專利名稱：利用脈沖電熱除霜的制冷劑蒸發(fā)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制冷劑蒸發(fā)器領(lǐng)域。具體地，公開的制冷劑蒸發(fā)器適于脈沖電熱除霜， 并且具有允許高效熱交換的高制冷劑管密度。
背景技術(shù)：
期望使制冷劑蒸發(fā)器高效、小巧且輕便。然而，當(dāng)小巧且輕便的蒸發(fā)器采用含有水分的空氣時，水分往往在蒸發(fā)器上凝結(jié)一層冰或霜。不久之后，冰堵塞蒸發(fā)器且系統(tǒng)效率受到影響。蒸發(fā)器的冷卻線圈或翅片之間的空氣通道越窄，這些通道積冰并變堵的速度就更快。當(dāng)空氣通道被堵塞時，通過蒸發(fā)器的氣流受阻，并且包含蒸發(fā)器的制冷系統(tǒng)的效率也受到影響。在我們以前公布的專利和申請中，已經(jīng)表明，蒸發(fā)器的管可充當(dāng)電阻加熱器，通過這個電阻加熱器的電流可用于從蒸發(fā)器的管和翅片中融化并除去冰。我們已經(jīng)使用術(shù)語脈沖電熱除霜(PETD)來描述脈沖中的電功率對蒸發(fā)器和其他設(shè)備進行除霜的應(yīng)用，其中該電功率通常具有一分鐘的持續(xù)時間并常常具有超過每平方米2千瓦的高功率密度。在我們以前的工作中，由普通制冷劑管材(諸如鋁和銅)直接形成的電阻加熱器具有低電阻。向這種低電阻的電阻加熱器提供合理的電功率需要笨重且昂貴的高電流配線和降壓變壓器。例如，我們具有這樣的系統(tǒng)，其中，蒸發(fā)器的管自身充當(dāng)次級降壓變壓器，該次級降壓變壓器與連接至交流電源的主降壓變壓器電感耦合。期望增加蒸發(fā)器的電阻以允許使用更低電流和更高電壓來融化并除去來自蒸發(fā)器的管的冰。更高電阻的優(yōu)勢在于，它允許使用更輕的配線和更廉價的開關(guān)裝置和/或變壓器。我們以前還公開了在非導(dǎo)電或電絕緣的管上具有更高電阻的薄膜電阻涂層的蒸發(fā)器。這些實施方式的建造多少有些昂貴，因為這種薄膜涂層的沉積是昂貴的。

發(fā)明內(nèi)容
一種脈沖電熱除霜蒸發(fā)器系統(tǒng)，具有多個制冷劑管，這些制冷劑管由導(dǎo)電且導(dǎo)熱的金屬形成，并且并聯(lián)連接以減少對制冷劑流動的阻力。然而，這些管串聯(lián)地電連接以提供高電阻。一種控制器，能夠檢測冰的積累并且能夠使串聯(lián)管連接至電源，以在需要對管除冰時進行除冰。在可選實施方式中，一種脈沖電熱除霜蒸發(fā)器系統(tǒng)，具有長的、寬腔的制冷劑管， 以同時提供適度低的對制冷劑流動的阻力和適度高的電阻。一種控制器，能夠檢測冰的積累并且能夠使串聯(lián)管連接至電源，以在需要對管除冰時進行除冰。


圖1是具有螺旋形狀的制冷劑管和用于強制空氣循環(huán)的軸流式風(fēng)機的制冷劑蒸發(fā)器的立體圖；圖2是在圖1中點A-A處截取的圖1的蒸發(fā)器的截面圖；圖3示出了圖1的蒸發(fā)器的單獨的管；圖4是圖1的實施方式的交替導(dǎo)電和絕緣的歧管的部分分解立體圖；圖5是圖1的實施方式的歧管的部分分解截面圖；圖6是示出使用圖4和圖5歧管的、圖1的實施方式的管的電串聯(lián)的示意圖；圖7是示出蒸發(fā)器通過控制器連接至電源的電學(xué)示意圖；圖8是用于蒸發(fā)器中的折疊螺旋管的視圖；圖9使用圖8的管的蒸發(fā)器的立體圖；圖10是用于蒸發(fā)器的雙螺旋管的視圖；圖11是一種蒸發(fā)器的視圖，該蒸發(fā)器具有多個盤繞為同心圓柱的蒸發(fā)器管，蒸發(fā)器管為制冷劑并聯(lián)，并且串聯(lián)地電聯(lián)接；圖12是具有直管和平板狀歧管的蒸發(fā)器的視圖，這些歧管具有與圖4和圖5的結(jié)構(gòu)類似的成對導(dǎo)電且對間絕緣的結(jié)構(gòu)；圖13是用在蒸發(fā)器中的蛇形管的視圖；圖14是一種蒸發(fā)器的立體圖，該蒸發(fā)器使用圖13的管以及與圖4和圖5的歧管類似的歧管；圖15是一種蒸發(fā)器的立體圖，該蒸發(fā)器具有三個部分，每個部分類似于圖1的蒸發(fā)器；圖16是一種蒸發(fā)器系統(tǒng)的立體圖，該蒸發(fā)器系統(tǒng)具有多個蒸發(fā)器部分，該多個蒸發(fā)器部分以串并聯(lián)的方式聯(lián)接在一起，并且其電連接不同于制冷劑流動的連接；圖17是一種蒸發(fā)器的圖示，該蒸發(fā)器具有單根、長的、盤繞的制冷劑管；圖18是系統(tǒng)中圖17的蒸發(fā)器的圖示；圖19示出一種蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器具有附接至傳導(dǎo)管的蛇形傳導(dǎo)翅片；以及圖20示出一種蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器具有與圖19類似的蛇形傳導(dǎo)翅片并且在管中具有彎曲。
