CN105378402A - 冷却设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一些实施方式提供了用于冷却物品的设备。所述设备包括热交换器，所述热交换器被布置成被供以来自流体存储器的流体，所述流体存储器在使用中设置在热交换器上方。流体存储器包括用于冷却存储器内的流体的冷却装置，使得流体在重力作用下流入热交换器以冷却物品。所述设备可设置成冷却例如在电信基站内的一个或更多蓄电池或其它物品。

Description

冷却设备和方法

技术领域

本发明涉及一种冷却设备并且特别地但非排它性地涉及一种用于冷却蓄电池或蓄电池组的设备，所述蓄电池或蓄电池组用于向电气系统供应备用电力。本发明的各方面涉及一种设备、一种蓄电池或蓄电池组以及一种方法。

背景技术

世界人口中的一大部分未能使用电网（mains）电力的稳定可靠的供应。在一些国家，特别是不发达国家，通过“用电限制”、使用被称为“轮流停电”的故意断电来定量分配电力供应。例如，在很多非洲、南亚和拉丁美洲国家，经常发生轮流停电，虽然轮流停电经常被安排在一天和一周的固定时间，容许人们避开已知停电时间工作，但是也经常意外地并且无预警地发生停电。

甚至在发达国家，有时候电力需求也会超过电网的供电能力，从而需要进行局部的或普遍的用电限制。另外，由于诸如自然灾害或恐怖袭击等不可预见事件也会发生电网供电故障。

因此，在受不可靠的电力供应影响的区域中，希望长期运行的电设备的运行是困难的。在不发达国家常被用于存储需要存储在严格限制的温度范围内的例如疫苗等医药的照明系统、电信系统或制冷系统的电力损失会是灾难性的。

通过提供例如铅酸蓄电池等备用蓄电池以在电网供电故障的情况下向电气设备供电，在一定程度上缓解了该问题。在通常的电信应用中，多个2V蓄电池或蓄电池单体电池被串联设置以根据电力需求而形成具备24V、48V或96V组合输出电压的蓄电池或蓄电池组。

这些蓄电池的性能，尤其是它们的使用寿命，在很大程度上取决于它们的温度。阿伦尼乌斯方程（Arrheniusequation）限定了温度与化学反应（例如蓄电池内的反应）进行的速率之间的关系。它示出了随着温度上升，反应速率成指数地增加。由于蓄电池的寿命与反应速率成反比，因此蓄电池的寿命随着温度上升而成指数地缩短。

一般而言，蓄电池温度每增加10°C，反应速率加倍（因此寿命减半）。因此，在35°C下工作的蓄电池的使用寿命将为在25°C下工作的蓄电池的大约一半，并为温度保持在15°C下的蓄电池的大约四分之一。

除了蓄电池随时间流逝逐渐劣化外，有时候温度效应也会导致单体电池的过早失效。如果蓄电池内产生热量的速率超过了耗散到环境中的热的速率，则即使在正常工作条件下也会发生这种情况。在这种情形下，蓄电池温度将继续上升，导致被称为“热失控”的情况，这会具有严重的物理后果以及操作后果。

不幸的是，世界上使用不可靠的电网供电并因此需要用于必要电气系统的备用蓄电池的那些地区往往是持续环境高温因此这些蓄电池的使用寿命缩短的那些地区。例如空调设备等蓄电池冷却系统减小了环境高温对蓄电池寿命的影响。然而，这些设备自身通常就需要电力，因此在电网电力不易得到的地方是不经济的。

为了克服此背景技术下的问题，设想了本发明。本申请人意识到需要用于在无需恒定电源的情况下可靠地冷却蓄电池的设备和/或方法。

本申请人之前提出过一种适于在无需持续电源的情况下冷却物品的制冷设备的新形式。该设备是共同待审的专利申请PCT/GB2010/051129的主题，它允许经过制冷的存储空间在失去电力之后保持在4-8°C的温度范围内长达30天。

本申请人意识到在这种设备中所采用的技术原理可适用于用来冷却蓄电池的设备或方法中。因此，本发明的实施方式可提供一种设备或一种方法，其用于在无需持续外部电力供应的情况下冷却一个或更多蓄电池一段延长的时间。根据下面的描述、权利要求书以及附图中，本发明的其它目的和优点将变得显然。

发明内容

因此，本发明的各方面提供了如所附权利要求书中所要求的设备、蓄电池或蓄电池组以及方法。

根据本发明要求保护的另一方面，提供了一种用于冷却至少一个物品的设备，所述至少一个物品可选地为蓄电池，所述设备包括设置为被供以来自流体存储器（fluidreservoir）的流体的热交换器，所述流体存储器在使用中设置在所述热交换器上方，所述流体存储器包括冷却元件，所述冷却元件用于冷却所述存储器内的流体，使得所述流体在重力作用下沉降到所述热交换器内。

