２００５年６月２２日に出願された第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２２０３５号の優先権の利益を主張する、所有者が共通の同時係属中の２００６年１２月２２日に出願された米国特許出願第１１／５７１，２３１号の一部継続出願でもある。ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ０７／０６９４７８号は、２００５年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，３９４号、２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，９３２号、および２００５年１１月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／７３９，５０６号の優先権の利益を主張する、所有者が共通の同時係属中の２００６年１月２４日に出願された米国特許出願第１１／３３８，２３９号の一部継続出願でもある。米国特許出願第１１／３３８，２３９号は、２００４年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／５８１，９１２号、２００５年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，３９４号、および２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，９３２号の優先権の利益を主張する、所有者が共通の２００５年６月２２日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／２２０３５号の一部継続出願でもある。米国特許出願第１１／３３８，２３９号は、２００２年２月１１日に出願された米国仮特許出願第６０／３５６，４７６号、２００２年７月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／３９８，００４号、および２００２年８月２１日に出願された米国仮特許出願第６０／４０４，８７２号の優先権の利益を主張する、２００３年２月１１日に出願された米国特許出願第１０／３６４，４３８号、現在は米国特許第６，８７０，１３９号、の優先権の利益を主張する分割出願である、所有者が共通の同時係属中の２００４年９月１０日に出願された米国特許出願第１０／９３９，２８９号、現在は米国特許第７，０３４，２５７号、の一部継続出願でもある。
【０００３】
上記で識別された特許出願のすべてが、本明細書に参考として援用される。
【背景技術】
【０００４】
（背景）
氷または霜は、水蒸気または液体の存在下で冷表面上に蓄積し得る。このような氷または霜の剥離は、表面を除去された状態に維持するために（例えば、熱伝達、けん引、または空力的特性の改善のために）望ましく、またはその結果、氷は使用のために収集され得る。大部分の冷凍用途において、最小限のエネルギーを費やして氷の表面を除去することが有利である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（概要）
一実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、冷凍ユニットの１つ以上の冷却剤管およびフィンを含む。フィンは、冷却剤管と熱的接触し、管またはフィンの一方または両方は、抵抗加熱器を形成する。１つ以上のスイッチは、電力を抵抗加熱器に印加し、管および／またはフィンから氷を剥離するために熱を生成し得る。抵抗加熱器は、１つを上回る加熱器区分を形成してもよく、スイッチは、電力を加熱器区分に個々に印加するように構成されてもよい。
【０００６】
別の実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、冷凍ユニットの１つ以上の冷却剤管を含む。１つ以上の管は、抵抗加熱器を形成する。１つ以上のスイッチは、電力を加熱器に印加し、管から氷を剥離するために熱を生成してもよい。
【０００７】
別の実施形態では、方法は、冷凍ユニットの冷却剤管および／または冷却フィンから氷を剥離する。方法のステップは、通常の冷凍モード中に、冷却剤管および／または冷却フィン上に氷を蓄積するステップと、氷を剥離するために、管およびフィンのうちの一方または両方に電力のパルスを印加するステップとを含む。
【０００８】
別の実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、１つ以上の氷成長領域を含む製氷管を含む。１つ以上のコールドフィンガおよび／または冷却剤管は、各氷成長領域から熱を伝達する。水の少なくとも一部分が氷成長領域において凍結して氷になるように、水が製氷管に導入される。電力供給部は、管、または管と熱的接触する加熱器に電力のパルスを定期的に供給し、管から氷を剥離するために、氷の少なくとも界面層を溶解する。
【０００９】
別の実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、１つを上回る製氷管を含む。コールドフィンガおよび／または冷却剤管は、各製氷管の氷成長領域から熱を伝達する。水の少なくとも一部分が氷成長領域において凍結するように、水が製氷管に導入される。電力供給部は、各管に電力のパルスを定期的に供給し、管から氷を剥離するために、氷の少なくとも界面層を溶解する。
【００１０】
別の実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、蒸発器板と熱的接触する１つ以上の冷却剤管を含む。１つ以上の加熱器は、蒸発器板に隣接して、冷却剤管の間に位置する。加熱器は、氷が蒸発器板から剥離するように、電力を熱に変換するために構成される。
【００１１】
別の実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、蒸発器板と熱的接触する１つ以上の冷却剤管を含む。加熱器は、冷却剤管と蒸発器板との間に位置する。加熱器は、氷が蒸発器板から剥離するように、電力を熱に変換するために構成される。
【００１２】
別の実施形態では、フリーザユニットは、蓄熱除氷システムとして構成される。フリーザユニットは、廃熱を消散する圧縮機およびコンデンサと、圧縮機、コンデンサ、および冷却剤管を循環する冷却剤とを有する。冷却剤管は、蒸発器板と熱的接触する。圧縮器の後およびコンデンサの前にあるタンクは、冷却剤から加熱液体に熱を伝達する。加熱液体は、蒸発器板と熱的接触する加熱管に定期的に流れ、蒸発器板から氷を剥離する。
【００１３】
別の実施形態では、方法は、冷凍ユニットの冷却剤管、冷却フィン、および／または蒸発器板から氷を剥離する。熱は、製氷モードまたは冷凍モード中に冷却剤から加熱液体に伝達する。氷は、製氷モードまたは冷凍モード中に、冷却剤管、冷却フィン、および／または蒸発器板の上に蓄積する。加熱液体は、氷を剥離するために、冷却剤管、冷却フィン、および蒸発器板のうちの少なくとも１つと熱的接触する加熱管を流れる。
【００１４】
別の実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、熱交換表面と熱的接触する冷却剤管を有する熱交換器を含む。電力供給部は、パスル加熱のために、熱交換器に電気的に切り替えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ある実施形態に従う、１つのパルス電熱氷剥離装置を概略的に示す。
【図２】図２は、電熱氷剥離装置等の負荷に電力を提供するように動作可能である電力供給部を概略的に示す。
【図３】図３は、電力供給部のデューティサイクルを示す。
【図４】図４は、電池を有する図２の電力供給部の実施形態を概略的に示す。
【図５】図５は、図２の電力供給部の実施形態を概略的に図示し、高周波数切り替えコンバータを具現化する。
【図６】図６は、図２の電力供給部の実施形態を概略的に図示し、ライン周波数変成器を具現化する。
【図７】図７は、変成器を概略的に示す。
【図８Ａ】図８Ａおよび図８Ｂは、図１のパルス電熱氷剥離装置の一部分を示す。
【図８Ｂ】図８Ａおよび図８Ｂは、図１のパルス電熱氷剥離装置の一部分を示す。
【図９】図９は、ある実施形態に従う、１つのパルス電熱氷剥離装置を示す。
【図１０】図１０は、ある実施形態に従う、１つのパルス電熱氷剥離装置を示す。
【図１１】図１１は、ある実施形態に従う、１つのパルス電熱氷剥離装置を示す。
【図１２】図１２は、ある実施形態に従う、冷凍ユニットの冷却剤管および／または冷却フィンから氷を剥離する過程のフローチャートである。
【図１３】図１３は、管上に装着されるフィンの配列を有する熱交換器の一実施形態を示す。
【図１４】図１４は、１つの管およびフィンの組み立て体の断面図を示す。
【図１５】図１５は、室温における純アルミニウムについての熱拡散距離対時間を示すチャートを示す。
【図１６】図１６は、動作中に加熱パルスにより電力供給される場合（ａ）と、冷却ポンプおよびファンを停止した状態で加熱パルスにより電力供給される場合（ｂ）との、アルミニウム熱交換器についての温度対時間を示すチャートを示す。
【図１７】図１７は、ある実施形態に従う、氷を剥離するパルスシステムとして構成される１つの熱交換器を斜視図で示す。
【図１８】図１８は、氷が蓄積され、かつ電力供給部およびスイッチに接続される図１７の熱交換器の上面図を示す
【図１９】図１９は、ある実施形態に従う、氷を剥離するパルスシステムとして構成される１つの熱交換器を示す。
【図２０】図２０は、図１９の熱交換器の断面図を示す。
【図２１】図２１は、ある実施形態に従う、氷を剥離するパルスシステムとして構成されるアコーディオン型熱交換器を示す。
【図２２】図２２は、冷却剤管を形成するために取り付けられる箔座金の断面図を示す。
【図２３】図２３は、冷却剤管を形成するために直線的なパイプに取り付けられる箔座金の断面図を示す。
【図２４】図２４は、ある実施形態に従う、氷を剥離するパルスシステムとして構成される別のアコーディオン型熱交換器を示す。
【図２５】図２５は、ある実施形態に従う、氷を剥離するパルスシステムとして構成される別のアコーディオン型熱交換器を示す。
【図２６】図２６は、ある実施形態に従う、管状製氷機として構成される１つのパルス電熱氷剥離装置を示す。
【図２７】図２７は、ある実施形態に従う、管状製氷機として構成される１つのパルス電熱氷剥離装置を示す。
【図２８】図２８は、図２６の管状製氷機の一部分を示す。
【図２９】図２９は、図２６の管状製氷機の一部分を示す。
【図３０】図３０は、ある実施形態に従う、管状製氷機として構成される１つのパルス電熱氷剥離装置の断面側面図である。
【図３１】図３１は、図３０の管状製氷機の一部分の一実施形態をより詳細に示す。
【図３２】図３２は、図３０の管状製氷機の断面上面図である。
【図３３】図３３は、ある実施形態に従う、製氷機として構成される１つのパルス電熱氷剥離装置の断面図である。
【図３４】図３４は、図３３の製氷機の一部分をより詳細に示す。
【図３５】図３５は、ある実施形態に従う、製氷機として構成される１つのパルス電熱氷剥離装置の断面図である。
【図３６】図３６は、図３５の製氷機の一部分をより詳細に示す。
【図３７】図３７は、ある実施形態に従う、氷を剥離する蓄熱装置を含むフリーザユニットの要素を概略的に示す。
【図３８】図３８は、図３７に示す蒸発器板の断面図である。
【図３９】図３９は、ある実施形態に従う、氷を剥離する蓄熱装置を含むフリーザユニットの要素を概略的に示す。
【図４０】図４０は、蓄熱氷剥離装置を示す。
【図４１】図４１は、熱氷収集を利用するフリーザユニットを動作させる過程のフローチャートである。
【図４２】図４２は、氷剥離のための、加熱電流のフリーザへの磁気的連結を有する実施形態の概略図である。
【図４３】図４３は、氷剥離のための、加熱電流のフリーザへの磁気的連結を含む２つのゾーンを有する実施形態の概略図である。
【図４４】図４４は、ある実施形態に取り組む修理業者に対する負傷を防止するように意図されるインターロックスイッチを示す部分概略図である。
【図４５】図４５は、狭く離間されたコイル状マイクロチャネル蒸発器を有する実施形態を示す。
【図４６】図４６は、狭く離間された渦巻線状巻線マイクロチャネル蒸発器を有する実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（図の詳細な説明）
熱交換器は、熱容量間で熱を伝達する役割を果たす。一熱交換器構成では、循環する冷却剤により冷却される熱交換器表面に隣接して空気が循環し、空気は、熱を冷却剤に移す。冷却剤の温度が十分低い場合、氷が表面上に形成され、表面と空気との間の熱交換が妨げられる。熱交換表面を除霜するために冷凍システムに加えられる熱は、空気との熱交換を再開するためにシステムから除去されなければならないため、最小限の付加熱でこのような氷を除去することが望ましい。最小限の量の熱で頻繁に除霜される熱交換器のフィン間隔ｄは、通常の間隔よりも大幅に低減されるため、熱交換率（Ｗ／ｍ２Ｋ）が増加する。これにより、熱交換器の面積、体積、および質量の低減が可能になる。熱交換器が小型であればあるほど、少ない熱で簡単に除霜することが可能である。層流では、対流熱交換係数は、ｄに反比例する。これにより、１／ｄ２だけ熱交換器の体積の低減が可能になる。例えば、従来の６ｍｍから１ｍｍへのｄの低減によって、ｌ／６２＝ｌ／３６だけ熱交換器の体積の低減が可能になる。
【００１７】
図１は、パルス電熱氷剥離装置２０を概略的に示す。装置２０は、加熱器１０と、電力供給部１４から加熱器１０への電力の印加を制御するスイッチ１２とを含む。他の実施形態では、電力供給部１４は、装置２０の一部を形成してもよい。スイッチ１２は、電力供給部１４を加熱器１０に接続する電気回路において配置されるように図示されるが、スイッチ１２は、この回路に配置される必要はなく、スイッチ１２は、電力供給部１４への入力部とともに直列で配置され得るか（このような入力部は図１に示されない）、または電力供給部１４に組み込まれ得る。
【００１８】
装置２０は、より詳細に後述するように、１つ以上の表面から氷を剥離するように動作する。本明細書において使用する際、「剥離」は、氷の少なくとも界面層を溶解することによって、１つ以上の表面から氷を解凍することを意味し得るか、あるいは氷の完全な溶解および／または蒸発を意味し得る。装置２０の実施形態を参照する前に、電力供給部１４についてより詳細に説明する。
【００１９】
図２は、電力を負荷（例えば、加熱器１０）に提供するように動作可能である電力供給部１４を概略的に示す。電力供給部１４は、交流（「ＡＣ」）電力供給部および／または直流（「ＤＣ」）電力供給部であり得る。
【００２０】
電力供給部１４は、入力部１００２（１）および１００２（２）ならびに出力部１００４（１）および１００４（２）を有するように示される。入力部１００２は、建物または自動車の電力分配システム等の電源から電力を受信するように、電力供給部１４に経路を提供する。しかしながら、電力供給部１４のいくつかの実施形態は、入力部１００２を含まなくてもよく、エネルギー貯蔵要素（例えば、電池および／またはコンデンサ）含み、かつ短期間の動作だけを対象とする電力供給部１４の実施形態は、後述するように、入力部を含む必要はない。電力供給部１４は、２つの入力部を有するように示されるが、電力供給部１４は、３相ＡＣ電力等の２つを上回る入力部を有してもよい。
【００２１】
出力部１００４は、加熱器１０の１つ以上の事例等の１つ以上の負荷に電流を提供するように、電力供給部１４に経路を提供する。電力供給部１４は、２つの出力部１００４を有するように示されるが、電力供給部１４は、２つを上回る出力部１００４を有してもよい。各出力部１００４は、相互の出力部に関する電圧を有する。各電圧は、ゼロであり得る周波数を有する。
【００２２】
電力供給部１４がその出力部の全てを介して１つ以上の負荷に供給可能である電流の総量は、電力供給部１４の出力定格電流と呼ばれる。電力供給部１４の定格電流は、連続動作条件下および／またはパルス動作条件下で特定され得る。電力供給部１４の連続定格電流は、電力供給部１４が１つ以上の負荷に連続的に供給可能である最大量の電流である。電力供給部１４のパルス定格電流は、最小期間に１回よりも頻繁に再発しない最大持続時間までの間に、電力供給部１４が１つ以上の負荷に供給可能である最大量の電流である。
【００２３】
電力供給部１４の連続定格電流およびパルス定格電流は、電流の大きさ対時間のグラフである図３を参照することにより理解され得る。縦軸１０２０は、電力供給部１４により１つ以上の負荷に供給される総電力を表し、横軸１０２２は、時間を表す。点線で示される曲線１０２８は、電力供給部１４の例示的連続定格電流を表す。曲線１０２８から決定できるように、電力供給部１４は、時間に対して一定である連続定格電流の大きさ１０２４を有する。したがって、電力供給部１４は、最大その連続定格電流１０２４まで、電流を連続的に供給することができる。
【００２４】
実線により表される曲線１０３０は、電力供給部１４の例示的最大パルス定格電流を表す。最大定格電流が時間の関数であることに留意されたく、曲線１０３０は、電流パルス１０３２を規定する。各電流パルス１０３２は、最大持続時間ｔｏｎを有し、最大期間ｔｐｅｒｉｏｄ中に１度だけ発生可能である。したがって、電力供給部１４は、最大１０２６の大きさを有する電流パルス１０３２を提供することができる。しかしながら、電流パルス１０３２は、持続時間ｔｏｎを上回ることはできず、最大期間ｔｐｅｒｉｏｄ中に１回よりも頻繁に発生することができない。
【００２５】
電流パルス１０３２は、以下の式により求められるそのデューティサイクル、Ｄによって特徴付けられ得る。
【数１】
【００２６】
例えば、ｔｏｎが１分であり、かつｔｐｅｒｉｏｄが１０分であると仮定する。電流パルス１０３２のデューティサイクルは、以下の式により求められる。
【数２】
【００２７】
図３に示す例が、連続定格電流１０２８を上回る大きさ１０２６を有する電流パルス１０３２を示すことに留意されたい。パルス定格電流が連続定格電流を上回る電力供給部１４の実施形態では、電力供給部１４は、パルスレート化されると考えられ得る。パルスレート化された電力供給部は一般的であり、その理由は、電力供給部の最大定格電流が電力供給部の熱限界によってしばしば拘束され、電力供給部内の一定の構成要素が安全動作温度を上回らないという要件によって、電力供給部の連続定格電流が拘束されるからである。電力供給部の連続定格電流が熱的に拘束される場合、電力供給部は、連続定格電流を上回る大きさの電流の短電流パルスをしばしば提供することができ、その理由は、電力供給部による負荷への電流の供給に応答して電力供給部が加熱する迅速さを制限する熱容量を電力供給部が含むからである。別の言い方をすると、熱的に拘束される連続定格電流を有する電力供給部は、過剰な電流の持続時間が電力供給部の過剰加熱を防止するのに十分短い限り、その連続定格電流よりも多くの電流をしばしば提供することができる。
【００２８】
電力供給部１４のサイズおよび／または費用は、そのパルス定格電流よりもその連続定格電流によって、しばしば影響される。したがって、電力供給部１４の実施形態では、電力供給部１４の費用および／またはサイズは、連続定格電流を最小化することによって低減される。
【００２９】
後述するように、パルス電熱氷剥離装置のいくつかの実施形態は、電力供給部１４が加熱器１０に電流を連続的に提供することを必要とせず、電力供給部１４は、電流のパルスを加熱器１０に提供しさえすればよい。これによって、電力供給部１４がパルスレート化される場合、電力供給部１４の連続定格電流が有利に最小化可能になってもよく、電力供給部１４は、そのパルス定格電流だけが加熱器１０の電流の大きさ要件を満たすように設計されてもよく、電力供給部１４の連続定格電流は、加熱器１０の電流の大きさの要件よりも大幅に小さくなり得る。したがって、電力供給部がパルスレート化され、かつそのパルス定格電流のみが加熱器１０の電流の大きさの要件を満たすように電力供給部を設計することによって、電力供給部１４は、安価および／または小型化され得る。
【００３０】
上述のように、各出力部１００４は、相互の出力部に関する電圧を有する。各出力部の電圧は、後述するように、負荷の抵抗を少なくとも部分的に考慮して選択され得る。直流回路では、抵抗負荷において消費される電力、Ｐは、以下の式により求められる。
【００３１】
【数３】
式中、Ｖは、負荷における電圧であり、Ｒは、負荷の抵抗である。抵抗負荷において、負荷により生成される熱は、概して、負荷において消費される電力量に比例する。式３によると、所与の量の電力が負荷において消費される場合、負荷における電圧は、負荷の抵抗が増加するにつれて増加しなければならず、その反対も同様である。したがって、加熱器１０が比較的小さい抵抗を有する場合、電力供給部１４の少なくとも１つの出力部は、加熱器１０が一定量の熱を生成するために、比較的小さい電圧しか必要とし得ない。反対に、加熱器１０が比較的大きい抵抗を有する場合、少なくとも１つの出力部は、加熱器１０が一定量の熱を生成するために、比較的大きい電圧を有することを必要とし得る。
【００３２】
各出力部１００４の電圧は、上述のように周波数を有する。周波数は、負荷の抵抗を少なくとも部分的に考慮して選択され得る。例えば、加熱器１０の抵抗は、加熱器により伝導される電流の周波数が増加するにつれて増加し得る。このような抵抗の増加は、周波数により誘起される加熱器１０の導電体における表皮効果および／または近接効果に起因し得る。したがって、電力供給部１４は、その出力部が比較的高い周波数による電圧を有するように設計され、加熱器１０を通る電流が、加熱器１０の抵抗増加および加熱器１０により生成される熱をもたらす対応する高周波数を有するようにする。
【００３３】
電力供給部１４の実施形態は、より詳細に後述する電力供給部１４（１）、１４（２）、１４（３）、または１４（４）を含み得る。複数の事例の電力供給部１４（１）、１４（２）、１４（３）、および／または１４（４）を電力供給部１４が含んでもよいことを理解されたい。
【００３４】
図４は、少なくとも１つの事例の電池１０６０を含む電力供給部１４（１）を概略的に示す。電池１０６０は、任意選択により、１つ以上のコンデンサによって補完されるか、または１つ以上のコンデンサに置換されてもよい。電池１０６０は、出力部１００４（３）および１００４（４）を介して電流を負荷（例えば、加熱器１０）に提供するように動作可能である。電力供給部１４（１）は、出力部１００４を２つだけ含んで図示されるが、電力供給部１４（１）は、２つを上回る出力部１００４を有してもよい。
【００３５】
電池１０６０は、充電池の技術分野において既知であるように、鉛酸蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、またはニッケル水素電池であり得る。電力供給部１４（１）は、電池１０６０の出力電圧を調節するために、調節サブシステム（図示せず）を、任意選択により含んでもよい。調節サブシステムは、線形調節器および／または切り替え電力変換器を含んでもよい。図４のような電池の実施形態は、電力供給部入力部１００２（３）および１００２（４）からの高瞬時電力流出を回避する際に有利である。本実施形態では、充電器１０６２が、電力パルス間に電池１０６０を再充電するかなりの時間を有するため、充電器１０６２は、平均負荷を提供しさえすればよい。
【００３６】
充電器１０６２は、その充電が部分的または全体的に消耗される場合に、電池１０６０を再充電するために、電力供給部１４（１）に任意選択により含まれてもよい。充電器１０６２は、電源に接続可能である入力部１００２（例えば、入力部１００２（３）および１００２（４））により電力供給される。このような電源の例として、建物または自動車の電力分配サブシステムが挙げられる。電力供給部１４（１）は、２つの入力部１００２を有して図４に図示されるが、電力供給部１４（１）は、２つを上回る入力部１００２を有してもよい。さらに、電力供給部１４（１）が充電器１０６２を含まない場合、電力供給部１４（１）は、いかなる入力部１００２も含む必要はない。
【００３７】
図５は、電子切り替え式電力供給部である電力供給部１４（２）を概略的に示す。切り替え式電力供給部は、「電子回路用変成器」とも呼ばれ得る。電力供給部１４（２）は、少なくとも１つの事例の切り替え要素１０６４および／または切り替え要素１０６６を含む。また、電力供給部１４（２）は、少なくとも１つの事例の磁気要素１０６８も含む。磁気要素１０６８は、図５において変成器として示されるが、磁気要素１０６８は、インダクタであってもよい。切り替え要素１０６４および／または切り替え要素１０６６は、フライバックコンバータ、フォワードコンバータ、ハーフブリッジコンバータ、フルブリッジコンバータ、バックコンバータ、ブーストコンバータ、および／またはバック／ブーストコンバータを含むがこれらに限定されない切り替え電力トポロジを実装するために、磁気要素１０６８と連動して構成される。切り替え式電力供給部１４（２）は、入力電源１００２（５）、１００２（６）（例えば、交流（「ＡＣ」）電源または直流（「ＤＣ」）電源）を、端子１００４（５）、１００４（６）を介して電流を負荷（例えば、加熱器１０）に提供するように動作可能である出力電源に変換する。
【００３８】
図６は、少なくとも１つの事例のライン周波数変成器１０７０を含む電力供給部１４（４）を概略的に示す。ライン周波数変成器１０７０は、通常は、スイッチ１０７１を介してライン周波数電源に接続される入力部１００２（７）、１００２（８）を有し、ライン周波数電源は、建物または電力会社の電力分配システムであり得る。スイッチ１０７１は、１つ以上のＭＯＳＦＥＴまたは他の半導体素子を組み込む電子スイッチであり得る。ライン周波数変成器１０７０は、負荷（例えば、加熱器１０）に接続され得る端子を有するため、電力供給部１４（４）は、ライン周波数電源から負荷に電力供給し得る。電力供給部１４（４）は、ライン周波数電源からの電力を、負荷に適合する形式に変換し得る。ライン周波数電源は、通常は、１，０００ヘルツ（「Ｈｚ」）未満の周波数を有するＡＣ電源である。例えば、ライン周波数電源は、電気会社により提供され、５０ヘルツまたは６０Ｈｚの周波数を有し得る。ライン周波数変成器は、しばしば、電力分配システムに直接接続されるように意図される。例えば、ライン周波数変成器は、２０８ボルト（「Ｖ」）から、建物の６０Ｈｚの電力分配システムを直接動作させるように意図され得る。ライン周波数変成器１０７０に加え、電力供給部１４（４）は、追加の電力を調整およびフィルタリングする構成要素１０６９を含み得る。
【００３９】
ライン周波数変成器１０７０（図６）は、切り替え式電力供給部変成器１０６８（図５）とは対照的である。切り替え式電力供給部１４（２）（図５）等の切り替え式電力供給部は、一般的に、何十キロヘルツ以上の周波数で動作し、したがって、切り替え式電力供給部変成器は、概して、何十キロヘルツ（例えば、１００ｋＨｚ）で動作するように意図され、一方、ライン周波数変成器は、何十ヘルツ（例えば、５０Ｈｚ）で動作するように意図される。
【００４０】
次に、電力供給部１４（２）および１４（４）に使用される変成器の設計考察について説明する。図７は、ライン周波数変成器１０７０（図６）または切り替え式電力供給部変成器１０６８（図５）を表し得る変成器１０７２を概略的に示す。一定の縮尺で示されない変成器１０７２は、コア１０７８により磁気的に連結される巻線１０７４および１０７６を含む。変成器１０７２は、巻線を２つだけ含んで図示されるが、変成器１０７２は、２つを上回る巻線を含んでもよい。さらに、コア１０７８は、図７に示す構成とは異なる構成を有してもよく、薄鋼板もしくは鋼積層から、または粉末状の鉄を含有する「フェライト」複合材料もしくはセラミック材料から作製されてもよい。
【００４１】
変成器１０７２の巻線（例えば、巻線１０７４および１０７６）は、十分低い電気抵抗を呈する任意の導電体から作製されてもよく、所望の形状に形成可能である（例えば、巻線は、コア１０７８に巻回可能である）。例えば、巻線は、銅またはアルミニウムから作製されてもよく、中実、撚線状、または中空の管状導体から作製されてもよい。銅が、アルミニウムよりも低い電気抵抗および高い熱伝導性を有し、これにより、後述のように、所与のサイズの変成器１０７２がより大きな負荷電流に対応可能になることから、銅は、いくつかの用途においてアルミニウムより好適であり得る。一実施形態では、１０７２の２次巻線１０７６は、銅ワイヤから作製され、別の実施形態では、１０７２の２次巻線１０７６は、合金冷凍管をコア１０７８の周辺に直接巻き付けることによって形成される。
【００４２】
変成器１０７２の巻線（例えば、巻線１０７４および１０７６）は、絶縁体によって電気的に絶縁され、絶縁体は、図示を明瞭にするために示されない。巻線の絶縁体は、定格電圧および定格温度を含む特性によって特徴付けられ得る。定格電圧は、絶縁が失敗する許容不可能な危険が発生する前に、絶縁体において印加可能である最大電圧である。高定格電圧の絶縁体を有する変成器は、対応する高電圧が１つ以上の巻線に印加される可能性がある用途において有利に使用され得る。
【００４３】
１次巻線１０７４は、入力電力供給部に接続され、巻線１０７４における入力電力供給部からの電流は、磁束を生成する。コア１０７８は、相当量の磁束を指向し、負荷（例えば、加熱器１０）に接続される２次巻線１０７６に磁束が連結するようにする。磁束は、負荷に電力供給する２次巻線１０７６において電流を誘起する。
【００４４】
コア１０７８は、変成器１０７２の巻線（例えば、巻線１０７４および１０７６）に磁気的に連結するように意図される。したがって、コア１０７８は、比較的低い磁気抵抗を有し、複数の鋼積層または１つ以上の粉末状の鉄および／またはフェライトコア構造を含む材料から構築されてもよい。
【００４５】
コアのサイズは、概して、変成器の動作周波数によって主に支配され、動作周波数が高いと、概して、コア１０７８が小さいサイズを有することが可能になる。変成器のサイズは、そのコアのサイズに大きく依存するため、変成器１０７２は、低周波数で動作するように意図される場合には比較的大きく、高周波数で動作するように意図される場合には比較的小さくてもよい。したがって、両方の変成器が同等の定格電流および定格電圧を有する場合、ある事例のライン周波数変成器１０７０は、ある事例の切り替え式電力供給部変成器１０６８よりも大幅に大きくなり得る。
【００４６】