具體實施例方式圖1示出了具有風(fēng)扇102的制冷劑蒸發(fā)器100，風(fēng)扇102用于使空氣循環(huán)穿過蒸發(fā)器(空氣在蒸發(fā)器中被冷卻)，并從那里進入冰箱、冷庫、制冰機、小型冷庫、或其他需要被冷卻空氣的設(shè)備或地方。這個實施方式的截面顯示在圖2中。蒸發(fā)器具有制冷劑輸入和分配歧管104和制冷劑收集和輸出歧管106 (圖幻。蒸發(fā)器100具有連接分配歧管104和輸出歧管106的制冷劑管108 ；這些制冷劑管108以第一方向盤繞成螺旋。分配歧管104和輸出歧管106還連接有其他制冷劑管110，這些制冷劑管110以第二方向盤繞成螺旋。管 108,110同時在兩個方向上的盤繞允許管在歧管104、106的兩側(cè)交替地連接至歧管104和106，從而為將管108、110附接至104、106的配件112提供充足的空間，并允許扳手進入以
擰緊這些配件。在圖1的實施方式中，制冷劑管108由金屬(它是電導(dǎo)體)構(gòu)造。為了便于利用電力除霜，管可以由金屬構(gòu)造，諸如不銹鋼或鎳鉻鐵合金，相比于純鋁或純銅，不銹鋼或鎳鉻鐵合金具有良好的抗腐蝕性、對制冷劑流動的低阻力、以及對電流的更高電阻。此外，其他具有適度高電阻率的導(dǎo)電材料也可用于制作管。這種適度電阻材料的例子包括導(dǎo)電聚合物、鋅或鍍錫鋼、鈦以及類似材料。在圖1、圖8、圖10和圖12的一些實施方式中，相鄰管中的電流可以以相反方向流動，從而減少了蒸發(fā)器的總電感。當(dāng)利用交流電源對管進行加熱時，更低的電感允許更高的功率因數(shù)。在圖1的實施方式中，制冷劑管108并聯(lián)連接用于制冷劑的流動?？偟膩碚f，這些管因此為制冷劑流動提供很小的阻力，并具有很小的壓降，并且因此在使制冷劑通過制冷劑管移動的過程中消耗制冷劑泵很小的功率。因為在移動制冷劑通過蒸發(fā)器的過程中存在很小的功率損失，所以使用與圖1中的蒸發(fā)器類似的蒸發(fā)器可以提供比其他設(shè)計更高的制冷功率效率。圖1的實施方式具有低電感，因為管的一半在圍繞螺旋的每個方向上均攜帶電流；這些電流所產(chǎn)生的磁場往往相互抵消，從而降低了蒸發(fā)器的電感。在圖1的實施方式中，空氣通過制冷劑管108、110之間的空間進入蒸發(fā)器，并且通過風(fēng)扇102離開。在可選實施方式中，通過蒸發(fā)器的氣流是倒轉(zhuǎn)的，通過風(fēng)扇進入并通過制冷劑管108、110之間的空間離開。在具有中心封堵器和外圍護罩(未顯示)的又一實施方式中，空氣在與風(fēng)扇相對的蒸發(fā)器的螺旋線圈的一端進入，并通過風(fēng)扇102離開。在可選實施方式中，諸如利用狹窄焊接配件、樁支撐配件或按壓配件來代替螺紋配件的實施方式，管108、110都可以在相同方向上螺旋盤繞，因為這些配件112可以緊密地間隔而互不干擾。在實施方式中，如圖4和圖5所示，各交替導(dǎo)電和絕緣的歧管104、106具有由一系列導(dǎo)電環(huán)制成的外部。這些導(dǎo)電環(huán)120由金屬制成并通過絕緣環(huán)122分隔，絕緣環(huán)122由非導(dǎo)電材料(如塑料或硅橡膠)制成。交替導(dǎo)電環(huán)120和絕緣環(huán)122形成交替導(dǎo)體和電介質(zhì)聯(lián)接件的直線排列。在實施方式中，絕緣環(huán)122由尼龍、交聯(lián)聚乙烯、ABS、聚酰亞胺、聚酰胺，或由這些材料中的一種與通過玻璃纖維或碳纖維加固的環(huán)氧樹脂制成的復(fù)合材料制成。在特定的實施方式中，歧管104、106的導(dǎo)電環(huán)120和絕緣環(huán)122裝配在核心管IM上。 核心管1 具有孔126，孔1 允許來自核心管124內(nèi)的制冷劑通過其進入蒸發(fā)器的管，諸如管108。