KR102155595B1

KR102155595B1 - 냉장 장치

Info

Publication number: KR102155595B1
Application number: KR1020147023087A
Authority: KR
Inventors: 이안 탠슬리
Original assignee: 더 슈어 칠 컴퍼니 리미티드
Priority date: 2012-01-27
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2020-09-14
Also published as: ZA201405402B; EA201491428A1; CN104364592A; US10767916B2; CN108106295B; EP2807433B1; JP2015512022A; BR112014018324A8; WO2013110957A3; PH12014501668B1; BR112014018324B1; MX2014009028A; GB2514502A; GB201415033D0; PH12014501668A1; CN108106295A; JP6211537B2; KR20140123958A; GB2514502B; HK1199088A1

Abstract

식품, 음료 또는 백신과 같은 물건을 냉각시키기 위한 장치는 적어도 두 개의 저장소, 어느 하나의 저장소 내에 포함된 유체를 냉각시키기 위한 냉각 장치 및 상기 저장소의 각각의 상부 영역 사이의 열전달 영역을 포함한다. 상기 열전달 영역은 저장소 내에 포함된 유체 간의 열전달을 허용함으로써 하나의 저장소 내의 유체의 냉각이 다른 하나의 저장소 내의 유체의 냉각을 유발하도록 한다.

Description

냉장 장치{REFRIGERATION APPARATUS}

본 발명은 냉장 장치에 관한 것이다. 특히, 전적으로는 아니지만, 본 발명은 백신, 부패하기 쉬운 식품, 포장 음료 등의 저장과 운반에서 사용하기 위한, 그리고 전기의 안정적인 공급이 없는 경우 배터리와 같은 장비의 냉각 또는 온도 조절을 위한 냉각 장치에 관한 것이다.

세계 인구의 대다수가 전력의 지속적이고 안정적인 공급에 접근할 수 없다. 저개발 국가, 또는 인구 밀집 지역에서 멀리 떨어진 지역은 의도적인 정전의 형성 또는 배전망의 고장인 "로드 쉐딩(load shedding)"에 의해 흔히 이루어지는 전력의 배급에 자주 시달린다.

전력의 일정하고 및/또는 안정적인 공급의 부재가 종래의 냉장 시설의 광범위한 사용을 제한하는 이러한 지역에서는 적절한 온도에서의 백신, 식품 및 음료의 저장이 어렵다. 예를 들어, 백신은 대략 2 내지 8℃의 좁은 온도 범위 내에서 저장될 필요가 있으며, 이를 벗어나면 백신의 생존능력이 손상되거나 파괴될 수 있다. 식품의 저장, 특히 부패하기 쉬운 식품 및 캔 또는 병 음료와 같은 포장 음료의 저장과 관련해서 유사한 문제가 발생한다.

이러한 문제에 대응하여, 본 출원은 냉장 저장 공간이 전력의 상실 이후 최대 30일 동안 4 내지 8℃의 온도 범위에서 유지될 수 있도록 하기 위한 국제 특허 출원 제 PCT/GB2010/051129호에 개시된 냉장 장치의 형태를 이미 제안하였다. 이 선행 기술의 장치는 냉각될 필요가 있는 백신, 식품, 음료 용기 또는 임의의 다른 물품을 위한 적재 공간을 포함하며, 이 적재 공간은 물의 단열된 저장소(reservoir)의 하부 영역에 배치된다. 상기 저장소의 상부에서 그리고 이와 유체 연통하는, 냉각 소자 또는 저온 축열체(thermal mass)를 포함하는 물-충진된 상부 공간(head space)이 상기 저장소에 냉각수를 공급한다.

이러한 선행 기술의 장치는 물이 자체의 최대 밀도가 대략 4℃에 있다는 공지된 특성에 의존한다. 따라서, 상부 공간 내의 냉각 소자 또는 축열체에 의해 이 온도로 냉각된 물은 저장소 아래로 내려가려는 경향이 있고 적재 공간 주위의 하부 영역에 머물게 되고, 이는 열전달을 통해 4℃의 온도 또는 그 근처의 온도로 냉각된다.

본 출원인은 일부 응용에 있어서 상기한 장치에 대해 포장, 운송 및 효율을 용이하게 할 수 있도록 개선할 필요를 확인하였다. 이는 본 발명이 고안된 배경이다. 본 발명의 다른 목적 및 장점은 다음의 설명, 청구항 및 도면으로부터 명백해질 것이다.

본 발명의 목적은 백신, 부패하기 쉬운 식품, 포장 음료 등의 저장과 운반에서 사용하기 위한, 그리고 전기의 안정적인 공급이 없는 경우 배터리와 같은 장비의 냉각 또는 온도 조절을 위한 냉각 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 양태는 따라서 첨부된 청구항에서 청구된 바와 같은 장치 및 방법을 제공하는 것이다.

보호 받고자 하는 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 적어도 제 1 및 제 2 유체 저장소, 상기 제 1 유체 저장소 내에 포함된 유체를 냉각시키기 위한 냉각 수단, 및 상기 제 1 유체 저장소에 포함된 유체와 상기 제 2 유체 저장소에 포함된 유체 간의 열전달을 허용하기 위해 상기 제 1 및 제 2 유체 저장소의 각각의 상부 영역 사이에 배치된 열전달 영역을 포함하는 장치가 제공된다.

보호 받고자 하는 본 발명의 또 다른 양태에 따르면,

제 1 및 제 2 유체 저장소;

상기 제 1 유체 저장소 내에 포함된 유체를 냉각시키기 위한 냉각 수단; 및

상기 제 1 및 제 2 유체 저장소의 각각의 상부 영역 사이에 배치된 열전달 영역을 포함하는 장치가 제공되고,

상기 장치는 제 1 저장소 내의 유체의 임계 온도 이하의 온도인 제 1 유체 저장소 내의 유체를 제 1 유체 저장소의 상부 영역으로 상승시키고 제 2 저장소 내의 유체의 임계 온도 이상의 온도인 제 2 유체 저장소 내의 유체를 제 2 유체 저장소의 상부 영역으로 상승시키도록 구성됨으로써, 상기 제 1 저장소 내에서 상승한 유체와 상기 제 2 저장소에서 상승한 유체 간의 열전달이 상기 열전달 영역에서 발생하도록 하고,

상기 장치는 상기 열전달 영역 내의 임계 온도의 유체가 적어도 제 2 유체 저장소 내에서 가라앉을 수 있도록 더 구성된다.

보호 받고자 하는 본 발명의 또 다른 양태에 따르면,

제 1 및 제 2 유체 저장소; 및

상기 제 1 및 제 2 유체 저장소의 각각의 상부 영역 사이에 배치된 열전달 영역을 포함하는 장치에 있어서,

상기 장치는, 사용시, 냉각 수단을 상부 공간 내의 유체와 열 연통하도록 배치하여 상기 유체를 냉각하도록 구성되고,

임계 온도란 온도의 함수로서 최대의 유체 밀도가 관찰되는 온도를 의미한다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 유체의 밀도는 이의 온도가 임계 온도를 향해 상승할 때 증가하고 이후 온도가 임계 온도 이상으로 상승할 때 감소하며, 이는 이의 밀도가 임계 온도에서 최대임을 의미한다. 상기 제 1 및 제 2 유체 저장소는 실질적으로 동일한 유형의 유체(예를 들어, 물, 특히 물/염 혼합물, 또는 위에서 정의된 임계 온도를 갖는 임의의 다른 유형 유체)를 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 임계 온도는 -100℃ 내지 +50℃의 범위, 더욱 바람직하게 -50℃ 내지 10℃, 더욱 바람직하게 -20℃ 내지 대략 8℃의 범위, 더욱 바람직하게 -20℃ 내지 5℃의 범위, 더욱 바람직하게 -5℃ 내지 5℃의 범위이다. 다른 값도 또한 사용될 수 있다.

따라서, 상기 제 1 및 제 2 유체 저장소는, 사용시, 임계 온도 이하에서 부온도(negative temperature)의 열팽창 계수와 임계 온도 이상에서 정온도(positive temperature)의 열팽창 계수를 갖는 유체를 포함하도록 구성된다. 다시 말해서, 유체의 밀도는 이의 온도가 임계 온도를 향해 상승할 때 증가하고 이후 온도가 임계 온도 이상으로 상승할 때 감소하며, 이는 이의 밀도가 임계 온도에서 최대임을 의미한다.

대안적인 실시형태에서, 상기 제 1 유체 저장소만이 임계 온도를 갖는 유체를 포함한다.

상기 장치는 냉각 수단, 선택적으로 전동식 냉각 수단을 포함할 수 있다. 상기 냉각 수단은 물 얼음 덩어리와 같은 응고된 유체 덩어리를 포함할 수 있다. 응고된 유체 덩어리는 아이스 팩과 같은 밀폐된 패키지 내에 포함될 수 있다. 상기 냉각 수단은 제 1 저장소 내의 유체를 냉각시키기 위해 냉매와 같은 냉각수가 흐르는 열교환기를 포함할 수 있으며, 이는 예를 들어, 냉각된 냉매 가스 또는 액체의 흐름에 의해 유체를 냉각시키도록 유체 내에 코일형 관이 침지된 냉각기 형태이다. 냉각수는 냉각된 유체, 예를 들어 차가운 물일 수 있다.

제 1 및 제 2 유체 저장소의 각각의 상부 영역 "사이에" 열전달 영역이 배치된다는 것에 대한 언급은 상기 열전달 영역이 제 1 및 제 2 유체 저장소의 상부 영역으로 연장되는 것을 의미하지 않고, 열전달 영역이 제 1 유체 저장소의 상부 영역에서 제 2 유체 저장소의 상부 영역으로 연장되는 상황을 포함하는 것을 포함한다는 것을 이해해야 한다. 또한 많은 실시형태에서, 열전달 영역은 제 1 유체 저장소의 상부 영역에서 제 2 유체 저장소의 상부 영역으로 연장되지 않는다는 것을 이해해야 한다.

일 실시형태에서, 제 1 및 제 2 유체 저장소는 나란히 배치된다.

제 1 및 제 2 유체 저장소에 포함된 유체는 동일하거나 상이할 수 있고 동일하거나 상이한 임계 온도를 가질 수 있다. 유체는 물 또는 물과 유사한 열 특성을 갖는 유체를 포함할 수 있다.

일 실시형태에서, 제 1 및 제 2 유체 저장소는, 적어도 부분적으로, 용기를 상기 제 1 및 제 2 유체 저장소로 분할하는 댐 수단을 갖는 용기에 의해 형성된다. 상기 댐 수단은 용기의 공간으로 연장되는 벽면 또는 다른 구조의 형태를 취할 수 있고, 상기 제 1 및 제 2 유체 저장소는 이의 양면 상의 각각의 공간에 의해 형성된다. 상기 댐 수단은 낮은 열전도율을 갖는 물질 또는 단열재로 형성될 수 있다.

일부 대안적인 실시형태에서, 상기 댐 수단은 비교적 높은 열전도율을 갖도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 댐 수단은 금속과 같은 비교적 높은 열전도율의 물질, 금속이 코팅된 플라스틱 물질, 및/또는 비교적 얇은 플라스틱 물질과 같이 비교적 얇은 물질로 형성될 수 있다. 이러한 특징은 댐 수단을 통해 제 1 및 제 2 유체 저장소 내의 유체 간의 열전달을 허용한다. 이러한 특징은 제 1 유체 저장소 내의 유체의 냉각이 처음 시작될 때 제 2 유체 저장소 내의 유체의 더욱 신속한 냉각을 허용한다.

일 실시형태에서, 상기 댐 수단은 용기의 내부 벽을 향해 용기의 하부 벽으로부터 위쪽으로 연장된다. 일 실시형태에서, 상기 댐 수단의 자유단은 용기의 상부 벽에서 이격된다. 상기 댐 수단의 자유단 상부 또는 인접한 영역은 상기 열전달 영역을 형성할 수 있다. 상기 댐 수단의 자유단과 상부 벽 사이의 간격은 조절될 수 있고, 이에 따라서 열전달 영역은 더욱 작거나 또는 크게 형성될 수 있다. 이러한 특징은 제 2 유체 저장소 내의 유체의 온도 조절을 용이하게 할 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 댐 수단의 하단부는 유체가 하나의 저장소에서 다른 저장소로 통과할 수 있도록 용기의 하부 벽에서 이격될 수 있다. 다시, 상기 이격은 일부 실시형태에서 조절될 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 상기 댐 수단은 용기의 상부 및 하부 벽 사이에서 연장되고 이의 상부 영역에서 하나 이상의 구멍 또는 슬롯을 포함할 수 있다. 상기 댐 수단 내의 상기 하나 이상의 구멍 또는 슬롯의 또는 이에 인접한 영역은 상기 열전달 영역을 형성할 수 있다. 상기 하나 이상의 구멍 또는 슬롯의 크기 또는 수는 일부 실시형태에서 조절될 수 있고 이에 따라서 제 2 저장소 내의 유체의 온도 조절을 허용한다.

사이에서 연장된다는 것은 상부 및 하부 벽 사이에 댐 수단이 배치되는 것을 의미하며 상부 및/또는 하부 벽과 접촉하거나 이로부터 이격될 수 있다. 따라서, 상기 댐 수단은 상부 벽을 접촉하지만 하부 벽을 접촉하지 않을 수 있고, 또는 상기 댐 수단은 하부 벽을 접촉하지만 상부 벽을 접촉하지 않을 수 있다. 상기 댐 수단은 상부 및 하부 벽 모두를 접촉하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 상기 댐 수단은 상부 및 하부 벽으로부터 이격될 수 있다. 마찬가지로, 상기 댐 수단은 댐 수단에 대해 측면으로 배치된(즉, 상부 또는 하부가 아닌 측면에 대해) 하나 또는 두 개의 벽을 접촉하거나 이로부터 이격될 수 있다. 다른 구성이 또한 사용될 수 있다.

선택적으로, 유체가 하나의 저장소에서 다른 저장소로 통과할 수 있도록 상기 댐 수단의 하부 영역에 하나 이상의 구멍 또는 슬롯이 제공될 수 있다. 상기 하나 이상의 구멍 또는 슬롯의 크기 또는 수는 일부 실시형태에서 조절할 수 있다.

상기 열전달 영역은 제 1 및 제 2 유체 저장소로부터의 유체의 혼합을 허용하기 위한 혼합 영역을 형성할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 열전달 영역은 각각의 제 1 및 제 2 유체 저장소 내에 포함된 유체 간의 열 흐름을 허용하기 위한 열 유로를 형성할 수 있다.

일 실시형태에서, 제 1 및 제 2 유체 저장소는 상기 열전달 영역을 통해 유체 연통한다. 상기 열전달 영역은 따라서 제 1 및 제 2 유체 저장소 사이에서 유체가 전달될 수 있도록 구성될 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 장치는 제 1 유체 저장소 내의 유체를 이의 임계 온도 이하의 온도로 냉각시키도록 구성되며, 이에 따라 열전달 영역을 통해 제 2 유체 저장소 내의 유체를 냉각시킨다.

대안적으로, 유체 저장소는 서로가 유체 분리된다. 본 실시형태에서, 유체-기밀의 열전도성 장벽이 유체 저장소의 상부 영역 사이에 배치될 수 있다. 열전도성 장벽의 또는 이에 인접한 영역은 따라서 상기 열전달 영역을 형성할 수 있다.

일 실시형태에서, 유체 저장소의 하부 영역에서 저장소 간의 열 에너지의 흐름을 허용하도록 유체 저장소의 하부 영역 사이에 유체-기밀의 열전도성 장벽이 배치될 수 있다. 이러한 특징은 특정 상황 하에서 장기간 동안 제 2 유체 저장소가 낮은 온도에서 유지될 수 있도록 하는 장점을 갖는다.

