KR20070101345A

KR20070101345A - 펄스 전열(電熱)과 열 저장 얼음 분리장치와 방법

Info

Publication number: KR20070101345A
Application number: KR1020077019303A
Authority: KR
Inventors: 빅터 페트렌코
Original assignee: 더 트러스티즈 오브 다트마우스 칼리지
Priority date: 2005-01-24
Filing date: 2006-01-24
Publication date: 2007-10-16
Also published as: CA2593805A1; JP2008528916A; CN101120217B; WO2006081180A3; EP1842015A2; WO2006081180A2; CN101120217A

Abstract

펄스 전열과 열저장 얼음 분리를 위한 시스템과 방법이다. 펄스 전열과 얼음 분리장치는 하나 또는 그 이상의 냉매튜브(4)와, 임의적으로, 냉매튜브와 열접촉(thermal contact)하는 핀(fin)(2)을 포함한다. 튜브 및/또는 핀(2)은 저항 히터(resistive heater)(10)를 형성한다. 하나 또는 그 이상의 스위치(12)는 전력을, 열을 발생시켜서 얼음을 튜브 및/또는 핀으로부터 분리하는 저항 히터로 공급할 수 있다. 냉동 유닛(400)은 쓰고 남은 열을 방산(放散)하기 위한 압축기(compressor)(410)와 응축기(420), 그리고 상기 압축기, 상기 응축기와 냉매튜브(430)를 통해 순환하는 냉매를 가지는 열 저장 얼음제조 시스템을 형성한다. 냉매튜브는 증발 플레이트(435)와 열접촉을 한다. 압축기 뒤이며, 응축기 앞인 탱크(440)는 냉매로부터 가열액(heating liquid)(445)으로 열을 이동시킨다. 가열액은 증발 플레이트와 열접촉을 하는 가열 튜브를 통해서 흘러서, 증발 플레이트로부터 얼음을 분리한다.

펄스 전열, 냉각액, 얼음제조 시스템

Description

펄스 전열(電熱)과 열 저장 얼음 분리장치와 방법{PULSE ELECTROTHERMAL AND HEAT-STORAGE ICE DETACHMENT APPARATUS AND METHODS}

[상호참조를 위한 관련 출원들(PCT)]

이 출원은 2005년 1월 24일 출원된 미국 가(假) 특허출원 번호 60/646394, 2005년 1월 25일 출원된 60/646932, 2005년 11월 23일 출원된 60/739506 에 대하여 우선권을 주장한다.

얼음 또는 성애(frost)는 수증기나 물이 존재하는 찬 표면상에 축적될 수 있다. 이러한 얼음 또는 서리의 분리는 표면을 깨끗이 유지하기 위해(예를 들어, 열전사의 개선이나 처리, 공기역학적 특성을 위해) 바람직할 수 있으며, 또는 사용을 위한 얼음이 획득될 수 있도록 한다. 이것은 대부분의 냉장 용도에 있어서 최소의 에너지를 들여서 얼음의 표면을 깨끗이 하는데 유리하다.

[요약]

일 실시예에 있어서, 펄스 전열과 얼음 분리장치는 하나 또는 그 이상의 냉매튜브와 냉장 유닛(refrigeration unit)의 핀(fin)을 포함한다. 핀은 냉매튜브와 열접촉하며, 하나 또는 양쪽 튜브, 또는 핀은 저항 히터(resistive heater)를 형성한다. 하나 또는 그 이상의 스위치는 전력을 튜브 및/또는 핀으로부터 얼음을 분리하기 위해 열을 발생시키는 저항 히터로 공급할 수 있다. 저항 히터는 하나 이상의 히터 섹션을 형성할 수 있으며, 스위치는 전력을 히터 섹션에 각각으로 공급할 수 있도록 형성되어 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 펄스 전열 얼음분리장치는 하나 또는 그 이상인 냉장 유닛의 냉매튜브를 포함한다. 하나 또는 그 이상의 튜브가 저항 히터에 형성된다. 하나 또는 그 이상의 스위치는 튜브로부터 얼음을 분리하기 위해 전력을 히터로 공급할 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 하나의 방법은 냉매튜브 및/또는 냉장 유닛의 냉각핀으로부터 얼음을 분리한다. 상기 방법의 스텝은 정상(normal) 냉장 모드 동안, 냉매튜브 및/또는 냉각핀 상의 얼음을 축적하고, 얼음을 분리하기 위해 전력 펄스를 하나 또는 튜브와 팬 양쪽 모두로 공급한다.

또 다른 실시예에 있어서, 펄스 전열 얼음분리장치는 하나 또는 그 이상의 얼음성장영역을 가진 얼음 제조튜브를 포함한다. 하나 또는 그 이상의 냉각기(cold finger) 및/또는 냉매튜브는 열을 각 얼음성장영역으로부터 이동시켜 없앤다. 물은 얼음제조튜브로 도입되어, 적어도 물의 일부가 얼음성장영역에서 얼어서 얼음이 된다. 전력공급장치는 튜브로부터 얼음을 분리하기 위해 적어도 얼음의 계면층을 녹이는 전력 펄스를 튜브나 튜브와 열접촉하고 있는 히터에 주기적으로 공급한다.

또 다른 실시예에 있어서, 펄스 전열 얼음분리장치는 하나 이상의 얼음제조튜브를 포함한다. 냉각기 및/또는 냉매튜브는 각 얼음제조튜브의 얼음성장영역으로부터 열을 이동시켜 없앤다. 물은 각 얼음제조튜브로 도입되어, 적어도 물의 일부가 얼음성장영역에서 얼어서 얼음이 된다. 전력공급장치는 튜브로부터 얼음을 분리하기 위해 적어도 얼음의 계면층을 녹이는 전력 펄스를 각 튜브에 주기적으로 공급한다.

또 다른 실시예에 있어서, 펄스 전열 얼음분리장치는 증발 플레이트와 열접촉하고 있는 하나 또는 그 이상의 냉매튜브를 포함한다. 하나 또는 그 이상의 히터는 증발 플레이트 부근과 냉매튜브 사이에 위치한다. 히터는 전력을 열로 전환하도록 형성되어 있어서, 얼음이 증발 플레이트로부터 분리된다.

또 다른 실시예에 있어서, 펄스 전열 얼음분리장치는 증발 플레이트와 열접촉하고 있는 하나 또는 그 이상의 냉매튜브를 포함한다. 히터는 전력을 열로 전환하도록 형성되어 있어서, 얼음이 증발 플레이트로부터 분리된다.

또 다른 실시예에 있어서, 냉동 유닛(freezer unit)은 열저장 얼음제조 시스템으로써 형성되었다. 냉동 유닛은 압축기(compressor)와 쓸모없는 열을 발산시키기 위한 응축기(condenser)를 가지며, 압축기, 응축기 및 냉매튜브를 통해서 순환되는 냉매를 가진다. 냉매튜브는 증발 플레이트와 열접촉을 한다. 압축기 뒤이고, 응축기 앞인 탱크는 냉매로부터 가열액(heating liquid)으로 열을 이동시킨다. 가열액은 증발 플레이트와 열접촉하고 있는 가열튜브를 통해서 주기적으로 흘러서 증발 플레이트로부터 얼음을 분리한다.

또 다른 실시예에 있어서, 하나의 방법은 냉장 유닛의 냉매튜브, 냉각핀 및/또는 증발 플레이트로부터 얼음을 분리한다. 열은 얼음제조 또는 냉장 모드 동안에 냉매로부터 가열액으로 이동한다. 얼음은 얼음제조 또는 냉장 모드 동안에 냉매튜브, 냉각핀 및/또는 증발 플레이트상에 축적된다. 가열액은 적어도 하나의 냉매튜브, 냉각핀과 증발 플레이트와 열접촉하는 가열튜브를 통해 흘러서 얼음을 분리한다.

또 다른 실시예에 있어서, 펄스 전열 얼음분리장치는 열교환 표면과 열접촉하고 있는 냉매튜브를 가지는 열교환기를 포함한다. 전력공급장치는 펄스 가열을 위한 열교환기에 전기적으로 스위치된다.

도 1은, 하나의 실시예에 따른 하나의 펄스 전열 얼음분리장치의 개략도이다.

도 2(a)와 2(b)는, 도 1의 펄스 전열 얼음분리장치의 A부분을 나타낸 도이다.

도 3은, 일 실시예에 따른, 하나의 펄스 전열 얼음분리장치를 나타낸 도이다.

도 4는, 일 실시예에 따른, 하나의 펄스 전열 얼음분리장치를 나타낸 도이다.

도 5는, 일 실시예에 따른, 하나의 펄스 전열 얼음분리장치를 나타낸 도이다.

도 6은, 일 실시예에 따른, 냉매튜브 및/또는 냉장 유닛의 냉각핀(cooling fin)으로부터 얼음을 분리하는 과정의 흐름도이다.

도 7은, 튜브상에 설치된 핀의 배열을 가진 열교환기의 하나의 실시예를 나 타낸 도이다.

도 8은, 하나의 튜브와 핀 조립품을 통한 단면도를 나타낸 도이다.

도 9는, 상온에서 순수 알루미늄을 대상으로 한 길이에 대한 시간의 열확산(heat-diffusion)도이다.

도 10은, (a)작동 중에, 가열 펄스와 (b)냉각펌프와 팬 오프(fan off)에 의한 가열 펄스에 의해 전원이 공급될 때, 알루미늄 열교환기를 대상으로 한 온도에 대한 시간을 도시한 도이다.

도 11은, 일 실시예에 따른, 얼음분리를 위한 펄스 시스템으로써 형성된 하나의 열교환기의 사시도(斜視圖)이다.

도 12는, 축적된 얼음과 전원공급과 스위치로의 연결이 있는 도 11의 열교환기의 상면도이다.

도 13은, 일 실시예에 따른, 얼음분리를 위한 펄스 시스템으로써 형성된 하나의 열교환기를 나타낸 도이다.

도 14는, 도 13의 열교환기의 단면도를 나타낸 도이다.

도 15는, 일 실시예에 따른, 얼음분리를 위한 펄스 시스템으로써 형성된 하나의 아코디언(accordion) 타입의 열교환기를 나타낸 도이다.

도 16은, 냉매튜브를 형성하기 위해 부착된 포일 워셔(foil washer)의 단면도이다.

도 17은, 냉매튜브를 형성하기 위한 직선 파이프에 부착된 포일 워셔의 단면도이다.

도 18은, 다른 일 실시예에 따른, 얼음분리를 위한 펄스 시스템으로써 형성된 하나의 아코디언(accordion) 타입의 열교환기를 나타낸 도이다.

도 19는, 다른 일 실시예에 따른, 얼음분리를 위한 펄스 시스템으로써 형성된 하나의 아코디언(accordion) 타입의 열교환기를 나타낸 도이다.

도 20은, 일 실시예에 따른, 하나의 관모양 얼음제조기로써 형성된 펄스 전열 얼음분리장치를 나타낸 도이다.

도 21은, 일 실시예에 따른, 하나의 관모양 얼음제조기로써 형성된 펄스 전열 얼음분리장치를 나타낸 도이다.

도 22는, 도 20의 관모양 얼음제조기의 일부를 나타낸 도이다.

도 23은, 도 21의 관모양 얼음제조기의 일부를 나타낸 도이다.

도 24는, 일 실시예에 따른, 하나의 관모양 얼음제조기로써 형성된 펄스 전열 얼음분리장치의 측단면도이다.

도 25는, 도 24의 일 실시예인 관모양 얼음제조기의 일부를 확대한 상세도이다.

도 26은, 도 24의 관모양 얼음제조기의 상부 단면도이다.

도 27은, 일 실시예에 따른 얼음제조기로써 형성된 하나의 펄스 전열 얼음분리장치의 단면도이다.

도 28은, 도 27의 얼음제조기를 확대한 상세도이다.

도 29는, 일 실시예에 따른 얼음제조기로써 형성된 하나의 펄스 전열 얼음분리장치의 단면도이다.

도 30은, 도 29의 얼음제조기 일부를 확대한 상세도이다.

도 31은, 일 실시예에 따른 얼음 분리를 위한 열 저장장치를 포함하는 냉동 유닛 구성요소의 개략도이다.

도 32는, 도 31에 나타낸 증발 플레이트의 단면도이다.

도 33은, 일 실시예에 따른 얼음 분리를 위한 열 저장장치를 포함하는 냉동 유닛 구성요소의 개략도이다.

도 34는, 열 저장 얼음 분리장치를 나타낸 도이다.

도 35는, 열 저장 얼음 획득을 이용한 냉동 유닛을 작동하기 위한 과정의 흐름도이다.

[도면의 상세한 설명]

열교환기는 축열제(thermal mass) 사이에서 열을 이동시키도록 작용한다. 하나의 열교환기 구성에 있어서, 순환 냉매에 의해 냉각되는 열교환기 표면에 근처에서 공기가 순환된다. 냉매의 온도가 충분히 낮을 때, 얼음은 표면상에 형성될 수 있으며, 표면과 공기 사이의 열교환기를 지연시킨다. 가열된 표면이 공기에 의해 열교환기를 다시 가동하기 위해서 재냉각되어야만 하기 때문에, 최소한의 열을 가해 이러한 얼음을 제거하는 것은 바람직하다.