在實施方式中，核心管124由非導(dǎo)電材料制成，在可選實施方式中，核心管124由導(dǎo)電材料制成，但是導(dǎo)電環(huán)120通過絕緣內(nèi)環(huán)128與核心管IM絕緣。歧管104、106通過利用端螺母130和固定在核心管IM上的凸緣134壓縮環(huán)120、122而保持在一起。在這個實施方式中，除了一個或兩個歧管的端環(huán)，各導(dǎo)電環(huán)均電連接至兩個管 108、110，并且各管對與其它管對相互電絕緣。在這個實施方式中，輸出歧管106的導(dǎo)電環(huán)與輸入分配歧管104的導(dǎo)電環(huán)有一個管的偏移。為了允許這種偏移，在歧管104、106的至少一個的一端或兩端處設(shè)置單管環(huán)來代替雙管環(huán)，它們被設(shè)置，使得在蒸發(fā)器的各端出現(xiàn)一個單管環(huán)。這導(dǎo)致了螺旋管108從第一電連接140以串聯(lián)方式電連接至第二電連接142，如圖6所示，其中導(dǎo)電環(huán)120電連接相鄰管108。用于加熱電流應(yīng)用的電連接設(shè)置在單管環(huán)處，或附接至與單管環(huán)相鄰的管。在實施方式中，由蒸發(fā)器100的串聯(lián)螺旋管108、110形成的電阻加熱器通過開關(guān)裝置146連接至115伏或220伏的電源148，如圖7所示。當(dāng)需要對蒸發(fā)器100進行除霜時，開關(guān)裝置146、控制器(諸如控制器150)的部件閉合以使電源148聯(lián)接至蒸發(fā)器100。在可選實施方式中，歧管104、106由非導(dǎo)電材料(諸如塑料)制成；在這個實施方式中，導(dǎo)電金屬帶固定在制冷劑管108、110的末端附近，并且在成對的制冷劑管108、110之間橋接，以提供與圖6中的電連接相當(dāng)?shù)碾娺B接。在圖1至圖6的實施方式中，歧管104、106提供制冷劑通過管108、110的并行流動。與圖1中所示的螺旋線圈蒸發(fā)器類似的螺旋線圈蒸發(fā)器被設(shè)計、制造和測試。蒸發(fā)器由不銹鋼(SQ管建造，不銹鋼管具有3. 175毫米的外徑和0. 2M毫米的壁厚度以及38 米的總長度。蒸發(fā)器具有20個螺旋線圈，每個線圈具有六匝管。管間距在軸向上為6毫米， 在徑向上為5毫米。小的管直徑和約兩毫米的小的管間空間使在管和空氣之間具有高的熱交換率，因此，允許小而輕的蒸發(fā)器。所有螺旋是串聯(lián)地電連接的，具有約10歐姆的電阻。雖然被建造和測試的蒸發(fā)器的實施方式使用具有圓形橫截面的單個制冷劑通道的制冷劑管，但是類似的裝置可以由具有其他橫截面的管建造。例如，可選實施方式可以由具有方形或矩形橫截面的管建造，并且形成與圖1至圖6的中所示的螺旋類似的螺旋。另一個實施方式使用具有若干平行腔的微通道制冷劑管形成，微通道管具有大體矩形形狀。在入口空氣與管之間溫差TD = 6°C時，蒸發(fā)器的制冷能力被發(fā)現(xiàn)為Pc = 200瓦。 已經(jīng)充分發(fā)現(xiàn)，電阻蒸發(fā)器也可以直接連接至公共交流線路，諸如115VAC/60HZ，從而省去了降壓變壓器的成本。為了執(zhí)行允許PDTE的除霜，蒸發(fā)器通過控制器150的開關(guān)146(圖 7)直接連接至115VAC/60HZ電源148而不使用中間變壓器，于是它吸收大約11. 5安培、約 1300瓦的功耗。試驗表明，從蒸發(fā)器中移除半毫米厚的霜只花費了大約30秒。除霜時間約為具有相同制冷能力的傳統(tǒng)管上翅片(fins-on-tube)的家用蒸發(fā)器的除霜周期的典型長度的四十至六十分之一。這種原型蒸發(fā)器的體積還是具有相同制冷能力的傳統(tǒng)蒸發(fā)器體積的約十分之一，從而在冷庫隔間內(nèi)提供更多有用的空間。在實施方式中，控制器150能夠檢測出蒸發(fā)器上積累的冰和/或霜。在不同的實施方式中，控制器通過檢測穿過蒸發(fā)器的氣流阻塞、通過檢測蒸發(fā)器對振動的響應(yīng)的變化、 或通過檢測穿過蒸發(fā)器的光束在冰或霜會阻塞光束的位置處的阻塞來執(zhí)行檢測。在可選實施方式中，制冷劑管202被折疊，然后盤繞成如圖8和圖9中所示折疊的螺旋。這種折疊螺旋管202聯(lián)接至輸入歧管204，并聯(lián)接至輸出歧管204。