CN101156034A - 用于检测和制造冰的方法及设备 - Google Patents

Abstract

用于制造和检测冰的方法及设备。还有，用于检测物质的相变的设备及方法。在一个实施例中，将边缘效应电容器放置成邻近物质如水，该物质正经受相变如从液体到固态的相变。在该种变化期间，物质的介电常数变化，并且从而改变了边缘效应电容器的导体之间的电通量。还有，如同上文所述那样的并且使用电容器而不是边缘效应电容器的设备和方法。

Description

用于检测和制造冰的方法及设备

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年2月15日提交的美国临时专利申请号60/653,194和2005年12月6日提交的申请号60/742,730的优先权，该两件申请通过引用结合于本文中。

发明领域

本发明有关于电容传感器的改进，该电容传感器包括在冰的形成和制造期间所使用的传感器；也有关于用于制造冰的方法，其包括使用任何类型的传感器的方法；以及也有关于用于检测霜或冰或其它冷凝物的累积的方法。

发明背景

制冰机的典型操作，无论是商业的或是私人的，都包括将水填充到容器、自水中移除热以及排出结冰方块。一种用以制造结冰方块的方法包括填充具有多个隔间的容器，以及从全部隔间移除热。另外一种用以制造结冰方块的方法包括使用其封闭端部悬挂在水池内的多指状部蒸发器。随着制冰操作的进行，处于蒸发器管道指状部内的制冷剂冷却每个指状部周围的水，导致水冻结并形成逐渐增厚的壁。最后得到的结冰方块的整个形状可被描述为套管。典型地，蒸发器对水冷却足够的一段时间用以充分冻结结冰方块。排出完全冻结的结冰方块，并且在排出之后开始了制冰机的另一个循环。

存在对采用较短循环时间的制冰机的需求。此外，存在对实时确定结冰方块状态的设备及方法的需求。本发明的一些实施例以新颖的和创造性的方法解决了这些问题中的一个或两个。

发明概述

本发明的一个实施例有关于一种用于制造冰的设备，其包括用于检测水的电容(capacitance)并提供对应于水的电容的信号的装置；以及响应信号进行操作的控制器。

在一些实施例中，控制器操作制冷***并使用信号用以检测水何时被部分冻结，以及操作制冷单元用以排出部分已冻结的结冰方块。

在一些实施例中，检测装置为边缘效应电容器。在其它的实施例中，边缘效应电容器具有至少两个电极以及水作为该两个电极的电介质。

在仍有的其它实施例中，检测装置为具有至少两个电极的电容器而容器中的水作为该两个电极之间的电介质。在还有的其它实施例中，电容器的电极中的一个作为制冷单元的一部分。

在仍有的其它实施例中，控制器为具有存储器的数字控制器，该存储器包括将水的电容与容器内冰的预定厚度相联系的数据。

本发明的一个实施例有关于一种用以检测水的电容的设备，其包括制冷单元，制冷单元包括第一导电构件，第一导电构件位于邻近物质作为制冷单元运行结果将变相的位置处；第二导电构件，其位于邻近相同的位置处；该第一构件与第二构件电绝缘并且与第二构件隔开放置；以及同第一构件和第二构件实现电性连通的电路，该电路产生与物质的电容相对应的信号。

在一些实施例中，第一构件为蒸发器管道。在其它的实施例中，第一构件具有浸入水中的第一形状，第二构件具有对应于第一形状的第二形状。

其它的实施例包括用于容纳水的容器，能够从容器内移除热的制冷单元，该容器具有一定形状而第二构件具有对应于该容器形状的形状。

本发明的另一个实施例有关于一种用于检测物质相变的方法，其包括第一次测量处于第一相的物质的电容；改变物质的热含量并将物质中的一些转变成第二相；第二次测量具有两相的物质的容量；以及将第一次测量与第二次测量进行比较。

在本发明的一个实施例中，该比较包括用第一次测量或第二次测量中的一个除第一次测量或第二次测量中的另一个。在其它的实施例中，该比较为从第二次测量或第一次测量中的一个减去第二次测量或第一次测量中的另一个。

其它实施例包括通过比较判断是否已制成预定量的冰。还有的其它实施例包括在判断之后停止热的移除。

在另一个实施例中，该方法包括用于第一次测量和第二次测量的电容器，以及变相物质中的至少一些充当电容器的电介质。

在其它的实施例中，第一构件具有浸入水中的第一形状，第二构件具有对应于第一形状的第二形状。还有的其它实施例包括用于容纳水的容器，制冷单元能够从容器移除热，容器具有一形状，第二构件具有对应于该容器形状的形状。

本发明的另一个实施例有关于一种用于制造冰的设备。该设备包括多个容器；每个容器包括限定内部容量的多个侧部。每个容器包括用于导入水并移除冰的开口。容器的一个侧部包括其电容因水的存在而受影响的边缘效应电容器。

在另一个实施例中，电容器不是边缘效应电容器，而是包括至少两个电容元件及其之间的间隙。电容器调整并构造成使得间隙位于邻近容积中间的一个侧部上。

本发明另外的实施例有关于电容器。该实施例包括基底，其具有第一对立侧部和第二对立侧部及其之间的表面。该实施例也包括安装在邻近第一侧部的表面上的第一电极，第一电极具有向第二侧部延伸的第一指状部，第一指状部具有可变宽度。该实施例也包括安装在邻近第二侧部的表面上的第二电极，第二电极具有向第一侧部延伸的第二指状部，第二指状部具有可变宽度，第二指状部通过可变间隙与第一指状部隔开放置。

或者，该实施例包括为第一表面的表面，基底具有与第一表面对立的第二表面，以及还包括在第二表面上的电屏蔽物。作为另一备选方案，该实施例包括为第一表面的表面，基底具有与第一表面对立的第二表面，并且第二表面没有被电屏蔽。

应当明白的是，概述部分中所描述的各种设备和方法，和本申请中的其它地方一样，能够表示成大量的不同组合及子组合。本文中构思出所有的这些有用的、新颖的以及创造性的组合及子组合，而应承认的是，这些种种的组合及子组合中每一种的明白的表达是多余的和不必要的。

通过权利要求、说明书以及附图，将会清楚本发明不同实施例的这些和其它的特征及方面。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的电容传感器的俯视图。