예를 들어, 전원의 부재로 인해, 전기 냉동 장치와 같은 제 1 저장소 내의 유체의 냉각 공급원이 작동이 중지되는 경우, 임계 온도 근처의 온도에 있는 제 1 저장소 내의 액체는 제 1 저장소의 하단을 향해 가라앉을 수 있다. 제 1 및 제 2 저장소가 이들의 하부 영역에서 열 연통하는 경우, 이 유체는 제 2 저장소 내의 유체로부터 열에너지를 흡수할 수 있다. 제 1 및 제 2 저장소가 이들의 하부 영역에서 유체 연통하는 경우, 하나 또는 두 개의 저장소 내의 유체는 하나의 저장소로부터 다른 저장소로 통과할 수 있다, 즉, 제 1 저장소 내의 차가운 유체가 제 2 저장소로 통과할 수 있다. 최종적인 결과는, 전원 고장의 경우 더욱 긴 시간 동안 제 2 저장소의 유체가 차가운 상태로 남을 수 있다는 것이다. 마찬가지로, 제 1 유체 저장소가 아이스 팩 등의 도입과 같은 능동적인 수단보다는 수동적인 수단에 의해 냉각되는 경우, 아이스 팩 내의 얼음이 녹으면 제 2 저장소 내의 유체는 더욱 오래 차가운 상태로 남을 수 있다.

냉각 수단은 제 1 유체 저장소의 상부 영역 아래인 제 1 유체 저장소의 영역 내의 유체를 임계 온도 이하의 온도로 냉각시키도록 구성됨으로써, 임계 온도 이상으로 냉각된 제 1 유체 저장소 내의 유체가 제 1 유체 저장소 내에서 상부 영역을 향해 상승하게 한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 임계 온도의 양면 상의 온도에 있는 유체는 임계 온도의 유체에 의해 상부 영역을 향해 이동될 수 있다.

일 실시형태에서, 제 1 유체 저장소의 상부 영역으로 이동된 임계 온도 이하의 온도의 유체는 사용시 임계 온도 이상의 온도의 유체와 혼합된다. 일 실시형태에서, 제 2 유체 저장소의 상부 영역의 유체는 임계 온도를 향해 냉각된다. 임계 온도에 있는 이 혼합 영역 내의 유체는 따라서 제 2 유체 저장소의 하부 영역 내에서 가라앉을 수 있다.

상기 구성은 제 2 유체 저장소 내의 유체가 장기간 동안 임계 온도에서 또는 그 근처에서 실질적으로 일정한 온도로 유지될 수 있게 할 수 있다.

상기 냉각 수단은 제 1 유체 저장소 내의 유체를 냉각시킬 수 있는 냉장 장치 및 상기 냉장 장치에 대한 전원의 역할을 할 수 있는 전원 장치를 포함할 수 있다. 상기 전원 장치는 햇빛을 전기로 변화시키기 위해, 다수의 광전지와 같은 태양열 발전 장치를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로 주 전원 장치가 사용될 수 있다.

일반적인 실시형태에서, 냉장 장치는 전동식 압축기를 포함한다. 그러나, 냉장고의 전기 효율을 증가시키기 위해 다른 냉장 기술을 사용하는 냉장 장치가 사용될 수 있다. 이러한 대안적인 기술의 일례는 태양광 직접 구동 모드에서 작동될 수 있는 스털링 엔진 쿨러(Stirling engine cooler)이다.

상기 장치는 응고된 유체, 선택적으로 제 1 유체 저장소 내의 얼음의 형성을 검출할 수 있도록 배치되는 센서를 포함할 수 있다. 상기 센서는 온도 센서일 수 있다.

상기 센서는 센서와 열 연통하는 제 1 유체 저장소 내의 액체가 소정 값 이하로 떨어질 때를 검출하기 위한 온도 센서를 포함할 수 있다.

상기 센서는 얼음의 형성을 검출한 경우 및/또는 센서의 온도가 소정 값 이하로 떨어질 때 냉장 장치의 작동을 중단시키도록 작동될 수 있다. 상기 센서는 냉장 장치의 작동을 중단시키기 전에 상당히 많은 양의 유체가 냉각 수단에 의해 충분히 낮은 온도로 냉각될 수 있도록 냉장 장치의 냉각 부분으로부터 충분한 거리에 배치될 수 있다.

따라서, 냉각 수단이 제 1 저장소 내의 유체를 동결시켜, 예를 들어, 얼음 형태의 고체를 형성하도록 구성되는 실시형태에서, 상기 센서는 충분히 많은 양의 동결체가 형성될 수 있도록 냉각 수단의 냉각 부분으로부터 충분한 거리에 배치될 수 있다. 제 1 저장소 내의 유체의 주요 성분으로서 물이 사용되는 경우와 같이 일부 유체의 경우에 있어서, 유체의 동결체로부터의 거리의 함수로서 유체의 온도가 비교적 신속하게 상승할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 온도 센서가 유체의 빙점 근처의 온도를 감지하는 경우, 일부 실시형태에서 동결체의 덩어리가 상기 온도 센서를 실질적으로 접촉하는 것으로 가정할 수 있다. 따라서, 온도 측정이 얼음과 같은 동결 유체의 형성을 검출하는 효과적인 방법이 될 수 있다.

열 측정 이외의 동결체의 형성을 검출하는 방법이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 동결 유체의 회전 날개와 같은 기계적 장치와의 간섭이 일부 실시형태에서 동결 유체의 검출을 위한 유용한 수단이 될 수 있다. 또한, 제 1 및/또는 제 2 저장소 내의 유체(동결 유체를 포함)의 부피의 변화가 동결 유체의 존재의 유용한 척도가 될 수 있다, 예를 들어, 소정의 양을 초과하는 부피의 증가가 충분히 큰 양의 동결 유체가 형성되었음을 나타낼 수 있다.

유체의 응고가 장치의 작동 범위 내의 임계 온도 이하에서 발생하지 않는 실시형태에서, 냉각 수단의 작동이 중단될 수 있는 시점에서 특정 온도 이하의 소정 부피의 유체가 충분히 크게 성장하여 실질적으로 온도 센서를 접촉할 때 이를 검출하도록 온도 센서가 구성될 수 있다.

센서에 의해 검출된 온도가 설정 값 이상으로 상승하면, 냉장 장치의 작동이 재개될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어 제어 시스템 내의 히스테리시스(hysteresis)로 인한 적절한 시간 지연이 도입되어 너무 자주 냉각 수단의 전원을 온/오프시키는 것을 방지할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 일부 대안적인 실시형태에서, 냉각 수단은, 사용시 그리고 적어도 초기에, 적재 공간의 목표 온도 이하의 온도인 축열체를 포함할 수 있다. 이는 구성이 간단하고 작동할 때 움직이는 부품이 없는 냉장고를 제공할 수 있다. 예를 들어, 축열체는 얼음 덩어리일 수 있다. 이러한 구성은 자체로(즉, 냉장 장치 없이) 또는 냉장 장치와 함께 사용될 수 있다. 일부 실시형태에서, 외부 공급원에서 냉장고로 제공된 축열체와 냉장 장치의 조합을 갖는 냉장 수단이 냉장고를 냉장 장치 단독으로 할 수 있는 것보다 더욱 신속하게 이의 작동 온도로 냉각시킬 수 있다.

이러한 구성은 제 1 유체 저장소 내의 물과 같은 유체와 열 연통하는 축열체를 수용하기 위한 격실을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 격실은 느슨한 형태로 또는 아이스 팩과 같은 용기 내에 제공된 얼음을 수용하기에 적합할 수 있다. 상기 격실은 응고된 이산화탄소("드라이 아이스") 또는 임의의 다른 적절한 냉각수와 같은 다른 냉각수를 수용하기에 적합할 수 있다. 이러한 후자의 경우, 축열체는 느슨한 형태 또는 아이스 팩과 같은 패키지된 형태의 냉각수일 수 있다.

보호 받고자 하는 본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 이전의 양태에 따른 장치 및 제 2 유체 저장소와 열 연통하도록 배치되는 냉각될 물건 또는 물품을 수용하기 위한 적재 공간을 포함하는 냉장 장치가 제공된다.

일 실시형태에서, 상기 적재 공간은 냉각될 물품 또는 물건을 지지하기 위한 하나 이상의 선반을 포함할 수 있다. 상기 적재 공간은 전면 개방형일 수 있다. 대안적으로, 상기 적재 공간은 이의 단열을 위한 도어와 같은 클로저를 포함할 수 있다.

대안적으로 또는 추가적으로, 상기 장치는 내부에 음료 용기와 같은 용기, 과일 또는 임의의 다른 적절한 물품이 온도 제어 저장을 위해 배치될 수 있는 적어도 하나의 리셉터클을 포함할 수 있다.

상기 또는 각각의 리셉터클은 상기 저장소의 벽면에 배치된 구멍에 의해 형성된 개구부를 갖고 내부에서 잠길 수 있도록 냉각 영역 내에서 안쪽으로 연장되는 튜브 또는 파우치를 포함할 수 있다.

상기 또는 각각의 튜브 또는 파우치는 상기 개구부에서 원위인 이의 단부에서 폐쇄될 수 있다.

상기 또는 각각의 리셉터클은 신축성 물질, 선택적으로 탄성 물질과 같은 탄력적이고 신축적인 물질로 형성될 수 있다.

상기 또는 각각의 리셉터클은 상기 개구부에서 근위인 이의 단부에서부터 상기 개구부에서 원위인 이의 단부를 향해 가늘어질 수 있다. 대안적으로, 각각의 리셉터클은 실질적으로 평행한 벽을 가지고 가늘어지지 않을 수 있으며, 예를 들어, 이의 길이의 적어도 일부를 따라, 선택적으로는 실질적으로 이의 전체 길이를 따라 실질적으로 일정한 직경의 원통형 튜브일 수 있다.

상기 장치는 적어도 두 개의 리셉터클을 포함하고, 이의 각각의 개구부에서 원위인 각각의 리셉터클의 단부는 연결될 수 있다.

상기 또는 각각의 리셉터클은 내부에 수용된 물품으로부터 냉각 영역 내에 포함된 유체로의 열전달을 허용하도록 구성될 수 있다.

상기 장치는, 사용시, 냉각될 유체가 흐르는 하나 이상의 유체 관로(pipelines)를 포함할 수 있다. 상기 관로는 제 2 저장소를 통과하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 상기 관로는 제 1 저장소를 통과하도록 구성될 수 있다. 상기 관로는 음료 분배 장치를 위한 관로일 수 있다. 상기 장치는 분배될 음료가, 선택적으로 펌프에 의해 및/또는 중력 하에, 관로를 통과하도록 구성될 수 있다

일 실시형태에서, 상기 적재 공간은 하나 이상의 배터리와 같은 하나 이상의 물품을 수용하도록 구성될 수 있다.

상기 장치는 제 2 유체 저장소로부터 유체를 제공 받도록 구성된 열교환기 부분을 포함할 수 있다.

상기 장치는 공기를 물품을 향해, 그 위로 또는 그 주위로 상기 열교환기 부분 위로 또는 이를 통해 통과시키기 위한 수단을 포함할 수 있다.

상기 공기를 통과시기 위한 수단은 관로를 통해 상기 열교환기 부분과 유체 연통하는 팬 또는 압축기를 포함할 수 있다.

상기 열교환기 부분은 상기 도관과 유체 연통하는 하우징 내에 배치될 수 있고, 상기 하우징은 내부에 하나 이상의 구멍을 포함하고, 이를 통해 상기 열교환기 부분 위로 또는 이를 통해 통과하는 공기가 상기 하우징으로부터 상기 물품을 향해, 그 위로 또는 그 주위로 배출된다.

상기 하우징은 다수의 구멍을, 선택적으로 냉각될 물품의 표면적에 비해 상대적으로 작은 직경의 구멍을 포함할 수 있다.

상기 열교환기 부분은 다수의 열교환 표면을 갖는 용기를 포함할 수 있다.

상기 열교환 표면은 공기가 상기 열교환기 부분 내의 유체와 열 연통하는 열교환기 부분을 통과할 수 있도록 구성되는 다수의 교환 도관 또는 구멍을 포함할 수 있다.

상기 열교환기 부분은 열투과성 물질로 형성될 수 있다.

대안적으로, 상기 장치는 제 2 유체 저장소와 열 연통되도록 제공되는 열교환기 부분을 포함하고, 상기 장치는 냉각 기체가 상기 열교환기 부분을 통과하도록 구성되어 상기 냉각 기체와 상기 제 2 저장소 내의 유체 간의 열교환을 허용하고 이후 상기 냉각 기체를 상기 물품을 향해, 그 위로 또는 그 주위로 향하게 할 수 있다.

상기 열교환기 부분은 제 2 유체 저장소 내의 유체와 열 연통하는 하나 이상의 도관을 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 도관은 제 2 유체 저장소 내의 유체 내에 침지될 수 있다. 상기 열교환기 부분은 상기 제 2 유체 저장소 내에 실질적으로 서로 평행한 다수의 도관, 선택적으로 이격된 도관의 어레이를 포함할 수 있다.

상기 장치는 열교환기 부분을 통해 냉각 기체를 펌핑하기 위해 관로를 통해 상기 열교환기 부분과 유체 연통하는 팬 또는 압축기를 포함할 수 있다.

상기 열교환기 부분은 열투과성 물질로 형성될 수 있다.

일 실시형태에서, 상기 장치는 종래의 냉장고 등의 내부에 배치되도록 구성된다. 본 실시형태에서, 상기 냉각 수단은 상기 냉장고의 기존의 냉각 소자를 포함할 수 있다. 상기 장치는 상기 냉장고 내부에 배치되도록 구성되어 제 1 유체 저장소가 기존의 냉각 소자와 열 연통함으로써 내부의 유체를 냉각시킬 수 있다.

상기 장치는 예를 들어 종래의 냉장고에 맞도록 형성된 구조의 형태일 수 있다. 상기 장치는 종래의 냉장고에 맞도록 성형되거나 또는 다르게 형성될 수 있다.

일부 실시형태에서, 상기 냉각 장치는 제 1 유체 저장소의 유체(그리고 선택적으로 제 2 유체 저장소 내의 실질적으로 모든 또는 적어도 일부 유체)를 임계 온도 이하로 냉각시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 제 1 저장소 내의 실질적으로 모든 유체가 동결될 수 있고, 선택적으로 제 2 유체 저장소 내의 적어도 일부 유체가 또한 동결될 수 있다. 적어도 제 1 유체 저장소 내의 유체의 상승 및 하강이 따라서 실질적으로 중단될 수 있고, 제 2 유체 저장소 내의 유체의 온도는 상기한 바와 같이 장치가 정상 작동 모드로 작동될 때 도달할 수 있는 온도 이하로 내려갈 수 있다. 이는 특히 댐 수단이 상기한 바와 같이 비교적 높은 열전도율을 갖도록 구성될 때의 경우일 것이다.

그러나, 상기 냉각 수단의 냉각 전원이 이후 감소되거나 중단되어 제 1 유체 저장소 내의 적어도 일부 유체가 데워지는 경우, 상기 장치는 정상 모드에서의 작동을 가정할 수 있다. 즉, 임계 온도 이하의 유체가 부력에 의해 제 1 저장소 내에서 상승하고 제 2 저장소 내의 유체와 열교환을 함으로써, 제 1 저장소 내에서 부력에 의해 상승한 임계 온도 이상의 유체에 대해 냉각 효과가 부여된다. 열전달 영역에서 임계 온도로 또는 임계 온도를 향해 냉각된 제 2 유체 저장소 내에서 상승된 유체는 이후 중력 하에 가라앉을 수 있고, 이에 따라 제 2 유체 저장소 내의 유체에 냉각 효과를 준다. 따라서, 제 1 유체 저장소 내의 유체의 점진적인 데워짐(예를 들어, 동결 유체의 해동으로 인함)에도 불구하고 제 2 유체 저장소 내에서 비교적 안정적인 온도 조건이 유지될 수 있다.