與圖1的蒸發(fā)器類似，圖9的蒸發(fā)器可以聯(lián)接至風(fēng)扇，風(fēng)扇用于通過蒸發(fā)器的管間空間抽取空氣并且循環(huán)被冷卻的空氣。圖9的實施方式的優(yōu)勢在于，由于各管的一半在圍繞螺旋的每個方向上均攜帶電流，這些電流所產(chǎn)生的磁場往往相互抵消，從而減少了蒸發(fā)器的電感。在實施方式中，圖10具有與圖9類似的均位于線圈外部的兩個歧管，管220從輸入歧管222離開并且朝向中心盤旋，然后它以一個管間距垂直于圖9的平面偏移，于是它向外盤旋以進入輸出歧管224。與圖1和圖4的歧管104、106 —樣，多個管并聯(lián)用于制冷劑的通過，且它們是有效地串聯(lián)地電連接的。圖10的實施方式的優(yōu)勢在于，由于各管的一半在每個方向上均攜帶電流，這些電流所產(chǎn)生的磁場往往相互抵消，從而減少了蒸發(fā)器的電感。在又一實施方式中，如圖11所示，蒸發(fā)器具有多個盤繞為同心圓柱的蒸發(fā)器管 250、252、254、256，與參照圖4和圖5所述的那些蒸發(fā)器管類似，這些管為制冷劑并聯(lián)聯(lián)接， 并且通過使用交替導(dǎo)電和絕緣的歧管258、260而串聯(lián)地電聯(lián)接。因為各管中電流的方向與下一個更小圓柱的管的電流方向相反，所以這些電流所產(chǎn)生的磁場大部分被抵消，從而減少了蒸發(fā)器的電感。在又一實施方式中，如圖12所示，蒸發(fā)器具有多個直的蒸發(fā)器管觀0，這些管280 為制冷劑并聯(lián)聯(lián)接并且通過使用平面輸入和輸出歧管洲2、284而串聯(lián)地電聯(lián)接。輸入和輸出歧管觀2、284具有導(dǎo)電元件和絕緣元件的直線排列，導(dǎo)電元件用于電聯(lián)接成對的蒸發(fā)器管觀0，絕緣元件用于分隔導(dǎo)電元件。歧管觀2、284因此呈現(xiàn)出導(dǎo)電元件和電介質(zhì)聯(lián)接件的直線排列，其在功能上類似于參考圖4和5所述的導(dǎo)電元件和電介質(zhì)聯(lián)接件的直線排列。在又一實施方式中，如圖13所示，用于蒸發(fā)器的蛇形制冷劑管302從輸入歧管304 和輸出歧管306延伸。圖14是一種蒸發(fā)器的立體圖，該蒸發(fā)器使用圖13的管并且具有與圖4和圖5的歧管類似的歧管。與圖1的實施方式一樣，蒸發(fā)器管302為制冷劑并聯(lián)聯(lián)接， 并且通過使用交替導(dǎo)電和絕緣的輸入和輸出歧管304、306而串聯(lián)地電聯(lián)接。在這些實施方式中，包括圖1、圖9、圖11、圖12和圖14中的實施方式，第一和第二電連接被形成為串聯(lián)連接的蒸發(fā)器制冷劑管。參照圖7，這些電連接通過控制器中的開關(guān)元件146 (諸如三端雙向可控硅、繼電器、或其他半導(dǎo)體開關(guān))聯(lián)接至電源148，電源148可以是商業(yè)輸電干線?？刂破?50使用冰檢測器152傳感器(諸如氣流傳感器)，以檢測蒸發(fā)器100內(nèi)冰的存在。當(dāng)檢測到冰時，控制器閉合開關(guān)元件146以將來自電源148的高功率電源脈沖通過電連接施加至串聯(lián)連接的蒸發(fā)器管。通過將高功率的脈沖施加到蒸發(fā)器的制冷劑管，控制器能夠在少于1分鐘的時間內(nèi)對蒸發(fā)器進行除冰，而且在某些實施方式中位于15秒和30秒之間。這種快速除霜通過減少制冷系統(tǒng)的漫長加熱并且允許制冷系統(tǒng)的高占空比來允許系統(tǒng)的高效率。如圖15所示，蒸發(fā)器系統(tǒng)800可以具有多個部分，每個部分如之前參照圖1、圖9、 圖11、圖12和圖14的實施方式所述。在示例的實施方式中，蒸發(fā)器系統(tǒng)800具有三個部分 802、804、806，每個部分具有制冷劑管803，制冷劑管803為制冷劑流動并聯(lián)聯(lián)接，但是為輸入歧管808和輸出歧管810之間的電流串聯(lián)聯(lián)接。在圖15的實施例中，各制冷劑管被盤繞為與圖9的實施方式一樣的雙螺旋。蒸發(fā)器800的脈沖電熱除冰由兩條總線供電，兩條總線中的一條814可連接至AC 中性連接，另一條812連接至電源，諸如AC電源連接、AC-DC、DC-DC、或DC-AC電壓轉(zhuǎn)換器、 脈沖占空變壓器、電池或超級電容器，各部分802、804、806具有控制器150的電子或機電開關(guān)裝置816、818、820，這些開關(guān)裝置816、818、820用于將部分802、804、806聯(lián)接至電源。