도 1은 펄스 전열 얼음분리장치(20)를 개략적으로 나타낸다. 장치(20)는 히터(10)와 전력공급장치(14)로부터 히터(10)로 전력의 공급을 조절하는 스위치(12)를 포함한다. 다른 실시예에 있어서, 전력공급장치(14)는 장치(20)의 부분을 형성 한다. 장치(20)는, 아래에서 더 상세히 설명하는 바와 같이, 하나 또는 그 이상의 표면으로부터 얼음을 분리하기 위해 작동한다. 여기에서 사용된 "분리하다(detach)"는 적어도 얼음의 계면층을 녹여서 하나 또는 그 이상의 표면으로부터 얼음을 흐트러뜨린다는 의미이거나, 완전한 용해 및/또는 얼음의 증발을 의미할 수 있다.

도 2(a)는 펄스 전열 얼음분리장치(20)의 A부분을 나타낸다(도 3, 도 4참조). 장치(20)를 포함하는 냉장 유닛(도시하지 않음)은 냉매(8)를 튜브(4)로 흘려보낸다. 열은 냉장 유닛으로부터 냉매(8)로 이동한다. 냉각핀(cooling fin)(2)은 튜브(4)와 열접촉하여 열의 이동을 순조롭게 한다. 얼음(6(1))은 수증기로부터 튜브(4) 및/또는 핀(2) 상에 응축될 수 있다. 장치(20)는 튜브(4) 및/또는 핀(2)의 표면으로부터 얼음(6(1))을 주기적으로 분리한다. 도 2(b)는 얼음(6(1))이 튜브(4)와 핀(2)으로부터 분리된 후의 A부분을 나타낸다.

도 3은 펄스 전열 얼음분리장치(20(1))를 나타낸다. 도 3은 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. 냉매(8)(도 2(a), 도 2(b) 참조)는 냉매튜브(4(1))를 통해서 흘러가며, 냉각핀(2(1))은 열을 냉매로 순조롭게 이동시키기 위해 튜브(4(1))와 열접촉한다. 냉매튜브(4(1))와 냉각핀(2(1))은, 예를 들어, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 만들어질 수 있다. 마크된 A는 도 2(a)와 도 2(b)에 도시된 A부분을 나타낸다. 얼음(6(1))(도 2(a), 도 2(b) 참조)은 냉매튜브(4(1))와 핀(2(1))의 한쪽 또는 양쪽 상에서 성장할 수 있다. 장치(20(1)) 내에서, 핀(2(1))은 도 1에 있는 히터(10)의 예이다. 단지 몇 개의 핀(2(1))만이 도시를 명쾌히 하 기 위해 도 3에 부호로 표시되어 있다. 핀(2(1))은 전기적으로 전도성이 있으며, 보이는 바와 같이, 꾸불꾸불한 구조로 스위치(12(1), 12(2))와 접지(16) 사이에서 서로 연결되어 있다. 튜브(4(1))는 전기 절연체 또는 도체로 형성될 수 있으나, 도체로 형성될 경우, 튜브(4(1))는 실질적으로 핀(2(1))으로부터 전기적으로 절연된다. 튜브(4(1))와 핀(2(1)) 사이의 전기적 절연은, 예를 들어 금속 산화물(예를 들어, 산화 피막처리된 코팅(anodized coating)), 폴리머, 혼합물과 같은 물질 및/또는 다른 유전체를 튜브(4(1))와 핀(2(1)) 사이에 개재(介在)함으로써, 달성될 수 있다. 핀(2(1))은 히터섹션(7(1)), 7(2))을 형성한다.

얼음 분리가 요구될 때, 스위치(12(1) 및/또는 12(2))는 닫히며, 터미널(18(1)), 18(2))에서 이용할 수 있는 전력을 히터섹션(7(1) 및/또는 7(2))으로 각각 공급한다. 전력은 핀(2(1)) 내에서 열을 발생시키며, 얼음(6(1))을 분리한다. 장치(20(1)) 내에서, 튜브(4(1))는 직접적으로(예를 들어 전기적으로) 가열되지 않으나, 튜브(4(1)) 상의 얼음은 분리된다. 왜냐하면 튜브(4(1))는 핀(2(1))과 의 열접촉을 통해서 가열되기 때문이다. 두 개의 히터섹션(7(1), 7(2))으로의 핀(2(1)) 구성은 대표적일 뿐이며, 하나의 실시예에 있어서, 핀은 단지 하나의 히터섹션 또는 둘 이상의 히터섹션으로 구성될 수 있다는 것을 알 수 있다.

펄스 전열 얼음분리장치(20(1))를 포함하는 냉장 유닛은 얼음분리에 앞서 냉매원(冷媒源)(coolant source)에 연결된 밸브를 닫는 한편, 냉장 압축기를 계속 가동함으로써 냉매(8)를 튜브(4(1))로부터 뺄 수 있다. 얼음분리에 앞서 튜브(4(1))로부터 냉매를 빼는 것이 이로울 수 있다. 왜냐하면 튜브(4(1))와 핀(2(1))의 축열 제(thermal mass) 상에서만 얼음분리가 작용하는 동안, 열이 발생되기 때문에, 열이 가열과 냉매에 낭비되지 않는다. 냉매의 가열이, 얼음분리를 가속화하고 전체적인 열을 줄이지 않으므로 필요한 전력을 줄여서, 냉장이 재개시되도록, 냉매를 재냉각하는데 공급되어야만 한다.

장치(20(1))를 이용하는 냉장 또는 냉동 유닛의 다른 과정은 얼음분리와 조화(調和)되어 기능할 수 있다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 만일 냉장 또는 냉동 유닛이 열을 장치(20(1))로 이동시키기 위해서 팬(fan)을 사용한다면, 팬은 얼음을 분리하는 동안에는 작동을 멈춘다(shut down). 만일 각각의 팬이 얼음을 분리하는 섹션(예를 들어 섹션7(1)또는 7(2)) 근처에 설치된다면, 얼음을 분리하는 섹션 근처의 팬은 다른 섹션 근처의 팬이 계속 작동하는 동안 작동을 멈춘다.

도 4는 펄스 전열 얼음분리장치(20(2))를 나타낸다. 도 4는 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. 냉매(8)(도 2(a), 도 2(b) 참조)는 냉매튜브(4(2))를 통해서 흐른다. 튜브(4(2))와 열접촉하고 있는 냉각핀(2(2))은 열이 냉매로 이동하기 쉽도록 한다. 단지 몇 개의 핀(2(2))만이 도시를 명쾌히 하기 위해 도 4에 부호로 표시되어 있다. 냉매튜브(4(2))와 냉각핀(2(2))은 예를 들어, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 만들 수 있다. 마크된 A는 도 2(a)와 도 2(b)에 도시된 A부분을 나타낸다. 얼음(6(1))(도 2(a), 도 2(b) 참조)은 냉매튜브(4(2))와 핀(2(2))의 한쪽 또는 양쪽 상에서 성장할 수 있다. 장치(20(2)) 내에서, 튜브(4(2))는 도 1에 있는 히터(10)의 예이다. 튜브(4(2))는 스위치(12(3), 12(4), 12(5))와 접지(16)의 사이에서 서로 연결되어 있다. 핀(2(2))은 전기적 절연체나 도체로 형성 될 수 있으나, 도체로 형성될 경우, 핀(2(2))은 실질적으로 튜브(4(2))로부터 전기적으로 절연된다. 튜브(4(2))와 핀(2(2)) 사이의 전기적 절연은, 예를 들어, 금속 산화물(예를 들어, 산화 피막처리된 코팅(anodized coating)), 폴리머, 혼합물과 같은 물질 및/또는 다른 유전체를 튜브(4(2))와 핀(2(2)) 사이에 개재(介在)함으로써, 달성될 수 있다. 튜브(4(2))는 히터섹션(7(3), 7(4), 7(5))을 형성한다.

얼음 분리가 요구될 때, 스위치(12(3), 12(4) 및/또는 12(5))는 닫히며, 터미널(18(3))에서 이용할 수 있는 전력을 히터섹션(7(3), 7(4) 및/또는 7(5))으로 각각 공급한다. 전력은 튜브(4(2)) 내에서 열을 발생시키며, 얼음(6(1))을 분리한다. 장치(20(2)) 내에서, 핀(2(2))은 직접적으로(예를 들어 전기적으로) 가열되지 않으나, 핀(2(2)) 상의 얼음은 분리된다. 왜냐하면 핀(2(2))은 튜브(4(2))와의 열접촉을 통해서 가열되기 때문이다. 세 개의 히터섹션(7(3), 7(4), 7(5))으로의 튜브(4(2)) 구성은 대표적일 뿐이며, 다른 실시예에 있어서, 튜브는 셋보다 적거나 그 이상의 히터섹션으로 구성될 수 있다는 것을 알 수 있다.

상기에서 검토된 것과 같은 장치(20(1)), 장치(20(2))를 포함하는 냉장 유닛은 냉매를 가열하는 데 열을 낭비하는 것을 피하기 위해 얼음분리 전에 냉매(8)를 비울 수 있다. 하나의 다른 실시예에 있어서, 섹션(7(3), 7(4), 7(5))은 튜브(4(2))의 섹션으로서 정의되므로, 밸브와 튜브는 성애가 없어지지 않고 있는 섹션을 통해서 냉매가 계속 흐르도록 공급될 수 있으며, 성애가 없어지고 있는 섹션으로부터는 냉매를 차단 및/또는 배출되도록 공급될 수 있다. 장치(20(2))(상기에서 검토된 것과 같은 장치(20(1))에 연결된 팬)를 이용하는 냉장 또는 냉동 유닛에 서 작용하는 다른 특징은 얼음분리와 조화(調和)되어 기능할 수 있다는 것을 알 수 있다.

또 다른 하나의 실시예로써, 장치(20(2))는 튜브(4(2))를 통해서 냉매의 움직임이 뒤따르는 섹션 내에서 얼음을 분리할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 실시예에 있어서, 냉매는 섹션(7(3), 7(4), 7(5))을 통해서 차례에 따라 정상적으로 이동할 수 있다. 튜브(4(2))를 통해서 이동하는 냉매의 속도는 장치(20(2))를 포함하는 유닛의 냉장 시스템 구성에 의해 결정될 수 있다. 튜브(4(2))를 통해서 냉매가 정상적으로 흐르는 동안, 장치(20(2))는 전력의 제1 펄스를 섹션(7(3))으로 공급할 수 있다; 섹션(7(3))으로부터 얼음을 제거하기에 충분할 만큼 제1 펄스는 지속된다. 섹션(7(3)) 내의 냉매는 제1 펄스에 의해 발생된 얼마간의 열을 흡수하게 된다. 튜브(4(2))를 통해서 이동하는 냉매의 속도정보를 이용하여 구성된 시간지연(time delay) 후, 장치(20(2))는 이어서 전력의 제2 펄스를 섹션(7(4))으로 공급하므로 제2 펄스 동안 제1 펄스가 섹션(7(4)) 내에 있는 사이에, 냉매는 섹션(7(3)) 내에 있었다. 제2 펄스 동안 제1 펄스가 섹션(7(4))을 가열하도록 돕는 사이에 섹션(7(3)) 내의 냉매에 의해 흡수된 열은 섹션(7(4))으로부터 얼음을 분리하는데 필요한 제2 펄스의 지속시간을 감소시킬 수 있다.

튜브(4(2))를 통해서 이동하는 냉매의 속도정보를 이용하여 구성된 시간지연(time delay) 후, 장치(20(2))는 이어서 전력의 제3 펄스를 섹션(7(5))으로 공급하므로 제3 펄스 동안 제2 펄스가 섹션(7(5)) 내에 있는 사이에, 냉매는 섹션(7(4)) 내에 있었다. 제3 펄스 동안 제1 및 제2 펄스가 섹션(7(4))을 가열하도록 돕는 사이에 섹션(7(3), 7(4)) 내의 냉매에 의해 흡수된 열은 섹션(7(5))으로부터 얼음을 분리하는데 필요한 제3 펄스의 지속시간을 감소시킬 수 있다. 여기에 설명된 방법은 냉매가 연속하여 흐르는 섹션을 통해서 얼마든지 반복될 수 있다.

도 5는 펄스 전열 얼음분리장치(20(3))를 나타낸다. 도 5는 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. 냉매(8)(도 2(a), 도 2(b) 참조)는 냉매튜브(4(3))를 통해서 이동한다. 튜브(4(3))와 열접촉하고 있는 냉각핀(2(3))은 열이 냉매로 이동하기 쉽도록 한다. 단지 몇 개의 핀(2(3))만이 도시를 명쾌히 하기 위해 도 5에 부호로 표시되어 있다. 냉매튜브(4(3))와 냉각핀(2(3))은 예를 들어, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금, 또는 낮은 열저항률(thermal resistivity)을 가진 다른 재료로 만들 수 있다. 마크된 A는 도 2(a)와 도 2(b)에 도시된 A부분을 나타낸다. 얼음(6(1))(도 2(a), 도 2(b) 참조)은 냉매튜브(4(2))와 핀(2(2))의 한쪽 또는 양쪽 상에서 성장할 수 있다. 장치(20(3)) 내에서, 튜브(4(3))는 도 1에 있는 히터(10)의 예이다. 튜브(4(3))는 스위치(12(6), 12(7), 12(8))와 접지(16)의 사이에서 히터섹션(7(6)), 7(7), 7(8))을 형성하기 위해 서로 연결되어 있다. 핀(2(3))은 전기적 절연체나 도체로 형성될 수 있으나, 도체로 형성될 경우, 핀(2(3))은 튜브(4(3))와 전기적으로 연결되어 있을 수 있으나, 핀(2(3))은 공통 히터섹션 내에서만 연결되므로 실질적으로 히터섹션의 맞은 편과 동일한 곳에 위치가 정해진다.

