(57)【要約】パルス電熱および熱格納氷分離のためのシステムならびに方法。パルス電熱氷分離装置は、１つ以上の冷却チューブ（４）、および随意的に、冷却液チューブと熱的に接触するフィン（２）を含む。チューブおよび／またはフィンは、抵抗ヒータ（１０）を形成する。１つ以上のスイッチ（１２）は、抵抗ヒータに電力を印加し、熱を生成して、チューブおよび／またはフィンから氷を分離する。冷凍ユニット（４００）は、無駄な熱を消散させるための圧縮機（４１０）および凝縮器（４２０）、ならびに圧縮機、凝縮器および冷却液チューブ（４３０）を循環する冷却液を有する熱格納製氷システムを形成する。冷却チューブは蒸発器プレート（４３５）と熱的に接触している。圧縮機の後、かつ凝縮器の前のタンク（４４０）は、熱を冷却液から加熱液体（４４５）へ移動させる。加熱液体は、加熱チューブを定期的に流れ、蒸発器プレートから氷を分離する。
2008528916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス電熱氷分離装置であって、
冷却ユニットの１以上の冷却液チューブと、
該冷却液チューブと熱的に接触した複数の冷却フィンであって、該チューブまたは該複数のフィンの一方または両方が抵抗ヒータを形成する、複数の冷却フィンと、
該抵抗ヒータに電力を印加するための１つ以上のスイッチであって、該抵抗ヒータは熱を発生することにより、該チューブと該複数のフィンの少なくとも１つから氷を分離する、１つ以上のスイッチと
を備えた、パルス電熱氷分離装置。
【請求項２】
前記抵抗ヒータは、複数のヒータセクションを備え、
前記１つ以上のスイッチは、複数のスイッチを備え、
該スイッチは、該ヒータセクション個々に電力を印加するように構成された、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電力は、少なくとも１つのヒータセクションに印加され、一方冷却液は、別のヒータセクションの冷却チューブを流れ続けるように構成された、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記チューブと前記フィンとは、電気的に互いに分離されている、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
重合体被覆、熱伝導性接着剤、金属酸化物および合成材料フィルムのうちの少なくとも１つによって形成された絶縁体であって、該絶縁体は前記チューブと前記フィンとを互いに分離する、絶縁体を備える、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記フィンは、伝導性の蛇行する構成を形成する、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記電力を供給する電源を備える、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記電源は、０．１Ｖから１０００Ｖまでの範囲で電圧を提供する、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記電源は、６Ｖから７０Ｖまでの範囲で電圧を提供する、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記電源は、１５Ｈｚから１５ＭＨｚまでの範囲の周波数を有するＡＣ電圧を提供する、請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
パルス電熱氷分離装置であって、
冷却ユニットの１つ以上の冷却液チューブであって、該１つ以上のチューブは抵抗ヒータを形成する、１つ以上の冷却液チューブと、
該ヒータに電力を印加するための１つ以上のスイッチであって、該ヒータは熱を発生することにより、該チューブから氷を分離する、１つ以上のスイッチと
を備えている、パルス電熱氷分離装置。
【請求項１２】
冷却ユニットの冷却液チューブおよび／または冷却フィンから氷を分離する方法であって、該方法は、
通常の冷却モード中に、該冷却液チューブおよび該冷却フィンのうちの１つまたは両方に氷を蓄積することと、
電力のパルスを該チューブおよび該フィンの１つまたは両方に印加することにより、氷を分離することと
を包含する、方法。
【請求項１３】
前記印加ステップの前に、前記通常の冷却モードを停止することをさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記印加ステップの前に、１つ以上の前記冷却液チューブから、冷却液を排出することをさらに包含する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
１つ以上の冷却液チューブおよび冷却フィンのうちの少なくとも１つが、複数のセクションに構成され、前記印加ステップが、該複数のセクションの各々に対して繰り返される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数のセクションは、冷却液が流れる冷却液チューブの連続的な部分に対応し、前記印加のステップは、前記電力のパルスを、該冷却液が該冷却液チューブをながれる順序に対応する前記セクションに適用することを包含する、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
１つ以上の氷成長領域を備えた製氷チューブと、
各氷成長領域から熱を移動し去るためのコールドフィンガおよび冷却液チューブのうちの１つ以上と、
水を製氷チューブに導入することによって、該水の少なくとも一部を、氷成長領域で凍結させる手段と
電力のパルスを周期的に該チューブに供給することによって、氷の少なくとも１つの境界面層を溶解して氷を該チューブから分離する電源と
を備えている、パルス電熱氷分離装置。
【請求項１８】
前記製氷チューブは、金属、ガラス、プラスチック、重合体、テフロン（登録商標）セラミックおよび炭素繊維のうちの１つ以上を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
１つ以上の氷成長領域からの熱移動を容易にするための１つ以上の熱伝導フィンを備えている、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
供給バルブによって制御される給水と、排水バルブによって制御される排水とを備えている、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
給水からの水を保持するための保持タンクと、
該水を、導入のための手段を介して汲み上げるポンプと
を備えている、請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
余分な水を氷から分離するためのスクリーンであって、該水は前記製氷チューブから排水する、スクリーンを備えている、請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
水が、前記保持タンクの中で凍結するのを防ぐためのヒータを備える、請求項２１に記載の装置。
【請求項２４】
容量的に氷を感知することによって、該氷を光学的に感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、経過した製氷時間を決定することによって、または水の流れが該氷によって阻害されていることを決定することによって、いつ氷を収穫するべきかを決定する装置を備えている、請求項１７に記載の装置。
【請求項２５】
１つ以上の氷成長領域を備えている製氷チューブと、
各氷成長領域から熱を移動し去るためのコールドフィンガおよび冷却チューブのうちの１つ以上と、
該製氷チューブの中に水を導入することにより、該水の少なくとも一部を、前記氷成長領域で凍結させる手段と、
電力のパルスを周期的に、該チューブと熱的に接触しているヒータに供給することによって、氷の少なくとも１つの境界面層を溶解して該氷を該チューブから分離する電源と
を備えている、パルス電熱氷分離装置。
【請求項２６】
複数の製氷チューブと、
各製氷チューブの氷成長領域から熱を移動し去るためのコールドフィンガおよび冷却液チューブのうちの１つ以上と、
各製氷チューブの中に水を導入することにより、該水の少なくとも一部を、該氷成長領域で凍結させる手段と、
電力のパルスを周期的に、各チューブに供給することによって、氷の少なくとも１つの境界面層を溶解して該氷を各チューブから分離する電源と
を備えている、パルス電熱氷分離装置。
【請求項２７】
前記製氷チューブは、複数のグループを形成し、前記電源は周期的に、電力のパルスを１度に１つのグループに供給する、請求項２６に記載の装置。
【請求項２８】
容量的に各グループの氷を感知することによって、各グループの該氷を光学的に感知することによって、各グループの該氷の重量を決定することによって、各グループの経過した製氷時間を決定することによって、または水の流れが各グループの該氷によって阻害されていることを決定することによって、いつ各グループの該氷を収穫するべきかを決定する装置を備えている、請求項２７に記載の装置。
【請求項２９】
蒸発器プレートと熱的に接触する１つ以上の冷却液チューブと、
該蒸発器プレートに隣接して、かつ該冷却液チューブ間に配置された１つ以上のヒータであって、該１つ以上のヒータは、電力を熱に変換することによって、氷が該蒸発器プレートから分離するように構成されている、１つ以上のヒータと
を備えている、パルス電熱氷分離装置。
【請求項３０】
前記１つ以上のヒータの各々は、金属層を備えている、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記１つ以上のヒータの各々は、金属層と蒸発器プレートとの間の誘電体層をさらに備えている、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
蒸発器プレートと熱的に接触している１つ以上の冷却液チューブと、
該冷却液チューブと該蒸発器プレートとの間に配置されたヒータであって、該ヒータは、電力を熱に変換することによって、氷が該蒸発器プレートから分離するように構成されている、ヒータと
を備えている、パルス電熱氷分離装置。
【請求項３３】
前記１つ以上のヒータの各々は金属層を備えている、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記１つ以上のヒータの各々は、前記金属層と前記蒸発器プレートとの間の誘電体層をさらに備えている、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記金属層と前記１つ以上の冷却液チューブの各々との間の誘電体層をさらに備えている、請求項３３に記載の装置。
【請求項３６】
熱格納製氷システムとして構成された冷凍ユニットであって、該冷凍ユニットは、
無駄な熱を消散するための圧縮機および凝縮器を有する冷凍ユニットと、
該圧縮機、該凝縮器および冷却液チューブを循環する冷却液であって、該冷却液チューブは蒸発器プレートと熱的に接触している、冷却液と、
該圧縮機の後、かつ該凝縮器の前の、熱を該冷却液から加熱液体へ移動させるタンクと
を備え、
該加熱液体は、該蒸発器プレートと熱的に接触している加熱チューブを周期的に流れることにより、該蒸発器プレートから氷を分離する、冷凍ユニット。
【請求項３７】