图2为描述图1设备中电极宽度与自传感器中心线距离的关系的曲线图。

图3为描述图1设备中电极间隙与自传感器中心线距离的关系曲线图。

图4为描述图1设备中电极间隙与自传感器中心线的电极宽度的关系曲线图。

图5示出了图1设备中电容和温度作为时间函数的曲线图。

图6示出了图1设备中电容作为温度函数的曲线图。

图7为根据本发明一个实施例的制冰机的示意图。

图8为根据本发明另一实施例的制冰机的示意图。

图9为根据本发明另一实施例的制冰机的示意图。

图10为根据本发明另一实施例的传感器的俯视图。

图11为根据本发明另一实施例的传感器的俯视图。

图12为根据本发明另一实施例的传感器的俯视图。

图13A为根据本发明一个实施例的结冰容器的侧视图。

图13B为图13A中设备的端视图。

图14A为根据本发明另一实施例的结冰容器的侧视图。

图14B为图14A中设备的端视图。

图15A示出了在干燥表面上一对表面导体之间的边缘电通量的示意图。

图15B示出了接触薄冰层的一对表面导体之间的边缘电通量的示意图。

图15C示出了接触厚冰层的一对平面导体之间的边缘电通量的示意图。

图16为现有技术构造，该构造示出了设置在绝缘表面上的三个电导体的俯视图

图17图解示出了图16中设备的电容比与结冰厚度的关系。

图18A图解示出了根据本发明一个实施例的作为时间和温度函数的一些接触边缘效应电容器的冰的电容。

图18B为图18A中进程的图形表示，其示出了作为其温度函数的水量的电容。

图19为根据本发明另一实施例的边缘效应电容器的俯视图。

图20为电极对的示意图，其举例说明了非邻近的电极效应用以检测同电极接触的物质的相变。

图21A为根据本发明一个实施例的已封装结霜传感器的俯视图。

图21B为图21A中传感器的侧视图。

图21C为图21A中传感器的仰视图。

图22示出了根据本发明另一实施例自顶部照像的制冰机。

图23A为结冰方块的侧视图。

图23B为图23A的结冰方块的俯视图。

图24为图22中设备的一部分的示意图。

图25为根据本发明另一实施例自顶部示出的制冰机。

图26为根据本发明另一实施例自顶部示出的制冰机。

图27为根据本发明另一实施例自顶部照像的制冰机。

图28为根据本发明另一实施例自顶部示出的制冰机。

图29描述了水的标准化电容作为水固态或液态的函数曲线图。

图30为将结冰方块的径向壁厚与方块重量相联系的曲线图。

图31为不同结冰传感器的电容作为时间函数的图形表示。

图32为根据本发明一个实施例的制冰机的一部分的透视图。

图33为根据本发明一个实施例的电路的示意图。

图34为根据本发明的一个实施例自一个蒸发器示例的影像中所部分提取的透视图。

优选实施例的描述

为了促进对本发明原理的理解，现将参照附图中举例说明的实施例，并将使用特定语言进行相同的描述。然而应当理解的是，本发明的范围并不因此受到限制，在举例说明的装置中的这些变更和进一步改动，以及本发明原理的这些进一步的应用如同本文所举例说明的那样，将会如同本发明有关领域内的普通技术人员所正常想到的那样被构思出。

本申请通过引用结合了2004年7月26日提交的命名为《用于发动机散热器的显篡改连接器》的美国专利申请序列第10/898842号、2001年11月6日公告的美国专利第6311503号、2002年8月27日公告的美国专利第6438976号、1988年8月23日公告的美国专利第4766369号、2001年5月29日公告的美国专利第6239601号、以及《固态电路》的IEEE(电气和电子工程师协会)期刊1998年12月第33卷第12期的论文《分形电容》。本文通过引用也结合了McIntosh的2005年1月11日公告的美国专利第6842018号。本文通过引用也结合了同一申请人在2006年2月15日提交的律师档案号31142-38的命名为《电容性雨水感应器》的专利申请。

本发明的一些实施例有关于测量在从充分液态到部分冻结或完全冻结的结冰方块的转变期间结冰形成的进展。在一些实施例中，这种测量能被用来提高冰的生产速度。在这种实施例中，结冰方块能被排出，即使方块中心没有冻结而仍旧代之以液态。如果壁足够厚，部分冻结的结冰方块能被排出并维持它的结构完整性。通过将部分冻结的方块放入低于冰点温度的贮藏器中，固化进程在贮藏器中继续完成。然而，当进行第一方块的固化时，液体容器能够再循环到进程的开始，并且重新填充液体水用以开始第二方块的形成。在这种实施例中，冻结第一组方块和第二组方块的所需时间能够重叠，因而提高了整个结冰方块的生产速度。

本发明的一些实施例包括一种使用电容技术检测结冰形成的方法，优选地通过将传感器电极放置在水样附近。优选地，将水样足够地接近电极放置使得水的介电常数影响传感器的电容。众所周知，液态水的介电常数大约为80而冰的介电常数大约为3。在本发明的一些实施例中，传感器调整并构造成响应液态水量的变化以及邻近的感器电极的结冰厚度的变化而改变电容。电容中26种变化的因数能够通过许多方式被检测到，包括四臂电桥电路。

在一些实施例中，电容器的运行原理对应于侧通量电容器的或边缘效应电容器的运行原理。在一些实施例中，与平行的板型电容器相比，电极被相互侧向地排列在基底上(如美国专利第4766369号中所示)。

如在美国专利第4766369号和美国专利第6239601号中所提到的那样，较小的电极宽度和较小的电极间隙能被用来检测相对薄的冰层。此外，具有较大间隙的较大电极能被用来检测较厚的冰层。较小的模式迅速响应薄的冰层，但该模式会达到增加厚度不会提供输出上任何重大变化的点位。对于较大的模式，它对较薄的冰厚响应较慢，但是能够响应小模式已不能检测的较厚层。然后接下来的是，由中等间隙隔开的中等电极宽度将响应冰层的中等厚度。尽管电极宽度和间距可能不连续地变化，但使得它们连续地变化也是可能的。在本发明的一些实施例中，存在以连续方式响应冰厚的传感器。

本发明的一个实施例有关于边缘效应电容器，该边缘效应电容器具有可变电极宽度、可变电极间隙、或者可变间隙和可变宽度的组合。在一个实施例中，电极宽度沿着电极长度平滑地变动。在另一个实施例中，电极之间的间隙沿着电极长度平滑地变动。在又一实施例中，电极之间的间隙和电极宽度都经过传感器基底线性地变动。在优选实施例中，电极之间的间隙在电极宽度较小处较小，以及电极之间的间隙在电极宽度较大处较大。

在一个实施例中，传感器包括极性相反的多个互相交叉的指状部。指状部的宽度和邻近的指状部之间的间隙沿着传感器基底表面线性地变动。然而，本发明并不限于这种线性关系。在另一个实施例中，每个电极包括以螺旋模式安装在基底表面上的一个或多个指状部。在仍有的其它实施例中，电极以圆形模式排列。

优选地，电极宽度对应于邻近的电极之间的间隙，使得较宽电极通过较大的间隙隔开放置而较窄电极通过较窄的间隙隔开放置。在一个实施例中，电极宽度和邻近的电极之间的间隙沿着电极长度平滑地变动。然而，本发明也构思出那些在邻近的电极之间的间隙沿着电极长度不连续地(逐步地)变化的实施例，以及也构思出那些电极宽度沿着电极长度不连续地(逐步地)变化的实施例。

图1示出了根据本发明一个实施例的结冰传感器20。传感器20包括放置在基底26的表面28上的第一电极22和第二电极24。第一电极22包括在表面28上从传感器20的第一侧部30向对立侧部31延伸的多个第一指状部34。第二电极24包括在表面28上从传感器20的第二侧部31向对立侧部30延伸的多个第二指状部36。电极22和指状部34连接到第一极性的电路中(图33所示)。第二电极24和指状部36相互连接到第二极性的检测电路。基底26和指状部34、36调整并构造成如同侧向边缘电容器或者边缘效应电容器一样运行。在一些实施例中，将导电屏蔽物(未示出)放置在基底26(表面28的对立表面)的底部表面上。在那些具有可导屏蔽物的实施例中，传感器20单侧具有仅自表面28起作用的边缘效应。在那些不具有屏蔽物的传感器20的实施例中，边缘效应对基底的两个平面侧部都起作用。

图32给出了与本发明一些实施例一同使用的电路50的一个示例。电路50包括向传感器20和标准电容器53提供输入的振荡器51。这两个电容器的输出进给到四方形二极管环52的对立位置。环52的一个中间位置提供基准电压。环52的另一个中间位置通往模拟缓冲器，该缓冲器提供表示传感器20与基准电容53比率的直流(DC)输出。在一个实施例中，传感器20提供各处都大约为0皮法至大约200皮法的电容。电路50类似于射频(RF)鉴相器，并提供与进给到四方形二极管环52的信号相位差成比例的直流输出。这种一般电路类型的另一参考可在通过引用结合进本文的美国专利第3869676号中找到。在一些实施例中，电路50由于使用较少的部件以及直接提供不同于直流偏移的直流输出而是优选的。

尽管本发明一些实施例中电路50的基本运行情况能从数百赫兹到兆赫的区域中观测到，但电路50的一些实施例通过提供10千赫或者100千赫输入的频率发生器51而运行。在本发明的一些实施例中，振荡器51以固定频率运行。在仍有的其它实施例中，振荡器51为驰张振荡器，该驰张振荡器随着传感器20电容的变化而改变输出频率。在本发明的一个实施例中，所使用的驰张振荡器大约以120千赫运行。

在物质(如冰和液态水)的电导和电容为频率独立的范围内选择频率。这允许了冰和水的影响得以分开并允许真实的电容得以确定。在本文示出的一些实施例中，电极之间的距离能够小到0.1毫米左右，从而提供了液滴大小的灵敏度。图17为图16中设备的电容比作为冰厚函数的曲线图。图17包括通过各种实验室测量得出的平滑曲线17-1。