얼음분리가 요구됨에 따라서, 스위치(12(6), 12(7) 및/또는 12(8))는 닫히며, 터미널(18(4))에 이용되는 전력을 각각의 히터섹션(7(6)), 7(7) 및/또는 7(8))으로 공급한다. 전력은 튜브(4(3)) 내에서 열을 발생시켜서 얼음(6)을 분리한다. 장치(20(3)) 내에 있어서, 핀(2(3))의 전기가열은 부수적이지만 일어날 수 있다. 비록 전기적으로 도체이며, 튜브(4(3))에 연결되어 있는 경우라 할지라도 핀(2(3))을 통해서 전류가 거의 흐르지 않기 때문이다. 핀(2(3)) 상의 얼음은 주로 핀(2(3))이 튜브와의 열접촉을 통해서 가열되므로 분리된다(즉, 상기에서 도 1과 관련하여 검토된 것처럼, 흐트러지거나 또는 완전히 녹아서 증발된다). 세 개의 히터섹션(7(6), 7(7), 7(8))으로의 튜브(4(3)) 구성은 대표적일 뿐이며, 다른 실시예에 있어서, 튜브는 셋보다 적거나 그 이상의 히터섹션으로 구성될 수 있다는 것을 알 수 있다. 상기에서 검토된 것과 같은 장치(20(1), 20(2), 20(3))를 포함하는 냉장 유닛은 냉매를 가열하는 데 열을 낭비하는 것을 피하기 위해 얼음분리 전에 냉매(8)를 비울 수 있다. 하나의 실시예에 있어서, 섹션(7(6), 7(7), 7(8))은 튜브(4(2))의 섹션으로서 정의되므로, 밸브와 튜브는 성애가 없어지지 않고 있는 섹션을 통해서 냉매가 계속 흐르도록 공급될 수 있으며, 성애가 없어지고 있는 섹션으로부터는 냉매를 차단 및/또는 배출되도록 공급될 수 있다. 장치(20(3))(상기에서 검토된 것과 같은 장치(20(1))에 연결된 팬)를 이용하는 냉장 또는 냉동 유닛에서 작용하는 다른 특징은 얼음분리와 조화(調和)되어 기능할 수 있다는 것을 알 수 있다. 얼음분리는 시간이 정해진 연속하는 섹션 내에서 실행될 수 있으므로, 장치(20(2))와 관련하여 상기에서 설명된 대로, 냉매가 섹션을 지나간 후에 일어난다.

예 1. 단일의, 1미터 튜브를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치가 만들어지고 검사되었다. 튜브는 외경(外徑)이 1cm 이며, 전기 저항은 1.4mohm 인 구리로 형 성되었다. 상기 장치는 200개의 알루미늄 핀을 포함하며, 각 핀은 두께가 0.19mm 이고, 면적은 4cm×4cm; 핀은 튜브 상에서 4mm 간격으로 떨어져 있다. T = -10℃ 인 차가운 글리콜(glycol)이 튜브를 통해서 흐르며, 튜브를 냉각시켜서 튜브와 핀 상에 성애가 형성되도록 한다. 전압이 1.47V이고 전류가 1000A 이며 4, 5초간 지속되는 DC 전력 펄스는 장치상에 형성되었던 모든 성애를 분리한다(이 경우에는 녹인다).

도 6은 냉장 유닛의 냉매튜브 및/또는 냉각핀으로부터 얼음을 분리하기 위한 과정30의 흐름도이다. 과정30은 예를 들어 어떤 펄스 전열 얼음분리장치(20(1)~20(3))로도 실행될 수 있다. 스텝32에 있어서, 냉장 유닛은 냉장 모드에서 작동한다. 튜브 및/또는 냉각핀을 냉각하며 냉매튜브를 통해서 순환하는 낮은 온도의 냉매는 열(예를 들어 냉장 되고 있는 아이템으로부터의 열 또는 벽을 통해서 발산되는 열 또는 유닛 내의 틈을 통해 새는 열)을 냉장 유닛으로부터 튜브 및/또는 핀으로 이동시킨다. 냉장 유닛 내의 공기 중 수증기는 냉매튜브 및/또는 냉각핀 상에 얼음으로써 응결된다. 스텝34에 있어서, 정상 냉장 모드는 얼음분리를 위해 정지된다. 스텝34은 임의적이며, 어떤 냉장 유닛에서는 발생하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 스텝34은 다른 섹션의 성애가 제거되는 동안에 어떤 섹션 내에서 냉장을 계속하는 것이 바람직한 유닛에 있어서는 발생하지 않을 수도 있다. 스텝36은 얼음이 제거되고 있는 제1 섹션 내에서 냉매튜브 및/또는 냉각핀 상에 쌓인 얼음을 분리하기(예를 들어 흐트러뜨리거나 녹이거나, 증발시키기) 위해 냉매튜브 및/또는 냉각핀을 통해서 전력 펄스를 가한다. 스텝36의 예는 대응하는 스위 치(12(1)~12(8))를 닫음으로써, 어떤 섹션(7(1)~7(8)) 상에 축적된 얼음도 분리하고 있다. 스텝38은 얼음 분리가 완전한지 또는 냉매튜브 및/또는 핀의 추가 섹션의 성애가 제거되어야만 할지를 확인한다. 얼음 분리가 완전하다면, 방법(30)은 스텝32 내에서의 냉장 모드를 재개(再開)한다. 추가 섹션의 성애가 제거되었다면, 임의의 지연 스텝38은 성애가 제거되고 있는 하나의 섹션 내에서 열을 흡수한 냉매가 다음 섹션으로 이동하도록 하며, 스텝40은 그 다음 섹션의 성애를 제거하며, 방법(30)은 스텝38으로 되돌아와서 얼음 제거가 완전한가의 확인을 반복한다.

도 7은 튜브와 핀 어샘블리(620)를 한 줄로 늘여 세운 배열을 가진 열교환기(600)의 일 실시예를 나타내며, 각 조립품(620)은 도면에 나타난 바와 같이, 튜브(606) 상에 설치된 핀(604)을 가지고 있다. 정상 작동에 있어서, 냉매가 화살표(612) 방향으로 튜브(606)를 통해서 흐르는 동안, 가스는 냉각되어 화살표(614)방향으로 흐른다. 각 튜브(606)는 스위치가 닫혔을 때, 열을 발생시키기 위해 튜브(606)를 통해서 전류가 흘러서, 얼음제거를 위한 열교환기(600)를 작동시키는 스위치(610)를 통해서 전원(608)에 연결되어 있다. 도 7에 있어서, 전기적 연결을 가진 하나의 튜브(606)만이 도시를 명백히 하기 위해 나타나 있다. 짧은 전류 펄스가 튜브(606)을 통해서 흐를 때, 쥴-열(Joule-heat)은 튜브(606)의 벽 내에서 발생된다. 튜브(606)과 핀(604)의 사이에 매우 낮은 열 저항이 있기 때문에, 높은 비율의 열 방사가 핀(604) 내에서 일어난다. 따라서, 줄-열은 튜브(606) 내에서 빠르게 핀(604)으로 전달하여 열교환기(600) 상의 얼음 또는/및 성애를 녹인다.

도 8은, 도 7의 하나의 튜브와 핀 조립품(620)에 의한 단면도를 나타내며, 열 전달 계산을 이용한 정확한 기하학 정의를 나타낸다. 다음의 예는 열 확산률을 도시하고 있다. 어떤 물질에 있어서의, 열 확산 길이, L_D 는 다음과 같이 주어진다:

식 15

여기서,

식 16

t는 시간이고, α는 물질의 열확산, k는 물질의 열 전도성, ρ는 물질의 농도, C_P 는 물질의 열용량이다.

도 9는 상온에서 순수 알루미늄의 열확산 길이(m)에 대한 시간(s)의 설명도이다. 특히, 도 9는 알루미늄에 있어서, 열확산은 1초에 1.8cm를 넘으며, 5초에 3.9cm를 넘는다. 따라서 열이 튜브(606) 내부에서 발생될 때, 이 확산길이는 핀(604)(핀(604)가 표준사이즈와 같은 곳)을 약 1초 내에 충분히 가열한다.

이 실시예는 냉장 산업에 있어서 최근 사용되고 있는 열교환기의 넓은 범위 내에서 사용하기 쉽게 한다. 예를 들어, 핀(604)의 모양은 하나 또는 그 이상의 고리모양, 정사각형, 핀 모양 등 일 수 있다. 핀(604)과 튜브(606)는 하나 또는 그 이상의 알루니늄, 구리, 스텐레스 강철, 전도성 폴리머, 또는 다른 합금으로 만들어 질 수 있다. 스텐레스 강철 튜브는, 예를 들어, 저항 가열에 쉽게 이용될 수 있다. 왜냐하면, 스텐레스 강철은 비교적 높은 전기 저항을 가지고 있기 때문이다. 다른 금속과 합금 또한 이용될 수 있다. 전원 공급 장치(608)는 어떠한 직류 또는 교류 전원 공급 장치; 어떤 실시예의 전원 공급 장치(608)는 낮은 전압, 높은 전류 의 전력공급장치이다. 예를 들어 전원 공급 장치(608)는 하나 또는 그 이상의 건전지, 슈퍼-커패시터층, 강압 변압기(step-down transformer), 전자 강압 변압기 등 중 하나일 수 있다. 일 실시예에 있어서, 전원 공급 장치(608)는 고주파 전류를 생성하며, 고주파 전류를 흘릴 때, 표피 효과(skin effect)에 의해 튜브(606)의 전기 저항이 증가 될 수 있으므로 유익하다.

보다 균일한 전기 가열을 생성하기 위해, 튜브(606)와 충분한 열접촉을 유지하는 동안, 핀(604)은 전기적으로 튜브(606)로부터 절연될 수 있다. 예를 들어, 얇은 알루미늄층 상의 산화 피막 처리한 층, 폴리머의 얇은 층, 또는 에폭시 접착제는 이와 같이 얇은 전기적 절연을 형성할 수 있다.

상기와 같은 예에서 예시된 바와 같이, 이러한 펄스 가열은 베이스 튜브 내에 액체 냉각제를 가지는 대류성(convective) 열교환기에 기인하는 열손실과 열교환기의 외부 표면상의 공기에 기인하는 열손실을 제한한다. 이러한 열손실을 최소화하는 것은 필요평균전력을 감소시키며, 열교환기(600)의 가동을 중지하는 일없이, 얼음 제거와 성애 제거를 가능하게 한다(예를 들어, 냉동기, 쿨러 또는 에어컨의 가동 중지 없이). 충분한 주파수를 가진 가열 펄스를 적용함으로써, 핀 상에서 성장한 얼음 또는 성애층과 튜브의 외부 표면이 녹아서, 열교환기 표면을 실질적으로 얼음과 성애가 없도록 유지한다. 이러한 펄스 가열은 이렇게 열교환기(시동을 줄이고 요구되는 사이클을 중단함으로써)성능과 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 이러한 펄스 가열은, 게다가, 얼음제거를 위해 요구되는 전력을 감소시킬 수 있으며, 얼음제거 중에 온도변화를 감소시킴으로써, 냉장고 내에 저장된 음식의 보존 기간을 증가시킬 수 있다.

알루미늄으로 만들어지고, 일반적인 크기를 가진 도 7의 열교환기를 고찰해보면, 내경이 1cm 이고, 벽두께가 0.30mm 인 듀브(606), 직경이 36mm 이고, 두께가 0.5mm 인 핀(604), 그리고 핀(604) 사이의 간격은 4mm 이다. 이러한 열교환기는 약 330g/m(미터당 튜브(606)의 길이)의 크기를 가지며, 전체 넓이(핀(604) + 튜브의 외측 표면)는 0.47m²/m(평방미터당 튜브의 미터 길이)이다. 튜브(606) 내의 냉각제 온도를 -18℃라고 가정하면, 튜브(606)의 내부 표면에서의 대류성(convective) 열교환율은 1000W/(m2ㆍK)이고, 주위의 공기 온도는 +5℃이며, 공기와 열교환기(600)의 외부 표면 사이의 대류성 열교환 계수는 65W/(m²ㆍK)이다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 만일 3V/m 전계(電界)가 튜브(606)에 적용된다면, 0℃를 넘는 알루미늄 표면을 가열하는데 1.4초보다 적게 걸릴 것이다. 일단 알루미늄 표면이 0℃를 넘으면, 알루미늄 표면상에 형성된 어떠한 얼음과 성애도 녹기 시작한다.

열교환기가 중지했을 때 펄스가열 동안의 열교환기의 온도는

에 의해 결정되며, 연속으로 열교환기가 동작하고 있을 때 펄스가열 동안의 열교환기의 온도는

에 의해 결정된다. 여기서

이며,

이다.

도 10은 동작중에 가열 펄스에 의해 전원이 공급될 때와 냉각 펌프와 팬 오프에 의한 가열 펄스에 의해 전원이 공급될 때, 상기에 리스트된 전제에 따른 열교환기(600)의 실험된 온도에 대한 시간을 나타내는 도이다. 특히, 도 10은 연속된 작동중 성애가 녹기 시작하는 데 1.4초도 채 걸리지 않으므로, 성애제거가 냉매펌프나 팬을 작동 중지함 없이 성공적으로 수행될 수 있다는 것을 나타낸다. 이 예에서, 1.671kW의 가열 전력을 발생하는 열교환기 튜브(예를 들어 튜브(606))의 섹션 1미터에 3V가 적용된다. 튜브는 적용된 3V로 557.004A의 전류를 전달한다.