所述设备可设置为冷却蓄电池。

便利地，所述流体是在高于大约4°C时显示正热膨胀（即，其体积随着温度增加而增大）和在低于大约4°C时显示负热膨胀（即，其体积随着温度降低而增大）的水。因此，在该温度下的水处于其最大密度，并倾向于沉降到任何容纳体积的底部。因此，所述设备设置为使得在使用中位于所述设备底部处的热交换器的温度往往或被保持在大约4°C，以冷却至少一个蓄电池。

在一实施方式中，所述设备包括空气流动装置，用于使空气在所述热交换器上经过或穿过所述热交换器并使空气朝向蓄电池、到达蓄电池上或蓄电池周围。所述空气流动装置可包括与热交换器流体连通的风机或压缩机。在所述风机或压缩机与所述热交换器之间可设置有管道。

在一实施方式中，所述热交换器设置在与所述管道流体连通的壳体内部，所述壳体包括在其中的一个或更多开孔，通过所述开孔在所述热交换器上或穿过所述热交换器流过的空气从所述壳体朝向蓄电池排出、排出到蓄电池上或蓄电池周围。在一实施方式中，所述壳体包括多个小直径开孔。

在一实施方式中，所述热交换器包括具有至少一个热交换表面的薄壁容器。所述热交换表面可包括多个开孔，所述多个开孔设置为允许空气穿过所述热交换器经过。所述热交换器可由透热性材料形成，例如金属。

在一实施方式中，所述冷却元件或每个所述冷却元件由下列之一供给电力：电网电源；太阳能电源，例如光伏电池；以及蓄电池，例如被冷却的蓄电池。

在一实施方式中，所述设备设置为在对所述至少一个冷却元件的供电中断之后对所述蓄电池或每个所述蓄电池提供最小时段的冷却作用。

在一实施方式中，所述存储器是热绝缘的。所述设备可设置为使得在使用中所述存储器内的流体的温度是处于低于所述热交换器内的流体的目标温度的温度。

根据本发明要求保护的另一方面，提供了一种包括如前述段落中的任一段所述的设备的蓄电池或蓄电池组。

根据本发明要求保护的又一方面，提供了一种用于冷却蓄电池的方法，其包括：对设置在热交换器上方的存储器内所存储的流体进行冷却，所述热交换器位于蓄电池的紧邻处；允许较高密度的流体从所述存储器沉降到所述热交换器内从而冷却所述热交换器并从蓄电池吸收热。

所述方法可包括将热从所述热交换器内的流体传递到所述存储器内的流体从而保持所述热交换器的温度在目标温度或目标温度附近。在一实施方式中，所述目标温度是大约4°C。在一实施方式中，所述流体是水。

所述方法可包括使空气流动经过所述热交换器或穿过所述热交换器，使得从空气中吸收热，并且引导所冷却的空气朝向蓄电池、到蓄电池上或蓄电池周围。

所述方法可包括使所述存储器热绝缘。

根据本发明要求保护的又另一方面，提供了一种用于冷却蓄电池的方法，其包括：对设置在热交换器上方的存储器内所存储的流体进行冷却，所述热交换器位于蓄电池的紧邻处；允许较高密度的流体从所述存储器沉降到所述热交换器内从而冷却所述热交换器并从蓄电池吸收热；以及允许所述存储器内的流体的温度在所述热交换器内的流体的温度没有对应上升的情况下上升，以保持蓄电池的温度处于目标温度范围内。

根据本发明要求保护的一方面，提供了一种用于冷却物品的方法，其包括：对设置在热交换器上方的存储器内所存储的流体进行冷却；允许较高密度的流体从所述存储器沉降到所述热交换器内从而冷却所述热交换器并从物品吸收热。

在本发明要求保护的一个方面中，提供了一种用于冷却蓄电池的设备，其包括设置为被供以来自流体存储器的流体的热交换器，所述流体存储器在使用中设置在所述热交换器上方。所述流体存储器包括用于冷却所述流体存储器内的流体的至少一个冷却元件，使得流体在重力作用下流入所述热交换器以冷却蓄电池。可提供风机或压缩机，用于使空气在所述热交换器上经过或穿过所述热交换器，并使空气朝向蓄电池、到达蓄电池上或蓄电池周围。