图18A和图18B示出了在检测期间对电容的测量。图18A包括曲线18A-1和曲线18A-2，其中前者示出了作为时间函数的电容而后者示出了作为时间函数的温度。应当注意的是，曲线18A-1的中间部分和曲线18A-2的中间部分都示出了表示水融解潜热相对恒定的特征。

图1为根据本发明一个实施例所制备的电容传感器自顶部大体平面的影像。同样地，图1近似地按比例示出。在电极22和24之间垂直部分的距离(即电容“阶梯”的“侧栏”之间的距离)大约为2英寸。

传感器20包括四个相互交叉指状部的重复模式，该重复模式在基底26上复制了3.5倍。电极22包括经过基底26延伸的邻近的指状部34.1和34.2。指状部31具有从侧部30向传感器中心线32单调减少、然后随着接近电极24而单调增加的宽度。指状部34.2在宽度上从侧部30向中心线32单调减少然后随着接近电极24而单调减少。邻近的指状部34.1和34.2优选地由固定间隙42分隔开。

电极24包括在基底26的表面28上从侧部31向侧部30延伸的指状部36.1和36.2。指状部36.1邻近指状部34.1放置，并通过可变间隙40.1与指状部34.1的正对边缘分隔开。在一个实施例中，指状部36.1的宽度作为指状部34.1的镜像图像而在表面28上改变。

电极24的第二指状部36.2邻近放置在电极22的指状部34.2处。指状部36.2和指状部34.2的正对边缘优选地通过可变间隙40.5分隔开，该可变间隙40.5在逼近传感器20的中心线32时最大，并随着指状部从中心线向两侧部延伸而减小。

图2、图3和图4图形描述了四个指状部34.1、34.2、36.1和36.2之间的一些几何关系。图2示出了电极的指状部的宽度和自中心线的距离(在中心线32时距离为0)之间的关系72。线A表示电极34.1和36.1的宽度，电极34.1和36.1的宽度随着自中心线的距离的增加而增加。线B示出了指状部34.2和36.2的宽度，该宽度随着指状部远离中心线的延伸而减小。

图3示出了指状部之间的间隙和自传感器中心线的距离之间的关系74。线C示出了指状部34.1和36.1之间的间隙，该间隙随着指状部远离中心线的延伸而增加。线D示出了指状部34.2和36.2之间的间隙，该间隙随着指状部远离中心线的延伸而减小。

图4示出了有关相反极性的邻近的指状部在指状部间隙和指状部宽度之间的关系76。优选地，指状部对34.1和36.1共有类似于指状部对34.2和36.2的关系。在一个实施例中并如线G所表示的，在指状部宽度小的位置，相反极性的指状部之间的间隙优选地为小。随着指状部宽度的增加，同样地在相反极性的指状部的正对边缘之间的间隙会同样地增加。

线A、线B、线C、线D和线G所示的相互关系有关于相反极性的邻近的指状部。然而，在一些实施例中，指状部调整并构造成形成另外的相反极性的非邻近的指状部对。例如，指状部36.1和指状部34.2构成通过可变间隙分隔开的相反极性的另一电极对。图3的线E示出了在非邻近的指状部之间的这种间隙40.3。线E具有与线C相同的斜率但带有表示平行间隙42的偏移。同样地，线F示出了在相反极性的非邻近的指状部36.2和34.1之间的可变间隙。该间隙40.4由具有与线D相同斜率的线F表示，但却偏移了平行间隙42。

在接下来的说明中，在元件号(NXX)前面使用N系列前缀，是指元件除开所示出或描述的改变之外与非前缀元件(XX)相同。

图10和图11示出了可变间隙和可变宽度的边缘效应电容器的备选构造。图10示出了传感器320，传感器320具有安装到基底326的表面328上的一对电极322和324。电极322包括螺旋型指状部334，螺旋型指状部334邻近电极322的指状部336、基底326和指状部334、336，指状部334、336调整并构造成侧边缘电极。每个指状部334、336的宽度随着指状部向传感器320中心的盘旋而减小。此外，指状部334和336的正对边缘之间的间隙340随着指状部向传感器320中心的盘旋而减小。传感器320包括较大间隙340.1和较小间隙340.2，较大间隙340.1处于电极338.1具有较大宽度的电极之间，较小间隙340.2处于电极338.2具有较小宽度的电极之间。如此，指状部334和336通常符合图4中线G所描述的关系76。

图11示出了传感器420，传感器420具有放置在基底426的表面428上的相反极性的一对电极422和424。电极422和424的每个都分别包括指状部434和436，指状部434和436沿着基底426的长度延伸。传感器420的指状部434和436符合线G所描述的基本关系76，但却是以图4中的线H所示的不连续的或者逐步的方式来符合。如线H所示出的那样，大量的电极宽度438.1通过大量的间隙440.1而分隔开。随着电极宽度438.2的减小，间隙440.2也会减小。

尽管已示出和描述的是具有相互交叉电极的重复模式的传感器20，但本发明并不局限于此。本发明的其它实施例构思出具有可变宽度和其间具有可变间隙的单独的一对电极。作为一种示例，这种传感器可以包括邻近一半的指状部36.1的一半的指状部34.1。其它实施例包括邻近一半的指状部36.2的一半的指状部34.2。此外，本发明构思出那些在邻近的电极之间不包括平行间隙的实施例。

图19示出了根据本发明另一实施例的电容传感器620。理解认为，传感器620仅有四对电极，并且这种几何结构可认为是用于传感器20的图1所示的电极模式的子集。进一步理解认为，根据本发明另一实施例的又一模式将包括单独的一对相反极性的电极，这些电极具有非恒定的宽度并通过非恒定的间隙而分隔开，优选地使得电极中的一个的宽度随着在电极之间的间隙的增加而以相同的方向增加。从图19中也能看出，本发明的各种实施例不包括关于中心线632的对称。

图5和图6示出了来自传感器520的检测结果。传感器520邻近一定量的液态水放置。图5描述了在一定量的水曝露在冰点温度以下的期间内作为时间函数的传感器520的全部电容66。线68示出了作为时间函数的水温。应当注意，水从大约20摄氏度线性降低到大约0摄氏度，然后在对应于定量液态水的融解潜热的时间段70内维持0摄氏度。在段70末端，所有的水已冻结成固态，而温度线68快速下降到水所曝露的环境温度。

图6示出了作为水温函数的传感器520的电容的交会图。应当注意，传感器520的全部电容66从大约500皮法变化到作为固态冰的不到10皮法。传感器520提供了从定量的水首先开始冻结(即在段70的起始处)到最后水完全冻结(在段70的端部处)时而均匀变化的电容。

传感器20、520和620灵敏响应薄冰的形成(可通过由小间隙分隔开的较小宽度的电极而进行检测)并改变电容，并且也响应自表面28较大距离的厚冰壁(邻近由较大间隙分隔开的较宽宽度的电极而响应冰的形成)并改变电容。由于传感器20和620的电极的宽度和间隙从大到小平滑地变化，这些传感器也灵敏响应各种厚度的冰的形成并改变电容。由于这些传感器一致响应冰的产生，因而有可能从已测量的电容推断出水作为电容函数的混合物理状态(部分液态、部分固态)。

图21示出了根据本发明一个实施例以及适于检测相对薄的冰层的一些实施例中的已封装传感器组件57的俯视图、侧视图和仰视图。传感器组件57包括壳体57.1，壳体57.1具有构成城堡形的机械连接件57.2以便附着到表面诸如制冷单元内的表面。电连接件57.3向位于壳体57.1内的电路50提供输入激励和输出激励。在一个实施例中，传感器620附着到壳体57.1的表面，使得传感器620邻近将水冻结成冰的制冷单元的位置处。将图21中已封装的传感器组件57按比例地绘出，而在一个实施例中，如在图21A、21B和21C中所看到的封装的长度大约为40毫米。在相同的实施例中，如在图21A和图21C中所看到的封装的宽度大约为25毫米。

尽管已示出和描述的是在有从液态到固态转变状态的水的情况下而改变电容的传感器，但本发明并不局限于此。本发明构思出推断其介电常数随着物质从一种状态转变成另一种状态而改变的任何物质的物理状态。此外，本发明随着材料的介电常数自传感器的不同距离而改变，归纳出材料其它特性和特征的测量。

