CN101919305A - 脉冲电热和储热除冰装置及方法 - Google Patents

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CN101919305A CN2008801235384A CN200880123538A CN101919305A CN 101919305 A CN101919305 A CN 101919305A CN 2008801235384 A CN2008801235384 A CN 2008801235384A CN 200880123538 A CN200880123538 A CN 200880123538A CN 101919305 A CN101919305 A CN 101919305A
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Abstract

用于脉冲电热和储热除冰的系统和方法。脉冲电热除冰装置包括一个或更多的冷却剂管筒，可选地，还包括与该冷却剂管筒热接触的片。该管筒和/或片形成电阻加热器。装置向该电阻加热器施加电功率，从而产生热量以从该管筒和/或该片上除去冰。冷冻单元形成具有压缩机和用于分散多余热量的冷凝器以及穿过该压缩机、冷凝器和冷却剂管筒流通的冷却剂的储热造冰系统。该冷却剂管筒与气化器板热接触。在该压缩机前和该冷凝器后，箱体从该冷却剂向加热流体传递热量。该加热流体周期性地流经与该气化器板热接触的加热管筒，从而从该气化器板上除去冰。

Description

脉冲电热和储热除冰装置及方法
相关申请
本申请是共同拥有的且同时待审的2006年1月24日提交的第11/338,239号美国专利申请的部分继续申请，第11/338,239号美国专利申请要求2005年1月24日提交的第60/646,394号美国临时专利申请、2005年1月25日提交的第60/646,932号美国临时专利申请和2005年11月23日提交的第60/739,506号美国临时专利申请的优先权的权益。第11/338,239号美国专利申请还是共同拥有的2005年6月22日提交的第PCT/US2005/22035号PCT申请的部分继续申请，第PCT/US2005/22035号PCT申请要求2004年6月22日提交的第60/581,912号美国临时专利申请、2005年1月24日提交的第60/646,394号美国临时专利申请和2005年1月25日提交的第60/646,932号美国临时专利申请的优先权的权益。第11/338,239号美国专利申请还是共同拥有的且同时待审的2004年9月10提交的第10/939,289号美国专利申请(现在第7,034,257号美国专利)的部分继续申请，第10/939,289号美国专利申请是要求2003年2月11日提交的第10/364,438号美国专利申请(现在第6,870,139号美国专利)的优先权的权益的分案申请，第10/364,438号美国专利申请要求2002年2月11日提交的60/356,476号美国临时专利申请、2002年7月23日提交的60/398,004号美国临时专利中请和2002年8月21日提交的60/404,872号美国临时专利申请的优先权的权益。
本申请还是2007年5月22日提交的第PCT/US2007/069478号PCT申请的部分继续申请，第PCT/US2007/069478号PCT申请要求共同拥有的2006年5月22日提交的第60/802,407号美国临时专利申请的优先权的权益。第PCT/US2007/069478号PCT申请还是共同拥有的2006年1月24日提交的PCT/US2006/002283的部分继续申请，PCT/US2006/002283要求2005年1月24日提交的第60/646,394号美国临时专利申请、2005年1月25日提交的60/646,932号美国临时专利申请和2005年11月23日提交的60/739,506号美国临时专利申请的优先权的权益。第PCT/US2007/069478号PCT申请还是共同拥有的且同时待审的2006年12月22日提交的第11/571,231号美国专利申请的部分继续申请，第11/571,231号美国专利申请要求2005年6月22日提交的PCT/US2005/022035的优先权的权益，PCT/US2005/022035要求2004年6月22日提交的第60/581,912号美国临时专利申请、2005年1月24日提交的第60/646,394号美国临时专利申请和2005年1月25日提交的60/646,932号美国临时专利申请的优先权的权益。第PCT/US07/069478号申请还是共同拥有的且同时待审的2006年1月24日提交的第11/338,239号美国专利申请的部分继续申请，第11/338,239号美国专利申请要求2005年1月24日提交的第60/646,394号美国临时专利申请、2005年1月25日提交的60/646,932号美国临时专利申请和2005年11月23日提交的60/739,506号美国临时专利申请的优先权的权益。第11/338,239号美国专利申请还是共同拥有的2005年6月22日提交的第PCT/US2005/22035号PCT申请的部分继续申请，第PCT/US2005/22035号PCT申请要求2004年6月22日提交的60/581,912号美国临时专利申请、2005年1月24日提交的60/646,394号美国临时专利申请和2005年1月25日提交的60/646,932号美国临时专利申请的优先权的权益。第11/338,239号美国专利申请还是共同拥有的且同时待审的2004年9月10日提交的第10/939,289号美国专利申请(现在第7,034,257号美国专利)的部分继续申请，第10/939,289号美国专利申请是要求2003年2月11日提交的第10/364,438号美国专利申请(现在第6,870,139号美国专利)的优先权的权益的分案申请，第10/364,438号美国专利申请要求2002年2月11日提交的第60/356,476号美国临时专利申请、2002年7月23日提交的60/398,004号美国临时专利申请和2002年8月21日提交的60/404,872号美国临时专利申请的优先权的权益。
通过引用将上面给出的全部专利申请并入本发明。
背景技术
在存在水蒸气或流体的情况下，冰或霜可堆积在寒冷的表面上。为了保持表面的清洁(例如，为了改善热传递性质、摩擦性质或空气动力学性质)，需要将冰或霜除去或者可获取表面的冰以作他用。消耗最小的能量清洁表面的冰，这对于大多数制冷装置来说是很有利的。
发明内容
在一个实施方式中，脉冲电热除冰装置包括制冷单元的一个或更多的冷却剂管筒和片。片与冷却剂管筒热接触，并且管筒或片或其二者形成电阻加热器。一个或更多的开关可向所述电阻加热器施加电功率，从而产生热量以从所述管筒和/或片上除去冰。电阻加热器可形成为多个加热器部分，并且可配置开关，从而独立地向所述加热器部分施加所述电功率。
在另一个实施方式中，脉冲电热除冰装置包括制冷单元的一个或更多的冷却剂管筒。所述一个或更多的冷却剂管筒形成电阻加热器。一个或更多的开关可向所述电阻加热器施加电功率，从而产生热量以从所述管筒上除去冰。
在另一个实施方式中，一种方法可从制冷单元的冷却剂管筒和/或冷却片上将冰除去。该方法包括以下步骤：在常规制冷模式中在所述冷却剂管筒和/或所述冷却片上聚集冰，并且向所述管筒或所述片或其二者施加电功率脉冲，从而除去冰。
在另一个实施方式中，脉冲电热除冰装置包括具有一个或更多的冰生长区域的造冰管筒。一个或更多的指形冷冻器和/或冷却剂管筒将热量从每一个冰生长区域带走。将水引入造冰管筒中，从而在所述冰生长区域使至少部分水凝固为冰。电源周期性地向所述管筒或与管筒热接触的加热器提供电功率脉冲，以至少使冰的界面层融化，从而从所述管筒上将冰除去。
在另一个实施方式中，脉冲电热除冰装置包括多个造冰管筒。指形冷冻器和/或冷却剂管筒将热量从每一个造冰管筒的冰生长区域带走。将水引入每一个造冰管筒内，从而在所述冰生长区域使至少部分水凝固为冰。电源周期性地向每一个管筒提供电功率脉冲，以至少使冰的界面层融化，从而从所述管筒上将冰除去。
在另一个实施方式中，脉冲电热除冰装置包括与气化器板热接触的一个或更多的冷却剂管筒。一个或更多的加热器设置为邻近于所述气化器板并处于所述冷却剂管筒之间。所述加热器被配置为用于将电功率转化为热量，从而使冰从所述气化器板上除去。
在另一个实施方式中，脉冲电热除冰装置包括与气化器板热接触的一个或更多的冷却剂管筒。加热器设置在所述冷却剂管筒和所述气化器板之间。所述加热器被配置为用于将电功率转化为热量，从而使冰从所述气化器板上除去。
在另一个实施方式中，冷冻单元被配置为储热造冰系统。冷冻单元具有压缩机和用于分散多余热量的冷凝器以及通过所述压缩机、冷凝器和冷却剂管筒流通的冷却剂。冷却剂管筒与气化器板热接触。在所述压缩机之后并在所述冷凝器之前，箱体由所述冷却剂向加热流体传递热量。所述加热流体周期性地穿过与所述气化器板热接触的加热管筒流动，从而从所述气化器板上除去冰。
在另一个实施方式中，一种方法可从制冷单元的冷却剂管筒、冷却片和/或气化器板上除冰。在造冰或制冷模式中，从冷却剂向加热流体传递热量。在所述造冰或制冷模式中，在所述冷却剂管筒、冷却片和/或气化器板上聚集冰。使所述加热流体穿过与所述冷却剂管筒、冷却片和气化器板中的至少一个热接触的加热管筒流动，从而除去冰。
在另一个实施方式中，脉冲电热除冰装置包括具有与热交换表面热接触的冷却剂管筒的热交换器。电源对所述热交换器进行电开关，以进行脉冲加热。
附图说明
图1示意性地示出了根据一个实施方式的一个脉冲电热除冰装置；
图2示意性地示出了可操作为向例如电热除冰装置的负载供电的电源；
图3示出电源的占空因数；
图4示意性地示出带有电池的图2的电源的实施方式；
图5示意性地示出表现为高频开关转换器的图2的电源的实施方式；
图6示意性地示出表现为线路频率变压器的图2的电源的实施方式；
图7示意地示出了变压器；
图8A和图8B示出了图1所示脉冲电热除冰装置的部分A；
图9示出了根据一个实施方式的一个脉冲电热除冰装置；
图10示出了根据一个实施方式的一个脉冲电热除冰装置；
图11示出了根据一个实施方式的一个脉冲电热除冰装置；
图12为根据一个实施方式用于从制冷单元的冷却剂管筒和/或冷却片上除冰的方法的流程图；
图13示出了具有安装在管筒上的一排冷却片的热交换器的一个实施方式；
图14示出了一个管筒和冷却片组件的剖视图；
图15为示出了在室温下纯铝的热扩散长度关于时间的曲线图；
图16为示出了当(a)在操作期间由加热脉冲供电以及(b)由加热脉冲供电且冷却泵和风扇关闭时，铝的热交换器的温度关于时间的曲线图；
图17为一个透视图，其示出了根据一个实施方式的一个配置为用于除冰的脉冲系统的热交换器；
图18为积聚有冰并连接至电源和开关的、图17所示的热交换器的俯视图；
图19示出了根据一个实施方式的一个配置为用于除冰的脉冲系统的热交换器；
图20示出了图19所示的热交换器的剖视图；
图21示出了根据一个实施方式的配置为用于除冰的脉冲系统的可折叠型热交换器；
图22为贴附片状衬垫以形成冷却剂管筒的剖视图；
图23为将片状衬垫贴附在直导管上以形成冷却剂管筒的剖视图；
图24示出了根据一个实施方式的另一种配置为用于除冰的脉冲系统的可折叠型热交换器；
图25示出了根据一个实施方式的另一种配置为用于除冰的脉冲系统的可折叠型热交换器；
图26示出了根据一个实施方式的一个配置为管状造冰器的脉冲电热除冰装置；
图27示出了根据一个实施方式的一个配置为管状造冰器的脉冲电热除冰装置；
图28示出了图26所示的管状造冰器的一部分；
图29示出了图26所示的管状造冰器的一部分；
图30为根据一个实施方式的一个配置为管状造冰器的脉冲电热除冰装置的侧面剖视图；
图31更详细地示出了图30所示的管状造冰器的一部分的一个实施方式；
图32为图30所示的管状造冰器的俯视剖视图；
图33为根据一个实施方式的一个配置为造冰器的脉冲电热除冰装置的剖视图；
图34更详细地示出了图33所示的造冰器的一部分；
图35为根据一个实施方式的一个配置为造冰器的脉冲电热除冰装置的剖视图；
图36更详细地示出了图35所示的造冰器的一部分；