在本申请的范围内，可以想到，在前述段落中、在权利要求书中和/或在以下的描述和附图中提出的各个方面、实施方式、示例、特征以及替代例可独立看待或者以其任意结合的方式来看待。

附图说明

参照附图，现将仅以示例的方式描述本发明，在图中：

图1是图示蓄电池的使用寿命如何随温度而变化的曲线图；

图2是体现本发明的一个形式的设备的示意性图示；

图3是为图2的设备的部件的热交换器的局部放大图；

图4是体现本发明的第二形式的设备的示意性图示；以及

图5是根据本发明的实施方式的设备的一部分的示意性图示。

具体实施方式

首先参见图1的曲线图，其图示出蓄电池寿命（横坐标）随着温度的变化。根据阿伦尼乌斯方程，蓄电池寿命通常随着温度增加而成指数地缩短，一种通常的经验法则是蓄电池温度每增加10°C，蓄电池的寿命缩短50%。

因此，从图1中可观察到，在35°C温度（线35）下工作的蓄电池的寿命为在25°C温度（线25）下工作的蓄电池的大约一半，并为在15°C温度（线15）下工作的蓄电池的大约25%。

可以理解，蓄电池工作温度取决于环境温度和从蓄电池流出的电流二者，上述电流也对蓄电池具有加热效果，因此，在15°C的环境温度中工作的蓄电池的温度可相似于或甚至高于在35°C的环境温度中的静态（quiescent）电池的温度。因此，蓄电池在高的环境温度下工作一段延长的时间可缩短蓄电池寿命超过75%，需要规律地进行更换。然而，在不发达国家或地理偏远地区，更换蓄电池的成本和物流负但太重而可能会受阻。

参见图2，以示意性形式示出体现本发明的一种形式的设备，总体以10标示。设备10用于冷却一个或更多蓄电池。在图示的实施方式中，该设备布置成冷却单一蓄电池40。在此，术语“蓄电池”用于包括单个蓄电池或单体电池，或者一起形成蓄电池的多个单体电池。本发明的一些实施方式可用于冷却多个单体电池中的每一个，或包括上述多个单体电池的单一蓄电池。蓄电池可以具有类似于传统车辆蓄电池的尺寸，例如大约为200-500mm的长度、100-200mm的宽度以及150-250mm的高度。设备10可布置成冷却任何合适尺寸的蓄电池或其它物品，而非局限于上述尺寸范围。

设备10包括热贮存器（thermalstore），其呈容纳一定体积的流体的隔热（即热绝缘）流体存储器12的形式。在图示的实施方式中，流体主要是水。在使用中，存储器12优选地不用水填充满，以允许水体积由于温度变化而引起的膨胀。

与可见于传统冷藏或冷冻设备中的相似，在存储器12内部设置有电力冷却元件14，或者电力冷却元件14至少与存储器12内的流体热连通。冷却元件14的电力可供应自电源16，例如为电网电源输出口或者替代地为太阳能电池板或其它光伏电源。有利地，在一些实施方式中不必对冷却元件14持续供电；实际上，本发明的一些实施方式的主要目的之一是实现在向冷却元件14的电力供应缺失的情况下蓄电池的持续冷却。

流体导管或管18连接存储器12的下部区域至热交换器20的入口，使得热交换器20和存储器12流体连通。也就是说，存储器12和热交换器20形成单一相连的流体室。在图2实施方式中，导管18通过设置在存储器12的基部或底部中的开孔与存储器12流体连通。

热交换器20包括薄壁方形容器，其具有相当高的表面积/体积比。在图示实施方式中，热交换器20呈矩形形状，其高度和宽度明显大于其深度。便利地，但非必要地，热交换器20通常在尺寸和表面积方面与待被冷却的蓄电池40的形状对应。

尽管如此，虽然高的表面积/体积比的配置可使热交换器20内的流体与蓄电池之间的热传递最优化，但是，热交换器20可根据所需的应用而实质上可采用任何形状。热交换器20便利地由诸如金属材料等具有高热传导性或透热性的材料形成，从而进一步增强热传递。热交换器20被穿孔，具有从一个辐射表面向另一辐射表面在那里延伸穿过的开孔或导管23，其目的在下文描述。

热交换器20设置在壳体22内，使得其以大致竖立的方向定位，接近或邻近待被冷却的蓄电池。壳体具有空气入口24，空气入口24通过管道28与风机或压缩机26流体连通。风机或压缩机26布置成吸入周围空气并通过管道28和入口24将其泵送入壳体22内。

