被动式和主动式冷却至少一个封闭空间的系统、设备和方法

摘要

本发明公开了一种有选择地采用主动方式和被动方式对一个或多个封闭空间进行制冷的系统、设备和方法。该设备包括主散热装置(26)，该散热装置限定至少一个表面，该表面被设置成从封闭空间的气体中吸收热能从而使该封闭空间冷却。与主散热装置(26)热耦合的第一载冷剂散热装置(40)和第二载冷剂散热装置(50)带走主散热器中的热能。例如，按照被动式模式运行时，载冷剂循环流过第一散热装置(40)，以冷却主散热装置(26)。按照主动式模式运行时，载冷剂循环流过第二载冷剂散热装置(50)并使至少一台热泵(60)运转而将主散热装置(26)内的热量传给第二载冷剂散热装置(50)内的载冷剂。

权利要求

1.一种可选择地以主动式和被动式方式对封闭空间进行制冷的设备，该设备包括：

主散热装置，其限定至少一个被设置成吸收所述封闭空间中气体的热能的表面，由此冷却所述气体并对所述封闭空间进行制冷；

与所述主散热装置热耦合的第一载冷剂散热装置，其限定出至少一条供载冷剂循环的通道，致使用所述载冷剂来冷却所述主散热装置；

至少一台与所述主散热装置热耦合的热泵，所述热泵被构造成用于冷却所述主散热装置；

通过所述热泵与所述主散热装置热耦合的第二载冷剂散热装置，该第二载冷剂散热装置限定至少一条供载冷剂循环的通道，致使载冷剂可以通过所述热泵吸收所述主散热装置的热能；和第一和第二冷却装置，它们有选择地与由所述第一和第二载冷剂散热装置限定的所述通道流体连通，该设备被配置成可以选择按照直接及间接被动式模式和直接及间接主动式模式运行，所述直接被动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第一载冷剂散热装置和第一冷却装置，所述间接被动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第一载冷剂散热装置和第二冷却装置，所述直接主动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第二载冷剂散热装置和第一冷却装置，并且所述间接主动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第二载冷剂散热装置和第二冷却装置。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，还包括至少一条载冷剂回路和至少一台泵，所述至少一条载冷剂回路与由所述第一和第二载冷剂散热装置限定的所述通道流体连通，所述至少一台泵被设置成使所述载冷剂循环流过所述至少一条载冷剂回路及所述第一和第二载冷剂散热装置。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，还包括至少一个冷却装置，所述载冷剂回路与该至少一个冷却装置热耦合，使所述至少一个冷却装置配置成冷却所述载冷剂回路中的载冷剂。

4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述至少一个冷却装置被配置成将热量排放给冷却散热器，该冷却散热器包括至少一部分飞机机身表面构件。

5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述至少一个冷却装置是低熔热电池。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述热泵是由热离子装置、热电装置、热电-热离子混合装置所组成的组中的至少一种装置，该热泵被配置成可主动式地将所述主散热装置中的热能传递给所述第二载冷剂散热装置。

7.根据权利要求1所述的设备，其中，所述主散热装置的所述至少一表面限定出多个细长翅片，这些翅片从所述主散热装置伸出并被配置成与所述封闭空间中的气体接触及接收来自所述气体的热能。

8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述主散热装置包括限定出蒸汽室的基部。

9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述主散热装置包括内部设有至少一个内置热泵的基部。

10.根据权利要求1所述的设备，其中，还包括至少一台风扇，其被配置成使所述气体以与所述主散热装置热耦合的方式循环，借此加热所述主散热装置并冷却所述气体。

11.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备被配置成有选择地按照被动式和主动式模式运行，所述被动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第一载冷剂散热装置，而将热能从所述主散热装置传给所述载冷剂，所述主动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第二载冷剂散热装置，并使所述至少一台热泵运行，从而将热能从所述主散热装置经过所述热泵传给所述载冷剂。

12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备被配置成以被动式模式运行时对所述封闭空间制冷，使其温度低于约7℃，而以主动式模式运行时使所述封闭空间的温度低于约

0℃。

13.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一冷却装置被配置成将热量排给包括至少一部分飞机机身表面构件的冷却散热器，所述第二冷却装置是低熔热电池。

14.一种可选择地采用主动式和被动式方式对至少一个封闭空间进行制冷的系统，该系统包括：至少一个传热设备，该设备包括：

主散热装置，其限定至少一个被设置成吸收至少一个所述封闭空间中气体的热能的表面，借此冷却所述气体并对所述封闭空间制冷；

与所述主散热装置热耦合的第一载冷剂散热装置，其限定出至少一条供载冷剂循环的通道，致使用第一载冷剂来冷却所述主散热装置；

至少一台与所述主散热装置热耦合的热泵，其被配置成用于冷却所述主散热装置；

通过所述热泵与所述主散热装置热耦合的第二载冷剂散热装置，该第二载冷剂散热装置限定至少一条供载冷剂循环的通道，致使所述载冷剂被设置为通过所述热泵吸收所述主散热装置的热能；

至少一条载冷剂回路，该载冷剂回路与由所述第一和第二载冷剂散热装置限定的通道流体连通；

包括第一和第二冷却装置的至少一个冷却装置，所述第一和第二冷却装置有选择地与由所述第一和第二载冷剂散热装置限定的通道流体连通，每一传热设备被配置成可以选择按照直接及间接被动式模式和直接及间接主动式模式运行，其中，所述直接被动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第一载冷剂散热装置和所述第一冷却装置，所述间接被动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第一载冷剂散热装置和所述第二冷却装置，所述直接主动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第二载冷剂散热装置和所述第一冷却装置，并且所述间接主动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第二载冷剂散热装置和所述第二冷却装置，并且其中所述载冷剂回路与该至少一个冷却装置热耦合，使所述至少一个冷却装置配置成冷却所述载冷剂回路中的载冷剂，其中，该设备被配置成有选择地按照被动式和主动式模式运行，所述被动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第一载冷剂散热装置，致使由载冷剂将所述主散热装置的热能传递给所述冷却装置，所述主动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第二载冷剂散热装置并使至少一台热泵运行，从而将热能从所述主散热装置通过热泵传给所述载冷剂并由所述载冷剂传递给所述冷却装置。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，还包括至少一台被配置成使所述载冷剂循环流过所述至少一条载冷剂回路和所述第一和第二载冷剂散热装置的热泵。

16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述至少一个冷却装置被配置成将热量排放给冷却散热器，该冷却散热器包括至少一部分飞机机身表面构件。

17.根据权利要求14所述的系统，其中，所述至少一个冷却装置是低熔热电池。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，还包括压缩流体贮液罐，其被设置成使所述压缩流体膨胀，借此冷却所述热电池。

19.根据权利要求17所述的系统，其中，所述低熔热电池与所述第二冷却装置热连接，使得所述低熔热电池被配置成由所述第二冷却装置重新充电。

20.根据权利要求14所述的系统，其中，所述至少一个热泵是由热离子装置、热电装置、热电-热离子混合装置组成的组中的至少一种，其被配置成可主动式地将所述主散热装置中的热能传递给所述第二载冷剂散热装置。

21.根据权利要求14所述的系统，其中，所述主散热装置的所述至少一个表面限定出多个细长翅片，这些翅片被设置成与所述封闭空间中的气体接触并吸收来自所述气体的热能。

22.根据权利要求14所述的系统，其中，所述主散热装置包括限定出蒸汽室的基部。

23.根据权利要求14所述的系统，其中，所述主散热装置包括内部设有至少一个内置热泵的基部。

24.根据权利要求14所述的系统，其中，每一传热设备还包括风扇，该风扇被设置成使所述气体以与所述主散热装置热耦合的方式循环，借此加热所述主散热装置并冷却所述气体。

