CN103527237A - 用于避难所的空调设备、系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于矿井的空调系统，该空调系统在矿井环境中工作。一种冷凝器。一种保护使用者免受有毒环境影响的庇护系统。该系统包括避难所。一种蒸发器。一种冷却避难所的方法。一种具有气闸的可充气室，该气闸包括从该室外表面延伸迸该室内部的管。

Description

用于避难所的空调设备、系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年6月28日提交的编号为61/690,565的美国临时申请的在先权益。

技术领域

本发明涉及在矿井等危险环境中的避难所使用的空调设备。在此使用的，引用到“本发明”或“发明”涉及典型的实施例，但不必涉及附加的权利要求所包含的每一个实施例。更具体的，本发明涉及在矿井等危险环境中的避难所使用的空调设备，其中，该空调设备的压缩机和冷凝器位于避难所外部，而该空调设备的蒸发器位于避难所中，并与压缩机和冷凝器相连。

背景技术

本部分旨在向读者介绍现有技术中与本发明的各方面有关的各个方面。以下讨论的目的是提供信息以便更好地理解本发明。因此，应当理解的是，以下讨论中的陈述要以这个角度阅读，而不是对现有技术的承认。

在环境变得对人有害的紧急情况下，避难所提供了与外部危险环境隔离的被安全保护的环境。随着时间的推移，如果人们必须待在避难所里，必须采取措施来保持避难所内环境的安全，例如，保持二氧化碳浓度或温度，在一些位置，由于外部环境太热而不能冷却该避难所，因此，热量是一个问题，并且温度不能保持在安全舒适的水平。此外，在某些环境中，例如，矿井，有爆炸的危险，这必须避免。因此，需要一种用于避难所的空调设备，其可以在矿井中安全使用以避免可能发生的爆炸。

发明内容

本发明涉及一种可以在矿井环境下工作的用于矿井的空调系统。该系统包括具有门的刚性容器，该门在打开时形成了开口。该系统包括沿着该门的边配置在该容器中的被动冷凝器，因此，当门打开时，该冷凝器暴露在矿井环境中。该系统包括配置在该容器中的防爆外壳。该系统包括第一流体泵，其泵送位于外壳中的液体。该系统包括配置在该容器中的便携式蒸发器。该系统包括泵送制冷剂的压缩机。该系统包括与蒸发器通信的控制器，其控制蒸发器的工作。该系统包括配置在该容器中的电池阵列，其与第一流体泵电连接。该系统包括冷凝器。

本发明涉及一种冷凝器。该冷凝器包括壳子。该冷凝器包括底部，该底部具有制冷剂流过的制冷剂线圈，以及接触该制冷剂线圈，并冷却穿过该线圈的制冷剂的底翅片。该冷凝器包括配置在底部上方的烟囱部分，其将空气引入底部，并引导空气向上穿过该烟囱部分。

本发明涉及一种保护使用者免受有毒环境影响的庇护系统。该系统包括避难所。该系统包括与该避难所通信的空调设备。该空调设备具有配置在该避难所中的蒸发器，以及配置在外部并远离该避难所的壳体。该壳体具有冷凝器和压缩机。该压缩机通过将该压缩机、该冷凝器和该蒸发器流体环接的软管，将制冷剂泵送到该冷凝器和该蒸发器。

本发明涉及一种蒸发器。该蒸发器包括具有制冷剂流过的翅片和与该翅片流体连接的制冷剂线圈的壳子，每英寸存在4-8个翅片。

本发明涉及一种对避难所进行冷却的方法。该方法包括将制冷剂软管连接到避难所中的蒸发器的步骤，所述制冷剂软管附连至壳体中的压缩机和冷凝器。该壳体设置在外部，并远离避难所。存在激活压缩机的步骤，该压缩机将制冷剂泵送到蒸发器和冷凝器。