如图3所示，壳体22在其面向蓄电池40的壁内具有多个开孔30。由风机或压缩机26吸入管道28内的空气因此经由入口24流入壳体22，经过延伸穿过热交换器20的热交换导管23，且通过开孔30朝向蓄电池40排出。在所示的实施方式中，热交换导管是大约5-10mm的直径。在经过壳体22时，空气中的一些绕热交换器20流动，而大部分空气流动经过形成在其中的导管23。壳体开孔30的尺寸相当小，使得通过开孔30排出的空气呈现多个细空气射流的形式，这些细空气射流被引导至朝蓄电池40外表面。在一些实施方式中，开孔可具有从大约0.5mm到2mm的直径，可选地直到大约5mm的直径。这些开孔可具有小于交换导管的直径，以增加气体在导管23内的驻留时间，从而容许经过导管23的气体的温度进一步降低。其它尺寸也是有用的。在一些实施方式中，开孔30具有与导管23大体相同的直径，并且与开孔30大体对齐，从而不阻碍空气流动。在一些实施方式中，壳体22可在面向蓄电池40的侧面上大体敞开，使得空气从导管23直接流到蓄电池40，并且不需要开孔30。

设备10的冷却功能依赖于水的公知异常属性之一：即水的密度在大约4°C时达到最大，且因此相对于处于更高或更低温度的水，处于4°C的水通常将沉降。这就意味着在接近水顶部处被冷却的一定体积的水将形成温度梯度，由此靠近体积底部的水将接近4°C。除非体积内的水的大部分被冰冻，否则体积底部处的温度将不会降至4°C以下。

现将描述图2的设备的运行。

为了冷却蓄电池40，借助于利用来自外部电源16的电力的冷却元件14将存储器12内的水冷却。在这段时间期间，与蓄电池40连接的电气设备也可由外部电源16供电，因此蓄电池40是静态的，因此其温度处于周围环境温度或近似周围环境温度。

在冷却元件14起动之前，假定容纳在存储器12和热交换器20内部的全部水处于周围环境温度或近似周围环境温度。由于冷却元件14位于存储器12内部或靠近存储器12，所以容纳在存储器12内的水冷却得相当快。随着存储器12内的水的温度降低，其密度相对于容纳在热交换器20内的周围环境温度的水而言增大，因此倾向于在重力作用下沉降到下面的热交换器20内，从而置换热交换器20内的水。

可以理解，在由存储器12和热交换器20限定的流体体积内部可形成对流，由此已冷却的水从存储器12通过流体导管18沉降进热交换器20内，因此置换下面的较温暖（以及因此密度较小）的水。该较温暖的水通过导管18上升到存储器12内，并进而由冷却元件14冷却，使得设备10内部的全部水的平均温度下降。最终，对流速率下降，使得热交换器20内部的水变得在比如果热交换器20未与存储器12内的流体流体连通则另外获得的温度低的温度下相对停滞。如果从热交换器20到存储器12的热传递充分快，则热交换器内的水可被确定在大约4°C的温度。

因为水的密度在4°C时最大，所以存储器12内的水温的后续波动倾向于不引起重新建立对流，这是由于在4°C两侧的温度时的水将倾向于上升到存储器12的顶部所致。

例如，即使在存储器12内紧邻冷却元件14的水降到4°C以下，甚至开始冻结，它的密度也将保持为比容纳在热交换器20内的水的密度小，从而使得它停留在存储器12内。相似地，在存储器12内高于4°C的水的温度上升将减小上述水的密度，也导致它停留在存储器12内。

结果，在一些实施方式中，从存储器12内的水到热交换器20内的水的任何热传递通常是借助于传导而非对流来实现。由于水不是特别高效的热导体，所以在存储器12内容纳的水的相对较小温度波动通常不传递到热交换器20内的水。

因此，可以看到，基本上不管容纳在存储器12内的水的温度波动如何，热交换器20内的水的温度都可保留在大约4°C。

由外部电源16供电的风机或压缩机26吸入周围空气，并迫使空气经由管道28通过入口24进入壳体22。壳体22内的空气在形成于热交换器20内的开孔周围流动或者流动通过这些开孔，由此由于容纳在热交换器20内的水的热吸收故而空气被冷却。然后，冷却的空气通过位于壳体22前壁内的开孔30、以朝蓄电池40表面引导的细空气射流的阵列而排出。

来自蓄电池40的热由冷却的空气吸收，由此降低蓄电池40的温度。因此，高的周围环境温度下的蓄电池40可简单地和高效地被冷却，从而容许它保持在较低温度，并减轻了高周围环境温度对蓄电池寿命的负面影响。