상승과 하강이 위에서 언급한 바와 같은 반면, 정상적인 평형 작동인 일부 실시형태에서, 제 1 및/또는 제 2 저장소 내의 유체가 실질적으로 정적이고, 열전달이 주로 유체를 통한 전도에 의해 발생하는 상황이 달성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 대안적으로 또는 추가적으로, 유체의 이동은 실질적으로 정적이거나 준정적인 조건이 설정될 수 있도록 충분히 느릴 수 있다.

보호 받고자 하는 본 발명의 일 양태에서, 식품, 음료 또는 백신과 같은 물건을 냉각시키기 위한 장치가 제공되며, 상기 장치는 적어도 두 개의 저장소, 어느 하나의 저장소 내에 포함된 유체를 냉각시키기 위한 냉각 수단 및 상기 저장소의 각각의 상부 영역 사이의 열전달 영역을 포함한다. 상기 열전달 영역은 저장소 내에 포함된 유체 간의 열전달을 허용함으로써 하나의 저장소 내의 유체의 냉각이 다른 하나의 저장소 내의 유체의 냉각을 유발하도록 한다.

일 실시형태에서, 제 1 저장소 내의 유체의 냉각은 제 1 유체를 냉각시키기 위해 대상 유체를 열교환기에 통과시킴으로써 제공된다.

선택적으로, 상기 대상 유체는 과정에서 사용된 및/또는 사용될 예정인 유체일 수 있다. 예를 들어, 상기 대상 유체는, 예를 들어 냉동고의 열교환기를 냉각시키기 위해 냉각 과정에서 사용된 냉매일 수 있다. 냉동고의 열교환기에서 배출된 냉매는 (예를 들어) -5℃의 온도 또는 제 1 저장소 내의 유체의 임계 온도 이하의 임의의 다른 적절한 온도일 수 있다. 상기 냉매는 유체를 냉각시키기 위해 제 1 유체 저장소 내의 유체에 침지된 튜브와 같은 열교환기를 통과하도록 구성될 수 있다. 상기 냉매는 이후 압축기로 복귀될 수 있고, 여기서 냉매는 압축될 수 있고 냉각을 이루기 위해 팽창되기 전에 추가의 열교환기에서 냉각될 수 있다.

일 실시형태에서, 추가의 열교환 유체가 사용되어 제 1 유체 저장소의 유체로부터 열을 흡수하며, 상기 열교환 유체는 이후, 냉동고의 열교환기 또는 다른 시스템에서 배출된 냉매와 같은 추가의 유체에 의해 냉각된다.

다른 구성이 또한 사용될 수 있다.

일부 실시형태에서, 임계 온도 이하의 온도인 호수, 강 또는 바다로부터의 물에 의해 제 1 저장소 내의 유체를 냉각시키기 위한 유체 공급원이 제공될 수 있다. 예를 들어, 0℃ 근처 또는 이하의 온도의 물 공급원이 사용될 수 있다.

다른 구성이 또한 사용될 수 있다.

보호 받고자 하는 본 발명의 일 양태에서, 케이싱; 상기 케이싱 내에 배치되는 유체 공간, 상기 유체 공간은 유체 공간을 제 1 중앙 유체 저장소 및 제 2 및 제 3 외부 유체 저장소로 분할하는 댐 수단을 포함하고; 상기 제 1 유체 저장소 내에 포함된 유체를 냉각시키기 위해 상기 제 1 유체 저장소 내에 배치된 냉각 수단; 상기 제 1 유체 저장소 내에 포함된 유체와 상기 제 2 및 제 3 유체 저장소 내에 포함된 유체 간의 열전달을 허용하기 위해 상기 유체 저장소의 각각의 상부 영역에 의해 적어도 부분적으로 형성된 열전달 영역; 및 상기 케이싱 내에 배치되고 상기 제 2 및 제 3 유체 저장소와 열 연통하는 제 1 적재실을 포함하는 냉장 장치가 제공된다.

선택적으로, 상기 케이싱 내에 그리고 제 2 및 제 3 유체 저장소와 열 연통하도록 제 2 적재실이 배치될 수 있다.

보호 받고자 하는 본 발명의 추가의 양태에서, 케이싱; 상기 케이싱 내에 배치되는 유체 공간, 상기 유체 공간은 유체 공간을 제 1 내부 유체 저장소 및 제 2 외부 유체 저장소로 분할하는 원통형 댐 수단을 포함하고; 상기 제 1 유체 저장소 내에 포함된 유체를 냉각시키기 위해 상기 제 1 유체 저장소 내에 배치된 냉각 수단; 상기 제 1 유체 저장소 내에 포함된 유체와 상기 제 2 유체 저장소 내에 포함된 유체 간의 열전달을 허용하기 위해 상기 유체 저장소의 각각의 상부 영역에 의해 적어도 부분적으로 형성된 열전달 영역; 및 상기 케이싱 내에 배치되고, 상기 유체 공간을 적어도 부분적으로 둘러싸며, 상기 제 2 유체 저장소와 열 연통하는 적재실을 포함하는 냉장 장치가 제공된다.

보호 받고자 하는 본 발명의 일 양태에서, 제 1 유체 저장소의 하부 영역 내의 유체를 냉각시키는 단계; 상기 유체의 임계 온도 이하의 온도인 제 1 유체 저장소 내의 유체를 제 1 유체 저장소의 상부 영역으로 상승시키는 단계; 상기 임계 온도 이하의 온도인 유체와 제 2 유체 저장소로부터의 상기 임계 온도 이상의 온도인 유체를 상기 제 1 및 제 2 유체 저장소의 각각의 상부 영역에 배치된 열전달 영역 내에서 혼합하는 단계; 및 상기 열전달 영역 내의 임계 온도의 유체가 적어도 상기 제 2 유체 저장소 내에서 가라앉게 하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다.

상기 방법은 상기 열전달 영역 내의 임계 온도의 유체가 적어도 상기 제 2 유체 저장소 내에서 가라앉게 함으로써 이와 열 연통하는 적재실을 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다.

보호 받고자 하는 본 발명의 추가의 양태에서, 제 1 및 제 2 유체 저장소; 상기 제 1 유체 저장소 내에 포함된 유체를 냉각시키기 위한 냉각 수단; 및 상기 제 1 유체 저장소에 포함된 유체와 상기 제 2 유체 저장소에 포함된 유체 간의 열전달을 허용하기 위해 상기 제 1 및 제 2 유체 저장소의 각각의 상부 영역 사이에 배치된 열전달 영역을 포함하는 장치가 제공된다.

본 출원의 범위 내에서, 이전 단락, 청구항 및/또는 다음의 설명과 도면에서 제기된 다양한 양태, 실시형태, 실시예, 특징 및 대안은 독립적으로 또는 이들의 임의의 조합으로 수행될 수 있다는 것이 명백하게 의도된다. 예를 들어, 일 실시형태와 관련해서 설명된 특징은, 이와 상반된 점이 없는 한, 모든 실시형태에 적용할 수 있다.

본 발명의 실시형태가 첨부한 이제 도면을 참고로 오직 예로서 설명될 것이다, 도면에서:
도 1은 온도에 대한 물의 밀도를 나타낸 그래프이고;
도 2는 본 발명의 한 형태를 구현하는 장치의 단면도이고;
도 3은 본 발명의 또 다른 형태를 구현하는 장치의 사시도이고;
도 4는 본 발명의 또 다른 형태를 구현하는 장치의 단면도이고;
도 5는 도 4의 장치의 변형을 나타내는 단면도이고;
도 6은 본 발명의 또 다른 형태를 구현하는 장치의 단면도이고;
도 7은 도 6의 장치의 변형을 나타내는 단면도이고;
도 8은 본 발명의 또 다른 형태를 구현하는 장치의 단면을 도시한 평면도이고;
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 또 다른 형태를 구현하는 단면도를 도시하고;
도 10은 본 발명의 또 다른 형태를 구현하는 장치의 단면도이고;
도 11은 본 발명의 또 다른 형태를 구현하는 장치의 단면도이고;
도 12는 용기 내의 물건을 냉각시키기 위한 단열 용기 내부에 배치되기에 적합한 라이너(liner)의 사시도이고;
도 13은 제거된 장치의 케이싱(casing)의 전면부를 도시한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 장치의 정면도이고;
도 14는 제거된 장치의 케이싱의 측면부를 도시한 도 13의 실시형태에 따른 장치의 측면도이고;
도 15는 제거된 장치의 케이싱의 전면부를 도시한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 장치의 정면도이고;
도 16은 제거된 장치의 케이싱의 측면부를 도시한 도 15의 실시형태에 따른 장치의 측면도이고;
도 17은 배터리의 사용 가능한 수명이 온도에 따라 달라지는 것을 도시하는 그래프이고
도 18은 본 발명의 한 형태를 구현하는 장치의 개략도이고;
도 19는 도 18의 B 부분인 열교환기 부분의 확대도이고;
도 20은 본 발명의 제 2 형태를 구현하는 장치의 개략도이고; 및
도 21은 본 발명의 또 다른 형태를 구현하는 장치의 개략도이다.

다음의 설명 내에서, 가능한 한 유사한 참조번호는 유사한 부분을 나타낸다.

본 발명의 일부 실시형태의 작동은 물과 같은 특정 유체의 공지된 이례적인 특성 중 하나, 즉, 도 1에 도시된 바와 같이 유체의 밀도가 임계 온도(물의 경우, 대략 4℃)에서 최대인 것에 의존한다는 것을 상기한 바로부터 알 것이다. 본원에서 물이 한 예로서 사용되었지만, 유사한 특성을 갖는 다른 유체가 또한 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 물과 염 같이, 물을 포함하는 유체가 또한 사용될 수 있다. 염은 임계 온도가 낮아지게 할 수 있다. 물 또는 다른 유체의 임계 온도를 낮추거나 높이는데 기타 첨가제가 사용될 수 있다.

물이 임계 온도에서 온도의 함수로서 최대의 밀도를 갖는다는 사실은 물이 대략 4℃ 이하에서 부온도의 열팽창 계수와 대략 4℃ 이상에서 정온도의 열팽창 계수를 갖는다는 사실의 결과이다. 이하에서, 용어 "임계 온도"는 유체의 밀도가 최대가 되는, 물의 경우 대략 4℃인, 온도를 지칭하기 위해 사용될 것이다.

함께 계류 중인 PCT 출원 제 PCT/GB2010/051129호에 개시된 장치에서, 상부 공간은 적재 공간 상부에 배치된다. 이러한 배치는 기능적으로 유리하지만, 일부 응용에 대해 포장의 측면에서 불리할 수 있다. 더욱 구체적으로, 본 출원인은 적재 공간 상부로 상부 공간을 배치하는 경우, 일부 배치에서 사용하기 위해 이용할 수 있는 소매 상점(retail frontage)에서의 사용을 제한할 수 있다는 것을 확인하였다. 다시 말해서, 상부 공간은 가장 유익하거나 유용한 냉장 저장 공간일 수 있는 장치의 정면에서 장치의 부피 일부를 차지한다.

본 출원인은 상부 공간, 즉 냉각 수단을 포함하는 저장소를 저장실 뒤(상부 반대편)에 배치할 수 있고, 이전 출원에서의 열 원리와 유사한 원리를 사용하여 저장실의 효과적인 냉각을 여전히 달성할 있다는 것을 발견하였다.

도 2를 첫째로 참조하면, 본 발명의 제 1 형태를 구현하는 냉장 장치가 일반적으로 참조번호 1로 도시되어 있다.

장치(1)는 본 실시형태에서 대체로 수직 직육면체의 형태를 한 케이싱(10)을 포함한다. 케이싱(10)은 장치(1) 내부 또는 외부로의 열전달을 줄이기 위해 단열재로 형성된다. 예를 들어, 케이싱(10)은 플라스틱 물질의 일체형 회전 성형체로서 형성될 수 있다. 케이싱(10) 내의 공간은, 케이싱(10)의 상부, 하부 및 측면 벽 사이에서 연장된 열전도성 벽(16)을 포함하는 분리판에 의해, 인접한 격실인 적재실(12)과 유체 공간(14)으로 분할된다.

적재실(12)은 백신, 식품 또는 포장 음료와 같이 냉각될 필요가 있는 하나 이상의 물건 또는 물품을 저장하도록 구성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 적재실(12)은 케이싱(10)의 개방면을 통해 적재실로 접근하기 개방될 수 있는 도어(18)와 같은 클로저를 포함할 수 있다. 도어(18)에는 단열재가 적용되어 도어(18)가 폐쇄될 때 이를 통한 열전달을 줄일 수 있게 한다. 대안적인 실시형태(미도시)에서, 적재실(12)은 개방면으로 구성되어 내부에 저장된 물건 또는 물품으로의 쉬운 접근을 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 적재실은 소매점 또는 상점에서의 사용을 위해 선반을 포함할 수 있다.

유체 공간(14) 그 자체는, 유체 공간(14)의 하부 벽에서부터 위쪽으로 그리고 이의 측면 벽 사이에서 완전히 연장된 열 장벽(thermal barrier) 또는 벽면(22)의 형태인 댐(weir) 수단에 의해 각각 제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b)로 부분적으로 분할된다. 벽면(22)은 실질적으로 적절한 단열 특성을 갖는 임의의 물질로 형성될 수 있다. 특히, 상기 벽면(22)은 제 1 및 제 2 유체 저장소 사이에 열전달을 줄이기 위해 낮은 열전도율을 갖는 물질로 형성되는 것이 바람직하다. 일부 대안적인 실시형태에서, 상기 벽면(22) 및 케이싱(10)에 의해 형성된 유체 공간(14)의 측면 벽 사이에 갭을 제공할 수 있다.

도시된 실시형태에서, 벽면(22)은 상부 벽으로부터의 거리를 종료시켜 이 사이에 슬롯 및/또는 개구부(24)가 형성되게 한다. 슬롯 또는 개구부(24)는 따라서 제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b) 각각의 상부 영역 사이에서 유체 및/또는 열 유로를 제공한다. 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b)는 따라서 이들의 상부 영역에서 유체 연통하고 함께 유체 혼합 영역을 형성하며, 이는 대체로 파선(26)으로 나타나 있고 아래에서 설명된다.

전동식 냉각 소자(28) 형태의 냉각 수단이 제 1 유체 저장소(20a) 내에 배치되어 유체에 침지된다. 냉각 소자(28)는 제 1 유체 저장소(20a)의 하부 영역에 배치되고 유체의 층에 의해 저장소의 측면, 단부, 상부 및 하부 벽으로부터 이격된다. 장치는 냉각 소자(28)에 전력을 공급하기 위해 외부 전원 장치(미도시)를 포함한다. 전원 장치는 밝은 햇빛이 없는 경우 주 전원의 공급으로부터 작동할 수 있다. 전원 장치는 또한 광전지 패널(미도시)로부터 작동할 수 있으며, 이에 따라 장치(1)는 화창한 주간 조건에서는 전원 공급의 필요 없이 구동될 수 있다.

일부 실시형태에서, 냉각 소자(28)는 유체 공간(14) 외부의 펌프에 의해 내부로 펌핑된 냉매에 의해 제 1 유체 저장소(20a) 내의 유체를 냉각시키도록 구성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 냉각 소자(28)는 종래의 증기-압축 냉장 사이클 방식으로 압축된 냉매의 팽창에 의해 냉각된 냉매에 의해 펌핑된다.

제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b)는 각각 임계 온도 이하에서 부온도의 열팽창 계수 및 임계 온도 이상에서 정온도의 열팽창 계수를 갖는 소정 부피의 유체를 포함한다. 도시된 실시형태에서, 유체는 물이고 이에 대한 임계 온도는 대략 4℃이다. 물은 주로 유체 저장소(20a, 20b) 모두를 채우지만 팽창을 위해 각각 소량이 채워지지 않을 수 있다. 상기한 바와 같이, 물 이외의 액체가 또한 사용될 수 있다. 특히, 임계 온도 이하에서는 액체의 밀도가 감소하는 온도의 함수로서 감소되고(즉, 임계 온도 이하로 냉각될 때 부온도의 열팽창 계수를 갖고) 임계 온도 이상에서는 액체의 밀도가 증가하는 온도의 함수로서 감소되는(즉, 임계 온도 이상으로 가열될 때 양의 열팽창 계수를 갖는) 유체가 이용될 수 있다.