変成器１０７２は、最大の定格電圧および定格電流を有する。巻線１０７４および／または１０７６に印加可能である最大電圧である最大定格電圧は、巻線１０７４および／または１０７６上の絶縁が破壊および破滅される電圧（「破壊電圧」）によって主に支配される。変成器１０７２の最大定格電圧は、巻線１０７４および／または１０７６がその破壊電圧に近似しないように選択される。
【００４７】
変成器１０７２の最大定格電流は、変成器１０７２の最大安全動作温度から主に決定される。最大安全動作温度は、その温度を超えると、巻線１０７４および／または１０７６上の絶縁が破壊する許容不可能な危険が発生する動作温度である。変成器１０７２は、変成器１０７２において損失されるエネルギーにより動作中に加熱し、このような損失エネルギーは、単に損失と呼ばれ得る。変成器１０７２の最大連続定格電流は、大気温度を含む特定の動作条件下で、変成器１０７２がその最大安全動作温度を上回らずに、変成器１０７２が連続的に提供可能である最大量の電力である。
【００４８】
損失のうちの１つの成分は、巻線１０７４および１０７６を流れる電流から生じる巻線損失であり、この場合、両巻線は、ゼロを上回る抵抗を有する。巻線損失は、電流Ｉを２乗し、かつ巻線の抵抗Ｒで乗算することによって推定され得る。しかしながら、抵抗Ｒが電流Ｉの周波数の関数として変動し得ることを理解されたい。巻線損失は、変成器１０７２の設計が最適化される場合、具体的には、変成器１０７２が比較的低い周波数で動作する場合に、支配的な損失であり得る。
【００４９】
損失のうちの別の成分は、コア１０７８内の磁束の変化によりコア１０７８内で損失されるエネルギーをもたらすコア損失である。したがって、コア損失は、概して、変成器１０７２の動作周波数が増加すると増加する。ゆえに、コア損失は、変成器１０７２が低周波数で動作する場合、比較的小さくなり得る。また、コア損失は、コアが構築される材料に応じて変動し、概して、薄鋼板または鋼積層コアよりもフェライトコアでは、高周波数において小さくなる。
【００５０】
図６の電力供給部１４（４）を再び参照すると、ライン周波数変成器１０７０は、上述のように、対応する切り替え式電力供給部変成器よりも大きくなり得る。しかしながら、比較的大きいサイズのライン周波数変成器１０７０は、大きい熱容量を有するライン周波数変成器１０７０を本質的にもたらし、大きい熱容量を有するライン周波数変成器１０７０は、小さい熱容量を有する変成器（例えば、切り替え式電力供給部１４（２）の変成器１０６８（図５））よりも、熱源への暴露時にゆっくりと加熱する。結果として、ライン周波数変成器１０７０（図６）は、切り替え式電力供給部変成器１０６８よりも良好に、過渡熱加熱に耐えることが可能であり得る。
【００５１】
上述のように、変成器の最大連続定格電流は、特定の動作条件下において、その最大安全動作温度を上回らずに、変成器が連続的に供給可能である最大の電流の大きさである。しかしながら、上述のように、ライン周波数変成器１０７０は、比較的大きい熱容量を有する。ゆえに、ライン周波数変成器１０７０は、その最大連続定格電流を大幅に上回る電流を、短期間の間、供給することが可能である。ゆえに、電力供給部１４（４）は、電流が引き込まれ、かつライン周波数変成器１０７０がその最大安全動作温度を上回ることを防止するために電力供給部１４（４）のデューティサイクルが十分低い限り、ライン周波数変成器１０７０の最大連続定格電流を上回って電流パルスを有利に供給し得る。上述のように、および詳細に後述するように、多数のパルス電熱氷剥離の実施形態は、何十秒から何十分持続する電流のパルスを電力供給部１４が提供することを必要とするだけであり、この場合、各パルスは、小デューティサイクルを有する。したがって、多数のパルス電熱氷剥離の実施形態では、電力供給部１４（４）を使用してもよく、この場合、電力供給部１４（４）により提供される電流パルスの大きさは、ライン周波数変成器１０７０の最大連続定格電流を上回る。
【００５２】
再び図５の電力供給部１４（２）を参照すると、切り替え式電力供給部変成器１０６８は、概して、ライン周波数変成器（例えば、ライン周波数変成器１０７０、図６）と比べて比較的小さい。ゆえに、切り替え式電力供給部変成器１０６８は、概して、ライン周波数変成器よりも小さい熱容量を有し、切り替え式電力供給部変成器１０６８は、ライン周波数変成器と同じ大きさのパルス電流に対応することが不可能である。しかしながら、その有効質量を増加させ、かつさらなる大きさ、持続時間、および／またはデューティサイクルを有する電流パルスに適応可能にするために、放熱材料を切り替え式電力供給部変成器１０６８に適用することが可能である。
【００５３】
同様に、切り替え式電力供給部に必要とされる切り替え要素１０６４および１０６６の電力工学／機器は、通常は、少なくとも一部の熱容量を提供する放熱板に装着される。切り替え要素１０６４および１０６６の定格能動電子構成要素に関する主な考察は、能動機器のシリコン接合を過度に高い温度に暴露することを回避することである。
【００５４】
通常は、シリコントランジスタ、トライアック、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、ならびに切り替え要素１０６４および１０６６の他の能動構成要素は、最大定格電流と、最大定格電力消費との両方を有する。最大定格電流は、構成要素の短期間電力処理能力を表し、一方、最大定格電力消費は、機器パッケージ、取り付けられた放熱板、および気流に依存し、長期間電力処理能力を表す。
【００５５】
放熱板およびファン（特に、多数のワットを処理可能であるもの）は、高価であり、重くてかさ張る。多数の能動機器は、その最大定格電力消費により標示される電力処理能力をかなり上回る短期間電力能力を標示する最大定格電流を有する。ゆえに、切り替え要素１０６４および１０６６のシリコン能動機器が、負荷への連続的な電力の代わりに、短期パルスを負荷に提供するように設計される場合、機器パッケージ、放熱板、および冷却ファンにおいて節約することが可能である。
【００５６】
再び図７を参照すると、変成器１０７２の追加の設計考察について説明する。変成器１０７２が、小デューティサイクルを有して動作するライン周波数変成器１０７０を表す場合、電流パルスが低デューティサイクルを有する際に、電流パルスを負荷（例えば、加熱器１０）に提供するために、高流束密度（但し、飽和未満）および高巻線電流密度により、変成器１０７０を動作させることが有利であり得る。
【００５７】
巻線電流密度は、変成器１０７２の特定の巻線におけるピーク電流として定義される。巻線電流密度は、過剰に加熱ひいては溶解せずに、および／またはその最大安全動作温度を超えて変成器１０７２の温度を上昇させずに、巻線が搬送可能である電流の量によって制限される。巻線電流密度の増加は、連続用途に比べて、低デューティサイクル用途において許容される。
【００５８】
本書において、その連続出力電流容量よりも少なくとも２倍大きいパルス化出力電流を提供する能力を有する電力供給部は、断続使用電力供給部である。
【００５９】
図８Ａは、パルス電熱氷剥離装置２０（図９、図１０参照）の一部分Ａを示す。装置２０を含む冷凍ユニット（図示せず）は、管４に冷却剤８を流す。熱は、冷凍ユニットから冷却剤８に伝達する。冷却フィン２は、熱伝達を促進するために管４と熱的接触する。氷６（１）は、水蒸気から管４および／またはフィン２の表面上に凝縮し得る。氷６（１）は、熱伝達を妨げる。装置２０は、管４および／またはフィン２の表面から氷６（１）を定期的に剥離し、このようにして冷却効率を促進する。図８Ｂは、管４およびフィン２から氷６（１）が剥離された後の部分Ａを示す。
【００６０】
図９は、パルス電熱氷剥離装置２０（１）を示す。図９は、一定の縮尺で示されない。冷却剤８（図８Ａ、図８Ｂ参照）は、冷却剤管４（１）を流れ、管４（１）と熱的接触する冷却フィン２（１）は、冷却剤への熱伝達を促進する。冷却剤管４（１）および冷却フィン２（１）は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。Ａと表示される場所は、図８Ａおよび図８Ｂに図示される部分Ａを表す。氷６（１）（図８Ａ、図８Ｂ参照）は、冷却剤管４（１）およびフィン２（１）のうちの一方または両方の上に成長し得る。装置２０（１）において、フィン２（１）は、図１の加熱器１０の例である。数個のフィン２（１）のみが、図示を明瞭にするために図９に示される。フィン２（１）は、導電性であり、スイッチ１２（１）および１２（２）ならびに接地１６の間で、図示するように蛇行構成で接続する。管４（１）は、電気絶縁体または導電体から形成され得るが、導電体から形成される場合、管４（１）は、フィン２（１）から実質的に電気的に絶縁される。管４（１）とフィン２（１）との間の電気的絶縁は、例えば、金属酸化物（例えば、陽極酸化塗膜）、ポリマー、複合材料、および／または他の誘電体等の材料を管４（１）とフィン２（１）との間に介在させることによって達成され得る。フィン２（１）は、加熱器区分７（１）および７（２）を形成する。
【００６１】
氷剥離が所望される場合、スイッチ１２（１）および／または１２（２）は閉鎖し、端子１８（１）および１８（２）において入手可能である電力を加熱器区分７（１）および／または７（２）にそれぞれ印加する。スイッチ１２（１）および１２（２）は、電気機械的な継電器であり得るか、または電子スイッチであり得る。電力は、フィン２（１）において熱を生成し、氷６（１）を剥離する。装置２０（１）において、管４（１）は、直接（例えば、電気的に）加熱されないが、フィン２（１）との熱的接触によって管４（１）が加熱されるため、管４（１）上の氷は剥離する。２つの加熱器区分７（１）および７（２）へのフィン２（１）の組織化は、単に例示的であり、他の実施形態では、フィンが１つのみの加熱部分に組織化されてもよく、または２つを上回る加熱器区分に組織化されてもよいことを理解されたい。
【００６２】
パルス電熱氷剥離装置２０（１）を含む冷凍ユニットは、冷却剤源に接続される弁を閉鎖するが、引き続き冷凍圧縮機を稼動することによって、氷剥離前に、管４（１）から冷却剤８を排出し得る。氷剥離前に管４（１）から冷却剤８を排出することは、氷剥離中に生成される熱が管４（１）およびフィン２（１）の熱容量だけに作用し、熱が冷却剤の加熱に浪費されないために有利であり得る。冷却剤を加熱しないことによって、氷剥離が加速し、印加しなければならない全体の熱が減少するため、冷凍を再開する際に冷却剤の再冷却に必要な電力が低減される。
【００６３】
装置２０（１）を利用する冷凍またはフリーザユニットの他の過程が、氷剥離と連携することを理解されたい。例えば、冷凍またはフリーザユニットがファンを利用して熱を装置２０（１）に伝達する場合、ファンは、氷剥離中に停止し得る。個々のファンが氷剥離を受ける区分（例えば、区分７（１）または７（２））に隣接して配置される場合、氷剥離を受ける区分に隣接するファンは停止してもよく、一方、他の区分に隣接するファンは動作を継続してもよい。
【００６４】
図１０は、パルス電熱氷剥離装置２０（２）を示す。図１０は、一定の縮尺で示され得ない。冷却剤８（図８Ａ、図８Ｂ参照）は、冷却剤管４（２）を流れ、管４（２）と熱的接触する冷却フィン２（２）は、冷却剤への熱伝達を促進する。数個のフィン２（２）のみが、図示を明瞭にするために図１０に示される。冷却剤管４（２）および冷却フィン２（２）は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。Ａと表示される場所は、図８Ａおよび図８Ｂに図示される部分Ａを表す。氷６（１）（図８Ａ、図８Ｂ参照）は、冷却剤管４（２）およびフィン２（２）のうちの一方または両方の上に成長し得る。装置２０（２）において、管４（２）は、図１の加熱器１０の例である。管４（２）は、スイッチ１２（３）、１２（４）、および１２（５）ならびに接地１６の間で接続する。フィン２（２）は、電気絶縁体または導電体から形成され得るが、導電体から形成される場合、フィン２（２）は、管４（２）から実質的に電気的に絶縁される。管４（２）とフィン２（２）との間の電気的絶縁は、例えば、金属酸化物（例えば、陽極酸化塗膜）、ポリマー、複合材料、および／または他の誘電体等の材料を管４（２）とフィン２（２）との間に介在させることによって達成され得る。管４（２）は、加熱器区分７（３）、７（４）、および７（５）を形成する。
【００６５】
氷剥離が所望される場合、スイッチ１２（３）、１２（４）、および／または１２（５）は閉鎖し、端子１８（３）において入手可能である電力を加熱器区分７（３）、７（４）、および／または７（５）にそれぞれ印加する。電力は、管４（２）において熱を生成し、氷６（１）を剥離する。装置２０（２）において、フィン２（２）は、直接（例えば、電気的に）加熱されないが、管４（２）との熱的接触によってフィン２（２）が加熱されるため、フィン２（２）上の氷は剥離する。３つの加熱器区分７（３）、７（４）、および７（５）への管４（２）の組織化は、単に例示的であり、他の実施形態では、管が３つ未満または３つを上回る加熱器区分に組織化されてもよいことを理解されたい。
【００６６】
上述の装置２０（１）のように、装置２０（２）を含む冷凍ユニットは、冷却剤の加熱に熱を浪費することを回避するために、氷剥離の前に冷却剤８を排出し得る。一代替案では、区分７（３）、（４）、および７（５）は、管４（２）の区分として画定されるため、弁および管は、除霜されていない区分における流動と、除霜されている区分からの冷却剤の断熱および／または排出を冷却剤が継続可能であるように設けられ得る。装置２０（２）を利用する冷凍またはフリーザユニットにおいて動作する他の特徴（装置２０（１）に関連して上述するファン等）が氷剥離と連携することを理解されたい。
【００６７】
別の代替案では、装置２０（２）は、管４（２）を通る冷却剤の移動に区分が「後続」するように、区分における氷を剥離してもよい。例えば、図１０の実施形態では、冷却剤は、通常、区分７（３）、（４）、および７（５）を通って、順に移動し得る。冷却剤が管４（２）を通って移動する速度は、装置２０（２）を含むユニットの冷凍システム設計から決定可能である。冷却剤が、通常、管４（２）を流れる間、装置２０（２）は、第１のパルスの電力を区分７（３）に印加してもよく、第１のパルスの持続時間は、区分７（３）から氷を剥離するのに十分である。区分７（３）における冷却剤は、第１のパルスにより生成される熱の一部を吸収する。装置２０（２）は、その後、冷却剤が管４（２）を通って移動する速度を把握して配置される時間遅延の後に、第２のパルスの電力を区分７（４）に印加し、第１のパルス中に区分７（３）にあった冷却剤が、第２のパルス中に区分７（４）にあるようにする。第１のパルス中に区分７（３）における冷却剤により吸収された熱は、第２のパルス中の区分７（４）の加熱に役立ち、区分７（４）からの氷の剥離に必要な第２のパルスの持続時間を減少させ得る。装置２０（２）は、その後、冷却剤が管４（２）を通って移動する速度を把握して配置される時間遅延の後に、第３のパルスの電力を区分７（５）に印加し、第２のパルス中に区分７（４）にあった冷却剤が、第３のパルス中に区分７（５）にあるようにする。第１および第２のパルス中に区分７（３）および７（４）における冷却剤により吸収された熱は、第３のパルス中の区分７（５）の加熱に役立ち、区分７（５）からの氷の剥離に必要な第３のパルスの持続時間を減少させ得る。本明細書に説明する方法が、冷却剤が順番に流れる任意の数の区分について冷却剤を繰り返してもよいことを理解されたい。
【００６８】
図１１は、パルス電熱氷剥離装置２０（３）を示す。図１１は、一定の縮尺で示され得ない。冷却剤８（図８Ａ、図８Ｂ参照）は、冷却剤管４（３）を通過し、管４（３）と熱的接触する冷却フィン２（３）は、冷却剤への熱伝達を促進する。数個のフィン２（３）のみが、図示を明瞭にするために図１１に示される。冷却剤管４（３）および冷却フィン２（３）は、例えば、銅、アルミニウム、もしくはそれらの合金から作製され得るか、または低熱伝導抵抗を有する他の材料から作製され得る。Ａと表示される場所は、図８Ａおよび図８Ｂに図示される部分Ａを表す。氷６（図８Ａ、図８Ｂ参照）は、冷却剤管４（３）およびフィン２（３）のうちの一方または両方の上に成長し得る。装置２０（３）において、管４（３）は、図１の加熱器１０の例である。管４（３）は、３つの加熱器区分７（６）、７（７）、および７（８）を形成するために、スイッチ１２（６）、１２（７）、および１２（８）ならびに接地１６の間で接続する。フィン２（３）は、電気絶縁体または導電体から形成されてもよく、導電体から形成される場合、フィン２（３）は、管４（３）と電気的に接続され得るが、フィン２（３）は、共通加熱器区分内においてのみ接続し、このようにして、加熱器区分において実質的に等電位に配置される。氷剥離が所望される場合、スイッチ１２（６）、１２（７）、および／または１２（８）は閉鎖し、端子１８（４）において入手可能である電力を加熱器区分７（６）、７（７）、および／または７（８）にそれぞれ印加する。電力は、管４（３）において熱を生成し、氷６を剥離する。装置２０（３）において、導電性であり、かつ管４（３）に連結されていたとしても、フィン２（３）を通過する電流がほとんど無いため、フィン２（３）の電気加熱は、発生し得るが、偶発的である。主に、フィン２（３）が管４（３）との熱的接触により加熱されるため、フィン２（３）上の氷は、剥離する（すなわち、図１に関連して上述したように、解凍するか、あるいは完全に溶解および／または蒸発する）。３つの加熱器区分７（６）、７（７）、および７（８）への管４（３）の組織化は、単に例示的であり、他の実施形態では、管が３つ未満または３つを上回る加熱器区分に組織化されてもよいことを理解されたい。
【００６９】
上述の装置２０（１）および２０（２）を含む冷凍ユニットのように、装置２０（３）を含む冷凍ユニットは、冷却剤の加熱に熱を浪費することを回避するために、氷剥離の前に冷却剤８を排出し得る。一代替案では、区分７（６）、（７）、および７（８）は、管４（３）の区分として画定されるため、弁および管は、除霜されていない区分における流動と、除霜されている区分からの冷却剤の断熱および／または排出を冷却剤が継続可能であるように設けられ得る。装置２０（３）を利用する冷凍またはフリーザユニットにおいて動作する他の特徴（装置２０（１）および２０（２）に関連して上述するファン等）は、氷剥離と連携してもよい。装置２０（２）に関連して上述したように、区分を通る冷却剤に氷剥離が「後続」するように時間を計った順番の区分で氷剥離を実行してもよい。
【００７０】
実施例１。単一の１メートルの管を含むパルス電熱氷剥離装置が製造および試験された。管は、１ｃｍの外径と１．４ミリオームの電気抵抗とを有する銅から形成された。装置は、２００個のアルミニウムのフィンを含み、各フィンは、０．１９ｍｍの厚さと４ｃｍｘ４ｃｍの面積とを有し、フィンは、管上で４ｍｍ離間された。Ｔ＝−１０℃の冷たいグリコールを管に流し、管を冷却して、霜を管およびフィン上に形成した。１．４Ｖの電圧および１０００Ａの電流におけるＤＣ電力のパルスは、４秒から５秒の長さであり、装置上に形成されていた霜の全てを剥離した（この場合、溶解した）。
【００７１】
図１２は、冷凍ユニットの冷却剤管および／またはフィンから氷を剥離する過程３０のフローチャートである。過程３０は、例えば、パルス電熱氷剥離装置２０（１）〜２０（３）のいずれかによって実装され得る。ステップ３２において、冷凍ユニットは、冷凍モードで動作する。低温の冷却剤が、冷却剤管を循環して、管および／または冷却フィンを冷却し、熱（例えば、冷凍されるものからの熱または壁を通って拡散するか、もしくはユニットにおける開口部を通って漏出する熱）は、冷凍ユニットから管および／またはフィンに伝達する。冷凍ユニットにおける空気からの水蒸気は、冷却剤管および／または冷却フィン上で氷として凝縮し得る。ステップ３４において、通常の冷凍モードを一時的に中断して、氷の剥離中にエネルギーを保存する。ステップ３４は、任意選択であり、一定の冷凍ユニットにおいて発生しなくてもよい。例えば、ステップ３４は、一定の区分において冷凍を継続する一方で、他の区分が除霜されることが望ましいユニットにおいて発生しなくてもよい。ステップ３６は、電力のパルスを冷却剤管および／または冷却フィンに印加して、剥離される第１の区分において、それらの上に集められた氷を剥離（例えば、解凍、溶解、または蒸発）する。ステップ３６の例として、対応するスイッチ１２（１）〜１２（８）を閉鎖することによって、区分７（１）から７（８）のいずれかの上に蓄積された氷を剥離することが挙げられる。ステップ３８は、氷の剥離が完了したか否か、あるいは冷却剤管および／またはフィンの追加の区分を除霜するべきか否かを決定する。氷の剥離が完了した場合、方法３０は、ステップ３２において通常の冷凍モードを再開する。追加の区分を除霜する場合、任意選択の遅延ステップ３９により、一区分の除霜の際に熱を吸収した冷却剤は、次の区分への移動が可能になり、ステップ４０は、次の区分を除霜し、次に、方法３０は、ステップ３８に戻り、氷の剥離が完了したか否かに関する決定を繰り返す。
【００７２】
Ｎ個の区分を有する図１１のような実施形態では、区分の各々は、Ｐ秒毎におけるＭ秒の間、スイッチ１２（１〜８）による順番スケジュールで、氷剥離のために電力を受信し、電力供給部の結果として生じるデューティサイクル要件は、Ｎ＊Ｍ／Ｐである。例えば、３つの区分を有し、その各々が１５分毎に３０秒の間除氷される実施形態は、１０パーセントの負荷デューティサイクルに対応可能である電力供給部を必要とする。
【００７３】
あるいは、各区分に、別々の専用電力供給部（図示せず）が設けられてもよい。本実施形態では、各専用電力供給部は、Ｍ／Ｐの負荷デューティサイクルに対応可能でなければならない。例において、３つの区分を有し、その各々が１５分毎に３０秒の間除氷され、その各々に専用電力供給部が設けられる実施形態では、各電力供給部は、３と１／３％の負荷デューティサイクルに対応しさえすればよい。
【００７４】
図１３は、管およびフィンの組み立て体６２０の配列を有する熱交換器６００の一実施形態を示し、各組み立て体６２０は、図示するように、管６０６上に装着されるフィン６０４を有する。通常の動作において、冷却される気体は、矢印の方向６１４に流れ、一方、冷却剤は、矢印６１２の方向に管６０６を流れる。各管６０６は、スイッチ６１０を介して電源６０８に接続し、スイッチ６１０の閉鎖時に、電流が管６０６を流れて熱を生成し、それによって熱交換器６００を除氷するように動作するようにする。図１３において、図示を明瞭にするために、電気接続を含む管６０６が１つだけしか示されない。短電流パルスが管６０６を通過する場合、管６０６の壁内においてジュール熱が生成される。管６０６とフィン６０４との間の熱抵抗が極めて低いため、高速の熱拡散がフィン６０４において発生する。したがって、管６０６に生成されるジュール熱は、フィン６０４に急速に伝播し、熱交換器６００上に成長した氷および／または霜を溶解する。
【００７５】
図１４は、図１３の１つの管およびフィンの組み立て体６２０の断面図を示し、熱伝達計算で利用される一定の幾何学的形状定義を示す。以下の例は、熱拡散の速度を示す。ある材料における熱拡散距離、ＬＤ，は、以下によって求められる。
【００７６】
【数４】
式中、
【００７７】
【数５】
式中、ｔは時間であり、αは、材料の熱拡散率であり、κは、材料の熱伝導率であり、ρは、材料の密度であり、Ｃｐは、材料の熱容量である。
【００７８】
図１５は、室温における純アルミニウムについての熱拡散距離（ｍ）対時間（ｓ）を示すチャートを示す。具体的には、図１５は、熱が、１秒で１．８ｃｍを超え、５秒で３．９ｃｍを超えてアルミニウムにおいて拡散することを示す。したがって、この拡散距離は、熱が管６０６内で生成される場合に、約１秒でフィン６０４（フィン６０４は通常のサイズを有する）を加熱するのに十分である。
【００７９】
本実施形態は、冷凍業界で現在用いられる広範な熱交換器内における使用を促進する。例えば、フィン６０４の形状は、環状、４角形、ピン状等のうちの１つ以上であってもよい。フィン６０４および管６０６は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、導電性ポリマー、または他の合金のうちの１つ以上から作製されてもよい。ステンレス鋼管は、例えば、ステンレス鋼が比較的高い電気抵抗を有するため、抵抗加熱を促進するために使用され得る。他の金属および合金も使用してもよい。
【００８０】
図１、図２、図４、図５、図６、および図７を参照して前述したように、電力供給部６０８は、十分な電力を供給可能であるＤＣまたはＡＣ電力供給部であり、一定の実施形態では、電力供給部６０８は、低電圧、高電流の電力供給部である。例えば、電力供給部６０８は、図４に示すような電池、超コンデンサの列、図６に示すような降圧変成器の電力供給部、図５に示すような電子回路用降圧変成器等のうちの１つ以上であってもよい。一実施形態では、管６０６の電気抵抗が、高周波数電流の搬送時の表皮効果により増加し得るため、電力供給部６０８は、有益である高周波数電流を産生する。
【００８１】
より均一な電気加熱を生成するために、フィン６０４は、管６０６から電気的に絶縁される一方で、管６０６との良好な熱的接触を維持してもよい。例えば、アルミニウム表面上の薄膜陽極酸化層、ポリマーの薄膜層、またはエポキシ接着剤は、このような電気的絶縁を形成してもよい。
【００８２】
上記例において示すように、このようなパルス加熱は、基本の管における液体触媒との対流熱交換により、および熱交換器の外面における空気により、熱損失を制限する。この熱損失の最小化によって、平均電力要件が減少し、熱交換器６００を停止せずに（すなわち、フリーザ、冷却器、または空調機器を停止せずに）除氷および除霜が可能になる。十分な周波数を有する加熱パルスを印加することによって、フィンおよび管の外面上に成長する氷または霜の薄膜層が溶解され、このようにして、熱交換器の表面が実質的に氷および霜を含まずに維持される。したがって、このようなパルス加熱によって、熱交換器の性能および信頼性が改善され得る（必要とされる起動および停止サイクルを低減することによって）。さらに、このようなパルス加熱によって、除氷に必要な電力が低減され、除氷中の温度変動が最小化されることにより、冷蔵庫に保管される食物の賞味期限が延び得る。
【００８３】
アルミニウムから作製され、かつ通常の寸法、つまり、１ｃｍの管６０６の内径、０．３０ｍｍの管６０６の壁厚さ、３６ｍｍのフィン６０４の直径、０．５ｍｍのフィン６０４の厚さ、および４ｍｍのフィン６０４間の空間を有する図１３の熱交換器６００について考察する。このような熱交換器は、約３３０ｇ／ｍの質量（管６０６のメートル長さ当たり）と、０．４７ｍ２／ｍ（管のメートル長さ当たりの平方メートル）の総表面積（フィン６０４＋管の外面）とを有する。管６０６における冷媒の温度が−１８℃であると仮定すると、管６０６の内面における対流熱交換速度は、１０００Ｗ／（ｍ２・Ｋ）であり、大気温度は、＋５℃であり、空気と熱交換器６００の外面との間の対流熱交換係数は、６５Ｗ／（ｍ２・Ｋ）である。
【００８４】
図１６に示すように、３Ｖ／ｍの電場が管６０６に印加される場合、０℃を上回ってアルミニウムの表面を加熱するのにかかる時間は１．４秒未満である。アルミニウムの表面が０℃を超えると、アルミニウムの表面上に形成される任意の氷または霜が溶解し始める。
【００８５】
【表１】
（境界条件）
【００８６】
【表２】
（電気的パラメータ）
【００８７】
【表３】
【００８８】
熱交換器の停止時のパルス加熱中の熱交換器の温度は、
【数６】
により決定され、中断しない熱交換器の動作時のパルス加熱中の熱交換器の温度は、
【００８９】
【数７】
により決定され、式中、
【００９０】
【数８】
であり、
【００９１】
【数９】
である。
【００９２】
図１６は、上記に列挙した仮定に従い、動作中に加熱パルスにより電力供給される場合と、冷却ポンプおよびファンを停止した状態で加熱パルスにより電力供給される場合との熱交換器６００についてシミュレートされた温度対時間を図示するチャートを示す。具体的には、図１６は、不断の動作中に霜の溶解が開始するのにかかる時間が１．４秒未満であることから、冷却剤ポンプまたはファンを停止せずに除霜の実行が成功され得ることを示す。本例では、１．６７１ｋＷの加熱電力を生成する熱交換管（例えば、管６０６）の１メートルの区分に３Ｖを印加する。管は、３Ｖの印加で５５７．００４Ａを伝導する。図１７は、氷を剥離するパルスシステムとして構成される熱交換器６５０を斜視図で示す。熱交換器６５０は、例えば、金属または電気的および熱的に導電性のポリマーから形成され得る。表面６５４（１）および６５４（２）は、冷却剤を循環させることによって冷却される。空気は、冷却表面６５２、６５６（１）、および６５６（２）と、本図面において隠れている表面６５２および表面６５４（２）の反対の対応する冷却表面とを通過して、矢印６６２の方向に循環する。熱は、空気から熱交換器の冷却表面に通過し、次いで、冷却剤に通過し、氷が冷却表面上に形成され得る。薄膜氷検出器６５３が、氷および／または霜の存在を検出するために、冷却表面のうちの１つ以上、例えば、冷却表面６５２に取り付けられ、氷または霜の厚さを測定してもよい。上面６５８および底面６６０は、氷がその上に形成されないように断熱される。
【００９３】
図１８は、氷６（２）が蓄積され、かつ電力供給部１４およびスイッチ６６６に接続される熱交換器６５０の上面図を示す。動作中、熱交換器６５０は、空気を冷却し、氷６（２）を蓄積し得る。次いで、スイッチ６６６を閉鎖し、電流の加熱パルスを熱交換器６５０に送り、加熱パルスの電力および持続時間は、パルスからのかなりの熱が氷６（２）および熱交換器６５０の冷却表面に消散する前に、氷と物体との界面を溶解するように制御可能である。熱交換器６５０が、垂直に配向される場合（例えば、図１７および図１８に示すように）、加熱パルスが印加された後に、重力によって氷６（２）が熱交換器６５０から離れて摺動することが可能である。
【００９４】
図１９は、氷を剥離するパルスシステムとして構成される熱交換器６７０を示す。熱交換器６７０は、空気チャネル６７２を形成し、空気チャネル６７２において、熱は、空気から、入口６７４において交換機６７０に進入し、かつ出口６７６において交換器６７０から退出する冷却剤に通過する。点線Ｆ１４〜Ｆｌ４は、図２０に示す断面平面の上部を示す。
【００９５】
図２０は、点線図１９におけるＦ１４〜Ｆｌ４から垂直に下方に延出する平面から取られた熱交換器６７０の断面図を示す。空気は、矢印６８０方向に熱交換器６７０を流れる。冷却表面６７３は、空気チャネル６７２の側面を形成し、断熱６７８の層は、図示するように、各空気チャネル６７２の上部および底部を断熱する。各冷却表面６７３は、スイッチ６８４を介して電力供給部１４に接続する（図示を明瞭にするために、接続される冷却表面６７３が１つだけしか示されていない）。