图37示意性地示出了根据一个实施方式的冷冻单元的元件，所述冷冻单元包括用于除冰的储热装置；
图38为图37所示的气化器板的剖视图；
图39示意性地示出了根据一个实施方式的冷冻单元的元件，所述冷冻单元包括用于除冰的储热装置；
图40示出了储热除冰装置；
图41为利用储热获取冰的冷冻单元的操作过程流程图；
图42是具有为了除冰将加热电流磁性耦合到冷冻管的实施方式的示意图；
图43是具有为了除冰将加热电流磁性耦合到冷冻管的两个区域的实施方式的示意图；
图44是用于防止对在实施方式上工作的服务人员造成伤害的互锁开关的部分示意图；
图45示出了具有紧密间隔的卷绕的微通道气化器的实施方式；
图46示出了具有紧密间隔的螺旋卷绕的微通道气化器的实施方式。
具体实施方式
热交换器用于在热质之间传递热量。在一种热交换器的结构中，气体在邻近热交换器表面处流通，热交换器表面由循环的冷却剂冷却，气体向冷却剂释放热量。当冷却剂的温度足够低时，在热交换器的表面上将形成冰，从而阻碍热交换器表面和气体之间的热交换。期望利用最小的附加热量除冰，这是因为被附加到制冷系统来对热交换表面除霜的热量然后必须从系统中除去，从而重新与气体进行热交换。频繁地用最少的热量除霜的热交换器的鳍片间距d可以与通常间距相比显著地减小，因而提高了热交换率(W/m2K)。这样能够降低热交换器的面积、体积和质量。然后可以用更少的热量更容易地对更小的热交换器除霜。对于空气层流，对流热交换系数与d成反比。这能够使热交换器的体积降低1/d2的因子。例如，d从传统的6mm降低到1mm允许热交换器的体积降低了1/62＝1/36的因子。
图1示意性地示出了脉冲电热除冰装置20。装置20包括加热器10和控制由电源14向加热器10供电的开关12。在其他实施方式中，电源14可成为装置20的一部分。虽然将开关12示出为被布置在将电源14连接至加热器10的电路中，但是并不是必须把开关12布置在这个电路中；开关12可以与电源14的输入端串联布置(在图1中没有示出这个输入端)或者被包含在电源14内。
装置20起到了从一个或更多的表面上除冰的作用，以下将对此进行详细说明。本文所提及的“除去”可以是指通过至少融化冰的界面层使冰从一个或更多的表面上松开，或者可以是指冰的完全融化和/或气化。在转向装置20的实施方式之前，更详细地讨论电源14。
图2示意性示出电源14，其可操作为向负载(例如，加热器10)供电。电源14可以是交流(“AC”)电源和/或直流(“DC”)电源。
将电源14示出为具有输入端1002(1)和1002(2)和输出端1004(1)和1004(2)。输入端1002提供用于电源14从功率源(例如，建筑物或车辆的电功率分配系统)接收电功率的路径。但是，电源14的一些实施方式可以不具有输入端1002，如下面所讨论的，包括储能元件(例如，电池和/或电容)并且将用于仅短期工作的电源14的实施方式不需要具有输入端。虽然将电源14示出为具有两个输入端，但是电源14可以具有大于两个输入端，例如三相交流(AC)电。
输出端1004提供电源14向一个或更多负载(例如，加热器10的一个或更多实例)提供电流的路径。虽然示出电源14具有两个输出端1004，但是电源14可以具有多于两个输出端1004。每个输出端1004相对于其他输出端中的每一个均具有电压。每个电压均具有频率，这个频率可以是零。
电源14可以通过其全部输出端向一个或更多负载提供的电流总量被称为电源14的输出额定电流。电源14的额定电流可以在连续的和/或脉冲的工作条件下指定。电源14的连续额定电流是电源14可以向一个或更多负载连续提供的电流最大量。电源14的脉冲额定电流是在最小的时间周期中重新发生频率不多于一次的最大持续时间期间内电源14可以向一个或更多负载提供的电流的最大量。
通过参考图3可以更好地理解电源14的连续额定电流和脉冲额定电流，图3是电流幅度对时间的曲线图。竖直轴1020代表电源14向一个或更多负载提供的全部电流，水平轴1022代表时间。由虚线示出的曲线1028代表电源14的示例性连续额定电流。如可以从曲线1028中确定的，电源14具有关于时间不变的连续额定电流幅度1024。因此，电源14可以连续地提供直到其连续额定电流1024的电流。
由实线表示的曲线1030代表电源14的示例性最大脉冲额定电流。应当注意，最大额定电流是时间的函数，曲线1030限定电流脉冲1032。每个电流脉冲1032均具有最大持续时间t开，并且在最小时间周期t周 期期间仅可发生一次。因此，电源14可以提供具有高达1026的幅度的电流脉冲1032，但是，电流脉冲1032不能超过持续时间t开并且在最小时间周期t周期期间不能发生多于一次。
电流脉冲1032可以由其占空因数D确定特征，D由下面公式给出：
公式1
例如，假设t开是一分钟，t周期是十分钟。电流脉冲1032的占空因数由下面等式给出：
D = 1 min 10 min = 0.1 = 10 % 公式2
应当注意，在图3示出的实施例中示出了电流脉冲1032具有超出连续额定电流1028的幅度1026。在脉冲额定电流超出连续额定电流的电源14的实施方式中，可以认为电源14是额定脉冲型的。额定脉冲电源是常见的，这是因为电源的最大额定电流经常由电源的热限制约束——电源的连续额定电流由电源内的某些元件不超过安全工作温度的要求约束。如果电源的连续额定电流被热约束，那么因为电源包括限制电源响应于其向负载提供电流之后将多快变热的热质量，所以电源经常可以提供具有超出连续额定电流幅度的短电流脉冲。以另一方式表述，具有热约束连续额定电流的电源经常可以提供比其连续额定电流大的电流，只要超出的电流的持续时间足够短，以防止电源过热。
连续额定电流比脉冲额定电流更多地影响电源14的大小和/或成本。因此，在电源14的实施方式中，通过使连续额定电流最小化以降低电源14的成本和/或大小。
如下面讨论的，脉冲电热除冰装置的一些实施方式不要求电源14向加热器10连续地提供电流——电源14仅需要向加热器10提供电流脉冲。如果电源14是额定脉冲型的，那么这样可以有利地允许使电源14的连续额定电流最小化；可以设计电源14，使得仅其脉冲额定电流满足加热器10的电流幅度要求——电源14的连续额定电流可以明显小于加热器10的电流幅度要求。因此，通过设计电源14使得其是额定脉冲型的并且仅其脉冲额定电流满足加热器10的电流幅度要求，从而使电源14可以被制造得更便宜和/或更小。
如上所述，每个输出端1004关于每个其他输出端具有电压。如下面将讨论的，至少部分地考虑到负载电阻而可选择每一个输出端的电压。在直流电路中，电阻性负载中消耗的功率P由下面的公式给出：
P = V 2 R 公式3
其中，V是负载两端的电压，R是负载的电阻。在电阻性负载中，负载产生的热量通常与负载中消耗的功率量成正比。依照公式3，如果负载中将消耗给定的功率量，那么当增加负载电阻时，必须增加负载两端的电压，反之亦然。因此，如果加热器10具有相对小的电阻，那么电源14的最小一个输出端可以仅需要相对小的电压，以使加热器10产生一定量的热量。相反，如果加热器10具有相对大的电阻，那么至少一个输出端需要具有相对大的电压，以使加热器10产生一定量的热量。
如上所述，每个输出端1004的电压具有频率。可至少部分地考虑到负载的电阻而选择频率。例如，当加热器传导的电流的频率增加时，加热器10的电阻可以增加；这种电阻的增加可以是由于加热器10的电导体中的频率感应趋肤效应和/或邻近效应而导致的。因此，可以设计电源14，使得其输出端具有频率相对高的电压，使得通过加热器10的电流具有相应地较高频率，导致加热器10的电阻增加和加热器10产生的热量增加。
电源14的实施方式可以包括电源14(1)、14(2)、14(3)或14(4)，下面更详细地讨论它们。要理解的是，电源14可以包括多个实例电源14(1)、14(2)、14(3)和/或14(4)。
图4示意性地示出电源14(1)，其包括电池1060的至少一个实例。可选地，可以由一个或更多电容补充或者替换电池1060。电池1060可操作为通过输出端1004(3)和1004(4)向负载(例如，加热器10)提供电流。虽然示出电源14(1)仅具有两个输出端1004，但是电源14(1)可以具有不止两个输出端1004。
电池1060可以是如在可充电电池的技术领域中公知的铅酸电池、锂离子电池、镍镉电池或者镍金属氢化物电池。电源14(1)可以可选地包括调节子系统(没有示出)，以调节电池1060的输出电压。调节子系统可以包括线性调节器和/或开关电源转换器。例如图4的电池实施方式有利于避免来自电源输出端1002(3)和1002(4)的高瞬时耗用功率。在这个实施方式中，充电器1062仅需要提供平均负载，因为充电器1062具有大量时间在功率脉冲之间对电池1060重新充电。
充电器1062可以可选地被包含在电源14(1)中，从而当电池1060的电量部分或全部耗尽时对电池1060充电。充电器1062由输入端1002(例如，输入端1002(3)和1002(4))供电，输入端1002可连接到功率源。这样的功率源的实施例包括建筑物或车辆的功率分配子系统。虽然在图4中示出的电源14(1)具有两个输入端1002，但是电源14(1)可以具有多于两个输入端1002。而且，如果电源14(1)不包括充电器1062，则电源14(1)不需要包括任何输入端1002。
图5示意性地示出电源14(2)，电源14(2)是电子开关电源。开关电源还可以被称为“电子变压器”。电源14(2)包括开关元件1064和/或开关元件1066的至少一个实例。电源14(2)还包括磁性元件1068的至少一个实例。虽然将磁性元件1068示出为图5的变压器，但是磁性元件1068还可以是感应器。结合磁性元件1068配置开关元件1064和/或开关元件1066，从而实现开关电源拓扑，包括但是不限于反激变换器、正激变换器、半桥式变换器、全桥式变换器、降压变换器、升压变换器和/或降压/升压变换器。开关电源14(2)把输入电功率源1002(5)、1002(6)(例如，交流(“AC”)功率源或直流(“DC”)功率源)转换成可操作为通过引线端1004(5)、1004(6)向负载(例如，加热器10)提供电流的输出功率源。
图6示意性地示出电源14(4)，其包括线路频率变压器1070的至少一个实例。线路频率变压器1070具有典型地通过开关1071连接到线路频率功率源的输入端1002(7)、1002(8)，线路频率功率源可以是建筑物的或者电设备的功率分配系统。开关1071可以是包含一个或更多MOSFET的电子开关或其它半导体器件。线路频率变压器1070具有可以连接到负载(例如，加热器10)的引线端；因此电源14(4)可以从线路频率功率源向负载供电。电源14(4)可以将来自于线路频率功率源的功率转换成与负载兼容的形式。线路频率功率源是具有典型地低于1,000赫兹(“Hz”)频率的AC功率源。例如，线路频率功率源可以由电设备提供并且可具有50Hz或60Hz的频率。线路频率变压器经常直接连接到功率分配系统。例如，线路频率变压器可希望根据建筑物的208伏特(“V”)、60Hz的功率分配系统直接工作。除了线路频率变压器1070以外，电源14(4)可以包含附加的功率调节和过滤元件1069。
将线路频率变压器1070(图6)与开关电源变压器1068(图5)对照。例如开关电源14(2)(图5)的开关电源通常工作在几十kHz或更高的频率下；因此，开关电源变压器通常希望工作在几十kHz(例如，100kHz)下，而线路频率变压器希望工作在几十Hz下(例如，50Hz)。
现在讨论在电源14(2)和14(4)中使用的变压器的设计考虑。图7示意性地示出了变压器1072，它可以代表线路频率变压器1070(图6)或者开关电源变压器1068(图5)。变压器1072(没有按比例绘出)包括由铁芯1078磁性耦合的绕组1074和1076。虽然将变压器1072示出为仅具有两个绕组，但是变压器1072可以包括不止两个绕组。而且，铁芯1078可以具有与图7中示出的配置不同的配置，并且可以由铁片或钢层压板制成或者由包含铁粉的“铁氧体”复合物或陶瓷材料制成。