本发明涉及一种具有气闸的可充气室，该气闸包括从室的外表面延伸到室内的管，该管具有连接到外表面的外端，以及内端，外关闭物关闭该外端，内关闭物关闭该内端。

本发明涉及一种环境下的容器。该容器包括与环境隔离的防爆外壳。该容器包括与外壳连通的净化系统。

本发明涉及一种电源。该电源包括具有板和机箱的电池。该电源包括由电缆形成的终端，该电缆从机箱延伸出来，焊接在板上。

附图说明

在附图中说明本发明的优选实施例和实施本发明的优选方法：

图1展示了本发明的空调设备的XP外壳；

图1B-1D为本发明的布局和原理图；

图2为本发明的避难系统的代表；

图3展示了本发明的电池；

图4A-4D展示了该外壳上部构造的不同视角；

图4E展示了该外壳；

图5A-5C展示了避雷器的不同视角；

图6展示了该外壳的净化功能；

图7展示了连接到风扇电动机上的供应管和回流管；

图8展示了蒸发器风扇组件；

图9展示了蒸发器；

图10展示了蒸发器；

图11展示了带有迷你气闸的电缆束；

图12展示了电缆束和迷你气闸；

图13展示了电缆束和迷你气闸；

图14展示了电池群；

图15展示了电池系统；

图16展示了氢传感器；

图17展示了甲烷传感器；

图18展示了控制箱；

图19展示了状态面板；

图20展示了冷凝器；

图21展示了冷凝器；

图22展示了冷凝器；

图23展示了冷凝器的进气侧；

图24展示了冷凝器的顶部；

图25展示了冷凝器的可拆卸翅片；

图26为电池测试结果的曲线图；

图27a-27d分别为该容器的顶面、侧面、前面和背面视图。

具体实施方式

现在参考附图，在所有这些附图中，相似的附图标记指代相似或相同的部件，更具体地，其中的图1A-1D和2展示了一种可以在矿井环境下工作用于矿井的空调系统10。该系统10包括具有门28的刚性壳体，该门在打开时定义了开口。该系统10包括沿着该门28的边配置在该壳体24中的被动冷凝器26，因此，当门28打开时，该冷凝器26暴露在矿井环境中。该系统10包括配置在壳体24中的防爆外壳22，如图4E所示。该系统10包括第一流体泵58，其泵送位于外壳22中的液体。该系统10包括配置在该外壳24中的便携式蒸发器18。该系统10包括泵送制冷剂的压缩机38。该系统10包括控制器102，如图18所示，其与蒸发器18通信，并控制蒸发器18的工作。该系统10包括配置在外壳24中的电池阵列19，其与第一流体泵58电连接。该系统10包括冷凝器26。

冷凝器26可能安装在门28上，使得壳子146底部的开口置于地面上方至少1英寸，以允许空气流过该开口到达冷凝器26的底部148。该冷凝器26可能具有带有上翅片156的烟囱部分150，该上翅片156引导空气流过它们自身，并流出烟囱部分150，防止空气的湍流穿过该冷凝器26，如图20-25所示。该壳子146可能为矩形。该烟囱部分150具有可拆卸的上翅片156。每英寸可能存在4-8个底翅片。

本发明涉及一种冷凝器26。该冷凝器26包括壳子15。该冷凝器26包括底部148，该底部148具有制冷剂流过的制冷剂线圈152，以及接触该制冷剂线圈152，并冷却穿过该线圈152的制冷剂的底翅片154。该冷凝器26包括配置在底部148上方的烟囱部分150，其将空气引入底部148，并引导空气向上穿过该烟囱部分150。

本发明涉及一种保护使用者免受有毒环境影响的庇护系统15，如图1A和2所示。该系统包括避难所12。该系统15包括与该避难所通信的空调系统10。该空调系统10具有配置在该避难所中的蒸发器18，以及配置在外部并远离该避难所的壳体24。该壳体24具有冷凝器26和压缩机38。该压缩机38通过将该压缩机38、该冷凝器26和该蒸发器流体18环接的软管，将制冷剂泵送到该冷凝器26和该蒸发器18。

该避难所12可能具有容器84和充气帐篷82或室，当对该室充气，则界定了供用户使用的受保护的环境，在该环境中设置有蒸发器18。该容器84具有增压储气罐，释放可呼吸的空气或氧气到环境中，维持充气帐篷82中相对帐篷82外部大气的正压。

本发明涉及一种蒸发器18，如图9和10所示。该蒸发器18包括具有制冷剂流过的翅片172和与该翅片流体连接的制冷剂线圈172的壳子170，每英寸存在4-8个翅片172。

本发明涉及一种冷却避难所12的方法。该方法包括将制冷剂软管42，44连接到避难所中的蒸发器18的步骤，所述制冷剂软管42，44附连至壳体24中的压缩机38和冷凝器26。该壳体24设置在外部，并远离避难所。存在激活压缩机38的步骤，该压缩机38将制冷剂泵送到蒸发器18和冷凝器26。

本发明涉及一种具有气闸72的可充气室82，如图2和11-13所示。该气闸包括从室的外表面延伸到室内的管83。该管83具有连接到外表面的外端85，以及内端87，外关闭物关闭该外端，内关闭物关闭该内端。