25.根据权利要求14所述的系统，其中，每一传热设备被配置成以被动式模式运行时对所述封闭空间制冷，使其温度低于约7℃，以主动式模式运行时使其温度低于约0℃。

26.根据权利要求14所述的系统，其中，所述第一冷却装置被配置成将热量排给包括至少一部分飞机机身表面构件的冷却散热器，所述第二冷却装置是低熔热电池。

27.一种可选择地以被动式和主动式模式对封闭空间进行制冷的方法，该方法包括：

由主散热装置从所述封闭空间的气体中吸收热能，借此冷却所述气体并对所述封闭空间制冷；

借助于使载冷剂循环流过与所述主散热装置热耦合的第一通道的被动式模式冷却所述主散热装置，由此将热量从所述封闭空间传给处于第一通道内的载冷剂；和借助于使与所述主散热装置热耦合的热泵运行并使所述载冷剂循环流过经所述热泵与所述主散热装置热耦合的第二通道的主动式模式冷却所述主散热装置，由此将热量传给所述第二通道内的所述载冷剂；

其中第一冷却步骤包括可选择地使所述载冷剂在所述直接被动式模式中循环流过第一冷却装置，在所述间接被动式模式中循环流过第二冷却装置。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，第一冷却步骤包括使至少一个泵运行从而使所述载冷剂循环流过与所述第一通道流体连通的第一回路，第二冷却步骤包括使所述至少一个泵运行，以使所述载冷剂循环流过与所述第二通道流体连通的第二回路。

29.根据权利要求27所述的方法，其中，第一和第二冷却步骤包括使所述载冷剂循环流过至少一个冷却装置，由此冷却所述载冷剂。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，所述第一和第二冷却步骤中的至少一个步骤包括使所述载冷剂循环流过与飞机表面构件热耦合的冷却装置。

31.根据权利要求27所述的方法，其中，第一和第二冷却步骤中的至少一个步骤包括使所述载冷剂循环流过与低熔热电池热耦合的冷却装置。

32.根据权利要求31所述的方法，其中，还包括膨胀被压缩流体的步骤，借此冷却所述低熔热电池。

33.根据权利要求31所述的方法，其中，还包括将所述低熔热电池的热量传给冷却散热器的步骤，借此对所述电池重新充电。

34.根据权利要求27所述的方法，其中，所述吸收步骤包括通过多个细长翅片吸收所述气体中的热能。

35.根据权利要求27所述的方法，其中，所述吸收步骤包括使由所述主散热装置限定的腔室内的流体蒸发。

36.根据权利要求27所述的方法，其中，所述吸收步骤包括使被设置成循环所述气体的风扇运转，借此对流加热所述主热交换器。

37.根据权利要求27所述的方法，其中，所述第一冷却步骤包括在所述直接被动式模式中使所述载冷剂循环流过所述冷却装置并将该冷却装置中的热量排放给包括至少一部分飞机机身表面构件的换热器，及在所述间接被动式模式中使所述载冷剂循环流过低熔热电池。

38.根据权利要求29所述的方法，其中，至少一个所述冷却步骤包括在所述被动式模式中对所述封闭空间制冷到低于约7℃的温度，在所述主动式模式中对其制冷到低于约

0℃的温度。

说明书

被动式和主动式冷却至少一个封闭空间的系统、设备和方

法

技术领域

[0001] 本发明涉及对封闭空间的冷却，更具体地说，涉及选择性地对封闭空间进行被动式(passive)和主动式(active)制冷的一体式设备和方法，例如制冷机和冷冻装置(freezer devices)。

背景技术

[0002] 在许多工业用制冷系统中，例如航空、货车运输、海运以及建筑工业中，传统的制冷技术基于蒸汽压缩式循环。例如，在飞机上，蒸汽压缩式循环空气冷冻机(air chiller)通常被安装在飞机机用厨房的上方，例如被安装在拱顶部区域，或被安装在如地板梁之间的货物区之类的机舱底面的下方。为了冷却如食物和饮料之类的消费品，空气冷冻机通常通过一系列供气管道/回管与一个或多个机用厨房食物储藏间连接，这些部分共同形成闭合回路系统。运行时，这种空气冷冻机基本上是与一般安装在房间窗户上的传统窗式空调器原理相同的整体式空调器。在某些情况中，其任务是将消费品的温度保持在0℃和7℃之间，或者如将来可能要求达到的0℃和5℃(在某些欧洲国家为4℃)之间。

[0003] 为了使消费品的温度维持在适当的温度范围内，在较暖和的机舱空气和较冷的厨房食物储藏间内空气之间应存在期望的温差。这种温差将使温暖的机舱内的热能通过一些传热机构的组合而传到较低温度的厨房食物储藏间内。通常，在任何给定温差下时，这种传热(或热负荷)的速率是由温暖空气和冷空气之间的实际有效绝热来控制的。在这点上，蒸汽压缩循环空气冷冻机通常应能从较冷的食物储藏间中除去这种热负荷，以保持期望的温差，借此将消费品的温度维持在适当的温度范围内。根据空气冷冻机的安放位置，由空气冷冻机带走的热量被排放到飞机货物室或者机舱拱顶的空气中。

[0004] 传统的蒸汽压缩式循环空气冷冻机是一种空气传向空气的系统。就此而论，空气冷冻机单元中的风扇使来自厨房食物储藏间的空气经过空气回管并掠过(flows across)安装在空气冷冻机内部的蒸发器盘管进行循环。在蒸发器盘管内侧，冷的载冷剂(coolant)、例如冷的R134a制冷剂(refrigerant)(气相)吸收掠过蒸发器盘管的空气中的热量。当空气掠过蒸发器盘管时，空气中的热能传给载冷剂。然后，冷空气由供风管道循环返回到厨房食物储藏间内。一旦冷空气进入厨房食物储藏间内侧，就吸收食物储藏间内侧的热能。于是，为了维持期望的温差，可以连续地重复进行此过程。

[0005] 应重视的是，一旦载冷剂从掠过蒸发器盘管的空气中吸收了热能，此热能必须从载冷剂中排出。就此而论，当气态载冷剂经过蒸发器盘管吸收热能时，所述气态载冷剂成为过热状态。然后过热的气态载冷剂被吸入空气冷冻机内的压缩机中。于是压缩机通过施加外力迫使气态载冷剂容积缩小，从而对气态载冷剂作功。结果气态载冷剂的温度和压力显著增加。然后高温高压气态制冷剂循环通过位于空气冷冻机单元内的冷凝器。当气态制冷剂流过冷凝器盘管时，风扇将环境空气吹过该冷凝器盘管，从而使热的气态制冷剂冷却。当制冷剂循环经过冷凝器盘管时，将热能排放到环境空气中，致使制冷剂离开冷凝器盘管并进入贮液器时，制冷剂从高压、过热气体变为饱和高压液体。液态制冷剂经过高压液体管路进入膨胀阀(或者在某些系统中为毛细管)，在再次进入蒸发器盘管之前被膨胀为饱和气体。