变压器1072的绕组(例如，绕组1074和1076)可以由呈现足够低电阻的任何电导体制成并且可以被制成任何期望的形状(例如，绕组可以被卷绕在铁芯1078上)。例如，绕组可以由铜或铝制成，并且可以由实心的、扭成股的或空心管状导体制成。因为铜与铝相比具有更低的电阻和更高的热导率，因此在一些应用中铜对于铝是优选的，如下面讨论的，这允许给定大小的变压器1072支持更大的负载电流。在一个实施方式中，1072的次级绕组1076由铜线制成，在另一实施方式中，1072的次级绕组1076是通过直接围绕铁芯1078卷绕合金制冷管筒而形成的。
变压器1072的绕组(例如，绕组1074和1076)是用绝缘材料电绝缘的，为了帮助图示清晰没有将其示出。绕组的绝缘材料可以由包括额定电压和额定温度的特征确定。额定电压是在绝缘材料将失效的不可接受危险之前可以在绝缘材料两端施加的最大电压。使用具有高额定电压的绝缘材料的变压器可以有利地应用于可能向一个或更多绕组施加相应的高电压的情况。
初级绕组1074连接到输入电源；绕组1074中来自于输入电源的电流产生磁通量。铁芯1078引导大量的磁通量，使得磁通量与连接到负载(例如，加热器10)的次级绕组1076耦合。磁通量在向负载供电的次级绕组1076中感应电流。
铁芯1078用于磁性耦合变压器1072的绕组(例如，绕组1074和1076)。因此，铁芯1078具有相对低的磁阻，并且可以由以下材料构成：包括多块钢层压板或者一个或更多铁粉末和/或铁氧体铁芯结构。
铁芯的大小通常在很大程度上由变压器的工作频率决定；更高的工作频率通常允许铁芯1078具有更小的尺寸。变压器的大小严重地依赖于其铁芯的大小；因此如果变压器1072用于低频下的工作，其可以相对较大，如果变压器1072用于高频下的工作，其可以相对较小。因此，当线路频率变压器1070和开关电源变压器1068具有相等的额定电流和额定电压时，线路频率变压器1070的实例可以显著地比开关电源变压器1068的实例大。
变压器1072具有最大的额定电压和额定电流。最大额定电压(它是可以在绕组1074和/或1076上施加的最大电压)很大程度上由绕组1074和/或1076上的绝缘材料击穿并且损坏时的电压(“击穿电压”)决定。对变压器1072的最大额定电压进行选择，以保证绕组1074和/或1076不接近它们的击穿电压。
变压器1072的最大额定电流很大程度上由变压器1072的最大安全工作温度确定。最大安全工作温度是高出这个工作温度时存在绕组1074和/或1076上的绝缘材料将击穿的不可接受危险的工作温度。由于在变压器1072中损失的能量，变压器1072将在工作期间变热；这样损失的能量可以简单地称为损耗。变压器1072的最大连续额定电流是在包括环境温度的规范工作条件下变压器1072在不超出其最大安全工作温度的情况下可以连续地提供的电流最大量。
损耗的一个成分是绕组损耗，其来自于穿过绕组1074和1076流动的电流，其中两个绕组都具有大于零的电阻。绕组损耗可以通过电流I的平方乘以绕组的电阻R来估算；但是，应理解，电阻R可以作为电流I的频率的函数而变化。如果优化变压器1072的设计，特别是如果变压器1072在相对较低频率下工作，则绕组损耗可能是主要损耗。
损耗的另一成分是铁芯损耗，其来自于由于铁芯1078中变化的磁通量导致的在铁芯1078中损失的能量。因此，当变压器1072的工作频率增加时，铁芯损耗通常增加。因此，如果变压器1072工作在低频下，则铁芯损耗可以相对较小。铁芯损耗还随着构造铁芯的材料变化，并且在高频下用铁氧体铁芯的情况比用铁皮或钢层压的铁芯的情况铁芯损耗通常更小。
返回图6的电源14(4)，如前面讨论的，线路频率变压器1070可以比相应的开关电源变压器大。但是，线路频率变压器1070的相对大尺寸本质上导致了线路频率变压器1070具有较大的热质量；当具有较大热质量的线路频率变压器1070暴露于热源时，其比起具有较小热质量的变压器(例如，开关电源14(2)变压器1068(图5))将更缓慢地变热。结果，线路频率变压器1070(图6)能够比开关电源变压器1068更好地承受瞬变的加热。
如上面所述，变压器的最大连续额定电流是在规定的工作条件下变压器在不超出其最大安全工作温度的情况下可以连续提供的电流的最大幅度。但是，如上面所述，线路频率变压器1070具有相对大的热质量。因此，在较短的时间周期内，线路频率变压器1070能够提供显著超出其最大连续额定电流的电流。因此，电源14(4)可以有利地提供超出线路频率变压器1070的最大连续额定电流的电流脉冲，只要电源14(4)的流出电流和占空因数足够低，以防止线路频率变压器1070超出其最大安全工作温度。如上面所述的以及下面详细讨论的，许多脉冲电热除冰实施方式仅要求电源14提供持续几秒到几分钟的电流脉冲，其中每个脉冲具有较小的占空因数。因此，在许多脉冲电热除冰实施方式中，可以使用电源14(4)，其中，电源14(4)提供的电流脉冲的幅度超出线路频率变压器1070的最大连续额定电流。
再次参考图5的电源14(2)，开关电源变压器1068通常与线路频率变压器(例如，线路频率变压器1070，图6)相比相对较小。因此，开关电源变压器1068通常将具有比线路频率变压器小的热质量，并且开关电源变压器1068将不能支持像线路频率变压器一样大的脉冲电流。但是，散热材料能够被应用于开关电源变压器1068，以增加其有效质量并允许其支持具有更大幅度、持续时间和/或占空因数的电流脉冲。
类似地，开关电源中需要的开关元件1064和1066的功率电子设备/功率器件典型地被安装在提供至少一些热质量的散热器上。对于开关元件1064和1066的额定有源电子元件的主要考虑是要避免将有源器件的硅结暴露于过高的温度。
典型地，开关元件1064和1066的硅晶体管、三端双向可控硅开关、硅控整流器(SCR)和其它有源元件具有最大额定电流和最大额定功率耗散。最大额定电流代表元件的短期功率处理能力，而最大额定功率耗散依赖于器件封装、附加的散热器和空气流，并且最大额定功率耗散代表长期功率处理能力。
散热器和风扇(尤其是那些能够处理许多瓦特的)是昂贵的、笨重的和庞大的。许多有源器件具有指示短期功率能力的最大额定电流，短期功率能力远超出由有源器件的最大额定功率耗散指示的功率处理能力。如果将开关元件1064和1066的硅有源器件设计成向负载提供短期脉冲而不是向负载提供连续功率，那么因此可能节省器件封装、散热器和冷却扇。
返回图7，讨论了变压器1072的附加设计考虑。如果变压器1072代表被操作为具有较小占空因数的线路频率变压器1070，那么在高磁通密度(但是低于饱和)和高绕组电流密度条件下操作变压器1070是有利的，从而当电流脉冲具有较低占空因数时向负载(例如，加热器10)提供电流脉冲。
绕组电流密度被定义为变压器1072的特定绕组中的峰值电流。绕组电流密度由绕组在不发生过热从而不融化和/或不使变压器1072的温度上升超出其最大安全工作温度的条件下可以承载的电流量限定。与连续的应用相比，在低占空因数应用中允许增大的绕组电流密度。
对于本文档，能够提供大于其连续输出电流量至少两倍的脉冲输出电流的电源是间歇工作电源。
图8A示出了脉冲电热除冰装置20(参见图9和图10)的部分A。包含装置20的制冷单元(没有示出)使冷却剂8穿过管筒4流动。热量由制冷单元向冷却剂8传递。冷却片2与管筒4热接触，以促进热传递。冰6(1)可由水蒸气凝结在管筒4和/或冷却片2的表面上。冰6(1)阻碍了热量的传递。装置20定期地从管筒4和/或冷却片2的表面上除去冰6(1)，从而提高制冷效率。图8B示出了从管筒4和冷却片2上除去冰6(1)后的部分A。
图9示出了脉冲电热除冰装置20(1)。图9并不是按比例示出的。冷却剂8(参见图8A和图8B)穿过冷却剂管筒4(1)流动；与管筒4(1)热接触的冷却片2(1)促进了热量向冷却剂的传递。冷却剂管筒4(1)和冷却片2(1)可由例如铜、铝或它们的合金制成。标记A的地方代表了图8A和图8B所示的部分A。冰6(1)(参见图8A和图8B)可在冷却剂管筒4(1)和冷却片2(1)上形成或在两者中的一个上形成。在装置20(1)中，冷却片2(1)是图1的加热器10的一个示例。为了显示清楚，图9仅标出了少许冷却片2(1)。如图中所示，冷却片2(1)是导电的，并且在开关12(1)和12(2)以及地线16之间以蛇形的结构连接。管筒4(1)可由电绝缘体或导体形成；但是如果由导体形成，则管筒4(1)基本上与冷却片2(1)电绝缘。例如可通过在管筒4(1)和冷却片2(1)之间插入如金属氧化物(如阳极化涂层)、聚合物、复合材料和/或其他电介质材料，从而实现管筒4(1)和冷却片2(1)之间的电绝缘。冷却片2(1)形成加热器部分7(1)和7(2)。
当需要除冰时，分别闭合开关12(1)和/或12(2)，以向加热器部分7(1)和/或7(2)提供终端18(1)和18(2)处的有效电源。开关12(1)和12(2)可以是机电继电器或者可以是电子开关。电源在冷却片2(1)上产生热量使冰6(1)被去除。在装置20(1)中管筒4(1)不是被直接加热(如电加热)，而是因为管筒4(1)通过与冷却片2(1)热接触而被加热，所以将管筒4(1)上的冰去除。将冷却片2(1)构造为两个加热器部分7(1)和7(2)只是示例性的，可以理解，在其他实施方式中，可将冷却片构造为仅一个加热器部分或构造为两个以上加热器部分。
包括脉冲电热除冰装置20(1)的制冷单元可在除冰之前通过关闭连接至冷却剂源的阀但继续运行制冷压缩机而从管筒4(1)排放冷却剂8。在除冰之前从管筒4(1)排放冷却剂的优点在于在除冰的过程中产生的热量将只作用在管筒4(1)和冷却片2(1)的热质上，而不会浪费在加热冷却剂上。不对冷却剂加热加快了除冰的速度，并且降低了需要使用的总热量，从而降低了在恢复制冷时对冷却剂再次冷却所需的能量。
可以理解，利用装置20(1)的制冷或冷冻单元的其他工作过程可与除冰相协调。例如，如果制冷或冷冻单元利用多个鼓风机向装置20(1)传递热量，在除冰的过程中可关闭鼓风机。如果个别鼓风机被放置为邻近于进行除冰的部分(例如，部分7(1)或7(2))，则可关闭邻近于进行除冰的部分的鼓风机，同时，邻近于其他部分的鼓风机继续工作。
图10示出了脉冲电热除冰装置20(2)。图10并不是按比例示出的。冷却剂8(参见图8A和图8B)穿过冷却剂管筒4(2)流动；与管筒4(2)热接触的冷却片2(2)促进了热量向冷却剂的传递。为了显示清楚，图10仅标出了少许冷却片2(2)。冷却剂管筒4(2)和冷却片2(2)可由例如铜、铝或它们的合金制成。标记A的地方代表了图8A和图8B所示的部分A。冰6(1)(参见图8A和图8B)可在冷却剂管筒4(2)和冷却片2(2)上形成或在两者中的一个上形成。在装置20(2)中，管筒4(2)是图1所示加热器10的一例。管筒4(2)在开关12(3)、12(4)和12(5)以及地线16之间连接。冷却片2(2)可由电绝缘体或导体形成；但是如果由导体形成，则冷却片2(2)基本上与管筒4(2)是电绝缘的。例如，可通过在管筒4(2)和冷却片2(2)之间插入如金属氧化物(例如，阳极化涂层)、聚合物、复合材料和/或其他电介质材料，从而实现管筒4(2)和冷却片2(2)之间的电绝缘。管筒4(2)形成加热器部分7(3)、7(4)和7(5)。
当需要除冰时，分别闭合开关12(3)、12(4)和/或12(5)，以向加热器部分7(3)、7(4)和/或7(5)提供终端18(3)处的有效电源。电源在管筒4(2)上产生热量将冰6(1)去除。在装置20(2)中冷却片2(2)不是被直接加热(例如，电加热)，而是因为冷却片2(2)通过与管筒4(2)热接触而被加热，所以将冷却片2(2)上的冰去除。将管筒4(2)构造为三个加热器部分7(3)、7(4)和7(5)只是示例性的，可以理解，在其他实施方式中，可将管筒构造为少于三个或多于三个加热器部分。
与上述装置20(1)类似，包括装置20(2)的制冷单元可在除冰之前排放冷却剂8，从而避免在加热冷却剂上浪费热量。一种选择是，由于部分7(3)、7(4)和7(5)被限定为管筒4(2)的部分，所以阀和管筒可被设置为允许冷却剂继续穿过未被除霜的部分流动，并且从正在被除霜的部分中隔离和/或排放。可以理解，在利用装置20(2)的制冷或冷冻单元中工作的其他部分(例如，与装置20(1)一同提及的鼓风机)可与除冰相协调。