图16为现有技术中已知的平面电容器的俯视图。电容器10包括具有相对大的几何结构的第一电极11，和具有相对小的几何结构的第三电极13。中间电极12包括与第一电极11和第三电极13都适应的几何结构。

图7为根据本发明一个实施例的制冰机的示意图。制冰***80包括位于子冻结环境内的单个容器84的可移动组件82。每个容器84设有来自源86的水。马达89转动一个或多个滑轮，滑轮导致组件82向储存用贮藏器90传送。电子控制器88程序化控制水源86和马达89的运行。

控制器88优选地从一个或多个传感器20或传感器620中接收信号，该传感器显示了邻近容器内水的物理状态。在一个实施例中，传感器20.1随着容器84.1内的水改变其介电常数而改变电容，并因而影响传感器20.1的边缘电场。在一些实施例中，存在邻近第二容器84.2放置的第二传感器20.2。基于传感器20.1和传感器20.2的电容变化，控制器88驱动马达89(和在一些实施例中容器加热电路或其它特征，未示出)用以导致容器84.1使得部分冻结的结冰方块跌落到贮藏器90内。优选地，贮藏器90也曝露在子冻结环境下，而已排出的结冰方块在贮藏器90内继续散热并充分冻结。通过排出部分冻结的结冰方块，将冻结循环在容器84的组件82和贮藏器90之间分开。由于冻结循环在收集贮藏器90内完成，所以缩短了方块在容器84内的滞留时间。因此，有可能在既定时间内产生较大量的冰。或者，有可能通过较少的容器产生既定量的冰。传感器20也允许加速和/或提高制冰机效率的其它调整。

图8和图9描述了本发明的其它实施例。制冰机180包括一个或多个结冰感应器120，而结冰感应器120结合在确定的容器184的壁内。第一结冰传感器120.1位于由容器184.1和184.3所共有的壁内。第二传感器120.2位于由容器184.2和184.3所共有的壁内。

除开在基底120的背面129上没有导电屏蔽物以外，每个传感器120都与传感器20相同。因此，由于基底126具有低的介电常数，电极122和124的边缘电场都自顶部表面128和相反的背面129延伸。因此，传感器120.1的电容相对于隔间184.1内水的状态而变化，以及相对于隔间184.3内水的物理状态也发生变化。

对于那些制冰机来讲，其内的方块体行进在位于托架内的一排容器内而一个托架邻近另一个托架，本发明构思出将传感器120放置成以便响应两个容器内的冰的形成。在一些实施例中，这提供了传感器加倍的电容输出。此外，传感器的这种放置提供了两种数量的水的物理状态的模拟平均值。在这样的一些实施例中，在基底上省略可导屏蔽物允许传感器以双向方式运行。

在本发明的一些实施例中，存在具有平行的恒定宽度电极的共有传感器。将间隙和宽度调整并构造成响应冰的厚度使得两个邻近的结冰方块具有充分的结构整体性以便排出到存储贮藏器内。在仍有的其它实施例中，排出的程序化包括响应结冰厚度的传感器在已形成确定厚度之后协同排出的时控运行。此外，本发明的其它实施例构思出能够用来填充结冰方块之间间隙的很厚的电极。或者，本发明的其它实施例构思出电极为弯曲的或者由薄坯制成但却紧密邻近每一个容器，同时提供单独的电连接点。

图9示出了根据本发明另一个实施例的容器284的组件282。组件282包括多个并排排列的容器284。除开每个传感器位于与侧容器共有的壁内以外，传感器220与传感器120相同。

本发明的一些实施例包括传感器，在传感器中相互交叉的指状部根据分形模式排列。分形模式提高了每基底单元面积内的高电容并且进一步提供了宽度和间隙间距变化的电极。此外，电极能够构造成假分形模式。本发明其它实施例进一步构思出空间填充分形，如希尔伯特(Hilbert)曲线。

尽管已示出和描述的是利用电容传感器用于制冰的方法，但本发明并不局限于此。本发明的其它实施例包括对应于或允许对结冰方块的物理状态、和/或对结冰方块的壁厚、和/或对一些部分冻结的冰的排出能力的推断而产生信号的任何类型的传感器，该部分冻结的冰具有充分的结构完整性以便从容器排出，以及使得冻结进程远离初始容器继续完成。

本发明的另一个实施例有关于用于制冰的方法。该实施例包括提供液态水源、容器和传感器。该实施例也包括将一些液态水放在容器内，然后将容器曝露在低于冰点温度的温度内或者水中。传感器检测冻结量的第一部分以及液态量的第二部分。水量在所述检测之后排出。作为另一备选方案，该实施例包括在所述排出之后冻结第二部分。或者，该实施例包括在所述排出之后所述冻结之前将第二量的液态水放在容器内。或者，该实施例包括在所述排出之后将已排出的水量曝露在低于水的冰点温度的温度内。

本发明的又一实施例有关于用于制冰的设备。该实施例包括水源。该实施例也包括第一容器和第二容器，所述第一容器和第二容器共有壁，同时所述第一容器和第二容器曝露在小于水的冰点温度的温度中。该实施例还包括放置在邻近共有壁的电子传感器，所述传感器对应于所述第一容器内第一部分冻结量的冰以及所述第二容器内第二部分冻结量的冰而产生信号。或者，该实施例包括将所述传感器放在共有壁内。作为另一个备选方案，该实施例包括所述的传感器相对于水的物理状态而改变电容。

本发明另外的实施例有关于电容器。该实施例包括具有第一对立侧和第二对立侧及其之间表面的基底。该实施例也包括安装在邻近第一侧的表面上的第一电极，所述第一电极具有向第二侧延伸的第一指状部，所述第一指状部具有可变宽度。该实施例也包括安装在邻近第二侧的表面上的第二电极，所述第二电极具有向第一侧延伸的第二指状部，所述第二指状部具有可变宽度，同时所述第二指状部通过可变间隙与所述第一指状部隔开放置。或者，该实施例包括为第一表面的表面，所述基底具有与所述第一表面相反的第二表面，并且进一步包括在所述第二表面上的电屏蔽物。作为另一个备选方案，该实施例包括为第一表面的表面，所述基底具有与所述第一表面相反的第二表面，并且所述第二表面没有被电屏蔽。

本发明的另一实施例有关于用于制冰的方法。该实施例包括提供液态水源、第一容器、第二容器以及传感器。该实施例也包括将第一量的液态水放入第一容器，将第二量的液态水放入第二容器。第一容器和第二容器曝露在低于冰点温度的温度中或水中。该实施例也包括通过传感器检测第一量的第一部分为冻结的和第一量的第二部分为液态的。在所述检测后排出第二量的水。或者，该实施例包括其中的所述检测是通过检测第一量的电容。

本发明的另一实施例有关于用于检测冰的设备。该实施例包括具有第一对立侧和第二对立侧及其之间表面的基底。该实施例也包括安装在表面上的第一电极和安装在表面上的第二电极，所述第一和第二电极相互充分平行，同时所述第一电极和所述第二电极构造成分形模式或假分形模式，而所述模式调整并构造成当邻近具有从大约十分之一英寸到大约十分之三英寸厚度的冰时提供可变的电容响应。或者，该实施例包括的模式为希尔伯特曲线。

图12示出了根据本发明另一实施例的结冰传感器520。传感器520包括第一电极522和第二电极524，其分别放置在基底526的表面528上。第一电极522与第一电容元件534电连通而第二电极524与第二电容元件536电连通。每个电容元件534、536都为曲线形状，同时元件536通过充分均匀的间隙540.3与元件534分隔开。元件534和元件436调整并构造成作为具有边缘效应电容的电极。

在图12所示的实施例中，电容元件536和534本质上通常为半球状。优选地，每个电容元件534和536分别具有相同的宽度538.4和538.3。此外，这两个电容元件优选地通过具有充分相同的宽度的间隙540.3隔开放置。参照图12，其为影像并因此大约为按规定比例的，元件534的外径大约为一英寸。电极的宽度540.3和538.3每个大约为四分之一英寸。间隙540.3大约为四分之一英寸。