前記冷却液チューブおよび前記加熱チューブは、交互に前記蒸発器プレートと結合する、請求項３６に記載の冷凍ユニット。
【請求項３８】
前記加熱液体を汲み上げるポンプを備えている、請求項３６に記載の冷凍ユニット。
【請求項３９】
前記蒸発器プレートは、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とき、該タンクに排水する、請求項３８に記載の冷凍ユニット。
【請求項４０】
加熱液体槽からタンクへ前記加熱液体を汲み上げるポンプを備えている、請求項３６に記載の冷凍ユニット。
【請求項４１】
前記タンクは、前記蒸発器プレートよりも高いレベルに配置され、前記加熱液体は、該タンクと前記加熱チューブとの間のバルブを開くと、該加熱チューブを流れ、
該蒸発器プレートは、槽よりも高いレベルに配置され、該加熱液体は、氷が分離された後該槽に排水する、請求項４０に記載の冷凍ユニット。
【請求項４２】
前記タンクは、前記ポンプと該タンクとの間の入り口バルブ、および該タンクと前記加熱チューブとの間の出口バルブによって分離され、
前記熱は、該入り口および該出口バルブが閉じるとき、該タンク内の圧力を増大させ、
該圧力は、該出口バルブが開くとき、前記加熱液体を前記加熱チューブに押し込むことにより、氷を分離し、
該氷が分離した後、該出口は閉じ、該入り口バルブは開き、該ポンプは該加熱液体を該タンクに戻す、請求項４０に記載の冷凍ユニット。
【請求項４３】
冷却ユニットの冷却チューブ、冷却フィンおよび蒸発器プレートのうちの少なくとも１つから氷を分離する方法であって、
製氷または冷却モード中に、冷却液から加熱液体に熱を移動することと、
該製氷または冷却モード中に、該冷却液チューブ、該冷却フィンおよび該蒸発器プレートのうちの少なくとも１つに、氷を蓄積することと、
該冷却液チューブ、該冷却フィンおよび該蒸発器プレートのうちの少なくとも１つと熱的に接触する加熱チューブに該加熱液体を流して、氷を分離することと
を包含する、方法。
【請求項４４】
前記流すステップの間に、製氷または冷却モードを停止することをさらに包含する、請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記流すステップが完了するとき、前記加熱チューブから前記加熱液体を排出することをさらに含む、請求項４３に記載の方法。
【請求項４６】
パルス電熱氷分離装置であって、
熱交換面と熱的に接触する冷却液チューブを有する熱交換器と、
パルス加熱のために該熱交換器に電気的に切り換えられる電源と
を備えている、パルス電熱氷分離装置。
【請求項４７】
前記熱交換表面の少なくとも１つは、アノード処理されたアルミニュームまたはアノード処理されたアルミニューム合金から形成された絶縁を備え、前記電源は、該絶縁上に配置された伝導性フィルムに電気的に切り換えられる、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４８】
前記伝導性フィルムは、ＣＶＤ、ＰＶＤ、無電解被覆およびメッキのうちの１つによって形成された金属層である、請求項４６に記載のシステム。
【請求項４９】
前記熱交換器は、アコーディオンタイプの熱交換器である、請求項４６に記載のシステ
ム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照（ＰＣＴ））
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号に基づく優先権を主張する。
【背景技術】
【０００２】
氷または霜が、水蒸気または液体の存在で冷たい表面上に蓄積し得る。そのような氷または霜の分離は、表面をきれいに保つ目的のために（例えば、熱移動、牽引力もしくは空気力学特性を向上させる目的のために）または、氷が使用のために収穫され得るようにするために、望ましいことがあり得る。ほとんどの冷却アプリケーションにおいては、最少のエネルギーを費やして、特定の表面から氷を除去することが有利である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
（概要）
一実施形態においては、パルス電熱氷分離装置は、冷却ユニットの１つ以上の冷却チューブ、およびフィンを含む。フィンは冷却チューブと熱的に接触し、かつチューブまたはフィンのうちの１つが、または両方が、抵抗ヒータを形成する。１つ以上のスイッチが抵抗ヒータに電力を印加し得、チューブおよび／またはフィンから氷を分離するために熱を生成する。抵抗ヒータは、１つより多くの加熱セクションを形成し得、スイッチは、電力をヒータセクション個々に印加するように構成され得る。
【０００４】
別の実施形態において、パルス電熱氷分離装置は、冷却ユニットの１つ以上の冷却液を含む。１つ以上のチューブは抵抗ヒータを形成する。１つ以上のスイッチがヒータに電力を印加し得、熱を生成して、チューブから氷を分離する。
【０００５】
別の実施形態において、一方法は、氷を、冷却ユニットの冷却チューブおよび／または冷却フィンから分離する。上記方法のステップは、通常の冷却モード中に、冷却液チューブおよび／または冷却フィン上に氷を蓄積すること、および電力のパルスをチューブおよびフィンのうちの１つに、または両方に電力のパルスを適用して、氷を分離することを含む。
【０００６】
別の実施形態において、パルス電熱氷分離装置は、１つ以上の氷成長領域を有する製氷チューブを含む。１つ以上のコールドフィンガおよび／または冷却チューブは、各氷成長領域から熱を移動し去る。水が製氷チューブの中に導入されることにより、水の少なくとも一部が、氷成長領域において、凍結する。電源が、電力のパルスをチューブに、またはチューブと熱的に接触しているヒータに定期的に供給し、氷の少なくとも境界面層を溶解して、チューブから氷を分離する。
【０００７】
別の実施形態において、パルス電熱氷分離装置は、１つより多くの製氷チューブを含む。コールドフィンガおよび／または冷却チューブは各製氷チューブの氷成長領域から熱を移動し去る。水が各製氷チューブに導入されることにより、氷成長領域において少なくとも水の１部が氷に凍結する。電源は、電力のパルスを周期的に各チューブに供給し、氷の少なくとも境界面層を溶解してチューブから氷を分離する。
【０００８】
別の実施形態において、パルス電熱氷分離装置は、蒸発器プレートと熱的に接触する１つ以上の冷却液チューブを含む。１つ以上のヒータが蒸発器プレートに隣接して、かつ冷却液チューブ間に位置する。ヒータは電力を熱に変換し、これにより氷が蒸発器プレートから分離するように構成されている。
【０００９】
別の実施形態において、パルス電熱氷分離装置は、蒸発器プレートと熱的に接触する１つ以上の冷却液チューブを含む。ヒータが冷却液チューブと蒸発器プレートとの間に位置している。ヒータは、電力を熱に変換し、これにより氷が蒸発器プレートから分離するように構成されている。
【００１０】
別の実施形態において、冷凍ユニットは、熱格納製氷システムとして構成されている。冷凍ユニットは、無駄な熱を消散するための圧縮機および凝縮器と、圧縮機、凝縮器および冷却液チューブを循環する冷却液とを有する。冷却液チューブは蒸発器プレートと熱的に接触する。タンクは、圧縮機のあと、かつ凝縮器のまえに、熱を冷却液から加熱液体へ移動する。加熱液体は、蒸発器プレートと熱的に接触する加熱チューブを周期的に流れ、蒸発器プレートから氷を分離する。
【００１１】
別の実施形態において、１つの方法は、氷を、冷却ユニットの冷却液チューブ、冷却フィンおよび／または蒸発器プレートから分離する。熱が、製氷または冷却モード中に、冷却液から加熱液体に移る。氷が、製氷または冷却モード中に、冷却液チューブ、冷却フィンおよび／または蒸発器プレートに蓄積する。加熱液体が、冷却液チューブ、冷却フィンおよび蒸発器プレートのうちの少なくとも１つと熱的に接触する加熱チューブを流れる。
【００１２】
別の実施形態において、パルス電熱氷分離装置は、熱交換面と熱的に接触する冷却液チューブを有する熱交換器を含む。電源が、パルス加熱のために熱交換器に電気的に切り換えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（図面の詳細な説明）
熱交換器は、熱質量の間での熱を移動するのに役立つ。一熱交換器構成においては、空気が、循環する冷却液によって冷却される熱交換器表面に隣接して循環し；上記空気は、冷却液に熱を放出する。冷却液の温度が充分に低いときは、氷が表面に発生し得、表面と空気との間の熱交換を阻害する。最小限の追加される熱でそのような氷を除去することが望ましい。なぜならば、熱せられた表面は、空気との熱交換を再開するために再び冷却されなければならないからである。
【００１４】
図１は、パルス電熱氷分離装置２０を概略的に示す。装置２０は、ヒータ１０と、電源１４からヒータ１０への電力の適用を制御するスイッチ１２とを含む。他の実施形態において、電源１４は、装置２０の一部を形成し得る。装置２０は、以下にさらに詳細に記述されるように、１つ以上の表面から氷を分離するように動作する。本明細書に使用されるように、「分離」とは、氷の少なくとも１つの境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き放つことを意味し得、または氷の完全な溶解および／または蒸発を意味し得る。
【００１５】
図２Ａは、パルス電熱氷分離装置２０（図３、図４参照）の一部Ａを示す。装置２０を含む冷却ユニット（図示されず）は、チューブ４を介して冷却液８を流す。熱は、冷却ユニットから冷却液８へ移る。冷却フィン２は、チューブ４と熱的に接触して、熱の移動を容易にする。氷６（１）は、蒸気から、チューブ４および／またはフィン２の表面上へ凝結し得る。氷６（１）は、熱移動を阻害する。装置２０は周期的に、チューブ４および／またはフィン２の表面から氷６（１）を分離し、冷却効率を促進する。図２Ｂは、氷６（１）がチューブ４およびフィン２から分離されたあとの、部分Ａを示している。
【００１６】
図３は、パルス電熱氷分離装置２０（１）を示す。図３は、一定の比率では描かれていないことがあり得る。冷却液８（図２Ａ、図２Ｂを参照）は、冷却チューブ４（１）を介して流れ；チューブ４（１）と熱的に接触する冷却フィン２（１）は、冷却液への熱移動を容易にする。冷却液チューブ４（１）および冷却フィン２（１）は、例えば銅、アルミニュームまたはそれらの合金で作られ得る。Ａと付されている場所は、図２Ａおよび図２Ｂに示されている部分Ａを表現する。氷６（１）（図２Ａ、図２Ｂ参照）は、冷却チューブ４（１）およびフィン２（１）のいずれかまたは両方の上で成長する。装置２０（１）において、フィン２（１）は、図１のヒータ１０の例である。わずかいくつかのフィン２（１）のみが、図３において、図示の明確さのためにラベルが付されている。フィン２（１）は、導電性であり、図示のように、スイッチ１２（１）および１２（２）およびアース１６の間を蛇行する構成で接続する。チューブ４（１）は、電気的絶縁体または伝導体で形成され得る；しかし、伝導体で形成された場合、チューブ４（１）は、実質的に、フィン２（１）から電気的に絶縁される。チューブ４（１）とフィン２（１）との間の電気的絶縁は、材料、例えば金属酸化物（例えばアノード処理被覆）、重合体、合成物、および／または他の誘電体を、例えば、チューブ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、ヒータセクション７（１）および７（２）を形成する。