可以理解，从流经过热交换器20上的周围空气吸收的热使得热交换器20内的水的温度升高了。取决于水体积内的温度梯度，由热交换器20内的水所吸收的热以两种方式之一传递到上方的水。

例如，如果系统内的水温基本上均匀地处于大约4°C，则热交换器20内的水的温度增加相对于上方水而言减小了水的密度。因此，重新形成对流，由此热交换器20内较温暖且密度因此较小的水被上方的较冷的水置换。较温暖的水朝存储器12上升，其在存储器12内再次被冷却元件14冷却，并然后沉降返回向下到热交换器20内。因此，热主要通过对流从热交换器20传递到存储器12。

尽管来自外部电源16的电力供应到冷却元件14和风扇或压缩机26，因此，由存储器12和热交换器20限定的水体内的这种再循环可无限期地继续，有利地将蓄电池40保持在低于周围环境温度的温度，由此延长了蓄电池40的使用寿命。

另一方面，如果存储器12内的水的温度比热交换器20内的水的温度显著低，例如在冰点或低于冰点，则热交换器内的水的密度可保持为比存储器12内的水的密度大，尽管温度增高了也是如此。因此，热交换器20内的水倾向于保持在热交换器20内，且没有形成水循环。在这种情况下，由热交换器20内的水所吸收的热主要通过传导而传递到存储器12内的较冷的水，传导的速率取决于热交换器20和存储器12之间的温差。

在一些实施方式中，由热交换器20内的水所吸收的热主要通过传导而传递到存储器12内的较冷的水。上述热传递的速率可取决于热交换器20内的流体和存储器12内的流体之间的温差。

再次地，尽管来自外部电源16的电力供应到冷却元件14和风机或压缩机26，但在热交换器20内的水与存储器12内的水之间保持相当大的负温差。因此，来自热交换器的热传递可无限期地继续，有利地将蓄电池40保持在低于周围环境温度的温度，因此延长了蓄电池40的使用寿命。

即使在来自外部电源16的电力故障的情况下，例如在轮流停电期间或在意外事件之后，使得电力不再供应到冷却元件14，设备10也能够对蓄电池40提供临时的冷却作用，如下文所述。

由于水的高比热容，故设备10内的水体积能够从流经它的周围空气吸收大量热，而不会出现显著升温。举例而言，包含平均4°C的1000升水的系统，在它的温度达到35°C之前，将需要从流经它的空气吸收大约130MJ的热量。在冷却元件14的电力被切断时，在存储器12内的水温低于4°C的情况下，能够被吸收的能量将增加。在采用在冷却元件14区域内冻结的相变流体的设备的情况下，相变流体例如为水，已冻结的流体融化可需要若干小时，在此期间，对存储器12内的流体的冷却继续。由于水的高比热容，故设备10内的水体积能够从流动通过热交换器20的周围空气吸收大量热，而不会出现显著升温。

在电力切断后，在热交换器内的水所吸收的热通过水体积传递的速率依赖于存储器12与热交换器20之间的热梯度。假定存储器12内的水的大部分呈冰的形式，则在热交换器20与存储器12之间将存在大的负温差，使得热从热交换器20内的水传导离开，并由存储器12内的冰吸收。

由于融化存储器12内的冰需要相当大量的能量，被称为“熔化潜热”，因此它作用为由热交换器20内的水吸收的能量的池（sink）。尽管存储器12内的水的温度小于4°C，但它的密度保持为低于热交换器20内容纳的水的密度，因而不沉降。因此，容置于热交换器内的水倾向于保持在大约4°C的温度，由此保持对蓄电池40的冷却作用。

最终，存储器12内的水温达到大约4°C。此时，热交换器20内的水的温度的任何增加将它的密度减小到低于上方水的密度，且上述对流可重新建立，由此热主要通过对流从热交换器20内的水传递离开。

只要系统内的水的平均温度保持低于周围环境温度，就继续从流经热交换器20的空气吸收热，由此冷却了朝蓄电池40引导的空气。因此，在这段时间期间，虽然保持了对蓄电池40的冷却作用，但可以了解，是与向冷却元件14供电时相比而言在较弱的程度上保持对蓄电池40的冷却作用。

甚至在设备10内的水温达到周围环境后，朝蓄电池40引导的周围环境温度的空气射流也有助于热远离蓄电池40的传递，蓄电池40在使用期间在显著高于周围环境温度的温度下操作。

将会了解，本发明的实施方式提供了用于冷却诸如一个或更多蓄电池的一个或更多物品的简单但有效的方法和设备。在电网或其它外部电力可用的时段中，本发明的实施方式可以冷却蓄电池显著地低于周围环境温度，由此维持它们的使用寿命。在失去外部电力之后，本发明的实施方式能够保持对蓄电池的合理冷却作用，以减慢蓄电池的温度增长速率，因此至少部分地缓解温度对蓄电池使用寿命的负面作用。