[0006] 尽管采用蒸汽压缩循环空气冷冻机的制冷系统能够使消费品的温度保持在合适的温度范围内，但是这种制冷系统有一些缺点。就此而论，蒸汽压缩循环空气冷冻机的核心是压缩机。然而，压缩机以及将空气吹过冷凝器的风扇的运转需消耗不希望的大量电能。而且，压缩机通常是复杂的机械装置，其噪音很大并且容易出现故障。此外，空气冷冻机的运行将热量排放到机舱环境中，在地面运行期间，这就会成为环境控制系统(ECS)的难题。在这点上，地面运行期间为飞机机舱和设备提供冷却的ECS组件通常被设置在储存飞机燃料的机翼箱下面。如所指出的那样，不得不在炎热天气条件下工作的能力越差，ECS系统排放到飞机燃料中的热量就越多。

[0007] 为了克服传统蒸汽压缩式循环空气冷冻机系统的缺点，已经开发出了一些系统和方法，这些系统和方法可以利用由该系统赖以运行的运载工具或系统的自然冷却散热装置(cold heat sink)所提供的“自由”热势对一个或多个封闭空间进行制冷。2003年2月19日申请并且转让给本申请受让人的名称为“System and Method of Refrigerating at least one Enclosure”的美国专利申请第10/369,441号就公开了这样一种系统。正如美国专利申请10/369,441号所披露的那样，用来对封闭空间进行制冷的系统和方法是根据一种能够将被动式和主动式冷却技术结合在一起给封闭空间例如飞机厨用推车提供连续制冷的混合制冷方法(hybrid refrigeration methodology)。有利的是，本发明一些实施方式的设备和方法能够在这种系统的制冷能力和冷却散热装置的运行环境变化之间达到最佳平衡。照那样的话，不用蒸汽压缩式空气冷冻机就可以对如飞机上的厨用推车(galley carts)之类的封闭空间进行制冷，由此可回避蒸汽压缩式循环空气冷冻机的缺点。虽然美国专利申请10/369,441号提供了一种改进的对封闭空间制冷的系统和方法，但是一直都希望能进一步改善这种系统和方法。

发明内容

[0008] 考虑到上面所提到的背景，本发明的实施方式提供一种用于冷却或制冷封闭空间的设备和方法。该设备可以有选择地以主动式和被动式模式冷却封闭空间。有利的是，主动式和被动式制冷都两者都可以通过共用的与封闭空间的空气热耦合(thermal ammunication)的主散热装置(perimary heat sink)来实现。

[0009] 根据本发明的一个方面，提供一种可选择地以主动式和被动式方式对封闭空间进行制冷的设备，该设备包括：

[0010] 主散热装置，其限定至少一个被设置成吸收所述封闭空间中气体的热能的表面，由此冷却所述气体并对所述封闭空间进行制冷；

[0011] 与所述主散热装置热耦合的第一载冷剂散热装置，其限定出至少一条供载冷剂循环的通道，致使用所述载冷剂来冷却所述主散热装置；

[0012] 至少一台与所述主散热装置热耦合的热泵，所述热泵被构造成用于冷却所述主散热装置；

[0013] 通过所述热泵与所述主散热装置热耦合的第二载冷剂散热装置，该第二载冷剂散热装置限定至少一条供载冷剂循环的通道，致使载冷剂可以通过所述热泵吸收所述主散热装置的热能；和

[0014] 第一和第二冷却装置，它们有选择地与由所述第一和第二载冷剂散热装置限定的所述通道流体连通，该设备被配置成可以选择按照直接及间接被动式模式和直接及间接主动式模式运行，所述直接被动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第一载冷剂散热装置和第一冷却装置，所述间接被动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第一载冷剂散热装置和第二冷却装置，所述直接主动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第二载冷剂散热装置和第一冷却装置，并且所述间接主动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第二载冷剂散热装置和第二冷却装置。

[0015] 根据本发明的另一方面，提供一种可选择地采用主动式和被动式方式对至少一个封闭空间进行制冷的系统，该系统包括：

[0016] 至少一个传热设备，该设备包括：

[0017] 主散热装置，其限定至少一个被设置成吸收至少一个所述封闭空间中气体的热能的表面，借此冷却所述气体并对所述封闭空间制冷；

[0018] 与所述主散热装置热耦合的第一载冷剂散热装置，其限定出至少一条供载冷剂循环的通道，致使用第一载冷剂来冷却所述主散热装置；

[0019] 至少一台与所述主散热装置热耦合的热泵，其被配置成用于冷却所述主散热装置；

[0020] 通过所述热泵与所述主散热装置热耦合的第二载冷剂散热装置，该第二载冷剂散热装置限定至少一条供载冷剂循环的通道，致使所述载冷剂被设置为通过所述热泵吸收所述主散热装置的热能；

[0021] 至少一条载冷剂回路，该载冷剂回路与由所述第一和第二载冷剂散热装置限定的通道流体连通；

[0022] 包括第一和第二冷却装置的至少一个冷却装置，所述第一和第二冷却装置有选择地与由所述第一和第二载冷剂散热装置限定的通道流体连通，每一传热设备被配置成可以选择按照直接及间接被动式模式和直接及间接主动式模式运行，其中，所述直接被动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第一载冷剂散热装置和所述第一冷却装置，所述间接被动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第一载冷剂散热装置和所述第二冷却装置，所述直接主动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第二载冷剂散热装置和所述第一冷却装置，并且所述间接主动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第二载冷剂散热装置和所述第二冷却装置，并且其中所述载冷剂回路与该至少一个冷却装置热耦合，使所述至少一个冷却装置配置成冷却所述载冷剂回路中的载冷剂，[0023] 其中，该设备被配置成有选择地按照被动式和主动式模式运行，所述被动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第一载冷剂散热装置，致使由载冷剂将所述主散热装置的热能传递给所述冷却装置，所述主动式模式的特征在于使所述载冷剂循环流过所述第二载冷剂散热装置并使至少一台热泵运行，从而将热能从所述主散热装置通过热泵传给所述载冷剂并由所述载冷剂传递给所述冷却装置。

[0024] 根据本发明的又一方面，提供一种可选择地以被动式和主动式模式对封闭空间进行制冷的方法，该方法包括：

[0025] 由主散热装置从所述封闭空间的气体中吸收热能，借此冷却所述气体并对所述封闭空间制冷；

[0026] 借助于使载冷剂循环流过与所述主散热装置热耦合的第一通道的被动式模式冷却所述主散热装置，由此将热量从所述封闭空间传给处于第一通道内的载冷剂；和[0027] 借助于使与所述主散热装置热耦合的热泵运行并使所述载冷剂循环流过经所述热泵与所述主散热装置热耦合的第二通道的主动式模式冷却所述主散热装置，由此将热量传给所述第二通道内的所述载冷剂；

[0028] 其中第一冷却步骤包括可选择地使所述载冷剂在所述直接被动式模式中循环流过第一冷却装置，在所述间接被动式模式中循环流过第二冷却装置。

[0029] 根据本发明的一实施方式，该设备包括主散热装置，主散热装置限定出翅片或其他表面用来吸收封闭空间内空气中的热能。例如，可以设置风扇使封闭空间内部的或流过封闭空间的空气流向主散热装置，由此将热能传给主散热装置。第一和第二载冷剂散热装置与主散热装置热耦合并且每一载冷剂散热装置都限定出至少一条循环载冷剂的通道。具体而言，第二载冷剂散热装置通过一或多个热泵与主散热装置热耦合，这些热泵例如可以是热离子式、热电式或热离子和热电混合式热泵。