【００１７】
氷の分離が望まれるとき、スイッチ１２（１）および／または１２（２）は閉じ、端子１８（１）および１８（２）で利用できる電力を、ヒータセクション７（１）および／または７（２）にそれぞれ適用する。電力は、フィン２（１）で熱を生成し、氷６（１）を分離する。装置２０（１）において、チューブ４（１）は、直接的には（例えば電気的に）加熱されないが、チューブ４（１）上の氷は分離する。なぜならば、チューブ４（１）は、フィン２（１）との熱的な接触を介して加熱されるからである。フィン２（１）を２つのヒータセクション７（１）および７（２）に構成することは、ただの例示である。他の実施形態においては、フィンはただ１つのヒータセクションまたは２つより多くのヒータセクションに構成され得ることは理解される。
【００１８】
パルス電熱氷分離装置２０（１）を含む冷却ユニットは、氷の分離の前に、冷却液源に接続されたバルブを閉じるが、冷却コンプレッサは運転し続けることによって、冷却液８をチューブ４（１）から排出し得る。氷の分離の前にチューブ４（１）から冷却液を排出することは、有利であり得る。なぜならば、氷の分離中に生成された熱は、チューブ４（１）およびフィン２（１）だけの熱質量に作用し、熱は冷却液を加熱することで浪費されないからである。冷却液を加熱しないことは、氷の分離を早め、適用されなければならない全体的な熱が減少する。従って、冷却が再開されるとき、冷却液を再冷却するために必要とされる電力が減少する。
【００１９】
装置２０（１）を利用する冷却または冷凍ユニットの他のプロセスは、氷の分離と調和し得ることは理解できる。例えば、冷却または冷凍ユニットがファンを利用して、熱を装置２０（１）に移動する場合、ファンは氷の分離中に停止し得る。個々のファンが、氷の分離を受けているセクション（例えば、セクション７（１）または７（２））に隣接して配置される場合、氷の分離を受けているセクションに隣接したファンは、他のセクションに隣接するファンは動作し続ける一方で、停止し得る。
【００２０】
図４は、パルス電熱氷分離装置２０（２）を示す。図４は、一定の比率では描かれていないことがあり得る。冷却液８（図２Ａ、図２Ｂ参照）は、冷却液チューブ４（２）を通って流れ；チューブ４（２）と熱的に接触する冷却フィン２（２）は、冷却液への熱の移動を容易にする。わずかいくつかのフィン２（２）のみが、図４において、図示の明確さのためにラベルが付されている。冷却チューブ４（２）および冷却フィン２（２）は、例えば銅、アルミニュームまたはその合金で作られている。Ａと付されている場所は、図２Ａおよび図２Ｂで示されている部分Ａを表現している。氷６（１）（図２Ａ、図２Ｂ参照）は、冷却チューブ４（２）およびフィン２（２）のいずれかまたは両方で成長する。装置２０（２）において、チューブ４（２）は、図１のヒータ１０の例である。チューブ４（２）は、スイッチ１２（３）、１２（４）および１２（５）およびアース１６の間で接続する。フィン２（２）は、電気的絶縁体または伝導体で形成され得る；しかし、伝導体で形成された場合、フィン２（２）は、実質的に、チューブ４（２）から電気的に絶縁される。チューブ４（２）とフィン２（２）との間の電気的絶縁は、例えば、材料、例えば金属酸化物（例えばアノード処理被覆）、重合体、合成物、および／または他の誘電体を、チューブ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。チューブ４（２）は、ヒータセクション７（３）、７（４）および７（５）を形成する。
【００２１】
氷の分離が望まれるとき、スイッチ１２（３）、１２（４）および／または１２（５）は閉じ、端子１８（３）で利用できる電力を、ヒータセクション７（３）、７（４）および／または７（５）にそれぞれ適用する。電力は、チューブ４（２）で熱を生成し、氷６（１）を分離する。装置２０（２）において、フィン２（２）は、直接的には（例えば電気的に）加熱されないが、フィン２（２）上の氷は分離する。なぜならば、フィン２（２）は、チューブ４（２）との熱的な接触を介して加熱されるからである。チューブ４（２）を３つのヒータセクション７（３）、７（４）および７（５）に構成することは、ただの例示であり、他の実施形態においては、チューブは３つより少ないかまたは多いヒータセクションに構成されることは理解される。
【００２２】
以上論議された装置２０（１）のように、装置２０（２）を含む冷却ユニットは、氷の分離の前に冷却液８を排出し得ることにより、冷却液を加熱することにより熱が浪費されることを避ける。１つの代替案において、セクション７（３）、７（４）および７（５）は、チューブ４（２）のセクションとして規定されているので、バルブおよびチューブが提供されることにより、冷却液が氷の除かれていないセクションを通って流れ続けることが可能となり、冷却液は、氷の取り除かれているセクションから分離、および／または排出可能となる。装置２０（２）（装置２０（１）に関連して上に論議されたように、例えばファン）を利用する冷却または冷凍ユニットにおいて動作する他の特徴は、氷の分離と調和し得る。
【００２３】
別の代替案において、装置２０（２）は、上記セクションが、チューブ４（２）を通る冷却液の動きに従うようにセクションにおける氷を分離し得る。例えば、図４の実施形態において、冷却液は通常、順にセクション７（３）、７（４）および７（５）を通って動き得る。冷却液がチューブ４（２）を通って動くスピードは、装置２０（２）を含むユニットの冷却システム設計から決定され得る。冷却液は通常、チューブ４（２）を通って流れる一方、装置２０（２）は、電力の第１パルスをセクション７（３）に印加する；第１パルスの継続期間は、セクション７（３）から氷を分離するために十分である。セクション７（３）における冷却液は、第１のパルスによって、生成された熱のいくらかを吸収する。冷却液がチューブ４（２）を通って動くスピードの知識を使用して設定された遅れ時間の後、装置２０（２）は次に、電力の第２のパルスを、セクション７（４）に適用し得、それによって、第１のパルス中にセクション７（３）にあった冷却液は、第２のパルス中に、セクション７（４）にあることになる。第１のパルス中に、セクション７（３）において冷却液によって吸収された熱は、第２のパルス中にはセクション７（４）を加熱するのを助け、セクション７（４）から氷を分離するために必要とされる第２のパルスの継続期間を減少させ得る。冷却液がチューブ４（２）を通って動くスピードの知識を使用して設定された遅れ時間の後、装置２０（２）は次に、電力の第３のパルスを、セクション７（５）に適用し得、それによって、第２のパルス中にセクション７（４）にあった冷却液は、第３のパルス中に、セクション７（５）にあることになる。第１および第２のパルス中に、セクション７（３）および７（４）において冷却液によって吸収された熱は、第３のパルス中にはセクション７（４）を加熱するのを助け、セクション７（５）から氷を分離するために必要とされる第３のパルスの継続期間を減少させ得る。ここに記述された方法は、冷却液が連続して流れるセクションの任意の数に対して繰り返され得ることは理解される。
【００２４】
図５は、パルス電熱氷分離装置２０（３）を示す。図５は一定比率では描かれていないことがあり得る。冷却液８（図２Ａ、図２Ｂを参照）は、冷却チューブ４（３）の中を通り；チューブ４（３）と熱的に接触する冷却フィン２（３）は、冷却液への熱移動を容易にする。わずかいくつかのフィン２（３）のみが、図５において、図示の明確さのためにラベルが付されている。冷却チューブ４（３）および冷却フィン２（３）は、例えば、銅、アルミニュームまたはそれらの合金、または低い熱伝導抵抗を有する他の材料で作られ得る。Ａと付されている場所は、図２Ａおよび図２Ｂに示されている部分Ａを表現する。氷６（１）（図２Ａ、図２Ｂ参照）は、冷却チューブ４（２）およびフィン２（２）のいずれかまたは両方で成長する。装置２０（３）において、チューブ４（３）は、図１、ヒータ１０の例である。チューブ４（３）は、スイッチ１２（６）、１２（７）および１２（８）とアース１６との間で接続して、ヒータセクション７（６）、７（７）および７（８）を形成する。フィン２（３）は、電気的絶縁体または導体で形成され得；導体で形成された場合、フィン２（３）は、チューブ４（３）と電気的に接続されるが、フィン２（３）は、共通のヒータセクション内でのみ接続し、従ってヒータセクションを横切って実質的に等電位に配置されている。氷の分離のために望まれるように、スイッチ１２（６）、１２（７）および／または１２（８）は閉じ、端子１８（４）で利用可能な電力をヒータセクション７（６）、７（７）および／または７（８）にそれぞれ印加する。電力はチューブ４（３）において、熱を生成し、氷６を分離する。装置２０（３）において、フィン２（３）の電気的な加熱が起こり得るが、付随的である。なぜならば、たとえ導電性があり、かつチューブ４（３）と接続されていても、電流はフィン２（３）をほとんど流れないからである。フィン２（３）上の氷は、最初に分離する（すなわち、図１に関連して上に論議されたように、離すか、または完全に溶解するおよび／または蒸発する）。なぜならばフィン２（３）は、チューブ４（３）との熱的な接触を介して加熱されるからである。チューブ４（３）を３つのヒータセクション７（６）、７（７）および７（８）に構成することはただの例示であり、他の実施形態においては、チューブは３つより少ないかまたは多いかのヒータセクションに構成され得ることは理解される。
【００２５】
上に論議された装置２０（１）および２０（２）を含む冷却ユニットのように、装置２０（３）を含む冷却ユニットは、氷の分離の前に冷却液８を排出することにより、冷却液を加熱することで熱が浪費されることを避ける。１つの代替案において、セクション７（６）、７（７）および７（８）は、チューブ４（２）のセクションとして規定されているので、バルブおよびチューブが提供され得て、冷却液が氷の除かれていないセクションを通って流れ続けることが可能となり、冷却液は、氷の取り除かれているセクションから分離され、および／または排出される。装置２０（３）（装置２０（１）および２０（２）に関連して上に論議されたように、例えばファン）を利用する冷却または冷凍ユニットにおいて動作する他の特徴は、氷の分離と調和し得る。装置２０（２）に関連して上に記述されたように、氷分離は、氷分離がセクションを通る冷却液に「従う」ように引き続くセクションでタイミングを取って実施される。
【００２６】
例＃１．単一の１メータチューブを含むパルス電熱氷分離装置が、構築されテストされた。チューブは、１ｃｍの外径および１．４ｍｏｈｍの電気抵抗を有する銅で形成された。装置は、２００のアルミニュームフィンを含み、各フィンは、０．１９ｍｍの厚さおよび４ｃｍ×４ｃｍの面積を有し；フィンは、チューブ上で４ｍｍの間隔で置かれた。Ｔ＝−１０Ｃでの冷たいグリコールがチューブを流れて、それを冷やしチューブおよびフィンの上に霜を結ばせた。１．４Ｖの電圧および１０００Ａの電流でのＤＣ電力のパルスが、４〜５秒の長さで、装置に形成していた霜全てを分離（この場合は、溶解）した。
【００２７】