申请人已确定，本发明的设备可使得在失去对冷却元件14的供电之后，仍对蓄电池40提供冷却作用达若干小时，但是可以理解，保持该冷却作用的精确时间长度将依赖于很多参数，例如周围环境温度、水套12内的水体积以及当切断电力时存储器16内的水/冰的体积和温度。

将会了解，本发明提供了用于冷却一个或更多蓄电池的简单但有效的方法和设备。在电网或其它外部电力可用的时段中，本发明的实施方式可以冷却蓄电池显著地低于周围环境温度，由此维持它们的使用寿命。在失去外部电力之后，本发明的实施方式能够保持对蓄电池的冷却作用以减慢蓄电池的温度增长速率，因此至少部分地缓解温度对蓄电池使用寿命的负面作用。

本发明的实施方式实现了一种主要借助于通过流体的热传导的相对缓慢和/或平缓的热传递过程，但在系统启动时，借助于流体体积内部的热致对流，该过程可被更快速地实现以使热交换器更快速地达到工作温度。

上述实施方式代表了本发明的一个有利形式，但仅以举例方式提供，且无意进行限制。在该方面，设想到在所附权利要求书范围内，可对本发明进行各种修改和/或改进。

例如，尽管图2的设备10示出为冷却单一蓄电池，但该设备可同样地用于冷却多个蓄电池，如图4所示。在这种实施方式中，第二壳体22b和热交换器20b设置在第二蓄电池40b的邻近处，且管道28被延长从而与它们连通。同样地，第二流体导管18b设置在存储器12与第二热交换器20b之间。在其它蓄电池待由设备10冷却时，根据需要复制这些特征。将会了解，随着待被冷却的蓄电池的数量增加，可必需增加存储器的尺寸以增加系统的热容量。

在一实施方式中，上述或每个热交换器20可通过双流体导管18与存储器12连通，以便利于水在系统内再循环。上述成对导管中的每个流体导管18可在间隔开的位置处通向的相应的热交换器20，例如以传统对流散热器的方式在其相对的端部处。在一些这种配置中，流体可在导管18中的每一个内上升和沉降，而不是以流体在一个导管内沉降并且在另一导管内上升的对流方式流动，从而引起流体循环。

图5（a）示出本发明一实施方式的一部分，其中提供呈流体容器形式的热交换器120，其具有在热交换器120的高度的一部分上穿透流体容器而形成的三个长开孔122A，以容许冷却空气或其它气体流动通过热交换器120。这增加了热交换器120内的流体与热交换器120的壁相接触的表面面积。开孔122A各自具有从开孔122A一端行进到另一端并交替地横过开孔122A的宽度的蛇形（serpentine）形式的导热薄片122B。因此，薄片122B与热交换器120的限定开孔122A的壁在沿着开孔122A的多个位置热接触，从而增强热能远离与其接触的流体的传导。

热交换器120耦接到一对流体导管118、118’，上述一对流体导管118、118’将热交换器120连接到存储器，例如图4的实施方式的存储器12。可以理解，代替图4的热交换器20、20b，图4的实施方式中图示的导管18、18b可连接到壳体122。

使用中，在与热交换器120附接的存储器12内被冷却的液体形式的流体通过导管118、118’沉降（图5（a）的箭头C），并进入热交换器120，在热交换器120处进行对薄片122B的冷却以及因此对流经开孔122A的空气的冷却。借助于通过热交换器12的壁的热传导而被加温的流体通过导管118、118’上升到存储器12，如图5（a）的箭头W所示。可以理解，流体流动的具体方向和方式可依赖于很多因素，包括热交换器120的内部形状和导管118、118’的位置在内。可以预期，最终将会形成大体静态平衡，其中，存储器12内和/或热交换器120内的流体可变得大体静态。

图5（b）以侧视图示出具有开孔板122P的热交换器120，上述开孔板122P安装在热交换器120的一个面上，下文将进行更详细描述。

使用中，由诸如风机26的风机吹动空气通过开孔122A，引起对薄片122B的冷却。空气流动的方向在图5（b）中标示为AF。

在所示实施方式中，开孔板122P作为壳体122的部件相对于通过开孔122A的空气流而言被设置在壳体122的下游侧上。开孔板122P在图5（c）中的前视图中示出，并具有在其中形成的三行开孔130，开孔130与热交换器120的各开孔122A的沿与通过开孔122A的气流的方向平行的方向到板122P上的投影的纵轴线对齐。为了便于理解，开孔122A到板122P上的投影在图5（c）中以122AP处的虚线轮廓线示出。形成在板122P内的开孔130具有比穿过壳体122形成的开孔122A小的横截面积。上述开孔可具有如下作用，即在空气通过开孔122A时，增加与开孔122A的壁接触的空气的驻留时间。已通过壳体内开孔122A的细空气射流从开孔板122P的开孔130被发射出，并被朝向待被冷却的蓄电池或其它物品引导。在一些实施方式中，不采用开孔板122P。