在實施方式中，控制器150確保蒸發(fā)器每次只有一個部分802、804、806與電源聯(lián)接，以確保電源不會過載。在可選實施方式中，適合與大容量系統(tǒng)一起使用的三個部分802、804、806通過開關(guān)裝置816、818、820以Y或Δ連接聯(lián)接至三相交流電源，如208伏至640伏三相主電源系統(tǒng)，而不需要任何中間降壓變壓器。本設(shè)計的蒸發(fā)器具有可以有時連接至電源的管；與其他人造物一樣，它們可能也需要不時維修。雖然在大多數(shù)附圖中沒有明確示出，但是應(yīng)該理解的是，安全互鎖將被使用以在維修期間斷開蒸發(fā)器與電源的連接。所示的實施方式示出了利用歧管中的導(dǎo)電管和導(dǎo)電環(huán)進行電介質(zhì)隔離以連接蒸發(fā)器管的歧管(諸如圖4和圖5中的歧管)的使用，這些蒸發(fā)器管并聯(lián)用于制冷劑流動，并且串聯(lián)用于電流流動。實施方式可以包含多個蒸發(fā)器部分，其中各部分與1、9、11、12或14 的蒸發(fā)器類似，其中這些部分以與上述組合不同的其他組合連接在一起。例如，重載蒸發(fā)器可以具有八個部分，這些部分以如圖16所示的串并聯(lián)結(jié)構(gòu)與制冷系統(tǒng)的其他部件聯(lián)接在一起。在圖16的系統(tǒng)中，存在制冷領(lǐng)域中公知的壓縮機852和冷凝器854。在穿過孔或膨脹閥856并穿過輸入或分配歧管859之后、在流入蒸發(fā)器之前，被壓縮的制冷劑膨脹。制冷劑流過串聯(lián)的蒸發(fā)器部分858、860、和862。制冷劑接著還通過串聯(lián)的部分864、866、868， 并通過串聯(lián)的870和872。為了防止蒸發(fā)器部分870、872被制冷劑拱起，這些蒸發(fā)器可由直徑比蒸發(fā)器的其他部分更小的管制成。制冷劑通過輸出歧管861從蒸發(fā)器部分收集，用于返回到壓縮機。圖16的多個部分成對地、串聯(lián)地電聯(lián)接在一起，并且可以具有與制冷劑流動的連接不同的電連接。例如，當(dāng)除霜控制器876確定需要除霜時，開關(guān)裝置878將部分858和860 串聯(lián)地連接至電源。類似地，當(dāng)除霜控制器876確定需要除霜時，開關(guān)裝置880將部分862 和868串聯(lián)地連接至電源。此外，當(dāng)除霜控制器876確定需要除霜時，開關(guān)裝置882將部分 864和866串聯(lián)地連接至電源。最后，當(dāng)除霜控制器876確定需要除霜時，開關(guān)裝置884將部分870和872串聯(lián)地連接至電源。電源通常直接聯(lián)接至AC主電源連接器，而不需要任何中間降壓變壓器。圖17的實施方式具有蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器的制冷劑管902具有至少20米的長度，并且在一個實施方式中具有26米的長度和6. 35毫米的直徑(四分之一英寸)和0. 127毫米的壁厚。優(yōu)選地，管902具有至少5歐姆的電阻，以允許在沒有變壓器的情況下工作。該管被盤繞為5層，每層6匝，每匝盤繞為具有約7歐姆電阻的圓形蒸發(fā)器。夾具906在第一端處將線904附接至管902，線904聯(lián)接至AC主電源連接器910的中性連接，AC主電源連接器通常適于直接連接至110至240伏的交流電源而不需要任何降壓變壓器，該電壓依賴于旨在運行該裝置的國家中通常使用的配電系統(tǒng)。另一夾具91將第二線914聯(lián)接至管902的第二端，第二線連接至電流擴散夾具916，電流擴散夾具916附接至不銹鋼蒸發(fā)器盤918的一端，蒸發(fā)器盤918用于收集在除冰周期從蒸發(fā)器管902釋放的水和冰，并將那些水蒸發(fā)。 在實施方式中，盤具有大約0. 5歐姆的電阻。第三線920通過另一電流擴散夾具922附接至蒸發(fā)器盤918的另一端，第三線連接至用于控制除冰周期的控制器的開關(guān)裝置924的一極。開關(guān)裝置924的第二極聯(lián)接至AC電源連接器。