震撼新聞:電脈衝技術加速除冰 [幻燈片]

新型除冰技術有望在數秒內清除汽車、飛機和橋樑上的冰層

你是否曾經刮擦車窗上的冰,直到雙手僵硬、冰冷、凍得通紅?或者因為車窗除霜器花了太長時間融化你被冰雪覆蓋的擋風玻璃而錯過了約會?或者因為冰暴摧毀了電線,導致你的燈、有線電視或電話中斷——並且持續數天?

好訊息是:一群研究人員開發了一種技術,旨在在幾秒鐘內以電子方式清除物體表面的冰。與傳統的依靠逐漸加熱來液化冰雪的車窗除霜器不同,由新罕布什爾州黎巴嫩的Ice Engineering, LLC公司開發的IceController能夠迅速(在某些情況下不到一秒)釋放高功率電力脈衝,立即融化冰與物體表面之間的介面。Ice Engineering公司的首席技術官兼達特茅斯學院賽耶工程學院的工程學教授維克多·彼得連科說,一旦冰與表面之間的結合被破壞,冰就會滑落。彼得連科在賽耶工程學院發明了IceController背後的“電熱脈衝除冰”技術。

幻燈片:冰害和Ice Engineering公司的工作


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IceController可以連線到任何可能結冰的裝置或結構,並使用電極或薄膜狀不鏽鋼、銅或鋁箔放置在表面上,以便在感應到冰積聚時釋放電力脈衝。脈衝的頻率、強度和持續時間取決於IceController試圖除冰的物件——擋風玻璃、飛機機翼或橋樑拉索。

“我們的目標是將冰與表面之間的介面從[環境]溫度快速加熱到冰的熔點,並使用很大的功率,”彼得連科說。他曾是俄羅斯科學院固態物理研究所的研究實驗室主任,也是莫斯科物理技術學院的物理學教授。“這個過程發生得非常快,與其他除冰方法不同,熱量不會浪費在加熱[物體]表面或冰上。一旦冰被剝離,重力或空氣阻力(例如飛機機翼上的空氣阻力)就會完成剩下的工作。”

Ice Engineering公司最大的兩個裝置分別位於瑞典的烏德瓦拉斜拉橋(該技術自2005年以來一直在使用,參見幻燈片)和莫斯科市正在建設中的一個購物中心的107,639平方英尺(10,000平方米)玻璃穹頂上。瑞典政府擁有的這座橋樑有兩座高於489英尺(149米)的橋塔和120根拉索,每根拉索長655英尺(200米)以上,直徑10英寸(25.4釐米)。每根鋼索都覆蓋著一層薄薄的聚合物管(包裹在不鏽鋼箔中)以防止生鏽。“我們向電纜的兩端施加[一個]大約一秒鐘的電脈衝,”彼得連科說,“所有附著在電纜上的冰都會掉下來。”

該公司還測試了其IceController的改進版本,用於為汽車擋風玻璃和飛機機翼除冰。彼得連科指出,高功率擋風玻璃除霜器以每平方米高達700瓦的功率加熱玻璃,大約需要八分鐘才能將玻璃和冰的介面加熱到熔點。他說,Ice Engineering公司在玻璃上放置一層導電但光學透明的薄膜,然後對薄膜施加每平方米高達20,000千瓦的功率,持續最多四秒鐘,使駕駛員幾乎可以立即清除冰。

冰機制造商Simply Ice, LLC公司位於密歇根州馬凱特的執行長兼擁有23年執照的飛行員馬克·漢根說,Ice Engineering公司的技術也可用於飛機機翼的飛行中除冰(目前飛機在地面上時使用乙二醇和其他噴霧式防凍化學品)。如今,商用飛機透過將來自噴氣發動機的熱空氣重新定向到機翼的前緣以保持機翼溫暖,從而清除飛行中積聚在機翼上的冰。“這會消耗大量燃料,”漢根說。“他們正在尋找在飛行中去除冰的方法,而無需從發動機中抽出空氣,因為這會導致發動機消耗更多燃料。”冰也可能造成操縱性問題,可能導致墜機。

漢根非常瞭解Ice Engineering公司的技術——Simply Ice計劃在2010年前使用IceController升級其酒店和餐廳使用的商用製冰機系列。商用製冰機通常透過首先將熱水倒入模具,然後使用某種形式的熱量(Simply Ice公司的裝置使用熱氣)來鬆動冰塊,以便可以從模具中取出冰塊。

漢根指望Ice Engineering公司的電脈衝技術能夠更經濟高效地破碎其製冰機製造的冰塊。“我們已經用彼得連科博士的技術取代了整個過程,”他說。熱氣可能需要幾分鐘才能將冰塊從模具中取出,而高功率電脈衝大約需要四秒鐘。一臺典型的製冰機在其所有者10年的使用期內,電費和維護費約為 20,000 美元。他補充說,使用脈衝電源將節省能源並減少維護,從而將這筆支出至少減少 5,000 美元。新型製冰機生產 100 磅冰塊將使用 3.58 千瓦時,而不是需要 6.7 千瓦時。(漢根說,他希望將每 100 磅或 45 公斤冰塊的能耗降至 3 千瓦時。)

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