可根据需要选择壳体内的开孔30的数量和尺寸。然而，可以考虑到，提供产生细空气射流阵列的多个小直径孔可有助于穿透位于蓄电池40表面上的空气边界层，并因此便利于远离蓄电池的热传递。然而，壳体22内的上述或每个热交换器的位置本身不是重要的，热交换器20可简单地定位为接近或邻近蓄电池40，或可直接安装于蓄电池40。

也可以设想到，在热交换器20安装为与蓄电池40物理接触的情况下，这可提供足够的冷却作用，而无需穿过其中的空气流动。在这种情况下，可从系统中去除风机26、管道28以及壳体22。

在提供风机或压缩机26的情况下，这可为设置为从外部电源16供应电力的低功率装置，或者，如果外部电源16故障，则从蓄电池本身供电。使用光伏电池给风机或压缩机26供电被认为是特别有利的。

相似地，冷却元件14也可从光伏电池供电。在这种配置中，由于可用太阳能减少而失去电力的情况通常与周围环境温度较低时的天色变暗时期或不良天气条件相一致，因此降低了对冷却蓄电池的需求。

应当理解，不必需将存储器12和热交换器20形成单一相连的体积。在一个实施方式中，热交换器20可被设置用于在存储器12内的流体和导管18内的流体之间交换热。因此，可提供至少两个单独的流体本体（fluidbody），一个包括存储器12内的流体，一个包括导管18和热交换器20内的流体。其它配置方式也是有用的。例如，附加地或代替地，导管18中的流体可与热交换器20内的流体流体隔离、但与其热连通。

应当理解，系统内的水具有最大密度时的温度可借助于诸如盐等添加剂而改变。例如，添加诸如氯化钠或氯化钾等盐可降低水具有其最大密度时的温度。其它的在低于一定温度时显示负热膨胀系数（即，随着温度降低，密度也降低）、在高于上述温度时显示正热膨胀系数的流体也可为有用的。

尽管所述设备的功能依赖于设置在热交换器20上方的存储器12，但不必需使存储器12沿竖向对齐，而是通常它可根据应用和任何封装限制条件而根据需要定位。

可以想到，电冷却元件可用冷蓄热体（thermalmass）替代，例如置于存储器内的一定量的水冰或干冰。冷蓄热体可为任何合适流体，优选地为例如水等冻结流体。冷蓄热体可呈包含冻结流体的流体容器的形式，例如冰袋。在一些实施方式中，冷蓄热体可设置在与存储器内的流体热连通的隔室内。该隔室可具有门或盖，门或盖可被打开或移除以容许引入上述蓄热体。其它配置也可为有用的。

不必需将存储器与热交换器形成单一相连的体积。在蓄热体设置为冷却装置的情况下，可以想到，存储器可与主要是水的离散回路分离，从而实现热传递，即提供两个分离的流体本体。

存储器可替代地或另外地借助于吸收制冷来冷却，其中太阳能直接产生与能量成比例并因此与太阳光的加热作用成比例的冷却作用。

贯穿本说明书的说明书部分和权利要求书部分，措词“包括”、“包含”以及这些措词的变形，例如“包括有”、“包括了”，均表示“包括但不限于”，且无意排除（不排除）其它部分、附加部分、部件、整体或步骤。

贯穿本说明书的说明书部分和权利要求书部分，单数包括复数，除非上下文另外要求。特别地，在使用不定冠词时，本说明书应当理解为考虑了复数和单数，除非上下文另外要求。

结合本发明的特定方面、实施方式或示例描述的特征、整体、特点、化合物、化学部分或基团应当理解为可应用于在此描述的任何其它方面、实施方式或示例，除非与它们矛盾。

Claims (36)

1.一种用于冷却物品的设备，所述设备包括设置为被供以来自流体存储器的流体的热交换器，所述流体存储器在使用中设置在所述热交换器上方，所述流体存储器包括冷却装置，所述冷却装置用于冷却所述流体存储器内的流体，使得所述流体在重力作用下流入所述热交换器以冷却物品。