[0030] 为了冷却载冷剂，每一个第一和第二载冷剂散热装置可以与一或多个冷却装置(cooling device)流体连通。例如，可将这些冷却装置设置为将热量排放到如一部分飞机机身表面构件之类的冷却散热器(cold sink)中。此外，或者可选择设置低熔热电池(eutectic thermal battery)作为冷却装置。

[0031] 本发明还提供一种系统，该系统包括一或多个用于冷却一或多个封闭空间的设备。每一设备被设置为可选择地按照被动式和主动式模式运行。在被动式模式中，使载冷剂循环流过第一载冷剂散热装置，使热能从主散热装置传给载冷剂。在主动式模式中，使载冷剂循环流过第二载冷剂散热装置，并使至少一个热泵运行，以将热能从主散热装置通过热泵传给载冷剂。此外，在直接(direct)被动式和主动式模式中，载冷剂可循环流过第一冷却装置如设置成将热量排放给飞机机身表面构件的装置。在间接(indirect)被动式和主动式模式中，载冷剂可以循环流过不同的冷却装置如低熔热电池。于是，该设备可按照被动式或主动式模式将封闭空间的温度制冷到期望的温度，例如，低于约7℃或低于约0℃。进一步地，所述设备被配置成以被动式模式运行时对所述封闭空间制冷，使其温度低于约
7℃，而以主动式模式运行时使所述封闭空间的温度低于约0℃。

[0032] 通过将低熔热电池与第一冷却装置热连接，可使该电池冷却或重新充电(recharged)，由此将热量从电池传给第一冷却装置。此外，可将被压缩的惰性流体贮存并使之膨胀，比如经过蒸发盘管，以冷却热电池。

[0033] 本发明还提供一种选择地按照被动式和主动式模式冷却封闭空间的方法。来自封闭空间的热能被主散热装置吸收，从而对封闭空间制冷。然后通过使载冷剂循环流过第一或第二载冷剂散热装置来冷却该主散热装置。在被动式模式的运行中，载冷剂或者循环流过与主散热装置热耦合的第一载冷剂散热装置或第二载冷剂散热装置，借此冷却主散热装置。在主动式模式中，使与主散热装置热耦合的热泵运转，并使载冷剂经热泵循环流过与主散热装置热耦合的第二载冷剂散热装置。

[0034] 可使载冷剂循环流过一或多个冷却装置，以冷却载冷剂。例如，在直接被动式和主动式模式运行中，可使载冷剂循环流过与飞机表面构件或其他冷却散热器热耦合的冷却装置，而在间接被动式和主动式模式运行中，可使载冷剂循环流过低熔热电池。可以通过将热电池中的热量排放给如飞机表面构件之类的冷却散热器来冷却该电池或使其重新充电。另外，可以使被压缩的流体膨胀来冷却低熔热电池。

附图说明

[0035] 上面对本发明作了概括描述，现在将参考附图对本发明进行详细说明，这些附图不必按比例绘制。附图中：

[0036] 图1是本发明一实施方式的用于对封闭空间制冷的设备透视图；

[0037] 图2是图1所示设备的正视图，它示出了该设备的第一侧面；

[0038] 图3是图1所示设备的另一透视图，它示出了位于设备的第二侧面上的主散热装置及第一和第二载冷剂散热装置；

[0039] 图4是图1所示设备的正视图，它示出了设备的第二侧面；

[0040] 图5是从图4右侧看到的图1所示设备的正视图；

[0041] 图6是从第一侧面取下面板之后看到的图1所示设备的透视图，它示出了设备的内部情况；

[0042] 图7是图1所示设备的主散热装置和泡沫插件的透视图；

[0043] 图8是图1所示设备的主散热装置及第一和第二载冷剂散热装置的透视图；

[0044] 图9是图1所示设备的第一和第二载冷剂散热装置的透视图；

[0045] 图10是取下第一和第二载冷剂散热装置之后看到的图1所示设备的透视图；

[0046] 图11是图1所示设备的主散热装置、泡沫插件和面板的透视图；

[0047] 图12是图1所示设备的主散热装置和面板的透视图；

[0048] 图13是本发明一实施方式的用于对封闭空间制冷的系统示意图；

[0049] 图14是图13所示系统的四个冷却装置的透视图，在该系统中，这些冷却装置被设置成将热量排向包括飞机机身表面构件的内表面的冷却散热器。

具体实施方式

[0050] 下面将参考附图对本发明进行更全面的描述，附图中示出的是本发明的一部分实施方式而非全部实施方式。当然，本发明可以有很多不同的实施方式，而且应理解为不受本说明书所提到的实施方式的限制，更准确地说，提供这些实施方式只是为了使披露的内容满足适用法律的要求。全部附图中相同的附图标记表示相同部件。

[0051] 本发明的那些实施方式提供了一种对至少一个封闭空间进行制冷的设备、系统和方法。正如这里所描述的那样，本设备、系统和方法可用于飞机上以对一或多个机上厨房食物储藏间进行制冷。因此，本设备、系统和方法对冷却飞机上的消费品例如食物和饮料犹为有利。当然，还应认识到，在不背离本发明的构思和范围的前提下，本设备、系统和方法可以用在其他运载工具中，或与其他系统一起使用。在这点上，本设备、系统和方法可用于多种能够以类似于下面描述的方式提供冷却散热装置的其他任何一种运载工具中，或与其他系统一起使用。

[0052] 有利的是，本发明的那些实施方式能够在多种不同模式下运行，从而取得最大的成本效益并对封闭空间(一或多个)提供有效制冷。在这点上，本发明的一些实施方式能够与运载工具或其他系统中的已存在的冷却散热装置一起运行，在这些系统内本发明用来对封闭空间(一或多个)提供被动式或主动式制冷。例如，用于飞机上时，该系统能够与作为冷却散热装置的飞机机身表面构件以及如美国专利申请10/369,441中所公开的单独的液体载冷剂冷冻机或低熔热电池一起运行。

[0053] 通常，正常高空巡航时的商用喷气式飞机的铝制机身表面构件的温度介于约+16°F和-59°F之间。这种超冷却表面温度可使机身表面起大能量冷却散热装置的作用。于是，例如在飞行期间，当机身表面温度低到足以起冷却散热装置的作用时，本发明的实施方式利用机身表面就可以对封闭空间进行被动式制冷。若机身温度没有低到足以提供有效的散热装置的话，例如飞机在地面上时，本发明的实施方式可以对一些封闭空间进行主动式和/或被动式制冷。因此本发明的实施方式可以为一些封闭空间提供连续制冷直到机身表面温度下降到机身表面可以起有效散热装置的作用为止。

[0054] 现在参考图1-12，图中示出了本发明一实施方式的、可用来冷却至少一个封闭空间的设备10及其一些部件，其中，设备10工作于飞机中，而所述封闭空间包括一些机上厨房食物储藏间。当然，应意识到，即使设备10工作于飞机上，在不超出本发明的构思和范围的前提下，所述封闭空间可包括多种其他封闭空间中的任何一种。

[0055] 如图1所示，设备10包括外壳12和如螺钉或螺栓之类的多个紧固件14，这些紧固件用来连接设备10的各个部件以及将设备10与封闭空间相连。外壳12可由包括聚合物、复合材料、金属等在内的各种材料制成。此外，可以在外壳12的内表面或者外表面上设置如绝热泡沫材料之类的绝热材料。图1和2中所示的面板16限定出外壳12的第一侧面18。面板16限定出一个或多个入口孔20，风扇22使封闭空间的空气(或其它气体)经过所述入口孔循环以进行冷却。面板16还限定一个出口孔24，被冷却的空气通过该出口返回封闭空间内部。