對于換熱器管902的每平方米大體上 3千瓦的除冰功率密度，管902和盤918的串聯(lián)組合具有約7. 5歐姆，并且將從115伏的電源產(chǎn)生約15安培，總功耗大約1750瓦。如前所述，其他實施方式可以使用其他急速的、高強度的持續(xù)電流脈沖，同時提供超過每平方米換熱器表面區(qū)域1千瓦的功率密度，以在需要除霜時允許快速除冰。這種蒸發(fā)器已被發(fā)現(xiàn)可作為單根蒸發(fā)器管工作，用于在具有負25 攝氏度的制冷劑的冷庫中，在制冷劑和空氣之間交換大約200瓦。在可選實施方式中，蒸發(fā)器盤918可以使用與蒸發(fā)器管902并聯(lián)聯(lián)接的更高電阻的加熱元件來代替所示的串聯(lián)聯(lián)接的低電阻。蒸發(fā)器可以配備(優(yōu)選地在所有非中性電源連接中)有可熔連接或其他熱切斷安全裝置，用于在控制器的處于閉合狀態(tài)的開關(guān)裝置擬4將要發(fā)生故障并且蒸發(fā)器因此過熱時斷開除冰電流。可熔連接930因此熱聯(lián)接至蒸發(fā)器管902，并與蒸發(fā)器管902和開關(guān)裝置 924串聯(lián)地電接線。此外，由于通電的蒸發(fā)器與人體皮膚的直接接觸可能引起熱或電灼傷甚至觸電， 所以期望，當(dāng)為了修理或維護而進入時，甚至當(dāng)用戶忽視指示并且沒有斷開設(shè)備(蒸發(fā)器是該設(shè)備的一部分)的電源時，不向蒸發(fā)器施加除冰電流。因此，蒸發(fā)器配備在所有非中性電源連接中，優(yōu)選地在所有電源連接中，蒸發(fā)器都配備有安全互鎖裝置，諸如互鎖開關(guān)932。 互鎖開關(guān)932可以是插頭與插座的結(jié)構(gòu)，從而為了打開里面放置有蒸發(fā)器的匣或殼體，就需要斷開插頭與插座的連接?；ユi開關(guān)932也可以是一個或多個串聯(lián)連接的開關(guān)裝置，其機械地聯(lián)接至里面放置有蒸發(fā)器的匣或殼體的一個或多個部件，以打開室或殼體的方式打開開關(guān)932。雖然為了簡化而沒有在大多數(shù)附圖中單獨示出熱切斷或可熔連接930和安全互鎖932，但應(yīng)該理解，這些裝置適于與所有示出的實施方式一起使用，并且這些裝置應(yīng)該被解釋為所有示出的實施方式的部件。為了防止電加熱系統(tǒng)(蒸發(fā)器用于該系統(tǒng))的其他部件而浪費功率，管902通過絕緣聯(lián)接件聯(lián)接至制冷系統(tǒng)中其他含有制冷劑的標準部件，諸如壓縮機，諸如壓縮機 852 (圖16)，孔856，和冷凝器854。與圖17的蒸發(fā)器類似的蒸發(fā)器可以用作蒸發(fā)器940，蒸發(fā)器940位于殼體942中并配備有風(fēng)扇944，風(fēng)扇944用于穿過蒸發(fā)器抽取空氣并且將冷空氣驅(qū)逐到冷庫中，如圖18 所示。示出的實施方式是僅具有管的蒸發(fā)器，因為熱交換表面區(qū)域主要是制冷劑管的表面，而不是附接至制冷劑管的翅片的表面。類似的實施方式可以具有金屬熱交換翅片，這些翅片附接至蒸發(fā)器的單根管，使得這些翅片與蒸發(fā)器的至少一個管熱接觸，但是與蒸發(fā)器的不超過一個管電接觸，因為翅片與多個管的電接觸可能擾亂通過蒸發(fā)器的除霜電流。這種蛇形翅片的實施方式960在圖19中示出。在蛇形翅片的實施方式中，制冷劑管962由具有一定電阻的導(dǎo)電材料形成，諸如不銹鋼合金。具有在管962的電阻率的量級之內(nèi)的電阻率的合金片或條被鉆有足夠直徑的孔以使管962穿過該片，并且形成Z字形或蛇形的形狀以使孔對齊。然后，管穿過片中的孔， 在多個點處電附接和熱附接至該片，以形成附接至管962的蛇形翅片964。蒸發(fā)器中各管 962的各端設(shè)置有夾具966、972，夾具966、972用于將管968聯(lián)接至線968或其他附近或相鄰的管(未顯示)。管962可以被彎曲(如圖20所示)，或者被盤繞(未顯示)并覆蓋有蛇形翅片964，蛇形翅片964在彎曲970處或切斷或連續(xù)。圖19和圖20的實施方式特別適合于與垂直圖示頁面通過的氣流一起使用，從而空氣通過翅片964的兩個表面，包括通過翅片和管962之間的空間并且橫跨管的外部。在這個實施方式中，從夾具966通過管962流到夾具972的電流的一部分通過翅片964轉(zhuǎn)移， 這樣在釋放冰期間，翅片964通過來自管962的熱傳導(dǎo)并且通過翅片964中的電阻發(fā)熱來進行加熱。