이제 장치(1)의 동작에 대해서 설명한다.

제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b) 내의 모든 물이 초기엔 주위 온도 근처인 것을 가정할 수 있다. 장치(1)가 작동되어 냉각 소자(28)에 전력이 공급됨으로써, 예를 들어, -30℃와 같이 낮은, 일반적으로 물의 빙점 이하의 온도로 냉각시킨다. 이는 다시 제 1 유체 저장소(20a) 내의 냉각 소자(28) 바로 주변의 물이 냉각되게 한다. 물이 냉각됨으로써, 이의 밀도가 증가한다. 냉각된 물은 따라서 제 1 유체 저장소(20a)의 하단을 향해 가라앉고, 이는 제 1 유체 저장소(20a)의 상부 영역을 향해 상승하는 따뜻한 물을 제거한다.

시간이 흐름에 따라 제 1 유체 저장소(20a) 내에 포함된 대부분 또는 모든 물이 4℃ 이하의 온도로 냉각되는 것을 알 수 있을 것이다. 임계 온도에서는 물의 밀도가 최대가 되기 때문에, 이 온도에서의 물은 제 1 유체 저장소(20a)의 하단에 모이는 경향이 있고, 이는 낮은 온도의 물을 제 1 유체 저장소(20a)의 상부 영역을 향해 이동시킨다. 이는 일반적으로 제 1 유체 저장소(20a)의 하부 영역에 존재하는 임계 온도에서 제 1 유체 저장소(20a) 내에서 물과 함께 형성되는 양의 온도 기울기로 이어지며, 제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b) 간의 교차점에서 개구부(24)와 인접한 상부 영역에 존재하는 임계 온도 이하의 온도에서 밀도가 낮고 부력이 높은 물을 형성한다.

이하에서 유체 혼합 영역(26)이라고 지칭하는 이 교차점에서, 임계 온도의 물이 제 1 유체 저장소(20a) 내에 가라앉음에 따라 위로 이동한 임계 온도 이하의 온도의 물이 제 2 유체 저장소(20b)의 상부 영역에 위치한, 예를 들어, 대략 10℃의 따뜻한 물을 만나서 혼합된다. 따뜻한 물로부터 차가운 물로의 열의 전달은 따라서 혼합 영역(26) 내에서 발생하고, 이는 제 1 유체 저장소(20a)로부터의 차가운 물과 제 2 유체 저장소(20b)로부터의 따뜻한 물이 각각 임계 온도를 향해 온도가 상승하고 하강하게 한다. 유체 혼합 영역(26)은 따라서 장치(1)의 열전달 영역을 형성하고, 이 영역에서 제 1 및 제 2 유체 저장소로부터의 유체 간의 열전달이 발생한다.

제 1 유체 저장소(20a)로부터의 차가운 물이 임계 온도를 향해 온도가 상승함에 따라, 도 1에 도시된 바와 같이, 이의 밀도가 증가하고, 따라서 냉각 소자(28)를 향해 다시 아래로 가라앉고, 이는 냉각된 물을 아래로 이동시킨다. 마찬가지로, 제 2 유체 저장소(20b)로부터의 따뜻한 물이 임계 온도를 향해 온도가 하강함에 따라, 이의 밀도가 증가하고, 따라서 제 2 유체 저장소(20b)의 하부 영역을 향해 가라앉고, 이는 따뜻한 물을 아래로 이동시킨다.

혼합 영역(26) 내에서 혼합된 이후 냉각된 제 2 유체 저장소(20b) 내의 물은, 상기한 바와 같이, 적재실(12)과 열 연통하도록 배치되는 제 2 유체 저장소(20b)의 하부에서 모인다. 적재실(12)로부터의 열은 따라서 제 2 유체 저장소(20b) 내의 냉각된 물에 의해 흡수되고, 적재실(12) 및 이에 따라 이의 내부에 저장된 물건 또는 물품의 온도가 하강하기 시작한다.

다시 말해서, 냉각 소자(28)에 의해 임계 온도 이하의 온도로 냉각된 제 1 유체 저장소(20a) 내의 물은 임계 온도의 물에 의해 혼합 영역(26)을 향해 위로 이동한다. 반대로, 제 2 유체 저장소(20b) 내에서, 임계 온도 이상의 물은 임계 온도의 물에 의해 혼합 영역(26)을 향해 위로 이동한다. 따라서, 열 장벽(22)의 양면에서의 그리고 임계 온도의 양면의 온도에서의 물은 혼합 영역(26) 내에서 합쳐지고 혼합됨으로써, 혼합 영역(26) 내의 물의 평균 온도가 임계 온도에 도달하도록 하고 따라서 각각의 유체 저장소(20a, 20b)의 하부 영역으로 쏟아지거나 가라앉게 한다.

시간이 흐름에 따라, 이러한 과정은, 제 1 유체 저장소(20a)의 상부 영역으로 상승하는 임계 온도 이하의 온도의 물과 제 2 유체 저장소(20b)의 상부 영역으로 상승하는 임계 온도 이상의 온도의 물 간의 동적인 열전달을 통해 안정 상태에 도달한다. 일부 실시형태에서, 제 1 및 선택적으로 또한 제 2 저장소 내의 유체는 이러한 안정 상태에서 실질적으로 정적이고, 열전달은 주로 전도를 통해 발생한다.

본 출원인은, 시간이 흐름에 따라, 냉각 소자(28)가 제 1 유체 저장소(20a)의 하부 영역에 배치되었음에도 불구하고, 제 2 유체 저장소(20b) 내의 물의 온도가 대략 임계 온도에서 안정 상태의 온도에 도달한다는 놀라운 기술적 효과를 발견하였다. 다시 말해서, 제 2 유체 저장소(20b) 특히 이의 하부 영역에서의 많은 또는 모든 물은 대략 4℃의 온도에서 비교적 정체된다. 적재실(12)로부터의 열의 흡수에 의해 임계 온도 이상으로 가열된 물은, 제 1 유체 저장소(20a)의 상부 영역 내의 임계 온도 이하의 물에 의해 냉각되어 혼합 영역(26)에서 내려온 임계 온도의 물에 의해 혼합 영역(26)을 향해 이동한다.

제 2 유체 저장소(20b) 내의 물에 의한 적재실(12)로부터의 열의 흡수를 통해, 적재실(12)은 대략 4℃의 바람직한 온도로 유지되고, 이는 백신, 식품 및 음료를 포함하는 많은 제품의 저장을 위해 이상적이다.

냉각 소자(28)와 접촉하는 유체는 일반적으로 냉동되고, 냉동된 유체 또는 얼음의 고체 덩어리가 제 1 유체 저장소에 형성된다는 것을 이해해야 한다. 얼음이 임계 크기로 성장될 때 얼음의 형성을 검출하기 위한 얼음 검출기가 제공될 수 있다. 검출기가 임계 크기의 얼음의 형성을 검출하면, 장치는 냉각 소자(28)의 전원을 끄도록 구성되어, 더 이상의 얼음 형성을 방지한다. 냉동된 유체의 덩어리가 임계 크기 이하의 크기로 줄어들면, 냉각 소자는 재가동될 수 있다. 검출기는 냉각 소자(28)로부터 소정 거리에서 유체와 열 접촉하는 열 탐침기(thermal probe, P) 형태일 수 있다. 검출기와 열 접촉하는 유체는, 냉동된 유체가 검출기(P)와 접촉할 때 냉동된 유체의 온도 또는 그 근처의 온도로 떨어진다. 냉동 덩어리로부터 매우 짧은 거리 내에서 냉동된 얼음 덩어리 및 얼음과 접촉하는 유체 사이에서 일반적으로 비교적 급격한 온도 변화가 발생하는 것을 이해해야 한다.

냉각 소자(28)로의 전원 공급이 중단되거나 분리되는 경우, 제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b) 내의 물에 부여되는 이동 과정은 냉동된 유체 덩어리가 제 1 유체 저장소(20a)에 남아 있는 동안 계속된다. 냉동된 유체 덩어리가 소진되면, 이동 과정이 둔화되기 시작하지만, 제 2 유체 저장소(20b) 내의 물에 의해 적재 공간으로부터의 열의 계속되는 흡수에 의해 유지된다. 물의 높은 비열용량(specific heat capacity) 및 유체 공간 내의 임계 온도 이하의 온도에서의 상당한 부피의 물로 인해, 제 2 유체 저장소(20b)의 하부 영역 내의 온도는 상당히 긴 시간 동안 4℃ 또는 그 근처의 온도로 남게 된다.

다시 말해서, 냉각 소자(28)로의 전력의 공급 없이도, 임계 온도의 물이 가라앉으려 하고 임계 온도 이상 또는 이하로 이동하려는 자연적인 경향은, 제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b) 또는 이들의 적어도 하부 영역에서, 전원 손실 후 일정 시간 동안 임계 온도 또는 그 근처의 온도로 물을 유지되도록 하고, 이는 적재실(12)이 장기간 동안 허용할 수 있는 온도 범위 내에서 유지될 수 있게 한다. 본 발명의 실시형태는 전원 손실 이후 최대 몇 주에 이르는 기간 동안 표적 온도에서 제 2 저장소(20b) 내의 유체를 유지할 수 있다.

도 4 및 도 5는 기존의 냉장 장치에 새로 장착되도록 구성된, 도 2의 실시형태의 변형을 도시하고 있다. 도 4의 실시형태에서, 케이싱(10)의 외형은 종래의 냉장고(미도시)의 내부 공간을 보완하고 내부에 수용되도록 구성된다. 특히, 케이싱(10)의 배면의 하부 영역은 안쪽으로 단차져서, 주로 냉장고의 하부 후방부에 배치되는 냉장고의 콘덴서와 모터를 위한 하우징을 수용한다.

도 5의 실시형태에서, 케이싱(10)의 변경된 외형에 더해서, 냉각 소자(28)는 제 1 유체 저장소(20a)의 외부에 배치되고 그 대신 케이싱(10)의 후방 벽과 통합됨으로써 제 1 유체 저장소(20a) 내에 포함된 물과 열 연통한다.

도 4 및 도 5의 실시형태의 동작은 실질적으로 도 2의 실시형태의 동작과 동일하다. 제 1 유체 저장소(20a) 외부로의 냉각 소자(28)의 배치는, 예를 들어 2 도의 실시형태에서와 같이, 케이싱(10)의 외형과는 관계없이 구현될 수 있다는 것이 또한 이해될 것이다.

도 4 및 도 5의 실시형태의 추가의 변형(미도시)에서, 냉각 소자(28)는 생략되고 케이싱(10)의 후방 벽은 멤브레인 또는 다른 열전도성 플레이트, 소자, 부재 또는 구조와 같은 열전도성 부분으로 대체된다. 이러한 구성에서, 냉각 수단은 기존의 냉장 장치 그 자체로 구성되고, 냉장 장치의 냉각 소자는 냉각 소자(28)의 기능을 수행하도록 사용된다. 이러한 실시형태의 동작은, 제 1 유체 저장소(20a) 내의 물이 냉각되는 점에서 도 2의 동작과 실질적으로 동일하며, 이 경우 전도성 멤브레인을 통해 이와 열 연통하는 냉장 장치의 냉각 장치에 의해 상기한 열 유도성 유체 이동 과정이 확립된다.

다음, 도 6 및 도 7의 실시형태를 참조하면, 유체-충진된 냉각 챔버(50)가 케이싱(10) 내에 배치되며, 이의 양면에 적재실(12a, 12b)이 형성된다. 냉각 챔버는 적어도 부분적으로, 두 개의 수직이고 일반적으로 평행한 벽면(22a, 22b)의 형태인 댐 수단에 의해, 각각 중앙 유체 저장소(20a)와 두 개의 외부 유체 저장소(20b1, 20b2)를 형성하는 세 개의 챔버로 분할된다. 도시된 실시형태에서, 벽면(22a, 22b)은 냉각 챔버(50)의 상부 벽면까지 완전히 연장되지 않으며, 따라서 각각의 유체 저장소(20a, 20b1, 20b2)의 상부 영역에 걸쳐 배치되는 유체 혼합 영역(26)을 형성한다.

본 실시형태에서, 중앙 유체 저장소(20a)는 전동식 냉각 소자(28)의 형태인 냉각 수단을 포함하며 따라서 도 2의 실시형태의 제 1 유체 저장소(20a)와 기능적으로 동등하다. 마찬가지로, 도 2의 실시형태의 각각의 외부 유체 저장소(20b1, 20b2)는 각각의 적재실(12a, 12b)과 열 연통하고 따라서 도 2의 실시형태의 제 2 유체 저장소(20b)와 기능적으로 동등하다.

도 6의 실시형태의 동작은 도 2의 실시형태의 동작과 유사하다. 구체적으로, 중앙 유체 저장소(20a) 내에서 임계 온도 이하로 냉각된 물은 저장소의 하부로 가라앉은 임계 온도의 물에 의해 유체 혼합 영역(26)을 향해 이동한다. 임계 온도 이하의 물은 유체 혼합 영역(26)에서 외부 유체 저장소(20b1, 20b2)로부터의 따뜻한 물과 혼합되고, 이 따뜻한 물은 따라서 열전달 과정에서 임계 온도로 냉각되며 외부 유체 저장소 내에서 가라앉게 됨으로써, 유체 혼합 영역(26) 내에서 따뜻한 물을 위로 이동시킨다. 중앙 유체 저장소(20a)로부터의 임계 온도 이하의 물은 이러한 열전달 과정을 통해 임계 온도를 향해 데워지고, 이에 따른 밀도의 증가로 인해, 중앙 유체 저장소(20a) 내부에서 가라앉게 되며, 이에 따라 차가운 물이 유체 혼합 영역(26) 내에서 상부로 이동하고, 그 결과 이러한 과정이 반복된다. 일부 실시형태에서, 하나의 유체 저장소 내에서 상승하는 유체는 이후 다른 유체 저장소로 들어갈 수 있다는 것을 이해해야 한다.

이러한 과정은 외부 유체 저장소(20b1, 20b2) 내의 물이 4℃ 또는 그 근처의 실질적인 안정 상태에 도달할 때까지 그리고 저장소 내에서의 계속되는 물의 열 유도성 이동 및 유체 혼합 영역(26) 내에서의 후속적인 혼합에 의해 이 온도에서 또는 그 근처에서 유지될 때까지 계속된다.

도 7의 실시형태는 도 6의 실시형태와 구조적으로 유사하다. 본 실시형태에서, 그러나, 냉각 소자(28)는 적재실의 의도된 운전 온도 이하의 온도에서 냉각재(52) 덩어리로 대체된다. 이는 일반적으로 0℃ 이하일 것이다. 사용하기 전에 종래의 식품 냉동기 내에 몸체(52)를 배치함으로써 대략 -18℃의 온도를 얻을 수 있으며, -30℃ 이하가 냉장 장치의 효과를 모방할 것이다. 냉각재(52)의 몸체는 적절한 축열체를 갖는 임의의 것일 수 있다. 그러나, 물 얼음이 특히 적절한데, 그 이유는 쉽게 사용할 수 있고 바람직하게 높은 융해 잠열을 갖고 있기 때문이다.

얼음은 의료품의 운반과 보관에 사용되는 표준의 0.6 리터의, 플라스틱 코팅된 아이스 팩의 형태일 수 있다. 다른 크기의 아이스 팩이 또한 사용될 수 있다. 다른 구성이 또한 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 하나 이상의 얼음 덩어리 또는 얼음 조각들의 덩어리가 중앙 유체 저장소(20a) 내로 도입될 수 있다. 이 경우, 얼음의 변위 용적은 녹을 때 동등한 용적보다 크기 때문에, 저장소 내의 물의 전체 부피는 얼음이 녹을 때 감소한다. 녹아서 얼음의 부피가 감소할 때 유체가 혼합될 수 있도록 열 장벽(22a, 22b) 상부로의 물의 충분한 배치가 냉각 챔버(50) 내에서 유지되어야 한다. 액체 배출 방식이 일부 구성에서 추가로 또는 대신에 제공될 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시형태를 평면도에 도시하고 있다. 본 실시형태에서, 원통형의 유체-충진된 냉각 챔버(50)가 케이싱(10)의 대체로 중앙에 배치되며, 냉각 챔버(50)의 외부 공간에 의해 적재실(12)이 형성된다. 다른 위치의 챔버(50)가 또한 사용될 수 있다.