另一种选择是，装置20(2)可在这样的部分中除冰，所述部分“跟随着”穿过管筒4(2)的冷却剂的移动。例如，在图10所示的实施方式中，冷却剂可依次穿过部分7(3)、7(4)和7(5)正常移动。冷却剂穿过管筒4(2)的移动速度可由包括装置20(2)的单元的制冷系统设计而决定。当冷却剂正常穿过管筒4(2)流动时，装置20(2)可向部分7(3)施加第一电功率脉冲；第一脉冲的持续时间足以从部分7(3)上将冰除去。部分7(3)中的冷却剂将吸收一些由第一脉冲产生的热量。在一个时间延迟之后，装置20(2)可接着向部分7(4)施加第二电功率脉冲，该时间延迟是由冷却剂穿过管筒4(2)的移动速度决定的，从而使在第一脉冲期间处于部分7(3)中的冷却剂在第二脉冲期间处于部分7(4)中。在第一脉冲期间由冷却剂在部分7(3)中吸收的热量有助于在第二脉冲期间对部分7(4)进行加热，而且可减小将冰从部分7(4)上除去所需的第二脉冲的持续时间。在一个时间延迟之后，装置20(2)可接着向部分7(5)施加第三电功率脉冲，该时间延迟是由冷却剂穿过管筒4(2)的移动速度决定的，从而使在第二脉冲的期间处于部分7(4)中的冷却剂在第三脉冲期间处于部分7(5)中。在第一脉冲和第二脉冲期间由冷却剂在部分7(3)和7(4)中吸收的热量有助于在第三脉冲期间对部分7(5)进行加热，而且可减小将冰从部分7(5)上除去所需的第三脉冲的持续时间。可以理解，此处所描述的方法可对冷却剂顺序流过的任意数量的部分进行重复。
图11示出了脉冲电热除冰装置20(3)。图11并不是按比例示出的。冷却剂8(参见图8A和图8B)通过冷却剂管筒4(3)；与管筒4(3)热接触的冷却片2(3)促进了热量向冷却剂的传递。为了显示清楚，图11仅标出了少许冷却片2(3)。冷却剂管筒4(3)和冷却片2(3)可由例如铜、铝或它们的合金、或其他具有低热阻率的材料制成。标记A的地方代表了图8A和图8B所示的部分A。冰6(参见图8A和图8B)可在冷却剂管筒4(3)和冷却片2(3)上形成或在两者中的一个上形成。在装置20(3)中，管筒4(3)是图1所示的加热器10的一例。管筒4(3)在开关12(6)、12(7)和12(8)以及地线16之间连接，从而形成加热器部分7(6)、7(7)和7(8)。冷却片2(3)可由电绝缘体或导体形成；如果由导体形成，则冷却片2(3)可与管筒4(3)电连接，但是冷却片2(3)只能与公共的加热器部分连接，并因此基本定位于横跨加热器部分的等电位处。当需要除冰时，分别闭合开关12(6)、12(7)和/或12(8)，以向加热器部分7(6)、7(7)和/或7(8)提供终端18(4)处的有效电源。电源在管筒4(3)上产生热量使冰6去除。在装置20(3)中，可产生冷却片2(3)的电加热，但只是附带的，这是因为即便冷却片2(3)是导电的并与管筒4(3)连接，也只有很小的电流经过冷却片2(3)。在冷却片2(3)上的冰被除去(即，如以上结合图1所述，松开，或完全融化和/或气化)，这主要是因为冷却片2(3)通过与管筒4(3)热接触而被加热。将管筒4(3)构造为三个加热器部分7(6)、7(7)和7(8)只是示例性的，可以理解，在其他实施方式中，可将管筒构造为少于三个或多于三个加热器部分。
与上述包括装置20(1)和20(2)的制冷单元类似，包括装置20(3)的制冷单元可在除冰之前排放冷却剂8，从而避免在加热冷却剂上浪费热量。一种选择是，由于部分7(6)、7(7)和7(8)被限定为管筒4(2)的部分，所以可以提供阀和管筒，以允许冷却剂继续穿过未被除霜的部分流动，以及从正在被除霜的部分中隔离和/或排放冷却剂。在利用装置20(3)的制冷或冷冻单元中工作的其他部分(例如与装置20(1)和20(2)一同提及的鼓风机)可与除冰相配合。冰的去除可按时间在各部分上顺序完成，从而使除冰“跟随着”冷却剂穿过多个部分，这一点正如上述对装置20(2)的描述。
例1：建立并测试包括单根一米长管筒的脉冲电热除冰装置。管筒由铜制成，其外直径为1cm，电阻为1.4毫欧姆。该装置包括200片铝片，各铝片的厚度为0.19mm，面积为4cm×4cm；铝片在管筒上的间隔为4mm。T＝-10C的低温乙二醇穿过管筒流动，从而使管筒冷却并导致在管筒和铝片上形成霜。电压为1.4V、电流为1000A、4秒至5秒长的DC电功率脉冲使所有已在该装置上形成的霜被去除(在本实施方式中，即为融化)。
图12为用于从制冷单元的冷却剂管筒和/或冷却片上除冰的方法30的流程图。例如，可通过脉冲电热除冰装置20(1)-20(3)中任意一种实现方法30。在步骤32中，制冷单元在制冷模式下工作。处于低温的冷却剂穿过冷却剂管筒流通，从而冷却管筒和/或冷却片；热量(例如，由被制冷物体所产生的热量或通过壁散发出的热量或通过单元的开口漏出的热量)从制冷单元传递至管筒和/或冷却片。来自于制冷单元内气体的水蒸气将在冷却剂管筒和/或冷却片上凝结为冰。在步骤34中，停止普通的制冷模式，主要为了在除冰时节约能量。步骤34是可选的，并且可能不会出现在某些制冷单元中；例如，在某些部分需要继续制冷而其它部分除霜的制冷单元中，不会出现步骤34。在被解冻除霜的第一部分上，步骤36施加电功率脉冲通过冷却剂管筒和/或冷却片，以除去(例如，松开、融化或气化)聚集在其上的冰。步骤36的一个示例是通过闭合相应的开关12(1)-12(8)除去积聚在部分7(1)至7(8)中任何一个上的冰。步骤38确定是否完成除冰或者是否应对其他的冷却剂管筒和/或冷却片除霜。如果已完成除冰，则方法30重新开始步骤32中的普通制冷模式。如果需要除霜其他部分，可选的延迟步骤39使已经在解冻除霜一个部分时吸收了热量的冷却剂移动至下一个部分，并且步骤40解冻除霜下一个部分，然后方法30返回步骤38，从而再次确定是否已完成除冰。
在例如图11的具有N个部分的实施方式中，N个部分中的每一个均以旋转计划安排通过开关12(1-8)每P秒一次接收持续达M秒的用于除冰的功率，对于电源的结果占空因数要求是N*M/P。例如，具有三个部分的、每15分钟对每一个部分除冰持续30秒的实施方式要求电源能够支持10％的负载占空因数。
可选地，每一个部分可以设置有单独的专用电源(没有示出)。在这个实施方式中，每一个专用电源必须能够支持M/P的负载占空因数。在示例中，实施方式具有三个部分，每15分钟对三个部分中的每一个除冰持续30秒并且三个部分中的每一个均设置有专用电源，每一个电源仅需要支持1/30的负载占空因数。图13示出了具有一系列管筒和冷却片组件620的热交换器600的一个实施方式，如图所示，每一个组件620均具有设置在管筒606上的冷却片604。在正常操作中，要被冷却的气体按照箭头614的方向流动，同时冷却剂穿过管筒606按照箭头612的方向流动。每一个管筒606均通过开关610连接至功率源608，所以当开关610闭合时，电流通过管筒606流动，以产生热量；从而对热交换器600进行除冰操作。在图13中，为了显示清楚，仅有一个管筒606被示出为具有电连接。当短电流脉冲经过管筒606时，在管筒606的壁上产生焦耳热。由于管筒606和冷却片604之间的热阻很小，所以在冷却片604上产生很高的热扩散率。因此，在管筒606上产生的焦耳热很快传递至冷却片604，从而使在热交换器600上形成的冰和/或霜融化。
图14示出了图13中一个管筒和冷却片组件620的剖视图，并示出了在热传递计算中所使用的确定的几何定义。以下的示例示出了热扩散率。在一些材料中的热扩散长度LD由下式给出：
L D ( t ) ≈ 2 · α · t 公式4
其中 α = k ρ · C p 公式5
其中，t是时间，α是材料的热扩散系数，k是材料的导热系数，ρ是材料的密度，CP是材料的热容。
图15为示出了在室温下纯铝的热扩散长度(单位：米)关于时间(单位：秒)的曲线图。特别地，如图15所示，在1秒的时间内，在铝中的热扩散超过了1.8cm，并且在5秒的时间内超过了3.9cm。因此，当在管筒606内部产生热量时，该扩散长度足以在大约1秒的时间内对冷却片604(其中，冷却片604具有典型的尺寸)进行加热。
本实施方式促进了在目前制冷工业中采用的很广阔范围的热交换器中的使用。例如，冷却片604的形状可以是以下之一或更多：环形、方形、类似针形等。冷却片604和管筒606可由以下之一或更多制成：铝、铜、不锈钢、导电聚合物或其他合金。例如，由于不锈钢具有相对较高的电阻，所以不锈钢管筒可用于促进电阻加热。当然，也可采用其他金属和合金。
如前面关于图1、图2、图4、图5、图6和图7所述的，电源608可以是能够提供足够功率的DC或AC电源；在某些实施方式中，电源608是低压大电流电源。例如，电源608可以是以下之一或更多：如在图4中示出的电池、一组超级电容、如在图6中示出的降压变压器电源、如在图5中示出的电子降压变压器等。在一个实施方式中，电源608产生高频电流，因为管筒606的电阻可能由于传输高频电流时的趋肤效应而增大，所以该高频电流是有利的。
为了产生更加均匀的电加热，冷却片604可与管筒606电绝缘，但与管筒606保持良好的热接触。例如，在铝表面上的较薄的阳极化层、聚合物的薄层或环氧粘合剂可形成较薄的电绝缘层。
如上述实施方式所述，由于在基础管筒中与流体制冷剂的对流热交换并由于热交换器外表面上的空气，使脉冲加热限制了热量损失。最小化热量损失减小了平均功率需求，并且使除冰和除霜能够在不关闭热交换器600的情况下进行(即，不关闭冷冻器、冷却器或空气调节器)。通过施加具有足够频率的加热脉冲，融化了形成在冷却片和管筒外表面的冰或霜的薄层，从而维持热交换器表面实际上无冰和无霜。因此，该脉冲加热可改进热交换器的性能和可靠性(通过减少所需的启动和关闭循环)，该脉冲加热可进一步减小用于除冰的所需功率，并且可通过在除冰期间使温度波动最小化从而增加储存在制冷室里面的食品的保存期限。
考虑图13所示的、由铝制成的、具有典型尺寸的热交换器600：管筒606的内直径为1cm，管筒606的壁的厚度为0.30mm，冷却片604的直径为36mm，冷却片604的厚度为0.5mm，冷却片604之间的间隔为4mm。这种热交换器的质量约为330g/m(在管筒606的每米长度上)，并且总表面面积(冷却片604加上管筒的外表面)为0.47m2/m(在管筒606的每米长度上的平方米数)。假设管筒606内制冷剂的温度为-18℃，在管筒606内表面上的对流热交换率为1000W/(m2·K)，周围的空气温度为+5℃，并且在空气和热交换器600外表面之间的对流热交换系数为65W/(m2·K)。
如在图16所示，如果对管筒606施加3V/m的电场，则加热铝的表面至0℃以上将需不到1.4秒。一旦铝的表面在0℃之上，则在铝的表面上形成的任何冰或霜将开始融化。
  条目   符号   数值
  管筒长度   L   1m
  管筒内直径   ri   4.85mm
  管筒外直径   ro   5mm
  冷却片外直径   rt   36mm
冷却片厚度 tf 500μm
  冷却片之间的间隔   δ   4mm
  管筒内表面面积   Ai   0.03m2
  与空气接触的面积   A0   0.47m2
  铝的体积   VAl   1.221·10-4m3
  铝的导热系数   kAl   200W/(m·K)
  铝的密度   ρAl   2700kg/m3
  铝的热容   CAl   0.95·103J/(kg·K)
  铝的热扩散系数   DAl   kAl/(ρAl·CAl)
  热交换器的总热容   Ct   ρAl·CAl·VAl
边界条件
  条目   符号   数值
  在管筒内表面上的对流热交换系数   hf   1000W/(m2·K)
  在热交换器外表面上的平均对流热交换系数   hair   65W/(m2·K)
  冷却剂温度   Tf   -18℃
  空气温度   Tair   5℃
  该问题中的毕奥数   Bi   hf·(rt-ri)/kAl＝0.066
  铝的平均初始温度   TAl   -6.488℃
电参数
  条目   符号   数值
  铝电阻率   ρe   2.5·10-8欧姆·米
  管筒电阻   Re   5.386·10-3欧姆
  施加至管筒的电压范围   V   可变的
  电阻的热量产生率   W(V)   V2/Re瓦
  时间范围   t   可变的
  当热交换器关闭时脉冲加热期间的热交换器温度   Tshutdown(V，t)
  当热交换器工作时脉冲加热期间的热交换器温度   Tuninterrupted(V，t)