尽管已示出和描述了传感器具有由相同宽度的间隙分隔开的相同宽度的电容元件，但本发明并不局限于此。本发明也构思出那些如先前所描述的具有可变宽度的曲线形电容元件的实施例，以及那些如先前所描述的在电极之间的间隙为可变宽度的实施例。

图13A和图13B描述了本发明另一实施例，在实施例中传感器520调整并构造成安装在用于制冰的容器584.1上。优选地，电容元件534和536顺着结冰容器584.1的一般形状，间隙540.3位于远离容器584.1的边缘处并朝向容器的内部容量放置。通过间隙的这种放置，已发现传感器将随着容器584.1内的水的相变而提供可测量的电容变化。

图14A和图14B描述了结合备选传感器520.2的结冰容器584.2。传感器520.2类似于传感器520，除开电容元件的全部半圆形形状没有构成半球状弧形之外。本发明也构思出那些结冰容器的形状不为如图13A和图14A所示的半球状的实施例。例如，本发明也构思出那些结冰容器为任何形状的实施例，带有安装在容器一个表面上的边缘效应的电容元件传感器。优选地，在这些备选实施例中，在邻近的电容元件之间的间隙的至少一部分放置在容器上，其位置对应于容器的内部，在容器的内部中水进行变相是较慢的、或者更优选地是最慢的。

本发明的另一实施例有关于用于制冰的设备。该设备包括多个容器，每个容器包括限定内部容量的多个侧部。每个容器包括用于导入水和移除冰的开口。容器的一侧包括边缘效应电容器。在另一实施例中，电容器包括至少两个电容元件及其之间的间隙。电容器调整并构造成使得间隙位于邻近容量中间的一侧上。

图15和图17至图21涉及本发明不同实施例的各个方面。作为一个示例，图19示出了用于边缘效应霜冻传感器的电极模式。

图15示意性地示出了同边缘效应电容的电场相互作用的基底层的作用。图15A示出了位于基底26上的传感器20。电极22和24支承基底26内的电通量场21a1和基底26外部的第一的相对小的电通量场21b1。图15B示出了邻近电极22和24的物质19(诸如水)的薄层的效应。外部通量场21b2由于物质19的存在而放大，从而导致传感器20的电容升高。图15示出了传感器20具有较厚的物质层19和基底26，较厚的物质层19位于电极22和24的顶部。外部的电通量场21b3仍然较大，表示着传感器电容的进一步变化。在图15所有的三幅图中，至少作为第一次序逼近的通量线21a1、21a2、21a3没有因物质19而基本地改变。

再次参照图15，通量场21b1支承在介电常数大约为1的空气内。电场21b2和21b3作为同物质接触的结果而增强。对于物质19为冰的那些实施例，介电常数大约为3，并且可以认为传感器20响应它的电介质部分自1至3的变化。在传感器放置成在曝露到空气之后与液态水接触的那些实施例中，可以认为传感器甚至更加强健地响应使得至少它的电介质部分自1到80变化。

因此，根据本发明一些实施例的电容传感器可以检测表面上霜的存在和/或厚度、或者用于结冰方块生产的固体冰的存在。一些实施例可以在固体冰、带有卷入空气或水的冰、或者软冰之间进行区分。一些实施例可以根据传感器构造和电路特征而事先调整以便测量霜或冰的各种厚度。此外，本文所述的方法和设备允许基于特定方块的实际状态和条件进行结冰方块的生产，而不仅仅是结冰方块预先确定的模型。

图20为基底上邻近的电极对的图形表示。第一对电极包括具有相反极性的电极34.01和36.01。在基底上的第二对邻近的电极为34.02和36.02，其极性对应于第一对的极性。同样地，本发明的一些实施例包括第三对邻近的电极和第四对邻近的电极，其也带有交互的极性。

经分析确认，由相反极性的多个电极(图20中的电极36.01、36.02、36.03、和36.04)所共有的通量场可影响单独的电极(图20中的电极34.01)的响应。曲线20-1为在邻近的导体之间的通量线的图形表示。邻近电极34.01和36.01的相对少量的水导致在***电容上的“局部”效应。少量的水(其或许受限于表面张力、小的冰或雪颗粒等等)由于水的范围的局部化而不会影响其它电极。然而，自电极34.01延伸到第二对的电极36.02的较大数量的水将导致由电极34.01和非邻近的电极36.02所共有的通量线。曲线20-3和曲线20-4举例说明了在电极表面上逐渐增多的较大数量的水或者冰，导致来自第一极性的第一电极34.01的电通量与相反的第二极性的非邻近的电极36.01、36.02、36.03和36.04所共有。理解认为，距非邻近的电极的间隔距离越大，对全部信号起作用的通量将会越少。

图22至图31有关于用于制冰的本发明的又一个实施例。在接下来的说明中，在元件号(1YXX)前使用1Y系列的前缀，指的是元件除开所示出或描述的改变外与具有一千前缀的元件(10XX)相同。

本发明的一些实施例有关于电容结冰传感器的使用以便检测水从液态到固态的转变。应当注意，本发明并不局限于水，而是可应用于在液态和固态具有不同电容特征的任何物质。

本发明的一个实施例有关于将制冰设备的一部分用作电容传感器的主要零件。如同下文将要论述的那样，具有邻近冰的蒸发器管道的制冰机可将管道用作两电极电容器的一个电极。然而，本发明并不局限于将制冷剂蒸发器用作一个电容电极。本发明也构思出那些将制冰设备的其它部分用作电容传感器中一个电极的实施例。优选地，选作电容电极的制冰机的零件应当具有良好的导电性并且位于邻近形成冰的至少一个位置处。

在本发明的一些实施例中，电容结冰传感器的第二电极为导体，该导体以对应于已形成冰的位置和形状的模式放置在制冰容器内。作为一个示例，第二电极可以是线材、薄板、管道、或其它的截面形状，悬挂在制冰容器内、嵌入到壁或容器的其它结构内、粘附在容器上、覆盖在容器表面上、或其它的对应于冰的形成而放置的位置处。然而，本发明的其它实施例并不局限于如所述的那样使用第二电极。本发明也构思出第二电极为制冰组件的第二部分诸如容器壁或者其它结构、水入口、或者其它部件的那些实施例。优选地，第二电极除开正被冻结的水的电容电场以外不与第一电极电连通。

在本发明的一些实施例中，冰邻近于制冷单元的蒸发器形成，而蒸发器悬挂在液态水池中。随着寒冷的制冷剂通过蒸发器的泵入，冰的壁厚不断增加。在蒸发器具有多个向下悬垂的指状部的那些实施例中，冰在单个指状部周围形成，并且这些单个冰形状的壁厚随着同子冻结蒸发器一起所耗费时间的增多而不断增加。

通过使用电容传感器监控正在形成的冰的壁厚，制冰进程能在每当检测到的冰的壁厚(如从电容变化中推断)处于预先确定的范围内时而终止。此时，蒸发器管道的子冻结温度作为制冷单元的电子控制器的运行结果而终止，并且蒸发器管道能被加热到允许冰的形状从指状部中排出。

本发明方法的操作同当前的操作方法形成对比，在本方法中冰形状的壁厚由蒸发器已处于子冻结温度期间内的时间量而推断。在这种时控的操作方式中，存在来自邻近的指状部的冰一起加入到太大的一个或多个冰形状中的可能性。这种不正确的操作类型能导致当时控的制冰机在第一循环内被中断时使得在随后的第二循环内对子冻结的指状部赋予了过多的时间。

在本发明仍有的其它实施例中，将水放置在对应于最终的结冰方块大小和形状的多个单个容器内。将整个容器浸入子冻结容量内。在该种实施例中，电容结冰传感器可用来推断壁厚，该壁厚也对应于容纳在部分冻结方块的壁内的未冻结水的容量。

尽管所示出和描述的有关于用于检测制冰机内冰的形成的电容传感器，但本发明并不局限于此。本发明的其它实施例有关于用于在车辆道路路线上、飞机机翼的前缘上、喷气发动机的入口处以及其它需要检测冰的形成的位置上检测冰的形成的设备和方法。