図６は、冷却ユニットの冷却液チューブおよび／または冷却フィンから氷を分離するためのプロセス３０の流れ図である。プロセス３０は、例えば、パルス電熱氷分離装置２０（１）〜２０（３）の任意のものによってインプリメントされ得る。ステップ３２において、冷却ユニットは冷却モードで動作する。低温度の冷却液は、冷却液チューブを通って循環し、チューブおよび／または冷却フィンを冷却し；熱（例えば、冷却される品目からの熱または壁もしくはユニットにおける開口部からの漏れから拡散する熱）は冷却ユニットからチューブおよび／またはフィンへ移る。冷却ユニット中の空気からの水蒸気は、冷却液チューブおよび／または冷却フィン上に氷として凝結し得る。ステップ３４において、通常の冷却モードは、氷を分離するために停止される。ステップ３４は随意的であり、特定な冷却ユニットにおいては起こり得ない；例えば、ステップ３４は、他のセクションは氷が除かれている間に、特定のセクションにおいて冷却を続けることが望ましいユニットにおいては起こり得ない。ステップ３６は、氷が除かれている第１のセクションにおいて、冷却チューブおよび／または冷却フィンを介して、電力のパルスを印加し、その中に集まった氷を分離する（例えば、離す、溶解する、または蒸発させる）。ステップ３６の一例は、対応するスイッチ１２（１）〜１２（８）を閉じることによって、セクション７（１）〜７（８）の任意のものの上に蓄積した氷を分離することである。ステップ３８は、氷の分離は完全かどうか、または冷却液チューブおよび／またはフィンの追加的なセクションで氷が除かれるべきかどうかを決定する。氷の分離が完全であれば、方法３０は通常の冷却モードをステップ３２において再開する。追加的なセクションで氷が除かれるべきである場合、随意的な遅延ステップ３８は、１つのセクションの氷の除去で熱を吸収した冷却液が次のセクションに動くことを可能にし、ステップ４０は次のセクションの氷を除き、方法３０は、ステップ３８に戻り、氷の分離は完全かどうかの決定を繰り返す。
【００２８】
図７は、チューブとフィンのアセンブリ６２０のアレイを有する熱交換器６００の一実施形態を示し、各アセンブリ６２０は、図示のように、チューブ６０６に取り付けられたフィン６０４を有する。通常の動作において、冷却されるべきガスは矢印６１４の方向に流れる一方、冷却液は、チューブ６０６を矢印６１２の方向に流れる。各チューブ６０６は、スイッチ６１０を介して電源６０８に接続することにより、スイッチ６１０が閉じる場合は、電流がチューブ６０６を流れ、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。図７において、図示の明確さのために、ただ１つのチューブ６０６が、電気的な接続とともに図示されている。短い電流パルスがチューブ６０６を通過するとき、ジュール熱がチューブ６０６の壁内で生成される。チューブ６０６とフィン６０４との間には非常に低い熱抵抗があるので、非常に速い速度の熱拡散が、フィン６０４に起こる。このようにして、チューブ６０６において生成されたジュール熱は、フィン６０４の中に伝わり、熱交換器６００に成長した氷および／または霜を溶解する。
【００２９】
図８は、図７の１つのチューブとフィンアセンブリ６２０を貫く断面を示し、熱移動計算において利用される特定な幾何学的定義を示す。次の例は、熱拡散速度を示す。ある材料における熱拡散長さ、ＬＤは、
【００３０】
【数１】
2008528916.tif 000003
で与えられ、
ここで、
【００３１】
【数２】
2008528916.tif 000004
であり、ｔは時間であり、αは材料の熱拡散性であり、ｋ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。
【００３２】
図９は、室温での純粋アルミニュームに対する、熱拡散長さ（ｍ）対時間（ｓ）を図示するチャートを示す。特に、図９は、熱が１秒間に、１．８ｃｍにわたってアルミニュームにおいて拡散し、かつ５秒間に３．９ｃｍにわたって拡散することを示している。従って、この拡散長さは、熱がチューブ６０６の内側に生成されるとき、約１秒間でフィン６０４（ここで、フィン６０４は通常のサイズである）を加熱するのに十分である。
【００３３】
この実施形態は、現在冷却産業で使用されている熱交換器の広い範囲内での使用を容易にする。例えば、フィン６０４の形状は、環状、正方形、ピン状などのうちの１つ以上である。フィン６０４およびチューブ６０６は、アルミニューム、銅、ステンレススチール、伝導性の重合体または他の合金のうちの１つ以上で作られ得る。ステンレススチールチューブは、例えば、抵抗加熱を容易にするために使用され得る。なぜならば、ステンレススチールは比較的高い電気的抵抗を有するからである。他の金属および合金も使用され得る。
【００３４】
電源６０８は、十分な電力を供給し得る任意のＤＣまたはＡＣ電源であり得；特定の実施形態においては、電源６０８は、低電圧、高電流電源である。例えば、電源６０８は、バッテリー、スーパーコンデンサのバンク、ステップダウントランス、電子ステップダウントランスなどのうちの１つ以上であり得る。一実施形態においては、電源６０８は、有益な高周波数電流を生成する。なぜならば、チューブ６０６の電気的抵抗は、高周波数電流を搬送するとき、表皮効果のために増大されるからである。
【００３５】
より均一な電気的加熱を生成するために、フィン６０４は、チューブ６０６との良好な熱的な接触を維持する一方で、チューブ６０６から電気的に分離され得る。例えば、アルミニューム表面上の薄いアノード処理された層、重合体の薄い層、またはエポキシ樹脂接着剤は、そのような薄い電気的な絶縁を形成し得る。
【００３６】
上の例で例示されたように、そのようなパルス加熱は、ベースチューブにおける液体冷却剤との対流熱交換、および熱交換器の外側表面上の空気による熱損失を制限する。この熱損失を最小にすることで、平均的な電力要求を減少させ、かつ熱交換器６００を停止することなく除氷および霜の除去を可能にする（すなわち、フリーザ、クーラまたは空気調節装置を停止することなく）。十分な周波数で加熱パルスを適用することによって、チューブのフィンおよび外面に成長した氷および霜の薄い層は溶解し、熱交換器表面にはほとんど氷および霜がない状態を維持する。そのようなパルス加熱は、熱交換器の性能および信頼性を（必要とされる起動および停止のサイクルを減少させることによって）向上させる。そのようなパルス加熱はさらに、除氷のために必要とされる電力を減少させ、かつ除氷の間の温度変動を最少にすることによって、冷却庫内に格納された食料の貯蔵寿命を延ばす。
【００３７】
アルミニュームで作られ、かつ通常の寸法：内径１ｃｍのチューブ６０６、壁厚０．３０ｍｍのチューブ６０６、直径３６ｍｍのフィン６０４、厚さ０．５ｍｍのフィン６０４、およびフィン間の間隔４ｍｍのスペース、を有する図７の熱交換器６００を考慮されたい。そのような熱交換器は、質量約３３０ｇ／ｍ（チューブ６０６の１メータ長さ当たり）、および合計表面積（フィン６０４＋チューブの外表面）０．４７ｍ２／ｍ（チューブの１メータ長さ当たりの平方メータ）を有する。チューブ６０６内の冷媒の温度は−１８℃、チューブ６０６の内面での対流熱交換速度は、１０００Ｗ／（ｍ２・Ｋ）、周囲の空気温度は＋５℃、および空気と熱交換器６００の外面との間の熱交換率は６５Ｗ／（ｍ２・Ｋ）であると仮定されたい。
【００３８】
図１０に示されているように、３Ｖ／ｍの電界が、チューブ６０６に印加された場合、アルミニュームの表面を０℃よりも高く加熱するためには、１．４秒より短い時間がかかる。アルミニュームの表面が、０℃よりも高くなると、アルミニュームの表面上に形成された任意の氷または霜は溶解し始める。
【００３９】
【表１】
2008528916.tif 000005
【００４０】
【表２】
2008528916.tif 000006
熱交換器が停止されているとき、パルス加熱中の熱交換器温度は、
【００４１】
【数３】
2008528916.tif 000007
によって決定され、かつ熱交換器が中断なく動作しているとき、パルス加熱中の熱交換器温度は、
【００４２】
【数４】
2008528916.tif 000008
によって決定され、ここで、
【００４３】
【数５】
2008528916.tif 000009
および、
【００４４】
【数６】
2008528916.tif 000010
である。
【００４５】
図１０は、動作中に加熱パルスによって電力が供給されるとき、ならびに冷却ポンプおよびファンがオフの状態で加熱パルスによって電力が供給されるとき、上にリストされた仮定に従った熱交換器６００に対してシミュレーションされた温度対時間を図示するチャートを示す。特に、図１０は、霜の除去が、冷却液ポンプまたはファンを停止することなしにうまく実行され得、その理由は、中断のない動作中に霜溶解を開始するためには１．４秒より少ない時間がかかるからである。この例においては、３Ｖが熱交換チューブ（例えばチューブ６０６）の１メータセクションに適用され、１．６７１ｋＷの加熱電力を生成する。チューブは印加された３Ｖの５５７．００４Ａを伝導する。
【００４６】
図１１は、氷を分離するためのパルスシステムとして構成された熱交換器６５０を、斜視図で示す。熱交換器６５０は、例えば、電気的にかつ熱的に伝導性の重合体で形成される。表面６５４（１）および６５４（２）は循環する冷却液によって冷却される。空気は矢印６６２の方向に循環し、冷却表面６５２、６５６（１）および６５６（２）、ならびに、この図ではかくれている、表面６５２および表面６５４（２）の反対側の冷却表面を通過する。熱は空気から熱交換器の冷却表面へと移り、次に冷却液へと移り；氷が冷却表面上に形成し得る。薄膜氷検知器６５３は１つ以上の冷却表面、例えば冷却表面６５２に取り付けられることにより、氷および／または霜の存在を検知し、氷または霜の厚さを測定し得る。上面６５８および底面６６０は熱的に絶縁され、それにより、氷はその上には形成されない。
【００４７】
図１２は、蓄積された氷６（２）を有し、電源６６４およびスイッチ６６６への接続を有する熱交換器６５０の上面図を示す。動作において、熱交換器６５０は空気を冷却し、かつ氷６（２）を蓄積し得る。スイッチ６６６は次に閉じ、熱交換器６５０を介して電流の加熱パルスを送り；加熱パルスの電力および継続期間は、パルスからのかなりの熱が氷６（２）および熱交換器６５０の冷却面の中に消散する前に、制御され得、氷−物体境界面を溶解する。熱交換器６５０が垂直に向けられている場合（例えば、図１１および１２に示されているように）、加熱パルスが適用された後、重力により氷６（２）は熱交換器６５０をすべり落ちる。
【００４８】
図１３は、氷を分離するためのパルスシステムとして構成された熱交換器６７０を示す。熱交換器６７０は空気チャネル６７２を形成し、その空気チャンネル６７２で、熱が空気から、入口６７４で交換機６７０に入り、出口６７６で交換機６７０から出る冷却液へ移る。破線Ｆ１４−Ｆ１４は、図１４に示される断面平面の上部を示している。
【００４９】
図１４は、図１３の破線Ｆ１４−Ｆ１４から垂直下方に延びる平面から取られた、熱交換器の６７０の断面図である。空気が矢印６８０の方向に熱交換器６７０を通って流れる。示されたように、冷却面６７３は空気チャネル６７２の側面を形成し、熱絶縁６７８の層は、各空気チャネル６７２の上部および底部を絶縁する。各冷却面６７３はスイッチ６８４を介して電源６８２と接続する（図示の明確さのために、ただ１つの冷却面６７３が、接続されているように示されている）。
【００５０】
動作において、熱交換器６７０は、空気を冷却し、冷却面６７３に氷６（３）を蓄積する。スイッチ６８４は閉じ得、冷却面６７３の各々を介して電流の加熱パルスを送り；加熱パルスの電力および継続期間は、パルスからのかなりの熱が氷６（３）の中に、冷却液および冷却面の中に消散する前に、氷−物体境界面を溶解するよう制御され得る。熱交換器６７０が垂直に向けられている場合（例えば、図１３および１４に示されているように）、加熱パルスが印加された後、重力により氷６（３）は熱交換器６７３をすべり落ち得る。