当热交换器关闭时脉冲加热期间的热交换器温度由下式决定：
T shutdown ( V , t ) = T Al · C t + t · ( W ( V ) ) C t , 公式6
并且，当热交换器工作在没有中断条件下时脉冲加热期间的热交换器温度由下式决定：
T uninterrupted ( V , t ) = C 1 ( V ) C 2 - ( C 1 ( V ) C 2 - T Al ) · exp ( - C 2 C t · t ) 公式7
其中，C1(V)＝W(V)+hf·Ai·Tf+hair·A0·Tair公式8
以及，C2＝hf·Ai+hair·A0公式9
图16为一个曲线图，其示出了当在工作期间由加热脉冲供电时以及当在冷却泵和鼓风机关闭条件下由加热脉冲供电时，根据以上所列出的假定，热交换器600的模拟温度与时间的关系。特别地，如图16所示，由于在无中断工作期间只需不到1.4秒就可开始融化霜，所以在不关闭冷却剂泵或鼓风机的情况下可顺利完成除霜。在本实施例中，在热交换管筒(例如，管筒606)的1米长的部分上施加3V的电压，产生1.671kW的加热功率。在施加3V电压的条件下，管筒中的电流为557.004A。图17为一个透视图，其示出了被配置为用于除冰的脉冲系统的热交换器650。热交换器650可由例如金属或导电且导热的聚合物形成。表面654(1)和654(2)由流通的冷却剂冷却。空气按箭头662的方向流通经过冷却表面652、656(1)和656(2)以及在表面652和表面654(2)背面、在图17中被遮挡的相应的冷却表面。热量由空气传给热交换器的冷却表面，然后传给冷却剂；冰可在冷却表面上形成。薄膜冰探测器653可贴附在一个或更多的冷却表面上，例如冷却表面652，用于探测冰和/或霜的存在，并可测量冰或霜的厚度。上表面658和下表面660是绝热的，所以冰不会在其上形成。
图18示出了积聚有冰6(2)并连接至电源14和开关666的热交换器650的俯视图。在操作中，热交换器650使空气冷却，并且可使冰6(2)积聚。然后闭合开关666，通过热交换器650发送电流加热脉冲；可通过控制加热脉冲的功率和持续时间在由脉冲产生的大量热量浪费在冰6(2)和热交换器650的冷却表面之前使冰体的界面融化。如果热交换器650是竖直放置的(如图17和图18所示)，在施加加热脉冲后，重力将使冰6(2)滑离热交换器650。
图19示出了被配置为用于除冰的脉冲系统的热交换器670。热交换器670形成有空气通道672，热量在该通道中从空气传给冷却剂，该冷却剂由入口674进入交换器670并由出口676排出交换器670。虚线F14-F14代表图20所示的剖面的上端。
图20示出了由图19中的虚线F14-F14竖直向下延伸的平面获取的热交换器670剖视图。空气以箭头680的方向穿过热交换器670流动。冷却表面673形成空气通道672的侧面，并且如图20所示，绝热层678使每个空气通道672的上端和下端隔离。各个冷却表面673通过开关684与电源14相连(为了图示清楚，只有一个冷却表面673被示出为与电源相连)。
在操作中，热交换器670使空气冷却，并可以在冷却表面673上积聚冰6(3)。然后可闭合开关684，通过每一个冷却表面673发送电流加热脉冲；在由脉冲产生的大量热量消耗在冰6(3)、冷却剂和冷却表面673之前，可控制加热脉冲的功率和持续时间使冰体的界面融化。如果热交换器670是垂直放置的(如图19和图20所示)，则在施加加热脉冲后，重力可以使冰6(3)滑离冷却表面673。
可以理解，对热交换器650和670进行的修改是属于本发明的公开范围的。例如，热交换器650的冷却表面可以与图17和图18所示的形状不同；冷却剂可穿过热交换器650的管筒或通道流动。可在邻近热交换器650或670的冷却表面的电介质层上设置加热片或加热膜，从而替代将冷却表面连接至电源。可以密封加热片或加热膜与冷却表面之间的间隔，并且可交替地取消间隔，从而使加热片或加热膜与冷却表面热接触，而且在除冰期间可通过加压使加热片或加热膜和冷却表面之间产生气体间隙。冷却表面可形成多个部分(如热交换器20(1)、20(2)和20(3))，这些部分可与开关和电源形成电连接，从而并非所有部分均在给定的时间内接收加热脉冲。
图21示出了被配置为用于除冰的脉冲系统的可折叠型热交换器700的示意性剖视图。在热交换器700中，冷却剂706(氟利昂或其他流体)穿过具有形成热交换表面的冷却片704的冷却剂管筒702流动，从而与周围空气交换热量。尽管示出的冷却剂管筒702在冷却片704内具有冷却剂，但某些实施方式中的冷却剂管筒可具有由直管筒或导管(例如，参见图23)横向延伸的热交换表面。在其他实施方式中，可假设管筒或导管为蛇形或z字形，以形成热交换表面(例如，参见图25)。在冷却片704上可能形成的冰6(4)可通过脉冲除冰而除去。当开关708闭合时，电源14通过热交换器700发送电流加热脉冲；该加热脉冲至少使形成在冷却片704和冰6(4)之间的冰体界面融化；该加热脉冲也可使所有冰6(4)融化。每个单位面积的典型的加热密度可为约5KW/m2至约100KW/m2。电流大小和脉冲持续时间可根据温度、流速和冷却剂的性质(例如，密度、热容和导热系数)调节。典型的脉冲持续时间可为大约0.1s～10s。
电源14可以是如在图1中所示的。特别地，电源14可以包括如在图4中所示的电池、如在图6中所示的线路频率变压器或者如在图5中所示的电子变压器。开关708可以是半导体类型(功率MOSFET、IGBT、半导体闸流管等)、机械开关、电磁开关或它们的任意组合。然后，可通过重力(例如，冰6(4)可从冷却片704上滑脱)或通过机械动作(例如，对热交换器700进行刮、抖动或吹气)除去加热脉冲过后仍残留的固态冰6(4)。例如，抖动可由可选的小电动马达712和机轴714提供，或由可选的电磁振荡器716提供，或由在冷却剂706内引起压力振荡而提供。
图22示出了贴附片状衬垫722以形成冷却剂管筒720的剖视图。例如，冷却剂管筒720可用作冷却剂管筒702(参见图21)。例如，片状衬垫722可为内直径1英寸、外直径3英寸的4密耳(mil)不锈钢片状衬垫，并且在它们的外边缘724和内边缘726焊接或点焊。因此，每一个衬垫722均形成热交换表面(例如，图21的一对衬垫形成一个冷却片704)。
图23示出了将片状衬垫732贴附在直导管734上以形成冷却剂管筒730的剖视图。例如，冷却剂管筒730可用作冷却剂管筒702(参见图21)。例如，片状衬垫732可为内直径1英寸、外直径3英寸的4密耳的不锈钢片状衬垫，并且在它们的外边缘736和内边缘738焊接或点焊；衬垫732还可被焊接或熔焊在导管734上。因此，每一对衬垫732均形成冷却片(例如，图21的冷却片704)。导管734和衬垫732的相对的壁厚是可选的，从而使得当如图21所示，引起电流脉冲时，它们具有相似的加热功率(W)的密度。
图24示出了被配置为用于除冰的脉冲系统的另一种可折叠型热交换器740。热交换器740具有冷却剂管筒742，冷却剂管筒742具有与周围空气交换热量的冷却片744。在冷却片744上形成的冰6(5)可通过脉冲电热除冰而除去，对于热交换器740，脉冲电热除冰以与对于热交换器720相似的方式工作。当开关748闭合时，电源14通过热交换器740传送电流加热脉冲；加热脉冲至少使形成在冷却片744和冰6(5)之间的冰体界面融化；该加热脉冲也可使所有冰6(5)融化或气化。
图25示出了被配置为用于除冰的脉冲系统的另一种可折叠型热交换器760。热交换器760具有与周围空气交换热量的冷却剂管筒762；冷却剂管筒762是蛇形的，冷却剂穿过冷却剂管筒762的弯曲部764流动，从而使热交换表面积最大。在冷却剂管筒762上可能形成的冰(没有示出)可通过脉冲电热除冰被除去。当开关768闭合时，电源14通过热交换器760发送电流加热脉冲；加热脉冲至少使形成在冷却片764和冰之间的冰体界面融化；该加热脉冲也可使所有冰融化。
可以理解，对热交换器730、740和760进行的修改是属于本发明的公开范围的。例如，热交换器730、740和760的热交换表面可被形成为与图23、图24和图25所示的形状不同的形状。可在邻近这些表面的电介质层上设置加热片或加热膜，而不是将管筒和/或冷却片与电源相连接。可以密封加热片或加热膜与热交换表面之间的间隔，并且可交替地取消间隔，从而使加热片或加热膜与冷却表面热接触，而且在除冰期间通过加压使加热片或加热膜和冷却表面之间产生空气间隙。热交换表面可形成多个如上所述的部分，所述部分可与开关和电源形成电连接以使得并非所有部分均在给定的时间内接收加热脉冲。
有利地，薄壁金属管筒和衬垫的脉冲加热可采用低压(1V至24V)大电流(几百或几千安培)。当优选地直接使用更高的电压(例如，120V交流电压或240V交流电压)时，更高的电阻是有利的。可通过将加热器传导膜与冷却管筒分离得到更高的电阻。例如，具有冷却片的热交换器可由阳极化铝制成，在(绝缘的)阳极化层的顶部上涂敷薄的高电阻加热膜。可通过CVD、PVD、电解涂覆或喷涂涂敷该加热膜。
图26示出了被配置为管状造冰器100(1)的脉冲电热除冰装置。图26并不是按比例示出的。管状造冰器100(1)标记为B的一部分在图28中更详细地示出。如下面进一步描述的，造冰器100(1)产生利用脉冲电热除冰而获得的冰环6(6)。造冰管筒110(1)在冷冻室(没有示出)中垂直定位。在一个实施方式中，管筒110(1)约为3至5英寸长，其外直径约为1英寸，壁厚约为10密耳。管筒110(1)可由例如不锈钢、钛合金或复合材料(例如，充有碳粒子和/或纤维的聚合物，以使材料导电)形成。喷头120向管筒110(1)上喷射水130。一组热传导片140从指形冷冻器150向冷冻室传递热量，从而使管筒110(1)的冰形成区域(没有在图26中标出，参见图28)达到水的凝固点以下的温度。图26示出了两个热传导片140；可根据有效热传递的需要在管筒110(1)周围设置更少或更多的传导片140。指形冷冻器150和热传导片140可由例如铜、铝或它们的合金制成。
图28更详细地示出了管状造冰器100(1)的部分B。指形冷冻器150基本环绕管筒110(1)，并且限定了在管筒110(1)内部的周围连续的、相应的冰生长位置112(1)。多个冰生长区域112(1)被多个冰分隔区域115(1)分隔开；冰不在区域115(1)内生长。冰分隔区域115(1)可被限定为不与指形冷冻器150邻近的区域，或者可设置温度控制单元118以提高管筒110(1)在区域115(1)的温度。例如，温度控制单元118可以是阻止热量由区域118向热传导片140流动的绝缘体。另一种选择是温度控制单元118可以是提高冰分隔区域115(1)的温度的加热器。
再参照图26，当水130穿过管筒110(1)流动时，冰6(6)在邻近指形冷冻器150处生长。没有结冰的剩余的水155经过分隔屏障160进入储水池170，在储水池170内加入供应水190。凝结为冰6(6)并且因此而不返回供应水190的水130由通过供水阀230控制的供水系统220补充。在储水池170中的泵200通过管筒205向喷头120抽取水190，从而开始上述过程。可以利用可选的加热器210保持水190不结冰。
通过闭合开关12(9)以由电源14向管筒110(1)提供电功率，得到冰环6(6)。图26示出了汇流条(busbar)125，汇流条125将管筒110(1)的上端通过开关12(9)连接至电源14的一侧，并将管筒110(1)的下端连接至地线16；然而，可以理解，与电源和地线的连接是可以调换的。在一个实施方式中，管筒110(1)由厚度约为10密耳的不锈钢形成，开关12(9)闭合大约1秒，以提供约1V至6V和约300安培的交流电功率脉冲。在管筒110(1)中消耗的电功率使管筒110(1)的温度升高至水的凝固点之上，从而至少使冰环6(6)的界面层融化，冰环6(6)与管筒110(1)分离(在此例中，即松开)，并且重力使冰环6(6)从管筒110(1)上向下脱落。
可以理解，为了与电源14和开关12(9)的电压和电流容量兼容，可以选择管筒110(1)的电阻。例如，小电阻的管筒110(1)可使用大电流低压电源14和开关12(9)，但具有更大电阻的造冰管筒110(1)可使用为更高的电压和更小的电流配置的电源14和开关12(9)。在一个实施方式中，使管筒110的电阻最优化，从而市场上可获得的线路电压(例如，110-120V交流电或220-240V交流电)可作为电源14。