【００９６】
動作中、熱交換器６７０は、空気を冷却し、冷却表面６７３上に氷６（３）を蓄積し得る。次いで、スイッチ６８４を閉鎖し、電流の加熱パルスを冷却表面６７３の各々に送り、加熱パルスの電力および持続時間は、パルスからのかなりの熱が氷６（３）、冷却剤、および熱冷却表面６７３に消散する前に、氷と物体との界面を溶解するように制御される。熱交換器６７０が、垂直に配向される場合（例えば、図１９および図２０に示すように）、加熱パルスが印加された後に、重力によって氷６（３）が冷却表面６７３から離れて摺動することが可能である。
【００９７】
熱交換器６５０および６７０の修正が本開示の範囲内にあることを理解されたい。例えば、熱交換器６５０の冷却表面は、図１７および図１８に示す形状とは異なる形状を有してもよく、冷却剤は、熱交換器６５０の管またはチャネルを通ってもよい。冷却表面を電力供給部に接続する代わりに、加熱箔またはフィルムを、熱交換器６５０または６７０の冷却表面に隣接する誘電体層上に配置してもよい。加熱箔またはフィルムと冷却表面との間の空間を封止してもよく、あるいは、加熱箔またはフィルムを冷却表面に熱的接触させるように空間を無くし、氷剥離中に、加熱箔またはフィルムと冷却表面との間の空隙を確立するように加圧されてもよい。冷却表面は、区分を形成し（例えば、熱交換器２０（１）、２０（２）、および２０（３）のように）、このような区分は、全ての区分が所与の時間に加熱パルスを受信しないように、スイッチおよび電力供給部への電気接続を形成し得る。
【００９８】
図２１は、氷を剥離するパルスシステムとして構成されるアコーディオン型熱交換器７００の概略断面図を示す。熱交換器７００では、冷却剤７０６（フロンまたは他の液体）は、熱交換表面を形成する冷却フィン７０４を有する冷却剤管７０２を流れ、周囲空気と熱を交換する。冷却剤管７０２は、フィン７０４内に冷却剤を有するように示されるが、一定の実施形態は、直線的な管またはパイプ（例えば、図２３参照）から側方に延出する熱交換表面を有する冷却管を有してもよい。他の実施形態では、管またはパイプは、熱交換表面を形成するために蛇行形状またはジグザグ形状を帯びてもよい（例えば、図２５参照）。冷却フィン７０４上で形成され得る氷６（４）は、パルス除氷により除去可能である。電力供給部１４は、スイッチ７０８の閉鎖時に、電流の加熱パルスを熱交換器７００に送り、加熱パルスは、フィン７０４と氷６（４）との間に形成される氷と物体との界面を少なくとも溶解し、加熱パルスは、全ての氷６（４）も溶解し得る。単位面積当たりの加熱の通常の密度は、約５ＫＷ／ｍ２から約１００ＫＷ／ｍ２であり得る。電流の大きさおよびパルス持続時間は、温度、流速、および冷却剤の特性（例えば、密度、熱容量、および熱伝導率）に基づいて調整され得る。通常のパルス持続時間は、約０．１秒から１０秒であり得る。
【００９９】
電力供給部１４は、図１において１４として図示され得る。具体的には、電力供給部１４は、図４に示すような電池、図６に示すようなライン周波数変成器、または図５に示すような電子回路用変成器を組み込んでもよい。スイッチ７０８は、半導体型（パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ等）、機械的スイッチ、電磁スイッチ、または上記の任意の組み合わせであってもよい。次いで、加熱パルスの後に残存する固い氷６（４）は、重力によって（例えば、氷６（４）は、フィン７０４から離れて摺動し得る）、または熱交換器７００に対する擦過、振動、もしくは空気吹き込み等の機械的作用によって、除去されてもよい。振動は、例えば、任意選択の小型の電気モータ７１２およびクランク軸７１４によって、任意選択の電磁バイブレータ７１６によって、または冷却剤７０６への圧力振動を誘起することによって提供可能である。
【０１００】
図２２は、冷却剤管７２０を形成するために取り付けられる箔座金７２２の断面図を示す。冷却剤管７２０は、例えば、冷却剤管７０２（図２１参照）として使用されてもよい。箔座金７２２は、例えば、内径が１インチで外径が３インチの４ミルのステンレス鋼の箔座金であってもよく、その外側縁７２４および内側縁７２６においてはんだ付けされるか、またはスポット溶接される。したがって、各座金７２２は、熱交換表面を形成する（例えば、対の座金は、図２１の１つの冷却フィン７０４を形成する）。
【０１０１】
図２３は、冷却剤管７３０を形成するために、直線的なパイプ７３４に取り付けられる箔座金７３２の断面図を示す。冷却剤管７３０は、例えば、冷却剤管７０２（図２１参照）として使用されてもよい。箔座金７３２は、例えば、内径が１インチで外径が３インチの４ミルのステンレス鋼の箔座金であってもよく、その外側縁７３６および内側縁７３８においてはんだ付けされるか、またはスポット溶接され、また、座金７３２は、パイプ７３４にもはんだ付けまたは溶接される。したがって、各対の座金７３２は、冷却フィン（例えば、冷却フィン７０４、図２１）を形成する。パイプ７３４および座金７３２の相対的な壁厚さは、電力のパルスが図２１に示すように誘起される場合に、類似の密度の加熱電力、Ｗを有するように選択され得る。
【０１０２】
図２４は、氷を剥離するパルスシステムとして構成される別のアコーディオン型熱交換器７４０を示す。熱交換器７４０は、周囲空気との加熱を交換する冷却フィン７４４を含む冷却剤管７４２を有する。冷却フィン７４４上で形成され得る氷６（５）は、熱交換器７２０と同様に熱交換器７４０において作動するパルス電熱氷剥離によって除去可能である。電力供給部１４は、スイッチ７４８の閉鎖時に、電流の加熱パルスを熱交換器７４０に送り、加熱パルスは、フィン７４４と氷６（５）との間に形成される氷と物体との界面を少なくとも溶解し、加熱パルスは、全ての氷６（５）も溶解または蒸発し得る。
【０１０３】
図２５は、氷を剥離するパルスシステムとして構成される別のアコーディオン型熱交換器７６０を示す。熱交換器７６０は、周囲空気との加熱を交換する冷却剤管７６２を有し、冷却剤管７６２は、蛇行型であり、冷却剤は、熱交換表面積を最大化するように冷却剤管７６２の湾曲部７６４を流れる。冷却剤管７６２上で形成され得る氷（図示せず）は、パルス電熱氷剥離によって除去可能である。電力供給部１４は、スイッチ７６８の閉鎖時に、電流の加熱パルスを熱交換器７６０に送り、加熱パルスは、フィン７６４と氷との間に形成される氷と物体との界面を少なくとも溶解し、加熱パルスは、全ての氷も溶解し得る。
【０１０４】
熱交換器７３０、７４０、および７６０の修正が本開示の範囲内にあることを理解されたい。例えば、熱交換器７３０、７４０、および７６０の熱交換表面は、図２３、図２４、および図２５に示す形状とは異なる形状を有してもよい。管および／または冷却フィンを電力供給部に接続する代わりに、加熱箔またはフィルムを、このような表面に隣接する誘電体層上に配置してもよい。加熱箔またはフィルムと熱交換表面との間の空間を封止してもよく、あるいは、加熱箔またはフィルムを冷却表面に熱的接触させるように空間を無くし、氷剥離中に、加熱箔またはフィルムと冷却表面との間の空隙を確立するように加圧されてもよい。熱交換表面は、上述のように区分を形成し、区分は、全ての区分が所与の時間に加熱パルスを受信しないように、スイッチおよび電力供給部への電気接続を形成し得る。
【０１０５】
薄壁金属管および箔のパルス加熱は、低電圧（１Ｖから２４Ｖ）、但し高電流（何百または何千アンペア）を有利に利用し得る。より高い電圧（例えば、１２０ＶＡＣまたは２４０ＶＡＣ）の直接使用が好ましい場合、より高い電気抵抗が有利である。より高い抵抗は、加熱器の伝導性膜を冷却管から分離することによって達成可能である。例えば、フィンを含む熱交換器は、陽極酸化アルミニウムから作製されてもよく、薄くて高抵抗性の加熱フィルムが（絶縁）陽極酸化層の上に適用される。加熱フィルムは、ＣＶＤ、ＰＶＤ、電解塗膜、または塗装によって適用可能である。
【０１０６】
図２６は、管状製氷機１００（１）として構成されるパルス電熱氷剥離装置を示す。図２６は、一定の縮尺で示され得ない。Ｂと表示される管状製氷機１００（１）は、図２８においてより詳細に示される。製氷機１００（１）は、さらに後述するように、パルス電熱氷剥離を使用して収集されるリング状の氷６（６）を作製する。製氷管１１０（１）は、フリーザ区画（図示せず）において垂直に配向される。一実施形態では、管１１０（１）は、約３インチから５インチの長さであり、１インチの外径を有し、約１０ミルの壁厚さを有する。管１１０（１）は、例えば、ステンレス鋼、チタン合金、あるいは材料を導電性にするカーボン粒子および／または繊維で充填されるポリマー等の複合材料から作製され得る。噴霧ヘッド１２０は、水１３０を管１１０（１）に噴霧する。一連の熱伝導フィン１４０は、コールドフィンガ１５０からフリーザ区画に熱を伝導し、管１１０（１）の氷成長領域（図２６に示されず、図２８参照）が、水の凝固点未満の温度に達成するようにする。図２６において熱伝達フィン１４０が２つだけしか示されないが、効果的な熱伝達の必要に応じて、より少ないまたは多くのフィン１４０を管１１０（１）の周囲に配置してもよい。コールドフィンガ１５０および熱伝達フィン１４０は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。
【０１０７】
図２８は、管状製氷機１００（１）の部分Ｂをさらに詳細に示す。コールドフィンガ１５０は、管１１０（１）を実質的に取り囲み、管１１０（１）の内部周辺に連続的である対応する氷成長場所１１２（１）を画定する。氷成長領域１１２（１）は、氷分離領域１１５（１）によって分離され、氷は、領域１１５（１）において成長しない。氷分離領域１１５（１）は、コールドフィンガ１５０に隣接しない範囲、または領域１１５（１）において管１１０（１）の温度を上昇させるように設けられ得る温度制御要素１１８として画定されてもよい。例えば、温度制御要素１１８は、領域１１８から熱伝導フィン１４０への熱流を妨げる断熱であってもよい。あるいは、温度制御要素１１８は、氷分離領域１１５（１）の温度を上昇させる加熱器であってもよい。
【０１０８】
再び図２６を参照すると、氷６（６）は、水１３０が管１１０（１）を流れると、コールドフィンガ１５０に隣接して成長する。凍結しない余剰の水１５５は、分離スクリーン１６０を通って保持タンク１７０に通過し、保持タンクにおいて水は供給水１９０に加わる。凍結して氷６（６）になって、供給水１９０に戻らない水１３０は、供給弁２３０により制御される水供給部２２０によって補充される。保持タンク１７０におけるポンプ２００は、管２０５から噴霧ヘッド１２０に水１９０を送出して、上述の過程を開始する。任意選択の加熱器２１０を利用して、水１９０を凍結させないようにしてもよい。
【０１０９】
環状氷６（６）は、電力供給部１４から管１１０（１）に電力を供給するために、スイッチ１２（９）を閉鎖することによって収集される。図２６は、母線１２５が、管１１０（１）の上端を、スイッチ１２（９）を介して電力供給部１４の一方の側面に連結し、管１１０（１）の下方端が接地１６に接続されることを示す。しかしながら、電力および接地の接続が逆であってもよいことを理解されたい。一実施形態では、管１１０（１）が、約１０ミルの厚さを有するステンレス鋼から形成された状態で、スイッチ１２（９）は、約１秒間閉鎖し、約１から６ボルトＡＣおよび約３００アンペア電流の電力のパルスを供給する。管１１０（１）において消費される電力は、管１１０（１）の温度を水の凝固点を超えて上昇させ、環状氷６（６）の少なくとも界面層が溶解し、環状氷６（６）が管１１０（１）から剥離（この場合、解凍）し、重力が管１１０（１）から下方に環状氷６（６）を引っ張るようにする。
【０１１０】
管１１０（１）の電気抵抗が、電力供給部１４およびスイッチ１２（９）の電圧および電流容量に適合するように選択され得ることを理解されたい。例えば、低電気抵抗を提示する管１１０（１）は、高電流、低電圧の電力供給部１４およびスイッチ１２（９）の使用を決定し得るが、より高い抵抗を有する製氷管１１０（１）は、より高い電圧およびより低い電流のために構成される電力供給部１４およびスイッチ１２（９）の使用を可能にし得る。一実施形態では、管１１０の電気抵抗は、１１０〜１２０ＶＡＣまたは２２０〜２４０ＶＡＣ等の商業的に利用可能な線間電圧が電力供給部１４として役割を果たすように最適化される。
【０１１１】
したがって、管１１０（１）は、図１の加熱器１０の例である。分離スクリーン１６０によって、環状氷６（６）は、収集された環状氷６（７）として回収ビン１８０に進められる。
【０１１２】
本明細書に説明するように成長する氷６（６）は、管１１０（１）から滴下する余剰の水１５５への溶解空気および汚染物質を拒否し得る。したがって、環状氷６（６）（および収集される環状氷６（７））は、高い質および透明性を有し得る。溶解空気および汚染物質は、水１９０において蓄積してもよく、ゆえに、製氷機１００（１）は、水１９０の少なくとも一部分を定期的に排水するように排水弁２５０により制御される排水管２４０を含んでもよい。排水は、水供給部２２０から置換される。代替実施形態（図示せず）では、保持タンク１７０およびポンプ２００を排除し、水供給部２２０が噴霧ヘッド１２０に直接供給し、余剰の水１５５が、単に排水される。
【０１１３】
図２７は、管状製氷機１００（２）として構成されるパルス電熱氷剥離装置を示す。図２７は、一定の縮尺で示され得ない。Ｃと表示される管状製氷機１００（２）の一部分は、図２９においてより詳細に示される。製氷機１００（２）は、管状製氷機１００（１）の対応する要素に同一であり、ゆえに同一に番号付けられる一定の要素を含む。管状製氷機１００（２）は、成長領域を冷却するために冷却剤管２６０（１）を使用する（図２９参照）。冷却剤管２６０（１）は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。誘電体層２７０は、冷却剤管２６０（１）から管１１０（２）を電気的に絶縁するが、管１１０（２）から管２６０（１）への熱の伝達に対する影響は最小限である。誘電体層２７０は、例えば、ポリイミドから作製されてもよく、または熱伝導性繊維もしくは粉末、アルミナ繊維もしくは粉末、ガラス繊維、または窒化ホウ素粉末で充填されるポリマーから作製されてもよい。氷６（８）は、水１３０が管１１０（２）を流れると、管２６０（１）に隣接して成長し、環状氷６（８）は、電力供給部１４から管１１０（２）に電力を供給するために、スイッチ１２（９）を閉鎖することによって収集され、分離スクリーン１６０は、氷が製氷システム１００（１）において成長および収集されるのと同様に、収集された環状氷６（９）として、環状氷６（８）を回収ビン１８０に進める。
【０１１４】
図２９は、管状製氷機１００（２）の部分Ｃをより詳細に示す。冷却剤管２６０（１）の各々は、冷却剤２９０を流し、対応する氷成長場所１１２（２）を画定するコールドフィンガ２８０を有する。氷成長領域１１２（２）は、氷分離領域１１５（２）によって分離され、氷は、領域１１５（２）において成長しない。氷分離領域１１５（２）は、コールドフィンガ２８０に隣接しない範囲として図２９において画定される。しかしながら、温度制御要素１１８が、図２８と同様に、領域１１５（２）において管１１０（２）の温度を上昇させるように設けられてもよいことを理解されたい。
【０１１５】
図３０は、管状製氷機１００（３）として構成されるパルス電熱氷剥離装置の断面側面図である。図３０は、一定の縮尺で示され得ない。製氷機１００（３）の部分Ｄは、図３１においてより詳細に示される。図３０の点線Ｆ２６〜Ｆ２６に沿って取られた製氷機１００（３）の断面上面図が、図３２に示される。製氷機１００（３）は、管状製氷機１００（１）および１００（２）の対応する要素に同一であり、ゆえに同一に番号付けられる一定の要素を含む。製氷機１００（３）は、熱伝達板２８０に装着されるいくつかの製氷管１１０（３）の各々において環状氷６（１０）を作製する（図示を明瞭にするために、熱伝達板２８０および氷６（１０）の一部だけが図３０に表示される）。管１１０（３）は、例えば、ステンレス鋼またはチタン合金から形成され得る。熱伝達板２８０は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。冷却剤管２６０（２）は、熱伝達板２８０および管１１０（３）からの熱を除去する冷却剤を循環させる。管２０５は、各管１１０（３）の内面に水１３０を噴霧する噴霧ヘッド１２０を供給する。環状氷６（１０）が収集される状態になると、スイッチ１２（１０）は、電力のパルスを電力供給部１４から母線１２５の各々に連結し、次いで、管１１０（３）の各々を通って接地１６に連結する。電力により管１１０（３）の各々に生成される熱は、各環状氷６（１０）の少なくとも界面層を溶解し、管１１０（３）から落下するように環状氷を剥離する。収集された氷から凍結されない水を分離し、凍結されない水を保持タンクに捕捉し、保持タンクにおいて排出および補充し、噴霧ヘッド１２０まで水を送出し、水が収集される状態になる時を決定する設備が、図２６および図２７に示す設備と同一であり得ることを理解されたい。
【０１１６】
図３１は、管状製氷機１００（３）の部分Ｄの一実施形態をより詳細に示す。氷６（１０）は、製氷管１１０（３）に直接隣接して成長する。誘電体層２９５は、管１１０（３）と熱伝達板２８０との間に配置され、板２８０から管１１０（３）を電気的に絶縁する。誘電体層２９５は、例えば、ＤｕＰｏｎｔより入手可能である銅の層２９０の間に被覆されるポリイミドフィルムであってもよい。あるいは、誘電体層２９５は、熱伝導性繊維もしくは粉末、アルミナ繊維もしくは粉末、ガラス繊維、または窒化ホウ素粉末で充填されるポリマーを含んでもよい。銅層２９０は、はんだの層２８５により、管１１０（３）および熱伝達板２８０に取り付けられ得る。例えば、管１１０（３）は、まず管をはんだ箔で巻き付けてから、それを、銅層２９０の間で被覆されるポリイミドフィルム２９５に巻き付け、次いで、再びはんだ箔で巻き付けることによって調製され得る。このように調製される複数の管１１０（３）は、熱伝達板２８０の孔に挿入され、次いで、はんだ２８５から管１１０（３）、銅層２９０、および熱伝達板２８０に再び流れるように、組立品全体を炉に載置し得る。
【０１１７】
別の実施形態では、熱伝達板２８０は、誘電フィルムへのはんだの代わりに、誘電性かつ熱伝導性の接着剤により管１１０（３）に組み立てられる区分に分離されてもよい。
【０１１８】
図３２は、図３０に示されるＦ２６〜Ｆ２６に沿った管状製氷機１００（３）の断面上面図である。図３２は、一定の縮尺で示され得ない。製氷管１１０（３）および冷却剤管２６０（２）の各々は、１つ以上の熱伝達板２８０を貫通する。図３２は、６角形の配列の１９個の製氷管１１０（３）および５４個の冷却剤管２６０（２）を示すが、対象の製氷容量を達成するために、または対象の場所に適合するために、他の数および配置の製氷管１１０（３）、冷却剤管２６０（２）、および熱伝達板２８０を利用してもよい。したがって、製氷機１００（３）は、製氷管１１０（３）の配列を形成し、この場合、氷６（１０）は、図３０（図３２に示す線Ｆ２４〜Ｆ２４に沿った、製氷機１００（３）の断面図を表す）に示すように、製氷管１１０（３）および熱伝達板２８０の各交点で成長する。
【０１１９】
本明細書において開示される管状製氷機１００（例えば、管状製氷機１００（１）、１００（２）、および１００（３））の代替実施形態は、本開示を熟読および理解することによって明らかになり、かつ本開示の範囲内にある。例えば、管１１０（例えば、管１１０（１）、１１０（２）、または１１０（３）のいずれか）は、断面が円形であってもよく、または他の断面形状を有してもよく、４角形、長方形、楕円形、３角形、または星形等の対応する氷形状を産生してもよい。噴霧ヘッド１２０は、水１３０を噴霧する１つ以上のノズルによって、または水１３０を管１１０の内面に注入もしくは導入するための１つ以上の要素によって置換されてもよい。母線１２５は、図２６および図２７に示すように、管１１０の外周の外部に位置してもよく、図３０に示すように、管１１０の外周の内部に位置してもよい。コールドフィンガ１５０は、熱伝導フィン１４０を必要としないように、氷成長領域１１２（１）からの熱の伝導に十分であってもよい。例えば、氷を容量的に検知することによって、氷を光学的に検知することによって、氷の重量を決定することによって、経過製氷時間を決定することによって、または水流が氷により妨げられることを決定することによって、氷６（６）、６（８）、または６（１０）を収集する時を決定する装置が提供されてもよい。回収ビン（例えば、ビン１８０）において収集された氷のレベルを検出して、十分な氷が回収ビンにある場合に製氷を停止する装置が提供されてもよい。分離スクリーン１６０は、収集時に環状氷を捕捉するが、他の時には管１１０の下から移動する可動要素によって置換されてもよい。分離スクリーン１６０は、水の回収を妨げる望ましくない氷の蓄積を回避するために加熱されてもよい。ポンプ２００、加熱器２１０、供給弁２３０、排水弁２５０、温度制御要素１１８、および／またはスイッチ１２（９）は、制御器（例えば、マイクロプロセッサ、例えば、製氷機１００が位置するフリーザを動作するマイクロプロセッサ）によって動作されてもよい。温度センサを利用して、製氷機１００および／またはフリーザもしくは製氷機１００が位置する他の設備空間の要素の動作をマイクロプロセッサが最適化できるように、データを提供してもよい。製氷機１００（３）の管１１０（３）は、氷６（１０）が１つの管１１０（３）または１つの群の管１１０（３）から一度に収集されるように、個々にまたはまとめて電気接続されてもよい。全ての管１１０（３）よりも少ない管から同時に氷６（１０）を収集することによって、氷の収集に必要な電流の生成および切り替えに関連する構成要素の電流処理容量、ひいてはサイズ、重量、および／または費用が低減され得る。
【０１２０】
管状製氷機として構成されるパルス電熱氷剥離装置のさらに他の実施形態は、１つ以上の製氷管１１０と熱的接触する加熱器を利用する。このような実施形態は、製氷管１１０のために、広範な材料のうちのいずれかを有利に利用し得る。例えば、一実施形態では、管状製氷機は、ステンレス鋼もしくは他の金属、ガラス、プラスチック、ポリマー、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、セラミックもしくは炭素繊維材料、または複合材料、あるいはそれらの組み合わせから形成される製氷管１１０を含む。製氷管１１０は、そこに形成される氷を剥離するために、管に巻き付けられる可撓性加熱器要素によって加熱されてもよい。適切な加熱器要素には、例えば、インコネル被覆カプトンラミネート等の、金属と誘電体とのラミネートが含まれ得る。製氷管１１０に巻き付けられる加熱器要素を利用することによって、加熱器特徴（例えば、高電流、高コストの電力供給部を利用する必要がないような高い電気抵抗）とは無関係に、管の材料の特徴（例えば、耐腐食性、抗菌性）を最適化する等の設計オプションが可能になり得る。導電性管１１０を利用する場合、電力供給部１４およびスイッチ１２の設計において管の伝導性が考慮されること、または管が加熱器用素から電気的に絶縁されることを確実にするように設計において注意を要し得る。加熱器と製氷管１１０との間の熱抵抗ならびに冷却剤管２６０もしくは熱伝導フィン１４０、加熱器、および製氷管１１０間の熱抵抗は、製氷効率が高く、かつ氷の収集に必要な電力が低くなるように、有利に低い。
【０１２１】
図３３は、製氷機３００（１）として構成されるパルス電熱氷剥離装置の断面図である。図３３は、一定の縮尺で示され得ない。製氷機３００（１）の部分Ｅは、図３４において詳細に示される。製氷機３００（１）は、蒸発器板３１０（１）と、冷却剤管３２０を流れる冷却剤（図示せず）により冷却されるフィン３３０とを含む。フィン３３０は、図示するように、製氷ポケット３３５を分割する。水は、板３１０（１）および／またはフィン３３０に隣接して導入され、凍結して氷６（１１）になる（図示を明瞭にするために、管３２０、フィン３３０、製氷ポケット３３５、および氷６（１１）の一部だけが図３３に表示される）。蒸発器板３１０（１）、冷却剤管３２０、および／またはフィン３３０は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。また、製氷機３００（１）は、さらに後述するように、パルス電熱氷剥離を使用して、氷６（１１）を収集するための１つ以上の加熱器３４０（１）も含む。したがって、加熱器３４０（１）は、図１の加熱器１０の例である。
【０１２２】
図３４は、製氷機３００（１）の部分Ｅをより詳細に示す。層の相対厚さは、図３４において一定の縮尺で示され得ない。加熱器３４０（１）は、抵抗加熱層層３４４（１）および誘電体層３４２（１）を含む。加熱層３４４（１）は、例えば、ステンレス鋼もしくはチタン合金等の適度に抵抗性の金属の層または銅等の良好な導電体の薄膜層から形成され得る。誘電体層３４２（１）は、電気絶縁体である材料から有利に形成されるが、高い熱伝導率を有し、したがって、板３１０（１）から加熱層３４４（１）を電気的に絶縁するとともに、そこへの熱伝達を促進する役割を果たす。一実施形態では、加熱器３４０（１）は、印刷回路板であり、誘電体層３４２（１）は、エポキシガラス、ポリイミド、ポリイミドガラス、またはＴｅｆｌｏｎ（登録商標）等の誘電体層であり、加熱層３４４（１）は、銅等の導電体である。
【０１２３】
動作中、製氷機３００（１）は、収集が所望されるまで氷を成長させてから、電力を加熱層３４４（１）に連結する。層３４４（１）により生成される熱は、板３１０（１）およびフィン３３０を急速に加熱し、氷６（１１）を剥離する。氷６（１１）が収集されると、電力は、製氷が再開できるように、加熱層３４４（１）からの接続を切る。
【０１２４】
図３５は、製氷機３００（２）として構成されるパルス電熱氷剥離装置の断面図である。図３５は、一定の縮尺で示され得ない。製氷機３００（２）の部分Ｆは、図３６において詳細に示される。製氷機３００（２）は、製氷機３００（１）の対応する要素に同一であり、ゆえに同一に番号付けられる一定の要素を含む（図示を明瞭にするために、管３２０、フィン３３０、製氷ポケット３３５、および氷６（１２）の一部だけが図３５に表示される）。製氷機３００（２）は、蒸発器板３１０（２）の表面３１５（図３６参照）を実質的に被覆する単一の加熱器３４０（２）を有し、加熱器３４０（２）は、板３１０（２）と冷却剤管３２０との間に配置される。加熱器３４０（２）の載置は、表面３１５のあらゆる点に熱を提供することによって、氷の収集効率を改善する。蒸発器板３１０（２）、冷却剤管３２０、および／またはフィン３３０は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。
【０１２５】
図３６は、製氷機３００（２）の部分Ｆをより詳細に示す。図３６は、一定の縮尺で示され得ない。加熱器３４０（２）は、抵抗加熱層層３４４（２）および誘電体層３４２（２）を含む。誘電体層３４２（２）は、電気絶縁体であるが、高い熱伝導率を有する材料から有利に形成され、したがって、板３１０（２）から加熱層３４４（２）を電気的に絶縁するとともに、そこへの熱伝達を促進する。例えば、誘電体層３４２（２）は、ポリイミド、熱伝導性繊維もしくは粉末、アルミナ繊維もしくは粉末、ガラス繊維、または窒化ホウ素粉末で充填されるポリマーを含み得る。また、図３６は、熱層３４４（２）と管３２０との間に配置される最適な誘電体層３４２（３）を示す。誘電体層３４２（３）を使用して、層３４４（２）の電気抵抗を制御するために、加熱層３４４（２）を管３２０から電気的に絶縁してもよい。あるいは、管３２０が層３４４（２）に電気的に連結するように誘電体層３４２（３）を排除してもよい。
【０１２６】
動作中、製氷機３００（２）は、収集が所望されるまで氷６（１２）を成長させてから、電力を加熱層３４４（２）に連結する。層３４４（２）により生成される熱は、板３１０（２）およびフィン３３０を急速に加熱し、氷６（１２）を剥離する。氷６（１２）が収集されると、電力は、製氷が再開できるように、加熱層３４４（２）からの接続を切る。
【０１２７】
図３７は、氷を剥離する蓄熱装置を含むフリーザユニット４００（１）の要素を概略的に示す。図３７は、一定の縮尺で示され得ない。フリーザユニット４００（１）は、冷却剤を圧縮する圧縮機４１０を有する。冷却剤は、圧縮機４１０を出る際に高温であり、タンク４４０における管４１２を通過し、ここで、冷却剤は、熱を加熱液体４４５に伝達する（加熱液体４４５のみに伝達するフリーザユニット４００（１）の要素は、図３７においてクロスハッチングで示される）。加熱液体４４５は、好ましくは、アルコール、水／グリコールの混合液、またはブライン等の−２０℃未満の凝固点と６０℃を超える沸点とを有する液体である。冷却剤は、管４１５におけるタンク４４０を出て、コンデンサ４２０においてより多くの熱を伝達する。管４１５は、膨張弁４２０まで継続し、膨張弁において、冷却剤は急速に膨張し、氷点下温度まで冷却する。膨張弁４２０の後、冷却剤は、管４３０と、点線４０５によって図３７において示されるフリーザ区画内に入る。冷却剤管４３０は、製氷機の一部である蒸発器板４３５と熱的接触し、そこから熱を伝達する。点線Ｆ３２〜Ｆ３２は、断面図において示す蒸発器板４３５を図３８において示す。冷却剤管４３０への通過後、冷却剤は、圧縮機４１０に戻り冷却剤の圧縮、冷却剤の冷却、および蒸発器板の冷却のサイクルを繰り返す。
【０１２８】
フリーザユニット４００（１）の製氷中、加熱液体４４５は、タンク４４０において冷却剤から廃熱を集めて保持する。出口弁４５０およびポンプ４５５は、タンク４４０から加熱管４６０（１）への加熱液体４４５の伝達を制御する。管４３０と同様に、加熱管４６０（１）は、蒸発器４３５と熱的接触する。氷の収集が所望される場合、フリーザユニット４００（１）は、出口弁４５０を開放してポンプ４５５を作動させ、加熱管４６０（１）を介して加熱液体４４５を送出し、それによって、収集のために蒸発器板４３５から氷を剥離する熱パルスを生成する。
【０１２９】
図３８は、図３７における点線Ｆ３２〜Ｆ３２に沿った断面図である。蒸発器板４３５は、図示するように、交代で冷却剤管４３０および加熱管４６０（１）に連結する。加熱液体４４５が通過する加熱管４６０（１）内における通過は、図３７との一貫性を保つために、図３８においてクロスハッチングされている。蒸発器板４３５の反対側面上には、製氷中に氷６（１３）から熱を伝達するフィン３３０が存在する。