图22示出了本发明的一个实施例。制冰***1020将制冷***的指型蒸发器用作电容结冰传感器两个电极中的一个。指型蒸发器为形成结冰方块的制冰机1020的主要零件。

制造结冰方块的一种方式包括使用多指状(通常为12个指状部)蒸发器，在多指状部蒸发器中端部封闭的指状部1032悬挂在容器1024的水池中。参照图22至图28，指状部1032自排列成U型的普通的蒸发器管道组件1030处延伸。图32为根据本发明一个实施例绘出的制冰机120部分的影像。能看到端部封闭的指状部1032自蒸发器管道1030向下悬垂。寒冷的制冷剂通过冷凝器管道入口1030a导入。已加热的制冷剂通过管道1030的出口1030b排出。如同在制冰组件中很常见的那样，在冻结进程中制冷剂随着从环绕单个指状部1032的水中移除热而被加热。尽管带有指状部的U型蒸发器管道已被示出和描述，但本发明并不局限于此，而是构思出任何形状的蒸发器管道的使用，包括线性的、圆形的、以及螺旋形的。

随着制冰操作的进行，在蒸发器管道指状部内的制冷剂冷却环绕每个指状部的水，使其冻结并形成逐渐增厚的壁。最后形成的结冰方块1026的整个形状可被描述成具有套管的形状。图23A和图23B分别为在制冰***1020内形成的结冰方块1026的侧视图和俯视图。方块1026包括形成在相应指状部1032周围的穴1027。尽管已示出和描述的是形成在蒸发器管道指状部附近的套管状结冰方块，但本发明并不局限于此，而是构思出形成任何形状的冰，例如包括方块状和板状。

图24为图22制冰机一部分的俯视图的示意图。示出了一排两两并列的指状部1032。示出了对应于那些指状部的结冰方块1026的形成。在一个实施例中，已形成的管道具有大约0.35至0.4英寸的壁厚，并在邻近的结冰方块壁之间留下0.1至0.2英寸的间隙。蒸发器指状部具有大约0.4至0.5英寸的直径。这些尺寸仅仅作为示例的方式，而不对本发明的任何实施例予以限制。

再次参照图22，制冰***1020包括由第一电极1034和第二电极1040所形成的电容传感器。第一电极1034与包括多个指状部1032的冷凝器管道组件1030电连通。如先前所论述的那样，该第一电极并不局限于制冰***的冷凝器管道，而也可能是邻近于已形成的方块的制冰***的不同导电部分。

第二电极1040放置在形成冰的制冰***1020区域内的制冰容器1024内(或者可能嵌入到容器1024内)。***1020的第二电极1040包括两条导电体1040a1和1040a2。蒸发器管道1030和它的多个指状部1032为在电容传感器的该对第二电极之间的U形。第二电极1040可能有许多不同的构造。第二电极应当同第一电极物理隔开并且与第一电极电绝缘。用于第二电极1140构造的一个示例为如图25所示的环，在环中第二电极以顺着水池壁的方式环绕第一电极所有的指状部。位置的其它示例为容器1124的内壁1124a、容器1124的外壁1124b、或者浇铸在容器1124的壁内。由于没有在其它两个构造中所提及的塑料壁或者塑料壁部分，在内壁上已获得良好的传感器性能(如图25所示)。

图22描述了根据本发明一个实施例的制冰***1020。制冰***1020包括电容结冰传感器，在电容结冰传感器内第一电极为沿着它的指状部1032的蒸发器管道1030。导线1034与蒸发器管道1030电连通，并且也与电容测量电路电连通。电容结冰传感器的第二电极包括两条导体1040a1和1040a2。这些间隔隔开的导体为电连通的以便作为电容结冰传感器的单独电极。

图25描述了根据本发明一个实施例的制冰***1120。制冰***1120包括电容结冰传感器，在电容结冰传感器中第一电极为沿着它的指状部1132的蒸发器管道1130。导线1134与蒸发器管道1130电连通，并且也与电容测量电路电连通。电容结冰传感器的第二电极包括环绕在蒸发器指状部1132***的可导电极1140b。导线(未示出)将电极1140b放置成与电容测量电路电连通。

图26描述了根据本发明一个实施例的制冰***1220。制冰***1220包括电容结冰传感器，在电容结冰传感器中第一电极为沿着它的指状部1232的蒸发器管道1230。导线1234与蒸发器管道1230电连通，并且也与电容测量电路电连通。电容结冰传感器的第二电极包括构造成扇形模式的导体1240c。这些扇形通常对应于所获得的结冰方块的最终形状。导线(未示出)将导体1240c放置成与电容测量电路电连通。尽管已示出和描述了扇形的形状，但本发明其它实施例包括通常对应于不同形状的结冰方块的电极形状，如矩形结冰方块。

图27描述了根据本发明一个实施例的制冰***1320。制冰***1320包括电容结冰传感器，在电容结冰传感器中第一电极为沿着它的指状部1332的蒸发器管道1330。导线1334与蒸发器管道1330电连通，并且也与电容测量电路电连通。电容结冰传感器的第二电极包括导体组件1340d0，导体组件1340d0放置在蒸发器管道1320的U形内以及容器1324内的中心。导体组件1340d0包括七个向下悬垂的针状物1340d2，针状物1340d2沿着蒸发器指状部1332高度的至少一部分延伸。针状物1340d2通过导线1340d1相互连接。导体组件1340d0与电容测量电路电连通。在一个实施例中，针状物1340d2表现为沿着指状部的一侧，使得呈2×6排列的指状部1332将具有如图27所示的七个指状部。然而，本发明构思出将少至一个的针状物放置在邻近形成结冰方块的区域内。

图28示出了根据本发明一个实施例的制冰***1420。制冰***1420包括电容结冰传感器，在电容结冰传感器中第一电极为沿着它的指状部1432的蒸发器管道1430。导线1434与蒸发器管道1430电连通，并且也与电容测量电路电连通。电容结冰传感器的第二电极包括可导组件1440e0，可导组件1440e0放置在蒸发器管道1430的U形中心以及容器1424内的中心。在一个实施例中，导体组件1440e0包括排列成用以形成五个钻石状结构1440e2的可导环。在又一个实施例中，每一个钻石状结构1440e2’通过单独的导体1440e1’自钻石的一点相互连接到邻近钻石的最接近的点。优选地，钻石状可导结构1440e2处于整个蒸发器组件两两并排部分的四个邻近的指状部1432之间的中心位置。

已示出和描述的为第二电极，该第二电极具有对应于带有多个向下悬垂指状部的U形蒸发器管道的形状。如先前所论述的那样，本发明构思出使用任何类型的蒸发器管道。优选地，第二电极的形状通常对应于蒸发器管道的形状、即将获得的结冰方块的形状、制冰机容器，该容器用于单个结冰方块、或这些形状的组合。

在本发明的一些实施例中，第一电极为制冰机内现有结构的一部分，这是一种符合成本效益的方法。在图22至图28所示的实施例中，在蒸发器和测量电路之间建立了电连接1034。参照那些图中的任一幅，这种连接能够通过直接连接到蒸发器或者通过连接到制冷***内的等效点而完成，例如供给蒸发器的液体线路。

两个电极之间的电介质发生变化以便提供测量电路能够测量到的电容变化。在该情况下，液态水池提供起始的电介质材料。随着在转变成固态冰的过程中热从液态水中的移除，相同容量的水的电介质从与水相关的介电常数转变成与冰相关的介电常数。水的介电常数大约为80而水的介电常数大约为3。因此电介质变化的比率大约为27∶1。然而，本发明并不局限于具有电介质变化约为27∶1的物质，而且也构思出经受状态变化的物质的电介质变化比率低至约5∶1的那些实施例。

在本发明的一些实施例中，电容结冰传感器的第一电极和第二电极设有优选为数字控制器的控制器。在仍有的其它实施例中，控制器接收对应于制冰容器内温度的信号。优选地，控制器测量第一电极和第二电极之间的电容，并且在一些实施例中提供对那种基于温度信号的测量的纠正。