【００５１】
熱交換器６５０および６７０の変更は、この開示の範囲内であることは理解できる。例えば、熱交換器６５０の冷却面は、図１１および図１２に示された形状とは異なる形状であり得、；冷却液は、熱交換器６５０のチューブまたはチャネルを介して流れ得る。冷却面を電源に接続する代わりに、加熱フォイルまたは加熱フィルムが、熱交換器６５０または６７０の冷却面に隣接した誘電体層上に配置され得る。スペースは、加熱フォイルまたは加熱フィルムと冷却面との間でシールされ、かつスペースは交互に空にされて、加熱フォイルまたは加熱フィルムを冷却面と熱的に接触させ、加圧されて、氷の分離中に加熱フォイルまたは加熱フィルムと冷却面との間に空気のギャップを発達させる。冷却面はセクション（例えば、熱交換器２０（１）、２０（２）および２０（３）のような）を形成し得、そのようなセクションは、必ずしもすべてのセクションが所与の時間に加熱パルスを受信しないように、スイッチおよび電源との電気的接続を形成し得る。
【００５２】
図１５は、氷を分離するためのパルスシステムとして構成されたアコーディオンタイプの熱交換器７００の概略的な断面図を示す。熱交換器７００において、冷却液７０６（フレオン、または他の液体）が、熱交換面を形成する冷却フィン７０４を有する冷却液チューブ７０２を流れ、周囲の空気と熱を交換する。冷却チューブ７０２は、フィン７０４内に冷却液を有しているように示されているけれども、特定の実施形態は、ストレートチューブまたはパイプ（例えば、図１７を参照）から横に伸びる熱交換面を有する冷却チューブを有し得る。他の実施形態においては、チューブまたはパイプは蛇行またはジグザグ形状を取り得て、熱交換面（例えば、図１９参照）を形成する。冷却フィン７０４上に形成し得る氷６（４）は、パルス除氷を介して、除去され得る。スイッチ７０８が閉じるとき、電源７１０は、熱交換器７００を介して電流の加熱パルスを送り；加熱パルスは、フィン７０４と氷６（４）との間に形成された少なくとも１つの氷−物体境界面を溶解し；加熱パルスは氷６（４）のすべても溶解し得る。単位面積当たりの通常の加熱密度は、約５ＫＷ／ｍ２から約１００ＫＷ／ｍ２までである。電流の大きさおよびパルス継続期間は、温度、流速および冷却液の特性（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。通常のパルス継続期間は、約０．１ｓ〜１０ｓであり得る。電源１６０は、正規のＡＣ電力コンセント、またはＤＣ電源、例えばバッテリー、コンデンサまたはウルトラコンデンサなどであり得る。スイッチ７０８は半導体タイプ（パワーＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタその他）、機械的スイッチ、電磁気的スイッチまたは上記の任意の組み合わせであり得る。加熱パルスの後に残る堅固な氷６（４）は、重力によって（例えば、氷６（４）はフィン７０４を滑り落ちる）または機械的な作動、例えばスクレーピング、シェイキングまたは熱交換器７００に対する空気の吹き付けによって除去され得る。シェイキングは例えば、随意な小さな電気モータ７１２およびクランクシャフト７１４によって、随意な電磁気的バイブレータ７１６によって、または冷却液７０６に圧力振動を誘発することによって提供され得る。
【００５３】
図１６は、冷却チューブ７２０を形成するために取り付けられたフォイルワッシャー７２２の断面図を示す。冷却チューブ７２０は、例えば冷却液チューブ７０２（図１５参照）として使用され得る。フォイルワッシャー７２２は、例えば、１インチの内径および３インチの外形を有する４ミルのステンレススチールフォイルワッシャーであり得、それらの外縁７２４および内縁７２６において、はんだ付けされているか、またはスポット溶接されているかいずれかである。従って、各ワッシャー７２２は、熱交換面を形成する（例えば、１対のワッシャーは１つの冷却フィン７０４、図１５を形成する）。
【００５４】
図１７は、冷却チューブ７３０を形成するためにストレートパイプ７３４に取り付けられたフォイルワッシャー７３２の断面図を示す。冷却チューブ７３０は、例えば冷却液チューブ７０２（図１５参照）として使用され得る。フォイルワッシャー７３２は、例えば、１インチの内径および３インチの外形を有する４ミルのステンレススチールフォイルワッシャーであり得、それらの外縁７３６および内縁７３８において、はんだ付けされているか、またはスポット溶接されているかいずれかである；ワッシャー７３２もパイプ７３４にはんだ付けまたは溶接され得る。従って、ワッシャー７３２の各対は、冷却フィン（例えば、冷却フィン７０４、図１５）を形成する。電流のパルスが図１５に示されるように誘発されるとき、パイプ７３４およびワッシャー７３２の相対的な壁厚は、それらが加熱パワーＷの同様な密度を有するように選択され得る。
【００５５】
図１８は、氷を分離するためのパルスシステムとして構成された別のアコーディオンタイプの熱交換器７４０を示す。熱交換器７４０は、周囲の空気と熱を交換する冷却フィン７４４を有する冷却チューブ７４２を有する。冷却フィン７４４上に形成し得る氷６（５）は、熱交換器７２０に対してと同様に熱交換器７４０に対しても働くパルス電熱氷分離を介して除去され得る。スイッチ７４８が閉じるとき、電源７４６は、熱交換器７４０を介して電流の加熱パルスを送り；加熱パルスは、フィン７４４と氷６（５）との間に形成された少なくとも１つの氷−物体境界面を溶解し；加熱パルスはすべての氷６（５）を溶解または蒸発させもし得る。
【００５６】
図１９は、氷を分離するためのパルスシステムとして構成された別のアコーディオンタイプの熱交換器７６０を示す。熱交換器７６０は、周囲の空気と熱を交換する冷却チューブ７６２を有し；冷却チューブ７６２は蛇行タイプであり、冷却液は冷却液チューブ７６２のベンド７６４を流れて、熱交換表面積を最大とする。冷却チューブ７６２上に形成し得る氷（図示されず）は、パルス電熱氷分離を介して除去され得る。スイッチ７６８が閉じるとき、電源７６６は、熱交換器７６０を介して電流の加熱パルスを送り；加熱パルスは、フィン７６４と氷との間に形成された少なくとも１つの氷−物体境界面を溶解し；加熱パルスはすべての氷を溶解しもし得る。
【００５７】
熱交換器７３０、７４０および７６０の変更は、この開示の範囲内であることは理解できる。例えば、熱交換器７３０、７４０および７６０の熱交換面は、図１７、図１８および図１９に示された形状とは異なる形状であり得る。チューブおよび／または冷却フィンが電源に接続される代わりに、加熱フォイルまたは加熱フィルムが、そのような表面に隣接した誘電体層上に配置され得る。スペースは、加熱フォイルまたは加熱フィルムと熱交換面との間でシールされ、かつスペースは交互に空にされ得、加熱フォイルまたは加熱フィルムを冷却面と熱的に接触させられ、加圧されて、氷の分離中に加熱フォイルまたは加熱フィルムと冷却面との間に空気のギャップを発達させる。熱交換面は、上に論議されたようなセクションを形成し得；セクションは、必ずしもすべてのセクションが所与の時間に加熱パルスを受信しないように、スイッチおよび電源との電気的接続を形成し得る。
【００５８】
薄壁金属チューブおよびフォイルのパルス加熱が、低電圧（１Ｖ〜２４Ｖ）ではあるが高電流（数百または数千アンペア）を有用にも利用し得る。より高い電圧（例えば、１２０ＶＡＣまたは２４０ＶＡＣ）の直接的な使用が、好ましいとき、より高い電気的抵抗が有利である。より高い抵抗は、ヒータ伝導性フィルムを冷却チューブから分離することによって達成され得る。例えば、フィンを有する熱交換器は、アノード処理されたアルミニュームで作られ得、薄くて高い抵抗の加熱フィルムが、（絶縁性の）アノード処理された層の上部に形成される。加熱フィルムが、ＣＶＤ、ＰＶＤ、電界被覆によって、またはペンキによって形成され得る。
【００５９】
図２０は、管状の製氷機１００（１）として構成されたパルス電熱氷分離装置を示す。図２０は、一定の比率では描かれていないことがあり得る。Ｂと表示された管状の製氷機１００（１）の一部が、図２２により詳細に示されている。製氷機１００（１）は、以下にさらに記述されるようなパルス電熱氷分離を使用して収穫される氷のリング６（６）を作る。製氷チューブ１１０（１）は、フリーザ仕切り（図示されず）内で垂直に向けられる。一実施形態において、チューブ１１０（１）は、約３〜５インチの長さであり、約１インチの外径を有し、かつ約１０ミルの壁厚を有している。チューブ１１０（１）は、例えば、ステンレススチール、チタン合金、または合成材料、例えばその材料を導電性にするために炭素粒子および／または繊維で満たされた重合体で形成され得る。スプレイヘッド１２０は、水１３０をチューブ１１０（１）にスプレイする。熱伝導フィン１４０のセットは、熱をコールドフィンガ１５０を通ってからフリーザ仕切りへと移動させ、その結果、チューブ１１０（１）の氷成長領域（図２０には表示されず；図２２を参照）は、水の氷点下温度に達する。図２０には、ただ２つの熱移動フィン１４０が図示されており；より少ないか、またはより多くのフィン１４０が、効果的な熱移動のために必要とされるようにチューブ１１０（１）の周囲に配列され得る。コールドフィンガ１５０および熱移動フィン１４０は、例えば、銅、アルミニュームまたはそれらの合金で作られている。
【００６０】
図２２は、より詳細に、管状の製氷機１００（１）の部分Ｂを示す。コールドフィンガ１５０は、チューブ１１０（１）を実質的に取り囲み、チューブ１１０（１）の内側の周囲に連続する、対応する氷成長場所１１２（１）を定義する。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に隣接しないエリアとして定義され得るか、または温度制御要素１１８が、領域１１５（１）においてチューブ１１０（１）の温度を上げるために提供され得る。例えば、温度制御要素１１８は、領域１１８から熱伝導フィン１４０への熱の流れを阻害する絶縁であり得る。あるいは、温度制御要素は、氷分離領域１１５（１）の温度を上げるヒータであり得る。
【００６１】
図２０を再び参照して、氷６（６）は、水１３０がチューブ１１０（１）を流れるとき、コールドフィンガ１５０に隣接して成長する。凍結しない余剰水１５５は、分離スクリーン１６０を通過して保持タンク１７０の中に入り、そこで余剰水１５５は給水１９０に加わる。凍結して氷６（６）となり、従って、給水１９０に戻らない水１３０は、給水バルブ２３０によって制御される給水２２０によって補充される。保持タンク１７０のポンプ２００は、水１９０を、チューブ２０５を経由してスプレイヘッド１２０へと汲み上げ、上記のようなプロセスを始める。随意的なヒータ２１０は、水１９０の凍結を防ぐために利用され得る。
【００６２】
氷リング６（６）は、スイッチ１２（９）を閉じて、電源１４（１）からチューブ１１０（１）に電力を供給することによって収穫される。図２０は、スイッチ１２（９）を介してチューブ１１０（１）の上端を電源１４（１）の片側に結合するバスバー１２５と、アース１６に接続されたチューブ１１０（１）の下端とを示し；しかしながら、電力とアースの接続は逆転され得ることは理解される。一実施形態において、約１０ミルの厚さを有するステンレススチールで形成されたチューブ１１０（１）に対して、スイッチ１２（９）は、約１秒間閉じ、約１〜６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。チューブ１１０（１）において消散する電力は、水の氷点よりも上にチューブ１１０（１）の温度を上げ、それによって、氷リング６（６）の少なくとも１つの境界面層は溶解し、氷リング６（６）はチューブ１１０（１）から分離し（この場合離れること）、かつ重力が、氷リング６（６）を下方にチューブ１１０（１）から引き離す。