【０１３０】
図３７は、冷却剤管４３０および加熱管４６０（１）が交互に蒸発器板４３５を交差できるように、フリーザ区画４０５内にマニホールド４３２として配列される冷却剤管４３０を示す。代替実施形態では、冷却剤管および加熱液体管は、蛇行状の対として蒸発器板４３５を横断するが、このような実施形態は、冷却剤管、加熱液体管、またはその両方のいずれかが「背面」配置を形成する内部曲線を有し得る。このような配置は、「熱い」または「冷たい」範囲を形成し、その範囲において、製氷または氷収集のそれぞれが、より多くの時間および／またはエネルギーを必要とする。加熱管４６０（１）がマニホールドを形成してもよく、または単一の管４３０および４６０（１）が「背面」配置の形成を回避するために、蒸発器板の各端部において交差してもよいことを理解されたい。
【０１３１】
図３７および図３８に示されるフリーザユニット４００（１）の性能についてシミュレーションした。４５７ｍｍｘ４３２ｍｍの蒸発器板の寸法が想定された。加熱管４６０（１）は、内径が１６ｍｍおよび長さが７．７メートルの銅管であることが想定された。加熱液体４４５は、等量の水およびグリコールの混合液であることが想定された。タンク４４０における加熱液体４４５は、６０℃の温度に到達すると想定された。シミュレーションにより、ポンプ４５５において１０ワットの電力を費やすことにより、０．９リットルの水／グリコール混合液を送出することによって、氷が２秒で収集されたことが示され、水／グリコール混合液は、０．２２３バールの圧力に到達した。これは、６０秒から３００秒間で１〜２ｋＷの電力を費やし得る商用製氷機における氷収集に必要とされるエネルギーに極めて好ましく匹敵する。氷収集で消費するエネルギーの減少により、経時的な製氷速度が向上し、かつエネルギー費用が低下する。
【０１３２】
図３９は、氷を剥離する蓄熱装置を含むフリーザユニット４００（２）の要素を概略的に示す。図３９は、一定の縮尺で示され得ない。製氷機４００（２）は、製氷機４００（１）の対応する要素に同一であり、ゆえに同一に番号付けられる一定の要素を含む。製氷機４００（２）では、タンク４４０は、蒸発器板４３５よりも高いレベルに位置し、出口弁４５０の開放時に、重力によって加熱液体４４５が加熱管４６０（１）に流入して蒸発器板４３５から氷を取り除くようにする。加熱管４６０（１）は、有利なことに、加熱管４６０（１）を通る加熱液体４４５の急速な流動を促進するように、直径が大きくてもよく、急速な流動により、板４３５が急速に加温され、板４３５から氷が急速に取り除かれる。製氷機４００（２）は、蒸発器板４３５よりも低いレベルに位置する加熱液体容器４６５を含み、加熱液体４４５が、加熱管４６０（１）の通過後に、容器４６５に排出するようにする。ポンプ４７０は、再利用のために、管４７５および任意選択の入口弁４５２を介して、加熱液体４４５をタンク４４０に戻して送出する。加熱液体４４５からタンク４４０への伝達が、別の氷の収集の発生まで完了する必要がないため、ポンプ４７０は、高容量を有する必要はない。
【０１３３】
本明細書において開示されるフリーザユニット４００（例えば、フリーザユニット４００（１）または４００（２）のいずれか）の代替実施形態は、本開示を熟読および理解することによって明らかになり、かつ本開示の範囲内にある。例えば、フリーザユニット４００は、一定の実施形態では、氷の収集中に、圧縮機４１０を停止し得る。しかしながら、氷の収集中に、印加される熱は、概して数秒間だけであるため、一定の実施形態は、収集中に圧縮機４１０を稼動したままにし、開始／停止サイクル中に圧縮機４１０により生じる摩耗を低減し、かつ収集直後に製氷を迅速に再開できるように蒸発器板４３５の熱的回復を速める。製氷中に加熱管４６０（１）における加熱液体４４５を冷却する際および氷収集中にタンク４４０に戻る同量の加熱流体４４５を冷却する際に費やされ得るエネルギーを節約するために、氷の収集中以外に加熱管４６０（１）から加熱液体４４５を排出するために、弁またはポンプを設けてもよい。一実施形態では、図３７に示す構成要素を利用して、タンク４４０は、蒸発器板４３５よりも下に配置され、ポンプ４５５の動作時以外に重力が加熱液体４４５をタンク４４０に戻して排出するようにする。別の実施形態では、図３９に示す構成要素を利用して、加圧時に加熱液体４４５およびその蒸気を含有するようにタンク４４０ならびに弁４５０および４５２を適合させる。管４１２における冷却剤が、タンク４４０における加熱液体４４５およびその蒸気を加熱する場合、圧力が確立されて、出口弁４５０の開放時に、蒸気圧が、氷剥離および収集のために、管４６０を通って加熱液体４４５を急速に押し出す。十分な加熱液体４４５が管４６０に押し出されると、出口弁４５０が閉鎖して入口弁４５２が開放し、次いで、ポンプ４７０が、容器４６５からタンク４４０へ加熱液体を戻し始めることができる。
【０１３４】
図４０は、蓄熱氷剥離装置５００を示す。装置５００は、後述のように、冷却剤８（図８Ａ、図８Ｂ参照）が流れる冷却剤管４（４）と、冷却フィン２（４）と、氷剥離のために加熱液体４４５（図３７、図３９参照）が流れる加熱管４６０（２）とを含む。数個のフィン２（４）のみが、図示を明瞭にするために図４０に示される。冷却剤管４（４）、冷却フィン２（４）、および／または加熱管４６０（２）は、例えば、銅、アルミニウム、もしくはそれらの合金から作製されてもよく、または低熱伝導抵抗を有する他の材料から作製されてもよい。Ａと表示される場所は、図８Ａおよび図８Ｂにおいて図示される部分Ａを表す。
【０１３５】
パルス電熱氷剥離装置２０（１）（図３参照）のように、装置５００は、通常の動作中に、熱を冷却剤に伝達し、氷６は、管４（４）、フィン２（４）、および／または加熱管４６０（２）（図８Ａ、図８Ｂ参照）上に適宜形成され得る。氷剥離が所望される場合、加熱液体４４５（図３７、図３９参照）は、加熱管４６０（２）を流れ、装置５００を加熱して氷を剥離する。図４０における３つの管４（４）および２つの加熱管４６０（２）の図示が単に例示的であること、ならびに任意の数の管４（４）および４６０（２）を氷剥離装置に含めてもよいことを理解されたい。当業者であれば、図４０の蓄熱氷剥離装置５００と、図３７および図３９のフリーザユニット４００（１）および４００（２）の管４３０および４６０を含む蒸発器板４３５との間の類似性に気付くであろう。
【０１３６】
図４１は、蓄熱氷収集を利用するフリーザユニットを動作する過程５５０のフローチャートである。過程５５０は、例えば、フリーザユニット４００（１）または４００（２）のいずれかによって実装され得る。ステップ５６０において、フリーザユニットは、製氷モードで動作する。圧縮機は、冷却剤を圧縮し、冷却剤は、熱を加熱液体に伝達し、熱をコンデンサに伝達し、膨張弁を通過し、製氷機の冷却剤管を循環し、水を凍結させて氷を形成する。ステップ５６０の例として、（１）管４１２を通過して、タンク４４０内の加熱液体４４５に熱を伝達し、（２）コンデンサ４２０に熱を伝達し、（３）膨張弁４２０を通過し、（４）管４３０内を循環して水を凍結させて氷を形成する冷却剤を圧縮機４１０が圧縮することが挙げられる。ステップ５６５では、フリーザユニットは、氷の収集する時を決定する。氷の収集する時になると、過程５５０はステップ５７０に続き、そうでない場合は、製氷がステップ５６０において継続する。ステップ５７０において、圧縮機は、氷収集過程中に稼動を停止する。ステップ５７０の例として、圧縮機４１０の停止が挙げられる。ステップ５７０は、任意選択であり、一定の冷凍ユニットにおいて発生しなくてもよく、例えば、ステップ５７０は、開始および停止の繰り返しにより圧縮機に過度の損傷を生じる可能性のあるユニットにおいて発生しなくてもよい。ステップ５７５は、氷を剥離（例えば、氷を解凍、溶解、および／または蒸発）するために加熱管に加熱液体を流す。ステップ５７５の例として、管４６０に加熱液体４４５を流すために出口弁４５０を動作させること、またはポンプ４５５を動作させることが挙げられる。加熱液体は、氷を剥離するために氷の少なくとも界面層を溶解する。ステップ５８０は、加熱管から加熱液体を排出するか、または空にする。ステップ５８０の例として、（１）加熱液体４４５が、重力によりタンク４４０に戻って流れるようにポンプ４５５を停止すること（図３７参照）と、（２）加熱液体４４５が、重力によりタンク４６５に排出するように出口弁４５０を閉鎖すること（図３９参照）とが挙げられる。氷剥離が完了すると、過程５５０は、ステップ５６０において通常の製氷モードを再開する。
【０１３７】
図４２は、磁気的に連結される実施形態を示す。本実施形態では、冷却フィン２（５）は、冷却管４（５）に取り付けられる。冷却管４（５）は、熱的にならびに電気的に断熱／絶縁され、変成器１０７２（２）のコア１０７８（２）の周囲に数回（通常は、１．５から４回）巻き付けられ、変成器１０７２（２）の低電圧２次巻線としての役割を果たす。電気接続１０９０は、電流が冷却管４（５）に流れることができるように、ゾーンの遠位端に存在する。
【０１３８】
図４２の実施形態では、冷却管４（５）および冷却フィン２（５）を加熱したい場合、好ましくは電源ライン周波数よりも大幅に高い周波数で動作する周波数交流源が、変成器１０７２（２）の一次巻線１０７４（２）に印加される。これによって、冷却管４（５）において電流が誘起され、それによって冷却管４（５）が加熱される。
【０１３９】
図４３は、磁気的に連結される加熱のいくつかのゾーンを有する実施形態を示す。本実施形態では、管４（６）は、製造中に、トロイダルコア１０８０を通り抜ける。また、各トロイダルコア１０８０に巻回されるのは、一次巻線１０８２である。加熱ゾーンの端部において、管４（６）は、共に接合され１０８６、任意選択により接地１６に接合され、トロイダルコア１０８０を貫通する管４（６）のループ１０８４を組み込む電気回路を完成させる。
【０１４０】
管４（６）の第１のゾーン１０９４に付着する氷を剥離したい場合、スイッチ１０８８が閉鎖され、高周波数交流源１０９２を一次巻線１０８２に連結する。これにより、管４（６）のゾーン１０９４に電流が誘起され、管が加熱され、前述のように氷が剥離される。
【０１４１】
管４（６）の第２のゾーン１０９６に付着する氷を剥離したい場合、第２のスイッチ１０９０が閉鎖され、高周波数交流源１０９２を、管４（６）の第２のゾーン１０９９の管が通過するトロイダルコアの周囲に巻線される第２の一次巻線１０９８に連結する。
【０１４２】
図４３の実施形態では、高周波数電力供給部１０９２は、前述のように、ゾーンの数と各ゾーンの剥離パルスとを乗算し、各ゾーンが除氷される速度により割られるものＮ＊Ｍ／Ｐに同等であるデューティサイクルに対応可能である断続使用電力供給部であり得る。
【０１４３】
電力供給部が、除氷する管およびフィンの平方メートル当たり、１キロワットの電力以上を提供可能であることが好ましい。管および／またはフィン上に伝導性フィルムを有する実施形態では、電力供給部は、伝導性フィルムの平方メートル当たり、少なくとも１キロワットを提供可能であるべきである。これらの高電力は、除霜にかかる時間が２分未満、ある実施形態では１分であると予測されることから必要とされる。
【０１４４】
図４４は、図１１の実施形態等の、本発明の実施形態に組み込まれるいくつかの安全特徴を示す。安全インターロックスイッチ１００１、１００３は、除氷システムの各アクセスパネル（図示せず）の開放および取り外しが、インターロックスイッチ１００１、１００３の１つ以上を開放するように設置される。インターロックスイッチ１００１、１００３は、これらのスイッチのいずれかの開放が回路を開放するように直列に接続される。メンテナンスまたは他の目的による機械の開放により、電力供給部１４から電力が除去される。ゆえに、電力供給部１４は、停止し、スイッチ１２（１０）、１２（１１）、および１２（１２）から電力を除去し、それによって、管４（７）から任意の電力が除去される。
【０１４５】
加えて、冷却剤管４（７）の外面または冷却剤管４（７）上の伝導性フィルム等の、システムの帯電金属の外面は、電気的に絶縁する塗膜で塗膜される。可能である場合、この絶縁塗膜は、傷が付きにくい耐久性のある材料から作製され、塗膜が大幅な摩耗抵抗を有するように１ミリメートルの厚さを有する。
【０１４６】
保護被覆上の電気絶縁および安全インターロックスイッチを含む類似の安全特徴が、他の実施形態に設置される。
【０１４７】
図４５は、螺旋状にコイル状であるマイクロチャネル冷媒蒸発器１１０２を有する実施形態を示す。コイル状マイクロチャネル蒸発器は、マイクロチャネル管１１０６を通って長手方向に及ぶ複数の冷媒通路１１０４を有する。マイクロチャネル管１１０６は、通常は、２ミリメートル未満幅であり、ある実施形態では１ミリメートル幅の小空間１１０８が、マイクロチャネル管の巻きのより広い表面の間の気流のために存在するようにコイル状になる。いくつかの実施形態では、誘電繊維をマイクロチャネル管に巻回するか、またはスペーサを提供して、コイル回転間の一定の離間を維持するが、気流を大幅に妨害しない。他の実施形態では、誘電スペーサを使用して、所望の離間を維持する。動作中、空気または他の気体は、空間１１０８を介して蒸発器に進入し、通路１１０４に閉じ込められる管および冷媒と熱を交換し、コイルが巻回される軸（空気が存在する軸と同一の軸）は、好ましくは、溶解水が下方に滴下するように水平である。代替実施形態では、気流方向は、図４５に示す方向とは逆である。
【０１４８】
通常の蒸発器よりも小型でかつ効率的であるが、従来の機器は、氷を空間１１０８に蓄積する強い傾向を有することから気流が閉鎖されていたため、このような堅く離間されたコイルを回避していた。
【０１４９】
氷の蓄積により、空間１１０８を通る気流が減少し、冷媒通路１１０４における冷媒からの熱伝達が減少する。したがって、氷の蓄積は、コイルにおける圧力降下および／またはコイルを通る気流体積、気流流閉鎖によりモータへの負荷変更から生じるファンにもしくは送風機の電流、電圧、または速度の変化を測定することによって、あるいはコイルへの冷媒入力部とコイルからの冷媒出力部との間の温度差を測定することによって検出される。
【０１５０】
ある実施形態では、氷の蓄積は、サーミスタ１１１０が測定するコイル入力部における温度と、第２のサーミスタ１１１２が測定するコイル出力部における温度との差の減少によって検出される。これらの温度は、制御器１１１４により読み取られる。コイルがその上に氷を有することを制御器１１１４が決定すると、制御器は、除氷中に冷媒ポンプを停止し、次いで、前述のように、接続部１１１６を介して高加熱電流をコイルの中央回転に提供する。制御器１１１４への帰還電流は、追加のワイヤ１１１８を通過する。
【０１５１】
図４６に示す代替実施形態では、蒸発器は、図４５の実施形態と同様に、マイクロチャネル管１１５０から製作されるが、渦巻線状に巻回される。渦巻線部の回転間の空間１１５２は、２ミリメートル幅未満であり、好ましくは、約１ミリメートル幅である。空気は、渦巻線部の軸に沿って進入し、渦巻線部は、好ましくは、溶解水が渦巻線部から排出するように垂直に配向される。渦巻線部の中央において、管１１５０は、冷媒を管に供給するように後方に延出される（図示せず）。図４５の実施形態と同様に、マイクロチャネル管に巻回される小誘電挿入部または誘電繊維（図示せず）は、適切な離間の維持を支援する。また、渦巻線部の中央および渦巻線部の外部は、除氷のために高加熱連流を印加するために、制御部１１１４に類似する制御器に連結される。渦巻線部には、図４５の実施形態のセンサに類似するセンサが、気流の閉鎖時および渦巻線部の除氷の必要時を決定するために設けられる。
【０１５２】
図４５および図４６の実施形態では、制御器１１１４は、熱交換表面の平方メートル当たり１キロワット以上の電気加熱電力を巻線マイクロチャネル熱交換器に供給可能であり、除氷にかかる時間は、２分未満、ある実施形態では１分であると予測される。代替実施形態では、管１１０６は、単一の４角形の管である。
【０１５３】
上述の変更および他の変更を、本明細書に説明するパルス電熱および蓄熱氷剥離装置に、その範囲から逸脱することなく加えてもよい。したがって、上記説明に含まれる事項および添付の図面に示される事項が、限定的な意味ではなく例示的に解釈されるべきであることに留意されたい。以下の請求項は、本明細書に説明する全ての一般的かつ具体的な特徴と、言葉上の問題として範囲の間にあると主張され得る本方法およびシステムの範囲に関する全記述を対象とするように意図される。
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００５年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，３９４号、２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，９３２号、および２００５年１１月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／７３９，５０６号の優先権の利益を主張する、所有者が共通の同時係属中の２００６年１月２４日に出願された米国特許出願第１１／３３８，２３９号の一部継続出願である。米国特許出願第１１／３３８，２３９号は、２００４年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／５８１，９１２号、２００５年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，３９４号、および２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，９３２号の優先権の利益を主張する、所有者が共通の２００５年６月２２日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／２２０３５号の一部継続出願でもある。米国特許出願第１１／３３８，２３９号は、２００２年２月１１日に出願された米国仮特許出願第６０／３５６，４７６号、２００２年７月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／３９８，００４号、および２００２年８月２１日に出願された米国仮特許出願第６０／４０４，８７２号の優先権の利益を主張する、２００３年２月１１日に出願された米国特許出願第１０／３６４，４３８号、現在は米国特許第６，８７０，１３９号、の優先権の利益を主張する分割出願である、所有者が共通の同時係属中の２００４年９月１０日に出願された米国特許出願第１０／９３９，２８９号、現在は米国特許第７，０３４，２５７号、の一部継続出願でもある。
【０００２】
本出願は、所有者が共通の２００６年５月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／８０２，４０７号の優先権の利益を主張する、２００７年５月２２日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６９４７８号の一部継続出願でもある。ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６９４７８号は、２００５年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，３９４号、２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，９３２号、および２００５年１１月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／７３９，５０６号の優先権の利益を主張する、所有者が共通の２００６年１月２４日に出願された第ＰＣＴ／ＵＳ２００６／００２２８３号の一部継続出願でもある。ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０６９４７８号は、２００４年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／５８１，９１２号、２００５年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，３９４号、および２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，９３２号の優先権の利益を主張する、２００５年６月２２日に出願された第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／０２２０３５号の優先権の利益を主張する、所有者が共通の同時係属中の２００６年１２月２２日に出願された米国特許出願第１１／５７１，２３１号の一部継続出願でもある。ＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ０７／０６９４７８号は、２００５年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，３９４号、２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，９３２号、および２００５年１１月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／７３９，５０６号の優先権の利益を主張する、所有者が共通の同時係属中の２００６年１月２４日に出願された米国特許出願第１１／３３８，２３９号の一部継続出願でもある。米国特許出願第１１／３３８，２３９号は、２００４年６月２２日に出願された米国仮特許出願第６０／５８１，９１２号、２００５年１月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，３９４号、および２００５年１月２５日に出願された米国仮特許出願第６０／６４６，９３２号の優先権の利益を主張する、所有者が共通の２００５年６月２２日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００５／２２０３５号の一部継続出願でもある。米国特許出願第１１／３３８，２３９号は、２００２年２月１１日に出願された米国仮特許出願第６０／３５６，４７６号、２００２年７月２３日に出願された米国仮特許出願第６０／３９８，００４号、および２００２年８月２１日に出願された米国仮特許出願第６０／４０４，８７２号の優先権の利益を主張する、２００３年２月１１日に出願された米国特許出願第１０／３６４，４３８号、現在は米国特許第６，８７０，１３９号、の優先権の利益を主張する分割出願である、所有者が共通の同時係属中の２００４年９月１０日に出願された米国特許出願第１０／９３９，２８９号、現在は米国特許第７，０３４，２５７号、の一部継続出願でもある。
【０００３】
上記で識別された特許出願のすべてが、本明細書に参考として援用される。
【背景技術】
【０００４】
（背景）
氷または霜は、水蒸気または液体の存在下で冷表面上に蓄積し得る。このような氷または霜の剥離は、表面を除去された状態に維持するために（例えば、熱伝達、けん引、または空力的特性の改善のために）望ましく、またはその結果、氷は使用のために収集され得る。大部分の冷凍用途において、最小限のエネルギーを費やして氷の表面を除去することが有利である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
（概要）
一実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、冷凍ユニットの１つ以上の冷却剤管およびフィンを含む。フィンは、冷却剤管と熱的接触し、管またはフィンの一方または両方は、抵抗加熱器を形成する。１つ以上のスイッチは、電力を抵抗加熱器に印加し、管および／またはフィンから氷を剥離するために熱を生成し得る。抵抗加熱器は、１つを上回る加熱器区分を形成してもよく、スイッチは、電力を加熱器区分に個々に印加するように構成されてもよい。
【０００６】
別の実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、冷凍ユニットの１つ以上の冷却剤管を含む。１つ以上の管は、抵抗加熱器を形成する。１つ以上のスイッチは、電力を加熱器に印加し、管から氷を剥離するために熱を生成してもよい。
【０００７】
別の実施形態では、方法は、冷凍ユニットの冷却剤管および／または冷却フィンから氷を剥離する。方法のステップは、通常の冷凍モード中に、冷却剤管および／または冷却フィン上に氷を蓄積するステップと、氷を剥離するために、管およびフィンのうちの一方または両方に電力のパルスを印加するステップとを含む。
【０００８】
別の実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、１つ以上の氷成長領域を含む製氷管を含む。１つ以上のコールドフィンガおよび／または冷却剤管は、各氷成長領域から熱を伝達する。水の少なくとも一部分が氷成長領域において凍結して氷になるように、水が製氷管に導入される。電力供給部は、管、または管と熱的接触する加熱器に電力のパルスを定期的に供給し、管から氷を剥離するために、氷の少なくとも界面層を溶解する。
【０００９】
別の実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、１つを上回る製氷管を含む。コールドフィンガおよび／または冷却剤管は、各製氷管の氷成長領域から熱を伝達する。水の少なくとも一部分が氷成長領域において凍結するように、水が製氷管に導入される。電力供給部は、各管に電力のパルスを定期的に供給し、管から氷を剥離するために、氷の少なくとも界面層を溶解する。
【００１０】
別の実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、蒸発器板と熱的接触する１つ以上の冷却剤管を含む。１つ以上の加熱器は、蒸発器板に隣接して、冷却剤管の間に位置する。加熱器は、氷が蒸発器板から剥離するように、電力を熱に変換するために構成される。
【００１１】
別の実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、蒸発器板と熱的接触する１つ以上の冷却剤管を含む。加熱器は、冷却剤管と蒸発器板との間に位置する。加熱器は、氷が蒸発器板から剥離するように、電力を熱に変換するために構成される。
【００１２】
別の実施形態では、フリーザユニットは、蓄熱除氷システムとして構成される。フリーザユニットは、廃熱を消散する圧縮機およびコンデンサと、圧縮機、コンデンサ、および冷却剤管を循環する冷却剤とを有する。冷却剤管は、蒸発器板と熱的接触する。圧縮器の後およびコンデンサの前にあるタンクは、冷却剤から加熱液体に熱を伝達する。加熱液体は、蒸発器板と熱的接触する加熱管に定期的に流れ、蒸発器板から氷を剥離する。
【００１３】
別の実施形態では、方法は、冷凍ユニットの冷却剤管、冷却フィン、および／または蒸発器板から氷を剥離する。熱は、製氷モードまたは冷凍モード中に冷却剤から加熱液体に伝達する。氷は、製氷モードまたは冷凍モード中に、冷却剤管、冷却フィン、および／または蒸発器板の上に蓄積する。加熱液体は、氷を剥離するために、冷却剤管、冷却フィン、および蒸発器板のうちの少なくとも１つと熱的接触する加熱管を流れる。
【００１４】
別の実施形態では、パルス電熱氷剥離装置は、熱交換表面と熱的接触する冷却剤管を有する熱交換器を含む。電力供給部は、パスル加熱のために、熱交換器に電気的に切り替えられる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、ある実施形態に従う、１つのパルス電熱氷剥離装置を概略的に示す。
【図２】図２は、電熱氷剥離装置等の負荷に電力を提供するように動作可能である電力供給部を概略的に示す。
【図３】図３は、電力供給部のデューティサイクルを示す。
【図４】図４は、電池を有する図２の電力供給部の実施形態を概略的に示す。
【図５】図５は、図２の電力供給部の実施形態を概略的に図示し、高周波数切り替えコンバータを具現化する。
【図６】図６は、図２の電力供給部の実施形態を概略的に図示し、ライン周波数変成器を具現化する。
【図７】図７は、変成器を概略的に示す。
【図８Ａ】図８Ａおよび図８Ｂは、図１のパルス電熱氷剥離装置の一部分を示す。
【図８Ｂ】図８Ａおよび図８Ｂは、図１のパルス電熱氷剥離装置の一部分を示す。
【図９】図９は、ある実施形態に従う、１つのパルス電熱氷剥離装置を示す。
【図１０】図１０は、ある実施形態に従う、１つのパルス電熱氷剥離装置を示す。
【図１１】図１１は、ある実施形態に従う、１つのパルス電熱氷剥離装置を示す。
【図１２】図１２は、ある実施形態に従う、冷凍ユニットの冷却剤管および／または冷却フィンから氷を剥離する過程のフローチャートである。
【図１３】図１３は、管上に装着されるフィンの配列を有する熱交換器の一実施形態を示す。
【図１４】図１４は、１つの管およびフィンの組み立て体の断面図を示す。
【図１５】図１５は、室温における純アルミニウムについての熱拡散距離対時間を示すチャートを示す。
【図１６】図１６は、動作中に加熱パルスにより電力供給される場合（ａ）と、冷却ポンプおよびファンを停止した状態で加熱パルスにより電力供給される場合（ｂ）との、アルミニウム熱交換器についての温度対時間を示すチャートを示す。
【図１７】図１７は、ある実施形態に従う、氷を剥離するパルスシステムとして構成される１つの熱交換器を斜視図で示す。
【図１８】図１８は、氷が蓄積され、かつ電力供給部およびスイッチに接続される図１７の熱交換器の上面図を示す
【図１９】図１９は、ある実施形態に従う、氷を剥離するパルスシステムとして構成される１つの熱交換器を示す。
【図２０】図２０は、図１９の熱交換器の断面図を示す。
【図２１】図２１は、ある実施形態に従う、氷を剥離するパルスシステムとして構成されるアコーディオン型熱交換器を示す。
【図２２】図２２は、冷却剤管を形成するために取り付けられる箔座金の断面図を示す。
【図２３】図２３は、冷却剤管を形成するために直線的なパイプに取り付けられる箔座金の断面図を示す。
【図２４】図２４は、ある実施形態に従う、氷を剥離するパルスシステムとして構成される別のアコーディオン型熱交換器を示す。
【図２５】図２５は、ある実施形態に従う、氷を剥離するパルスシステムとして構成される別のアコーディオン型熱交換器を示す。
【図２６】図２６は、ある実施形態に従う、管状製氷機として構成される１つのパルス電熱氷剥離装置を示す。
【図２７】図２７は、ある実施形態に従う、管状製氷機として構成される１つのパルス電熱氷剥離装置を示す。