因此，管筒110(1)是图1所示加热器10的一个实施例。分隔屏障160使冰环6(6)进入收集箱180，成为获得的冰环6(7)。
如此处所描述生长的冰6(6)将拒绝已溶解的空气和污染物进入从管筒110(1)滴下的剩余的水155中。因此，冰环6(6)(和得到的冰环6(7))可具有高的纯度和透明度。溶解的空气和污染物将在水190中积累；因此，造冰器100(1)可包括由排水阀250控制的排水管240，从而定期地排出至少一部分水190。被排出的水由来自供水系统220的水更换。在可选的实施方式中(没有示出)，省略掉储水池170和泵200；供水系统220直接向喷头120供水，并且剩余的水155简单地排走。
图27示出了被配置为管状造冰器100(2)的脉冲电热除冰装置。图27并不是按比例示出的。管状造冰器100(2)标记为C的一部分在图29中更详细地示出。造冰器100(2)包括某些与管状造冰器100(1)中的对应元件相同的元件，因此，用相同的标号表示。管状造冰器100(2)利用冷却剂管筒260(1)冷却冰的生长区域(参见图29)。冷却剂管筒260(1)可由例如铜、铝或它们的合金制成。介电层270使管筒110(2)和冷却剂管筒260(1)电隔离，且对于由管筒110(2)向管筒260(1)传递热量具有最小影响。介电层270可由例如聚酰亚胺或填充有导热纤维或粉末、氧化铝纤维或粉末、玻璃纤维或氮化硼粉末的聚合物形成。当水130穿过管筒110(2)流动时，冰6(8)在邻近管筒260(1)处生长；通过闭合开关12(9)以由电源14向管筒110(2)提供电功率，得到冰环6(8)；并且以与在造冰系统100(1)中冰的生长和获得类似的方式，分隔屏障160使冰环6(8)进入收集箱180中，成为获得的冰环6(9)。
图29更详细地示出了管状造冰器100(2)的部分C。冷却剂290在每一个冷却剂管筒260(1)中流动，而且每一个冷却剂管筒260(1)具有限定了相应的冰生长位置112(2)的指形冷冻器280。多个冰生长区域112(2)被多个冰分隔区域115(2)分隔开；冰不在区域115(2)内生长。在图29中，冰分隔区域115(2)被限定为不与指形冷冻器280邻近的区域；然而，可以理解，可设置温度控制元件118，以与图28所示的相同方式提高管筒110(2)在区域115(2)处的温度。
图30是被配置为管状造冰器100(3)的脉冲电热除冰装置的剖面侧视图。图30并不是按比例示出的。管状造冰器100(3)标记为D的一部分在图31中更详细地示出。图32示出了沿图30的虚线F26-F26获取的造冰器100(3)的剖面俯视图。造冰器100(3)包括某些与管状造冰器100(1)和100(2)中的对应元件相同的元件，因此，用相同的标号表示。造冰器100(3)在安装有热传递板280的几个造冰管筒110(3)中的每一个内产生冰环6(10)(为了图示清楚，图30中只标出了一些热传递板280和冰6(10))。管筒110(3)可由例如不锈钢或钛合金形成。热传递板280可由例如铜、铝或它们的合金制成。冷却剂管筒260(2)使冷却剂循环，冷却剂从热传递板280和管筒110(3)带走热量。管筒205提供喷头120，喷头120向每一个管筒110(3)的内表面上喷射水130。当冰环6(10)已制好待取时，开关12(10)将来自于电源14的电功率脉冲连接到每一个汇流条125，然后依次通过每一个管筒110(3)到达地线16。在每一个管筒110(3)中由电功率产生的热量至少使每一个冰环6(10)的界面层融化，使冰环分离，从而冰环由管筒110(3)上落下。可以理解，用于从得到的冰上分离未凝结的水、在储水池得到未凝结的水、对储水池进行排水和充水、将水抽至喷头120以及判断冰何时制好待取的装置可与图26和图27所示的装置相同。
图31更详细地示出了管状造冰器100(3)的部分D的一个实施方式。冰6(10)在紧密邻近造冰管筒110(3)处生长。在管筒110(3)和热传递板280之间设置介电层295，以使管筒110(3)和板280电隔离。介电层295可以是例如由DuPont公司生产的贴附在铜层290之间的聚酰亚胺膜。可选择地，介电层295可包括填充有导热纤维或粉末、氧化铝纤维或粉末、玻璃纤维或氮化硼粉末的聚合物。铜层290可通过焊料层285附着在管筒110(3)和热传递板280上。例如，可通过以下步骤制作管筒110(3)，即，首先在其上覆盖焊料箔，然后在其上覆盖贴附在铜层290之间的聚酰亚胺膜295，然后再覆盖焊料箔。以此方式制作的复式管筒110(3)可被插入热传递板280的孔中，继而可将整个组件置入加热炉中，从而使焊料285回流至管筒110(3)、铜层290和热传递板280。
在另一个实施方式中，可将热传递板280分割为多个部分，所述部分通过介电的导热的黏合剂组装至管筒110(3)，而不是通过焊接至介电膜上的方式。
图32为沿图30所示的线F26-F26获取的管状造冰器100(3)的剖面俯视图。图32并不是按比例示出的。每一个造冰管筒110(3)和冷却剂管筒260(2)穿过一个或更多的热传递板280。虽然图32示出了19个造冰管筒110(3)和54个冷却剂管筒260(2)的六边形排列方式，但是为了达到预期的造冰产量或为了适应预期的位置，可采用其他数量或排列方式的造冰管筒110(3)、冷却剂管筒260(2)和热传递板280。因此，造冰器100(3)构成了造冰管筒110(3)的排列，其中冰6(10)在造冰管筒110(3)和热传递板280的每一个交叉部位生长，如图30所示(图30示出了沿图32所示的线F24-F24获取的造冰器100(3)的剖视图)。
在全面地阅读和理解本发明内容的基础上，此处所公开的管状造冰器100的多个可选的实施方式(例如，管状造冰器100(1)、100(2)和100(3)中的任何一个)是显而易见的，并且属于本发明范围内。例如，管筒110(例如，管筒110(1)、110(2)或110(3)中的任何一个)的剖面可为圆形或其他形状，并且可制造出相应形状的冰，如正方形、矩形、椭圆形、三角形或星形。喷头120可被用于喷射水130的一个或多个喷嘴替代，或者被用于注入或以其他方式向管筒110的内表面引入水130的一个或多个元件替代。如图26和图27所示，汇流条125可被置于管筒110的圆周之外，或者如图30所示，被置于管筒110的圆周之内。多个指形冷冻器150可足以从冰的生长区域112(1)带走热量，从而无需热传导片140。可设置探测冰的形成和确定何时获取冰6(6)、6(8)或6(10)的装置；例如通过电容方法检测冰、通过光学方法检测冰、通过确定冰的重量、通过确定逝去的造冰时间或通过确定水流被冰阻碍。可设置具有以下功能的装置，该装置探测在收集箱(例如，箱180)内得到的冰的高度，并且当收集箱内已具有足够的冰时，停止造冰。分隔屏障160可由可移动元件替代，当获取冰环时，该可移动元件收集冰环，但是在其他时间，其从管筒110下移开。可对分隔屏障160进行加热以避免造成将阻碍水收集的冰的堆积。可通过控制器(例如，微处理器；例如，使具有造冰器100的冷冻器运转的微处理器)使泵200、加热器210、供水阀230、排水阀250、温度控制元件118和/或开关12(9)运转。可利用温度传感器提供数据，从而使微处理器能够优化造冰器100和/或冷冻器或其他具有造冰器100的设备中元件的运转。造冰器100(3)的管筒110(3)可单个地或分组地电连接，从而每次可从一个管筒110(3)或一组管筒110(3)得到冰6(10)。同时从少于所有的管筒110(3)中得到冰6(10)将减小当前的处理量，并因此减小与产生和转换用于冰获得所需的电流相关联的元件的尺寸、重量和/或成本。
还有其他被配置为管状造冰器的脉冲电热除冰装置的实施方式利用与一个或更多造冰管筒110热接触的加热器。有利地，这些实施方式可利用用于造冰管筒110的多种材料中的任何一种。例如，在一个实施方式中，管状造冰器包括造冰管筒110，该造冰管筒由不锈钢或其他金属、玻璃、塑料、聚合物、
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陶瓷或碳纤维材料、或它们的合成物或组合物形成。可通过围绕管筒包裹的柔性加热器元件对造冰管筒110进行加热，从而除去在其内形成的冰。适合的加热器元件可包括金属电介质(metal-to-dielectric)层压片，例如贴附有聚酰亚胺(Kapton)的铬镍铁合金(Inconel)层压片。利用围绕造冰管筒110包裹的加热器元件可提供多种设计选择，例如优化管筒的材料特性(例如，耐腐蚀性、抗菌性)而不依赖于加热器特性(例如，更高的电阻，从而无需使用大电流和昂贵的电源)。当使用传导性管筒110时，在设计上要小心，以保证在电源14和开关12的设计中解决管筒的传导率，或者保证管筒与加热器元件之间的电隔离。加热器和造冰管筒110之间的热阻，冷却剂管筒260或导热片140、加热器以及造冰管筒110之间的热阻有利地小，从而使造冰效率高，并使获得冰所需的功率低。
图33是被配置为造冰器300(1)的脉冲电热除冰装置的剖视图。图33并不是按比例示出的。造冰器300(1)的部分E在图34中更详细地示出。造冰器300(1)包括由穿过冷却剂管筒320流动的冷却剂(没有示出)冷却的气化器板310(1)和气化器片330。如图33所示，气化器片330将多个造冰室335分隔开。将水引至邻近板310(1)和/或片330处，并且结为冰6(11)(为了图示清楚，图33中只标出了一些管筒320、片330、造冰室335和冰6(11))。气化器板310(1)、冷却剂管筒320和/或气化器片330可由例如铜、铝或它们的合金制成。造冰器300(1)还包括利用脉冲电热除冰方法得到冰6(11)的一个或更多的加热器340(1)，这将在以下作进一步描述。因此，加热器340(1)是图1所示加热器10的实施例。
图34更详细地示出了造冰器300(1)的部分E。图34并没有按比例示出各层的相对厚度。加热器340(1)包括电阻加热层344(1)和介电层342(1)。加热层344(1)可由例如阻抗适中的金属层(例如，不锈钢或钛合金)或更薄的良性电导体(例如，铜)层形成。有利地，介电层342(1)由电绝缘材料形成，但该材料具有较高的热导率，因此作为板310(1)的电绝缘加热层344(1)，同时促进了向板310(1)的热传递。在一个实施方式中，加热器340(1)为印刷电路板，其中介电层342(1)为例如环氧玻璃、聚酰亚胺、聚酰亚胺玻璃或
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的介电层，加热层344(1)为导电体(例如，铜)。
在工作中，造冰器300(1)造冰，直至希望收获时，然后将电功率连接至加热层344(1)。由加热层344(1)产生的热量很快对板310(1)和片330进行加热，从而使冰6(11)分离。一旦得到冰6(11)，将电功率与加热层344(1)断开，从而再次开始造冰。
图35是被配置为造冰器300(2)的脉冲电热除冰装置的剖视图。图35并不是按比例示出的。造冰器300(2)的部分F在图36中更详细地示出。造冰器300(2)包括某些与造冰器300(1)的对应元件相同的元件，因此，用相同的标号表示(为了图示清楚，图35中只标出了一些管筒320、片330、造冰室335和冰6(12))。造冰器300(2)具有基本覆盖气化器板310(2)的表面315(参见图36)的单个加热器340(2)；加热器340(2)被设置在板310(2)和冷却剂管筒320之间。加热器340(2)的设置通过在表面315的每一个点处提供热量而促进了冰的获得效率。气化器板310(2)、冷却剂管筒320和/或片330可由例如铜、铝或它们的合金制成。
图36更详细地示出了造冰器300(2)的部分F。图36并不是按比例示出的。加热器340(2)包括电阻加热层344(2)和介电层342(2)。有利地，介电层342(2)由电绝缘材料形成，但该材料具有高的热导率，因此使加热层344(2)与板310(2)电绝缘，同时促进了向板310(2)的热传递。例如，介电层342(2)可包括聚酰亚胺、填充有导热纤维或粉末的聚合物、氧化铝纤维或粉末、玻璃纤维或氮化硼粉末。图36还示出了设置在加热层344(2)和管筒320之间的可选的介电层342(3)。为了控制加热层344(2)的电阻，介电层342(3)可用于使加热层344(2)和管筒320电绝缘。可选择地，也可除去介电层342(3)，从而使管筒320和加热层344(2)电连接。