도 11은 얼음 분리를 위한 펄스 시스템으로써 형성된 열교환기(650)의 사시도(斜視圖)를 나타낸다. 열교환기(650)는, 예를 들어, 금속 또는 전기적이고 열적인 전도체 폴리머로 형성될 수 있다. 표면(654(1), 654(2))은 순환 냉매에 의해 냉각된다. 공기는 냉각면(652, 656(1), 656(2))과 이 도면에서 보이지 않는 면(652)과 면(654(2))의 반대편인 대응하는 냉각면을 지나간 화살표(662)의 방향으로 순환한다. 열은 공기로부터 열교환기의 냉각면으로 이동하며, 그리고 냉매로 이동한다; 얼음은 냉각면 상에 형성된다. 얇은 막의 얼음 탐지기(653)는 하나 또는 그 이상의 냉각면, 예를 들어, 얼음 및/또는 성애의 존재를 탐지하기 위한 냉각면(652)에 부착할 수 있으며, 얼음 또는 성애의 두께를 측정할 수 있다. 최상면(658)과 바닥 면(660)은 열적으로 단열되어서 그 위에 얼음이 형성되지 않는다.

도 12는 축적된 얼음(6(2))이 있으며, 전력공급장치(664)와 스위치(666)에 연결된 열교환기(650)의 상면도를 나타낸다. 작동 시에, 열교환기(650)는 공기를 냉각시키며 얼음을 축적시킬 수 있다. 스위치(666)는 그 후 닫히며, 열교환기(650)를 통해서 전류의 가열 펄스를 보낸다; 전력과 가열 펄스의 지속시간은 펄스로부터의 상당한 열을 얼음(6(2))과 열교환기(650)의 냉각면으로 방산(放散)시키기 전에, 얼음물질(ice-object)의 경계면을 녹이도록 조절할 수 있다. 만일 열교환기(650)가 수직으로 방향이 정해진다면(예를 들어, 도 11과 도 12에 나타낸 바와 같이), 중력은 가열 펄스가 적용된 후에 얼음(6(2))이 열교환기(650)로부터 미끄러져 떨어지도록 할 수 있다.

도 13은 얼음 분리를 위한 펄스 시스템으로써 형성된 열교환기(670)를 나타낸다. 열교환기(670)는 열이 공기로부터 열교환기(670)의 입구(674)로 들어가고, 열교환기(670)의 출구(676)로 나오는 냉매로 이동하는 공기 통로(672)를 형성한다. 점선 F14-F14는 도 14에 나타낸 단면 평면의 상부를 나타낸다.

도 14는 도 13에 있어서 점선F14-F14으로부터 아래쪽으로 수직 연장되는 평면에서부터 포착된 열교환기(670)의 단면도를 나타낸다. 공기는 열교환기(670)를 통해서 화살표(680)의 방향으로 흐른다. 냉각면(673)은 공기 통로(672)의 양측을 형성하며, 단열층(678)은 각 공기 통로(672)의 상부와 하부를 도면에 나타낸 바와 같이 단열한다. 각 냉각면(673)은 스위치(684)를 통해서 전력공급장치(682)와 연결된다(명확한 도시를 위해서 단지 하나의 냉각면(673)이 연결된 것처럼 나타나 있 다).

작동 시에, 열교환기(670)는 공기를 냉각시키며 냉각면(673) 상에 얼음(6(3))을 축적할 수 있다. 스위치(684)는 그 후 닫히며, 전기의 가열 펄스를 각 냉각면(673)을 통해서 보낸다; 전력과 가열 펄스의 지속시간은 펄스로부터의 상당한 열을 얼음(6(3)) 및 냉매와 냉각면(673)으로 방산(放散)시키기 전에, 얼음물질(ice-object)의 경계면을 녹이도록 조절된다. 만일 열교환기(670)가 수직으로 방향이 정해진다면(예를 들어, 도 13과 도 14에 나타낸 바와 같이), 중력은 가열 펄스가 적용된 후에 얼음(6(3))이 얼음면(673)으로부터 미끄러져 떨어지도록 할 수 있다.

열교환기(650, 670)의 변형은 본 명세서의 범주 내에 들어 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 열교환기(650)의 냉각면은 도 11과 도 12에 나타낸 모양과 다르게 형성될 수 있다; 냉매는 튜브 또는 열교환기(650)의 통로를 통해 흐른다. 냉각면을 전력공급장치에 연결하는 대신에, 가열 포일(foil) 또는 막이 열교환기(650 또는 670)의 냉각면 근처의 유전체층(dielectric layer) 상에 설치될 수 있다. 공간은 가열 포일 또는 막과 냉각면 사이에서 밀폐될 수 있으며, 상기 공간은 냉각면과 열접촉하고 있는 가열 포일 또는 막을 가져오기 위해 또한 비워질 수 있으며, 얼음이 분리되는 동안에, 가열 포일 또는 막과 냉각면 사이에서 공극(air gap)을 발달시키기 위해서 압력이 가해진다.

냉각면은 섹션(예를 들어, 열교환기(20(1), 20(2), 20(3))를 형성할 수 있으며, 이러한 섹션은 스위치와 전력공급장치에 전기적 연결을 형성할 수 있기 때문 에, 주어진 시간에 모든 섹션이 가열 펄스를 받는 것은 아니다.

도 15는 얼음 분리를 위한 펄스 시스템으로 형성된 아코디언 타입(accordian type)의 열교환기(700)의 개략 단면도를 나타낸다. 열교환기(700) 내에서, 냉매(706)(프레온, 또는 다른 액체)는 주변의 공기와 열을 교환하는 열교환면을 형성하는 냉각핀(704)을 가지는 냉매튜브(702)를 통해서 흐른다. 냉매튜브(702)가 핀(704) 내에 냉매를 가지는 것처럼 보이나, 어떤 실시예는 직선튜브 또는 파이프(예를 들어, 도 17 참조)로부터 측면으로 연장되는 열교환면을 가지는 냉매튜브를 가질 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 튜브 또는 파이프는 꾸불꾸불하거나 지그재그 모양을 한 열교환면(예를 들어, 도 19 참조)을 형성할 수 있다. 냉각핀(704) 상에 형성될 수 있는 얼음(6(4))은 얼음제거펄스를 통해서 제거될 수 있다. 스위치(708)를 닫을 때, 전력공급장치(710)는 전류의 가열 펄스를 열교환기(700)를 통해서 보내고, 가열 펄스는 적어도 핀(704)과 얼음(6(4)) 사이에 형성된 얼음물질 경계면을 녹이며, 가열 펄스는 또한 얼음(6(4)) 전부를 녹일 수 있다. 유닛 영역당 가열의 일반적 밀도는 약 5KW/m²에서부터 약 100KW/m²이다. 전류의 크기와 펄스 지속시간은 기온, 유량(流量) 및 냉매의 특성(예를 들어, 밀도, 열용량 및 열전도성)에 근거하여 조절될 수 있다. 일반적인 펄스 지속시간은 0.1초에서 10초이다. 전력공급장치(160)는 레귤러 AC 파워 아울렛(power outlet), 또는 건전지, 커패시터, 또는 울트라 커패시터와 같은 DC 전력공급장치이다. 스위치(708)는 반도체 타입(파워-MOSFET, IGBT, 사이리스터(thyristor) 등), 메티칼 스위치, 전자석 스위 치, 또는 상기의 결합일 수 있다. 가열 펄스 후에 남아있는 고체 얼음(6(4))은 그 후 중력 (예를 들어, 얼음(6(4))은 핀(704)으로부터 흘러내려 없어진다)또는 긁음, 진동, 또는 공기를 뿜는 것과 같은 열교환기(700)에 대한 기계적 작용에 의해 제거될 수 있다. 진동은 임의의 작은 전기모터(712)와 크랭크축(714), 임의의 전자석 진동기(716)에 의하거나, 예를 들어, 냉매(706)로 압력진동을 발생시킴으로써 공급될 수 있다.

도 16은 냉매튜브(720)를 형성하기 위해 부착된 포일워셔(foil washer)(722)의 단면도를 나타낸다. 냉매튜브(720)는 예를 들어, 냉매튜브(702)로써 사용될 수 있다(도 15 참조). 포일워셔(722)는 예를 들어, 내경이 1인치이고, 직경이 3인치이며, 외측 가장자리(724)와 내측 가장자리(726)가 납땜되거나 스폿 용접(spot-welded)된 4mil 스탠레스 강철 포일 워셔일 수 있다. 각 워셔(722)는 이와 같이 열교환면을 형성한다(예를 들어, 한 쌍의 워셔는 도 15에서처럼 하나의 냉각핀(704)을 형성한다).

도 17은 냉매튜브(730)를 형성하기 위한 직선파이프(734)에 부착된 포일워셔(732)의 단면도이다. 냉매튜브(730)는 예를 들어, 냉매튜브(702)로써 사용될 수 있다(도 15 참조). 포일워셔(732)는 예를 들어, 내경이 1인치이고, 직경이 3인치이며, 외측 가장자리(736)와 내측 가장자리(738)가 납땜되거나 스폿 용접(spot-welded)된 4mil 스탠레스 강철 포일 워셔일 수 있으며, 워셔(732)는 또한 파이프(734)에 납땜되거나 용접될 수 있다. 각 쌍의 워셔(732)는 이와 같이 냉각핀(예를 들어, 도 15의 냉각핀(704))을 형성한다. 도 15에 나타난 바와 같이 전류의 펄 스가 유발될 때, 관련된 파이프(734)와 워셔(732)의 벽두께는, 비슷한 가열전력의 농도(W)를 갖도록 선택되어 질 수 있다.

도 18은 얼음분리를 위한 펄스 시스템으로써 형성된 또 다른 아코디언 타입 열교환기(740)를 나타낸다. 열교환기(740)는 주변의 공기와 열을 교환하는 냉각핀(744)이 있는 냉매튜브(742)를 가진다. 냉각핀(744) 상에 형성될 수 있는 얼음(6(5))은 열교환기(720)에 대한 것처럼 열교환기(740)에 대해 비슷한 방법으로 작용하는 펄스 전열 얼음분리를 통해서 제거될 수 있다. 스위치(748)를 닫을 때, 전력공급장치(746)는 전류의 가열 펄스를 열교환기를 통해서 보내고, 가열 펄스는 적어도 핀(744)과 얼음(6(5)) 사이에 형성된 얼음물질 경계면을 녹이며, 가열 펄스는 또한 모든 얼음(6(5))을 녹이거나 증발시킨다.

도 19는 얼음분리를 위한 펄스시스템으로써 형성된 또 다른 아코디언 타입 열교환기(760)를 나타낸다. 열교환기(760)은 주변의 공기와 열을 교환하는 냉매튜브(762)를 가지며, 냉매튜브(762)는 열교환면 영역을 최대화하기 위해서 냉매튜브(762)의 밴드(764)를 통해서 흐르는 냉매를 가진 꾸불꾸불한 타입이다. 냉매튜브(762) 상에 형성될 수 있는 얼음(도시되지 않음)은 펄스 전열 얼음분리를 통해서 제거될 수 있다. 스위치(768)를 닫을 때, 전력공급장치(766)는 전류의 가열 펄스를 열교환기(760)를 통해서 보내고, 가열 펄스는 적어도 핀(764)과 얼음 사이에 형성된 얼음물질 경계면을 녹이며, 가열 펄스는 또한 모든 얼음(6(5))을 녹일 수 있다.

열교환기(730, 740, 및 760)의 변형은 본 명세서의 범주 내에 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 열 교환기(730, 740 및 760)의 열교환면은 도 17, 도 18 및 도 19에 나타낸 형태와 다르게 모양이 취해질 수 있다. 전력공급장치와 연결되어 있는 튜브 및/또는 냉각핀 대신에 가열 포일 또는 막이 이러한 표면 근처의 유전체층 상에 설치될 수 있다. 공간은 가열 포일 또는 막과 열교환면 사이에서 밀폐될 수 있으며, 상기 공간은 냉각면과 열접촉하고 있는 가열 포일 또는 막을 가져오기 위해 또한 비워질 수 있으며, 얼음이 분리되는 동안에, 가열 포일 또는 막과 냉각면 사이에서 공극(air gap)을 발달시키기 위해서 압력이 가해진다. 열교환면은 상기에서 논의된 것과 같은 섹션을 형성할 수 있으며, 섹션은 스위치와 전력공급장치에 전기적 연결을 형성할 수 있기 때문에, 주어진 시간에 모든 섹션이 가열 펄스를 받는 것은 아니다.

얇은 벽의 금속 튜브와 포일의 펄스 가열은 낮은 전압(1V 에서 24V)이지만 높은 전류(수백 또는 수천 암페어)를 유리하게 이용할 수 있다. 보다 높은 전압(예를 들어, 120VAC 또는 240VAC)의 직접사용이 바람직할 때, 보다 높은 전기 저항이 유리하다. 보다 높은 저항은 히터 도전성막을 냉각 튜브로부터 분리함으로써 얻을 수 있다. 이를 테면, 핀을 갖는 열교환기는 양극처리된 얇은 알루미늄으로 만들어 질수 있으며, 높은 저항 가열막이 (단열)양극 처리층의 상부 위에 적용된다. 가열막은 CVD, PVD, 전기분해코팅, 또는 페인팅에 의해 적용될 수 있다.