냉각 챔버(50)는 냉각 챔버의 하부 표면에서 상부로 연장된 대체로 수직인, 원통형 또는 각형 벽면(22)의 형태인 댐 수단에 의해 내부 및 외부 유체 저장소(20a, 20b)로 분할된다. 벽면(22)에 의해 둘러싸인 원통형 공간은 외부 유체 저장소(20b)를 포함한다. 도시된 실시형태에서, 벽면(22)은 냉각 챔버(50)의 상부 벽면까지 완전히 연장되지 않으며, 따라서 각각의 유체 저장소(20a, 20b)의 상부 영역에 걸쳐 배치되는 유체 혼합 영역(미도시)을 형성한다.

본 실시형태에서, 내부 유체 저장소(20a)는 전동신 냉각 소자(28)의 형태인 냉각 수단을 포함하며 따라서 도 2의 실시형태의 제 1 유체 저장소(20a)와 기능적으로 동등하다. 마찬가지로, 외부 유체 저장소(20b)는 적재실(12b)과 열 연통하고 따라서 도 2의 실시형태의 제 2 유체 저장소(20b)와 기능적으로 동등하다.

도 8의 실시형태의 동작은 도 2의 실시형태의 동작과 유사하다. 구체적으로, 내부 유체 저장소(20a) 내에서 임계 온도 이하로 냉각된 물은 저장소의 하부로 가라앉은 임계 온도의 물에 의해 유체 혼합 영역(26)을 향해 이동한다. 임계 온도 이하의 물은 유체 혼합 영역(26)에서 외부 유체 저장소(20b)로부터의 따뜻한 물과 혼합되고, 이 따뜻한 물은 따라서 열전달 과정에서 임계 온도로 냉각되며 외부 유체 저장소(20b) 내에서 가라앉게 됨으로써, 유체 혼합 영역(26) 내에서 따뜻한 물을 위로 이동시킨다. 내부 유체 저장소(20a)로부터의 임계 온도 이하의 물은 이러한 열전달 과정을 통해 임계 온도를 향해 데워지고, 이에 따른 밀도의 증가로 인해, 내부 유체 저장소(20a) 내부에서 가라앉게 되며, 이에 따라 차가운 물이 유체 혼합 영역(26) 내에서 상부로 이동하고, 그 결과 이러한 과정이 반복된다.

이러한 과정은 외부 유체 저장소(20b) 내의 물이 4℃ 또는 그 근처의 실질적인 안정 상태에 도달할 때까지 그리고 유체 저장소 내에서의 계속되는 물의 열 유도성 이동 및 유체 혼합 영역(26) 내에서의 후속적인 혼합에 의해 이 온도에서 또는 그 근처에서 유지될 때까지 계속된다.

도 6 내지 도 8의 실시형태는 슈퍼마켓에서 발견되는 바와 같은 소매 선반에서 유리한 응용을 찾을 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 360°의 적재실(12)이 제공될 수 있도록 마주보고 접근할 수 있는 적재실(12a, 12b) 사이에 또는 케이싱 내부의 중앙에 냉각 챔버(50)를 배치함으로써, 장치(1)는 슈퍼마켓 내부의 인접한 통로 사이에 배치되거나 또는 중앙에 위치된 독립형 장치로서 배치될 수 있으며, 이에 따라 증가된 소매 상점 및 제품 배치에 대한 향상된 유연성을 제공한다.

다음, 도 9a 및 도 9b의 실시형태를 참조하면, 도 8의 실시형태에 대한 변형이 도시되어 있다. 본 실시형태에서, 냉각 챔버(50)는 케이싱(10)의 상부 및 하부 벽 사이에서 완전히 연장되며(필수적인 것은 아님) 열 장벽(22)은 낮은 열전도율을 갖는 물질로 형성되는 실린더 또는 슬리브(60)에 의해 둘러싸인다. 실린더(60)의 길이는 가변적이며, 이의 최소 길이에서 대략 환형 벽면(22)의 단부까지 확장되고, 이에 따라 내부 및 외부 유체 저장소(20a, 20b) 사이에 열 유로를 유지하는 반면, 이의 최대 길이에서 냉각 챔버(50) 또는 케이싱(10)의 상부 벽의 접합부 내부로 연장된다. 이러한 확장된 길이 구성에서, 외부 유체 저장소(20b)는 내부 유체 저장소(20a)와 유체 분리되고 단열(또는 격리)된다.

일 실시형태에서, 슬리브가 벨로우즈(bellows) 구성(60)의 형태를 취할 수 있다는 것이 예상되며, 이의 자연적인 길이는 벽면(22)의 높이와 비슷하지만, 내부 유체 저장소(20a)를 폐쇄하고 및/또는 봉쇄할 수 있도록 늘어나거나 확장될 수 있다. 벨로우즈(60)는, 벨로우즈가 차가울 때 폐쇄 위치를 향해 확장되는 방식으로 구성되는, 이중 금속 구조를 포함할 수 있다.

이러한 구성은 냉장 장치가 자주 또는 정기적으로 이동하거나 재배치될 필요가 있는 자동차 응용에서 유리할 수 있다. 장치의 이동 그리고 그에 따라 유체 공간은 물을 섞이게 하는 경향이 있고, 이는 정상적인 열 유도성 유체 이동 과정을 어렵게 한다.

그러나, 본 실시형태에서, 장치의 이동을 통해 섞일 때, 중앙 유체 저장소(20a) 내의 차가운 물은 외부 유체 저장소(20b)로 넘침으로써 이의 내부 온도를 낮출 수 있다. 이러한 온도 강하는 슬롯 또는 구멍(24)을 폐쇄하도록 벨로우즈 구성(60)을 "작동시키고", 이에 따라, 도 9b에 도시된 바와 같이, 중앙 유체 저장소(20a)를 실질적으로 고립시킨다.

장치가 재배치되고 외부 유체 저장소(20b) 내의 물의 온도가 상승하면, 벨로우즈 구성(60)은 이의 자연적인 길이로 수축함으로써 원하는 유체 이동 과정이 재설정되도록 한다.

벨로우즈 구성(60)의 내부 표면은 이를 통한 상당한 열의 전도를 방지하도록 단열될 수 있다.

벨로우즈 구성이 장치 내에서 열전도 과정을 방해하기 위해 선택적으로 폐쇄되고 상기 과정이 재설정되어야 할 때 개방될 수 있는 밸브의 형태로서 기능한다는 것을 상기한 바로부터 알 수 있을 것이다. 이러한 밸브 수단의 제공이 외부 유체 저장소(20b) 내의 유체의 온도가 변하게 할 수 있다는 것이 또한 예상된다. 특히, 상기 벨로우즈 구성(60)을 부분적으로 확장시키는 것과 같이, 벽면(22)의 단부와 냉각 챔버(50)의 상부 벽 사이의 갭(24)의 깊이를 줄임으로써, 중앙 유체 저장소(20a) 내의 물과 외부 유체 저장소(20b) 내의 물 간의 열전도를, 예를 들어, 감소시키는 것과 같이 선택적으로 조절할 수 있다. 이는 외부 유체 저장소(20b) 내의 물의 온도가 임계 온도 이상으로 상승할 수 있게 하며, 이는 적재실(12) 내에 포함된 물건 또는 물체의 특성에 따라 유익할 수 있다.

벨로우즈 구성(60)은 응용에 따라 원하는 온도에서 작동하도록, 다시 말해서 개방 및/또는 폐쇄되도록 구성될 수 있다는 것이 예상된다. 예를 들어, 배터리 냉각기에서, 벨로우즈(60)는 대략 25℃의 온도에서 폐쇄되고 외부 유체 저장소(20b) 내의 물의 온도가 이 수준을 초과하는 경우 차가운 물을 방출하도록 구성될 수 있다.

예를 들어, 조절할 수 있는 개구부를 갖는 슬롯, 이동 가능한 셔터, 게이트 밸브, 볼 밸브, 버터플라이 밸브, 또는 임의의 다른 적절한 밸브와 같이 벨로우즈 구성 이외의 밸브 수단이 일부 실시형태에서 사용될 수 있다.

또 다른 실시형태(미도시)에서, 상기 벨로우즈 구성(60) 또는 다른 밸브 형태는 케이싱(10)의 상부 벽을 통해 이에 부착된 접이식 운반 손잡이에 연결될 수 있다. 운반 손잡이는 수축 위치와 전개된 사용 위치 사이에서 이동 가능하며, 이 전개된 사용 위치는 사용자가 장치를 휴대할 수 있게 한다. 상기 벨로우즈 구성(60) 또는 다른 밸브 형태는, 핸들의 전개 위치에서, 벨로우즈가 상부 벽의 접합부 내부로 연장되어 외부 유체 저장소(20b)로부터 중앙 저장소(20a)를 실질적으로 봉쇄하는 방식으로 핸들에 연결된다. 다른 밸브 수단인 경우, 예를 들어, 저장소(20a)를 저장소(20b)로부터 격리시키도록 게이트 밸브의 밸브부를 위쪽으로 들어올림으로써 (또는 아래쪽으로 이동시킴으로써), 핸들 수단을 들어올려 밸브 수단을 폐쇄할 수 있다. 이러한 구성은, 핸들의 전개를 필요로 하는 장치(1)의 이동시, 저장소들은 서로 격리되어, 운송 도중, 유체의 혼합과 그에 따른 열적 혼란을 제한할 수 있도록 보장한다. 장치가 재배치되면, 핸들은 하강 또는 수축되어 벨로우즈 구성(60)이 이의 자연적인 개방 위치로 수축하도록 하거나 또는 다른 밸브 수단이 개방되도록 한다.

핸들의 전개가 벨로우즈를 상승시킬 뿐만 아니라 다른 밸브 수단을 폐쇄시키고 유체 저장소를 실질적으로 봉쇄하지만 클로저를 추가적으로 잠글 수 있도록 핸들을 또한 장치의 도어나 클로저에 연결할 수 있다는 것이 예상된다. 장치의 재배치 이후 핸들을 놓으면 벨로우즈 구성(60)이 하강하거나 다른 밸브 수단을 개방되고 클로저가 해제된다.

상기한 벨로우즈 구성(60)은 도 9a 및 도 9b의 실시형태로 제한되지 않고 도 2 내지 도 8의 실시형태에서의 사용을 위해 쉽게 조정되거나 재구성될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.

상기한 접이식 핸들은 벨로우즈 구성을 포함하지 않는 밸브에 연결될 수 있다는 것을 더 이해해야 한다. 수축 위치에서의 핸들로 인해, 밸브는 개방되도록 배치될 수 있고, 전개 조건(장치가 운반될 때와 같이)에서의 핸들로 인해, 밸브는 폐쇄되도록 배치될 수 있다.

위의 설명은 순수인 경우 물의 최대 밀도가 4℃에서 발생한다는 것을 가정한다. 최대 밀도가 발생하는 온도는 물에 불순물을 도입함으로써 변경될 수 있다. 예를 들어, 염이 3.5%의 농도(대략 바닷물의 농도)로 물에 첨가되는 경우, 최대 밀도는 대략 2℃ 근처에서 발생한다. 이는 특정 응용에 대해 적재 공간의 온도를 조절하는데 사용될 수 있다. 필요한 경우 다른 첨가제가 사용되어 임계 온도를 올리거나 낮출 수 있다.

도 10은 유체 공간(14) 내의 벽면(22)의 높이가 조절될 수 있는 또 다른 실시형태를 도시하고 있다. 상기한 벨로우즈 구성(60)으로 벽면(22)의 위치를 조절하면, 유체 이동 과정이 변경되게, 예를 들어, 둔화되거나 감소되게 할 수 있다. 도시된 실시형태에서, 벽면(22)은 제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b)의 상부 개구부의 면적을 변경시키도록 이의 하부를 중심으로 회전할 수 있다. 이는 제 1 및 제 2 유체 저장소 간의 유체의 흐름에 영향을 주고 이에 따라 이들 사이의 열전달을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 벽면(22)을 적재실(12)쪽으로 젖히면, 제 2 유체 저장소(20b)의 상부 개구부의 면적이 감소되고, 이에 따라 이로부터 유체가 이동하는 속도가 감소된다. 이는 다시, 필요한 경우, 제 2 유체 저장소(20b) 내의 유체의 온도를 4℃ 이상의 온도로 유지될 수 있도록 한다. 본 실시형태에서 이동 가능한 벽면(22)은 또한 밸브 수단으로서 기능한다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 이동 가능한 벽면(22)은 밸브로서 기능하는 것으로 간주될 수 있다.

적재실(12) 쪽으로 젖혀지는 벽면(22)이 제공하는 또 다른 유리한 효과는 혼합 영역(26)으로의 차가운 물의 상향 흐름을 차단하지 않고 제 1 유체 저장소(20a) 내에서의 얼음 형성이 용이해질 수 있다는 것이다. 이러한 유리한 효과는 적재실을 향해 기울어지거나 젖혀지는 각도로 상기 벽면(22)이 실질적으로 영구 고정되는 곳에서 동등하게 적용 가능하며, 이는 이러한 적용에서 또한 예상되는 배치이다.

본 발명의 일부 실시형태는 백신, 부패하기 쉬운 식품과 같은 물품뿐만 아니라 병 또는 음료 캔과 같은 다수의 음료 용기를 저장하고 냉각시키기 위한 신규하고 독창적인 장치를 제공함으로써, 장시간 동안 장치로의 전원 손실 이후 원하는 온도 범위 내에서 유지될 수 있는 온도 조절 저장 수단을 제공한다는 것을 이해할 것이다. 본 발명의 실시형태는 장치 내부의 열 에너지의 흐름을 수동적으로 조절하고, 온도에 민감한 제품의 장기간 저장을 가능하게 하도록 구성된다.

특히 유리한 특징은, 본 발명의 실시형태에서, 유체 저장소(20a, 20b)가 적재실(12)과 나란히 배치되는 구성이라는 것이다. 적재실 상부의 상부 공간의 사용을 피함으로써, 적재실의 크기, 형상 및 위치를 설정하는데 있어서 더욱 많은 유동성이 제공된다.

본 발명의 다른 실시형태는 백업 전원 공급장치로 사용되는 배터리를 냉각시키기 위한 배터리 냉각기와 같이 물품을 냉각시키기 위한 냉각기를 제공한다. 이러한 경우, 배터리는 적재실(12) 내에 또는 제 2 또는 외부 유체 저장소(20b, 20b1, 20b2(도 6))와 열 연통하는 또 다른 영역에 수용될 수 있다. 일 실시형태에서, 제 2 격실(20b) 내의 유체는 하나 이상의 유체 도관을 통해 배터리를 냉각시키기 위해 열교환기와 유체 연통하도록 제공될 수 있다.

따라서, 제 2 유체 저장소(20b)는 구조, 장치 또는 구성요소를 냉각시키기 위한 냉각수의 공급원으로서 기능할 수 있다. 일부 실시형태에서, 열교환기는, 예를 들어 유체 도관의 형태로 제 2 유체 저장소를 통과할 수 있고, 상기 도관은 액체 또는 기체와 같이 도관을 흐르는 유체 및 제 2 유체 저장소(20b) 내의 액체 간의 열교환을 허용한다. 도관을 흐르는 유체는, 예를 들어, 음료, 액체 연료와 같은 연료, 가스 연료 또는 임의의 다른 적절한 액체일 수 있다.