[0056] 如图3-5所示，设备10的主散热装置26被设置在设备10的与面板16相对的第二侧面19上。主散热装置26用来吸收设备10内空气的热能，从而冷却空气并加热主散热装置26。然后主散热装置26被分别流过第一和第二载冷剂散热装置40、50的第一和第二载冷剂中任一股载冷剂冷却。如图8和9所示，第一载冷剂散热装置40包括三部分44，第二载冷剂散热装置50包括两部分54。具体地说，第一和第二载冷剂散热装置40、50被设置在主散热装置26的基底30的第一侧面28上，基底30的相对侧面32面向设备10的内部11，如图6-8所示。多个翅片34从主散热装置26的基底30的侧面32伸入设备10的内部
11。翅片34可以是细长叶片件，例如图6-8所示的“扩充的(augmented)”翅片、杆状件或用于传统热交换装置上的其他形状的翅片。

[0057] 于是，在外壳12的孔20、24中循环的空气流过翅片34之间，通过对流使翅片34变暖，翅片将热量传导给基底30和载冷剂散热装置40、50。空气可由泡沫插件36或其他引导装置引向设备10的内部11。为了显示清楚，图11和12中分别示出了有和没有泡沫插件36的翅片34。主散热装置26可以是蒸汽室散热装置，即限定内部蒸汽室的散热装置，该蒸汽室处于真空或部分真空状态并包含适当的流体。在蒸汽室的内表面上设有吸液结构，这样一部分散热装置26被加热后就引起与施加热量接近的流体蒸发，然后蒸气在该蒸汽室的其他地方冷凝，借此散发热量。或者，主散热装置26可以是固体部件，其由金属或其他导热材料制成并利用内置热管使散热装置基底上的温度分布均匀。在任何情况下，基底30可以导热，致使通过翅片34传导给基底30的热能可以由基底30再传导给第一和第二载冷剂散热装置40、50。在本发明的另一些实施方式中，主散热装置26可以包括内置于基底30内的热泵，使热泵被设置成可以将热量从翅片34释放给基底30。

[0058] 每一散热装置40、50都有至少一条使载冷剂从中流过的通道42、52。例如，如图8和9所示，第一载冷剂散热装置40包括三部分44，每一部分限定至少一条延伸通过的通道42。软管、管子或其他流体连接装置46将这些通道42连接起来，以形成连续的流体回路，而在本发明的其他一些实施方式中，可以形成多个并列回路。这样，载冷剂可以通过入口48进入第一载冷剂散热装置40，并流过第一载冷剂散热装置40，然后经出口49流出散热装置
40。第一载冷剂散热装置40与主散热装置26热耦合，因此，载冷剂在第一载冷剂散热装置
40中被加热，借此冷却散热装置26、40。

[0059] 在图示的实施方式中，第二载冷剂散热装置50包括两部分54(图3)，每一部分限定至少一条延伸通过的通道52。通道52由流体连接装置56连接，致使载冷剂可以通过入口58进入第二载冷剂散热装置，并流过第二载冷剂散热装置50，然后经出口59流出。第二载冷剂散热装置50通过一或多个热泵60(图3，9)与主散热装置26热耦合，即热泵60被构成为主动式地将主散热装置26的热能传给第二载冷剂散热装置50和第二载冷剂，由此冷却主散热装置26。

[0060] 本申请适用的热泵60是平板状固态热泵，它们可以是热电装置、热离子装置或其组合。无论是哪种情况，优选将热泵设置成主动式地将热能从主散热装置26传给第二载冷剂散热装置50，因此传给载冷剂，也就是说，即使载冷剂和第二载冷剂散热装置50比主散热装置26温度高也如此。例如，热泵60可以包括多种由Supercool AB of，Sweden生产的不同的液体直接式热泵(liquid-to-direct heat pumps)中的任一种。或者，热泵60可以是热二极管(例如，由ENECO Inc.of Salt Lake City，Utah开发的热极管)，或者是热离子热泵(例如，由在Gibraltar注册的公司Cool Chip PLC开发的热离子热泵)。可以使用任何数量的平板状固态热泵60。

[0061] 热泵60被设置在第二载冷剂散热装置50和主散热装置26之间，热泵60和第一载冷剂散热装置40通过外壳12内的孔13紧贴主散热装置26，如图3和10所示。主散热装置26吸收的热能可传给载冷剂并由所述载冷剂带离设备10，例如，传给被设置成用来冷却再循环的载冷剂或按其他方式将冷的载冷剂返回设备10的冷却装置。该冷却装置可以是从载冷剂流体中吸收热能的任何类型的冷却装置。例如，每一冷却装置可以是散热器装置(heat sink device)，该散热器装置包括飞机机身表面构件或者与飞机机身表面构件热耦合。冷却装置可以选择为低熔冷贮存装置(eutectic cold storage device)例如被所述表面或其他散热装置再充电即冷却的低熔热电池，然后用来冷却载冷剂流体。低熔热电池以及使用这种装置的方法和系统被公开于2003年2月19日提交的名称为“System and Method of Refrigerating at least one Enclosure”的美国专利申请号10/369,441号中，本申请将其全部内容引为参考。冷却装置也可以是如离心式蒸汽压缩液体冷冻机之类的冷冻机装置，该装置可冷却用于飞机的热力管理系统中的液体载冷剂。

[0062] 此外，可有选择地使制冷剂循环流过多个冷却装置。例如，在被动式模式中，可选择使载冷剂循环流过与飞机的表面构件、低熔热电池、和离心式液体冷冻机热接触的冷却装置。于是，当飞机表面构件的温度大大低于封闭空间内部的温度时，载冷剂可以在与表面构件接触的散热装置和第一载冷剂散热装置40之间循环。当表面构件温度过高不能充分冷却载冷剂时，取而代之的是使载冷剂循环流过离心式空气冷冻机或低熔热电池。在这种方式下，只要表面构件、低熔热电池或者离心式液体冷冻机中的任何一个能够冷却载冷剂，就可利用载冷剂以通过第一载冷剂散热装置40获得被动式冷却，并因此将封闭空间冷却到期望的温度。如果没有一个冷却装置能够冷到足以将封闭空间被动式冷却到期望的温度，可使载冷剂循环流过第二载冷剂散热装置50。通常，由于将热泵60设置在第二载冷剂散热装置50和主散热装置26之间，所以通过载冷剂的循环可以达到较低的制冷温度。即使表面构件、离心式液体冷冻机、低熔热电池和/或其他冷却装置的冷却不够，比如表面构件、离心式液体冷冻机和低熔热电池比封闭空间期望的温度高、或者冷量不足以提供合适的冷却能力时，热泵60在第二载冷剂散热装置50和主散热装置26之间提供温差，由此可使封闭空间内达到期望的温度。

[0063] 例如，如果飞机表面在低于封闭空间期望温度的第一温度和高于封闭空间期望温度的第二温度之间变化，若表面温度比所期望的温度低时，载冷剂就可以被飞机表面冷却并循环流过第一载冷剂散热装置40，以冷却该封闭空间。与此类似，若表面温度高于期望温度，载冷剂可被另一冷却装置冷却，比如被离心式液体冷冻机或低熔热电池冷却，并循环流过第一载冷剂散热装置40，以便被动式地冷却主散热装置26。如果每一冷却装置都比期望温度高，可使载冷剂循环流过第二载冷剂散热装置50，以便利用热泵60主动式地冷却封闭空间。此外，每当表面比低熔热电池的温度低时，可以由该表面向低熔热电池充电。