도 20은 관모양(管狀) 얼음제조기(100(1))로써 형성된 펄스 전열 얼음분리장치를 나타낸다. 도 20은 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. B로 표시된 관모양 얼음제조기(100(1))의 부분은 도 22에 상세히 나타나 있다. 얼음제조기(100(1))는 아래에서 좀 더 설명되는 펄스 전열 얼음분리를 사용해서 획득는 얼 음 고리(ice ring)(6(6))를 만든다. 얼음제조튜브(110(1))는 냉동구획부(도시되지 않음)에 수직으로 방향이 정해진다. 하나의 실시예에 있어서, 튜브(110(1))는 약 3에서 5인치 길며, 약 1인치의 외경과 약 10 mils의 벽두께를 갖는다. 튜브(110(1))은, 예를 들어, 스텐레스 스틸, 티타늄 합급, 또는 전기적으로 전도성을 가진 물질을 만들기 위한 탄소입자 및/또는 섬유(fiber)로 채워진 폴리머와 같은 합성물질로 형성될 수 있다. 스프레이 헤드(120)는 튜브(110(1))로 물(130)을 분사한다. 일련의 열전도핀(140)은 열을 냉각기(cold finger)(150)에서부터 직행으로 냉동구획부로 이동시키므로, 튜브의 얼음성장영역(도 20에는 표시되지 않음, 도 22 참조)은 물의 빙점보다 낮은 온도에 도달한다. 단지 두 개의 열전달 핀(140)은 도 20에 나타나 있으며, 더 적거나 많은 핀(140)은 효율적인 열전달을 위해 필요한 만큼 튜브(110(1))의 주위에 마련되어 있다. 냉각기(150)와 열전달 핀(140)은 예를 들어, 구리, 알루미늄 또는 그들의 합금으로 만들어질 수 있다.

도 22는 관모양 얼음제조기(100(1))의 B 부분을 보다 자세하게 나타내고 있다. 냉각기(150)는 충분하게 튜브(110(1))를 둘러싸고 있으며, 튜브(110(1))의 내측 주위에 연속적인 대응하는 얼음 성장 위치(112(1))를 한정한다. 얼음 성장 위치(112(1))는 얼음 분리 영역(115(1))에 의해 분리되며, 얼음은 얼음 분리 영역(115(1))에서 성장하지 않는다. 얼음 분리 영역(115(1))은 냉각기(150) 부근이 아닌 영역으로 한정될 수 있거나 온도조절소자(118)는 영역(115(1))에서 튜브(110(1))의 온도를 올리기 위해 공급될 수 있다. 예를 들어, 온도 조절 소자(118)는 열이 영역(118)에서부터 열전도 핀(140)으로 흐르는 것을 방해하는 단열 재일 수 있다. 다른 수단으로, 온도조절소자는 얼음 분리 영역(115(1))의 온도를 올리는 히터일 수 있다.

도 20에 대해 다시 언급하면, 얼음(6(6))은 물(130)이 튜브(120)를 통해서 흐를 때 냉각기(150) 근처에서 자란다. 얼지 않은 나머지 물(155)은 분리 스크린(160)을 통해서 공급수(190)에 더해지는 보존 탱크(170)로 이동한다. 얼음(6(6))으로 변하며, 따라서 공급수(190)로 되돌아 오지 않는 물(130)은 공급벨브(230)로 조절되는 물공급장치(220)에 의해 재공급된다. 보존 탱크(170) 내의 펌프(200)는 물(190)을 튜브(205)를 통해서 스프레이 헤드(120)로 끌어올려서 상기에서 설명한 것과 같은 과정을 시작한다. 임의의 히터(210)는 물(190)이 얼지 않도록 유지하는데 이용될 수 있다.

얼음 고리(6(6))는 전력공급장치(14(1))에서부터 튜브(110(1))로 전력을 공급하는 스위치(12(9))를 닫음으로써 획득된다. 도 20은 스위치(12(9))를 통해서 전력공급장치(14(1))에 이르는 튜브(110(1))의 말단 상층부와 접지(16)에 연결된 튜브(110(1))의 말단 하층부를 연결하는 모선(bus bar)을 나타내고 있으나, 전원과 접지의 연결이 반대로 될 수 있다는 것을 알 수 있다. 일 실시예의 약 10mils의 두께를 가진 스테인레스 강철로 형성된 튜브(110(1))에 있어서, 스위치(12(9))가 약 1초 동안 닫혀서, 약 1~6 볼트AC 이며 약 300 암페어의 전류인 전력 펄스를 공급한다. 튜브(110(1)) 내에서 방산(放散)되는 전력은 튜브의 온도를 물의 빙점보다 높게 올려서 적어도 얼음 고리(6(6))의 계면층(interfacial layer)을 녹이고, 얼음고리(6(6))는 튜브(110(1))로부터 분리되며(이 경우 느슨하게 된다), 중력은 얼음 고리를 튜브 밖의 아래쪽으로 끌어당긴다.

튜브의 전기저항(110(1))은 전압과 전원공급장치(14(1))의 전류용량과 스위치(12(9))와의 적합성에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 낮은 전기 저항을 나타내는 튜브(110(1))는 높은 전류, 낮은 전압의 전력공급장치(14(1))와 스위치(12(9))의 사용을 결정할 수 있으나, 더 높은 저항을 갖는 얼음제조튜브(110(1))는 높은 전압과 낮은 전류에 적합하게 형성된 전원공급장치(14(1))와 스위치(12(9))의 사용을 가능하게 한다.

일 실시예에 있어서, 튜브(110)의 전기 저항은 최적화되므로 상업적으로 사용가능한 110-120VAC 또는 220-240VAC 와 같은 선간 전압(line voltage)은 전력공급장치(14(1))에 알맞다.

튜브(110(1))는 따라서, 도 1에 있는 히터(10)의 예이다. 분리 스크린(160)은 얼음 고리(6(6))를 얼음 고리(6(7)) 수확용 수집 상자(180)로 이동하도록 한다. 상기에서 설명된 성장한 얼음(6(6))은 용해된 공기와 오염물질을 튜브(110(1))로부터 떨어지는 나머지 물(155)로 내보낸다. 따라서, 얼음 고리(6(6))(과 획득된 얼음 고리(6(7))는 질이 높고 투명하다. 용해된 공기와 오염물질은 물(190)에 축적될 수 있으며, 얼음제조기(100(1))는 따라서, 주기적으로 적어도 물(190)의 일부를 배출시키기 위한, 배출 밸브(250)에 의해 조절되는 드레인(240)을 포함할 수 있다. 하나의 선택적 실시예에 있어서(도시되지 않음), 보존 탱크(170)와 펌프(200)는 고려되지 않으며, 물공급장치(220)는 스프레이 헤드(120)를 직접 대신하며, 나머지 물(155)을 단순히 배출한다.

도 21은 관 모양 얼음제조기(100(2))로써 형성된 펄스 전열 얼음분리장치를 나타낸다. 도 21은 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. C로 표시된 관 모양 얼음제조기(100(2))의 일부분은 도 23에 더욱 상세히 나타나 있다. 얼음제조기(100(2))는 관모양 얼음제조기(100(1))에 상응하는(그리고 같은 번호를 붙인) 동일하고 필수적인 요소를 포함한다. 관모양 얼음제조기(100(2))는 얼음성장영역(도 23 참조)을 냉각시키기 위해 냉매튜브(260(1))를 사용한다. 냉매튜브(260(1))는 예를 들어, 구리, 알루미늄 또는 다른 합금으로 만들어질 수 있다. 유전체층(270)은 냉매튜브(260(1))로부터 튜브(110(2))를 전기적으로 절연시키지만, 튜브(110(2))에서부터 튜브(260(1))로의 열전달에 극소한 영향을 미친다. 유전체층(270)은 예를 들어, 폴리이미드나 열 전도성 섬유 또는 파우더, 알루미나 섬유 또는 파우더, 유리섬유, 또는 보론 질화물 파우더로 채워진 폴리머로 형성될 수 있다. 얼음제조 시스템(100(1)) 내에서, 얼음이 성장되고 획득되는 방법과 비슷한 방법으로 얼음(6(8))은 튜브 근처(260(1))에서 물(130)이 튜브(110(2))를 통해서 흘러 감에 따라서 성장하고, 얼음 고리(6(8))는 전력공급장치(14(1))로부터 튜브(110(2))에 전력을 공급하기 위한 스위치(12(9))를 닫음으로써 획득되며, 분리 스크린(160)은 얼음 고리(6(8))를 얼음 고리(6(9)) 수확용 수집 상자(180)로 이동하도록 한다.

도 23은 관모양 얼음제조기(100(2))의 C 부분을 더욱 상세히 나타낸다. 각 냉매튜브(260(1))는 냉매를 흘리며(290) 상응하는 얼음성장위치(112(2))를 한정하는 냉각기(280)를 갖는다. 얼음성장영역(112(2))은 얼음분리영역(115(2))과 분리되어 있으며, 얼음은 영역(115(2))에서는 성장하지 않는다. 얼음분리영역(115(2))은 냉각기(280) 근처가 아닌 에리어로써 도 23에 명백히 나타나있으나, 온도조절소자(118)는 도 22에서 나타낸 바와 같이 동일한 방법으로 영역(115(2))에서 튜브(110(2))의 온도를 올리기 위해 제공될 수 있다.

도 24는 관모양 얼음제조기(100(3))로써 형성된 펄스 전열 얼음분리장치의 측단면도를 나타낸다. 도 24는 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. 얼음제조기(100(3))의 D부분은 도 25에 더욱 상세히 나타나 있다. 도 24의 점선(F26-F26)이 통과하는 얼음제조기(100(3))의 상부 단면도는 도 26에 나타내고 있다. 얼음제조기(100(3))는 관모양 얼음제조기(100(1), 100(2))에 상응하는(그리고 같은 번호를 붙인) 동일하고 필수적인 요소를 포함한다. 얼음제조기(100(3))는 열전달 플레이트(280)(명확한 도시를 위하여, 단지 몇 개의 열전달 플레이트(280)와 얼음(6(10))이 도 24에 표시되어 있다)를 설치한 각각의 얼음제조튜브(110(3)) 내에서 얼음 고리(6(10))를 만든다. 튜브(110(3))는 예를 들어, 스테인레스 강철이나 티타늄 합금으로 형성될 수 있다. 열전달 플레이트(280)는 구리, 알루미늄 또는 이들 화합물로 제조될 수 있다. 냉매튜브(260(2))는 열전달 플레이트(280)와 튜브(110(3))로부터 열을 제거하는 냉매를 순환시킨다. 튜브(205)는 각 튜브(110(3))의 내면 위로 물(130)을 분사하는 스프레이 헤드(120)를 공급한다. 얼음 고리(6(10))가 획득될 준비가 됐을 때, 스위치(12(10))는 전력공급장치(14(2))로부터의 전력 펄스를 각 모선(busbar)(152)으로 연결하며, 차례로 각 튜브(110(3))를 통해서 접지(16)로 연결한다. 전력에 의해 각 튜브(110(3)) 내에서 발생된 열은 적어도 각 얼음 고리(6(10))의 계면층을 녹이며, 얼음 고리를 분리하여 얼음이 튜 브(110(3))로부터 떨어진다. 획득된 얼음으로부터 분리된 얼지 않은 물을 분리하기 위한 설비, 보존 탱크 내의 얼지 않은 물을 얻는 설비, 보존 탱크의 배출과 재공급 설비와 얼음이 획득될 준비가 됐을 때 결정되는 설비는 도 20과 도 21에 도시된 설비와 동일할 수 있다.

도 25는 일 실시예인 관 모양 얼음제조기(100(3))의 D부분을 더욱 상세히 나타낸다. 얼음(6(10))은 얼음제조튜브(110(3)) 근처에서 즉시 성장한다. 유전체층(295)은 튜브(110(3))와 열전달 플레이트(280) 사이에 설치되어, 튜브를 플레이트(280)로부터 전기적으로 절연시킨다. 유전체층(295)은 예를 들어, 듀퐁(DuPont)사에서 입수할 수 있는 구리층(290) 사이에서 클래딩(cladding)된 폴리이미드막일 수 있다. 또한, 유전체층(295)은 열전도성 섬유 또는 파우더, 알루미나 섬유 또는 파우더, 유리섬유, 또는 보론 질화물 파우더로 채워진 폴리머를 포함할 수 있다. 구리층(290)은 튜브(110(3))와 땜납(285)층이 있는 열전달 플레이트(280)에 부착된다. 예를 들어, 튜브(110(3))는 먼저 땜납 포일로 감싸고, 그 후 구리층(290) 사이에서 클래딩된 폴리이미드막(295)으로 감싸며, 그 다음에 다시 땜납 포일로 감싸는 것으로 설치될 수 있다. 이러한 방법으로 설치된 다수의 튜브(110(3))는 열전달 플레이트(280) 내의 홀(hole)로 삽입될 수 있으며, 그 다음에 그 전체 조립부품(assembly)이 튜브(110(3)), 구리층(290)과 열전달 플레이트(280)에 리플로(relow) 접합하기 위해 땜납(285)이 로(爐-furnace) 내에 놓여질 수 있다.

또 다른 실시예에 있어서, 열전달 플레이트(280)는 유전체막에 납땜하는 대신에 유전체이며, 열전도성 접착제로 튜브(110(3))에 조립된 섹션으로 분리될 수 있다.