【図２８】図２８は、図２６の管状製氷機の一部分を示す。
【図２９】図２９は、図２６の管状製氷機の一部分を示す。
【図３０】図３０は、ある実施形態に従う、管状製氷機として構成される１つのパルス電熱氷剥離装置の断面側面図である。
【図３１】図３１は、図３０の管状製氷機の一部分の一実施形態をより詳細に示す。
【図３２】図３２は、図３０の管状製氷機の断面上面図である。
【図３３】図３３は、ある実施形態に従う、製氷機として構成される１つのパルス電熱氷剥離装置の断面図である。
【図３４】図３４は、図３３の製氷機の一部分をより詳細に示す。
【図３５】図３５は、ある実施形態に従う、製氷機として構成される１つのパルス電熱氷剥離装置の断面図である。
【図３６】図３６は、図３５の製氷機の一部分をより詳細に示す。
【図３７】図３７は、ある実施形態に従う、氷を剥離する蓄熱装置を含むフリーザユニットの要素を概略的に示す。
【図３８】図３８は、図３７に示す蒸発器板の断面図である。
【図３９】図３９は、ある実施形態に従う、氷を剥離する蓄熱装置を含むフリーザユニットの要素を概略的に示す。
【図４０】図４０は、蓄熱氷剥離装置を示す。
【図４１】図４１は、熱氷収集を利用するフリーザユニットを動作させる過程のフローチャートである。
【図４２】図４２は、氷剥離のための、加熱電流のフリーザへの磁気的連結を有する実施形態の概略図である。
【図４３】図４３は、氷剥離のための、加熱電流のフリーザへの磁気的連結を含む２つのゾーンを有する実施形態の概略図である。
【図４４】図４４は、ある実施形態に取り組む修理業者に対する負傷を防止するように意図されるインターロックスイッチを示す部分概略図である。
【図４５】図４５は、狭く離間されたコイル状マイクロチャネル蒸発器を有する実施形態を示す。
【図４６】図４６は、狭く離間された渦巻線状巻線マイクロチャネル蒸発器を有する実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（図の詳細な説明）
熱交換器は、熱容量間で熱を伝達する役割を果たす。一熱交換器構成では、循環する冷却剤により冷却される熱交換器表面に隣接して空気が循環し、空気は、熱を冷却剤に移す。冷却剤の温度が十分低い場合、氷が表面上に形成され、表面と空気との間の熱交換が妨げられる。熱交換表面を除霜するために冷凍システムに加えられる熱は、空気との熱交換を再開するためにシステムから除去されなければならないため、最小限の付加熱でこのような氷を除去することが望ましい。最小限の量の熱で頻繁に除霜される熱交換器のフィン間隔ｄは、通常の間隔よりも大幅に低減されるため、熱交換率（Ｗ／ｍ２Ｋ）が増加する。これにより、熱交換器の面積、体積、および質量の低減が可能になる。熱交換器が小型であればあるほど、少ない熱で簡単に除霜することが可能である。層流では、対流熱交換係数は、ｄに反比例する。これにより、１／ｄ２だけ熱交換器の体積の低減が可能になる。例えば、従来の６ｍｍから１ｍｍへのｄの低減によって、ｌ／６２＝ｌ／３６だけ熱交換器の体積の低減が可能になる。
【００１７】
図１は、パルス電熱氷剥離装置２０を概略的に示す。装置２０は、加熱器１０と、電力供給部１４から加熱器１０への電力の印加を制御するスイッチ１２とを含む。他の実施形態では、電力供給部１４は、装置２０の一部を形成してもよい。スイッチ１２は、電力供給部１４を加熱器１０に接続する電気回路において配置されるように図示されるが、スイッチ１２は、この回路に配置される必要はなく、スイッチ１２は、電力供給部１４への入力部とともに直列で配置され得るか（このような入力部は図１に示されない）、または電力供給部１４に組み込まれ得る。
【００１８】
装置２０は、より詳細に後述するように、１つ以上の表面から氷を剥離するように動作する。本明細書において使用する際、「剥離」は、氷の少なくとも界面層を溶解することによって、１つ以上の表面から氷を解凍することを意味し得るか、あるいは氷の完全な溶解および／または蒸発を意味し得る。装置２０の実施形態を参照する前に、電力供給部１４についてより詳細に説明する。
【００１９】
図２は、電力を負荷（例えば、加熱器１０）に提供するように動作可能である電力供給部１４を概略的に示す。電力供給部１４は、交流（「ＡＣ」）電力供給部および／または直流（「ＤＣ」）電力供給部であり得る。
【００２０】
電力供給部１４は、入力部１００２（１）および１００２（２）ならびに出力部１００４（１）および１００４（２）を有するように示される。入力部１００２は、建物または自動車の電力分配システム等の電源から電力を受信するように、電力供給部１４に経路を提供する。しかしながら、電力供給部１４のいくつかの実施形態は、入力部１００２を含まなくてもよく、エネルギー貯蔵要素（例えば、電池および／またはコンデンサ）含み、かつ短期間の動作だけを対象とする電力供給部１４の実施形態は、後述するように、入力部を含む必要はない。電力供給部１４は、２つの入力部を有するように示されるが、電力供給部１４は、３相ＡＣ電力等の２つを上回る入力部を有してもよい。
【００２１】
出力部１００４は、加熱器１０の１つ以上の事例等の１つ以上の負荷に電流を提供するように、電力供給部１４に経路を提供する。電力供給部１４は、２つの出力部１００４を有するように示されるが、電力供給部１４は、２つを上回る出力部１００４を有してもよい。各出力部１００４は、相互の出力部に関する電圧を有する。各電圧は、ゼロであり得る周波数を有する。
【００２２】
電力供給部１４がその出力部の全てを介して１つ以上の負荷に供給可能である電流の総量は、電力供給部１４の出力定格電流と呼ばれる。電力供給部１４の定格電流は、連続動作条件下および／またはパルス動作条件下で特定され得る。電力供給部１４の連続定格電流は、電力供給部１４が１つ以上の負荷に連続的に供給可能である最大量の電流である。電力供給部１４のパルス定格電流は、最小期間に１回よりも頻繁に再発しない最大持続時間までの間に、電力供給部１４が１つ以上の負荷に供給可能である最大量の電流である。
【００２３】
電力供給部１４の連続定格電流およびパルス定格電流は、電流の大きさ対時間のグラフである図３を参照することにより理解され得る。縦軸１０２０は、電力供給部１４により１つ以上の負荷に供給される総電力を表し、横軸１０２２は、時間を表す。点線で示される曲線１０２８は、電力供給部１４の例示的連続定格電流を表す。曲線１０２８から決定できるように、電力供給部１４は、時間に対して一定である連続定格電流の大きさ１０２４を有する。したがって、電力供給部１４は、最大その連続定格電流１０２４まで、電流を連続的に供給することができる。
【００２４】
実線により表される曲線１０３０は、電力供給部１４の例示的最大パルス定格電流を表す。最大定格電流が時間の関数であることに留意されたく、曲線１０３０は、電流パルス１０３２を規定する。各電流パルス１０３２は、最大持続時間ｔｏｎを有し、最大期間ｔｐｅｒｉｏｄ中に１度だけ発生可能である。したがって、電力供給部１４は、最大１０２６の大きさを有する電流パルス１０３２を提供することができる。しかしながら、電流パルス１０３２は、持続時間ｔｏｎを上回ることはできず、最大期間ｔｐｅｒｉｏｄ中に１回よりも頻繁に発生することができない。
【００２５】
電流パルス１０３２は、以下の式により求められるそのデューティサイクル、Ｄによって特徴付けられ得る。
【数１】
【００２６】
例えば、ｔｏｎが１分であり、かつｔｐｅｒｉｏｄが１０分であると仮定する。電流パルス１０３２のデューティサイクルは、以下の式により求められる。
【数２】
【００２７】
図３に示す例が、連続定格電流１０２８を上回る大きさ１０２６を有する電流パルス１０３２を示すことに留意されたい。パルス定格電流が連続定格電流を上回る電力供給部１４の実施形態では、電力供給部１４は、パルスレート化されると考えられ得る。パルスレート化された電力供給部は一般的であり、その理由は、電力供給部の最大定格電流が電力供給部の熱限界によってしばしば拘束され、電力供給部内の一定の構成要素が安全動作温度を上回らないという要件によって、電力供給部の連続定格電流が拘束されるからである。電力供給部の連続定格電流が熱的に拘束される場合、電力供給部は、連続定格電流を上回る大きさの電流の短電流パルスをしばしば提供することができ、その理由は、電力供給部による負荷への電流の供給に応答して電力供給部が加熱する迅速さを制限する熱容量を電力供給部が含むからである。別の言い方をすると、熱的に拘束される連続定格電流を有する電力供給部は、過剰な電流の持続時間が電力供給部の過剰加熱を防止するのに十分短い限り、その連続定格電流よりも多くの電流をしばしば提供することができる。
【００２８】
電力供給部１４のサイズおよび／または費用は、そのパルス定格電流よりもその連続定格電流によって、しばしば影響される。したがって、電力供給部１４の実施形態では、電力供給部１４の費用および／またはサイズは、連続定格電流を最小化することによって低減される。
【００２９】
後述するように、パルス電熱氷剥離装置のいくつかの実施形態は、電力供給部１４が加熱器１０に電流を連続的に提供することを必要とせず、電力供給部１４は、電流のパルスを加熱器１０に提供しさえすればよい。これによって、電力供給部１４がパルスレート化される場合、電力供給部１４の連続定格電流が有利に最小化可能になってもよく、電力供給部１４は、そのパルス定格電流だけが加熱器１０の電流の大きさ要件を満たすように設計されてもよく、電力供給部１４の連続定格電流は、加熱器１０の電流の大きさの要件よりも大幅に小さくなり得る。したがって、電力供給部がパルスレート化され、かつそのパルス定格電流のみが加熱器１０の電流の大きさの要件を満たすように電力供給部を設計することによって、電力供給部１４は、安価および／または小型化され得る。
【００３０】
上述のように、各出力部１００４は、相互の出力部に関する電圧を有する。各出力部の電圧は、後述するように、負荷の抵抗を少なくとも部分的に考慮して選択され得る。直流回路では、抵抗負荷において消費される電力、Ｐは、以下の式により求められる。
【００３１】
【数３】
式中、Ｖは、負荷における電圧であり、Ｒは、負荷の抵抗である。抵抗負荷において、負荷により生成される熱は、概して、負荷において消費される電力量に比例する。式３によると、所与の量の電力が負荷において消費される場合、負荷における電圧は、負荷の抵抗が増加するにつれて増加しなければならず、その反対も同様である。したがって、加熱器１０が比較的小さい抵抗を有する場合、電力供給部１４の少なくとも１つの出力部は、加熱器１０が一定量の熱を生成するために、比較的小さい電圧しか必要とし得ない。反対に、加熱器１０が比較的大きい抵抗を有する場合、少なくとも１つの出力部は、加熱器１０が一定量の熱を生成するために、比較的大きい電圧を有することを必要とし得る。
【００３２】
各出力部１００４の電圧は、上述のように周波数を有する。周波数は、負荷の抵抗を少なくとも部分的に考慮して選択され得る。例えば、加熱器１０の抵抗は、加熱器により伝導される電流の周波数が増加するにつれて増加し得る。このような抵抗の増加は、周波数により誘起される加熱器１０の導電体における表皮効果および／または近接効果に起因し得る。したがって、電力供給部１４は、その出力部が比較的高い周波数による電圧を有するように設計され、加熱器１０を通る電流が、加熱器１０の抵抗増加および加熱器１０により生成される熱をもたらす対応する高周波数を有するようにする。
【００３３】
電力供給部１４の実施形態は、より詳細に後述する電力供給部１４（１）、１４（２）、１４（３）、または１４（４）を含み得る。複数の事例の電力供給部１４（１）、１４（２）、１４（３）、および／または１４（４）を電力供給部１４が含んでもよいことを理解されたい。
【００３４】
図４は、少なくとも１つの事例の電池１０６０を含む電力供給部１４（１）を概略的に示す。電池１０６０は、任意選択により、１つ以上のコンデンサによって補完されるか、または１つ以上のコンデンサに置換されてもよい。電池１０６０は、出力部１００４（３）および１００４（４）を介して電流を負荷（例えば、加熱器１０）に提供するように動作可能である。電力供給部１４（１）は、出力部１００４を２つだけ含んで図示されるが、電力供給部１４（１）は、２つを上回る出力部１００４を有してもよい。
【００３５】
電池１０６０は、充電池の技術分野において既知であるように、鉛酸蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケルカドミウム電池、またはニッケル水素電池であり得る。電力供給部１４（１）は、電池１０６０の出力電圧を調節するために、調節サブシステム（図示せず）を、任意選択により含んでもよい。調節サブシステムは、線形調節器および／または切り替え電力変換器を含んでもよい。図４のような電池の実施形態は、電力供給部入力部１００２（３）および１００２（４）からの高瞬時電力流出を回避する際に有利である。本実施形態では、充電器１０６２が、電力パルス間に電池１０６０を再充電するかなりの時間を有するため、充電器１０６２は、平均負荷を提供しさえすればよい。
【００３６】
充電器１０６２は、その充電が部分的または全体的に消耗される場合に、電池１０６０を再充電するために、電力供給部１４（１）に任意選択により含まれてもよい。充電器１０６２は、電源に接続可能である入力部１００２（例えば、入力部１００２（３）および１００２（４））により電力供給される。このような電源の例として、建物または自動車の電力分配サブシステムが挙げられる。電力供給部１４（１）は、２つの入力部１００２を有して図４に図示されるが、電力供給部１４（１）は、２つを上回る入力部１００２を有してもよい。さらに、電力供給部１４（１）が充電器１０６２を含まない場合、電力供給部１４（１）は、いかなる入力部１００２も含む必要はない。
【００３７】
図５は、電子切り替え式電力供給部である電力供給部１４（２）を概略的に示す。切り替え式電力供給部は、「電子回路用変成器」とも呼ばれ得る。電力供給部１４（２）は、少なくとも１つの事例の切り替え要素１０６４および／または切り替え要素１０６６を含む。また、電力供給部１４（２）は、少なくとも１つの事例の磁気要素１０６８も含む。磁気要素１０６８は、図５において変成器として示されるが、磁気要素１０６８は、インダクタであってもよい。切り替え要素１０６４および／または切り替え要素１０６６は、フライバックコンバータ、フォワードコンバータ、ハーフブリッジコンバータ、フルブリッジコンバータ、バックコンバータ、ブーストコンバータ、および／またはバック／ブーストコンバータを含むがこれらに限定されない切り替え電力トポロジを実装するために、磁気要素１０６８と連動して構成される。切り替え式電力供給部１４（２）は、入力電源１００２（５）、１００２（６）（例えば、交流（「ＡＣ」）電源または直流（「ＤＣ」）電源）を、端子１００４（５）、１００４（６）を介して電流を負荷（例えば、加熱器１０）に提供するように動作可能である出力電源に変換する。
【００３８】
図６は、少なくとも１つの事例のライン周波数変成器１０７０を含む電力供給部１４（４）を概略的に示す。ライン周波数変成器１０７０は、通常は、スイッチ１０７１を介してライン周波数電源に接続される入力部１００２（７）、１００２（８）を有し、ライン周波数電源は、建物または電力会社の電力分配システムであり得る。スイッチ１０７１は、１つ以上のＭＯＳＦＥＴまたは他の半導体素子を組み込む電子スイッチであり得る。ライン周波数変成器１０７０は、負荷（例えば、加熱器１０）に接続され得る端子を有するため、電力供給部１４（４）は、ライン周波数電源から負荷に電力供給し得る。電力供給部１４（４）は、ライン周波数電源からの電力を、負荷に適合する形式に変換し得る。ライン周波数電源は、通常は、１，０００ヘルツ（「Ｈｚ」）未満の周波数を有するＡＣ電源である。例えば、ライン周波数電源は、電気会社により提供され、５０ヘルツまたは６０Ｈｚの周波数を有し得る。ライン周波数変成器は、しばしば、電力分配システムに直接接続されるように意図される。例えば、ライン周波数変成器は、２０８ボルト（「Ｖ」）から、建物の６０Ｈｚの電力分配システムを直接動作させるように意図され得る。ライン周波数変成器１０７０に加え、電力供給部１４（４）は、追加の電力を調整およびフィルタリングする構成要素１０６９を含み得る。
【００３９】
ライン周波数変成器１０７０（図６）は、切り替え式電力供給部変成器１０６８（図５）とは対照的である。切り替え式電力供給部１４（２）（図５）等の切り替え式電力供給部は、一般的に、何十キロヘルツ以上の周波数で動作し、したがって、切り替え式電力供給部変成器は、概して、何十キロヘルツ（例えば、１００ｋＨｚ）で動作するように意図され、一方、ライン周波数変成器は、何十ヘルツ（例えば、５０Ｈｚ）で動作するように意図される。
【００４０】
次に、電力供給部１４（２）および１４（４）に使用される変成器の設計考察について説明する。図７は、ライン周波数変成器１０７０（図６）または切り替え式電力供給部変成器１０６８（図５）を表し得る変成器１０７２を概略的に示す。一定の縮尺で示されない変成器１０７２は、コア１０７８により磁気的に連結される巻線１０７４および１０７６を含む。変成器１０７２は、巻線を２つだけ含んで図示されるが、変成器１０７２は、２つを上回る巻線を含んでもよい。さらに、コア１０７８は、図７に示す構成とは異なる構成を有してもよく、薄鋼板もしくは鋼積層から、または粉末状の鉄を含有する「フェライト」複合材料もしくはセラミック材料から作製されてもよい。
【００４１】
変成器１０７２の巻線（例えば、巻線１０７４および１０７６）は、十分低い電気抵抗を呈する任意の導電体から作製されてもよく、所望の形状に形成可能である（例えば、巻線は、コア１０７８に巻回可能である）。例えば、巻線は、銅またはアルミニウムから作製されてもよく、中実、撚線状、または中空の管状導体から作製されてもよい。銅が、アルミニウムよりも低い電気抵抗および高い熱伝導性を有し、これにより、後述のように、所与のサイズの変成器１０７２がより大きな負荷電流に対応可能になることから、銅は、いくつかの用途においてアルミニウムより好適であり得る。一実施形態では、１０７２の２次巻線１０７６は、銅ワイヤから作製され、別の実施形態では、１０７２の２次巻線１０７６は、合金冷凍管をコア１０７８の周辺に直接巻き付けることによって形成される。
【００４２】
変成器１０７２の巻線（例えば、巻線１０７４および１０７６）は、絶縁体によって電気的に絶縁され、絶縁体は、図示を明瞭にするために示されない。巻線の絶縁体は、定格電圧および定格温度を含む特性によって特徴付けられ得る。定格電圧は、絶縁が失敗する許容不可能な危険が発生する前に、絶縁体において印加可能である最大電圧である。高定格電圧の絶縁体を有する変成器は、対応する高電圧が１つ以上の巻線に印加される可能性がある用途において有利に使用され得る。
【００４３】
１次巻線１０７４は、入力電力供給部に接続され、巻線１０７４における入力電力供給部からの電流は、磁束を生成する。コア１０７８は、相当量の磁束を指向し、負荷（例えば、加熱器１０）に接続される２次巻線１０７６に磁束が連結するようにする。磁束は、負荷に電力供給する２次巻線１０７６において電流を誘起する。
【００４４】
コア１０７８は、変成器１０７２の巻線（例えば、巻線１０７４および１０７６）に磁気的に連結するように意図される。したがって、コア１０７８は、比較的低い磁気抵抗を有し、複数の鋼積層または１つ以上の粉末状の鉄および／またはフェライトコア構造を含む材料から構築されてもよい。
【００４５】
コアのサイズは、概して、変成器の動作周波数によって主に支配され、動作周波数が高いと、概して、コア１０７８が小さいサイズを有することが可能になる。変成器のサイズは、そのコアのサイズに大きく依存するため、変成器１０７２は、低周波数で動作するように意図される場合には比較的大きく、高周波数で動作するように意図される場合には比較的小さくてもよい。したがって、両方の変成器が同等の定格電流および定格電圧を有する場合、ある事例のライン周波数変成器１０７０は、ある事例の切り替え式電力供給部変成器１０６８よりも大幅に大きくなり得る。
【００４６】
変成器１０７２は、最大の定格電圧および定格電流を有する。巻線１０７４および／または１０７６に印加可能である最大電圧である最大定格電圧は、巻線１０７４および／または１０７６上の絶縁が破壊および破滅される電圧（「破壊電圧」）によって主に支配される。変成器１０７２の最大定格電圧は、巻線１０７４および／または１０７６がその破壊電圧に近似しないように選択される。
【００４７】
変成器１０７２の最大定格電流は、変成器１０７２の最大安全動作温度から主に決定される。最大安全動作温度は、その温度を超えると、巻線１０７４および／または１０７６上の絶縁が破壊する許容不可能な危険が発生する動作温度である。変成器１０７２は、変成器１０７２において損失されるエネルギーにより動作中に加熱し、このような損失エネルギーは、単に損失と呼ばれ得る。変成器１０７２の最大連続定格電流は、大気温度を含む特定の動作条件下で、変成器１０７２がその最大安全動作温度を上回らずに、変成器１０７２が連続的に提供可能である最大量の電力である。
【００４８】
損失のうちの１つの成分は、巻線１０７４および１０７６を流れる電流から生じる巻線損失であり、この場合、両巻線は、ゼロを上回る抵抗を有する。巻線損失は、電流Ｉを２乗し、かつ巻線の抵抗Ｒで乗算することによって推定され得る。しかしながら、抵抗Ｒが電流Ｉの周波数の関数として変動し得ることを理解されたい。巻線損失は、変成器１０７２の設計が最適化される場合、具体的には、変成器１０７２が比較的低い周波数で動作する場合に、支配的な損失であり得る。
【００４９】
損失のうちの別の成分は、コア１０７８内の磁束の変化によりコア１０７８内で損失されるエネルギーをもたらすコア損失である。したがって、コア損失は、概して、変成器１０７２の動作周波数が増加すると増加する。ゆえに、コア損失は、変成器１０７２が低周波数で動作する場合、比較的小さくなり得る。また、コア損失は、コアが構築される材料に応じて変動し、概して、薄鋼板または鋼積層コアよりもフェライトコアでは、高周波数において小さくなる。
【００５０】
図６の電力供給部１４（４）を再び参照すると、ライン周波数変成器１０７０は、上述のように、対応する切り替え式電力供給部変成器よりも大きくなり得る。しかしながら、比較的大きいサイズのライン周波数変成器１０７０は、大きい熱容量を有するライン周波数変成器１０７０を本質的にもたらし、大きい熱容量を有するライン周波数変成器１０７０は、小さい熱容量を有する変成器（例えば、切り替え式電力供給部１４（２）の変成器１０６８（図５））よりも、熱源への暴露時にゆっくりと加熱する。結果として、ライン周波数変成器１０７０（図６）は、切り替え式電力供給部変成器１０６８よりも良好に、過渡熱加熱に耐えることが可能であり得る。
【００５１】
上述のように、変成器の最大連続定格電流は、特定の動作条件下において、その最大安全動作温度を上回らずに、変成器が連続的に供給可能である最大の電流の大きさである。しかしながら、上述のように、ライン周波数変成器１０７０は、比較的大きい熱容量を有する。ゆえに、ライン周波数変成器１０７０は、その最大連続定格電流を大幅に上回る電流を、短期間の間、供給することが可能である。ゆえに、電力供給部１４（４）は、電流が引き込まれ、かつライン周波数変成器１０７０がその最大安全動作温度を上回ることを防止するために電力供給部１４（４）のデューティサイクルが十分低い限り、ライン周波数変成器１０７０の最大連続定格電流を上回って電流パルスを有利に供給し得る。上述のように、および詳細に後述するように、多数のパルス電熱氷剥離の実施形態は、何十秒から何十分持続する電流のパルスを電力供給部１４が提供することを必要とするだけであり、この場合、各パルスは、小デューティサイクルを有する。したがって、多数のパルス電熱氷剥離の実施形態では、電力供給部１４（４）を使用してもよく、この場合、電力供給部１４（４）により提供される電流パルスの大きさは、ライン周波数変成器１０７０の最大連続定格電流を上回る。
【００５２】
再び図５の電力供給部１４（２）を参照すると、切り替え式電力供給部変成器１０６８は、概して、ライン周波数変成器（例えば、ライン周波数変成器１０７０、図６）と比べて比較的小さい。ゆえに、切り替え式電力供給部変成器１０６８は、概して、ライン周波数変成器よりも小さい熱容量を有し、切り替え式電力供給部変成器１０６８は、ライン周波数変成器と同じ大きさのパルス電流に対応することが不可能である。しかしながら、その有効質量を増加させ、かつさらなる大きさ、持続時間、および／またはデューティサイクルを有する電流パルスに適応可能にするために、放熱材料を切り替え式電力供給部変成器１０６８に適用することが可能である。
【００５３】
同様に、切り替え式電力供給部に必要とされる切り替え要素１０６４および１０６６の電力工学／機器は、通常は、少なくとも一部の熱容量を提供する放熱板に装着される。切り替え要素１０６４および１０６６の定格能動電子構成要素に関する主な考察は、能動機器のシリコン接合を過度に高い温度に暴露することを回避することである。
【００５４】
通常は、シリコントランジスタ、トライアック、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、ならびに切り替え要素１０６４および１０６６の他の能動構成要素は、最大定格電流と、最大定格電力消費との両方を有する。最大定格電流は、構成要素の短期間電力処理能力を表し、一方、最大定格電力消費は、機器パッケージ、取り付けられた放熱板、および気流に依存し、長期間電力処理能力を表す。
【００５５】
放熱板およびファン（特に、多数のワットを処理可能であるもの）は、高価であり、重くてかさ張る。多数の能動機器は、その最大定格電力消費により標示される電力処理能力をかなり上回る短期間電力能力を標示する最大定格電流を有する。ゆえに、切り替え要素１０６４および１０６６のシリコン能動機器が、負荷への連続的な電力の代わりに、短期パルスを負荷に提供するように設計される場合、機器パッケージ、放熱板、および冷却ファンにおいて節約することが可能である。
【００５６】
再び図７を参照すると、変成器１０７２の追加の設計考察について説明する。変成器１０７２が、小デューティサイクルを有して動作するライン周波数変成器１０７０を表す場合、電流パルスが低デューティサイクルを有する際に、電流パルスを負荷（例えば、加熱器１０）に提供するために、高流束密度（但し、飽和未満）および高巻線電流密度により、変成器１０７０を動作させることが有利であり得る。
【００５７】
巻線電流密度は、変成器１０７２の特定の巻線におけるピーク電流として定義される。巻線電流密度は、過剰に加熱ひいては溶解せずに、および／またはその最大安全動作温度を超えて変成器１０７２の温度を上昇させずに、巻線が搬送可能である電流の量によって制限される。巻線電流密度の増加は、連続用途に比べて、低デューティサイクル用途において許容される。
【００５８】
本書において、その連続出力電流容量よりも少なくとも２倍大きいパルス化出力電流を提供する能力を有する電力供給部は、断続使用電力供給部である。
【００５９】
図８Ａは、パルス電熱氷剥離装置２０（図９、図１０参照）の一部分Ａを示す。装置２０を含む冷凍ユニット（図示せず）は、管４に冷却剤８を流す。熱は、冷凍ユニットから冷却剤８に伝達する。冷却フィン２は、熱伝達を促進するために管４と熱的接触する。氷６（１）は、水蒸気から管４および／またはフィン２の表面上に凝縮し得る。氷６（１）は、熱伝達を妨げる。装置２０は、管４および／またはフィン２の表面から氷６（１）を定期的に剥離し、このようにして冷却効率を促進する。図８Ｂは、管４およびフィン２から氷６（１）が剥離された後の部分Ａを示す。
【００６０】
図９は、パルス電熱氷剥離装置２０（１）を示す。図９は、一定の縮尺で示されない。冷却剤８（図８Ａ、図８Ｂ参照）は、冷却剤管４（１）を流れ、管４（１）と熱的接触する冷却フィン２（１）は、冷却剤への熱伝達を促進する。冷却剤管４（１）および冷却フィン２（１）は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。Ａと表示される場所は、図８Ａおよび図８Ｂに図示される部分Ａを表す。氷６（１）（図８Ａ、図８Ｂ参照）は、冷却剤管４（１）およびフィン２（１）のうちの一方または両方の上に成長し得る。装置２０（１）において、フィン２（１）は、図１の加熱器１０の例である。数個のフィン２（１）のみが、図示を明瞭にするために図９に示される。フィン２（１）は、導電性であり、スイッチ１２（１）および１２（２）ならびに接地１６の間で、図示するように蛇行構成で接続する。管４（１）は、電気絶縁体または導電体から形成され得るが、導電体から形成される場合、管４（１）は、フィン２（１）から実質的に電気的に絶縁される。管４（１）とフィン２（１）との間の電気的絶縁は、例えば、金属酸化物（例えば、陽極酸化塗膜）、ポリマー、複合材料、および／または他の誘電体等の材料を管４（１）とフィン２（１）との間に介在させることによって達成され得る。フィン２（１）は、加熱器区分７（１）および７（２）を形成する。
【００６１】
氷剥離が所望される場合、スイッチ１２（１）および／または１２（２）は閉鎖し、端子１８（１）および１８（２）において入手可能である電力を加熱器区分７（１）および／または７（２）にそれぞれ印加する。スイッチ１２（１）および１２（２）は、電気機械的な継電器であり得るか、または電子スイッチであり得る。電力は、フィン２（１）において熱を生成し、氷６（１）を剥離する。装置２０（１）において、管４（１）は、直接（例えば、電気的に）加熱されないが、フィン２（１）との熱的接触によって管４（１）が加熱されるため、管４（１）上の氷は剥離する。２つの加熱器区分７（１）および７（２）へのフィン２（１）の組織化は、単に例示的であり、他の実施形態では、フィンが１つのみの加熱部分に組織化されてもよく、または２つを上回る加熱器区分に組織化されてもよいことを理解されたい。
【００６２】
パルス電熱氷剥離装置２０（１）を含む冷凍ユニットは、冷却剤源に接続される弁を閉鎖するが、引き続き冷凍圧縮機を稼動することによって、氷剥離前に、管４（１）から冷却剤８を排出し得る。氷剥離前に管４（１）から冷却剤８を排出することは、氷剥離中に生成される熱が管４（１）およびフィン２（１）の熱容量だけに作用し、熱が冷却剤の加熱に浪費されないために有利であり得る。冷却剤を加熱しないことによって、氷剥離が加速し、印加しなければならない全体の熱が減少するため、冷凍を再開する際に冷却剤の再冷却に必要な電力が低減される。
【００６３】