2.如权利要求1所述的设备，其中，所述冷却装置包括下列中的至少一个：

低温蓄热体，例如一定体积的水冰或干冰；以及

至少一个电力或燃料动力的冷却元件。

3.如权利要求2所述的设备，其中，所述冷却装置包括配置为使所述存储器内的流体冻结的带动力的冷却元件。

4.如权利要求3所述的设备，所述设备包括传感器，所述传感器设置为检测所述存储器内冻结流体的形成，所述传感器被配置为一检测到冻结流体的形成就使制冷单元的工作中断。

5.如权利要求4所述的设备，其中，所述传感器配置为在冻结流体的最下部和所述热交换器之间仍存在液体流体时使制冷单元的工作中断。

6.如权利要求4或5所述的设备，其中，所述传感器设置在所述冷却装置和所述热交换器之间。

7.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述流体是在高于其临界温度时具有正温度热膨胀系数和在低于其所述临界温度时具有负温度热膨胀系数的流体，所述临界温度是高于所述流体的冰点的温度，所述设备包括所述流体。

8.如权利要求7所述的设备，其中，所述冷却装置配置为将所述流体冷却到所述临界温度处或低于所述临界温度的温度。

9.如权利要求2或引用权利要求2的权利要求3至8中的任一项所述的设备，其中，所述冷却元件或每个所述冷却元件由下列之一供给电力：

电网电源；

太阳能电源，例如光伏电池；以及

蓄电池。

10.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其设置为冷却物品，其中所述物品是蓄电池。

11.如引用权利要求9时的权利要求10所述的设备，其配置为其中所述冷却元件或每个所述冷却元件可借助于蓄电池被供以电力，所述设备设置为冷却所述蓄电池。

12.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述流体存储器和所述热交换器借助于导管彼此耦接。

13.如权利要求12所述的设备，其中，所述流体存储器和所述热交换器设置为借助于所述导管彼此流体连通。

14.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其包括用于使空气在所述热交换器上经过或穿过所述热交换器并使空气朝向所述物品、到达所述物品上或所述物品周围的装置。

15.如权利要求14所述的设备，其中，所述装置包括经由管道与所述热交换器流体连通的风机或压缩机。

16.如权利要求15所述的设备，其中，所述热交换器设置在与所述管道流体连通的壳体内部，所述壳体包括在其中的一个或更多开孔，通过所述开孔在所述热交换器上或穿过所述热交换器流过的空气从所述壳体朝向所述物品排出、排出到所述物品上或所述物品周围。

17.如权利要求16所述的设备，其中，所述壳体包括多个开孔。

18.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述热交换器包括具有多个热交换表面的容器。

19.如权利要求18所述的设备，其中，所述热交换表面包括多个开孔，所述多个开孔设置为允许空气穿过所述热交换器经过。

20.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述热交换器由透热性材料形成。

21.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述流体是水。

22.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其设置为在对所述至少一个冷却元件的供电中断之后对物品提供预定时段的冷却作用。

23.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述存储器是热绝缘的。

24.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其设置为使得在使用中所述存储器内的流体的温度是处于低于所述热交换器内的流体的目标温度的温度。

25.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述热交换器位于待被冷却的物品的邻近处。

26.如前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述热交换器定位成与待被冷却的物品热接触。

27.一种用于冷却物品的方法，其包括：

对设置在热交换器上方的存储器内所存储的流体进行冷却；

允许较高密度的流体从所述存储器沉降到所述热交换器内从而冷却所述热交换器并从所述物品吸收热。

28.如权利要求27所述的方法，其包括将热从所述热交换器内的流体传递到所述存储器内的流体从而保持所述热交换器的温度在目标温度或所述目标温度附近。

29.如权利要求28所述的方法，其中，所述目标温度是大约4°C。

30.如权利要求27至29中的任一项所述的方法，其包括使空气流动经过所述热交换器或穿过所述热交换器，使得从空气中吸收热，并且引导所冷却的空气朝向物品、到所述物品上或所述物品周围。

31.如权利要求27至30中的任一项所述的方法，其中，所述物品包括蓄电池。

32.如权利要求27至31中的任一项所述的方法，其中，所述流体包括水。

33.如权利要求32所述的方法，其中，所述流体包括水，可选地具有一种或更多添加剂。

34.如权利要求32或33所述的方法，其中，所述流体基本上由水组成，可选地具有一种或更多添加剂。

35.如权利要求27至34中的任一项所述的方法，其包括使所述存储器热绝缘。

36.一种基本上参照附图中的图2至5在此描述的设备或者方法。