这种从同质的水池到其内形成结冰方块的水池的转变，能够模拟成分段的合成。这种情况能够近似地模拟成系列连接的许多电容器，并且分析认为这些电容器元件中的每一个依次变化。分析中使用的电容器数目将与最后得到的函数的平滑性有关。二十个元件能够用来提供合理的结果。

用于本发明一个实施例分析的初始状态为同质的水池，在水池中考虑过的全部部件都为较高的介电常数80。这通过设置成任意初始电容值的一系列电容器来模拟。计算和记录系列电容器网络的总体电容值。随着冰开始在每个指状部1031上形成，起先很薄然后逐渐增厚。该进程可分解成离散的元件并分析。初始状态后的第一步骤为第一合成元件完全从水变成冰，而该元件对应的介电常数从80变成3。在模型中，将第一元件转变成电容值，其中的初始值由介电常数的比率、或近似地由80/3除。计算并记录系列电容器网络的总体电容值。下一个电容器因同样的因素而降低以便模拟水池完全从水变成冰的下一段。计算并记录系列电容器网络的总体电容值。这样持续进行直至整个水池已完成从水到冰的转变。应注意的是，根据本发明的一些实施例，由于在一些实施例中在整个水池成为固态冰之前获取结冰方块，故该模型比使用指状部蒸发器制造结冰方块的实际情形延伸得更远。由于制冰机能够用来开始冻结第二阶段的结冰方块，同时已获取的部分冻结的结冰方块继续在制冷区域内的不同容器内转变成充分冻结的状态，故这种早期的获取允许制冰机的较高的总体生产能力。

图29为根据本发明一个实施例的电容结冰传感器的标准化电容的图形表示，该标准化电容随着水从液态转变成固态而作为邻近传感器的水的状态函数。标准化电容和冰已冻结状态的百分比之间的关系1099可被用于当所推断的壁厚处于预定值时开始获取一代的结冰方块，在一些情况中这早于它们完全转变成固态。例如，电子控制器从电容结冰传感器接收信号。电容的第一次测量在将液态水导入容器1024时完成。随着冻结循环的开始，控制器周期性地测量结冰传感器的电容。这种周期性的、或者瞬时的电容通过初始电容可被标准化以便判断在冻结循环期间电容已改变多少。例如，降低了90％的电容表示冻结了大约35％的结冰方块。例如，降低了95％的电容表示冻结了大约70％-80％的冰。

图30示出了三簇已测量的数据，该数据与作为方块重量函数的结冰方块1026(如图23A和图23B所示)的径向壁厚有关。例如，如果希望具有大约为0.35至0.38英寸的径向壁厚，相应的方块重量处于大约为10.5克至11.5克的范围内。

图31与用于第二电极不同构造的结冰传感器的电容与时间的关系曲线有关。曲线1196与用于如图25所示的环形电极1140b的电容与时间的关系曲线有关。曲线1296描述了用于如图26所示的扇形第二电极1240c的电容与时间的曲线。对于类似于图27所描述的五针状物排列的电极来讲，存在与作为时间函数的电容有关的三条曲线1396。图21描述了包括七个针状物1340d2的第二电极1340，该七个针状物1340d2与指状部1332粗略地平行延伸，并通过导体1340d1而相互连接。

图34示出了根据本发明另一个实施例的蒸发器组件1050。蒸发器组件1050包括一个或多个管道1052，该一个或多个管道1052排列成热交换器，并且具有多个U形弯曲部1053。多个翼片1051与一个或多个管道1052热接触。制冷剂或冷冻剂通过管道1052泵送。冷冻剂从管道中移除热，并且由于同翼片的热接触也冷却了翼片。空气经过蒸发器1050传送并由于随后在制冷或冷却进程中的使用而得以冷却。在一些应用中，翼片大约隔开10毫米或者5毫米。典型的翼片厚度大约为0.3毫米。

通常，由蒸发器1050冷却的空气含有湿气，该湿气能够在翼片1051和管道1052上凝结成霜。本文所述类型的传感器可添加到蒸发器1050上用以提供表示霜形成的信号。在本发明的一些实施例中，结霜传感器20’放置在管道弯曲部1053内。在其它的实施例中，传感器如57’放置在邻近的翼片1051之间并邻近管道1052的一部分。用于57’和20’的主要指定(’)的使用，分别如先前所描述的那样表示传感器57或20，但除开调整并构造成安装到蒸发器组件的传感器。

在本发明的又一个实施例中，传感器20、520、620或者本文所述的其它创造性传感器用来融化已收集在蒸发器上的霜。如先前已论述的那样，吹动蒸发器周围的空气可导致蒸发器上霜的形成，以及对于传感器20邻近蒸发器的那些实施例来讲，也会在蒸发器上形成霜。由于霜具有不同于空气的电介质，并引起响应传感器的电容的随后变化，故邻近电容器的电极的霜的积累将导致通量线的改变。这种电容的变化可提供给操作员(用于电容的变化导致“霜冻灯”开启的那些实施例)或者通过使用电子控制器以便运行用于蒸发器的除霜循环。

如在除霜期间通常所作的那样，使得已加热的流体在蒸发器内流动，并因此对蒸发器和电容传感器加热。随着霜首先转变成液态水，由于液态水相对已冻结水具有较高的介电常数，故可增加传感器的电容。随后，加热的继续应用将导致液态水蒸发从而引起传感器电容的减少。电容的这些变化(在将变成液相时的增加，以及蒸发之后的减少)可用于发送信号通知操作员除霜循环的完成。同样地，检测电容增加和减少的电子控制器，可关闭通往蒸发器的热源。

概括地讲，根据本发明实施例的测量电路提供了电容输入和输出，该电容输入和输出能轻易地合成到制冰机控制***内或结霜控制***内。通常输出为模拟电压，该模拟电压响应形成在蒸发器指状部上的冰、脉冲宽度调整输出、或数字输出格式而变化。

本发明一个实施例有关于用于制造冰的设备，该设备包括用于容纳液态水的容器，从容器内的水中移除热的制冷单元，用于检测容器内水的电容并对应于水的电容提供信号的装置，以及可操作地连接到所述制冷单元的控制器，所述控制器响应所述信号对所述制冷单元操作。

在一些实施例中，所述检测装置为边缘效应电容器。在其它的实施例中，所述边缘效应电容器具有至少两个电极以及容器内的水为处于该两个电极之间的电介质。在还有的实施例中，所述电容器的电极中的一个为所述制冷单元的一部分。在仍有的其它实施例中，所述控制器为具有存储器的数字控制器，存储器包括将水的电容与所述容器内冰的预定厚度相联系的数据。

本发明的一个实施例有关于用于检测水的电容的设备，该设备包括从水中移除热的制冷单元，所述制冷单元包括位于邻近液态水转变成冰的位置处的第一导电构件；位于邻近液态水转变成冰的位置处的第二导电构件，所述第一构件与所述第二构件电绝缘并与所述第二构件隔开；以及同所述第一构件和所述第二构件电连通的电路，所述电路产生对应于所述第一构件和所述第二构件之间水的电容的信号。

在一些实施例中，所述第一构件为蒸发器管道。在其它实施例中，所述第一构件具有浸入水中的第一形状，所述第二构件具有对应于所述第一形状的第二形状。其它实施例包括用于容纳水的容器，能够从所述容器移除热的所述制冷单元，所述容器具有一形状，所述第二构件具有对应于所述容器的形状的形状。

本发明的另一个实施例有关于用于制造冰的方法，该方法包括提供容纳液态水的容器；对水的电容进行第一次测量；从水中移除热并将部分水转变成冰；在所述移除热之后对水的电容进行第二次测量；和对第一次测量和第二次测量进行比较。

在本发明的一个实施例中，所述比较为由第一次测量除第二次测量。在其它实施例中，所述比较为从第二次测量或第一次测量中的一个减去第二次测量或第一次测量中的另一个。其它实施例包括通过所述比较判断是否已制成预定量的冰。还有的其它实施例中包括在所述判断之后停止所述移除热。在另一个实施例中，所述提供包括用于所述进行第一次测量和所述进行第二次测量的电容器，以及至少一些正在转变的水为电容器的电介质。在其它实施例中，所述第一构件具有浸入水中的第一形状，所述第二构件具有对应于所述第一形状的第二形状。还有的其它实施例包括用于容纳水的容器，能够从所述容器移除热的所述制冷单元，所述容器具有一形状而所述第二构件具有对应于所述容器的形状的形状。