装置２０（１）を利用する冷凍またはフリーザユニットの他の過程が、氷剥離と連携することを理解されたい。例えば、冷凍またはフリーザユニットがファンを利用して熱を装置２０（１）に伝達する場合、ファンは、氷剥離中に停止し得る。個々のファンが氷剥離を受ける区分（例えば、区分７（１）または７（２））に隣接して配置される場合、氷剥離を受ける区分に隣接するファンは停止してもよく、一方、他の区分に隣接するファンは動作を継続してもよい。
【００６４】
図１０は、パルス電熱氷剥離装置２０（２）を示す。図１０は、一定の縮尺で示され得ない。冷却剤８（図８Ａ、図８Ｂ参照）は、冷却剤管４（２）を流れ、管４（２）と熱的接触する冷却フィン２（２）は、冷却剤への熱伝達を促進する。数個のフィン２（２）のみが、図示を明瞭にするために図１０に示される。冷却剤管４（２）および冷却フィン２（２）は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。Ａと表示される場所は、図８Ａおよび図８Ｂに図示される部分Ａを表す。氷６（１）（図８Ａ、図８Ｂ参照）は、冷却剤管４（２）およびフィン２（２）のうちの一方または両方の上に成長し得る。装置２０（２）において、管４（２）は、図１の加熱器１０の例である。管４（２）は、スイッチ１２（３）、１２（４）、および１２（５）ならびに接地１６の間で接続する。フィン２（２）は、電気絶縁体または導電体から形成され得るが、導電体から形成される場合、フィン２（２）は、管４（２）から実質的に電気的に絶縁される。管４（２）とフィン２（２）との間の電気的絶縁は、例えば、金属酸化物（例えば、陽極酸化塗膜）、ポリマー、複合材料、および／または他の誘電体等の材料を管４（２）とフィン２（２）との間に介在させることによって達成され得る。管４（２）は、加熱器区分７（３）、７（４）、および７（５）を形成する。
【００６５】
氷剥離が所望される場合、スイッチ１２（３）、１２（４）、および／または１２（５）は閉鎖し、端子１８（３）において入手可能である電力を加熱器区分７（３）、７（４）、および／または７（５）にそれぞれ印加する。電力は、管４（２）において熱を生成し、氷６（１）を剥離する。装置２０（２）において、フィン２（２）は、直接（例えば、電気的に）加熱されないが、管４（２）との熱的接触によってフィン２（２）が加熱されるため、フィン２（２）上の氷は剥離する。３つの加熱器区分７（３）、７（４）、および７（５）への管４（２）の組織化は、単に例示的であり、他の実施形態では、管が３つ未満または３つを上回る加熱器区分に組織化されてもよいことを理解されたい。
【００６６】
上述の装置２０（１）のように、装置２０（２）を含む冷凍ユニットは、冷却剤の加熱に熱を浪費することを回避するために、氷剥離の前に冷却剤８を排出し得る。一代替案では、区分７（３）、（４）、および７（５）は、管４（２）の区分として画定されるため、弁および管は、除霜されていない区分における流動と、除霜されている区分からの冷却剤の断熱および／または排出を冷却剤が継続可能であるように設けられ得る。装置２０（２）を利用する冷凍またはフリーザユニットにおいて動作する他の特徴（装置２０（１）に関連して上述するファン等）が氷剥離と連携することを理解されたい。
【００６７】
別の代替案では、装置２０（２）は、管４（２）を通る冷却剤の移動に区分が「後続」するように、区分における氷を剥離してもよい。例えば、図１０の実施形態では、冷却剤は、通常、区分７（３）、（４）、および７（５）を通って、順に移動し得る。冷却剤が管４（２）を通って移動する速度は、装置２０（２）を含むユニットの冷凍システム設計から決定可能である。冷却剤が、通常、管４（２）を流れる間、装置２０（２）は、第１のパルスの電力を区分７（３）に印加してもよく、第１のパルスの持続時間は、区分７（３）から氷を剥離するのに十分である。区分７（３）における冷却剤は、第１のパルスにより生成される熱の一部を吸収する。装置２０（２）は、その後、冷却剤が管４（２）を通って移動する速度を把握して配置される時間遅延の後に、第２のパルスの電力を区分７（４）に印加し、第１のパルス中に区分７（３）にあった冷却剤が、第２のパルス中に区分７（４）にあるようにする。第１のパルス中に区分７（３）における冷却剤により吸収された熱は、第２のパルス中の区分７（４）の加熱に役立ち、区分７（４）からの氷の剥離に必要な第２のパルスの持続時間を減少させ得る。装置２０（２）は、その後、冷却剤が管４（２）を通って移動する速度を把握して配置される時間遅延の後に、第３のパルスの電力を区分７（５）に印加し、第２のパルス中に区分７（４）にあった冷却剤が、第３のパルス中に区分７（５）にあるようにする。第１および第２のパルス中に区分７（３）および７（４）における冷却剤により吸収された熱は、第３のパルス中の区分７（５）の加熱に役立ち、区分７（５）からの氷の剥離に必要な第３のパルスの持続時間を減少させ得る。本明細書に説明する方法が、冷却剤が順番に流れる任意の数の区分について冷却剤を繰り返してもよいことを理解されたい。
【００６８】
図１１は、パルス電熱氷剥離装置２０（３）を示す。図１１は、一定の縮尺で示され得ない。冷却剤８（図８Ａ、図８Ｂ参照）は、冷却剤管４（３）を通過し、管４（３）と熱的接触する冷却フィン２（３）は、冷却剤への熱伝達を促進する。数個のフィン２（３）のみが、図示を明瞭にするために図１１に示される。冷却剤管４（３）および冷却フィン２（３）は、例えば、銅、アルミニウム、もしくはそれらの合金から作製され得るか、または低熱伝導抵抗を有する他の材料から作製され得る。Ａと表示される場所は、図８Ａおよび図８Ｂに図示される部分Ａを表す。氷６（図８Ａ、図８Ｂ参照）は、冷却剤管４（３）およびフィン２（３）のうちの一方または両方の上に成長し得る。装置２０（３）において、管４（３）は、図１の加熱器１０の例である。管４（３）は、３つの加熱器区分７（６）、７（７）、および７（８）を形成するために、スイッチ１２（６）、１２（７）、および１２（８）ならびに接地１６の間で接続する。フィン２（３）は、電気絶縁体または導電体から形成されてもよく、導電体から形成される場合、フィン２（３）は、管４（３）と電気的に接続され得るが、フィン２（３）は、共通加熱器区分内においてのみ接続し、このようにして、加熱器区分において実質的に等電位に配置される。氷剥離が所望される場合、スイッチ１２（６）、１２（７）、および／または１２（８）は閉鎖し、端子１８（４）において入手可能である電力を加熱器区分７（６）、７（７）、および／または７（８）にそれぞれ印加する。電力は、管４（３）において熱を生成し、氷６を剥離する。装置２０（３）において、導電性であり、かつ管４（３）に連結されていたとしても、フィン２（３）を通過する電流がほとんど無いため、フィン２（３）の電気加熱は、発生し得るが、偶発的である。主に、フィン２（３）が管４（３）との熱的接触により加熱されるため、フィン２（３）上の氷は、剥離する（すなわち、図１に関連して上述したように、解凍するか、あるいは完全に溶解および／または蒸発する）。３つの加熱器区分７（６）、７（７）、および７（８）への管４（３）の組織化は、単に例示的であり、他の実施形態では、管が３つ未満または３つを上回る加熱器区分に組織化されてもよいことを理解されたい。
【００６９】
上述の装置２０（１）および２０（２）を含む冷凍ユニットのように、装置２０（３）を含む冷凍ユニットは、冷却剤の加熱に熱を浪費することを回避するために、氷剥離の前に冷却剤８を排出し得る。一代替案では、区分７（６）、（７）、および７（８）は、管４（３）の区分として画定されるため、弁および管は、除霜されていない区分における流動と、除霜されている区分からの冷却剤の断熱および／または排出を冷却剤が継続可能であるように設けられ得る。装置２０（３）を利用する冷凍またはフリーザユニットにおいて動作する他の特徴（装置２０（１）および２０（２）に関連して上述するファン等）は、氷剥離と連携してもよい。装置２０（２）に関連して上述したように、区分を通る冷却剤に氷剥離が「後続」するように時間を計った順番の区分で氷剥離を実行してもよい。
【００７０】
実施例１。単一の１メートルの管を含むパルス電熱氷剥離装置が製造および試験された。管は、１ｃｍの外径と１．４ミリオームの電気抵抗とを有する銅から形成された。装置は、２００個のアルミニウムのフィンを含み、各フィンは、０．１９ｍｍの厚さと４ｃｍｘ４ｃｍの面積とを有し、フィンは、管上で４ｍｍ離間された。Ｔ＝−１０℃の冷たいグリコールを管に流し、管を冷却して、霜を管およびフィン上に形成した。１．４Ｖの電圧および１０００Ａの電流におけるＤＣ電力のパルスは、４秒から５秒の長さであり、装置上に形成されていた霜の全てを剥離した（この場合、溶解した）。
【００７１】
図１２は、冷凍ユニットの冷却剤管および／またはフィンから氷を剥離する過程３０のフローチャートである。過程３０は、例えば、パルス電熱氷剥離装置２０（１）〜２０（３）のいずれかによって実装され得る。ステップ３２において、冷凍ユニットは、冷凍モードで動作する。低温の冷却剤が、冷却剤管を循環して、管および／または冷却フィンを冷却し、熱（例えば、冷凍されるものからの熱または壁を通って拡散するか、もしくはユニットにおける開口部を通って漏出する熱）は、冷凍ユニットから管および／またはフィンに伝達する。冷凍ユニットにおける空気からの水蒸気は、冷却剤管および／または冷却フィン上で氷として凝縮し得る。ステップ３４において、通常の冷凍モードを一時的に中断して、氷の剥離中にエネルギーを保存する。ステップ３４は、任意選択であり、一定の冷凍ユニットにおいて発生しなくてもよい。例えば、ステップ３４は、一定の区分において冷凍を継続する一方で、他の区分が除霜されることが望ましいユニットにおいて発生しなくてもよい。ステップ３６は、電力のパルスを冷却剤管および／または冷却フィンに印加して、剥離される第１の区分において、それらの上に集められた氷を剥離（例えば、解凍、溶解、または蒸発）する。ステップ３６の例として、対応するスイッチ１２（１）〜１２（８）を閉鎖することによって、区分７（１）から７（８）のいずれかの上に蓄積された氷を剥離することが挙げられる。ステップ３８は、氷の剥離が完了したか否か、あるいは冷却剤管および／またはフィンの追加の区分を除霜するべきか否かを決定する。氷の剥離が完了した場合、方法３０は、ステップ３２において通常の冷凍モードを再開する。追加の区分を除霜する場合、任意選択の遅延ステップ３９により、一区分の除霜の際に熱を吸収した冷却剤は、次の区分への移動が可能になり、ステップ４０は、次の区分を除霜し、次に、方法３０は、ステップ３８に戻り、氷の剥離が完了したか否かに関する決定を繰り返す。
【００７２】
Ｎ個の区分を有する図１１のような実施形態では、区分の各々は、Ｐ秒毎におけるＭ秒の間、スイッチ１２（１〜８）による順番スケジュールで、氷剥離のために電力を受信し、電力供給部の結果として生じるデューティサイクル要件は、Ｎ＊Ｍ／Ｐである。例えば、３つの区分を有し、その各々が１５分毎に３０秒の間除氷される実施形態は、１０パーセントの負荷デューティサイクルに対応可能である電力供給部を必要とする。
【００７３】
あるいは、各区分に、別々の専用電力供給部（図示せず）が設けられてもよい。本実施形態では、各専用電力供給部は、Ｍ／Ｐの負荷デューティサイクルに対応可能でなければならない。例において、３つの区分を有し、その各々が１５分毎に３０秒の間除氷され、その各々に専用電力供給部が設けられる実施形態では、各電力供給部は、３と１／３％の負荷デューティサイクルに対応しさえすればよい。
【００７４】
図１３は、管およびフィンの組み立て体６２０の配列を有する熱交換器６００の一実施形態を示し、各組み立て体６２０は、図示するように、管６０６上に装着されるフィン６０４を有する。通常の動作において、冷却される気体は、矢印の方向６１４に流れ、一方、冷却剤は、矢印６１２の方向に管６０６を流れる。各管６０６は、スイッチ６１０を介して電源６０８に接続し、スイッチ６１０の閉鎖時に、電流が管６０６を流れて熱を生成し、それによって熱交換器６００を除氷するように動作するようにする。図１３において、図示を明瞭にするために、電気接続を含む管６０６が１つだけしか示されない。短電流パルスが管６０６を通過する場合、管６０６の壁内においてジュール熱が生成される。管６０６とフィン６０４との間の熱抵抗が極めて低いため、高速の熱拡散がフィン６０４において発生する。したがって、管６０６に生成されるジュール熱は、フィン６０４に急速に伝播し、熱交換器６００上に成長した氷および／または霜を溶解する。
【００７５】
図１４は、図１３の１つの管およびフィンの組み立て体６２０の断面図を示し、熱伝達計算で利用される一定の幾何学的形状定義を示す。以下の例は、熱拡散の速度を示す。ある材料における熱拡散距離、ＬＤ，は、以下によって求められる。
【００７６】
【数４】
式中、
【００７７】
【数５】
式中、ｔは時間であり、αは、材料の熱拡散率であり、κは、材料の熱伝導率であり、ρは、材料の密度であり、Ｃｐは、材料の熱容量である。
【００７８】
図１５は、室温における純アルミニウムについての熱拡散距離（ｍ）対時間（ｓ）を示すチャートを示す。具体的には、図１５は、熱が、１秒で１．８ｃｍを超え、５秒で３．９ｃｍを超えてアルミニウムにおいて拡散することを示す。したがって、この拡散距離は、熱が管６０６内で生成される場合に、約１秒でフィン６０４（フィン６０４は通常のサイズを有する）を加熱するのに十分である。
【００７９】
本実施形態は、冷凍業界で現在用いられる広範な熱交換器内における使用を促進する。例えば、フィン６０４の形状は、環状、４角形、ピン状等のうちの１つ以上であってもよい。フィン６０４および管６０６は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼、導電性ポリマー、または他の合金のうちの１つ以上から作製されてもよい。ステンレス鋼管は、例えば、ステンレス鋼が比較的高い電気抵抗を有するため、抵抗加熱を促進するために使用され得る。他の金属および合金も使用してもよい。
【００８０】
図１、図２、図４、図５、図６、および図７を参照して前述したように、電力供給部６０８は、十分な電力を供給可能であるＤＣまたはＡＣ電力供給部であり、一定の実施形態では、電力供給部６０８は、低電圧、高電流の電力供給部である。例えば、電力供給部６０８は、図４に示すような電池、超コンデンサの列、図６に示すような降圧変成器の電力供給部、図５に示すような電子回路用降圧変成器等のうちの１つ以上であってもよい。一実施形態では、管６０６の電気抵抗が、高周波数電流の搬送時の表皮効果により増加し得るため、電力供給部６０８は、有益である高周波数電流を産生する。
【００８１】
より均一な電気加熱を生成するために、フィン６０４は、管６０６から電気的に絶縁される一方で、管６０６との良好な熱的接触を維持してもよい。例えば、アルミニウム表面上の薄膜陽極酸化層、ポリマーの薄膜層、またはエポキシ接着剤は、このような電気的絶縁を形成してもよい。
【００８２】
上記例において示すように、このようなパルス加熱は、基本の管における液体触媒との対流熱交換により、および熱交換器の外面における空気により、熱損失を制限する。この熱損失の最小化によって、平均電力要件が減少し、熱交換器６００を停止せずに（すなわち、フリーザ、冷却器、または空調機器を停止せずに）除氷および除霜が可能になる。十分な周波数を有する加熱パルスを印加することによって、フィンおよび管の外面上に成長する氷または霜の薄膜層が溶解され、このようにして、熱交換器の表面が実質的に氷および霜を含まずに維持される。したがって、このようなパルス加熱によって、熱交換器の性能および信頼性が改善され得る（必要とされる起動および停止サイクルを低減することによって）。さらに、このようなパルス加熱によって、除氷に必要な電力が低減され、除氷中の温度変動が最小化されることにより、冷蔵庫に保管される食物の賞味期限が延び得る。
【００８３】
アルミニウムから作製され、かつ通常の寸法、つまり、１ｃｍの管６０６の内径、０．３０ｍｍの管６０６の壁厚さ、３６ｍｍのフィン６０４の直径、０．５ｍｍのフィン６０４の厚さ、および４ｍｍのフィン６０４間の空間を有する図１３の熱交換器６００について考察する。このような熱交換器は、約３３０ｇ／ｍの質量（管６０６のメートル長さ当たり）と、０．４７ｍ２／ｍ（管のメートル長さ当たりの平方メートル）の総表面積（フィン６０４＋管の外面）とを有する。管６０６における冷媒の温度が−１８℃であると仮定すると、管６０６の内面における対流熱交換速度は、１０００Ｗ／（ｍ２・Ｋ）であり、大気温度は、＋５℃であり、空気と熱交換器６００の外面との間の対流熱交換係数は、６５Ｗ／（ｍ２・Ｋ）である。
【００８４】
図１６に示すように、３Ｖ／ｍの電場が管６０６に印加される場合、０℃を上回ってアルミニウムの表面を加熱するのにかかる時間は１．４秒未満である。アルミニウムの表面が０℃を超えると、アルミニウムの表面上に形成される任意の氷または霜が溶解し始める。
【００８５】
【表１】
（境界条件）
【００８６】
【表２】
（電気的パラメータ）
【００８７】
【表３】
【００８８】
熱交換器の停止時のパルス加熱中の熱交換器の温度は、
【数６】
により決定され、中断しない熱交換器の動作時のパルス加熱中の熱交換器の温度は、
【００８９】
【数７】
により決定され、式中、
【００９０】
【数８】
であり、
【００９１】
【数９】
である。
【００９２】
図１６は、上記に列挙した仮定に従い、動作中に加熱パルスにより電力供給される場合と、冷却ポンプおよびファンを停止した状態で加熱パルスにより電力供給される場合との熱交換器６００についてシミュレートされた温度対時間を図示するチャートを示す。具体的には、図１６は、不断の動作中に霜の溶解が開始するのにかかる時間が１．４秒未満であることから、冷却剤ポンプまたはファンを停止せずに除霜の実行が成功され得ることを示す。本例では、１．６７１ｋＷの加熱電力を生成する熱交換管（例えば、管６０６）の１メートルの区分に３Ｖを印加する。管は、３Ｖの印加で５５７．００４Ａを伝導する。図１７は、氷を剥離するパルスシステムとして構成される熱交換器６５０を斜視図で示す。熱交換器６５０は、例えば、金属または電気的および熱的に導電性のポリマーから形成され得る。表面６５４（１）および６５４（２）は、冷却剤を循環させることによって冷却される。空気は、冷却表面６５２、６５６（１）、および６５６（２）と、本図面において隠れている表面６５２および表面６５４（２）の反対の対応する冷却表面とを通過して、矢印６６２の方向に循環する。熱は、空気から熱交換器の冷却表面に通過し、次いで、冷却剤に通過し、氷が冷却表面上に形成され得る。薄膜氷検出器６５３が、氷および／または霜の存在を検出するために、冷却表面のうちの１つ以上、例えば、冷却表面６５２に取り付けられ、氷または霜の厚さを測定してもよい。上面６５８および底面６６０は、氷がその上に形成されないように断熱される。
【００９３】
図１８は、氷６（２）が蓄積され、かつ電力供給部１４およびスイッチ６６６に接続される熱交換器６５０の上面図を示す。動作中、熱交換器６５０は、空気を冷却し、氷６（２）を蓄積し得る。次いで、スイッチ６６６を閉鎖し、電流の加熱パルスを熱交換器６５０に送り、加熱パルスの電力および持続時間は、パルスからのかなりの熱が氷６（２）および熱交換器６５０の冷却表面に消散する前に、氷と物体との界面を溶解するように制御可能である。熱交換器６５０が、垂直に配向される場合（例えば、図１７および図１８に示すように）、加熱パルスが印加された後に、重力によって氷６（２）が熱交換器６５０から離れて摺動することが可能である。
【００９４】
図１９は、氷を剥離するパルスシステムとして構成される熱交換器６７０を示す。熱交換器６７０は、空気チャネル６７２を形成し、空気チャネル６７２において、熱は、空気から、入口６７４において交換機６７０に進入し、かつ出口６７６において交換器６７０から退出する冷却剤に通過する。点線Ｆ１４〜Ｆｌ４は、図２０に示す断面平面の上部を示す。
【００９５】
図２０は、点線図１９におけるＦ１４〜Ｆｌ４から垂直に下方に延出する平面から取られた熱交換器６７０の断面図を示す。空気は、矢印６８０方向に熱交換器６７０を流れる。冷却表面６７３は、空気チャネル６７２の側面を形成し、断熱６７８の層は、図示するように、各空気チャネル６７２の上部および底部を断熱する。各冷却表面６７３は、スイッチ６８４を介して電力供給部１４に接続する（図示を明瞭にするために、接続される冷却表面６７３が１つだけしか示されていない）。
【００９６】
動作中、熱交換器６７０は、空気を冷却し、冷却表面６７３上に氷６（３）を蓄積し得る。次いで、スイッチ６８４を閉鎖し、電流の加熱パルスを冷却表面６７３の各々に送り、加熱パルスの電力および持続時間は、パルスからのかなりの熱が氷６（３）、冷却剤、および熱冷却表面６７３に消散する前に、氷と物体との界面を溶解するように制御される。熱交換器６７０が、垂直に配向される場合（例えば、図１９および図２０に示すように）、加熱パルスが印加された後に、重力によって氷６（３）が冷却表面６７３から離れて摺動することが可能である。
【００９７】
熱交換器６５０および６７０の修正が本開示の範囲内にあることを理解されたい。例えば、熱交換器６５０の冷却表面は、図１７および図１８に示す形状とは異なる形状を有してもよく、冷却剤は、熱交換器６５０の管またはチャネルを通ってもよい。冷却表面を電力供給部に接続する代わりに、加熱箔またはフィルムを、熱交換器６５０または６７０の冷却表面に隣接する誘電体層上に配置してもよい。加熱箔またはフィルムと冷却表面との間の空間を封止してもよく、あるいは、加熱箔またはフィルムを冷却表面に熱的接触させるように空間を無くし、氷剥離中に、加熱箔またはフィルムと冷却表面との間の空隙を確立するように加圧されてもよい。冷却表面は、区分を形成し（例えば、熱交換器２０（１）、２０（２）、および２０（３）のように）、このような区分は、全ての区分が所与の時間に加熱パルスを受信しないように、スイッチおよび電力供給部への電気接続を形成し得る。
【００９８】
図２１は、氷を剥離するパルスシステムとして構成されるアコーディオン型熱交換器７００の概略断面図を示す。熱交換器７００では、冷却剤７０６（フロンまたは他の液体）は、熱交換表面を形成する冷却フィン７０４を有する冷却剤管７０２を流れ、周囲空気と熱を交換する。冷却剤管７０２は、フィン７０４内に冷却剤を有するように示されるが、一定の実施形態は、直線的な管またはパイプ（例えば、図２３参照）から側方に延出する熱交換表面を有する冷却管を有してもよい。他の実施形態では、管またはパイプは、熱交換表面を形成するために蛇行形状またはジグザグ形状を帯びてもよい（例えば、図２５参照）。冷却フィン７０４上で形成され得る氷６（４）は、パルス除氷により除去可能である。電力供給部１４は、スイッチ７０８の閉鎖時に、電流の加熱パルスを熱交換器７００に送り、加熱パルスは、フィン７０４と氷６（４）との間に形成される氷と物体との界面を少なくとも溶解し、加熱パルスは、全ての氷６（４）も溶解し得る。単位面積当たりの加熱の通常の密度は、約５ＫＷ／ｍ２から約１００ＫＷ／ｍ２であり得る。電流の大きさおよびパルス持続時間は、温度、流速、および冷却剤の特性（例えば、密度、熱容量、および熱伝導率）に基づいて調整され得る。通常のパルス持続時間は、約０．１秒から１０秒であり得る。
【００９９】
電力供給部１４は、図１において１４として図示され得る。具体的には、電力供給部１４は、図４に示すような電池、図６に示すようなライン周波数変成器、または図５に示すような電子回路用変成器を組み込んでもよい。スイッチ７０８は、半導体型（パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ等）、機械的スイッチ、電磁スイッチ、または上記の任意の組み合わせであってもよい。次いで、加熱パルスの後に残存する固い氷６（４）は、重力によって（例えば、氷６（４）は、フィン７０４から離れて摺動し得る）、または熱交換器７００に対する擦過、振動、もしくは空気吹き込み等の機械的作用によって、除去されてもよい。振動は、例えば、任意選択の小型の電気モータ７１２およびクランク軸７１４によって、任意選択の電磁バイブレータ７１６によって、または冷却剤７０６への圧力振動を誘起することによって提供可能である。
【０１００】
図２２は、冷却剤管７２０を形成するために取り付けられる箔座金７２２の断面図を示す。冷却剤管７２０は、例えば、冷却剤管７０２（図２１参照）として使用されてもよい。箔座金７２２は、例えば、内径が１インチで外径が３インチの４ミルのステンレス鋼の箔座金であってもよく、その外側縁７２４および内側縁７２６においてはんだ付けされるか、またはスポット溶接される。したがって、各座金７２２は、熱交換表面を形成する（例えば、対の座金は、図２１の１つの冷却フィン７０４を形成する）。
【０１０１】
図２３は、冷却剤管７３０を形成するために、直線的なパイプ７３４に取り付けられる箔座金７３２の断面図を示す。冷却剤管７３０は、例えば、冷却剤管７０２（図２１参照）として使用されてもよい。箔座金７３２は、例えば、内径が１インチで外径が３インチの４ミルのステンレス鋼の箔座金であってもよく、その外側縁７３６および内側縁７３８においてはんだ付けされるか、またはスポット溶接され、また、座金７３２は、パイプ７３４にもはんだ付けまたは溶接される。したがって、各対の座金７３２は、冷却フィン（例えば、冷却フィン７０４、図２１）を形成する。パイプ７３４および座金７３２の相対的な壁厚さは、電力のパルスが図２１に示すように誘起される場合に、類似の密度の加熱電力、Ｗを有するように選択され得る。
【０１０２】
図２４は、氷を剥離するパルスシステムとして構成される別のアコーディオン型熱交換器７４０を示す。熱交換器７４０は、周囲空気との加熱を交換する冷却フィン７４４を含む冷却剤管７４２を有する。冷却フィン７４４上で形成され得る氷６（５）は、熱交換器７２０と同様に熱交換器７４０において作動するパルス電熱氷剥離によって除去可能である。電力供給部１４は、スイッチ７４８の閉鎖時に、電流の加熱パルスを熱交換器７４０に送り、加熱パルスは、フィン７４４と氷６（５）との間に形成される氷と物体との界面を少なくとも溶解し、加熱パルスは、全ての氷６（５）も溶解または蒸発し得る。
【０１０３】
図２５は、氷を剥離するパルスシステムとして構成される別のアコーディオン型熱交換器７６０を示す。熱交換器７６０は、周囲空気との加熱を交換する冷却剤管７６２を有し、冷却剤管７６２は、蛇行型であり、冷却剤は、熱交換表面積を最大化するように冷却剤管７６２の湾曲部７６４を流れる。冷却剤管７６２上で形成され得る氷（図示せず）は、パルス電熱氷剥離によって除去可能である。電力供給部１４は、スイッチ７６８の閉鎖時に、電流の加熱パルスを熱交換器７６０に送り、加熱パルスは、フィン７６４と氷との間に形成される氷と物体との界面を少なくとも溶解し、加熱パルスは、全ての氷も溶解し得る。
【０１０４】
熱交換器７３０、７４０、および７６０の修正が本開示の範囲内にあることを理解されたい。例えば、熱交換器７３０、７４０、および７６０の熱交換表面は、図２３、図２４、および図２５に示す形状とは異なる形状を有してもよい。管および／または冷却フィンを電力供給部に接続する代わりに、加熱箔またはフィルムを、このような表面に隣接する誘電体層上に配置してもよい。加熱箔またはフィルムと熱交換表面との間の空間を封止してもよく、あるいは、加熱箔またはフィルムを冷却表面に熱的接触させるように空間を無くし、氷剥離中に、加熱箔またはフィルムと冷却表面との間の空隙を確立するように加圧されてもよい。熱交換表面は、上述のように区分を形成し、区分は、全ての区分が所与の時間に加熱パルスを受信しないように、スイッチおよび電力供給部への電気接続を形成し得る。
【０１０５】
薄壁金属管および箔のパルス加熱は、低電圧（１Ｖから２４Ｖ）、但し高電流（何百または何千アンペア）を有利に利用し得る。より高い電圧（例えば、１２０ＶＡＣまたは２４０ＶＡＣ）の直接使用が好ましい場合、より高い電気抵抗が有利である。より高い抵抗は、加熱器の伝導性膜を冷却管から分離することによって達成可能である。例えば、フィンを含む熱交換器は、陽極酸化アルミニウムから作製されてもよく、薄くて高抵抗性の加熱フィルムが（絶縁）陽極酸化層の上に適用される。加熱フィルムは、ＣＶＤ、ＰＶＤ、電解塗膜、または塗装によって適用可能である。
【０１０６】
図２６は、管状製氷機１００（１）として構成されるパルス電熱氷剥離装置を示す。図２６は、一定の縮尺で示され得ない。Ｂと表示される管状製氷機１００（１）は、図２８においてより詳細に示される。製氷機１００（１）は、さらに後述するように、パルス電熱氷剥離を使用して収集されるリング状の氷６（６）を作製する。製氷管１１０（１）は、フリーザ区画（図示せず）において垂直に配向される。一実施形態では、管１１０（１）は、約３インチから５インチの長さであり、１インチの外径を有し、約１０ミルの壁厚さを有する。管１１０（１）は、例えば、ステンレス鋼、チタン合金、あるいは材料を導電性にするカーボン粒子および／または繊維で充填されるポリマー等の複合材料から作製され得る。噴霧ヘッド１２０は、水１３０を管１１０（１）に噴霧する。一連の熱伝導フィン１４０は、コールドフィンガ１５０からフリーザ区画に熱を伝導し、管１１０（１）の氷成長領域（図２６に示されず、図２８参照）が、水の凝固点未満の温度に達成するようにする。図２６において熱伝達フィン１４０が２つだけしか示されないが、効果的な熱伝達の必要に応じて、より少ないまたは多くのフィン１４０を管１１０（１）の周囲に配置してもよい。コールドフィンガ１５０および熱伝達フィン１４０は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。
【０１０７】
図２８は、管状製氷機１００（１）の部分Ｂをさらに詳細に示す。コールドフィンガ１５０は、管１１０（１）を実質的に取り囲み、管１１０（１）の内部周辺に連続的である対応する氷成長場所１１２（１）を画定する。氷成長領域１１２（１）は、氷分離領域１１５（１）によって分離され、氷は、領域１１５（１）において成長しない。氷分離領域１１５（１）は、コールドフィンガ１５０に隣接しない範囲、または領域１１５（１）において管１１０（１）の温度を上昇させるように設けられ得る温度制御要素１１８として画定されてもよい。例えば、温度制御要素１１８は、領域１１８から熱伝導フィン１４０への熱流を妨げる断熱であってもよい。あるいは、温度制御要素１１８は、氷分離領域１１５（１）の温度を上昇させる加熱器であってもよい。
【０１０８】