본 발명의 실시형태는 주로 유체를 통한 열전도에 의해 비교적 느린 및/또는 완만한 열전달 과정에 영향을 줄 수 있지만, 이는 시스템의 시동시, 유체 공간 내에서의 열 유도성 유체 이동에 의해 제 2 또는 외부 유체 저장소(20b, 20b1, 20b2)가 더욱 신속하게 작동 온도에 도달할 수 있도록 더욱 급속하게 영향을 받을 수 있다.

도 11은 갭 또는 슬릿(30)이 벽면(22)의 하단면과 케이싱(10)의 바닥 사이에 제공되도록 벽면(22)이 유체 공간(14) 내에 배치되는 또 다른 실시형태를 도시하는 개략적인 단면도이다. 갭(30)은 액체가 제 1 유체 저장소(20a)에서 제 2 유체 저장소(20b)로 그리고 그 반대로 통과하도록 한다.

일부 대안적인 실시형태에서, 벽면(22)의 하부 영역에 하나 이상의 슬릿 또는 구멍이 제공되어 벽면(22)의 일면에서 타면으로 이를 통한 유체의 흐름을 허용할 수 있다. 일부 대안에서, 케이싱(10)의 바닥에서 비교적 짧은 거리로 상승한 기저벽(basal wall)이 제공되어, 갭(30)이 기저벽의 상단면과 벽면(22) 사이에 제공될 수 있다.

사용시, 갭(30)의 존재는 제 2 유체 저장소(20b) 그리고 그에 따라 적재실(12) 내부의 액체의 더욱 신속한 초기 냉각을 촉진한다. 그 이유는, 초기 냉각시, 냉각 소자(28)에 의해 냉각된 유체가 이의 임계 온도를 향해 냉각되면서 처음에 가라앉을 수 있기 때문이다. 일단 제 1 유체 저장소(20a)의 하부 영역에서 제 2 유체 저장소(20b) 내의 유체의 냉각에 영향을 줄 수 있다. 제 1 저장소(20a) 내에 있는 유체에 의한 제 2 저장소 내의 유체의 냉각은 열전도에 의해 발생할 수 있다. 또한, 갭(30)을 통한 제 1 유체 저장소(20a)에서 제 2 유체 저장소(20b)로의 냉각된 유체의 통과에 의해 냉각이 영향을 받을 수 있다.

결국, 냉각 소자(28)에 의해 임계 온도 이하로 냉각된 제 1 저장소(20a) 내의 유체가 임계 온도의 유체의 가라앉음에 의해 위로 이동되어, (일부 실시형태에서) 제 2 유체 저장소(20b)의 상부 영역에 위치한 대략 10℃의 따뜻한 유체를 만나서 혼합되는 평형 상태가 달성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따뜻한 유체에서 차가운 유체로의 열의 전달은 따라서 혼합 영역(26) 내에서 발생하고, 이는 제 1 유체 저장소(20a)로부터의 차가운 유체와 제 2 유체 저장소(20b)로부터의 따뜻한 유체가 각각 임계 온도를 향해서 상승하거나 하강하게 한다. 유체 혼합 영역(25)은 따라서 장치(1)의 열전달 영역을 형성하며, 여기서 제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b)로부터의 유체 간의 열전달이 발생한다. 제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b) 내의 유체가 상기 영역(26) 내에서 혼합되는 것이 허용되지 않는 경우, 상기 영역(26)은 유체 혼합 영역이 아니라 열전달 영역을 형성한다는 것을 이해해야 한다.

본원에서 설명되는 바와 같이, 냉각 소자(28)는, 예를 들어, 아이스 팩, 또는 제 1 유체 저장소(20a) 내에서 또는 예를 들어 제 1 유체 저장소(20a)의 전체 깊이의 1/3 이상의 깊이에서 잠긴 상태로 유지되는 느슨한 얼음과 같은 물 얼음 덩어리의 형태일 수 있다. 냉각 소자는 제 1 유체 저장소(20a) 내의 액체를 냉각시키도록 작동하는 전기 냉각 소자를 포함할 수 있다. 냉각 소자는 제 1 유체 저장소(20a) 내의 유체를 동결시켜 동결체(frozen body)를 형성하도록 작동할 수 있다. 동결체와 열 연통하는 유체는 따라서 임계 온도 이하로 냉각될 수 있다.

일부 실시형태에서, 장치(1)는 상기 갭(30)을 개폐하도록 작동할 수 있다. 예를 들어, 장치(1)의 초기 시동 후, 제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b) 내의 유체가 충분히 냉각된 경우, 갭(30)은 폐쇄될 수 있다. 상기 갭(30)은 갭(30)이 벽면(22)과 케이싱(10)의 기저 표면 또는 상기한 바와 같은 기저면 사이에 구비되는 경우 벽면(22)의 아래쪽으로의 이동에 의해 폐쇄될 수 있다. 하나 이상의 슬릿 또는 구멍이 벽면(22)에 구비되는 경우, 상기 슬릿 또는 구멍은 셔터 구성에 의해 개폐될 수 있다. 다른 구성이 또한 사용될 수 있다.

일부 실시형태에서, 냉각 소자(28) 또는 다른 냉각 수단에 대한 전원 손실 이후, 예를 들어, 아이스 팩 내의 얼음의 녹음으로 인해, 사용 가능한 냉각을 연장하기 위해 갭(30)을 설정(개방)할 수 있다. 따라서, 제 1 저장소(20a)의 하부 영역 내의 임계 온도의 유체는 제 2 유체 저장소(20b) 내의 따뜻한 유체로부터 열 에너지를 받을 수 있고, 이에 따라 제 2 저장소(20b) 내의 유체를 냉각시킨다.

도 12는 액체-충진된 라이너(50) 형태의, 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(50)를 도시한다. 상기 라이너(50)는 단열 용기 내에 구비되고 용기 내의 하나 이상의 물체를 냉각시키도록 구성된다.

도 12에 도시된 라이너(50)는 평면도에서 실질적으로 C-형상이다. 이는 도 2의 구성과 유사한 방식으로 벽면(22, 미도시)에 의해 분리된 제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b, 미도시)를 갖는 제 1 부분(52)을 포함한다. 제 2 유체 저장소(20b)는 제 1 부분(52)의 맞은편 단부에서 측면으로 돌출된 두 개의 유체-충진된 뺨 부분(54, 56)과 열 연통(그리고 일부 실시형태에서는 유체 연통)한다. 제 1 부분(52)은 도 12의 실시형태의 뺨 부분(54, 56)과 실질적으로 동일한 높이이지만, 다른 구성이 또한 사용될 수 있다.

사용시, 상기 라이너(50)는 유체로 충진되어 제 1 및 제 2 유체 저장소(20a, 20b)와 뺨 부분(54, 56)이 충분하게 높은 수위로 충진될 수 있도록 한다. 제 1 저장소(20a) 내의 유체는 이후 냉각 소자(28)에 의해 냉각되며, 이 냉각 소자는 예를 들어 전기 냉각 소자(28) 또는 상기한 바와 같은 동결체의 형태일 수 있다. 냉각 소자(28)는 제 1 유체 저장소(20a) 내의 유체를 임계 온도 이하로 냉각시킨다. 상기한 실시형태에서와 같이, 냉각 소자(28)에 의해 임계 온도 이하로 냉각된 제 1 저장소(20a) 내의 유체는 임계 온도의 유체의 가라앉음에 의해 위로 이동되어, 제 2 유체 저장소(20b)의 상부 영역에 위치한 대략 10℃의 따뜻한 유체를 만나서 혼합된다. 따뜻한 유체에서 차가운 유체로의 열의 전달은 따라서 혼합 영역(26) 내에서 발생하고(도 2), 이는 제 1 유체 저장소(20a)로부터의 차가운 유체와 제 2 유체 저장소(20b)로부터의 따뜻한 유체가 각각 임계 온도를 향해서 상승하거나 하강하게 한다. 라이너(50)의 제 1 부분(52) 내의 제 2 유체 저장소 내의 유체가 뺨 부분(54, 56) 내의 유체와 열 연통하기 때문에, 뺨 부위 내의 유체의 냉각이 이루어진다.

제 1 부분에 더해 뺨 부분(54, 56)이 구비되는 도 12의 실시형태는, 도 2의 장치(1)와 같이 뺨 부분을 갖지 않는 장치에 비해 큰 표면적을 갖는 장치(50)를 제공할 수 있다는 장점을 갖는다.

또한, 라이너(50) 형태의 장치(50)의 제공은, 라이너(50)를 장치에 삽입함으로써 임의의 적절한 단열 용기를 냉장 장치로 전환시키는 가능성을 허용한다. 본 발명의 실시형태는 따라서 도 12의 라이너(50)와 같은 라이너를 장치에 도입함으로써 종래의 냉장고를 본 발명의 일 실시형태에 따른 냉장 장치로 전환될 수 있게 한다.

본 발명의 하나의 뺨 부분(54, 56)만을 갖는 일 실시형태에 따른 라이너(50)가 제공될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 하나 이상의 뺨 부분(54, 56)이 도 12의 실시형태의 뺨 부분(54, 56)과는 다른 형상 및/또는 크기를 갖는 라이너(50)가 제공될 수 있다. 일부 실시형태에서, 단열 용기 내로 도입되기에 적절한 장치가 제공되며, 상기 장치는 도 12의 장치와 유사하지만 하나 이상의 뺨 부분(54, 56)은 갖지 않는다. 상기 장치는 종래의 냉장고와 같은 단열 용기 내로 도입되기에 적절한 "재장착" 장치라 칭할 수 있다. 일부 실시형태에서, 종래의 냉장고의 냉각 소자는 제 1 유체 저장소(20a)의 냉각 소자(28)로 사용될 수 있다. 대안적으로, 일부 실시형태에서, 종래의 냉장고의 냉각 소자는 제 1 유체 저장소(20a)의 냉각 소자(28)를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 다른 구성이 또한 사용될 수 있다.

도 13은 제거된 장치의 케이싱의 전면부를 도시한 본 발명의 일 실시형태에 따른 장치(1)의 정면도인 반면, 도 14는 제거된 장치의 케이싱의 측면부를 도시한 장치의 측면도이다. 상기 장치는 도 2의 장치와 유사한 방식으로 기능한다. 각각의 도면의 경우에서, 각각의 실시형태의 유사한 특징은 유사한 참조번호를 갖는다.

도 13 및 도 14의 장치(1)는, 적재 공간(12)이 작고 제 2 유체 저장소(20b) 내의 유체에 침지되어 있다는 점에서 상기한 바와 다르다. 또한, 저장을 위한 물품이 배치될 수 있는 리셉터클(42)이 또한 제 2 유체 저장소(20b) 내의 유체에 잠겨있다.

다수의 구멍(40)이 케이싱(10)의 각각의 측벽(10a, 10b)에 구비되며, 각각의 구멍은 각각의 리셉터클(42)에 대한 자리를 형성한다. 도시된 실시형태에서, 리셉터클은 병 또는 탄산 음료수 캔(44)과 같은 음료 용기를 수용하기 위한 것이다. 도시된 실시형태에서, 20 개의 리셉터클(42)이 제공되며, 각각의 측벽(10a, 10b)은 각각 5 개씩 두 개의 가로 열에서 10 개의 구멍(40)을 포함한다. 리셉터클은 적재 컨테이너(12)와 케이싱(10)의 상부 벽(10c) 사이에서 케이싱(10)의 대략 중간 높이로 배치된다.

각각의 리셉터클(42)은 내부로 향해 폐쇄되는 단부를 갖는 튜브, 양말(sock) 또는 파우치(46)를 포함하며, 도시된 실시형태에서, 이는 고무와 같은 신축성 또는 탄성 물질로 형성되며, 구멍(40)에 인접한 단부보다 이의 폐쇄 단부에서 좁아지는 원뿔의 형상을 취한다.

각각의 파우치(46)는, 이의 내부로 음료 용기(44)를 삽입할 때, 탄성 물질이 용기의 몸체 주위에서 늘어나게 하는 크기를 갖는다. 이는 파우치(46)가 용기(44)를 단단히 움켜쥐게 함으로써, 사용 또는 운반하는 동안 떨어져 나가는 것을 방지한다. 또한, 용기(44)와 물리적으로 접촉하는 파우치(46)의 표면적은 증가되며, 이에 따라 제 2 저장소(20b) 내의 유체와 용기(44) 사이의 열전달을 개선하거나 최적화한다.

제 2 유체 저장소(20b) 내의 유체로부터의 압력이 구멍(40)을 통해 파우치(46)를 훼손시키거나 이탈시키는 것을 방지하기 위해, 이들의 폐쇄 단부에서 마주하는 파우치(46)가 서로에 대해 부착된다. 대안적인 실시형태(미도시)에서, 각각의 파우치(46)의 폐쇄 단부는 케이싱(10)의 마주하는 벽의 내부 표면에 부착되거나 고정된다. 다른 구성이 또한 사용될 수 있다.

도시된 바와 같은 가늘어지는 파우치를 사용하는 대신에, 끝이 가늘지 않은 튜브 형상의 파우치를 포함해서 임의의 다른 적절한 형상을 사용할 수 있다. 일부 실시형태에서, 튜브는 내부에 배치된 물품의 효과적인 냉각을 허용하도록 충분히 낮은 내열성을 갖는 단단한 소재로 형성될 수 있다. 일부 실시형태에서, 장치는 물품이 일 단부에서 튜브로 삽입되고 타 단부에서 분배될 수 있도록 구성될 수 있다. 다른 구성이 또한 사용될 수 있다.

도 15는 제거된 장치의 케이싱(10)의 전면부를 도시한 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 장치의 정면도이고, 도 16은 제거된 장치의 케이싱(10)의 측면부를 도시한 측면도이다. 상기 장치는, 파우치(46)가 제 2 저장소(20b) 내에 배치된 튜브(42)의 형태인 열교환기 수단으로 대체된 점을 제외하고는 도 13 및 도 14의 장치와 유사하다. 상기 튜브(42)는 케이싱(10)의 측벽(10a, 10b)에 형성된 제 1 및 제 2 구멍(40a, 40b) 사이에서 연장된다. 하나의 구멍(40a)은 열교환기 튜브(42)로의 유체 흐름을 위한 유입구를 형성하는 반면, 다른 하나의 구멍(40b)은 유체를 위한 배출구를 형성한다.

도시된 실시형태에서, 튜브(42)의 주요부는 나선 형상이며, 적재 컨테이너(12)에 대해 사용할 수 있는 공간을 줄일 수 있는 포장 공간을 크게 증가시키지 않고, 제 2 저장소(20b) 내에서 침지되는 튜브의 길이를 최대로 하기 위해 다수의 코일을 갖는다.

열교환기 튜브(42)의 각각의 단부를 형성하는 구멍(40)은 도면에 도시된 바와 같이 케이싱의 동일한 면(10a)에 형성되거나, 또는 인접하거나 마주하는 면에 형성될 수 있다. 사용 가능한 공간에 따라서, 다수의 열교환기가 장치(1) 내에 구비될 수 있다. 열교환기 튜브(42)는 적재 컨테이너(12)와 케이싱(10)의 상부 벽(10c) 사이에서 케이싱(10)의 대략 중간 높이로 배치된다.

열교환기의 튜브(42)는 임의의 적절한 소재로 형성될 수 있다. 그러나, 튜브(42)를 통과하는 유체와 제 2 저장소(20b) 내의 유체 간의 열전달을 최적화하기 위해 높은 열전도율을 갖는 물질이 바람직하다. 일 실시형태에서, 예를 들어, 튜브는 구리, 스테인리스강과 같은 금속 물질 또는 임의의 다른 적절한 물질로 형성된다.

사용시, 물 또는 탄산 또는 증류 음료와 같이 냉각될 유체는, 압축기 또는 유체 펌프 또는 중력에 의해 유입구(40a)를 통해 병 또는 배럴과 같은 저장 용기로부터 열교환기 튜브(42)로 전달될 수 있다. 튜브(42) 내의 유체로부터의 열은 튜브(42)의 벽을 통한 열전도에 의해 장치(1)의 제 2 저장소(20b)에 포함되는 주변의 차가운 물로 전달됨으로써 온도가 내려간다. 냉각된 유체는 이후 적절한 음료 분배 장치로 전달하기 위해 배출구(40b)를 통해 배출된다.