[0064] 可以根据对封闭空间的使用情况改变期望温度。例如，通常飞机上的制冷要求食物储藏封闭空间被制冷到约0℃到5℃之间的温度范围。然而，在有些时候，可用一个或多个封闭空间来冷冻食品，这就需要达到更低的温度，例如在约0℃到-25℃之间。正如上面刚描述过的那样，只要其中一个冷却装置足够冷，就可使载冷剂循环流过第一载冷剂散热装置40，从而对该封闭空间进行制冷，否则可在热泵60运转的同时，使载冷剂循环流过第二载冷剂散热装置50。

[0065] 现在参考图13，该图为本发明一实施方式的系统100的示意图，该系统包括多个设备10，每一设备10位于系统100内用来冷却各封闭空间110内的空气。每一设备10包括主散热装置26以及第一和第二载冷剂散热装置40、50。如上所述，第一和第二载冷剂散热装置40、50被设置成用来接收循环流过的载冷剂，各设备10内的第一和第二载冷剂散热装置40、50与主散热装置26热耦合，第二载冷剂散热装置50通过热泵60热耦合。这样，每一设备10包括与共用的主散热装置26热耦合的集成的液体直接式(liquid-to-direct)热泵装置50和液体直接式换热器40。

[0066] 系统100包括用来冷却载冷剂的第一和第二冷却装置120、130。如图所示，第一冷却装置120可以是液体直接式换热器，可将其设置成将热量释放给如飞机表面之类的冷却散热器。或者，第一冷却装置120也可以是液-液热交换器，用来将热量释放给离心式液体冷冻机装置。第二冷却装置130是低熔热电池。应当明白的是，可以设置附加的和/或可供选择的冷却装置，图示的冷却装置120、130可以省去其中之一或两者都省去。例如，系统100可以包括一或多个冷却装置，每一冷却装置都可被设置成将热量释放给任何类型的冷却散热器装置。

[0067] 此外，系统100还包括多个阀、例如阀V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7以及载冷剂泵140、142，如下所述，这些部件可使载冷剂在不同运行模式下流经系统100的各个其他部件。虽然为了清楚起见没有示出，但是本领域技术人员可以理解，为使载冷剂泵140、142正常运行，载冷剂泵140、142通常还包括载冷剂贮液器。为使载冷剂流过各个其他部件，阀V1、V2、V3、V4、V5、V6和V7与使系统100的各部件相互连接起来的载冷剂管道、管子等相连。可以理解，其他配置的管道和部件也是可以的。例如，当将所示出的每一设备10的第一和第二载冷剂散热装置40、50连接到由回路L1的管道114形成的共用回路上时，第一和第二载冷剂散热装置40、50可交替地通过分开的管道流体连通，这样循环流过第一载冷剂散热装置40的第一载冷剂可与循环流过第二载冷剂散热装置50的第二载冷剂分隔开。另外，第一和第二载冷剂散热装置40、50可与分开的冷却装置流体连通。载冷剂可以包括多种不同载冷剂的任何一种，例如由3M Specialty Materials of St.Paul，Minnesota生产的3M Novec Engineered Fluids，或者合适的水-乙二醇混合物。

[0068] 低熔热电池130在系统100中起热能容器(thermal energy capacitor)的作用。更具体地说，在一实施方式中，低熔热电池130包括绝热性能高、双通道冷保持板(two-pass cold-holding plate)，该板含有一种具有预定凝固点的相变材料。该相变材料可以包括具有多个不同凝固点的任何一个的多种不同材料的任何一种，例如凝固点在0℃到-40℃之间的任何一个的任何一种材料。如上面在飞机的环境中指明的那样，机身表面的低的温度可使机身表面起大能量冷却散热装置的作用。这样，如下所述，机身表面构件可以用来快速吸收来自低熔热电池130内部相变材料的潜热。当相变材料将潜热释放给该冷却散热装置时，其发生相变，从液体变为固-液混合物，一旦释放出所有潜热，其最终将变为纯固体。一般而言，潜热的传递都是在等温条件下在0℃和-40℃之间进行。因此，可以根据期望的冻结温度选择相变材料，使其能对封闭空间进行制冷，而使该封闭空间处于期望的温度范围内。例如，在一实施方式中，相变材料包括由Environmental Process Systems Limited of the United Kingdom生产的Plus ICE E-12相变材料。Plus ICE E-12相变材料的凝固点是-11.6℃。

[0069] 系统100包括配置在两个闭合回路L1、L2中的管道114、116，载冷剂在这两个回路之间流动并流过系统各部件。更具体地说，低熔热电池130包含两个单独的内部载冷剂回路。其中一个载冷剂回路通过回路L1在低熔热电池和主散热装置26之间提供热传递。主散热装置26的作用是将热量从封闭空间110内带走。在这点上，将主散热装置26设置成与封闭空间110的内部热接触，例如将其安装在封闭空间110内或靠近该封闭空间。系统100可以包括任何数量的主散热装置26，在一实施方式中，系统100为每一被制冷的封闭空间110提供一个主散热装置26。

[0070] 除了载冷剂回路在低熔热电池130和主散热装置26之间提供传热之外，低熔热电池130包括与回路L2连通的第二内部回路。回路L2可选择地与回路L1连接，这样回路L2可以选择性地在第一冷却装置120与低熔热电池130和主散热装置26其中之一或两者之间提供热传递。第一冷却装置120例如可以是热交换器或者热泵，被设置在任何数量的不同位置处的热交换器或热泵与如飞机或其他运载工具的表面构件、离心式液体冷冻机装置之类的冷却散热装置热接触。例如，如图14所示，第一冷却装置120被安装成与冷却散热装置124直接接触从而热接触。尤其是，图示的第一冷却装置120是液体直接式换热器，它被安装成与起冷却散热装置124作用的飞机机身表面构件124的一部分、例如在飞机前部厨房综合设备的部位直接接触。冷却装置120的形状可与机身表面构件124的轮廓相配合，借此改善两者之间的热接触。

[0071] 第一冷却装置120的尺寸应使其具有与所有主散热装置26的总热负荷对应的所需冷量、以及排出所需潜热的容量，所述潜热用于在期望时间段内、比如在高的飞行高度期间内当冷却散热装置124能被动式吸收载冷剂的热量时冷冻低熔热电池130内的相变材料。然而，正如所理解的那样，系统100可以包括多个冷却装置120，它们合起来拥有所需的冷却能力。冷却装置120可以包括多种如本领域技术人员所熟知的那些不同装置中的任一种，例如由Lytron生产的多种液体直接式中的任一种热交换器。可供选择或者附加的是，冷却装置可以包括一或多个液体直接式热泵。

[0072] 如上所示，系统100能够按照多种不同模式运行，以向封闭空间110提供连续制冷。通常，系统100能够以直接被动式模式、间接被动式模式、直接主动式模式和间接主动式模式这四种模式之一运行。根据所述运行模式，在载冷剂泵140、142的驱动下的同时，载冷剂以不同方式流过系统100，所述载冷剂泵可以包括变速或恒速的载冷剂泵。为了控制运行模式从而控制载冷剂的流路，可以任何组合形式开启和关闭阀V1-V7。因此，在一实施方式中，阀V1-V7可以包括遥控截止阀。应当理解，可以按照多种不同方式中的任意一种选择运行模式。例如，可以至少部分地根据载冷剂、冷却装置120、130，散热装置26、40、50和/或封闭空间110内部的温度选择运行模式。此外，由于封闭空间110可能需要改变包括不制冷在内的制冷程度，可以根据封闭空间110的制冷需要选择运行模式。