再び図２６を参照すると、氷６（６）は、水１３０が管１１０（１）を流れると、コールドフィンガ１５０に隣接して成長する。凍結しない余剰の水１５５は、分離スクリーン１６０を通って保持タンク１７０に通過し、保持タンクにおいて水は供給水１９０に加わる。凍結して氷６（６）になって、供給水１９０に戻らない水１３０は、供給弁２３０により制御される水供給部２２０によって補充される。保持タンク１７０におけるポンプ２００は、管２０５から噴霧ヘッド１２０に水１９０を送出して、上述の過程を開始する。任意選択の加熱器２１０を利用して、水１９０を凍結させないようにしてもよい。
【０１０９】
環状氷６（６）は、電力供給部１４から管１１０（１）に電力を供給するために、スイッチ１２（９）を閉鎖することによって収集される。図２６は、母線１２５が、管１１０（１）の上端を、スイッチ１２（９）を介して電力供給部１４の一方の側面に連結し、管１１０（１）の下方端が接地１６に接続されることを示す。しかしながら、電力および接地の接続が逆であってもよいことを理解されたい。一実施形態では、管１１０（１）が、約１０ミルの厚さを有するステンレス鋼から形成された状態で、スイッチ１２（９）は、約１秒間閉鎖し、約１から６ボルトＡＣおよび約３００アンペア電流の電力のパルスを供給する。管１１０（１）において消費される電力は、管１１０（１）の温度を水の凝固点を超えて上昇させ、環状氷６（６）の少なくとも界面層が溶解し、環状氷６（６）が管１１０（１）から剥離（この場合、解凍）し、重力が管１１０（１）から下方に環状氷６（６）を引っ張るようにする。
【０１１０】
管１１０（１）の電気抵抗が、電力供給部１４およびスイッチ１２（９）の電圧および電流容量に適合するように選択され得ることを理解されたい。例えば、低電気抵抗を提示する管１１０（１）は、高電流、低電圧の電力供給部１４およびスイッチ１２（９）の使用を決定し得るが、より高い抵抗を有する製氷管１１０（１）は、より高い電圧およびより低い電流のために構成される電力供給部１４およびスイッチ１２（９）の使用を可能にし得る。一実施形態では、管１１０の電気抵抗は、１１０〜１２０ＶＡＣまたは２２０〜２４０ＶＡＣ等の商業的に利用可能な線間電圧が電力供給部１４として役割を果たすように最適化される。
【０１１１】
したがって、管１１０（１）は、図１の加熱器１０の例である。分離スクリーン１６０によって、環状氷６（６）は、収集された環状氷６（７）として回収ビン１８０に進められる。
【０１１２】
本明細書に説明するように成長する氷６（６）は、管１１０（１）から滴下する余剰の水１５５への溶解空気および汚染物質を拒否し得る。したがって、環状氷６（６）（および収集される環状氷６（７））は、高い質および透明性を有し得る。溶解空気および汚染物質は、水１９０において蓄積してもよく、ゆえに、製氷機１００（１）は、水１９０の少なくとも一部分を定期的に排水するように排水弁２５０により制御される排水管２４０を含んでもよい。排水は、水供給部２２０から置換される。代替実施形態（図示せず）では、保持タンク１７０およびポンプ２００を排除し、水供給部２２０が噴霧ヘッド１２０に直接供給し、余剰の水１５５が、単に排水される。
【０１１３】
図２７は、管状製氷機１００（２）として構成されるパルス電熱氷剥離装置を示す。図２７は、一定の縮尺で示され得ない。Ｃと表示される管状製氷機１００（２）の一部分は、図２９においてより詳細に示される。製氷機１００（２）は、管状製氷機１００（１）の対応する要素に同一であり、ゆえに同一に番号付けられる一定の要素を含む。管状製氷機１００（２）は、成長領域を冷却するために冷却剤管２６０（１）を使用する（図２９参照）。冷却剤管２６０（１）は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。誘電体層２７０は、冷却剤管２６０（１）から管１１０（２）を電気的に絶縁するが、管１１０（２）から管２６０（１）への熱の伝達に対する影響は最小限である。誘電体層２７０は、例えば、ポリイミドから作製されてもよく、または熱伝導性繊維もしくは粉末、アルミナ繊維もしくは粉末、ガラス繊維、または窒化ホウ素粉末で充填されるポリマーから作製されてもよい。氷６（８）は、水１３０が管１１０（２）を流れると、管２６０（１）に隣接して成長し、環状氷６（８）は、電力供給部１４から管１１０（２）に電力を供給するために、スイッチ１２（９）を閉鎖することによって収集され、分離スクリーン１６０は、氷が製氷システム１００（１）において成長および収集されるのと同様に、収集された環状氷６（９）として、環状氷６（８）を回収ビン１８０に進める。
【０１１４】
図２９は、管状製氷機１００（２）の部分Ｃをより詳細に示す。冷却剤管２６０（１）の各々は、冷却剤２９０を流し、対応する氷成長場所１１２（２）を画定するコールドフィンガ２８０を有する。氷成長領域１１２（２）は、氷分離領域１１５（２）によって分離され、氷は、領域１１５（２）において成長しない。氷分離領域１１５（２）は、コールドフィンガ２８０に隣接しない範囲として図２９において画定される。しかしながら、温度制御要素１１８が、図２８と同様に、領域１１５（２）において管１１０（２）の温度を上昇させるように設けられてもよいことを理解されたい。
【０１１５】
図３０は、管状製氷機１００（３）として構成されるパルス電熱氷剥離装置の断面側面図である。図３０は、一定の縮尺で示され得ない。製氷機１００（３）の部分Ｄは、図３１においてより詳細に示される。図３０の点線Ｆ２６〜Ｆ２６に沿って取られた製氷機１００（３）の断面上面図が、図３２に示される。製氷機１００（３）は、管状製氷機１００（１）および１００（２）の対応する要素に同一であり、ゆえに同一に番号付けられる一定の要素を含む。製氷機１００（３）は、熱伝達板２８０に装着されるいくつかの製氷管１１０（３）の各々において環状氷６（１０）を作製する（図示を明瞭にするために、熱伝達板２８０および氷６（１０）の一部だけが図３０に表示される）。管１１０（３）は、例えば、ステンレス鋼またはチタン合金から形成され得る。熱伝達板２８０は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。冷却剤管２６０（２）は、熱伝達板２８０および管１１０（３）からの熱を除去する冷却剤を循環させる。管２０５は、各管１１０（３）の内面に水１３０を噴霧する噴霧ヘッド１２０を供給する。環状氷６（１０）が収集される状態になると、スイッチ１２（１０）は、電力のパルスを電力供給部１４から母線１２５の各々に連結し、次いで、管１１０（３）の各々を通って接地１６に連結する。電力により管１１０（３）の各々に生成される熱は、各環状氷６（１０）の少なくとも界面層を溶解し、管１１０（３）から落下するように環状氷を剥離する。収集された氷から凍結されない水を分離し、凍結されない水を保持タンクに捕捉し、保持タンクにおいて排出および補充し、噴霧ヘッド１２０まで水を送出し、水が収集される状態になる時を決定する設備が、図２６および図２７に示す設備と同一であり得ることを理解されたい。
【０１１６】
図３１は、管状製氷機１００（３）の部分Ｄの一実施形態をより詳細に示す。氷６（１０）は、製氷管１１０（３）に直接隣接して成長する。誘電体層２９５は、管１１０（３）と熱伝達板２８０との間に配置され、板２８０から管１１０（３）を電気的に絶縁する。誘電体層２９５は、例えば、ＤｕＰｏｎｔより入手可能である銅の層２９０の間に被覆されるポリイミドフィルムであってもよい。あるいは、誘電体層２９５は、熱伝導性繊維もしくは粉末、アルミナ繊維もしくは粉末、ガラス繊維、または窒化ホウ素粉末で充填されるポリマーを含んでもよい。銅層２９０は、はんだの層２８５により、管１１０（３）および熱伝達板２８０に取り付けられ得る。例えば、管１１０（３）は、まず管をはんだ箔で巻き付けてから、それを、銅層２９０の間で被覆されるポリイミドフィルム２９５に巻き付け、次いで、再びはんだ箔で巻き付けることによって調製され得る。このように調製される複数の管１１０（３）は、熱伝達板２８０の孔に挿入され、次いで、はんだ２８５から管１１０（３）、銅層２９０、および熱伝達板２８０に再び流れるように、組立品全体を炉に載置し得る。
【０１１７】
別の実施形態では、熱伝達板２８０は、誘電フィルムへのはんだの代わりに、誘電性かつ熱伝導性の接着剤により管１１０（３）に組み立てられる区分に分離されてもよい。
【０１１８】
図３２は、図３０に示されるＦ２６〜Ｆ２６に沿った管状製氷機１００（３）の断面上面図である。図３２は、一定の縮尺で示され得ない。製氷管１１０（３）および冷却剤管２６０（２）の各々は、１つ以上の熱伝達板２８０を貫通する。図３２は、６角形の配列の１９個の製氷管１１０（３）および５４個の冷却剤管２６０（２）を示すが、対象の製氷容量を達成するために、または対象の場所に適合するために、他の数および配置の製氷管１１０（３）、冷却剤管２６０（２）、および熱伝達板２８０を利用してもよい。したがって、製氷機１００（３）は、製氷管１１０（３）の配列を形成し、この場合、氷６（１０）は、図３０（図３２に示す線Ｆ２４〜Ｆ２４に沿った、製氷機１００（３）の断面図を表す）に示すように、製氷管１１０（３）および熱伝達板２８０の各交点で成長する。
【０１１９】
本明細書において開示される管状製氷機１００（例えば、管状製氷機１００（１）、１００（２）、および１００（３））の代替実施形態は、本開示を熟読および理解することによって明らかになり、かつ本開示の範囲内にある。例えば、管１１０（例えば、管１１０（１）、１１０（２）、または１１０（３）のいずれか）は、断面が円形であってもよく、または他の断面形状を有してもよく、４角形、長方形、楕円形、３角形、または星形等の対応する氷形状を産生してもよい。噴霧ヘッド１２０は、水１３０を噴霧する１つ以上のノズルによって、または水１３０を管１１０の内面に注入もしくは導入するための１つ以上の要素によって置換されてもよい。母線１２５は、図２６および図２７に示すように、管１１０の外周の外部に位置してもよく、図３０に示すように、管１１０の外周の内部に位置してもよい。コールドフィンガ１５０は、熱伝導フィン１４０を必要としないように、氷成長領域１１２（１）からの熱の伝導に十分であってもよい。例えば、氷を容量的に検知することによって、氷を光学的に検知することによって、氷の重量を決定することによって、経過製氷時間を決定することによって、または水流が氷により妨げられることを決定することによって、氷６（６）、６（８）、または６（１０）を収集する時を決定する装置が提供されてもよい。回収ビン（例えば、ビン１８０）において収集された氷のレベルを検出して、十分な氷が回収ビンにある場合に製氷を停止する装置が提供されてもよい。分離スクリーン１６０は、収集時に環状氷を捕捉するが、他の時には管１１０の下から移動する可動要素によって置換されてもよい。分離スクリーン１６０は、水の回収を妨げる望ましくない氷の蓄積を回避するために加熱されてもよい。ポンプ２００、加熱器２１０、供給弁２３０、排水弁２５０、温度制御要素１１８、および／またはスイッチ１２（９）は、制御器（例えば、マイクロプロセッサ、例えば、製氷機１００が位置するフリーザを動作するマイクロプロセッサ）によって動作されてもよい。温度センサを利用して、製氷機１００および／またはフリーザもしくは製氷機１００が位置する他の設備空間の要素の動作をマイクロプロセッサが最適化できるように、データを提供してもよい。製氷機１００（３）の管１１０（３）は、氷６（１０）が１つの管１１０（３）または１つの群の管１１０（３）から一度に収集されるように、個々にまたはまとめて電気接続されてもよい。全ての管１１０（３）よりも少ない管から同時に氷６（１０）を収集することによって、氷の収集に必要な電流の生成および切り替えに関連する構成要素の電流処理容量、ひいてはサイズ、重量、および／または費用が低減され得る。
【０１２０】
管状製氷機として構成されるパルス電熱氷剥離装置のさらに他の実施形態は、１つ以上の製氷管１１０と熱的接触する加熱器を利用する。このような実施形態は、製氷管１１０のために、広範な材料のうちのいずれかを有利に利用し得る。例えば、一実施形態では、管状製氷機は、ステンレス鋼もしくは他の金属、ガラス、プラスチック、ポリマー、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、セラミックもしくは炭素繊維材料、または複合材料、あるいはそれらの組み合わせから形成される製氷管１１０を含む。製氷管１１０は、そこに形成される氷を剥離するために、管に巻き付けられる可撓性加熱器要素によって加熱されてもよい。適切な加熱器要素には、例えば、インコネル被覆カプトンラミネート等の、金属と誘電体とのラミネートが含まれ得る。製氷管１１０に巻き付けられる加熱器要素を利用することによって、加熱器特徴（例えば、高電流、高コストの電力供給部を利用する必要がないような高い電気抵抗）とは無関係に、管の材料の特徴（例えば、耐腐食性、抗菌性）を最適化する等の設計オプションが可能になり得る。導電性管１１０を利用する場合、電力供給部１４およびスイッチ１２の設計において管の伝導性が考慮されること、または管が加熱器用素から電気的に絶縁されることを確実にするように設計において注意を要し得る。加熱器と製氷管１１０との間の熱抵抗ならびに冷却剤管２６０もしくは熱伝導フィン１４０、加熱器、および製氷管１１０間の熱抵抗は、製氷効率が高く、かつ氷の収集に必要な電力が低くなるように、有利に低い。
【０１２１】
図３３は、製氷機３００（１）として構成されるパルス電熱氷剥離装置の断面図である。図３３は、一定の縮尺で示され得ない。製氷機３００（１）の部分Ｅは、図３４において詳細に示される。製氷機３００（１）は、蒸発器板３１０（１）と、冷却剤管３２０を流れる冷却剤（図示せず）により冷却されるフィン３３０とを含む。フィン３３０は、図示するように、製氷ポケット３３５を分割する。水は、板３１０（１）および／またはフィン３３０に隣接して導入され、凍結して氷６（１１）になる（図示を明瞭にするために、管３２０、フィン３３０、製氷ポケット３３５、および氷６（１１）の一部だけが図３３に表示される）。蒸発器板３１０（１）、冷却剤管３２０、および／またはフィン３３０は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。また、製氷機３００（１）は、さらに後述するように、パルス電熱氷剥離を使用して、氷６（１１）を収集するための１つ以上の加熱器３４０（１）も含む。したがって、加熱器３４０（１）は、図１の加熱器１０の例である。
【０１２２】
図３４は、製氷機３００（１）の部分Ｅをより詳細に示す。層の相対厚さは、図３４において一定の縮尺で示され得ない。加熱器３４０（１）は、抵抗加熱層層３４４（１）および誘電体層３４２（１）を含む。加熱層３４４（１）は、例えば、ステンレス鋼もしくはチタン合金等の適度に抵抗性の金属の層または銅等の良好な導電体の薄膜層から形成され得る。誘電体層３４２（１）は、電気絶縁体である材料から有利に形成されるが、高い熱伝導率を有し、したがって、板３１０（１）から加熱層３４４（１）を電気的に絶縁するとともに、そこへの熱伝達を促進する役割を果たす。一実施形態では、加熱器３４０（１）は、印刷回路板であり、誘電体層３４２（１）は、エポキシガラス、ポリイミド、ポリイミドガラス、またはＴｅｆｌｏｎ（登録商標）等の誘電体層であり、加熱層３４４（１）は、銅等の導電体である。
【０１２３】
動作中、製氷機３００（１）は、収集が所望されるまで氷を成長させてから、電力を加熱層３４４（１）に連結する。層３４４（１）により生成される熱は、板３１０（１）およびフィン３３０を急速に加熱し、氷６（１１）を剥離する。氷６（１１）が収集されると、電力は、製氷が再開できるように、加熱層３４４（１）からの接続を切る。
【０１２４】
図３５は、製氷機３００（２）として構成されるパルス電熱氷剥離装置の断面図である。図３５は、一定の縮尺で示され得ない。製氷機３００（２）の部分Ｆは、図３６において詳細に示される。製氷機３００（２）は、製氷機３００（１）の対応する要素に同一であり、ゆえに同一に番号付けられる一定の要素を含む（図示を明瞭にするために、管３２０、フィン３３０、製氷ポケット３３５、および氷６（１２）の一部だけが図３５に表示される）。製氷機３００（２）は、蒸発器板３１０（２）の表面３１５（図３６参照）を実質的に被覆する単一の加熱器３４０（２）を有し、加熱器３４０（２）は、板３１０（２）と冷却剤管３２０との間に配置される。加熱器３４０（２）の載置は、表面３１５のあらゆる点に熱を提供することによって、氷の収集効率を改善する。蒸発器板３１０（２）、冷却剤管３２０、および／またはフィン３３０は、例えば、銅、アルミニウム、またはそれらの合金から作製され得る。
【０１２５】
図３６は、製氷機３００（２）の部分Ｆをより詳細に示す。図３６は、一定の縮尺で示され得ない。加熱器３４０（２）は、抵抗加熱層層３４４（２）および誘電体層３４２（２）を含む。誘電体層３４２（２）は、電気絶縁体であるが、高い熱伝導率を有する材料から有利に形成され、したがって、板３１０（２）から加熱層３４４（２）を電気的に絶縁するとともに、そこへの熱伝達を促進する。例えば、誘電体層３４２（２）は、ポリイミド、熱伝導性繊維もしくは粉末、アルミナ繊維もしくは粉末、ガラス繊維、または窒化ホウ素粉末で充填されるポリマーを含み得る。また、図３６は、熱層３４４（２）と管３２０との間に配置される最適な誘電体層３４２（３）を示す。誘電体層３４２（３）を使用して、層３４４（２）の電気抵抗を制御するために、加熱層３４４（２）を管３２０から電気的に絶縁してもよい。あるいは、管３２０が層３４４（２）に電気的に連結するように誘電体層３４２（３）を排除してもよい。
【０１２６】
動作中、製氷機３００（２）は、収集が所望されるまで氷６（１２）を成長させてから、電力を加熱層３４４（２）に連結する。層３４４（２）により生成される熱は、板３１０（２）およびフィン３３０を急速に加熱し、氷６（１２）を剥離する。氷６（１２）が収集されると、電力は、製氷が再開できるように、加熱層３４４（２）からの接続を切る。
【０１２７】
図３７は、氷を剥離する蓄熱装置を含むフリーザユニット４００（１）の要素を概略的に示す。図３７は、一定の縮尺で示され得ない。フリーザユニット４００（１）は、冷却剤を圧縮する圧縮機４１０を有する。冷却剤は、圧縮機４１０を出る際に高温であり、タンク４４０における管４１２を通過し、ここで、冷却剤は、熱を加熱液体４４５に伝達する（加熱液体４４５のみに伝達するフリーザユニット４００（１）の要素は、図３７においてクロスハッチングで示される）。加熱液体４４５は、好ましくは、アルコール、水／グリコールの混合液、またはブライン等の−２０℃未満の凝固点と６０℃を超える沸点とを有する液体である。冷却剤は、管４１５におけるタンク４４０を出て、コンデンサ４２０においてより多くの熱を伝達する。管４１５は、膨張弁４２０まで継続し、膨張弁において、冷却剤は急速に膨張し、氷点下温度まで冷却する。膨張弁４２０の後、冷却剤は、管４３０と、点線４０５によって図３７において示されるフリーザ区画内に入る。冷却剤管４３０は、製氷機の一部である蒸発器板４３５と熱的接触し、そこから熱を伝達する。点線Ｆ３２〜Ｆ３２は、断面図において示す蒸発器板４３５を図３８において示す。冷却剤管４３０への通過後、冷却剤は、圧縮機４１０に戻り冷却剤の圧縮、冷却剤の冷却、および蒸発器板の冷却のサイクルを繰り返す。
【０１２８】
フリーザユニット４００（１）の製氷中、加熱液体４４５は、タンク４４０において冷却剤から廃熱を集めて保持する。出口弁４５０およびポンプ４５５は、タンク４４０から加熱管４６０（１）への加熱液体４４５の伝達を制御する。管４３０と同様に、加熱管４６０（１）は、蒸発器４３５と熱的接触する。氷の収集が所望される場合、フリーザユニット４００（１）は、出口弁４５０を開放してポンプ４５５を作動させ、加熱管４６０（１）を介して加熱液体４４５を送出し、それによって、収集のために蒸発器板４３５から氷を剥離する熱パルスを生成する。
【０１２９】
図３８は、図３７における点線Ｆ３２〜Ｆ３２に沿った断面図である。蒸発器板４３５は、図示するように、交代で冷却剤管４３０および加熱管４６０（１）に連結する。加熱液体４４５が通過する加熱管４６０（１）内における通過は、図３７との一貫性を保つために、図３８においてクロスハッチングされている。蒸発器板４３５の反対側面上には、製氷中に氷６（１３）から熱を伝達するフィン３３０が存在する。
【０１３０】
図３７は、冷却剤管４３０および加熱管４６０（１）が交互に蒸発器板４３５を交差できるように、フリーザ区画４０５内にマニホールド４３２として配列される冷却剤管４３０を示す。代替実施形態では、冷却剤管および加熱液体管は、蛇行状の対として蒸発器板４３５を横断するが、このような実施形態は、冷却剤管、加熱液体管、またはその両方のいずれかが「背面」配置を形成する内部曲線を有し得る。このような配置は、「熱い」または「冷たい」範囲を形成し、その範囲において、製氷または氷収集のそれぞれが、より多くの時間および／またはエネルギーを必要とする。加熱管４６０（１）がマニホールドを形成してもよく、または単一の管４３０および４６０（１）が「背面」配置の形成を回避するために、蒸発器板の各端部において交差してもよいことを理解されたい。
【０１３１】
図３７および図３８に示されるフリーザユニット４００（１）の性能についてシミュレーションした。４５７ｍｍｘ４３２ｍｍの蒸発器板の寸法が想定された。加熱管４６０（１）は、内径が１６ｍｍおよび長さが７．７メートルの銅管であることが想定された。加熱液体４４５は、等量の水およびグリコールの混合液であることが想定された。タンク４４０における加熱液体４４５は、６０℃の温度に到達すると想定された。シミュレーションにより、ポンプ４５５において１０ワットの電力を費やすことにより、０．９リットルの水／グリコール混合液を送出することによって、氷が２秒で収集されたことが示され、水／グリコール混合液は、０．２２３バールの圧力に到達した。これは、６０秒から３００秒間で１〜２ｋＷの電力を費やし得る商用製氷機における氷収集に必要とされるエネルギーに極めて好ましく匹敵する。氷収集で消費するエネルギーの減少により、経時的な製氷速度が向上し、かつエネルギー費用が低下する。
【０１３２】
図３９は、氷を剥離する蓄熱装置を含むフリーザユニット４００（２）の要素を概略的に示す。図３９は、一定の縮尺で示され得ない。製氷機４００（２）は、製氷機４００（１）の対応する要素に同一であり、ゆえに同一に番号付けられる一定の要素を含む。製氷機４００（２）では、タンク４４０は、蒸発器板４３５よりも高いレベルに位置し、出口弁４５０の開放時に、重力によって加熱液体４４５が加熱管４６０（１）に流入して蒸発器板４３５から氷を取り除くようにする。加熱管４６０（１）は、有利なことに、加熱管４６０（１）を通る加熱液体４４５の急速な流動を促進するように、直径が大きくてもよく、急速な流動により、板４３５が急速に加温され、板４３５から氷が急速に取り除かれる。製氷機４００（２）は、蒸発器板４３５よりも低いレベルに位置する加熱液体容器４６５を含み、加熱液体４４５が、加熱管４６０（１）の通過後に、容器４６５に排出するようにする。ポンプ４７０は、再利用のために、管４７５および任意選択の入口弁４５２を介して、加熱液体４４５をタンク４４０に戻して送出する。加熱液体４４５からタンク４４０への伝達が、別の氷の収集の発生まで完了する必要がないため、ポンプ４７０は、高容量を有する必要はない。
【０１３３】
本明細書において開示されるフリーザユニット４００（例えば、フリーザユニット４００（１）または４００（２）のいずれか）の代替実施形態は、本開示を熟読および理解することによって明らかになり、かつ本開示の範囲内にある。例えば、フリーザユニット４００は、一定の実施形態では、氷の収集中に、圧縮機４１０を停止し得る。しかしながら、氷の収集中に、印加される熱は、概して数秒間だけであるため、一定の実施形態は、収集中に圧縮機４１０を稼動したままにし、開始／停止サイクル中に圧縮機４１０により生じる摩耗を低減し、かつ収集直後に製氷を迅速に再開できるように蒸発器板４３５の熱的回復を速める。製氷中に加熱管４６０（１）における加熱液体４４５を冷却する際および氷収集中にタンク４４０に戻る同量の加熱流体４４５を冷却する際に費やされ得るエネルギーを節約するために、氷の収集中以外に加熱管４６０（１）から加熱液体４４５を排出するために、弁またはポンプを設けてもよい。一実施形態では、図３７に示す構成要素を利用して、タンク４４０は、蒸発器板４３５よりも下に配置され、ポンプ４５５の動作時以外に重力が加熱液体４４５をタンク４４０に戻して排出するようにする。別の実施形態では、図３９に示す構成要素を利用して、加圧時に加熱液体４４５およびその蒸気を含有するようにタンク４４０ならびに弁４５０および４５２を適合させる。管４１２における冷却剤が、タンク４４０における加熱液体４４５およびその蒸気を加熱する場合、圧力が確立されて、出口弁４５０の開放時に、蒸気圧が、氷剥離および収集のために、管４６０を通って加熱液体４４５を急速に押し出す。十分な加熱液体４４５が管４６０に押し出されると、出口弁４５０が閉鎖して入口弁４５２が開放し、次いで、ポンプ４７０が、容器４６５からタンク４４０へ加熱液体を戻し始めることができる。
【０１３４】
図４０は、蓄熱氷剥離装置５００を示す。装置５００は、後述のように、冷却剤８（図８Ａ、図８Ｂ参照）が流れる冷却剤管４（４）と、冷却フィン２（４）と、氷剥離のために加熱液体４４５（図３７、図３９参照）が流れる加熱管４６０（２）とを含む。数個のフィン２（４）のみが、図示を明瞭にするために図４０に示される。冷却剤管４（４）、冷却フィン２（４）、および／または加熱管４６０（２）は、例えば、銅、アルミニウム、もしくはそれらの合金から作製されてもよく、または低熱伝導抵抗を有する他の材料から作製されてもよい。Ａと表示される場所は、図８Ａおよび図８Ｂにおいて図示される部分Ａを表す。
【０１３５】
パルス電熱氷剥離装置２０（１）（図３参照）のように、装置５００は、通常の動作中に、熱を冷却剤に伝達し、氷６は、管４（４）、フィン２（４）、および／または加熱管４６０（２）（図８Ａ、図８Ｂ参照）上に適宜形成され得る。氷剥離が所望される場合、加熱液体４４５（図３７、図３９参照）は、加熱管４６０（２）を流れ、装置５００を加熱して氷を剥離する。図４０における３つの管４（４）および２つの加熱管４６０（２）の図示が単に例示的であること、ならびに任意の数の管４（４）および４６０（２）を氷剥離装置に含めてもよいことを理解されたい。当業者であれば、図４０の蓄熱氷剥離装置５００と、図３７および図３９のフリーザユニット４００（１）および４００（２）の管４３０および４６０を含む蒸発器板４３５との間の類似性に気付くであろう。
【０１３６】
図４１は、蓄熱氷収集を利用するフリーザユニットを動作する過程５５０のフローチャートである。過程５５０は、例えば、フリーザユニット４００（１）または４００（２）のいずれかによって実装され得る。ステップ５６０において、フリーザユニットは、製氷モードで動作する。圧縮機は、冷却剤を圧縮し、冷却剤は、熱を加熱液体に伝達し、熱をコンデンサに伝達し、膨張弁を通過し、製氷機の冷却剤管を循環し、水を凍結させて氷を形成する。ステップ５６０の例として、（１）管４１２を通過して、タンク４４０内の加熱液体４４５に熱を伝達し、（２）コンデンサ４２０に熱を伝達し、（３）膨張弁４２０を通過し、（４）管４３０内を循環して水を凍結させて氷を形成する冷却剤を圧縮機４１０が圧縮することが挙げられる。ステップ５６５では、フリーザユニットは、氷の収集する時を決定する。氷の収集する時になると、過程５５０はステップ５７０に続き、そうでない場合は、製氷がステップ５６０において継続する。ステップ５７０において、圧縮機は、氷収集過程中に稼動を停止する。ステップ５７０の例として、圧縮機４１０の停止が挙げられる。ステップ５７０は、任意選択であり、一定の冷凍ユニットにおいて発生しなくてもよく、例えば、ステップ５７０は、開始および停止の繰り返しにより圧縮機に過度の損傷を生じる可能性のあるユニットにおいて発生しなくてもよい。ステップ５７５は、氷を剥離（例えば、氷を解凍、溶解、および／または蒸発）するために加熱管に加熱液体を流す。ステップ５７５の例として、管４６０に加熱液体４４５を流すために出口弁４５０を動作させること、またはポンプ４５５を動作させることが挙げられる。加熱液体は、氷を剥離するために氷の少なくとも界面層を溶解する。ステップ５８０は、加熱管から加熱液体を排出するか、または空にする。ステップ５８０の例として、（１）加熱液体４４５が、重力によりタンク４４０に戻って流れるようにポンプ４５５を停止すること（図３７参照）と、（２）加熱液体４４５が、重力によりタンク４６５に排出するように出口弁４５０を閉鎖すること（図３９参照）とが挙げられる。氷剥離が完了すると、過程５５０は、ステップ５６０において通常の製氷モードを再開する。
【０１３７】
図４２は、磁気的に連結される実施形態を示す。本実施形態では、冷却フィン２（５）は、冷却管４（５）に取り付けられる。冷却管４（５）は、熱的にならびに電気的に断熱／絶縁され、変成器１０７２（２）のコア１０７８（２）の周囲に数回（通常は、１．５から４回）巻き付けられ、変成器１０７２（２）の低電圧２次巻線としての役割を果たす。電気接続１０９０は、電流が冷却管４（５）に流れることができるように、ゾーンの遠位端に存在する。
【０１３８】
図４２の実施形態では、冷却管４（５）および冷却フィン２（５）を加熱したい場合、好ましくは電源ライン周波数よりも大幅に高い周波数で動作する周波数交流源が、変成器１０７２（２）の一次巻線１０７４（２）に印加される。これによって、冷却管４（５）において電流が誘起され、それによって冷却管４（５）が加熱される。
【０１３９】
図４３は、磁気的に連結される加熱のいくつかのゾーンを有する実施形態を示す。本実施形態では、管４（６）は、製造中に、トロイダルコア１０８０を通り抜ける。また、各トロイダルコア１０８０に巻回されるのは、一次巻線１０８２である。加熱ゾーンの端部において、管４（６）は、共に接合され１０８６、任意選択により接地１６に接合され、トロイダルコア１０８０を貫通する管４（６）のループ１０８４を組み込む電気回路を完成させる。
【０１４０】
管４（６）の第１のゾーン１０９４に付着する氷を剥離したい場合、スイッチ１０８８が閉鎖され、高周波数交流源１０９２を一次巻線１０８２に連結する。これにより、管４（６）のゾーン１０９４に電流が誘起され、管が加熱され、前述のように氷が剥離される。
【０１４１】
管４（６）の第２のゾーン１０９６に付着する氷を剥離したい場合、第２のスイッチ１０９０が閉鎖され、高周波数交流源１０９２を、管４（６）の第２のゾーン１０９９の管が通過するトロイダルコアの周囲に巻線される第２の一次巻線１０９８に連結する。