如前所述，提供超過每平方米換熱器表面區(qū)域1千瓦的功率密度的急速的、高強度電流脈沖被使用，以在需要除霜時允許快速除冰。 雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實施方式具體示出和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以在形式和細節(jié)上進行各種其他改變。將理解的是，在不脫離本文所公開的以及隨后權(quán)利要求書所包括的更廣泛的發(fā)明概念的情況下，可以進行各種改變以使本發(fā)明適應(yīng)不同的實施方式。
權(quán)利要求
1.一種脈沖電熱除霜蒸發(fā)器系統(tǒng)，包括 多個制冷劑管(108，202，803)，由導(dǎo)電金屬形成；第一歧管(104，204)，用于將制冷劑分配到所述多個制冷劑管(108，202，80；3)中，所述多個制冷劑管并聯(lián)連接用于制冷劑流動；第二歧管(106，206)，用于從所述多個制冷劑管接收制冷劑；以及控制器(150)，用于檢測所述制冷劑管上積累的冰，并且用于當(dāng)所述制冷劑管上檢測到冰時使所述制冷劑管電連接至電源以對所述制冷劑管進行除冰； 其中，多個所述制冷劑管串聯(lián)地電聯(lián)接在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其中，所述蒸發(fā)器不具有附接至所述蒸發(fā)器的管的熱交換翅片(圖1)。
3.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其中，所述制冷劑管由不銹鋼形成。
4.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其中，相鄰管中的電流以相反方向流動，以減少所述蒸發(fā)器的電感(圖8，圖9)。
5.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其中，所述蒸發(fā)器的相鄰管以相反方向盤繞，以減少所述蒸發(fā)器的電感。
6.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其中，多個所述制冷劑管的形狀選自螺旋線圈、盤旋線圈、折疊螺旋、和雙螺旋。
7.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其中，所述蒸發(fā)器被分成多個部分，每個部分包括多個串聯(lián)地電聯(lián)接的制冷劑管，所述控制器適于將所述蒸發(fā)器的多個部分分別地聯(lián)接至所述電源。
8.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器(圖15)，其中，所述蒸發(fā)器被分成多個部分(802，804， 806)，每個部分包括多個串聯(lián)地電聯(lián)接的制冷劑管，所述控制器(150)適于以Y或△結(jié)構(gòu)將所述多個部分聯(lián)接在一起，所述電源是三相交流源。
9.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其中，所述電源選自電池、DC-AC轉(zhuǎn)換器、和交流主電源連接。
10.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其中，所述第一歧管(104，204)進一步包括多個導(dǎo)電部分，其中至少一個導(dǎo)電部分通過電介質(zhì)與其他導(dǎo)電部分隔開，所述歧管的至少一個導(dǎo)電部分與至少兩個管電聯(lián)接。
11.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，進一步包括熱切斷器，所述熱切斷器與所述制冷劑管熱聯(lián)接并電串聯(lián)，從而當(dāng)所述制冷劑管過熱時斷開所述制冷劑管與所述電源的連接。
12.如權(quán)利要求11所述的蒸發(fā)器，進一步包括互鎖裝置，當(dāng)打開殼體時，所述互鎖裝置被聯(lián)接為能夠斷開所述制冷劑管與所述電源的聯(lián)接，所述制冷劑管放置在所述殼體內(nèi)。