在工作中，造冰器300(2)造冰6(12)直至希望收获时，然后将电功率连接至加热层344(2)。由加热层344(2)产生的热量很快对板310(2)和片330进行加热，从而使冰6(12)分离。一旦得到了冰6(12)，将电功率与加热层344(2)断开，从而再次开始造冰。
图37示意性地示出了包括用于除冰的储热装置的冷冻单元400(1)的元件。图37并不是按比例示出的。冷冻单元400(1)具有用于压缩冷却剂的压缩机410。冷却剂在从压缩机410中流出时具有较高的温度，然后经过箱体440中的管筒412，在箱体440中，冷却剂向加热流体445传递热量(图37中的阴影部分示出了冷冻单元400(1)中仅传递加热流体445的多个元件)。加热流体445优选为具有低于-20C的凝固点，并且具有高于60C的沸点的流体，如酒精、水/乙二醇的混合物或盐水。冷却剂离开箱体440，从管筒415中流出，并且在冷凝器420中传递更多的热量。管筒415延伸至膨胀阀420，在膨胀阀420中，冷却剂快速膨胀并冷却至冰点以下的温度。在通过膨胀阀420之后，冷却剂进入管筒430并进入图37中虚线405所示的冷冻箱。冷却剂管筒430与作为造冰器一部分的气化器板435热接触并从其上吸收热量。虚线F32-F32表示图38的剖视图所示的气化器板435中的平面。在通过冷却剂管筒430之后，冷却剂流回压缩机410，从而重复压缩冷却剂、冷却冷却剂、冷却气化器板的循环。
当冷冻单元400(1)造冰时，加热流体445从箱体440中的冷却剂聚集并保持多余的热量。排出阀450和泵455控制了加热流体445由箱体440向加热管筒460(1)的传送。与管筒430相同，加热管筒460(1)也与气化器板435热接触。当需要获取冰时，冷冻单元400(1)打开排出阀450，并启动泵455，从而抽取加热流体445并使其流经加热管筒460(1)，并因此产生从气化器板435上除冰并得到冰的热脉冲。
图38是沿图37中的虚线F32-F32获取的剖视图。如图38所示，气化器板435与交替排列的冷却剂管筒430和加热管筒460(1)相连。为了与图37保持一致，图38中的阴影部分为加热流体445经过的加热管筒460(1)的通道。在气化器板435相反的一侧是在造冰的过程中从冰6(13)带走热量的气化器片330。
图37示出了在冷冻箱405内设置为歧管432的冷却剂管筒430，从而使冷却剂管筒430和加热管筒460(1)能够交替横跨在气化器板435上。在一个可选的实施方式中，冷却剂管筒和加热流体管筒像一个蛇形对横跨在气化器板435上，但是此实施方式可具有内部弯曲，其中冷却剂管筒或加热流体管筒或者二者均成形为“背对背(back toback)”排列。此排列方式可形成“热”或“冷”的区域，其中，造冰或得到冰分别需要更多的时间和/或能量。可以理解，加热管筒460(1)也可形成歧管，或者单个的管筒430和460(1)可横跨在气化器板的每一端，从而避免形成“背对背”排列。
以下将模拟图37和图38所示的冷冻单元400(1)的性能。假设气化器板的尺寸为457mm×432mm。假设加热管筒460(1)为铜管筒，其内直径为16mm，长度为7.7米。假设加热流体445由等比的水和乙二醇混合而成。假设箱体440中的加热流体445达到了60C的温度。此模拟表明，通过在泵455上消耗10瓦的功率，抽取0.9升水/乙二醇混合物，并且水/乙二醇混合物达到0.223巴的压力，将在2秒内得到冰。相对于在60至300秒的时间内消耗1至2千瓦功率的商品化的造冰器而言，这可以节省为了得到冰所需的能量。在得到冰的过程中消耗能量的减少将使造冰速度更快，并使能量成本更低。
图39示意性地示出了包括用于除冰的储热装置的冷冻单元400(2)的元件。图39并不是按比例示出的。造冰器400(2)包括某些与造冰器400(1)中的对应元件相同的元件，因此，用相同的标号表示。在造冰器400(2)中，箱体440可相对于气化器板435位于更高的水平面，从而当排出阀450打开时，重力将使加热流体445流入加热管筒460(1)以使冰从气化器板435上松脱。有利地，加热管筒460(1)可具有较大的直径，以促进加热流体445在加热管筒460(1)中的快速流动；快速流动使板435快速升温，从而使冰从板435上快速松脱。造冰器400(2)包括加热流体储液器465，加热流体储液器465相对于气化器板435位于更低的水平面，从而使加热流体445在经过加热管筒460(1)后排至储液器465中。泵470抽取加热流体445，使其经过管筒475和可选的入口阀452返回箱体440，进行再利用。由于在另一个获取冰的过程发生之前，不需要完全将加热流体445传送至箱体440，所以泵470不需要具有很高的容量。
在全面地阅读和理解本发明内容的基础上，此处所公开的冷冻单元400的多个可选的实施方式(如冷冻单元400(1)或400(2)中的任一个)是显而易见的，并且属于本发明范围内。例如，在某些实施方式中，冷冻单元400可在获取冰的过程中将压缩机410关闭。然而，由于用于得到冰施加的热量通常只持续数秒，所以在某些实施方式中，在获取冰的过程中也使压缩机410保持运行状态，从而减小在开始/停止的循环过程中由压缩机410所产生的磨损，并促进气化器板435的热还原，以使造冰过程可在得到冰后迅速重新开始。为了节省能量，可设置阀或泵，从而除了获取冰的过程之外将加热流体445从加热管筒460(1)中排出，否则将在造冰过程中在加热管筒460(1)内冷却加热流体445时消耗能量，并在获取冰的过程中冷却返回箱体440的相同量的流体445时消耗能量。在一个实施方式中，利用图37所示的各元件，并将箱体440设置为低于气化器板435，可使得除泵455运转的时间之外，重力使加热流体445排回箱体440。在另一个实施方式中，利用图39所示的各元件，当被加压时，箱体440以及阀450和452适于容纳加热流体445和其蒸汽。当管筒412内的冷却剂对箱体440中的加热流体445和其蒸汽进行加热时，将产生压力，从而当排出阀450打开时，蒸汽压力促使加热流体445快速通过管筒460，以进行除冰和得到冰。当足够的加热流体445被压入管筒460后，关闭排出阀450，打开入口阀452，然后泵470将开始使加热流体从储液器465返回至箱体440。
图40示出了储热除冰装置500。如以下所述，装置500包括冷却剂管筒4(4)，冷却剂8(参见图8A和图8B)穿过冷却剂管筒4(4)流动，装置500还包括冷却片2(4)和加热管筒460(2)，加热流体445(参见图37和图39)穿过加热管筒460(2)流动以进行除冰。为了图示清楚，图40中只标出了几个冷却片2(4)。冷却剂管筒4(4)、冷却片2(4)和/或加热管筒460(2)可由例如铜、铝、或它们的合金、或者其他具有低热阻的材料制成。标记A的位置为图8A和图8B所示的代表性的部分A。
与脉冲电热除冰装置20(1)(参见图3)相同，装置500在正常运行的过程中向冷却剂传递热量，因此，冰6可在管筒4(4)、冷却片2(4)和/或加热管筒460(2)(参见图8A和图8B)上形成。当需要除冰时，加热流体445(参见图37和图39)流过加热管筒460(2)和加热装置500，从而除冰。可以理解，图40所示的三个管筒4(4)和两个加热管筒460(2)只是示意性的，在除冰装置中，可包括任意数量的管筒4(4)和460(2)。本领域技术人员将会注意到图40所示的储热除冰装置500与图37、图39所示的冷冻单元400(1)、400(2)的带有管筒430、460的气化器板435之间的相似之处。
图41为操作利用了储热获取冰的冷冻单元的过程550的流程图。过程550可由例如冷冻单元400(1)或400(2)中任一个完成。在步骤560中，冷冻单元以造冰模式工作。压缩机压缩冷却剂，冷却剂向加热流体和冷凝器传递热量，并经过膨胀阀，并且通过造冰器的冷却剂管筒流通，从而使水凝固，形成冰。步骤560的一个实施例为压缩机410压缩冷却剂，使其：(1)经过管筒412，向箱体440中的加热流体445传递热量，(2)向冷凝器420传递热量，(3)经过膨胀阀420，以及(4)在管筒430中流通，从而使水凝固，形成冰。在步骤565中，该冷冻单元决定何时开始获取冰。当达到获取冰的时间，执行过程550中的步骤570，否则在步骤560中继续造冰。在步骤570中，在获取冰的过程中，压缩机停止工作。步骤570的一个实施例是压缩机410停止。步骤570是可选的，并且在某些制冷单元中不出现此步骤；例如，在由于重复启动和停止而将导致压缩机额外的损耗和磨损的单元中，将不出现步骤570。步骤575使加热流体穿过加热管筒流动，以达到除冰的目的(例如，使冰松开、融化和/或气化)。步骤575的实施例是操作排出阀450或操作泵455，以使加热流体445穿过管筒460流动。加热流体至少使冰的界面层融化，以达到除冰的目的。步骤580使加热流体从加热管筒中排出或排干。步骤580的实施例是：(1)停止泵455，以使加热流体445通过重力作用流回箱体440(参见图37)，(2)关闭排出阀450，以使加热流体455通过重力作用排至箱体465(参见图39)。一旦完成除冰过程，则过程550重新开始步骤560中的常规造冰模式。
图42示出了磁性耦合实施方式。在这个实施方式中，冷却片2(5)附接于冷却管筒4(5)。冷却管筒4(5)是热绝缘和电绝缘的，并且围绕变压器1072(2)的铁芯1078(2)被缠绕数匝，并且用作变压器1072(2)的低电压次级绕组。电连接1090存在于区域的远端，使得电流可以在冷却管筒4(5)中流动。
在图42的实施方式中，当希望加热冷却管筒4(5)和冷却片2(5)时，向变压器1072(2)的初级绕组1074(2)施加优选地工作在显著高于电源线频率的频率处的交替频率电流源。这样在冷却管筒4(5)中感应出电流，从而加热冷却管筒4(5)。
图43示出了具有几个磁性耦合加热区的实施方式。在这个实施方式中，在制造期间将管筒4(6)穿过环形铁芯1080。初级绕组1082也被卷绕在每一个环形铁芯1080上。在加热区的末端，将管筒4(6)接合在一起1086，优选地接至地线16，从而完成了电路，该电路包括穿过环形铁芯1080的管筒4(6)的环路1084。
当希望除去在管筒4(6)的第一区域1094中附着的冰时，闭合开关1088，从而将高频交流电流源1092连接至初级绕组1082。这样在管筒4(6)的区域1094中感应出电流，从而加热管筒并且如此前所述那样除冰。
当希望除去在管筒4(6)的第二区域1096中附着的冰时，闭合第二开关1090，从而将高频交流电流源1092连接至围绕环形铁芯卷绕的第二初级绕组1098，其中管筒4(6)的第二区域1099的管穿过环形铁芯。
借助图43的实施方式，如此前所述那样，高频电源1092可能是能够支持占空因数的间歇负载电源，该占空因数等于区域的数量乘以每一个区域的除冰脉冲时间除以对每个区域除冰的速率，即N*M/P。
优选的是，电源能够为要除冰的管筒和片提供每平方米不少于一千瓦的功率。在管筒和/或片上具有导电膜涂层的实施方式中，电源应当能够为导电膜提供每平方米至少一千瓦的功率。因为期望除霜花费不到两分钟，而在实施方式中花费一分钟，所以需要这些高功率。
图44示出包含在本发明的实施方式(例如图11的实施方式)内的一些安全部件。安装安全互锁开关1001、1003，使得打开或移除造冰系统的每一个罩板(没有示出)将断开互锁开关1001、1003中的一个或多个。互锁开关1001、1003是串联的，因而断开这些开关中的任何一个将断开电路。因此为了维护或其它目的打开机器将取消来自于电源14中的功率。因而电源14关闭，从而取消来自于开关12(10)、12(11)和12(12)中的功率；并从而从管筒4(7)中移除任何电功率。
此外，系统的带电金属部分的外表面(例如，冷却剂管筒4(7)的外表面或者冷却剂管筒4(7)上的导电膜)被涂有电绝缘涂层。在可能的地方，这个绝缘涂层由抗划伤的、耐用的、一个毫米厚的材料制成，使得该涂层具有显著的耐磨性。