도 26은 도 24의 선(F26-F26)에 따른 관모양 얼음제조기(100(3))의 상부 단면도이다. 도 26은 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. 각각의 얼음제조튜브(110(3))와 냉매튜브(260(2))는 하나 또는 그 이상의 열전달 플레이트(280)를 지나간다. 도 26이 19개의 얼음제조튜브(110(3))와 54개의 냉매튜브(260(2))의 육각형 배열을 나타내고 있으나, 얼음제조기(110(3)), 냉매튜브(260(2)) 및 열전달 플레이트(280)의 다른 숫자와 배치는 의도된 얼음제조용량을 달성하기 위해, 또는 의도된 위치에 맞추기 위해 이용될 수 있다. 얼음제조기(100(3))는 이렇게 도 24(도 26에 도시된 선(F24-F24)에 따라 얼음제조기(100(3))의 단면을 나타낸다)에 나타낸 바와 같이, 얼음제조튜브(100(3))의 각 교차점과 열전달 플레이트(280)에서 얼음

(6(10))이 자라는 얼음제조튜브(100(3))의 배열을 형성한다.

또한 여기에 개시된 관모양 얼음제조기(100)(예를 들어, 관모양 얼음제조

기(100(1), 100(2), 100(3)의 어떤 것이라도)의 실시예는 충분히 읽고 이해함으로써 명백해 질 것이며, 본원 발명의 범주 내에 있다. 예를 들어, 튜브(110)(예를 들어, 튜브(110(1), 110(2) 또는 110(3))의 어떤 것이라도)는 단면이 원형이거나, 다른 단면형태일 수 있으며, 정사각형, 직사각형, 타원형, 삼각형, 또는 별과 같은 형태에 상응하는 얼음을 제조할 수 있다. 물(130)을 분사하기 위한 하나 또는 그 이상의 노즐이나, 하나 또는 그 이상의 물을 흘리는 소자 또는 튜브(110)의 내면 상으로 물(130)을 도입함으로써 스프레이 헤드(120)를 대신 수 있다. 모선(125)은 도 20과 도 21에 나타낸 바와 같이, 튜브(110)의 가장자리 외측에 위치하거나, 도 24에 나타낸 바와 같이, 튜브(110)의 가장자리 내측에 위치한다. 냉각기(150)는 얼음성장영역(112(1))으로부터 열을 충분히 전달하므로, 열전도핀(140)은 필요하지 않다. 장치는 얼음형성을 감지하고, 예를 들어, 용량적으로 얼음을 감지하거나, 광학적으로 얼음을 감지하여, 또한 얼음의 무게를 판단하거나 얼음에 의해 방해를 받는 물의 흐름을 판단함으로써 언제 얼음(6(6), 6(8), 6(10))을 획득하는가를 결정하도록 되어 있다. 장치는 수집 상자(예를 들어 상자(180)) 내의 획득된 얼음의 레벨을 탐지하거나, 수집 상자 내에 충분한 얼음이 있을 때에 얼음제조를 중단하도록 되어 있다. 분리 스크린(160)은 얼음 고리가 얻어질 때 그것을 획득하지만, 다른 때는 튜브(110)의 밑에서부터 이동해 나오는 이동소자로 대체될 수 있다. 분리 스크린(160)은 물을 모으는 것을 방해할 수 있는 얼음의 바람직하지 않은 축적을 피하기 위해 가열될 수도 있다. 펌프(200), 히터(210), 공급 벨브(230), 드레인 벨브

(250), 온도조절소자(118) 및/또는 스위치(12(9))는 컨트롤러(예를 들어, 얼음제조기(100)가 있는 냉동기(freezer)를 작동시키는 마이크로 프로세서)에 의해 작동된다. 온도센서는 데이터를 공급하도록 이용될 수 있으므로 마이크로 프로세서는 얼음제조기(100) 및/또는 냉각기 또는 얼음제조기(100)가 있는 다른 장치공간의 구성요소의 작동을 최적화할 수 있다 . 얼음제조기(100(3))의 튜브(110(3))는 개별적으로 또는 그룹으로 전기적으로 연결되어 있으므로, 얼음(6(10))은 하나의 튜브(110(3)) 또는 하나의 그룹인 튜브(110(3))로부터 동시에 획득된다. 모든 튜브(110(3))로부터 동시에 획득되는 것보다 적은 얼음(6(10))은 전류 운용 용량과 크기, 중량 및/또는 얼음획득을 위해 필요한 전류를 발생시키고 전환하는 것과 관 련된 구성요소의 가격을 감소시킨다.

관모양 얼음제조기로써 형성된 펄스 전열 얼음분리장치의 다른 실시예는 여전히 하나 또는 그 이상의 얼음제조튜브(110)와 열접촉하고 있는 히터를 이용한다.

이러한 실시예는 어떠한 얼음제조튜브(110)용의 폭 넓고 다양한 물질을 적절하게 이용할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서 관모양 얼음제조기는 스테인레스 강철 또는 다른 금속, 유리, 플라스틱, 폴리머, 테플론(Teflon), 세라믹 또는 카본 섬유물질, 또는 이들의 합성 또는 결합으로 형성된 얼음제조튜브(110)를 포함한다. 얼음제조튜브(110)는 얼음이 형성되는 것을 탐지하는 튜브 주위를 싸고 있는 플렉시블한 히터소자에 의해 가열될 수 있다. 적당한 히터소자는 예를 들어, 인코넬(Inconel)로 피복된 캡톤(Kapton) 적층물과 같은 금속과 유전체(metal-to-dielectric)의 적층물을 포함한다. 얼음제조튜브(110)의 주위를 싸고 있는 히터소자의 이용은 히터의 특성(예를 들어, 높은 전기 저항으로 인한 높은 전류, 이용되는데 필요치 않은 전력공급장치의 고비용)과 관련이 없는 독립적인 튜브의 물질적 특성(예를 들어, 내부식성, 항균적 특성)을 최적화하는 것과 같은 구성옵션을 허용해도 좋다. 전도성 튜브(110)가 이용될 때, 캐어(care)는 튜브의 전도성이 전력공급장치(14)와 스위치(12)의 구성로 설명되는지, 또는 튜브가 히터소자로부터 전기적으로 절연되어 있다는 것을 확실히 하기 위해 구성에 사용되어도 좋다. 히터와 얼음제조튜브(110) 사이의 열저항과, 냉매튜브(260) 또는 열전도핀(140), 히터 및 얼음제조튜브(110) 사이의 열저항은 알맞게 낮으므로 얼음제조율이 높고, 얼음을 획득하는데 필요한 전력이 낮다.

도 27은 얼음제조기(300(1))로써 형성된 펄스 전열 얼음분리장치의 단면도를 나타낸다. 도 27은 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. 얼음제조기(300(1))의 E부분은 도 28에 더욱 상세히 나타나 있다. 얼음제조기(300(1))는 증발 플레이트(310(1))와 냉매튜브(320)를 통해서 흐르는 냉매(도시되지 않음)에 의하여 냉각되는 핀(330)을 포함한다. 핀(330)은 나타낸 바와 같이 얼음제조포켓으로 분할된다. 물은 플레이트(310(1)) 및/또는 핀(330) 근처로 유입되며, 얼어서 얼음(6(11))(도시를 명쾌히 하기 위해서 단지 몇 개의 튜브(320), 핀(330), 얼음제조포켓(335)과 얼음(6(11))만이 도 27에 표시되어있다)이 된다. 증발 플레이트(310(1)), 냉매튜브(320) 및/또는 핀(330)은 예를 들어, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 만들어질 수 있다. 얼음제조기(300(1))는 또한, 아래에 더욱 자세히 설명된 것처럼 하나 또는 그 이상의 펄스 전열 얼음분리를 이용하는 얼음을 획득하기 위한 히터(340(1))를 포함한다. 히터(340(1))는 따라서, 도 1의 히터(10)의 예이다.

도 28은 얼음제조기(300(1))의 E부분을 더욱 상세히 나타낸다. 도 28에 있어서, 상대적인 층두께는 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. 히터(340(1))는 저항 가열층(344(1))과 유전체층(342(1))을 포함한다. 가열층(344(1))은 예를 들어, 스테인레스 강철 또는 티타늄 합금의 알맞은 저항 금속층으로 형성되거나, 구리와 같이 훌륭한 전기 도체의 더욱 얇은 층으로 형성될 수 있다. 유전체층(342(1))은 전기적 절연체이지만 높은 열전도율을 가진 물질로 적합하게 형성되며, 열이 쉽게 유전체층으로 전달되도록 하는 동안, 플레이트(310(1))로부터 전기 가열층(344(1))을 전기적으로 절연시키는 역할을 한다. 일 실시예에 있어서, 히터(340(1))는 에폭시 글라스, 폴리이미드, 폴리이미드 글라스, 또는 테플론으로 이루어지는 유전체층(342(1))을 가지며, 구리와 같은 전기 도체로 이루어지는 가열층(344(1))을 갖는 프린트 회로기판이다.

작동에 있어서, 얼음제조기(300(1))는 얼음을 획득이 필요할 때까지 성장시키며, 그 후에 가열층(344(1))에 전력을 연결한다. 층(344(1))에 의해 발생된 열은 플레이트(310(1))와 핀(330)을 신속히 가열하여 얼음(6(11))을 분리한다. 일단 얼음(6(11))이 획득되면, 가열층(344(1))으로부터 전력을 끊어서 얼음제조가 다시 시작될 수 있다.

도 29는 얼음제조기(300(2))로써 형성된 펄스 전력 얼음분리장치의 단면도이다. 도 29는 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. 얼음제조기(300(2))의 F부분은 도 30에 더욱 상세히 나타나 있다. 얼음제조기(300(2))는 얼음제조기(300(1))에 상응하는 그리고 같은 번호를 붙인, 동일하고 필수적인 요소를 포함한다(도시를 명쾌히 하기 위해서 단지 몇 개의 튜브(320), 핀(330), 얼음제조포켓(335)과 얼음(6(11))만이 도 27에 표시되어있다). 얼음제조기(300(2))는 증발 플레이트(310(2))의 표면(315)(도 30 참조)을 충분히 덮고 있는 단일 히터(340(2))를 가지고 있으며, 히터(340(2))는 플레이트(310(2))와 냉매튜브(320) 사이에 설치되어 있다. 히터(340(2))의 설치는 표면(315)의 모든 포인트에 열을 공급함으로써 얼음의 획득효율을 향상시킨다. 증발 플레이트(310(2)), 냉매튜브(310(2)) 및/또는 핀(330)은 예를 들어, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금으로 만들어질 수 있다.

도 30은 얼음제조기(300(2))의 F부분을 더욱 상세히 나타낸다. 도 30은 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. 히터(340(2))는 저항 가열층(344(2))과 유전체층(342(2))을 포함한다. 유전체층(342(2))은 전기적 절연체이지만 높은 열전도율을 가진 물질로 적합하게 형성되며, 열이 쉽게 유전체층으로 전달되도록 하는 동안, 플레이트(310(2))로부터 가열층(344(2))을 전기적으로 절연시킨다. 예를 들어, 유전체층(342(2))은 폴리이미드, 열 전도성 섬유 또는 파우더, 알루미나 섬유 또는 파우더, 유리섬유, 또는 보론 질화물 파우더로 채워진 폴리머를 포함할 수 있다. 도 30은 또한 가열층(344(2))과 튜브(320) 사이에 설치된 임의의 유전체층(342(3))을 나타낸다. 유전체층(342(3))은 층(344(2))의 전기 저항을 조절하기 위해서 튜브(320)로부터 가열층(344(2))을 전기적으로 절연하는데 사용될 수 있다. 또한, 유전체층(342(3))은 제거될 수 있어서, 튜브(320)가 층(344(2))과 전기적으로 연결되도록 한다.

작동에 있어서, 얼음제조기(300(2))는 얼음(6(12))을 획득이 필요할 때까지 성장시키며, 그 후에 가열층(344(2))에 전력을 연결한다. 층(344(2))에 의해 발생된 열은 플레이트(310(2))와 핀(330)을 신속히 가열하여 얼음(6(12))을 분리한다. 일단 얼음(6(12))이 획득되면, 가열층(344(2))으로부터 전력을 끊어서 얼음제조가 다시 시작될 수 있다.

도 31은 얼음분리를 위한 열보관 장치를 포함하는 냉동 유닛(400(1))의 구성요소를 개략적으로 나타낸다. 도 31은 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. 냉동 유닛(400(1))은 냉매를 압축하는 압축기(410)를 갖는다. 냉매는 높은 온도로 압축기를 떠나며, 열을 가열액(445)으로 전달하는 탱크(440) 내의 튜브(412)를 통해서 지나간다(가열액만이 이동하는 냉동 유닛(400(1)의 구성요소는 도 31에 빗금으로 나타나 있다). 가열액(445)은 가급적 알콜, 물과 글리콜의 혼합액 또는 소금물과 같이 -20℃ 보다 낮은 빙점과 60℃ 보다 높은 끓는점을 갖는 액체가 바람직하다. 냉매는 튜브 내에서 탱크(440)를 나와 응축기(420) 내에서 더 많은 열을 전달한다. 튜브(415)는 냉매가 급속히 팽창하여 빙점 아래의 온도까지 냉각시키는 팽창밸브(420)까지 연장되어있다. 팽창밸브(420) 후에, 냉매는 튜브(430) 내를 지나서 도 31에 나타난 점선(405)이 그어진 냉동구획 내로 이동한다. 냉매튜브(430)는 얼음제조기의 일부인 증발 플레이트(435)와 열접촉하여, 증발 플레이트로부터 열을 빼앗는다. 점선F32-F32은 도 32에 단면으로 나타낸 증발 플레이트(435) 내의 평면을 표시한다. 냉매튜브(430)를 통해서 지나간 후, 냉매는 냉매를 압축하고, 냉매를 냉각하며, 증발 플레이트를 냉각하는 순환을 반복하기 위해 압축기(410)로 흘러서 돌아온다.