13.—種脈沖電熱除霜蒸發(fā)器系統(tǒng)，包括多個部分(802，804，806，858，860)，各部分包括 多個制冷劑管(803)，由導(dǎo)電金屬形成；第一歧管(808，859)，用于將制冷劑分配到所述多個制冷劑管中，所述多個制冷劑管并聯(lián)連接用于制冷劑流動；第二歧管(810，861)，用于從所述多個制冷劑管接收制冷劑；以及第一電連接和第二電連接(812，814)，用于將電源聯(lián)接至所述多個制冷劑管，各部分的制冷劑管串聯(lián)地電聯(lián)接在一起；控制器(876)，用于檢測所述制冷劑管上積累的冰，并且用于當(dāng)該部分的制冷劑管上檢測到冰時使至少一個部分的第一電連接電聯(lián)接至電源以對所述制冷劑管進行除冰； 其中，所述部分以串聯(lián)、并聯(lián)、或串并聯(lián)的方式聯(lián)接在一起用于制冷劑流動；并且所述部分(圖16)以串聯(lián)、并聯(lián)、或串并聯(lián)的方式電聯(lián)接在一起。
14.如權(quán)利要求13所述的蒸發(fā)器，其中，所述部分為制冷劑流動而聯(lián)接在一起的方式不同于這些部分電聯(lián)接在一起的方式。
15.一種蒸發(fā)器，包括盤管902，具有至少5歐姆的電阻， 至少一個電開關(guān)裝置924，以及至少兩個夾具906，912，用于將電流聯(lián)接到所述管內(nèi)， 導(dǎo)電蒸發(fā)器水收集盤，以串聯(lián)、或并聯(lián)的方式與所述管902電連接， 其中，所述蒸發(fā)器被接線，以使電流從交流主電源連接器910穿過第一夾具進入所述管中，并從所述管穿過第二夾具進入所述開關(guān)裝置，并從所述開關(guān)裝置回到所述交流主電源連接器，所述蒸發(fā)器被接線，以使電流在不穿過降壓變壓器的情況下從所述交流主電源連接器910穿過所述管。
16.如權(quán)利要求15所述的蒸發(fā)器，進一步包括熱切斷裝置930和安全互鎖裝置932， 所述熱切斷裝置930和安全互鎖裝置932與所述管902串聯(lián)接線，從而當(dāng)所述蒸發(fā)器的殼體被打開或所述管中的溫度過高時，斷開所述管與所述交流主電源連接器910的電連接。
17.如權(quán)利要求15所述的蒸發(fā)器，其中，所述盤管具有超過20米的長度。
18.一種蒸發(fā)器，包括 至少5歐姆的制冷劑管962，裝置，用于在沒有降壓變壓器的情況下聯(lián)接來自交流主電源的電流通過所述管； 蛇形翅片964，沿著所述管在多個位置處熱附接且電附接至所述管，使得電流在管和翅片之間分配以使管和翅片均產(chǎn)生大量電阻發(fā)熱。
19.如權(quán)利要求18所述的蒸發(fā)器，其中，聯(lián)接電流通過所述管的所述裝置用于將所述管電連接到交流主電源上，一定時裝置用于在需要除冰時將所述電流的持續(xù)時間限制為短持續(xù)時間的脈沖。
20.如權(quán)利要求19所述的蒸發(fā)器，其中，當(dāng)電流被施加到所述管時，所述電流在每平方米換熱區(qū)域上提供至少1千瓦的功率。
21.如權(quán)利要求20所述的蒸發(fā)器，進一步包括熱切斷裝置930和安全互鎖裝置932，所述熱切斷裝置和所述安全互鎖裝置與所述管電串聯(lián)接線，從而當(dāng)所述蒸發(fā)器過熱時或者當(dāng)打開里面放置有所述管的殼體時，斷開所述管與所述交流主電源的連接。
全文摘要
一種脈沖電熱除霜蒸發(fā)器系統(tǒng)，具有多個制冷劑管，這些制冷劑管由導(dǎo)電金屬形成，且并聯(lián)連接用于制冷劑流動。然而，這些管串聯(lián)地電連接。一種控制器，能夠檢測冰的積累并且能夠當(dāng)需要對管除冰時將管連接至電源以進行除冰。公開了具有歧管的實施方式，該歧管具有彼此絕緣的多個導(dǎo)電部分并用于串聯(lián)地電聯(lián)接管。公開了具有單根、長的、寬孔管的可選實施方式，并且公開了具有與管串聯(lián)或并聯(lián)聯(lián)接的蒸發(fā)盤的實施方式，以及具有熱切斷器和電安全互鎖的實施方式。
文檔編號F25B39/04GK102265103SQ200980153158
公開日2011年11月30日 申請日期2009年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日
發(fā)明者維克托·彼得連科, 費多爾·F·彼得連科 申請人:達特默斯大學(xué)托管會