在其它实施方式中安装了类似的安全部件，包括保护罩上的电绝缘材料和安全互锁开关。
图45示出了具有螺管卷绕的微通道制冷气化器1102的实施方式。所卷绕的微通道气化器具有穿过微通道管筒1106在长度方向伸展的多个制冷通道1104。卷绕微通道管筒1106，使得存在用于在微通道管筒的多匝的更宽表面之间的气流的在小空间1108，小空间1108典型地不到两个毫米宽并且在一个实施方式中是一个厘米宽。在一些实施方式中，围绕微通道管筒卷绕介电纤维，或者提供隔离器，以在各线圈匝之间保持恒定间距，而不显著妨碍空气流。在其它实施方式中，介电隔离器用来保持期望间距。当工作时，空气或者其它气体通过空间1108进入气化器并且与通路1104中限定的管筒和冷却剂交换热量，并且卷绕的线圈所围绕的轴线(与空气离开所沿着的轴线相同)优选地是水平的，使得融化的水可以滴下。在可选实施方式中，气流的方向与图45中示出的方向相反。
尽管比典型的气化器更小巧和高效，现有设备已经避免了紧密间隔的线圈，例如，因为这些线圈非常倾向于在空间1108中积聚冰，其结果是阻碍了气流。
冰的积聚导致通过空间1108的气流减小，并且导致从制冷剂通路1104中的制冷剂传递的热量减少。因此，通过以下手段检测冰的积聚，即，测量跨越线圈的压力下降和/或穿过线圈的气流量、电流变化、电压变化或者由于气流阻碍原因由电机上的负载更替产生的鼓风机电机或风扇的转速变化，或者通过测量向线圈输入的制冷剂和从线圈中输出的制冷剂之间的温度差。
在一个实施方式中，通过由热敏电阻1110测量的线圈输入处的温度和由第二热敏电阻1112测量的线圈输出处的温度之间减少的差值，来检测冰的积聚。这些温度由控制器1114读取。当控制器1114确定线圈已经结冰结束时，其在除冰期间关闭制冷剂泵，然后如先前讨论的通过连接到线圈的中央匝的连接线1116施加高加热电流。电流通过附加线路1118返回控制器1114。
在图46中示出的可选实施方式中，气化器由与图45的实施方式类似的微通道管筒1150制成，但是被卷绕成螺旋。螺旋的匝之间的空间1152不到两个毫米宽，优选地大约一个毫米宽。空气沿螺旋的轴线进入，该轴线优选地在垂直方向上，使得融化的水将从螺旋上流走。在螺旋的中央，使管1150向后延伸(没有示出)以将制冷剂注入管内。如图45的实施方式一样，围绕微通道管筒卷绕的较小介电插入物或介电纤维(没有示出)帮助保持适当间距。为了施加用于除冰的高加热电流，螺旋的中央和螺旋的外部也连接到与控制器1114类似的控制器。为了确定何时气流被阻挡并且需要对螺旋进行除冰，螺旋配备有与图45的实施方式中的那些传感器类似的传感器。
在图45和图46的实施方式中，控制器1114能够向卷绕的微通道热交换器提供每平方米热交换表面不少于一千瓦的电加热功率，并且期望除霜花费不到两分钟，在一个实施方式中是一分钟。在可选实施方式中，管筒1106是单个方形管。
在不脱离本发明范围的情况下，可对本文所描述的脉冲电热和储热除冰装置进行上述改变和其他改变。因此，应当指出，以上描述的或附图中所示的内容只是示例性的，并且不能作为对本发明的限制。本发明的权利要求将涵盖本文所描述的所有一般的和特定的特征，以及对本发明方法和系统所作的所有声明，这些特征和声明可能由于语言的问题而被误认为落在本发明权利要求的范围之外。

Claims (30)

1.一种脉冲电热除霜装置，包括：
冷却剂气化器，包括至少一个冷却剂管筒和多个片，其中每个片与所述至少一个冷却剂管筒热接触，其中，所述至少一个冷却剂管筒形成至少一个电阻加热器部分；
额定脉冲电源，对所述额定脉冲电源进行连接，以向所述至少一个电阻加热器部分供电；以及
至少一个开关，用于控制由所述额定脉冲电源施加给所述至少一个电阻加热器部分的功率。
2.根据权利要求1所述的装置，被配置为使得能够向至少一个加热器部分施加电功率，并且冷却剂连续流过与另一个加热器部分热接触的冷却剂管筒。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述管筒和所述片通过绝缘体彼此电隔离，所述绝缘体由聚合物涂层、导热粘合剂、金属氧化物和复合材料膜中的至少一种形成，所述绝缘体使所述管筒和所述片彼此电隔离，同时在管筒和片之间导热。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述电源是包括从开关转换器和间歇负载线路频率变压器所构成的组中选出的装置的额定脉冲电源。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，用于施加电功率的所述装置磁性耦合至所述电阻加热器。
6.根据权利要求1所述的脉冲电热除霜装置，其中，所述多个片中的至少一部分电连接至所述至少一个冷却剂管筒。
7.根据权利要求6所述的脉冲电热除霜装置，其中，所述多个片中的至少一部分在多个点处与所述至少一个冷却剂管筒热接触且电接触。
8.根据权利要求1所述的脉冲电热除霜装置，其中，所述气化器包括多个部分，其中，每一个加热器部分均包括电连接且热连接至多个片的至少一个冷却剂管筒的至少一部分，其中，至少一个部分的至少一个片在多个点处电连接且热连接到至少一个冷却剂管筒的至少一部分，并且其中，每一个加热器部分的片仅直接电连接至同一个部分中的至少一个冷却剂管筒的一部分。
9.根据权利要求1所述的脉冲电热除冰装置，其中，存在多个加热器部分和开关，并且其中，所述开关被配置为单独地向所述加热器部分施加电功率。
10.根据权利要求1所述的脉冲电热除冰装置，其中，用于控制由所述额定脉冲电源施加给所述至少一个电阻加热器部分的功率的所述至少一个开关是从以下开关构成的组中选出的：能够将功率连接至所述额定脉冲电源的开关，以及能够将来自于所述额定脉冲电源的功率连接至所述至少一个加热器部分的开关。
11.一种用于从制冷单元的冷却剂管筒和/或冷却片上除冰的方法，包括：
在常规制冷模式过程中，在所述冷却剂管筒和所述冷却片其中之一或二者上聚集冰，
向所述冷却剂管筒和所述冷却片其中之一或二者施加来自于额定脉冲电源的电功率脉冲，以除去冰，
在施加电功率脉冲的步骤之前，中断常规制冷模式，以及
在施加电功率脉冲的步骤之前，从一个或多个冷却剂管筒中排出至少一部分冷却剂。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述一个或多个冷却剂管筒和所述冷却片中的至少一个被组装为多个部分，对所述多个部分中的每一个重复施加电功率脉冲的步骤和排出冷却剂的步骤。
13.脉冲电热造冰和除冰装置，包括：
造冰管筒，包括一个或多个冰生长区域；
至少一个冷却剂管筒，用于从每个冰生长区域传递走热量；
屏障，用于将从所述造冰管筒排出的剩余水与从所述冰生长区域放出的任何冰分离；
供水系统，由至少一个供水阀控制，所述供水阀用于允许水进入所述冰生长区域；以及
电源，用于周期性地向所述管筒供应电功率脉冲，所述脉冲至少使冰的界面层融化，从而从所述管筒上将冰除去；
其中，所述脉冲是时间受限的，从而使得热扩散长度小于最大冰厚度。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述造冰管筒包括：从金属、玻璃、塑料、聚合物、
Figure FPA00001174795800031
陶瓷和碳纤维构成的组中选出的材料；所述装置进一步包括一个或多个热传导片，从而促进从所述一个或多个冰生长区域的热量传递。
15.根据权利要求14所述的装置，进一步包括：
储水池，用于容纳循环到所述冰生长区域内的剩余水；以及
加热器，防止水在所述储水池内冻结。
16.根据权利要求14所述的装置，进一步包括：
用于通过对冰的检测来确定何时施加所述电功率脉冲的装置，对冰的检测是通过从以下方法构成的组中选出的方法进行的：电容检测冰，光学检测冰，确定冰的重量，确定已经历的造冰时间，以及确定水流被冰阻碍；并且其中，当至少一部分周围腔室打开时，所述用于确定何时施加所述电功率脉冲的装置防止施加功率。
17.脉冲电热除冰装置，包括：
多个造冰管筒；
至少一个冷却剂管筒，用于将热量从每一个造冰管筒的冰生长区域传递走；
用于向每一个造冰管筒内引入水的装置，使得至少一部分水在所述冰生长区域凝结为冰；
额定脉冲电源，用于周期性地向所述造冰管筒提供电功率脉冲，从而至少使冰的界面层融化，从而从每个管筒上将冰除去；
其中，所述造冰管筒形成为多个组，并且所述电源周期性地、单独地向每一个组提供电功率脉冲；并且
其中，当打开至少一部分周围腔室时，安全互锁防止所述电源提供脉冲；并且
其中，所述脉冲是时间受限的，使得热扩散长度小于最大冰厚度。
18.根据权利要求17所述的装置，进一步包括：
用于通过对冰的检测来确定何时施加所述电功率脉冲的装置，对冰的检测是通过从以下方法构成的组中选出的方法进行的：电容检测每个组的冰，光学检测每个组的冰，确定每个组的冰的重量，确定已经历的造冰时间，以及确定水流被每个组的冰阻碍。
19.一种冷冻单元，配置为储热造冰系统，包括：
冷冻单元，具有压缩机和用于分散多余热量的冷凝器；
冷却剂，通过所述压缩机、所述冷凝器和冷却剂管筒流通，所述冷却剂管筒与气化器板热接触；
箱体，在所述压缩机之后并在所述冷凝器之前，所述箱体从所述冷却剂向加热流体传递热量；
其中，所述加热流体周期性地穿过与所述气化器板热接触的加热管筒流动，从而从所述气化器板上除去冰。
20.如权利要求19所述的冷冻单元，其中，所述冷却剂管筒和所述加热管筒以交替的顺序与所述气化器板连接，并且进一步包括用于抽取所述加热流体的泵；其中，所述气化器板设置在高于所述箱体的水平面上，并且当所述泵不工作时，将所述加热流体排至所述加热流体箱体。
21.一种用于从制冷单元的冷却剂管筒、冷却片和气化器板中的至少一个上除冰的方法，包括：
在造冰或制冷模式中，从冷却剂向加热流体传递热量；
在所述造冰或制冷模式中，在所述冷却剂管筒、所述冷却片和所述气化器板中的至少一个上聚集冰；
使所述加热流体穿过与所述冷却剂管筒、所述冷却片和所述气化器板中的至少一个热接触的加热管筒流动，从而除去冰；并且在使加热流体流动的步骤中停止所述造冰或制冷模式。
22.如权利要求21所述的方法，进一步包括：
当使加热流体流动的步骤完成时，从所述加热管筒中排出所述加热流体。
23.脉冲电热除冰装置，包括：
热交换器，具有与多个热交换表面热接触的冷却剂管筒，至少一个所述热交换表面包括由阳极化铝或阳极化铝合金形成的绝缘材料以及设置在所述绝缘材料上的传导膜；以及
电源，连接至所述热交换器的所述传导膜，用于脉冲加热；并且
其中，所述传导膜为由CVD、PVD、非电镀涂覆和覆盖中的一种制成的金属层；并且所述电源能够向所述传导膜提供每平方米至少一千瓦。
24.一种热交换器，包括：
微通道气化器管筒，具有从所述管筒的输入端延伸到所述管筒的输出端的多个制冷通路，所述管筒具有第一、第二、第三和第四侧面，所述第一和第二侧面具有比所述第三和第四侧面更宽的宽度；
所述微通道气化器管筒被形成为从螺旋形和螺管形构成的组中选出的形状，使得所述第一侧面和所述第二侧面之间的空间具有大约小于两毫米的宽度；
传感器，适于确定何时在所述管筒的所述第一侧面和所述第二侧面之间的空间中已经积聚冰；以及
控制器，进一步包括额定脉冲电源，所述额定脉冲电源用于当所述传感器指示冰已经在所述管筒的所述第一侧面和所述第二侧面之间的空间积聚时向所述微通道气化器管筒施加高除冰电流。
25.根据权利要求24所述的热交换器，其中，所述控制器能够向所述热交换器施加每平方米的热交换表面至少一千瓦特的电功率，以用于除冰。
26.根据权利要求25所述的热交换器，其中，在施加电功率期间停止穿过所述气化器流动的制冷剂流，以用于除冰。
27.根据权利要求26所述的热交换器，其中，所述微通道管筒是螺旋形卷绕的。
28.根据权利要求26所述的热交换器，其中，所述微通道管筒是螺管形卷绕的。
29.根据权利要求24所述的热交换器，其中，用从围绕微通道管筒卷绕的介电隔离器和介电纤维构成的组中选出的装置维持所述微通道管筒的所述第一侧面和所述第二侧面之间的空间。
30.根据权利要求24所述的热交换器，其中，所述微通道管筒的至少一匝用作为变压器的次级绕组。
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