냉각 유닛(400(1))이 얼음을 만드는 동안, 가열액(445)은 탱크(440)의 쓰고 남은 열을 냉매로부터 모으고 유지한다. 배출밸브(450)와 펌프(455)는 탱크(440)로부터 가열튜브(460(1))로 가열액(445)의 전달을 조절한다. 튜브(430)와 같이 가열튜브(460(1))는 증발 플레이트(435)와 열접촉을 한다. 얼음 획득이 필요할 때, 냉각 유닛(400(1))은 배출밸브(450)를 열고, 펌프를 작동시켜서 가열액(445)을 가열튜브(460(1))를 통해서 끌어올리며, 그로 인해서 얼음을 획득하기 위해 증발 플레이트(435)로부터 얼음을 분리하는 열펄스를 발생시킨다.

도 32는 도 31의 점선F32-F32에 따른 단면도를 나타낸다. 증발 플레이트(435)는 도면에 나타낸 바와 같이, 교대로 연속하고 있는, 냉매튜브(430)와 가열튜브(460(1))를 연결한다. 도 32에서 냉각액(445)이 지나는 가열튜브(460(1)) 범위 내의 통로는 도 31과 일치시키기 위해 빗금이 그어져 있다. 증발 플레이트(435)의 반대측 상에는 얼음제조 중에 얼음(6(13))으로부터 열을 빼앗는 핀(330)이 있다.

도 31은 다기관(manifold)으로써 냉동 구획(405) 내에 냉매튜브(430)와 가열튜브9460(1))가 냉각 플레이트(435)를 가로지르며 하나 걸러 하나씩 엇갈릴 수 있도록 설치된 냉각튜브(430)를 나타낸다. 하나의 다른 실시예에 있어서, 냉매튜브와 가열액 튜브는 증발 플레이트(435)를 한 쌍의 뱀처럼 꾸불꾸불하게 가로지르고 있지만, 이러한 실시예는 냉매튜브, 가열액 튜브 중 어느 한쪽 또는 양쪽 모두 "연속적인(back-to-back)" 배치를 형성하는 내측 커브(inside curve)를 가질 수 있다. 이러한 배치는 각각 더 많은 시간 및/또는 에너지가 필요한 얼음제조되거나 또는 얼음 획득되는, 뜨거운 또는 찬 영역을 형성할 수 있다. 가열튜브(460(1))는 또한 다기관 또는 증발 플레이트의 양끝 위로 지나갈 수 있는 단일 튜브(430, 460(1)))를 "연속적인" 배치의 형성을 피하기 위해서 형성할 수 있다.

도 31과 도 32에 도시된 냉동 유닛(400(1))의 동작이 시뮬레이트 되어 있다. 증발 플레이트의 크기는 457mm×432mm 로 하였다. 가열튜브(460(1))는 내경이 16mm이고 길이가 7.7 미터인 것으로 하였다. 가열액(445)은 물과 글리콜을 동일한 비율로 혼합한 것으로 하였다. 탱크(440) 내의 가열액(445)은 60℃까지 달하는 것으로 하였다. 시뮬레이션은 물/글리콜 혼합액의 압력을 0.223bar에 이르게 하는 펌 프(445)에서 10W의 전력을 사용하여 0.9리터의 물/글리콜의 혼합액을 끌어올림으로써 2초 내에 얼음이 획득될 수 있음을 보여준다. 이것은 60~300초 동안 1-2kW의 전력을 사용하는 상업상의 얼음제조기에 있어서 얼음을 획득하기 위해 필요한 에너지와 비교하면 매우 유리하다. 얼음 획득에 소비되는 에너지의 감소는 시간에 비해 더 높은 얼음 제조율과 더 낮은 에너지 비용이란 결과를 가져왔다.

도 33은 얼음 분리를 위한 열저장 장치를 포함하는 냉동 유닛(400(2)) 구성요소를 개략적으로 나타낸다. 도 33은 일정한 비율로 도시되지 않았을 수도 있다. 얼음제조기(400(2))는 얼음제조기(400(1))에 상응하는 그리고 같은 번호를 붙인, 동일하고 필수적인 요소를 포함한다. 얼음제조기(400(2))에 있어서, 탱크(440)는 증발 플레이트(435)보다 높은 높이에 위치할 수 있으므로, 배출밸브(450)가 열렸을 때, 중력이 가열액(445)을 가열튜브(460(1))로 흐르게 하여 증발 플레이트(435)로부터 얼음을 떼어 놓는다. 가열튜브(460(1))는 지름이 알맞게 크므로, 가열튜브(460(1))를 통한 가열액(445)의 흐름을 빠르게 하며, 빠른 흐름은 결과적으로 플레이트(435)를 빠르게 데워서, 플레이트(435)로부터 얼음을 빠르게 떼어 놓는다. 얼음제조기(400(2))는 가열액 저장기(465)를 포함하는데, 이 가열액 저장기(465)가 가열 플레이트(435)보다 더 낮은 높이에 위치하므로, 가열액(445)이 가열튜브(460(1))를 통과한 후, 저장기(465)로 배출된다. 펌프(470)는 가열액(445)을 튜브(475)와 임의의 도입밸브(452)를 통해서 끌어올리고 재사용을 위해서 탱크(440)로 되돌린다. 또 다른 얼음 획득이 일어날 때까지 가열액(445)을 탱크로 운반이 완료될 할 필요가 없으므로, 펌프(470)는 높은 용량일 필요가 없다.

여기에 개시된 냉각 유닛(400)(예를 들어, 냉각 유닛(400(1) 또는 400(2))의 선택적 실시예는 충분히 읽고 이해함으로써 명백해 질 것이며, 본원 발명의 범주 내에 있다. 예를 들어, 냉동 유닛(400)은 어떤 실시예에 있어서 얼음 획득의 지속을 위해 압축기(410)를 끄기도 한다. 그러나, 대개는 열이 단지 몇 초간 얼음 획득을 위해 사용되므로, 어떤 실시예에서는 얼음 획득 사이에, 압축기(410)의 동작/멈춤의 순환 동안에 초래되는 마멸을 감소시키고, 냉각 플레이트(435)의 열적 회복을 빠르게 하여 얼음 획득 후 신속하게 얼음제조가 재개될 수 있도록 압축기(410)를 가동시킨 채로 둔다. 얼음제조 동안 가열튜브(460(1)) 내의 가열액(445)을 냉각시키고, 얼음획득 동안 탱크로 되돌아 가는 같은 양의 유체(fluid)(445)를 냉각시키는데 사용되는 에너지를 절약하기 위하여, 얼음이 획득되는 동안을 제외하고 가열튜브(460(1))로부터의 냉각액(445)을 배출하기 위해서 밸브와 펌프가 제공된다. 도 31에 도시된 구성요소를 이용하는 일 실시예에 있어서, 탱크(440)는 증발 플레이트(435)보다 낮게 설치되므로, 펌프(455)가 작동할 때를 제외하고 중력은 가열액(445)을 탱크(440)로 배출한다. 도 33에 도시된 구성요소를 이용하는 또 다른 실시예에 있어서, 탱크(440)와 밸브(450, 452)는 가압 시, 가열액(445)과 그 기체가 들어가도록 적응시켜진다. 튜브(412) 내의 냉매가 탱크(440) 내의 가열액(445)과 그 증기를 가열할 때, 압력이 형성되어서, 배출밸브(450)가 열릴 때, 증기압력은 가열액(445)을 얼음분리와 획득을 위한 튜브(460)를 통해 신속히 밀어낸다. 가열액(445)이 튜브(460)로 충분히 밀어내진 후, 배출밸브(450)는 닫히고, 도입밸브(452)는 열리며, 펌프(470)는 그 다음에 저장기(465)로부터 탱크(440)로 가열액 을 되돌리기 시작한다.

도 34는 열저장 얼음분리장치(500)를 나타낸다. 장치(500)는 아래에 설명된 것처럼, 냉매(8)(도 2(a), 도 2(b) 참조)가 통하여 흐르는 냉매튜브(4(4)), 냉각핀(2(4))과 얼음분리를 위해서 가열액(445)(도 31, 도 33 참조)이 통하여 흐르는 가열튜브(460(2))를 포함한다. 도시를 명쾌히 하기 위해서 단지 몇 개의 핀(2(4))만이 도 34에 표시되어 있다. 냉매튜브(4(4))와 냉각핀(2(4)) 및/또는 가열튜브(460(2))는, 예를 들어, 구리, 알루미늄 또는 이들의 합금 또는 낮은 열저항을 갖는 다른 물질로 만들어질 수 있다. 마크된 A의 위치는 도 2(a)와 도 2(b)에 도시된 A부분을 나타낸다. 펄스 전열 얼음분리장치(20(1))(도 3 참조)와 같이, 장치(500)는 정상 작동 중에 열을 냉매로 전달하며, 따라서 튜브(4(4)), 핀(2(4)) 및/또는 가열튜브(460(2))(도 2(a), 도 2(b) 참조) 상에 얼음(6)이 형성된다. 얼음분리가 필요한 경우, 가열액(445)(도 31, 도 33 참조)은 가열튜브(460(2)), 가열장치(500)를 통해서 흐르며, 얼음을 분리한다. 도 34에 도시된 세 개의 튜브(4(4))와 두 개의 가열튜브(460(2))는 단지 대표적일 뿐이며, 튜브(4(4))와 가열튜브(460(2))의 어떠한 숫자도 얼음분리장치에 포함됨을 알 수가 있다. 상기 기술에 있어서 그와 같은 기술들은 도 34의 열저장 얼음분리장치(500)와 도 31과 도 33의 냉동 유닛(400(1), 400(2))의 튜브(430, 460)를 가진 증발 플레이트(435) 사이의 유사점을 나타낼 것이다.

도 35는 열저장 얼음 획득을 이용하는 냉동 유닛을 작동하는 과정550의 흐름도이다. 과정550은 예를 들어, 냉동 유닛(400(1) 또는 400(2))에 의해 실행된다. 스텝560에 있어서, 냉동 유닛은 얼음제조모드에서 작동한다. 압축기는 냉매를 압축하며, 냉매는 열을 가열액으로 전달하여, 열을 응축기에 전달하며, 팽창밸브를 통과하고, 물을 얼려서 얼음을 형성하는 얼음제조기의 냉매튜브를 통해서 순환한다. 스텝560의 예는 압축기(410)는 (1)튜브(412)를 통과하는 냉매를 압축하고, 냉매는 열을 탱크(440(2)) 범위 내의 가열액(445)으로 전달하고, (2)열을 응축기(420(3))로 전달하며, (3)팽창밸브(420)를 통과하고, (4)튜브 범위 내를 순환하며, 물을 얼려서 얼음을 형성한다. 스텝565에 있어서, 냉동 유닛은 언제가 얼음을 획득할 시기인가를 결정한다. 얼음을 획득할 시기가 되었을 때, 과정550은 스텝570을 따르나, 그렇지 않은 경우에는 스텝560에서 얼음제조를 계속한다. 스텝570에 있어서, 압축기는 얼음 획득 과정 중에는 가동을 중단한다. 스텝570의 예는 압축기(410)가 정지한다. 스텝570은 임의적이며 어떤 냉장 유닛에서는 일어나지 않을 수도 있다. 예를 들어, 스텝570은 시작과 멈춤을 반복하는데서 기인하는 압축기 상에서의 과다한 마멸과 손상을 초래할 우려가 있는 유닛에서는 일어나지 않을 수도 있다. 스텝575은 가열액을 얼음을 분리하기 위해 가열튜브를 통해서 흘려보낸다(예를 들어, 얼음을 흐트러뜨리기 위해, 녹여서 또는 녹이거나 증발시키기 위해). 스텝575의 예는 배출밸브(450) 또는 펌프(455)를 작동시켜서 가열액(445)을 튜브(460)로 흘려보낸다. 가열액은 적어도 얼음의 계면층을 녹여서 분리시킨다. 스텝580의 예는 (1)펌프(455)를 멈추어서 가열액(445)을 중력(도 31 참조)의 힘에 의해 탱크(440)로 되돌아 가도록 하며, (2)배출밸브(450)을 닫아서 가열액(445)이 중력(도 33 참조)의 힘에 의해 탱크(465)로 배출되도록 한다. 일단 분리가 완료되면, 과정550은 스텝 560에서의 정상적 얼음제조모드를 재개시한다.

상기에서 설명한 변화와 그 외의 것은 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 여기에서 설명된 펄스 전열과 열저장 얼음분리장치로 실행될 수 있다. 따라서 상기의 설명이나 첨부된 도면에 나타낸 것은 실례로써 이해되어야 하며, 의미를 한정하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 다음의 청구항은 모든 일반적인 것과 여기에서 설명된 구체적인 특징을 포함하도록 의도되었으며, 문헌상, 본 방법과 시스템의 범주에 대한 모든 의견 또한, 이들 사이에 포함되는 것으로 간주할 수 있다.