배출구(40b)로부터 배출되는 유체의 온도는 따라서 튜브(42)를 둘러싼 물의 온도, 튜브(42)의 길이 및 유입구(40a)와 배출구(40b) 사이의 유체의 체류 시간에 의존한다. 일부 실시형태에서, 제 2 유체 저장소(20b) 내의 튜브(42)의 위치는 튜브(42)를 통한 액체의 주어진 유속에 대해 분배되는 액체의 바람직한 온도를 제공하도록 설정될 수 있다.

본 발명의 실시형태는 또한 공기와 같은 냉각 기체의 흐름을 제공하기에 적합하다. 냉각된 기체는 건물과 같은 환경을 냉각시키기 위해 또는 임의의 다른 적절한 냉각 응용을 위해 사용될 수 있다.

도 17은 시간이 흐름에 따라 배터리 온도에 대한 배터리 수명(가로 좌표)의 변화를 도시하고 있다. 아레니우스 방정식(Arrhenius equation)에 따르면, 배터리 수명은 일반적으로 온도 상승과 함께 기하급수적으로 감소되며, 일반적인 경험 규칙에 의하면 배터리 온도의 각각 10℃의 증가에 대해 배터리 수명이 50% 감소한다.

따라서 35℃의 온도에서 작동하는 배터리의 수명(라인 35)은 25℃의 온도에서 작동하는 배터리의 수명(라인 25)의 대략 절반이고 15℃의 온도에서 작동하는 배터리의 수명(라인 15)의 대략 25%인 것을 도 17에서 알 수 있다.

배터리 작동 온도는 주위 온도 및 배터리에 가열 작용을 하는 배터리로부터의 전류 모두에 의존하며, 따라서 15℃의 주위 온도에서 작동하는 배터리의 온도는 35℃의 주위 온도에서 작동이 중단된 배터리의 온도와 유사하거나 또는 심지어 그보다 높을 수 있다는 것을 알 것이다. 따라서, 높은 주위 온도에서의 장기간 동안의 배터리의 작동은 배터리의 수명을 75% 이상 단축시킬 수 있으며, 이는 정기적인 교체를 필요로 한다. 그러나, 배터리를 교체하는 비용과 물류는 저개발 국가 또는 지리적으로 멀리 떨어진 지역에서는 엄두를 못 낼 정도로 높을 수 있다.

다음, 도 18을 참조하면, 본 발명의 한 형태를 구현하는 장치가 개략적인 형태로 일반적으로 참조번호 100으로 도시되어 있다. 장치(100)는 하나 이상의 배터리를 냉각시키도록 의도되지만, 장치(100)는 또한 다른 물품을 냉각시키기에 적합하다. 도시된 실시형태에서, 장치(100)는 하나의 배터리(40)를 냉각시키도록 구성된다. 여기서, 용어 "배터리"는 하나의 배터리 또는 셀, 또는 집합적으로 배터리를 형성하는 다수의 셀 포함하도록 사용된다. 본 발명의 실시형태는 다수의 셀 각각을 또는 이러한 다수를 포함하는 하나의 배터리를 냉각시키기 위해 사용될 수 있다.

장치(100)는 냉각 장치(1)가 적재실(12)을 구비하지 않는 점을 제외하고는 도 2에 도시된 것과 유사한 냉각 장치(1)를 포함한다. 그 대신, 제 2 유체 저장소(20b)는 유체 통로(18)에 의해 냉각기 모듈(50)의 열교환기(51)와 유체 연통한다. 도관(18)은 특정 응용 및 작동 조건에 대해 충분히 큰 단면적을 갖도록 하는 크기를 갖는다.

도시된 실시형태에서, 제 1 및 제 2 유체 저장소(20a(미도시) 및 20b) 내의 유체는 대부분 물이지만 다른 유체가 또한 사용될 수 있다. 본원에 개시된 각각의 실시형태에 있어서, 사용시 온도 변화로 인한 유체 부피의 팽창을 허용하기 위해 저장소(20a, 20b)는 바람직하게 유체로 완전히 충진되지 않는다. 대기와 실질적으로 평형을 유지하기 위해 저장소(20a, 20b) 내의 유체의 수위 이상으로 케이싱(10) 내의 임의의 가스의 압력을 허용하기 위해 밸브가 제공될 수 있다.

상기한 바와 같이, 유체 도관 또는 파이프(18)는 제 2 유체 저장소(20b)의 하단을 열교환기(51)로 연결시킴으로써 열교환기(51)와 저장소(20b)가 유체 연통하게 한다. 다시 말해서, 저장소(20b)와 열교환기(51)는 하나의 연속적인 유체 챔버를 형성한다.

열교환기(51)는 비교적 높은 단위 체적당 표면적 비율을 갖는 얇은 벽의 직육면체 용기를 포함한다. 도시된 실시형태에서, 열교환기(51)는 이의 깊이보다는 상당히 큰 높이와 폭을 갖는 직사각형 형상이다. 편리하게, 그러나 필수적이지는 않지만, 열교환기(51)는 일반적으로 크기와 표면적에 있어서 냉각될 배터리(40)의 형상에 대응한다.

그럼에도 불구하고, 열교환기(51)는 원하는 응용에 따라 실질적으로 임의의 형상을 취할 수 있지만, 높은 단위 체적당 표면적 비율은 내부의 유체와 배터리(40) 간의 열전달을 최적화할 수 있다. 열교환기(51)는 다시 열전달을 향상시키기 위해 금속 물질과 같은 높은 열전도율 또는 투과율을 갖는 물질로 편리하게 형성된다. 도면에 도시되지는 않았지만, 열교환기(51)는 하나의 방열면에서 다른 방열면으로 연장된 구멍을 갖도록 천공되며, 이의 목적은 아래에서 설명된다.

열교환기(51)는 하우징(55) 내에 배치됨으로써 냉각될 배터리(40) 가까이 또는 근처에 일반적으로 수직인 방향으로 배치된다. 하우징(55)은 도관(58)을 통해 팬 또는 압축기(60)와 유체 연통하는 공기 유입구(56)를 갖는다. 팬 또는 압축기(60)는 주위 공기를 흡입해서 도관(58)과 유입구(56)를 통해 하우징(55)내로 펌핑하도록 구성된다.

도 19에 도시된 바와 같이, 하우징(55)은 이의 마주하는 벽 사이에서 열교환기(51)를 통과하는 다수의 교환 도관(52)을 특징으로 한다. 마주하는 벽에 구멍이 제공됨으로써, 도관(58)을 통해 흐르는 공기가 다수의 교환 도관(52)을 통해 열교환기로 흐를 수 있게 한다. 도관(52)을 통과한 공기는 이후 배터리(40) 상부로 흐르게 된다. 다시 말해서, 팬 또는 압축기(60)에 의해 도관(58)으로 흡입된 공기는 유입구(56)를 통해 하우징(55)으로 유입되고 배터리(40)를 향해 교환 도관(52)을 통과한다. 하우징(55)을 통과할 때, 공기의 일부는 열교환기(51) 주위를 흐르지만 대부분의 공기는 내부에 형성된 교환 도관(52)으로 흐른다. 열교환기(51)의 마주하는 벽 내의 구멍의 직경은, 이를 통해 배출되는 공기가 배터리(40)의 외부 표면으로 향하는 다수의 미세한 공기 분사의 형태를 취할 수 있도록, 비교적 작다. 구멍은 도관(52) 내에서의 기체의 체류 시간을 증가시키기 위해 교환 도관보다 작은 직경일 수 있으며, 이는 도관(52)을 통과하는 기체의 온도를 더욱 낮출 수 있다.

도 18의 장치의 동작이 이제 설명될 것이다.

상기한 바와 같이, 제 2 유체 저장소(20b) 내의 유체는, 임계 온도에서의 온도의 함수로서의 최대의 유체 밀도로 인해, 유체의 임계 온도 주위의 온도로 유지될 수 있다. 열교환기(55) 내의 온도가 제 2 유체 저장소(20b) 내의 유체의 온도보다 높은 경우, 제 2 유체 저장소(20b) 내의 유체는 도관(18)을 통해 중력 하에 가라앉을 것이며, 이는 열교환기(55) 내의 유체를 상승시킨다.

제 2 유체 저장소(20b)와 열교환기(55)에 의해 형성되는 유체 공간 내에 대류(convection current)가 형성될 수 있으며, 이에 따라 유체 도관(18)을 통해 저장소(20b)로부터 열교환기(55) 내부로 냉각된 유체(예를 들어, 물)가 가라앉게 되고 따라서 따뜻한 (그리고 그에 따라 밀도가 낮은) 유체를 아래로 이동시킨다는 것을 이해해야 한다. 이 따뜻한 물은 도관(18)을 통해 저장소(20b) 내부에서 상승하며, 다시 열전달 영역(26, 도 2)에서 냉각된다. 제 2 저장소(20b) 내의 유체의 온도는 저장소(20b)로 진입하는 따뜻한 유체로 인해 상승한다. 결국, 대류의 속도가 감소되고, 이는 열교환기(51)가 제 2 저장소(20b) 내의 유체와 유체 연통하지 않는 경우 달성될 수 있는 온도보다 낮은 온도에서 열교환기(51) 내의 유체가 비교적 정체되게 한다.

도 18의 구성은 배터리(40)로부터의 열이 이의 상부를 흐르는 냉각된 기체에 의해 흡수될 수 있게 하고, 이에 따라 배터리(40)의 온도를 낮춘다. 이런 이유로, 높은 주위 온도를 받는 배터리(40)가 간단하고 효율적으로 냉각될 수 있고, 이는 배터리를 낮은 온도에서 유지될 수 있게 하고 배터리 수명에 대한 높은 주위 온도의 악영향을 완화시킨다.

열교환 도관(52)을 통해 주위 온도의 흐름으로부터 흡수된 열은 내부의 유체 온도를 상승시킨다는 것을 알 것이다. 일부 실시형태에서 그리고 일부 구성에서, 열교환기(51) 내의 유체가 흡수한 열은 유체 공간 내의 온도 구배에 따라 두 가지 방식 중 하나로 상부의 유체(제 2 유체 저장소(20b) 내의 유체)로 전달될 수 있다.

물을 유체의 예로 든다면, 시스템 내의 물의 온도가 대략 4℃에서 실질적으로 균일한 경우, 열교환기(51) 내의 물의 온도 상승은 상부의 물에 비해 밀도를 감소시킨다. 따라서 대류가 형성되고, 이에 따라 열교환기(51) 내의 따뜻하고 따라서 밀도가 낮은 물이 차가운 물에 의해 위로 이동한다. 따뜻한 물은 저장소(20b) 위로 상승하고 제 2 유체 저장소(20b) 및/또는 열전달 영역(26)에서 다시 냉각되고 난 후 열교환기(51) 내로 다시 가라앉는다. 따라서, 이러한 방식으로 주로 대류에 의해서 열교환기(51)로부터 저장소(20b)로 열이 전달된다.

전동식 냉각 소자(28)로의 전원이 유지되고 팬 또는 압축기(60)가 계속 작동하는 동안, 저장소(20b)와 열교환기(51)에 의해 형성된 물 공간 내의 이러한 재순환은 무한정 계속될 수 있고, 이는 바람직하게 배터리(40)를 주위 온도보다 낮은 온도로 유지시키며 이에 따라 배터리의 사용 가능한 수명을 연장시킨다.

반면에, 열전달 영역(26) 내의 물의 온도가 열교환기(51) 내의 물의 온도보다 충분히 낮은 경우, 교환 도관(52)을 통한 기체의 흐름으로 인한 온도 상승에도 불구하고, 열교환기(51) 내의 물의 밀도는 열전달 영역(26) 내의 물의 밀도보다 크게 된다. 따라서, 열교환기(51) 내의 물은 열교환기(51) 내에 잔류하는 경향이 있고 더 이상 물의 순환이 형성되지 않는다.

일부 실시형태에서, 열교환기(51) 내의 물이 흡수한 열은 주로 대류에 의해 저장소(20b) 내의 차가운 물로 전달된다. 열전달 속도는 열교환기(51)와 저장소(20b) 사이의 온도 차이에 의존할 수 있다.

다시, 냉각 소자(28)와 팬 또는 압축기(60)로 전원 공급이 유지되는 동안, 열교환기(51) 내의 물과 저장소(20b) 내의 물 사이에 비교적 큰 음의 온도 차이가 유지될 수 있다. 따라서, 열교환기(51)로부터의 열전달은 무한정 계속될 수 있고, 이는 바람직하게 배터리(40)를 주위 온도보다 낮은 온도로 유지시키며 이에 따라 배터리의 사용 가능한 수명을 연장시킨다.

예를 들어, 윤번 정전 동안 또는 예상치 못한 사건 이후 외부 전원 장치(16)로부터의 전원이 차단되어 냉각 장치(28)로 더 이상 전원이 공급되지 않는 경우라도, 장치(10)는 배터리(40)에 일시적인 냉각 효과를 제공할 수 있다. 냉각 소자(28)의 영역 내에서 동결되는 물과 같은 상변화 유체를 사용하는 장치의 경우, 동결된 유체를 녹이는데 몇 시간이 걸릴 수 있으며, 이 기간 동안 제 1 (및 따라서 제 2) 유체 저장소(20a, 20b) 내의 유체의 냉각이 계속된다. 물의 높은 비열용량으로 인해, 장치(10) 내의 물의 부피는 온도의 상당한 증가 없이 이를 통해 흐르는 주위 공기로부터 상당한 양의 열을 흡수할 수 있다.

예를 들면, 평균 4℃에서 1,000 리터의 물을 포함하는 시스템은 이의 온도가 35℃에 이르기 전에 이를 통해 흐르는 공기로부터 대략 130 MJ의 열 흡수를 필요로 할 것이다. 냉각 소자(28)로의 전원 공급이 차단된 시점에서 제 2 유체 저장소(20b) 내의 유체의 온도가 4℃ 이하인 경우, 흡수될 수 있는 에너지의 양은 증가할 것이다.

본 발명의 실시형태는 하나 이상의 배터리와 같이 하나 이상의 물품을 냉각시키기 위한 단순하지만 효과적인 방법과 장치를 제공한다는 것을 알 것이다. 메인 또는 다른 외부 전력이 사용 가능한 기간 동안, 본 발명의 실시형태는 배터리를 주위 온도 이하로 크게 냉각시킬 수 있으며, 이에 따라 배터리의 사용 가능한 수명을 유지한다. 외부 전력의 손실 이후, 본 발명의 실시형태는 배터리의 온도 상승 속도를 줄이고 따라서 배터리의 사용 가능한 수명에 대한 온도의 악영향을 적어도 부분적으로 완화시킬 수 있도록 배터리에 대한 냉각 효과를 유지할 수 있다.

본 발명의 일부 실시형태는 주로 유체를 통한 열전도에 의해 비교적 느린 및/또는 완만한 열전달 과정에 영향을 줄 수 있도록 구성되지만, 이는 시스템의 시동시, 유체 공간 내에서의 열 유도성 유체 이동에 의해 열교환기 내의 유체의 온도를 더욱 신속하게 작동 온도로 낮출 수 있도록 더욱 급속하게 영향을 받을 수 있다.

상기한 실시형태는 본 발명의 바람직한 한 형태를 나타내지만, 단지 예로서 제공되며 제한하려는 의도는 아니다. 이와 관련해서, 첨부한 청구 범위 내에서 본 발명의 실시형태에 다양한 변경 및/또는 개선이 이루어질 수 있다는 것이 예상된다.