该外关闭物可能包括外拉绳80，一拉将关闭该外端；该内关闭物包括位于内端以打开关闭该内端的拉链76，以及内拉绳80，一拉将关闭该内端。

本发明涉及一种环境下的容器。该容器包括与环境隔离的防爆外壳22。该容器包括与外壳22连通的净化系统30。

本发明涉及一种电源。该电源包括具有板35和机箱36的电池19。该电源包括由电缆34形成的终端32，该电缆34从机箱36延伸出来，焊接在板上35。

在本发明的操作中，MSHA认可的96小时，24VDC空调系统10，如图1A和2所示，由电池21供电，并设计为与在矿井环境中提供后事避难的避难所12一同使用。它被设计为避难所居住者提供96小时冷却，否则他们所处环境将超过MSHA要求，即避难所12内环境必须在96小时额定防护的时间内保持在华氏95度以下。在部署阶段，矿工们激活系统10，将软管和电缆束16插入到避难所12一侧，如图11-13所示，携带蒸发器18冷却装置进入到避难所12。在避难所内安全后，这些矿工将蒸发器18连接到早先插好的束16上，并激活该空调系统10。参见关于避难所12的美国专利申请11/903,079，关于避难所洗涤器的美国专利申请12/075,002，以及关于避难所的美国临时申请，所有这些都将在本文引用。

该系统10的结构壳体24旨在满足MSHA CFR30第7部分关于避难所12的设计要求，其要求能够承受200毫秒，15PSI的爆炸。为了满足这种需求，该系统10具有带有目前正在生产的美国斯塔特公司M10避难硐室的壳体24的壳子。对该壳体24稍作修改以容纳该空调系统10的组件。这些改进包括安装气密隔板14，用以分隔设计成与矿井大气隔离的组件和设计成暴露在矿井大气中的组件或将被带进避难所12中的组件。该壳体24也将被改变，以容纳滑撬、安装在门28上的冷凝器26以及用于系统10运转所必需的控制和显示面板，所述滑撬用于容纳电池21和防爆（Explosion Proof，XP）外壳22。

像这样的系统获得批准的一个难点在于：CFR30第7部分的规定要求位于避难所内的设备必须是IS（Intrinsically Safe，本质安全）或容许暴露在矿井环境下电气设备必须是IS。由于将占用的避难所或替代物所产生的热量除去所需的能量水平，前面对按该规则提供的空调系统10设计的解释事实上是不可能的。然而，已经确定的是，MSHA的观点在于如果该设备与矿井环境隔离，那么该设备获得许可是法律也允许的。这解释了，由于有了将系统从矿井环境隔离的独特的技术，而允许开发一种许可的系统。

MSHA空调系统10采用的隔离系统使用了两中隔离方法。首先，组件被安置在带衬垫的钢结构中，如前面提到的壳体24。该结构经过真空测试以确保制造后密封、焊接和面板的完整性。第二种将组件从矿井大气隔离的方法是采用净化系统30，该系统释放氮气到XP外壳22中，在控制和电源部分创造出正压环境，因此，隔间92从矿井大气排挤出任何可能的污染物，防止任何甲烷的进入。参见图4。该净化系统30包括位于壳体24中的氮气瓶子29，如图1D所示，其中一瓶氮气就在激活之前被倒出，而第二瓶则在该壳体24运作的96个小时里缓慢释放。参加图1B-1D和2。该净化系统不仅将该壳体24从矿井隔离，其氮气创造了非易燃的环境以消除任何可能的爆炸。这两个加压氮气瓶的每一个都通过管道连接到XP外壳22壁112中的阻火器40。XP外壳22中超过压力的氮气通过XP外壳22壁112中的另一个阻火器40排放到壳体24内部。通过外壳22进入到壳体24的该净化也足以维持壳体24内的正压。该隔板14具有两个减压阀，当壳体24内的压力变得太大时，用于氮气泄漏。正是这种净化系统30创造了该场景，使得MSHA相信该壳体24和置于其中的组件，包括外壳22，可能容许代替IS。

虽然MSHA已经确定封闭在孤立大气中的系统必须是许可的，然而该系统中存在许多独特的设计来满足该该许可标准。

首先，该电池系统20必须满足CFR30第7部分所概述的特殊设计，该部分内容讨论了电池21约束系统、需要的排气、连接系统等。该系统是为了设计来满足这些标准。该电池21连接系统的一个独特方面是为这种应用而独特设计的专用电池，该电池21终端32为内部焊接至电池21板的电池电缆34，该电池电缆34伸出电池机箱36外约8英寸。参见图3、14和15。依照CFR30第7部分C分段，这允许电缆的“焊补”连接，该电缆传输电能到工作组件。