[0073] 为了控制运行模式，系统100可附加包括与阀V1-V7电连接的控制器(未示出)。此外，控制器可与温度传感器(未示出)电连接，可将传感器安装成与载冷剂、冷却装置
120、130、散热装置26、40、50和/或封闭空间110的内部热接触。根据传递给控制器的来自一个或多个温度传感器的温度信息，控制器可以确定一种使系统100运行的运行模式。之后，控制器按照下面描述的方式控制阀V1-V7，使系统100按照各种模式运行。应当理解的是，正如运行模式可以改变一样，可使控制器适合于连续接收温度信息，或者按照预定间隔有选择地接收温度信息。

[0074] 为使系统100在直接被动式模式下运行，可开启阀V1、V2、V5、V6，使载冷剂流过与所述各阀连接的管道114、116；并关闭阀V3、V4、V7，以防止载冷剂流过分别与这些阀连接的管道。按直接被动式模式运行时，载冷剂在载冷剂泵140、142其中之一或着两个的控制下进行循环并流过回路L1、L2。当载冷剂流经回路L1时，温度适当地低于封闭空间110内部温度的载冷剂流经与主散热装置26从而与各封闭空间110的内部保持热接触的第一载冷剂散热装置40。

[0075] 当载冷剂流经第一载冷剂散热装置40时，载冷剂吸收来自主散热装置26的热量，因此也吸收来自各封闭空间110内部的热量，之后将热量带离封闭空间110。当热量被带离封闭空间110时，封闭空间110内的温度下降，从而对封闭空间110制冷，使其达到预定温度范围内。随后，为了释放被吸收的热量，使所述载冷剂经过回路L1的管道114流到回路L2的管道116并流到与冷却散热装置124热接触的第一冷却装置120。所述载冷剂在冷却装置120内被冷却，该冷却装置将热量释放给冷却散热装置124，然后使载冷剂返回到第一载冷剂散热装置40，以吸收另外的热能。

[0076] 系统100以直接被动式模式运行的优点是，系统100可以利用运载工具(例如飞机)的现有的通常为被动式的冷却散热装置124(例如机身表面)或者采用了系统100的其他系统。在这点上，只要载冷剂能保持足够低的热力学状态以便将热量从封闭空间110顺利传出，系统100就能以直接被动式模式运行。

[0077] 为使系统100按照间接被动式模式运行，可开启阀V1、V3、V4和V6，使载冷剂流过与各阀连接的管道114、116，并关闭阀V2、V5，以防止载冷剂流过与这些阀各自连接的管道。以间接被动式模式运行时，载冷剂在制冷剂泵140的作用下进行循环，并流过回路L1。当载冷剂流过回路L1时，温度低于封闭空间110内部温度的载冷剂流经与各封闭空间110的内部热接触的第一载冷剂散热装置40。

[0078] 当载冷剂流经第一载冷剂散热装置40时，载冷剂吸收各封闭空间110内部的热量，之后将热量带离封闭空间110。当热量被带离封闭空间110时，空间内部温度下降，由此将封闭空间110制冷到预定温度范围内。之后，为了排放所吸收的热量，所述载冷剂经回路L1的管道114流到低熔热电池130，然后载冷剂流过该低熔热电池130。当载冷剂流经低熔热电池130时，低熔热电池130内的相变材料吸收载冷剂中的热量，从而降低载冷剂的温度。由于载冷剂回路L1一般为闭合回路，所以该过程可以重复进行，这样载冷剂就可以通过第一载冷剂散热装置40返回。

[0079] 当冷却装置120的温度(例如，由飞机机身表面构件124或其他冷却散热装置的温度确定时)低于相变材料的温度时，载冷剂在回路L2中循环可以将低熔热电池130的相变材料中的热量带走。在由载冷剂泵142供以动力的情况下，在回路L2中流经低熔热电池130的载冷剂吸收相变材料中的热量。之后，载冷剂经过管道116流到冷却装置120，由此将热能释放给冷却散热装置124。在间接被动式模式期间，通过使载冷剂在回路L2中循环，低熔热电池130中的相变材料可被冷却，例如达到或低于凝固点，随后系统100可以按照间接被动式模式运行，对封闭空间110内部进行制冷。

[0080] 借助于带离相变材料中的热量，当相变材料从在L1回路中流动的载冷剂吸收热量并且通过L2回路中流动的载冷剂将热量排放给冷却散热装置时，低熔热电池130中的相变材料可以或者保持为液态-固态混合物，或者略呈亚凝固的固体。在这点上，本领域技术人员可以理解，当载冷剂流过低熔热电池130时，系统100可以通过控制回路L1和L2中的载冷剂的流速来控制相变材料相混合物。这样，回路L1中的载冷剂和相变材料之间以及相变材料和回路L2中的载冷剂之间可以保持等温传热。有利的是，借助于在低熔热电池130中保持等温传热，系统100可以对封闭空间110的内部进行制冷，而不使封闭空间110内的消费品冻结。然而，在一些情况中，例如当封闭空间110装有冷冻食品时，系统100可以让低熔热电池130内的相变材料达到亚凝固固体状态。此外，当封闭空间110内没有任何消费品并且不需要维持封闭空间110内的温度时，系统100可使低熔热电池130内的相变材料达到亚凝固固体状态，由此在飞机场周转服务期间可给地面运行提供额外的产冷量。为使相变材料达到亚凝固固体状态(在冷却装置120的热力状态允许的情况下)，可以操作阀V1、V3，使载冷剂在载冷剂回路L2中持续流动，直到低熔热电池130中的相变材料达到期望的温度为止。

[0081] 系统100在间接被动式模式下运行的优点是系统100可以利用运载工具(例如飞机)中现有的一般被动式冷却散热装置124(例如机身表面)或者其他采用了系统100的系统。在这点上，只要低熔热电池130中的相变材料能够保持足够低的热力状态以便将热量从封闭空间110顺利传出，系统100就能够以间接被动式模式运行。然而，可以意识到的是，有些情况中相变材料的热力状态太高以至于不能让系统100按照间接被动式模式运行。例如，在运载工具是飞机而冷却散热装置124是飞机机身表面的情况下，这种场合可能表示飞机处于维修之后预定的商务空运的情况。此外，例如，机场周转服务中不正常的长时间延迟也可能消耗低熔热电池130的产冷量。在这些场合中，如可由前面提到的控制器确定，系统100能够方便地按照直接主动式模式和/或间接主动式模式运行，以向封闭空间110提供连续制冷。

[0082] 在直接或间接主动式模式中，系统100可以采用热泵60。如上面所指出的那样，热泵60可以是将热量从主散热装置26传递给第二载冷剂散热装置50的液体直接式热泵。

[0083] 在直接主动式模式运行中，使载冷剂经过制冷剂回路L1和L2在热泵60和第一冷却装置120之间循环。这样，为了使系统100以直接主动式模式运行，可开启阀V1、V2、V5和V7，使载冷剂流过与各阀连接的管道114、116；并可关闭阀V3，V4和V6，以防止载冷剂流过与这些阀连接的各管道。