Claims

냉장 유닛의 하나 또는 그 이상의 냉매튜브와;

저항 히터를 형성하는 튜브 또는 핀의 한쪽 또는 양쪽 모두가 상기 냉매튜브와 열접촉하고 있는 냉각핀과;

적어도 하나의 상기 튜브와 상기 핀으로부터 얼음을 분리하기 위해 열을 발생시키는 상기 저항 히터(resistive heater)로 전력을 공급하기 위한 하나 또는 그 이상의 스위치를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제1항에 있어서,

상기 저항 히터는 복수의 히터 섹션을 갖고,

상기 하나 또는 그 이상의 스위치는 복수의 스위치를 가지며, 상기 스위치는 전력을 각각의 상기 히터 섹션으로 공급하도록 형성된 펄스 전열 얼음분리장치.
제2항에 있어서,

상기와 같이 형성된 상기 전력은, 또 다른 히터 섹션의 냉매튜브를 통해서 냉매가 계속해서 흐르는 동안, 적어도 하나의 히터 섹션에 공급되는 펄스 전열 얼음분리장치.
제1항에 있어서,

상기 튜브와 상기 핀은 서로 전기적으로 절연되어 있는 펄스 전열 얼음분리장치.
제4항에 있어서,

적어도 하나의 폴리머 코팅, 열전도성 접착제, 금속 산화물과 복합 재료막에 의해 형성된 절연체를 포함하며, 상기 절연체는 상기 튜브와 상기 핀을 서로 절연시키는 펄스 전열 얼음분리장치.
제1항에 있어서,

상기 핀은 전도성의 꾸불꾸불한 구조를 형성하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제1항에 있어서,

전력을 공급하기 위한 전력공급장치를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제7항에 있어서,

상기 전력공급장치는 0.1V 에서부터 1000V 범위 내의 전압을 공급하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제8항에 있어서,

상기 전력공급장치는 6V 에서부터 70V 범위 내의 전압을 공급하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제7항에 있어서,

상기 전력공급장치는 15Hz 에서부터 15MHz 범위 내의 주파수를 갖는 AC 전압을 공급하는 펄스 전열 얼음분리장치.
저항성 히터를 형성하는 하나 또는 그 이상의 냉장 유닛의 냉매튜브와,

상기 튜브로부터 얼음을 분리하기 위해 열을 발생시키는 상기 히터로 전력을 공급하기 위한 하나 또는 그 이상의 스위치를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
냉장 유닛의 냉매튜브 및/또는 냉각핀으로부터 얼음을 분리하는 얼음분리방법에 있어서,

정상냉장모드 동안에 냉매튜브와 냉각핀의 한쪽 또는 양쪽 상에 얼음을 축적하고,

얼음을 분리하기 위해 상기 튜브와 상기 핀의 한쪽 또는 양쪽에 전력 펄스를 공급하는 것을 포함하는 얼음분리방법.
제12항에 있어서,

상기 공급 스텝 이전에 정상냉장모드를 정지시키는 것을 더 포함하는 얼음분리방법.
제12항에 있어서,

상기 공급 스텝 전에 상기 하나 또는 그 이상의 냉매튜브로부터 냉매를 배출시키는 것을 더 포함하는 얼음분리방법.
제12항에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 냉매튜브와 상기 냉각핀 중 적어도 하나는 섹션으로 구성되며, 상기 공급 스텝은 상기 각 섹션을 위해 반복되는 얼음분리방법.
제15항에 있어서,

상기 섹션은 냉매가 통하여 흐르는 냉매튜브의 연속하는 부분에 대응하며,

상기 공급 스텝은 전력 펄스를 상기 냉매튜브를 통하여 냉매가 흐르는 순서에 대응하는 섹션으로 공급하는 것을 포함하는 얼음분리방법.
하나 또는 그 이상의 얼음성장영역을 가지는 얼음제조튜브와,

각 얼음성장영역으로부터 열을 빼앗기 위한 하나 또는 그 이상의 냉각기 및 냉매튜브와,

상기 얼음성장영역에서 적어도 물의 일부분이 얼어서 얼음이 되도록, 물을 상기 얼음제조튜브로 도입하는 수단과,

상기 튜브로부터 상기 얼음을 분리하기 위해서 적어도 상기 얼음의 계면층을 녹이는 전력 펄스를 상기 튜브에 주기적으로 공급하는 전력공급장치를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제17항에 있어서,

상기 얼음제조튜브는 하나 또는 그 이상의 금속, 유리, 플라스틱, 폴리머, 테플론(Teflon), 세라믹과 카본 섬유로 이루어진 펄스 전열 얼음분리장치.
제17항에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 얼음성장영역으로부터 열전달을 쉽게 하기 위한 하나 또는 그 이상의 열전도핀(heat conduction fin)을 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제17항에 있어서, 공급밸브에 의해 조절되는 물공급장치와 배출밸브에 의해 조절되는 드레인(drain)을 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제20항에 있어서,

상기 물공급장치로부터 물을 보존하기 위한 보존 탱크와,

상기 도입 수단을 통해서 상기 물을 끌어올리기 위한 펌프를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제21항에 있어서,

상기 얼음과 상기 얼음제조튜브로부터 배출되는 나머지 물을 분리하기 위한 스크린을 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제21항에 있어서,

상기 보존 탱크에서 물이 어는 것을 방지하기 위한 히터를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제17항에 있어서,

용량적으로 상기 얼음을 감지하거나, 광학적으로 상기 얼음을 감지하거나, 상기 얼음의 무게를 판단하거나, 경과된 얼음제조시간을 판단하거나 또는 얼음에 의해 방해를 받는 물의 흐름을 판단함으로써 언제 상기 얼음을 획득하는가를 결정하기 위한 장치를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
하나 또는 그 이상의 얼음성장영역을 가지는 얼음제조튜브와,

각 얼음성장영역으로부터 열을 빼앗기 위한 하나 또는 그 이상의 냉각기 및 냉매튜브와,

상기 얼음성장영역에서 적어도 물의 일부분이 얼어서 얼음이 되도록, 물을 상기 얼음제조튜브로 도입하는 수단과,

상기 튜브로부터 상기 얼음을 분리하기 위해서 적어도 상기 얼음의 계면층을 녹이는 전력 펄스를 상기 튜브와 열접촉하고 있는 히터에 주기적으로 공급하는 전력공급장치를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
복수의 얼음제조튜브와,

각 얼음제조튜브의 얼음성장영역으로부터 열을 빼앗기 위한 하나 또는 그 이상의 냉각기 및 냉매튜브와,

상기 얼음성장영역에서 적어도 물의 일부분이 얼어서 얼음이 되도록, 물을 상기 얼음제조튜브로 도입하는 수단과,

각 튜브로부터 상기 얼음을 분리하기 위해서 적어도 상기 얼음의 계면층을 녹이는 전력 펄스를 각 튜브에 주기적으로 공급하는 전력공급장치를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제26항에 있어서,

얼음제조튜브는 복수의 그룹을 형성하며, 상기 전력공급장치는 한 그룹에 한번 씩 전력 펄스를 주기적으로 공급하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제27항에 있어서,

용량적으로 각 그룹의 상기 얼음을 감지하거나, 광학적으로 각 그룹의 상기 얼음을 감지하거나, 각 그룹의 상기 얼음의 무게를 판단하거나, 각 그룹의 경과된 얼음제조시간을 판단하거나 또는 각 그룹의 얼음에 의해 방해를 받는 물의 흐름을 판단함으로써 언제 각 그룹 내의 상기 얼음을 획득하는가를 결정하기 위한 장치를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
증발 플레이트와 열접촉하고 있는 하나 또는 그 이상의 냉매튜브와,

상기 증발 플레이트 근처와 상기 냉매튜브 사이에 설치되며, 상기 증발 플레이트로부터 얼음이 분리되도록 전력을 열로 전환하도록 형성되는 상기 하나 또는 그 이상의 히터를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제29항에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 히터 각각은 금속층을 갖는 펄스 전열 얼음분리장치.
제30항에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 히터 각각은 상기 금속층과 상기 증발 플레이트 사이에 유전체층(dielectric layer)을 더 갖는 펄스 전열 얼음분리장치.
증발 플레이트와 열접촉하고 있는 하나 또는 그 이상의 냉매튜브와,

상기 냉매튜브와 상기 증발 플레이트 사이에 설치되며, 상기 증발 플레이트로부터 얼음이 분리되도록 전력을 열로 전환하도록 형성되는 히터를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제32항에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 히터 각각은 금속층을 갖는 펄스 전열 얼음분리장치.
제33항에 있어서,

상기 하나 또는 그 이상의 히터 각각은 상기 금속층과 상기 증발 플레이트 사이에 유전체층을 더 갖는 펄스 전열 얼음분리장치.
제33항에 있어서,

상기 금속층과 상기 하나 또는 그 이상의 냉매튜브 각각의 사이에 유전체층을 더 갖는 펄스 전열 얼음분리장치.
열저장 얼음제조 시스템으로써 형성된 냉각 유닛에 있어서,

쓰고 남은 열을 방산(放散)하기 위한 압축기와 응축기를 가지며,

상기 압축기, 상기 응축기와 증발 플레이트와 열접촉하고 있는 냉매튜브를 통해서 순환하는 냉매와,

압축기의 뒤이며, 응축기의 앞에 있는, 상기 냉매로부터의 열을 가열액으로 전달하는 탱크와,

상기 증발 플레이트로부터 얼음을 분리하기 위해서 상기 증발 플레이트와 열 접촉하고 있는 가열튜브를 통해서 주기적으로 흐르는 상기 가열액을 포함하는 냉각유닛.
제36항에 있어서,

상기 냉각튜브와 상기 가열튜브가 상기 증발 플레이트와 교대로 연속적으로 연결되는 냉각 유닛.
제36항에 있어서,

상기 가열액을 끌어올리기 위한 펌프를 포함하는 냉각 유닛.
제38항에 있어서,

상기 증발 플레이트는 상기 탱크보다 더 높은 높이로 설치되어서, 상기 펌프가 작동하지 않을 때, 상기 가열액을 상기 탱크로 배출하는 냉각 유닛.
제36항에 있어서,

상기 가열액을 가열액 저장기에서부터 상기 탱크로 끌어올리기 위한 펌프를 포함하는 냉각 유닛.
제40항에 있어서,

상기 탱크는 상기 증발 플레이트보다 더 높은 높이로 설치되며,

상기 탱크와 상기 가열튜브 사이의 밸브를 엶(open)으로써 상기 가열액은 상기 가열튜브를 통해서 흐르며,

상기 증발 플레이트는 상기 저장기보다 더 높은 높이로 설치되어서, 얼음이 분리된 후, 상기 가열액이 상기 저장기로 배출되는 냉각 유닛.
제40항에 있어서,

상기 탱크는 상기 펌프와 상기 탱크 사이의 도입밸브와, 상기 탱크와 상기 가열튜브 사이의 배출밸브로 분리되고,

상기 도입 및 배출밸브가 닫힐 때, 상기 열은 상기 탱크 내에서 압력을 증가시키며,

상기 배출밸브가 열릴 때, 상기 압력은 얼음을 분리하기 위해 상기 가열액을 상기 가열튜브로 밀어내고,

상기 얼음이 분리된 후, 상기 배출밸브가 닫히며, 상기 도입밸브가 열리고, 상기 펌프는 상기 가열액을 상기 탱크로 되돌리는 냉각 유닛.
적어도 하나의 상기 냉각튜브, 냉각핀 및 냉장 유닛의 상기 증발 플레이트로부터 얼음을 분리하는 얼음분리방법에 있어서,

얼음제조 또는 냉장모드 동안에 열을 냉매로부터 가열액으로 전달하고,

상기 얼음제조 또는 냉장모드 동안에 적어도 하나의 상기 냉매튜브, 냉각핀 및 가열 플레이트 상에 얼음을 축적하며,

상기 얼음을 분리하기 위해 적어도 하나의 상기 냉각튜브, 냉각핀 및 증발 플레이트와 열접촉하고 있는 가열튜브를 통해서 상기 가열액을 흘려보내는 얼음분리방법.
제43항에 있어서,

상기 가열액을 흘려보내는 스텝 동안에 상기 얼음제조 또는 냉장 유닛을 정지시키는 것을 더 포함하는 얼음분리방법.
제43항에 있어서,

상기 가열액을 흘려보내는 스텝이 완료되었을 때, 상기 가열액을 상기 가열튜브로부터 비우는 것을 더 포함하는 얼음분리방법.
열교환면과 열접촉하고 있는 냉매튜브를 갖는 열교환기와,

펄스 가열을 위해 상기 열교환기에 전기적으로 스위치되는 전력공급장치를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제46항에 있어서,

적어도 하나의 상기 열교환면은

양극처리된 알루미늄 또는 양극처리된 알루미늄 합금으로 형성된 절연체와,

상기 절연체 상에 설치된 도전막에 전기적으로 스위치되는 상기 전력공급장치를 포함하는 펄스 전열 얼음분리장치.
제46항에 있어서,

상기 도전막은 CVD, PVD, 무전해도금(electroless) 코팅 및 페인팅 중의 하나가 적용된 금속층인 펄스 전열 얼음분리장치.
제46항에 있어서,

상기 열교환기는 아코디언(accordion) 타입의 열교환기인 펄스 전열 얼음분리장치.