【００６３】
チューブ１１０（１）の電気抵抗は、電源１４（１）の電圧および電流容量ならびにスイッチ１２（９）との互換性で選択されることは理解される。例えば、低電気抵抗を提示するチューブ１１０（１）により、高電流、低電圧電源１４（１）およびスイッチ１２（９）の使用が必要となり得、より高い抵抗を有する製氷チューブ１１０（１）により、より高い電圧およびより低い電流に対して構成された電源１４（１）およびスイッチ１２（９）の使用が可能となり得る。一実施形態において、チューブ１１０の電気抵抗は、営利的に利用可能なライン電圧、例えば１１０−１２０ＶＡＣまたは２２０−２４０ＶＡＣが電源１４（１）として役立つように最適化される。
【００６４】
従って、チューブ１１０（１）は、ヒータ１０、図１の一例である。分離スクリーン１６０は、氷リング６（６）を、収穫された氷リング６（７）として収集ビン１８０の中に導く。
【００６５】
本明細書に記述されたように成長する氷６（６）は、チューブ１１０（１）から滴る余剰水１５５の中に溶解した空気および汚染物質が入り込むのを拒絶し得る。従って、氷リング６（６）（および収穫された氷リング６（７））は高品質および高透明度であり得る。溶解した空気および汚染物質は、水１９０に蓄積し得；従って、製氷機１００（１）は、排水２４０を含み得、排水バルブ２５０によって制御され、定期的に水１９０の少なくとも１部を排水する。排水された水は、給水２２０から補充される。代替案の実施形態（図示されず）においては、保持タンク１７０およびポンプ２００は削除され；給水２２０は、直接的にスプレイヘッド１２０を提供し、かつ余剰水１５５は単に排水されるだけである。
【００６６】
図２１は、管状の製氷機１００（２）として構成されたパルス電熱氷分離装置を示す。図２１は、一定の比率では描かれていないことがあり得る。Ｃと表示された管状の製氷機１００（２）の一部が、図２３により詳細に示されている。製氷器１００（２）は、管状の製氷機１００（１）の対応する要素と同一であり、従ってまったく同じように番号が付されている特定の要素を含む。管状の製氷機１００（２）は、冷却液チューブ２６０（１）を使用して、氷の成長領域（図２３参照）を冷却する。冷却液チューブ２６０（１）は、例えば、銅、アルミニュームまたはそれらの合金で作られ得る。誘電体層２７０は電気的にチューブ１１０（２）を、冷却液チューブ２６０（１）から分離するが、チューブ１１０（２）からチューブ２６０（１）への熱の移動に最小の影響を与える。誘電体層２７０は、例えば、ポリイミドで、または熱伝導性の繊維もしくはパウダ、アルミナ繊維もしくはパウダ、ガラス繊維、もしくは窒化ホウ素パウダで満たされた重合体で形成され得る。氷６（８）は、水１３０がチューブ１１０（２）を流れるとき、チューブ２６０（１）に隣接して成長し；氷リング６（８）は、スイッチ１２（９）を閉じて、電力を電源１４（１）からチューブ１１０（２）に供給することによって収穫され；かつ分離スクリーン１６０は氷リング６（８）を収集ビン１８０に、収穫された氷リング６（９）として導き、これらは、製氷システム１００（１）において、氷が成長しかつ収穫される方法と同様な方法で行われる。
【００６７】
図２３は、より詳細に、管状の製氷機１００（２）の部分Ｃを示す。冷却液チューブ２６０（１）の各々は冷却液２９０を流し、かつ対応する氷成長場所１１２（２）を定義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、図２３において、コールドフィンガ２８０に隣接しないエリアとして定義される。しかしながら、温度制御要素１１８が、図２２に示されたのと同じ方法で、領域１１５（２）におけるチューブ１１０（２）の温度を上げるために提供され得る。
【００６８】
図２４は、管状の製氷機１００（３）として、構成されているパルス電熱氷分離装置の断面側面図である。図２４は、一定比率では描かれていないことがあり得る。製氷機１００（３）の部分Ｄが、図２５においてより詳細に示されている。製氷機１００（３）の断面上面図は、図２４の破線Ｆ２６−Ｆ２６を通って取られ、図２６に示されている。製氷器１００（３）は、管状の製氷機１００（１）および１００（２）の対応する要素と同一であり、従ってまったく同じように番号が付されている特定の要素を含む。製氷機１００（３）は、熱移動プレート２８０（例示の明確さのために、熱移動プレート２８０および氷６（１０）の一部のみが、図２４においてラベルが付されている）とともに取り付けられるいくつかの製氷チューブ１１０（３）の各々において氷リング６（１０）を作る。チューブ１１０（３）は、例えば、ステンレススチールまたはチタン合金で形成され得る。熱移動プレート２８０は、例えば、銅、アルミニュームまたはそれらの合金で作られ得る。冷却液チューブ２６０（２）は、熱移動プレート２８０から、およびチューブ１１０（３）から熱を除去する冷却液を循環させる。チューブ２０５は、各チューブ１１０（３）の内面に水をスプレイするスプレイヘッド１２０を提供する。氷リング６（１０）に収穫の準備ができているとき、スイッチ１２（１０）は、電源１４（２）からバスバー１２５の各々に、次にチューブ１１０（３）の各々を介してアースに通じる電力のパルスを結合する。上記電力によってチューブ１１０（３）の各々において生成された熱は、各氷リング６（１０）の少なくとも１つの境界面層を溶解して氷リングを分離し、それによって、氷リングはチューブ１１０（３）から落ちる。凍っていない水を収穫された氷から分離し、保持タンクの凍っていない水を捕らえ、保持タンクの水を排水し、補充し、スプレイヘッド１２０に水を汲み上げ、およびいつ氷は収穫の準備ができているかを決定するための対策は、図２０および図２１に図示された対策と同じであり得ることは理解される。
【００６９】
図２５は、管状の製氷機１００（３）の部分Ｄの一実施形態をより詳細に示す。氷６（１０）は、製氷チューブ１１０（３）に直接隣接して成長する。誘電体層２９５は、チューブ１１０（３）と熱移動プレート２８０との間に配置されて、チューブ１１０（３）をプレート２８０から電気的に分離する。誘電体層２９５は、例えば、デュポンから入手可能な銅２９０の層間にあてがわれたポリイミドフィルムであり得る。あるいは、誘電体層２９５は、熱伝導性の繊維もしくはパウダ、アルミナ繊維もしくはパウダ、ガラス繊維、または窒化ホウ素パウダで満たされた重合体を含み得る。銅層２９０は、はんだ２８５の層で、チューブ１１０（３）および熱移動プレート２８０に付着し得る。例えば、チューブ１１０（３）は、最初にはんだフォイルで包み、次に銅層２９０間にあてがわれたポリイミドフィルム２９５でそれを包み、次にはんだフォイルで再び包むことによって準備され得る。この方法で準備された複数のチューブ１１０（３）は、熱移動プレート２８０における穴に挿入され得、次に、アセンブリ全体は炉に置かれ得て、はんだ２８５をチューブ１１０（３）、銅層２９０および熱移動プレート２８０へ再び流す。
【００７０】
別の実施形態において、熱移動プレート２８０は、誘電性のフィルムに対してはんだづけすることによる代わりに、誘電性かつ熱伝導性の接着剤でチューブ１１０（３）に組み立てられるセクションに分離され得る。
【００７１】
図２６は、図２４に図示された線Ｆ２６−Ｆ２６に沿った、管状の製氷機１００（３）の断面上面図である。図２６は、一定比率で描かれないことがあり得る。製氷チューブ１１０（３）および冷却液チューブ２６０（２）の各々は１つ以上の熱移動プレート２８０を通る。図２６は、１９の製氷チューブ１１０（３）と５４の冷却液チューブ２６０（２）の六角形のアレイとを示すけれども、製氷チューブ１１０（３）、冷却液チューブ２６０（２）および熱移動プレート２８０の他の数および配列が、意図された製氷容量を達成するために、または意図された場所に適合するために利用され得る。製氷器１００（３）はこのようにして、製氷チューブ１１０（３）のアレイを形成し、氷６（１０）は、（図２６において示された線Ｆ２４−Ｆ２４に沿った、製氷機１００（３）の断面図を表す）図２４に示されるように、製氷チューブ１１０（３）と熱移動プレート２８０との各交差点において成長する。
【００７２】
本明細書に開示された管状の製氷機１００（例えば、管状の製氷機１００（１）、１００（２）および１００（３）のうち任意のもの）の代替案の実施形態は、本開示を十分に読み、かつ理解すれば明らかであり、本開示の範囲内である。例えば、チューブ１１０（例えば、チューブ１１０（１）、１１０（２）または１１０（３））のうちの任意のもの）は、断面が円形であり得、または他の断面形状であり得、かつ対応する氷形状、例えば正方形、長方形、楕円形、三角形または星型の氷を生成し得る。スプレイヘッド１２０は、スプレイ水１３０のための１つ以上のノズルによって取って代わられ得、またはチューブ１１０の内面に水１３０を注ぎまたは他の方法で導入するための１つ以上の要素によって取って代わられ得る。バスバー１２５は、図２０および図２１に示されたようにチューブ１１０の円周外に位置し得、または図２４に示されるように、チューブ１１０の円周内に位置し得る。コールドフィンガ１５０は、氷成長領域１１２（１）から熱を移動するために十分であり得、その結果、熱伝導フィン１４０は必要とされない。氷の形成を感知し、氷６（６）、６（８）または６（１０）をいつ収穫すべきかを決定する装置が設けられ得；例えば、容量的に氷を感知することによる装置、光学的に氷を感知することによる装置、氷の重量を決定することによる装置、経過した製氷時間を決定することによる装置、または水の流れが氷によって阻害されたことを決定することによる装置である。収集ビン（例えば、ビン１８０）内に収穫された氷のレベルを決定し、十分な氷が収集ビン内にあるときは製氷を停止する装置が設けられ得る。分離スクリーン１６０は、氷リングが収穫されるとき氷リングを捕らえるが、それ以外のときはチューブ１１０の下から離れている可動要素によって取って代わられ得る。分離スクリーン１６０は加熱され得ることにより、水の収集をさえぎる氷の好ましくない蓄積を避け得る。ポンプ２００、ヒータ２１０、供給バルブ２３０、排水バルブ２５０、温度制御要素１１８および／またはスイッチ１２（９）は、コントローラ（例えば、マイクロプロセッサ；なかでも、製氷機１００が位置するフリーザを動作させるマイクロプロセッサ）によって動作され得る。温度センサが利用され得て、データを提供し、それにより、マイクロプロセッサは、製氷機１００および／またはフリーザの要素の動作を、または製氷機１００が位置する他の設備スペースを最適化し得る。製氷機１００（３）のチューブ１１０（３）は、個別にまたはグループで、電気的に接続され得、それにより氷６（１０）は、１つのチューブ１１０（３）またはチューブ１１０（３）の１つのグループから一度に収穫される。チューブ１１０（３）の全部よりも少ないものから氷６（１０）を同時に収穫すると、電流取り扱い容量が減少し得、従って、氷収穫に必要な電流の生成かつスイッチ操作に関連するコンポーネントのサイズ、重量および／またはコストが減少する。