【０１４２】
図４３の実施形態では、高周波数電力供給部１０９２は、前述のように、ゾーンの数と各ゾーンの剥離パルスとを乗算し、各ゾーンが除氷される速度により割られるものＮ＊Ｍ／Ｐに同等であるデューティサイクルに対応可能である断続使用電力供給部であり得る。
【０１４３】
電力供給部が、除氷する管およびフィンの平方メートル当たり、１キロワットの電力以上を提供可能であることが好ましい。管および／またはフィン上に伝導性フィルムを有する実施形態では、電力供給部は、伝導性フィルムの平方メートル当たり、少なくとも１キロワットを提供可能であるべきである。これらの高電力は、除霜にかかる時間が２分未満、ある実施形態では１分であると予測されることから必要とされる。
【０１４４】
図４４は、図１１の実施形態等の、本発明の実施形態に組み込まれるいくつかの安全特徴を示す。安全インターロックスイッチ１００１、１００３は、除氷システムの各アクセスパネル（図示せず）の開放および取り外しが、インターロックスイッチ１００１、１００３の１つ以上を開放するように設置される。インターロックスイッチ１００１、１００３は、これらのスイッチのいずれかの開放が回路を開放するように直列に接続される。メンテナンスまたは他の目的による機械の開放により、電力供給部１４から電力が除去される。ゆえに、電力供給部１４は、停止し、スイッチ１２（１０）、１２（１１）、および１２（１２）から電力を除去し、それによって、管４（７）から任意の電力が除去される。
【０１４５】
加えて、冷却剤管４（７）の外面または冷却剤管４（７）上の伝導性フィルム等の、システムの帯電金属の外面は、電気的に絶縁する塗膜で塗膜される。可能である場合、この絶縁塗膜は、傷が付きにくい耐久性のある材料から作製され、塗膜が大幅な摩耗抵抗を有するように１ミリメートルの厚さを有する。
【０１４６】
保護被覆上の電気絶縁および安全インターロックスイッチを含む類似の安全特徴が、他の実施形態に設置される。
【０１４７】
図４５は、螺旋状にコイル状であるマイクロチャネル冷媒蒸発器１１０２を有する実施形態を示す。コイル状マイクロチャネル蒸発器は、マイクロチャネル管１１０６を通って長手方向に及ぶ複数の冷媒通路１１０４を有する。マイクロチャネル管１１０６は、通常は、２ミリメートル未満幅であり、ある実施形態では１ミリメートル幅の小空間１１０８が、マイクロチャネル管の巻きのより広い表面の間の気流のために存在するようにコイル状になる。いくつかの実施形態では、誘電繊維をマイクロチャネル管に巻回するか、またはスペーサを提供して、コイル回転間の一定の離間を維持するが、気流を大幅に妨害しない。他の実施形態では、誘電スペーサを使用して、所望の離間を維持する。動作中、空気または他の気体は、空間１１０８を介して蒸発器に進入し、通路１１０４に閉じ込められる管および冷媒と熱を交換し、コイルが巻回される軸（空気が存在する軸と同一の軸）は、好ましくは、溶解水が下方に滴下するように水平である。代替実施形態では、気流方向は、図４５に示す方向とは逆である。
【０１４８】
通常の蒸発器よりも小型でかつ効率的であるが、従来の機器は、氷を空間１１０８に蓄積する強い傾向を有することから気流が閉鎖されていたため、このような堅く離間されたコイルを回避していた。
【０１４９】
氷の蓄積により、空間１１０８を通る気流が減少し、冷媒通路１１０４における冷媒からの熱伝達が減少する。したがって、氷の蓄積は、コイルにおける圧力降下および／またはコイルを通る気流体積、気流流閉鎖によりモータへの負荷変更から生じるファンにもしくは送風機の電流、電圧、または速度の変化を測定することによって、あるいはコイルへの冷媒入力部とコイルからの冷媒出力部との間の温度差を測定することによって検出される。
【０１５０】
ある実施形態では、氷の蓄積は、サーミスタ１１１０が測定するコイル入力部における温度と、第２のサーミスタ１１１２が測定するコイル出力部における温度との差の減少によって検出される。これらの温度は、制御器１１１４により読み取られる。コイルがその上に氷を有することを制御器１１１４が決定すると、制御器は、除氷中に冷媒ポンプを停止し、次いで、前述のように、接続部１１１６を介して高加熱電流をコイルの中央回転に提供する。制御器１１１４への帰還電流は、追加のワイヤ１１１８を通過する。
【０１５１】
図４６に示す代替実施形態では、蒸発器は、図４５の実施形態と同様に、マイクロチャネル管１１５０から製作されるが、渦巻線状に巻回される。渦巻線部の回転間の空間１１５２は、２ミリメートル幅未満であり、好ましくは、約１ミリメートル幅である。空気は、渦巻線部の軸に沿って進入し、渦巻線部は、好ましくは、溶解水が渦巻線部から排出するように垂直に配向される。渦巻線部の中央において、管１１５０は、冷媒を管に供給するように後方に延出される（図示せず）。図４５の実施形態と同様に、マイクロチャネル管に巻回される小誘電挿入部または誘電繊維（図示せず）は、適切な離間の維持を支援する。また、渦巻線部の中央および渦巻線部の外部は、除氷のために高加熱連流を印加するために、制御部１１１４に類似する制御器に連結される。渦巻線部には、図４５の実施形態のセンサに類似するセンサが、気流の閉鎖時および渦巻線部の除氷の必要時を決定するために設けられる。
【０１５２】
図４５および図４６の実施形態では、制御器１１１４は、熱交換表面の平方メートル当たり１キロワット以上の電気加熱電力を巻線マイクロチャネル熱交換器に供給可能であり、除氷にかかる時間は、２分未満、ある実施形態では１分であると予測される。代替実施形態では、管１１０６は、単一の４角形の管である。
【０１５３】
上述の変更および他の変更を、本明細書に説明するパルス電熱および蓄熱氷剥離装置に、その範囲から逸脱することなく加えてもよい。したがって、上記説明に含まれる事項および添付の図面に示される事項が、限定的な意味ではなく例示的に解釈されるべきであることに留意されたい。以下の請求項は、本明細書に説明する全ての一般的かつ具体的な特徴と、言葉上の問題として範囲の間にあると主張され得る本方法およびシステムの範囲に関する全記述を対象とするように意図される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの冷却剤管および複数のフィンを備える冷却剤蒸発器であって、各フィンは、該少なくとも１つの冷却剤管と熱的接触し、該少なくとも１つの冷却剤管は、少なくとも１つの電気抵抗加熱器区分を形成する、冷却剤蒸発器と、
パルスレート化電力供給部であって、該パルスレート化電力供給部は該少なくとも１つの電気抵抗加熱器区分に電力供給するために連結される、パルスレート化電力供給部と、
該パルスレート化電力供給部によって該少なくとも１つの電気抵抗加熱器区分に印加される電力を制御する少なくとも１つのスイッチと
から成るパルス電熱除霜装置。
【請求項２】
前記電力は、少なくとも１つの加熱器区分に印加され得るように構成され、一方で、冷却剤は別の加熱器区分と熱的接触する冷却剤管を流れ続けるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記管および前記フィンが、ポリマー塗膜、熱伝導性接着剤、金属酸化物、および複合材料フィルムのうちの少なくとも１つから形成される絶縁体によって互いから電気的に絶縁され、該絶縁体は、管とフィンとの間の熱を伝導する一方で、該管および該フィンを互いから電気的に絶縁する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記電力供給部は、切り替え式コンバータおよび断続使用ライン周波数変成器から成る群から選択される装置を備えるパルスレート化電力供給部である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
電力を印加する前記装置は、前記抵抗加熱器に磁気的に連結される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記複数のフィンのうちの少なくともいくつかは、前記少なくとも１つの冷却剤管に電気的に接続される、請求項１に記載のパルス電熱除霜装置。
【請求項７】
前記複数のフィンのうちの少なくともいくつかは、複数の点において、前記少なくとも１つの冷却剤管と熱的かつ電気的に接触する、請求項６に記載のパルス電熱除霜装置。
【請求項８】
前記蒸発器は、複数の区分を備え、各加熱器区分は、複数のフィンに電気的かつ熱的に連結される少なくとも１つの冷却剤管の少なくとも１つの部分を備え、少なくとも１つの区分の少なくとも１つのフィンは、複数の点において、少なくとも１つの冷却剤管の該少なくとも１つの部分に電気的かつ熱的に連結され、各加熱器区分のフィンは、同一の区分の少なくとも１つの冷却剤管の部分にのみ直接電気的に連結される、請求項１に記載のパルス電熱除霜装置。
【請求項９】
複数の加熱器区分およびスイッチが存在し、該スイッチは、電力を該加熱器区分に個々に印加するように構成される、請求項１に記載のパルス電熱氷剥離装置。
【請求項１０】
前記パルスレート化電力供給部により前記少なくとも１つの電気抵抗加熱器区分に印加される電力を制御する前記少なくとも１つのスイッチは、該パルスレート化電力供給部に電力を連結可能であるスイッチと、該パルスレート化電力供給部から該少なくとも１つの加熱器区分への電力を連結可能であるスイッチとから成る群から選択されるスイッチである、請求項１に記載のパルス電熱氷剥離装置。
【請求項１１】
冷凍ユニットの冷却剤管および／または冷却フィンから氷を剥離するための方法であって、
通常の冷凍モード中に、該冷却剤管および該冷却フィンの一方または両方の上に氷を蓄積することと、
該氷を剥離するために、パルスレート化電力供給部から該管および該フィンの一方または両方に、電力のパルスを印加することと、
該印加するステップの前に、通常の冷凍モードを中断することと、
該印加するステップの前に、該１つ以上の冷却剤管から少なくとも一部の冷却剤を排出することと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記１つ以上の冷却剤管および前記冷却フィンのうちの少なくとも１つは、区分に組織化され、前記印加および排出するステップは、該区分の各々について繰り返される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
１つ以上の氷成長領域を備える製氷管と、
各氷成長領域から熱を伝達する少なくとも１つの冷却剤管と、
該製氷管から排出する余剰の水を、該氷成長領域から取り除かれた該任意の氷と分離するスクリーンと、
水を該氷成長領域に進入可能にする、少なくとも１つの供給弁により制御される水供給部と、
電力のパルスを該管に定期的に供給する電力供給部であって、該パルスは、該管から該氷を剥離するために、該氷の少なくとも界面層を溶解する、電力供給部と
を備え、該パルスは、熱拡散距離が最大の氷厚さ未満であるように時間制限される、パルス電熱製氷および氷剥離装置。
【請求項１４】
前記製氷管は、金属、ガラス、プラスチック、ポリマー、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、セラミック、および炭素繊維から成る群から選択される材料を含み、前記装置は、前記１つ以上の氷成長領域からの熱伝達を促進するために、１つ以上の熱伝導フィンをさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記氷成長領域への再利用のために前記余剰の水を保持する保持タンクと、水の該保持タンクにおける凍結を防止する加熱器とをさらに備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記氷を容量的に検知することによって、該氷を光学的に検知することによって、該氷の重量を決定することによって、経過製氷時間を決定することによって、および水流が氷により妨げられることを決定することによって、から成る群から選択される方法によって、該氷を検知することによって前記電力のパルスをいつ印加するかを決定する装置をさらに備え、該パルスの電力をいつ印加するかを決定する該装置は、周囲の設備の少なくとも一部分の開放時に、電力の印加を防止する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
複数の製氷管と、
各製氷管の氷成長領域から熱を伝達する少なくとも１つの冷却剤管と、
各製氷管に水を導入する装置であって、それにより、該水の少なくとも一部分が該氷成長領域において凍結して氷になる、装置と、
各管から該氷を剥離するために、該氷の少なくとも界面層を溶解するように、電力のパルスを該製氷管に定期的に供給するパルスレート化電力供給部と
を備え、
該製氷管は複数の群を形成し、該電力供給部は、電力のパルスを各群に個々に定期的に供給し、
安全インターロックは、周囲の設備の少なくとも一部分の開放時に該電気供給部がパルスを供給することを防止し、
該パルスは、熱拡散距離が最大の氷厚さ未満であるように時間制限される、パルス電熱氷剥離装置。
【請求項１８】
各群の前記氷を容量的に検知することによって、各群の該氷を光学的に検知することによって、各群の該氷の重量を決定することによって、経過製氷時間を決定することによって、および水流が各群の氷により妨げられることを決定することによって、から成る群から選択される方法によって、該氷を検知することによって前記電力のパルスをいつ印加するかを決定する装置をさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
蓄熱除氷システムとして構成されるフリーザユニットであって、
廃熱を消散する圧縮機およびコンデンサを有するフリーザユニットと、
該圧縮機、該コンデンサ、および冷却剤管を循環する冷却剤であって、該冷却剤管は蒸発器板と熱的接触する、冷却剤と、
該冷却剤から加熱液体に熱を伝達する、該圧縮機の後および該コンデンサの前にあるタンクと
を備え、該加熱液体は、該蒸発器板から氷を剥離するために、該蒸発器板と熱的接触する加熱管を定期的に流れる、フリーザユニット。
【請求項２０】
前記冷却剤管および前記加熱管は、交代で前記蒸発器板に連結し、前記加熱液体を送出するポンプをさらに備え、前記蒸発器板は、前記タンクよりも高いレベルに配置され、前記加熱液体は、前記ポンプが動作していない場合に、前記加熱液体タンクに排出する、請求項１９に記載のフリーザユニット。
【請求項２１】
冷凍ユニットの冷却剤管、冷却フィン、および蒸発器板のうちの少なくとも１つから氷を剥離するための方法であって、
製氷モードまたは冷凍モード中に、冷却剤から加熱液体に熱を伝達することと、
該製氷モードまたは冷凍モード中に、該冷却剤管、冷却フィン、および蒸発器板のうちの少なくとも１つの上に氷を蓄積することと、
該氷を剥離するために、該冷却剤管、冷却フィン、および蒸発器板のうちの少なくとも１つと熱的接触する加熱管に該加熱液体を流すことと、
該流すステップ中に、該製氷モードまたは冷凍モードを停止することと
を含む、方法。
【請求項２２】
前記流すステップの完了時に、前記加熱管から前記加熱液体を排出することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
熱交換表面と熱的接触する冷却剤管を有する熱交換器であって、該熱交換表面のうちの少なくとも１つは、陽極酸化アルミニウムまたは陽極酸化アルミニウム合金から形成される絶縁体を含み、伝導性フィルムは該絶縁体上に配置される、熱交換器と、
パルス加熱のために、該熱交換器の該伝導性フィルムに連結される電力供給部と
を備え、
該伝導性フィルムは、ＣＶＤ、ＰＶＤ、無電解塗膜、および塗装のうちの１つにより適用される金属層であり、
該電力供給部は、該伝導性フィルムの平方メートル当たり少なくとも１キロワットを提供することが可能である、パルス電熱氷剥離装置。
【請求項２４】
マイクロチャネル蒸発器管であって、該管の入力端部から該管の出力端部に及ぶ複数の冷媒通路を有し、該管は、第１、第２、第３、および第４の側面を有し、該第１および第２の側面は、該第３および第４の側面よりも大きい幅を有する、マイクロチャネル蒸発器管と、
該マイクロチャネル蒸発器管は、該第１の側面と該第２の側面との間の空間が、約２ミリメートル未満の幅を有するように、渦巻線および螺旋から成る群から選択される形状に形成され、
該管の該第１および第２の側面の間の該空間に氷が蓄積された時を決定するために適合されるセンサと、
該管の該第１および第２の側面の間の該空間に氷が蓄積されたことを該センサが表示する場合に、高除氷電流を該マイクロチャネル蒸発器管に印加するパルスレート化電力供給部をさらに備える制御器と
を備える、熱交換器。
【請求項２５】
前記制御器は、除氷のために、熱交換表面の平方メートル当たり少なくとも１キロワットの電力を前記熱交換器に印加することが可能である、請求項２４に記載の熱交換器。
【請求項２６】
前記蒸発器における冷媒流動は、除氷のために電力印加中に停止する、請求項２５に記載の熱交換器。
【請求項２７】
前記マイクロチャネル管は、渦巻線状に巻回される、請求項２６に記載の熱交換器。
【請求項２８】
前記マイクロチャネル管は、螺旋状に巻回される、請求項２６に記載の熱交換器。
【請求項２９】
前記マイクロチャネル管の前記第１の側面と前記第２の側面との間の前記空間は、マイクロチャネル管に巻回される誘電スペーサおよび誘電繊維から成る群から選択される装置で維持される、請求項２４に記載の熱交換器。
【請求項３０】
前記マイクロチャネル管のうちの少なくとも１つの回転は、変成器の２次巻線としての役割を果たす、請求項２４に記載の熱交換器。
【請求項１】
少なくとも１つの冷却剤管および複数のフィンを備える冷却剤蒸発器であって、各フィンは、該少なくとも１つの冷却剤管と熱的接触し、該少なくとも１つの冷却剤管は、少なくとも１つの電気抵抗加熱器区分を形成する、冷却剤蒸発器と、
パルスレート化電力供給部であって、該パルスレート化電力供給部は該少なくとも１つの電気抵抗加熱器区分に電力供給するために連結される、パルスレート化電力供給部と、
該パルスレート化電力供給部によって該少なくとも１つの電気抵抗加熱器区分に印加される電力を制御する少なくとも１つのスイッチと
から成るパルス電熱除霜装置。
【請求項２】
前記電力は、少なくとも１つの加熱器区分に印加され得るように構成され、一方で、冷却剤は別の加熱器区分と熱的接触する冷却剤管を流れ続けるように構成される、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記管および前記フィンが、ポリマー塗膜、熱伝導性接着剤、金属酸化物、および複合材料フィルムのうちの少なくとも１つから形成される絶縁体によって互いから電気的に絶縁され、該絶縁体は、管とフィンとの間の熱を伝導する一方で、該管および該フィンを互いから電気的に絶縁する、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記電力供給部は、切り替え式コンバータおよび断続使用ライン周波数変成器から成る群から選択される装置を備えるパルスレート化電力供給部である、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
電力を印加する前記装置は、前記抵抗加熱器に磁気的に連結される、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記複数のフィンのうちの少なくともいくつかは、前記少なくとも１つの冷却剤管に電気的に接続される、請求項１に記載のパルス電熱除霜装置。
【請求項７】
前記複数のフィンのうちの少なくともいくつかは、複数の点において、前記少なくとも１つの冷却剤管と熱的かつ電気的に接触する、請求項６に記載のパルス電熱除霜装置。
【請求項８】
前記蒸発器は、複数の区分を備え、各加熱器区分は、複数のフィンに電気的かつ熱的に連結される少なくとも１つの冷却剤管の少なくとも１つの部分を備え、少なくとも１つの区分の少なくとも１つのフィンは、複数の点において、少なくとも１つの冷却剤管の該少なくとも１つの部分に電気的かつ熱的に連結され、各加熱器区分のフィンは、同一の区分の少なくとも１つの冷却剤管の部分にのみ直接電気的に連結される、請求項１に記載のパルス電熱除霜装置。
【請求項９】
複数の加熱器区分およびスイッチが存在し、該スイッチは、電力を該加熱器区分に個々に印加するように構成される、請求項１に記載のパルス電熱氷剥離装置。
【請求項１０】
前記パルスレート化電力供給部により前記少なくとも１つの電気抵抗加熱器区分に印加される電力を制御する前記少なくとも１つのスイッチは、該パルスレート化電力供給部に電力を連結可能であるスイッチと、該パルスレート化電力供給部から該少なくとも１つの加熱器区分への電力を連結可能であるスイッチとから成る群から選択されるスイッチである、請求項１に記載のパルス電熱氷剥離装置。
【請求項１１】
冷凍ユニットの冷却剤管および／または冷却フィンから氷を剥離するための方法であって、
通常の冷凍モード中に、該冷却剤管および該冷却フィンの一方または両方の上に氷を蓄積することと、
該氷を剥離するために、パルスレート化電力供給部から該管および該フィンの一方または両方に、電力のパルスを印加することと、
該印加するステップの前に、通常の冷凍モードを中断することと、
該印加するステップの前に、該１つ以上の冷却剤管から少なくとも一部の冷却剤を排出することと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記１つ以上の冷却剤管および前記冷却フィンのうちの少なくとも１つは、区分に組織化され、前記印加および排出するステップは、該区分の各々について繰り返される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
１つ以上の氷成長領域を備える製氷管と、
各氷成長領域から熱を伝達する少なくとも１つの冷却剤管と、
該製氷管から排出する余剰の水を、該氷成長領域から取り除かれた該任意の氷と分離するスクリーンと、
水を該氷成長領域に進入可能にする、少なくとも１つの供給弁により制御される水供給部と、
電力のパルスを該管に定期的に供給する電力供給部であって、該パルスは、該管から該氷を剥離するために、該氷の少なくとも界面層を溶解する、電力供給部と
を備え、該パルスは、熱拡散距離が最大の氷厚さ未満であるように時間制限される、パルス電熱製氷および氷剥離装置。
【請求項１４】
前記製氷管は、金属、ガラス、プラスチック、ポリマー、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、セラミック、および炭素繊維から成る群から選択される材料を含み、前記装置は、前記１つ以上の氷成長領域からの熱伝達を促進するために、１つ以上の熱伝導フィンをさらに備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記氷成長領域への再利用のために前記余剰の水を保持する保持タンクと、水の該保持タンクにおける凍結を防止する加熱器とをさらに備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記氷を容量的に検知することによって、該氷を光学的に検知することによって、該氷の重量を決定することによって、経過製氷時間を決定することによって、および水流が氷により妨げられることを決定することによって、から成る群から選択される方法によって、該氷を検知することによって前記電力のパルスをいつ印加するかを決定する装置をさらに備え、該パルスの電力をいつ印加するかを決定する該装置は、周囲の設備の少なくとも一部分の開放時に、電力の印加を防止する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
複数の製氷管と、
各製氷管の氷成長領域から熱を伝達する少なくとも１つの冷却剤管と、
各製氷管に水を導入する装置であって、それにより、該水の少なくとも一部分が該氷成長領域において凍結して氷になる、装置と、
各管から該氷を剥離するために、該氷の少なくとも界面層を溶解するように、電力のパルスを該製氷管に定期的に供給するパルスレート化電力供給部と
を備え、
該製氷管は複数の群を形成し、該電力供給部は、電力のパルスを各群に個々に定期的に供給し、
安全インターロックは、周囲の設備の少なくとも一部分の開放時に該電気供給部がパルスを供給することを防止し、
該パルスは、熱拡散距離が最大の氷厚さ未満であるように時間制限される、パルス電熱氷剥離装置。
【請求項１８】
各群の前記氷を容量的に検知することによって、各群の該氷を光学的に検知することによって、各群の該氷の重量を決定することによって、経過製氷時間を決定することによって、および水流が各群の氷により妨げられることを決定することによって、から成る群から選択される方法によって、該氷を検知することによって前記電力のパルスをいつ印加するかを決定する装置をさらに備える、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
蓄熱除氷システムとして構成されるフリーザユニットであって、
廃熱を消散する圧縮機およびコンデンサを有するフリーザユニットと、
該圧縮機、該コンデンサ、および冷却剤管を循環する冷却剤であって、該冷却剤管は蒸発器板と熱的接触する、冷却剤と、
該冷却剤から加熱液体に熱を伝達する、該圧縮機の後および該コンデンサの前にあるタンクと
を備え、該加熱液体は、該蒸発器板から氷を剥離するために、該蒸発器板と熱的接触する加熱管を定期的に流れる、フリーザユニット。
【請求項２０】
前記冷却剤管および前記加熱管は、交代で前記蒸発器板に連結し、前記加熱液体を送出するポンプをさらに備え、前記蒸発器板は、前記タンクよりも高いレベルに配置され、前記加熱液体は、前記ポンプが動作していない場合に、前記加熱液体タンクに排出する、請求項１９に記載のフリーザユニット。
【請求項２１】
冷凍ユニットの冷却剤管、冷却フィン、および蒸発器板のうちの少なくとも１つから氷を剥離するための方法であって、
製氷モードまたは冷凍モード中に、冷却剤から加熱液体に熱を伝達することと、
該製氷モードまたは冷凍モード中に、該冷却剤管、冷却フィン、および蒸発器板のうちの少なくとも１つの上に氷を蓄積することと、
該氷を剥離するために、該冷却剤管、冷却フィン、および蒸発器板のうちの少なくとも１つと熱的接触する加熱管に該加熱液体を流すことと、
該流すステップ中に、該製氷モードまたは冷凍モードを停止することと
を含む、方法。
【請求項２２】
前記流すステップの完了時に、前記加熱管から前記加熱液体を排出することをさらに含む、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
熱交換表面と熱的接触する冷却剤管を有する熱交換器であって、該熱交換表面のうちの少なくとも１つは、陽極酸化アルミニウムまたは陽極酸化アルミニウム合金から形成される絶縁体を含み、伝導性フィルムは該絶縁体上に配置される、熱交換器と、
パルス加熱のために、該熱交換器の該伝導性フィルムに連結される電力供給部と
を備え、
該伝導性フィルムは、ＣＶＤ、ＰＶＤ、無電解塗膜、および塗装のうちの１つにより適用される金属層であり、
該電力供給部は、該伝導性フィルムの平方メートル当たり少なくとも１キロワットを提供することが可能である、パルス電熱氷剥離装置。
【請求項２４】
マイクロチャネル蒸発器管であって、該管の入力端部から該管の出力端部に及ぶ複数の冷媒通路を有し、該管は、第１、第２、第３、および第４の側面を有し、該第１および第２の側面は、該第３および第４の側面よりも大きい幅を有する、マイクロチャネル蒸発器管と、
該マイクロチャネル蒸発器管は、該第１の側面と該第２の側面との間の空間が、約２ミリメートル未満の幅を有するように、渦巻線および螺旋から成る群から選択される形状に形成され、
該管の該第１および第２の側面の間の該空間に氷が蓄積された時を決定するために適合されるセンサと、
該管の該第１および第２の側面の間の該空間に氷が蓄積されたことを該センサが表示する場合に、高除氷電流を該マイクロチャネル蒸発器管に印加するパルスレート化電力供給部をさらに備える制御器と
を備える、熱交換器。
【請求項２５】
前記制御器は、除氷のために、熱交換表面の平方メートル当たり少なくとも１キロワットの電力を前記熱交換器に印加することが可能である、請求項２４に記載の熱交換器。
【請求項２６】
前記蒸発器における冷媒流動は、除氷のために電力印加中に停止する、請求項２５に記載の熱交換器。
【請求項２７】
前記マイクロチャネル管は、渦巻線状に巻回される、請求項２６に記載の熱交換器。
【請求項２８】
前記マイクロチャネル管は、螺旋状に巻回される、請求項２６に記載の熱交換器。
【請求項２９】
前記マイクロチャネル管の前記第１の側面と前記第２の側面との間の前記空間は、マイクロチャネル管に巻回される誘電スペーサおよび誘電繊維から成る群から選択される装置で維持される、請求項２４に記載の熱交換器。
【請求項３０】
前記マイクロチャネル管のうちの少なくとも１つの回転は、変成器の２次巻線としての役割を果たす、請求項２４に記載の熱交換器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【公表番号】特表２０１１−５０２２４０（Ｐ２０１１−５０２２４０Ａ）
【公表日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５３２２６１（Ｐ２０１０−５３２２６１）
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８１９０２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０５９０７６
【国際公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【出願人】（５０４３０３７１３）ザ トラスティーズ オブ ダートマウス カレッジ (12)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月３１日（２００８．１０．３１）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０８１９０２
【国際公開番号】ＷＯ２００９／０５９０７６
【国際公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【出願人】（５０４３０３７１３）ザ トラスティーズ オブ ダートマウス カレッジ (12)
【Ｆターム（参考）】
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