예를 들면, 도 18의 장치(100)가 하나의 배터리(40)를 냉각시키는 것으로 도시되었지만, 도 20에 도시된 바와 같이 장치(100)는 다수의 배터리를 동일하게 냉각시키기 위해 사용될 수 있다. 본 실시형태에서, 제 2 하우징(55b)과 열교환기(51b)가 제 2 배터리(40b) 가까이 제공되며, 도관(58)이 이와 연통하기 위해 연장된다. 비슷하게, 제 2 유체 도관(18b)이 저장소(20b)와 제 2 열교환기(51b) 사이에 제공된다. 장치(100)에 의해 추가의 배터리가 냉각될 필요가 있는 경우, 이러한 특징은 필요에 따라 중복된다. 냉각될 배터리의 수가 증가함에 따라, 시스템의 열용량을 증가시키기 위해 저장소(20b)의 크기를 증가시킬 필요가 있다는 것을 알 것이다.

일 실시형태(미도시)에서, 상기 또는 각각의 열교환기(51)는 시스템 내의 물의 재순환을 촉진시키기 위해 이중 유체 도관(18)에 의해 저장소(20b)와 연통될 수 있다. 각 쌍의 유체 도관(18)은 종래의 대류 방열기(convection radiator)의 방식으로 이격된 위치에서, 예를 들어 이의 맞은편 단부에서 각각의 열교환기(20) 내로 이어질 수 있다. 다른 구성이 또한 사용될 수 있다.

하우징(55) 내의 구멍(30)(및 교환 도관(52))의 수와 크기는 원하는 대로 선택될 수 있다. 그러나 미세한 공기 분사의 어레이를 생성하는 다수의 작은 직경의 구멍의 제공은 배터리(40)의 표면 상의 경계층의 침투를 지원하고 따라서 배터리(40)로부터의 열전달을 촉진할 수 있다는 것이 고려된다. 그러나, 하우징(55) 내의 상기 또는 각각의 열교환기(51)의 배치는 그 자체로 본질적인 것은 아니며, 열교환기(51)는 단순하게 배터리(40) 가까이 또는 근처에 배치될 수 있고 또는 이에 직접 장착될 수 있다.

열교환기(51)가 배터리(40)와 물리적 접촉을 하도록 장착되는 것이 또한 예상되며, 이는 이를 통한 공기의 흐름에 대한 필요 없이도 충분한 냉각 효과를 제공할 수 있다. 이 경우, 팬(60), 도관(58) 및 하우징(55)은 시스템에서 제거될 수 있다.

팬 또는 압축기(60)가 제공되는 경우, 이는 외부 전원 장치로부터의 전원을 공급 받거나, 외부 전원 공급이 차단되는 경우 배터리(40) 자체로부터 전원을 공급 받도록 구성된 저전력 장치일 수 있다. 팬 또는 압축기(60)로 전원을 공급하기 위해 광전지를 사용하는 것이 특히 유리한 것으로 간주된다.

마찬가지로, 냉각 소자(28)는 광전지로부터 전원을 공급 받을 수 있다. 이러한 구성에서, 사용 가능한 태양 에너지의 감소로 인한 전력의 손실은 일반적으로 주위 온도가 낮고 따라서 배터리를 냉각시킬 필요가 감소될 때인 어두운 기간이나 악천후와 일치한다.

저장소(20b)와 열교환기(51)가 하나의 연속적인 공간을 형성하는 것은 필수적인 것이 아니다. 일 실시형태에서, 열교환기는 저장소(20b) 내의 유체와 도관(18) 내의 유체 사이에서 열을 교환하기 위해 제공될 수 있다. 따라서, 하나는 저장소(20b) 내의 유체를 포함하고 하나는 도관 및 열교환기(51) 내의 유체를 포함하는 적어도 두 개의 별도의 유체가 제공될 수 있다. 다른 구성이 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 추가로 또는 그 대신에, 도관(18) 내의 유체는 열교환기(51) 내의 유체와는 유체 분리되지만 열 연통할 수 있다.

도 19의 실시형태에서, 제 2 유체 저장소(20b)와 도관(18) 사이의 교차점에 조정 가능한 제한 밸브(V)가 제공될 수 있다. 밸브(V)는 저장소(20b)로부터 도관(18)으로의 경로의 단면적을 줄이도록 작동할 수 있다. 이러한 특징은 열교환기(51) 내의 유체의 온도를 제어할 수 있게 한다. 밸브(V)는 일부 실시형태에서 열교환기 내의 유체, 저장소(20b) 내의 유체의 온도에 따라 또는 주위 온도와 같은 임의의 다른 적절한 온도에 따라 액추에이터에 의해 제어될 수 있다. (버터플라이 밸브, 게이트 밸브 또는 임의의 다른 적절한 밸브와 같은) 밸브(V) 대신에, 예를 들어 단면적을 줄이도록 도관(18)을 늘이거나, 도관(18)을 압축하거나 또는 임의의 다른 적절한 방법에 의해 도관(18)을 통하는 경로의 단면적이 변경될 수 있다.

도 21은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 장치를 도시하며, 여기서 도관(18)은 필요하지 않다. 도 21의 실시형태에서, 제 2 유체 저장소(20b)는 일면에서 타면으로 이를 직접 통과하는 다수의 교환 도관(52)을 구비한다. 도 20의 실시형태와 유사한 방식으로, 주위 공기와 같은 기체를 교환 도관(52)과 유체 연통하는 도관(58)을 통과시키도록 팬, 송풍기 또는 압축기(60)가 구성될 수 있다. 교환 도관(52)을 통과한 공기는 냉각될 물품, 즉 제시된 예에서, 배터리(40)의 상부를 흐르게 된다.

도 21의 실시형태에서, 댐 수단(22)을 형성하는 벽은 중공이며 팬(60)과 교환 도관(52) 사이에서 도관(58)의 일부를 형성한다. 일부 실시형태에서, 제 1 유체 저장소(20a)를 마주하는 벽면(22)의 일부는 단열층(22I)을 구비한다. 이는 중공 벽면(22)을 통과하는 기체와 제 1 유체 저장소(20a) 내의 유체 사이의 열 에너지의 전달을 감소시킨다.

도 21의 구성에서, 교환 도관(52)은 제 1 유체 저장소(20a)로부터 떨어진 방향으로 저장소(20b)를 향해(그리고 이를 통해) 제 2 유체 저장소(20b)를 통과하는 것으로 도시되어 있다. 일부 대안적인 실시형태에서, 추가로 또는 그 대신에, 교환 도관(52)은 좌측 및 우측 측벽(10a, 10b)을 통해 제 2 유체 저장소(20b)를 통과할 수 있다(도 13의 실시형태에서 나타냄). 교환 도관(52)은, 일부 실시형태에서, 도 21의 실시형태의 교환 도관(52)의 방향과 실질적으로 직각의 방향으로 제 2 유체 저장소(20b)를 통과할 수 있다.

본원에 개시된 본 발명의 실시형태에서, 시스템 내의 유체(예를 들어, 물)가 가장 높은 밀도를 갖는 온도는 염과 같은 첨가제에 의해 변경될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 염화나트륨이나 염화칼륨과 같은 염의 첨가는 물과 같은 유체가 최고의 밀도가 되는 온도를 낮출 수 있다. 특정 임계 온도 이하에서 음의 열팽창 계수를 갖는(즉, 온도가 내려갈 때 밀도가 감소하는) 그리고 임계 온도 이상에서 양의 열팽창 계수를 갖는 다른 유체가 또한 사용될 수 있다.

상기한 실시형태는 본 발명의 실시형태의 바람직한 형태를 나타내지만 단지 예로서 제공되며 제한하려는 의도는 아니다. 이와 관련해서, 첨부한 청구 범위 내에서 본 발명에 다양한 변경 및/또는 개선이 이루어질 수 있다는 것이 예상된다.

설명과 본 명세서의 청구항에 걸쳐서, "포함하는"이란 단어 및 이러한 단어의 모든 변형은 "이에 제한되지는 않지만, ---을 포함하는"을 의미하며, 다른 부분, 첨가물, 구성요소, 정수 또는 단계를 배제하도록 의도되지(그리고 배제하지) 않는다.

설명과 본 명세서의 청구항에 걸쳐서, 문맥이 달리 요구하지 않는 한, 단수는 복수를 포함한다. 특히, 부정관사가 사용될 때, 문맥이 달리 요구하지 않는 한, 명세서는 복수뿐만 아니라 단수를 고려하는 것으로 이해해야 한다.

본 발명의 특정 양태, 실시형태 또는 실시예와 함께 설명된 특징, 정수, 특성, 화합물, 화학 잔기 또는 기는 이와 양립할 수 없지 않는 한 본원에서 설명된 임의의 다른 양태, 실시형태 또는 실시형태에 적용할 수 있는 것으로 이해해야 한다.

Claims

제 1 및 제 2 유체 저장소;
상기 제 1 및 제 2 유체 저장소를 분할하는 댐 수단의 상부에 걸쳐서 상기 제 1 및 제 2 유체 저장소의 각각의 상부 영역 사이에 배치된 열전달 영역;
상기 제 2 유체 저장소와 인접하여 배치되어 상기 제 2 유체 저장소와 열 연통하고, 냉각될 물품의 수용을 위한 적재 컨테이너; 및
상기 제 1 유체 저장소의 하부 영역에 배치되는 냉각 소자;를 포함하는 장치에 있어서,
상기 장치는 상기 제 1 유체 저장소 내의 유체의 임계 온도 이하의 온도인 제 1 유체 저장소 내의 유체를 제 1 유체 저장소의 상부 영역으로 상승시키고 상기 임계 온도 이상의 온도인 제 2 유체 저장소 내의 유체를 제 2 유체 저장소의 상부 영역으로 상승시키도록 구성됨으로써, 상기 제 1 유체 저장소 내에서 상승한 유체와 상기 제 2 유체 저장소에서 상승한 유체 간의 열전달이 상기 열전달 영역에서 발생하도록 하고, 상기 제 1 유체 저장소 내의 유체의 상기 임계 온도는 최대 밀도에서 상기 제 1 유체 저장소 내의 유체의 온도이고, 상기 열전달 영역 내의 임계 온도의 유체가 적어도 제 2 유체 저장소 내에서 가라앉을 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 유체 저장소는, 적어도 부분적으로, 용기를 상기 제 1 및 제 2 유체 저장소로 분할하는 댐 수단을 갖는 용기에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 댐 수단은 상기 용기의 공간으로 연장되는 벽면 또는 다른 구조를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 유체 저장소는 이의 양면 상의 각각의 공간에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 댐 수단은 낮은 열전도율을 갖는 물질 또는 단열재로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 댐 수단은 높은 열전도율을 갖도록 형성되고, 상기 댐 수단은 선택적으로 금속 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 댐 수단은 용기의 하부 벽으로부터 용기의 상부 벽을 향해 연장되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 댐 수단의 상단부는 용기의 상부 벽에서 이격되어 이 사이에서 갭, 구멍 또는 슬롯을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 이격은 밸브 수단과 같은 조정 수단에 의해 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 댐 수단의 하단부는 용기의 하부 벽에서 이격되어 이 사이에서 갭, 구멍 또는 슬롯을 형성하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 유체 저장소는 서로 유체 분리되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 유체 저장소의 상부 영역 사이에 배치된 유체-기밀의 열전도성 장벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 유체 저장소의 하부 영역 사이에 배치된 유체-기밀의 열전도성 장벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 열전달 영역은, 적어도 부분적으로, 하나 이상의
상기 댐 수단의 상단부의 또는 이에 인접한 영역; 또는
상기 댐 수단 내의 하나 이상의 구멍 또는 슬롯의 또는 이에 인접한 영역에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 유체는 물 또는 물과 유사한 열 특성을 갖는 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 냉각 소자는 상기 제 1 유체 저장소 내의 유체를 냉각시키도록 구성된 냉장 장치 또는 소자를 포함하고, 상기 냉장 장치로 전원을 공급하기 위한 전원 장치를 선택적으로 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 33 항에 있어서,
소정 온도 이하의 유체를 검출한 경우 상기 냉각 소자에 의한 냉각을 중단시키도록 작동하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 33 항에 있어서,
실질적으로 동결된 유체를 검출한 경우 상기 냉각 소자에 의한 냉각을 중단시키도록 작동하는 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제 1 항에 있어서,
상기 냉각 소자는, 사용시 그리고 적어도 초기에, 유체의 임계 온도 이하의 온도인 축열체(thermal mass)를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제 3 항에 있어서,
상기 댐 수단은 적어도 하나의
원통형 벽면, 여기서 상기 제 1 유체 저장소는 상기 벽면 내에 형성되고 상기 제 2 유체 저장소는 상기 벽면의 외부에 형성되며; 및
대체로 평면인 벽면을 포함하고, 여기서 상기 제 1 및 제 2 유체 저장소는 각각 상기 벽면의 양측에 나란히 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 유체 저장소 내에 포함된 유체와 상기 제 2 유체 저장소 내에 포함된 유체 사이의 열전달을 방해하거나 방지하기 위한 밸브 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 40 항에 있어서,
상기 밸브 수단은 상기 제 1 유체 저장소 내에 포함된 유체와 상기 제 2 유체 저장소 내에 포함된 유체를 열적으로 및/또는 유동적으로 격리하도록 선택적으로 작동하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제 1 항에 있어서,
제 3 유체 저장소를 더 포함하고, 상기 제 1 유체 저장소는 상기 냉각 소자를 구비하도록 구성되고 상기 제 2 및 제 3 유체 저장소 사이에 배치되며, 상기 열전달 영역은 내부에 포함된 유체 사이의 열전달을 허용하기 위해 제 1, 제 2 및 제 3 유체 저장소의 각각의 상부 영역 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
열교환기 부분의 상부에 배치된 유체 저장소로부터, 사용시, 유체를 공급 받도록 구성된 상기 열교환기 부분을 포함하는, 물품을 냉각시키기 위한 제 1 항에 따른 장치에 있어서, 상기 유체 저장소는 저장소 내의 유체를 냉각시켜 상기 열교환기 부분에서 중력 하에 흐르도록 함으로써 상기 물품을 냉각시키도록 하는 냉각 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제 1 항에 있어서,
온도 제어 저장을 위해 내부에 물품이 배치될 수 있는 적어도 하나의 리셉터클을 포함하고, 상기 리셉터클은 상기 장치의 벽면에 배치된 구멍에 의해 형성된 개구부를 갖고 내부에서 잠길 수 있도록 상기 제 2 유체 저장소 내에서 안쪽으로 연장되는 튜브 또는 파우치를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
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제 1 유체 저장소의 하부 영역 내에 배치된 냉각 소자로 상기 제 1 유체 저장소의 하부 영역 내의 유체를 냉각시키는 단계;
상기 제 1 유체 저장소 내의 유체의 임계 온도 이하의 온도인 제 1 유체 저장소 내의 유체를 제 1 유체 저장소의 상부 영역으로 상승시키는 단계, 상기 제 1 유체 저장소 내의 유체의 상기 임계 온도는 최대 밀도에서 상기 제 1 유체 저장소 내의 유체의 온도이고;
상기 임계 온도 이상의 온도인 제 2 유체 저장소 내의 유체를 제 2 유체 저장소의 상부 영역으로 상승시키는 단계;
상기 제 1 유체 저장소 내에서 상승한 유체와 상기 제 2 유체 저장소에서 상승한 유체 간의 열전달이 열전달 영역에서 발생하도록 하는 단계, 상기 열전달 영역은 상기 제 1 및 제 2 유체 저장소의 각각의 상부 영역 사이에 배치되며; 및
상기 열전달 영역 내의 임계 온도의 유체가 적어도 상기 제 2 유체 저장소 내에서 가라앉을 수 있도록 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 73 항에 있어서,
상기 제 1 유체 저장소 내의 유체는 액체이고, 상기 제 1 유체는 제 1 유체의 임계 온도에서 온도의 함수로서 최대인 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제 73 항 또는 제 74 항에 있어서,
상기 제 1 유체 저장소 내의 유체는 액체이고, 상기 제 2 유체는 제 2 유체의 임계 온도에서 온도의 함수로서 최대인 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제 75 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 유체는 실질적으로 동일한 유체인 것을 특징으로 하는 방법.
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