虽然在附图和上述说明中已详细说明和描述了本发明，但应同样地理解为说明性的而不是相应地限制性的，同时应当理解的是，已示出和说明的仅仅为优选实施例并且希望落入本发明精神内的所有变化与改动都将得到保护。

Claims (43)

1.一种用于制造冰的设备，其包括：

用于容纳液态水的容器；

用于从所述容器内的水中移除热的制冷单元；

用于检测所述容器内水的电容并提供对应于所述水的所述电容的信号的装置；以及

可操作地与所述制冷单元连接的控制器，所述控制器响应所述信号操作所述制冷单元。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测装置为边缘效应电容器。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述边缘效应电容器具有至少两个电极，而所述容器内的水为所述两个电极的电介质。

4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述检测装置为具有至少两个电极的电容器，而所述容器内的水为所述两个电极之间的电介质。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述制冷单元包括具有至少一个管道的蒸发器，其中，所述电极中的一个为所述管道。

6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述控制器为具有存储器的数字控制器，所述存储器包括将所述水的电容与所述容器内冰的预定厚度相联系的数据。

7.一种用于检测水的电容的设备，其包括：

用于从水中移除热的制冷单元，所述制冷单元包括位于邻近液态水转变成冰的位置处的第一导电构件；

位于邻近液态水转变成冰的所述位置处的第二导电构件，所述第一构件与所述第二构件电绝缘并且与所述第二构件隔开；以及

与所述第一构件和所述第二构件电连通的电路，所述电路产生对应于邻近所述第一构件和所述第二构件的所述水的电容的信号。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第一构件为蒸发器管道。

9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第一构件具有浸入水中的第一形状，所述第二构件具有浸入水中并对应于所述第一形状的第二形状。

10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备还包括用于容纳水的容器，所述制冷单元能够从所述容器中移除热，所述容器具有一定形状，所述第二构件具有对应于所述容器的所述形状的形状。

11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述第一导电构件包括多个第一指状部，所述第二导电构件包括多个第二指状部，并且所述第一指状部与所述第二指状部相互交叉。

12.一种用于制造冰的方法，其包括：

提供容纳液态水的容器；

进行所述水的电容的第一次测量；

从所述水中移除热并且将一些所述的液态水转变成冰；

在所述移除之后进行所述水的电容的第二次测量；以及

比较所述第一次测量和所述第二次测量。

13.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述比较为由所述第一次测量除所述第二次测量。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述比较为从所述第二次测量或者所述第一次测量中的一个减去所述第二次测量或者所述第一次测量中的另一个。

15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过所述比较判断是否已制成预定量的冰；以及

在所述判断之后停止所述对热的移除。

16.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述提供包括用于所述进行第一次测量和所述进行第二次测量的电容器，并且至少一些所述正在转变的水为所述电容器的电介质。

17.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过所述比较判断邻近所述容器中心的所述水为封闭在部分形成的结冰方块内的液态水；以及

从所述容器排出所述部分形成的方块。

18.一种用于检测物质相变的方法，其包括：

提供容器，所述容器包括处于第一物理状态的一定量的物质；

进行所述物质的电容的第一次测量；

转变所述物质的热含量并且将所述物质的至少一部分转换成不同于第一相的第二相；

在所述转变之后进行包括所述部分的所述物质的电容的第二次测量；以及

比较所述第一次测量和所述第二次测量。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述比较为通过所述第一次测量除所述第二次测量。

20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述比较为从所述第二次测量或者所述第一次测量中的一个减去所述第二次测量或者所述第一次测量中的另一个。

21.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

通过所述比较判断是否已转换所述量的预定部分；以及

在所述判断之后停止所述转变。

22.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述提供包括用于所述进行第一次测量和所述进行第二次测量的电容器，并且至少一些所述已转换物质为所述电容器的电介质。

23.根据权利要求22所述的方法，其特征在于，所述电容器为边缘效应电容器，所述边缘效应电容器调整并构造成使得所述已转换物质改变所述电容器的边缘电场。

24.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的转变所述热含量是通过从所述物质中移除热。

25.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述的转变所述热含量是通过将热添加到所述物质中。

26.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述方法还包括基于所述比较停止所述的转变所述热含量。

27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述提供包括用于转变所述容器内所述物质的所述热含量的热交换器，并且所述方法还包括基于所述比较从所述容器排出所述部分。

28.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，所述第一物理状态或者所述第二物理状态中的一个为固体状态，而另一个为气体状态或者液态状态，并且所述方法还包括排出具有封闭在固相的所述物质内的液相或者气相的所述量。

29.一种用于交换热的设备，其包括：

蒸发器，所述蒸发器具有至少一个管道以及附着在所述管道外部的多个翼片，所述翼片排列并构造成通过在所述管道内流动的流体交换热；

与所述管道或一个所述翼片热配接的电容器，所述电容器具有通过间隙与第二平面电极隔开的第一平面电极，所述第一电极具有长度和宽度，并且所述间隙或者所述宽度中的一个沿着所述长度变化；以及

其中，所述第一电极和所述第二电极调整并构造成响应二者之间霜的形成而改变二者之间的电容。

30.根据权利要求29所述的设备，其特征在于，所述宽度沿着在第一方向上的所述长度增加。

31.根据权利要求30所述的设备，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极之间的所述间隙沿着在相同方向上的所述长度增加。

32.一种用于从流体中转移热的制冷***的蒸发器，其包括：

具有外壁的管道，所述外壁限定内腔以便制冷剂经其流过，所述管道调整并构造成促使热流进所述制冷剂中；以及

与所述管道热连通的电容传感器，所述传感器包括通过间隙与第二电极隔开的第一电极，所述第一电极具有与所述第二电极的第二长度电连通的第一长度，所述第一长度和所述第二长度之间的所述间隙非恒定地沿着所述第一长度；

其中，来自流体水的物质作为所述热流动结果而邻近所述间隙冷凝，所述已冷凝物质改变所述第一长度和所述第二长度之间的电通量。

33.根据权利要求32所述的设备，其特征在于，所述间隙在沿着所述第一长度的方向上单调地增加。

34.根据权利要求33所述的设备，其特征在于，所述第一电极具有可变的宽度，而所述宽度沿所述方向单调地增加。

35.根据权利要求32所述的设备，其特征在于，所述第一电极具有第一可变的宽度，而所述第一宽度在沿着所述第一长度的方向上单调地增加。

36.根据权利要求35所述的设备，其特征在于，所述第二电极具有可变的第二宽度，而所述第二宽度沿所述方向单调地增加。

37.根据权利要求32所述的设备，其特征在于，所述流体为空气而所述已冷凝物质为霜。

38.根据权利要求32所述的设备，其特征在于，所述第一电极处于第一极性，所述第二电极处于第二极性，并且所述设备还包括处于所述第二极性以及位于所述第一电极和所述第二电极之间的所述间隙内的第三电极。

39.根据权利要求32所述的设备，其特征在于，所述设备还包括电路，所述电路包括具有输入电极和输出电极的标准电容器、振荡电压源以及以四臂电桥排列的至少4个二极管，所述第一电极或所述第二电极中的一个以及所述标准电容器的输入接收来自所述源的输入，并且所述第一电极或所述第二电极中的另一个以及所述标准电容器的输出分别提供给所述电桥的对立臂。

40.一种用于对热交换器除霜的方法，其包括：

提供热交换器和电容器，所述热交换器和所述电容器都具有外部霜的至少部分累积；

进行带有所述霜的所述电容器的电容的第一次测量；

加热所述热交换器和所述电容器；

在所述加热的期间之后进行所述电容器的电容的第二次测量；

比较所述第一次测量和所述第二次测量；以及

响应所述比较停止所述加热。

41.根据权利要求40所述的方法，其特征在于，所述电容器为边缘效应电容器。

42.根据权利要求40所述的方法，其特征在于，所述热交换器为制冷***的蒸发器。

43.根据权利要求40所述的方法，其特征在于，所述比较包括区分已融化的霜和已蒸发的霜。

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