【００７３】
管状の製氷機として構成されたパルス電熱氷分離装置のさらに他の実施形態は、１つ以上の製氷チューブ１１０と熱的に接触するヒータを利用する。そのような実施形態は、製氷チューブ１１０のための広く様々な材料のうち任意のものを有利に利用し得る。例えば、一実施形態において、管状の製氷機は、ステンレススチールもしくは他の金属、ガラス、プラスチック、重合体、テフロン（登録商標）、セラミックもしくは炭素繊維材料、またはそれらの合成物もしくは組み合わせで形成された製氷チューブ１１０を含む。製氷チューブ１１０は、チューブの周りを包む柔軟なヒータ要素によって加熱され得ることにより、そこで形成された氷を分離する。適切なヒータ要素は、金属対誘電体ラミネート、例えばインコネルをあてがったキャプトンラミネートを含みえる。製氷チューブ１１０の周りを包むヒータ要素を利用することによって、設計オプション、例えば、ヒータ特性（例えば、高い電流、高いコスト電源は利用する必要のないような、より高い電気抵抗）から独立してチューブの材料特性（例えば耐腐食性、抗菌特性）を最適化することが可能となる。伝導性チューブ１１０が利用されるとき、チューブの伝導性は電源１４およびスイッチ１２のデザインにおいて考慮されるか、またはチューブはヒータ要素から電気的に分離されるか、いずれかであることを確実にするように設計において注意がなされ得る。ヒータと製氷チューブ１１０との間での熱抵抗、ならびに冷却液チューブ２６０もしくは熱伝導フィン１４０、ヒータ、および製氷チューブ１１０の間での熱抵抗は低いことが有利であり、それによって、製氷効率は高くなり、かつ氷の収穫のために必要とされる電力は低くなる。
【００７４】
図２７は、製氷機３００（１）として構成されたパルス電熱氷分離装置の断面図である。図２７は一定比率では描かれていないことがあり得る。製氷機３００（１）の一部分Ｅは、図２８においてより詳細に示される。製氷機３００（１）は、冷却チューブ３２０を流れる冷却液（図示されず）によって冷却される蒸発器プレート３１０（１）およびフィン３３０を含む。フィン３３０は、図示のように製氷ポケット３３５を分割する。水が、プレート３１０（１）および／またはフィン３３０に隣接して導入され、氷６（１１）に凍結する（図示の明確さのために、チューブ３２０の一部、フィン３３０、製氷ポケット３３５および氷６（１１）のみが、図２７でラベル付けされている）。蒸発器プレート３１０（１）、冷却チューブ３２０および／またはフィン３３０は、例えば、銅、アルミニュームまたはそれらの合金で作られ得る。製氷機３００（１）は、さらに以下に記述されるようなパルス電熱氷分離を用いて氷６（１１）を収穫する１つ以上のヒータ３４０（１）も含む。ヒータ３４０（１）は、従ってヒータ１０、図１の例である。
【００７５】
図２８は、製氷機３００（１）の部分Ｅをより詳細に示す。層の相対的な厚さは、図２８では一定比率で描かれていないことがあり得る。ヒータ３４０（１）は、抵抗加熱層３４４（１）および誘電体層３４２（１）を含む。加熱層３４４（１）は、例えば、適度に抵抗のある金属、例えばステンレススチールまたはチタン合金の層で、または良導電体、例えば銅の薄い層で形成され得る。誘電体層３４２（１）は、電気的な絶縁体ではあるが、高い熱伝導性を有し、従ってプレート３１０（１）への熱移動を容易にしながら、プレート３１０（１）から加熱層３４４（１）を電気的に絶縁するのに役立つ材料で形成されるのが有利である。一実施形態において、ヒータ３４０（１）は、プリント回路基板であり、誘電体層３４２（１）は、誘電体層、例えばエポキシ樹脂ガラス、ポリイミド、ポリイミドガラスまたはテフロン（登録商標）であり、加熱層３４４（１）は導電体、例えば銅である。
動作において、製氷機３００（１）は、収穫が望まれるまで、氷を成長させ、次に電力を加熱層３４４（１）に結合する。層３４４（１）によって生成される熱は、素早くプレート３１０（１）およびフィン３３０を加熱し、氷６（１１）を分離する。氷６（１１）が収穫されると、電力は加熱層３４４（１）から切り離されることにより、製氷は再び開始され得る。
【００７６】
図２９は、製氷機３００（２）として構成されたパルス電熱氷分離装置の断面図である。図２９は一定比率では描かれていないことがあり得る。製氷機３００（２）の一部Ｆは、図３０においてより詳細に示されている。製氷機３００（２）は、製氷機３００（１）の対応する要素と同一であり、従ってまったく同じように番号が付されている特定の要素を含む（図示の明確さのためにチューブ３２０、フィン３３０、製氷ポケット３３５および氷６（１２）の一部のみが、図２９でラベル付けされている）。製氷機３００（２）は、蒸発器プレート３１０（２）の表面３１５（図３０参照）を実質的に覆う単一のヒータ３４０（２）を有し；ヒータ３４０（２）は、プレート３１０（２）と冷却液チューブ３２０との間に配置されている。ヒータ３４０（２）の設置は、表面３１５のすべてに点において熱を提供することによって、氷収穫効果を向上させる。蒸発器プレート３１０（２）、冷却液チューブ３２０および／またはフィン３３０は、例えば、銅、アルミニュームまたはそれらの合金で作られ得る。
【００７７】
図３０は、製氷機３００（２）の部分Ｆをより詳細に示す。図３０は一定比率で描かれていないことがあり得る。ヒータ３４０（２）は、抵抗加熱層３４４（２）および誘電体層３４２（２）を含む。誘電体層３４２（２）は、電気的な絶縁体ではあるが、高い熱伝導性を有し、従ってプレート３１０（２）への熱移動を容易にしながら、プレート３１０（２）から加熱層３４４（２）を電気的に絶縁する材料で形成されるのが有利である。例えば、誘電体層３４２（２）は、ポリイミド、熱伝導性の繊維もしくはパウダで満たされた重合体、アルミナ繊維もしくはパウダ、ガラス繊維、または窒化ホウ素パウダを含みえる。図３０は、加熱層３４４（２）とチューブ３２０との間に配置された随意的な誘電体層３４２（３）も示す。誘電体層３４２（３）は、層３４４（２）の電気抵抗を制御するためにチューブ３２０から加熱層３４４（２）を電気的に絶縁するために使用され得る。あるいは、誘電体層３４２（３）は削除され得ることにより、チューブ３２０は層３４４（２）と電気的に結合する。
【００７８】
動作において、製氷機３００（２）は、収穫が望まれるまで、氷６（１２）を成長させ、次に電力を加熱層３４４（２）に結合する。層３４４（２）によって生成される熱は、素早くプレート３１０（２）およびフィン３３０を加熱し、氷６（１２）を分離する。氷６（１２）が収穫されると、電力は加熱層３４４（２）から切り離されることにより、製氷は再び開始され得る。
【００７９】
図３１は、氷を分離するための熱格納装置を含む冷凍ユニット４００（１）の要素を概略的に示す。図３１は、一定比率で描かれていないことがあり得る。冷凍ユニット４００（１）は、冷却液を圧縮するために圧縮機４１０を有する。冷却液は圧縮機４１０を出る際には高温であり、タンク４４０内のチューブ４１２を通り、タンク４４０内で冷却液は加熱液体４４５に熱を移動させる（加熱液体４４５だけを移動させる、冷凍ユニット４００（１）の要素が、図３１において網目状の陰影として示されている）。加熱液体４４５は、−２０Ｃより低い氷点、および６０Ｃよりも高い沸点を有する液体、例えばアルコール、水／グリコール混合物または塩水であることが好ましい。冷却液は、チューブ４１５でタンク４４０を出て、凝縮器４２０内でさらに多くの熱を移動させる。チューブ４１５は、膨張バルブ４２０へと続き、そこで冷却液は急速に膨張し、氷点下温度まで冷却される。膨張バルブ４２０の後、冷却液はチューブ４３０の中に入り、図３１において破線４０５によって示されたフリーザ仕切りの中に入る。冷却チューブ４３０は、製氷機の一部の蒸発器プレート４３５と熱的に接触し、これから熱を移動し去る。破線Ｆ３２−Ｆ３２は、図３２において断面で示されている蒸発器プレート４３５における平面を表す。冷却チューブ４３０を通った後、冷却液は圧縮機４１０へ戻り、冷却液を圧縮し、冷却液を冷却し、かつ蒸発器プレートを冷却するサイクルを繰り返す。
【００８０】
冷凍ユニット４００（１）は、氷を作る一方で、加熱液体４４５はタンク４４０内において、冷却液から廃棄熱を集めて保持する。出口バルブ４５０およびポンプ４５５は、タンク４４０から加熱チューブ４６０（１）の中に入る加熱液体４４５の移動を制御する。チューブ４３０のように、加熱チューブ４６０（１）は蒸発器プレート４３５と熱的に接触する。氷の収穫が望まれるとき、冷凍ユニット４００（１）は、出口バルブ４５０を開き、かつポンプ４５５を起動し、加熱チューブ４６０（１）を通して、加熱液体４４５を汲み上げて、それによって、収穫のため蒸発器プレート４３５から氷を分離する熱パルスを生成する。
【００８１】
図３２は、図３１における破線Ｆ３２−Ｆ３２に沿った断面図である。図示のように、蒸発器プレート４３５は、交互に冷却液チューブ４３０および加熱チューブ４６０（１）と結合する。加熱液体４４５が通る加熱チューブ４６０（１）内の通路は、図３１との一貫性のために、図３２において網目状に陰影が施されている。蒸発器プレート４３５の反対側には、製氷中に熱を氷６（１３）から移動し去るフィン３３０がある。
【００８２】
図３１は、冷却液チューブ４３０を示し、冷却液チューブ４３０は、冷却チューブ４３０と加熱チューブ４６０（１）とが蒸発器プレート４３５を交互に横切るように、フリーザ仕切り４０５内のマニホールド４３２として配列されている。代替案の実施形態においては、冷却チューブおよび加熱液体チューブは、蛇行する対として蒸発器プレート４３５を横切るが、そのような実施形態は冷却液チューブ、加熱液体チューブまたは両方が「背中合わせ」の配列を形成する内側のカーブを有し得る。そのような配列は、製氷または氷収穫がそれぞれより多くの時間および／またはエネルギーを必要とする「暑い」または「冷たい」エリアを形成し得る。加熱チューブ４６０（１）も、マニホールドを形成し得ることにより、または単一チューブ４３０および４６０（１）が、蒸発器プレートの各端で交差し得ることにより、「背中合わせ」の配列を形成することを避けることは理解される。
【００８３】
図３１および図３２に描かれた冷凍ユニット４００（１）の性能が、シミュレーションされた。４５７ｍｍ×４３２ｍｍの寸法の蒸発器プレートが仮定された。加熱チューブ４６０（１）は１６ｍｍの内径、および７．７ｍの長さを有する銅チューブとして仮定された。加熱液体４４５は、水とグリコールの等量混合物として仮定された。タンク４４０内の加熱液体４４５は、６０Ｃの温度に到達することが仮定された。シミュレーションは、ポンプ４５５において１０ワットの電力を消費することによって、０．９リットルの水／グリコール混合物を、水／グリコール混合物を０．２２３バールの圧力に到達させて汲み上げることにより、２秒間で氷が収穫され得たことを示した。これは、営利的な製氷機における氷収穫のために必要とされるエネルギーに対して極めて有利に匹敵し、営利的な製氷機は、１〜２ｋＷの電力を６０〜３００秒間消費し得る。氷収穫において消費されるエネルギーの減少は、時間に対するより高い製氷率、およびより低いエネルギーコストを生じる。
【００８４】