[0084] 在系统100按照直接主动式模式运行期间，可以使载冷剂直接在第一冷却装置120和通过热泵60与主散热装置26连接的第二载冷剂散热装置50之间循环。在通过载冷剂泵140、142之一或两者供以动力的情况下，载冷剂流经通过热泵60与各封闭空间的内部热接触的第二载冷剂散热装置50。可以理解，在系统100以主动式模式(或直接或间接)运行的情况中，冷却散热装置124的温度、因此也是载冷剂和第二载冷剂散热装置50的温度可能不足以低到被动式地吸收主散热装置26的热量的程度。于是，正如本领域技术人员所公知的那样，热泵60可以强制地将热量从主散热装置26传向第二载冷剂散热装置50。
当载冷剂流经第二载冷剂散热装置50时，热泵60将来自主散热装置26的热能传给第二载冷剂散热装置50并因此传给载冷剂。于是，载冷剂吸收封闭空间110内部的热量，之后将热量带离封闭空间110。当从封闭空间110的内部带走热量时，内部温度便下降，由此将封闭空间110制冷到预定温度。

[0085] 为释放载冷剂在直接主动式模式中吸收的热量，使载冷剂经管道114、116的部分流到与冷却散热装置124(例如飞机机身表面构件、与远方液体冷冻机连接的液-液热交换器，或者甚至是液体冷冻机本身)热接触的第一冷却装置120。当所述载冷剂流过第一冷却装置120时，热量排给冷却装置120，并因此排给冷却散热装置124。载冷剂中的热量排给冷却散热装置124后，随着制冷剂返回第二载冷剂散热装置50可重复所述过程。

[0086] 除了以被动式或直接主动式模式运行之外，系统100还可按间接主动式模式运行。可以在某些情况下启动间接主动式模式，例如由于冷却散热装置124温度的原因而不能进行被动式制冷。根据一实施方式，为使系统100以间接主动式模式运行，开启阀V1、V3、V4和V7，使载冷剂流过与这些阀连接的管道114、116；并关闭阀V2、V5和V6，以防止载冷剂流过与这些阀连接的管道114、116。在以间接主动式模式运行期间，载冷剂流过管道114并流过通过热泵60与主散热装置26保持热接触的第二载冷剂散热装置50。

[0087] 当载冷剂流经第二载冷剂散热装置50时，热泵60将来自主散热装置26的热能传给第二载冷剂散热装置50，并因此传给载冷剂。这样，载冷剂从各封闭空间110的内部吸热，之后将热量带离封闭空间110。当热量被带离封闭空间110时，封闭空间110内的温度下降，由此将封闭空间110制冷到预定温度。

[0088] 为了排出载冷剂在间接主动式模式中吸收的热量，使载冷剂经管道114的一些部分流到低熔热电池130。当载冷剂流经热电池130时，热量排给电池130。载冷剂中的热量排给电池130后，随着载冷剂返回第二载冷剂散热装置50，重复所述过程。

[0089] 当冷却装置120的温度(例如由飞机机身表面构件或其他冷却散热装置124的温度所确定)低于相变材料的温度时，在回路L2中循环的载冷剂能够将相变材料中的热量带走。在载冷剂泵142供以动力的情况下，载冷剂流过回路L2中的低熔热电池130时吸收相变材料中的热量。之后，载冷剂经管道116流到冷却装置120并由此将热能排给冷却散热装置124。

[0090] 系统100还可以包括或以不同方式接近(otherwise access)储存有经过压缩的惰性流体的贮液器150，为了冷却热电池130，可将所述惰性流体膨胀到环境大气压。例如，贮液器150可以储存经过压缩的氮气、富含氮的空气、二氧化碳等。为了利用贮存有惰性气体组分的贮液器150，低熔热电池130可以包括蒸发器盘管152，该盘管与贮液器150以可变的流体接触方式连接，比如经节流阀154连接。在任何运行模式期间，可以通过控制节流阀154的开启和关闭来启用贮液器150，由此使经过节流阀154膨胀的惰性混合物进入低熔热电池130内侧的蒸发器盘管152中。然后过冷组分作为能量非常大的制冷剂将相变材料冷却下来。在这点上，当融化了的相变材料的潜热通过蒸发器盘管152的壁被冷却的氮蒸气吸收时，低熔热电池130中的相变材料通常会逐渐凝固下来。这样，低熔热电池130就能重新充电以便对封闭空间110进行适当制冷。相变材料冷却之后，从贮液器150出来的已失去能量的流体被排出飞机外，比如通过将蒸发器盘管152连接到固定于飞机表面构件上的放气阀156的空气软管排出飞机外。

[0091] 有利的是，将系统100用于如飞机之类的运载工具上时，该系统不必包括容纳惰性混合物的贮液器150。在这种情况下，系统100可以利用为其他目的、比如防止油箱爆炸而设置的现成的存储惰性混合物的随机携带的贮液器150。正如本领域技术人员所公知的那样，历史上早就在飞机上用液氮进行机上厨房制冷。近年来已减少使用这种制冷方式，因为在飞机上携带液氮成本太高。然而为了防止油箱爆炸，最近美国联邦航空管理局(FAA)规定要求飞机必须提供使飞机油箱内的气体不起化学作用的机构。在这一点上，很多人认为可首选氮气或富含氮的空气用作飞机油箱内部的惰性剂。照此，未来飞机上可能需要以地面为基础或者以飞机为基础的氮气储存或生产能力，系统100可以利用其从相变材料中吸热。

[0092] 应当理解的是，虽然前面已经以分开的情况描述了系统100的运行方式，但是系统100可以在任何情况下以任何模式运行，只是受第一冷却装置120的热力学状态(或者温度)的影响。例如，系统100既可以按照直接主动式模式也可以按照间接主动式模式运行，在这些情况中，系统100可以同样按照间接被动式模式运行。

[0093] 还应当理解的是，尽管系统100可以包括这里所述的各种部件，但是系统100还可以另外或可供选择地加入其他阀件、贮液器、软化器、气液分离器、热交换器、热泵、传感器、其他流动回路控制和检测装置或者系统100所需要的类似部件，以将载冷剂和/或相变材料的温度、流速、压力保持在指定范围内。例如，可以在与第一冷却装置120并联的回路中额外设置一或多个冷却装置，而且可以设置几个阀，使其在被动式和主动式模式中分别有选择地将第一和第二载冷剂散热装置40、50连接到这些额外冷却装置(一或多个)上而不是连接到第一冷却装置120上。

[0094] 因此，本发明的系统和方法能够利用本系统赖以运行的运载工具或系统的自然冷却散热装置所提供的“自由”热势对一个或多个封闭空间进行制冷。有利的是，当在飞机上运行该系统和方法时，例如不用蒸汽压缩式循环空气冷冻机本系统和方法就能对如飞机上的机上厨用推车之类的封闭空间进行制冷。此外，本发明一些实施方式的系统和方法提供了混合制冷循环，其中，可以按照选择性的被动式和主动式运行模式冷却主热交换器。有利的是，第一和第二载冷剂散热装置可以冷却共用的主散热装置，由此可将被动式和主动式冷却技术结合起来给如飞机上的机上厨用推车之类的封闭空间提供连续制冷。

[0095] 本领域技术人员应注意的是，这里提出的本发明的许多改型和其他实施方式具有前述说明书和附图体现出的教导所带来的好处。因此，可以理解，本发明不受所公开的具体实施方式的限制，对其进行的改型以及其他实施方式都被包括在权利要求所要求保护的范围内。虽然这里采用了专用术语，但是仅是为了从一般的和描述性的含义而使用这些术语，并非是对本发明的限制。