図３３は、氷を分離するための熱格納装置を含む冷凍ユニット４００（２）の要素を概略的に示す。図３３は、一定比率では描かれていないことがあり得る。製氷機４００（２）は、製氷機４００（１）の対応する要素と同一であり、従ってまったく同じように番号が付されている特定の要素を含む。製氷機４００（２）において、タンク４４０は、蒸発器プレート４３５よりも高いレベルに位置することにより、出口バルブ４５０が開くとき、重力が加熱液体４４５を加熱チューブ４６０（１）の中に流入させて、氷を蒸発器プレート４３５から開放する。加熱チューブ４６０（１）は、その直径を大きくすることにより、加熱液体４４５が加熱チューブ４６０（１）を素早く流れることを容易にし得る点で有利であり；素早い流れは、プレート４３５の素早い温まりを生じ、プレート４３５から氷が素早く開放されることをもたらす。製氷機４００（２）は、蒸発器プレート４３５よりも低いレベルに位置する加熱液体槽４６５を含むことにより、加熱液体４４５は、加熱チューブ４６０（１）を通った後槽４６５のなかに排水される。ポンプ４７０は、加熱液体４４５を汲み上げて、チューブ４７５および随意的な入口バルブ４５２を経由して、再使用のためにタンク４４０に戻す。ポンプ４７０は、高い容量である必要はない。なぜならば、加熱液体４４５のタンク４４０への移動は、別の氷収穫が行われるまで、完了する必要はないからである。
【００８５】
本明細書に開示された冷凍ユニット４００（例えば、冷凍ユニット４００（１）または４００（２）のいずれか）の代替案の実施形態は、本開示を十分に読み、かつ理解すれば明らかであり、本開示の範囲内である。例えば、冷凍ユニット４００は、特定の実施形態においては、氷収穫の継続期間の間に圧縮機４１０を止め得る。しかしながら、熱は一般的に、わずか数秒間氷収穫のために適用されるだけなので、特定の実施形態では、収穫中、圧縮機４１０を動かし続けて、スタート／停止サイクル中に圧縮機４１０によって生じる磨耗を減らし、かつ蒸発器プレート４３５の熱回復を速めることにより、製氷が収穫後直ちに再開し得るようにする。バルブまたはポンプが、エネルギーを節約するために氷収穫中を除いて加熱液体を加熱チューブ４６０（１）から排出するのに提供され得る。もしそうでない場合、そのエネルギーは製氷中に加熱チューブ４６０（１）内の加熱液体４４５を冷却することに、および氷収穫中にタンク４４０に戻る同じ量の流体４４５を冷却することに費やされる。一実施形態において、図３１に示されたコンポーネントを利用して、タンク４４０は、蒸発器プレート４３５よりも低く配置されることにより、重力が、ポンプ４５５が動作しているときを除いて、加熱液体４４５をタンク４４０に戻して排出する。別の実施形態において、図３３に示されたコンポーネントを利用して、タンク４４０ならびにバルブ４５０および４５２は、加圧されるとき加熱液体４４５およびその蒸気を含むように適合される。チューブ４１２内の冷却液が、加熱液体４４５およびタンク４４０内のその蒸気を加熱する時、圧力が高まり、その結果、出口バルブ４５０が開くときに、蒸気圧が加熱液体４４５を迅速に押して、氷分離および収穫のためにチューブ４６０を通す。十分な加熱液体４４５が、チューブ４６０のなかに押し込まれた後、出口バルブ４５０は閉じて、入り口バルブ４５２は開き、かつポンプ４７０は、加熱液体を槽４６５からタンク４４０に戻し始め得る。
【００８６】
図３４は、熱格納氷分離装置５００を示す。装置５００は、下に記述されるように、冷却液８（図２Ａ、図２Ｂ参照）が流れる冷却液チューブ４（４）、冷却フィン２（４）、および、加熱液体４４５（図３１、図３３を参照）が氷分離のために流れる加熱チューブ４６０（２）を含む。わずかいくつかのフィン２（４）のみが、図３４において、図示の明確さのためにラベル付けされる。冷却液４（４）、冷却フィン２（４）および／または加熱チューブ４６０（２）は、例えば、銅、アルミニュームもしくはそれらの合金で、または低い熱抵抗率を有する他の材料で作られ得る。Ａと付されている場所は、図２Ａおよび図２Ｂと示されている部分Ａを表現する。
【００８７】
パルス電熱氷分離装置２０（１）（図３参照）のように、装置５００は、通常の動作中、熱を冷却液に移動させ、従って氷６はチューブ４（４）、フィン２（４）および／または加熱チューブ４６０（２）上に形成する（図２Ａ、図２Ｂ参照）。氷分離が望まれるとき、加熱液体４４５（図３１、図３３参照）は加熱チューブ４６０（２）、加熱装置５００を流れ、氷を分離する。図３４における３つのチューブ４（４）および２つの加熱チューブ４６０（２）の図示は、例示のみであり、チューブ４（４）および４６０（２）の任意の数が氷分離装置に含まれ得ることは理解される。当業者は、熱格納氷分離装置５００、図３４と、冷凍ユニット４００（１）および４００（２）のチューブ４３０および４６０を有する蒸発器プレート４３５、図３１および図３３との間の類似性に気付く。
【００８８】
図３５は、熱格納氷収穫を利用する冷凍ユニットを動作させるためのプロセス５５０の流れ図である。プロセス５５０は、例えば、冷凍ユニット４００（１）または４００（２）のいずれかによって、インプリメントされ得る。ステップ５６０において、冷凍ユニットは、製氷モードで動作する。圧縮機は、冷却液を圧縮し、冷却液は、熱を加熱液体へ移動させ、熱を圧縮機へ移動させ、膨張バルブを通り、製氷機の冷却チューブを通って循環し、水を凍結させ、氷を形成する。ステップ５６０の例は、（１）チューブ４１２を通り、熱をタンク４４０内の加熱液体４４５に移動させ、（２）熱を凝縮機４２０へ移動させ、（３）膨張バルブ４２０を通り、かつ（４）チューブ４３０内を循環して、水を凍結させ、氷を形成する冷却液を圧縮する圧縮機４１０である。ステップ５６５においては、冷凍ユニットはいつ氷を収穫するべきかを決定する。氷を収穫するべきときは、プロセス５５０は、ステップ５７０に従い、そうでない場合は、製氷が、ステップ５６０において続行する。ステップ５７０においては、圧縮機は氷収穫プロセス中は、運転を停止する。ステップ５７０の例は、圧縮機４１０停止である。ステップ５７０は随意であり、特定の冷却ユニットにおいては起こり得ず；例えば、ステップ５７０は、繰り返される起動および停止のために、圧縮機に過度の摩滅および裂傷を受けるユニットにおいては起こり得ない。ステップ５７５は、加熱液体を加熱チューブに流し、氷を分離する（例えば、氷を離し、溶解し、かつ／または蒸発させる）。ステップ５７５の例は、出口バルブ４５０を動作させるか、またはポンプ４５５を動作させるかして、加熱液体４４５をチューブ４６０に流す。加熱液体は、氷の少なくとも１つの境界面層を溶解して、これを分離する。ステップ５８０は、加熱チューブから加熱液体を排水するかまたは排出する。ステップ５８０の例は、（１）ポンプ４５５を停止することによって、加熱液体４４５は、重力の力によってタンク４４０へ戻り（図３１参照）、かつ（２）出口バルブ４５０を閉じることによって、加熱液体４４５は、重力の力によってタンク４６５へ排水する（図３３参照）。氷の分離が終了すると、プロセス５５０は、ステップ５６０において、通常の製氷モードを再開する。
【００８９】
上記されたような変化、およびその他は、本明細書に記述されたパルス電熱および熱格納氷分離装置において、この範囲から逸脱することなく作り得る。従って、上記に含まれまたは添付の図面に示された事柄は、限定的意味としてではなく、例示として解釈されるべきことには留意される。添付の特許請求の範囲は、本明細書に記述されたすべての一般的な特徴および特定の特徴だけでなく、言語の問題としてそれらの間にある本発明の方法とシステムの範囲のすべての記述をカバーするように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】図１は、１つのパルス電熱氷分離装置を、実施形態に従って概略的に示す。
【図２Ａ】図２Ａは、図１のパルス電熱氷分離装置の部分Ａを示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、図１のパルス電熱氷分離装置の部分Ａを示す。
【図３】図３は、１つのパルス電熱氷分離装置を、実施形態に従って示す。
【図４】図４は、１つのパルス電熱氷分離装置を、実施形態に従って示す。
【図５】図５は、１つのパルス電熱氷分離装置を、実施形態に従って示す。
【図６】図６は、冷却ユニットの冷却チューブおよび／または冷却フィンから氷を分離するためのプロセスの流れ図である。
【図７】図７は、チューブに取り付けられたフィンのアレイを有する熱交換器の１つの実施形態を示す。
【図８】図８は、１つのチューブおよびフィンアセンブリを通る断面図を示す。
【図９】図９は、室温での純粋なアルミニュームに関する熱拡散長さ対時間を示す図である。
【図１０】図１０は、（ａ）動作中加熱パルスによって電力を供給されかつ（ｂ）冷却ポンプおよびファンがオフの状態で加熱パルスによって電力が供給された場合の、アルミニューム熱交換機に関する温度対時間を示す図である。
【図１１】図１１は、実施形態に従って、氷を分離するためのパルスシステムとして構成された１つの熱交換器を、斜視図で示す。
【図１２】図１２は、蓄積された氷、ならびに電源およびスイッチへの接続を有する図１１の熱交換器の上面図を示す。
【図１３】図１３は、実施形態に従って、氷を分離するためのパルスシステムとして構成された１つの熱交換器を示す。
【図１４】図１４は、図１３の熱交換器の断面図を示す。
【図１５】図１５は、実施形態に従って、氷を分離するためのパルスシステムとして構成されたアコーディオンタイプの熱交換器を示す。
【図１６】図１６は、冷却チューブを形成するために取り付けられたフォイルワッシャーの断面図を示す。
【図１７】図１７は、冷却チューブを形成するために、ストレートパイプへ取り付けられたフォイルワッシャーの断面図を示す。
【図１８】図１８は、実施形態に従って、氷を分離するためのパルスシステムとして構成された別のアコーディオンタイプの熱交換器を示す。
【図１９】図１９は、実施形態に従って、氷を分離するためのパルスシステムとして構成された別のアコーディオンタイプの熱交換器を示す。
【図２０】図２０は、実施形態に従って、管状の製氷機として構成された１つのパルス電熱氷分離装置を示す。
【図２１】図２１は、実施形態に従って、管状の製氷機として構成された１つのパルス電熱氷分離装置を示す。
【図２２】図２２は、図２０の管状の製氷機の一部を示す。
【図２３】図２３は、図２１の管状の製氷機の一部を示す。
【図２４】図２４は、実施形態に従って、管状の製氷機として構成された１つのパルス電熱氷分離装置の断面側面図を示す。
【図２５】図２５は、図２４の管状の製氷機の一部の１つの実施形態を、より詳細に示す。
【図２６】図２６は、図２４の管状の製氷機の断面上面図を示す。
【図２７】図２７は、実施形態に従って、製氷機として構成された１つのパルス電熱氷分離装置の断面図である。
【図２８】図２８は、図２７の製氷機の一部を、より詳細に示す。
【図２９】図２９は、実施形態に従って、製氷機として構成された１つのパルス電熱氷分離装置の断面図である。
【図３０】図３０は、図２９の製氷機の一部を、さらに詳細に示す。
【図３１】図３１は、実施形態に従って、氷を分離するための熱格納装置を含む冷凍ユニットの要素を示す。
【図３２】図３２は、図３１に示された蒸発器プレートの断面図である。
【図３３】図３３は、実施形態に従って、氷を分離するための熱格納装置を含む冷凍ユニットの要素を示す。
【図３４】図３４は、熱格納氷分離装置を示す。
【図３５】図３５は、熱格納氷収穫を利用する冷凍ユニットを動作させるためのプロセスの流れ図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際調査報告】
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