其次，该许可设计要求所有的组件，如电机、继电器、开关、泵等，必须安置在MSHA许可的XP外壳22内。该外壳22被设计来防止爆炸气体进入到外壳中并被电机的火花所引燃等造成的爆炸。这对从XP外壳22传送能量、液体、气体等到避难所12中必要的冷却和控制提出了挑战。MSHA规定要求暴露在矿井大气中的组件必须是IS。对于起作用的空调系统10，它必须移除避难所12居住者散发出的潜在的和明显的热量（温度和湿度），能力必须排放到矿井环境中。这由制冷剂的蒸发和压缩实现，该制冷剂通过软管从位于避难所的蒸发器18流回位于外壳24的压缩机38和冷凝器26。将该制冷剂从XP外壳22移除要求设计有阻火器40，该阻火器既可以自由传送该制冷剂，也可以控制任何来自XP外壳22的可能的爆炸。如图5A-5D所示，该阻火器40还可以用于传送来往该避难所的压缩空气以驱动牵引空气通过蒸发器18的空气电机，传送来往于该XP外壳22的制冷剂，从XP外壳22排放热量，以及氮气净化。接下来，因为延伸到XP外壳22的组件要求是IS，所以从该避难所12排出热量的冷凝器26被设计为被动的，没有风扇迫使空气通过该系统。这意味着该系统必须独特设计通过自然对流移除热量。此外，如果该蒸发器18被设计为被动地运行，那么它将因为太大而不能携带，因此选择采用空气作为动能的电机使避难所的空气流过蒸发器18来制冷。

最后，由于IS要求，在室内用于操作该空调系统10的控制系统具有光纤设计。该控制系统设计为允许矿工在室内启动、停止、监视和复位该系统。参见图18。

该空调系统10如图传统空调，可以工作在多种方式下。然而，工作环境需要独特的特性，已经描述了其中许多。一些额外的独特控制包括：

XP外壳22内部设置有压缩机38，如图2和4E所示，该压缩机22将制冷剂通过制冷剂供应管42泵送至冷凝器26，并令制冷剂从蒸发器18通过制冷剂回流管44回流到蒸发器18，然后回流到压缩机38，重复该循环。该制冷剂随着通过制冷剂供应管42去往蒸发器18，接触避难所内的热量。蒸发器18中的制冷剂流经该蒸发器18将冷却避难所空气。通过制冷剂回流管44从蒸发器18流到压缩机38，再到冷凝器26的制冷剂将移除避难所的热量，该热量来自于空气并将在蒸发器18中冷却。接着，重复该循环。在这种方式下，制冷剂通过冷却循环不断流动。在该XP外壳22中，存在与该制冷剂供应管42和制冷剂回流管44循环连通的制冷剂存储器46，其提供额外需要的制冷剂。该XP外壳22大约40英寸长，20英寸高，17英寸宽。壁112为3/8英寸厚的钢板，沿其边缘设有焊接至形成边缘的两个壁的边条111，边条111上设有用于封盖的螺栓孔。参见图4A-4D。

由压缩机38驱动的流经蒸发器18和冷凝器26且具有存储器46的制冷剂循环的总体操作实质上是一个标准的空调单元。然而，由于矿井内爆炸的危险，已经采取额外的措施来应对这种危险环境，导致冷凝器26对于空气冷却流经该冷凝器26的制冷剂是完全被动的。压缩机38在XP外壳22内是因为它需要电力，因此，如果存在火花或潜在的火，那么该XP外壳22有发生爆炸或火灾的危险。此外，远离压缩机38和冷凝器26的蒸发器18位于矿工居住的避难所内，用于冷却空气。

所有从XP外壳22内部延伸到XP外壳22外部的电缆或电线都通过MSHA许可的密封装置56。流经软管的媒质，如制冷剂、压缩空气或流进/出该XP外壳22的大气气体，穿过阻火器40。该阻火器40基本消除与XP外壳22内的爆炸或火灾相关的所有火焰，因此，在该阻火器40存在任何引起火灾或爆炸的气体的时候，该气体已经被冷却到一个低于可以点燃矿井周围环境任何甲烷的温度。

该阻火器40是一种金属元件48，如具有多层带有孔52的隔网50和垫圈54的圆柱形物件，如图5a、5b和5c所示，这些隔网50和垫圈54允许气体或液体流过它们，但是会减缓气体或液体的流速，并且当气体或液体穿过一系列的隔网50直到阻火器的过程中，它们的热量会被吸收，而后它们的温度低于引燃甲烷所需的温度。

每根软管，例如供应管、回流管，穿过XP外壳22分为两个部分。第一部分位于XP外壳22内，自其元件源（如压缩机38）延伸到阻火器40延伸进XP外壳22的那部分。第二部分位于XP外壳22外，连接阻火器40延伸出XP外壳的那部分，并由此延伸到其最终目的物，例如，蒸发器18。通过这种方式，任何给定软管中的液体都可以安全通过XP外壳22的壁112。对于光纤等的布线，使用MSHA许可的密封装置56可以使得电缆布线或光纤安全地通过XP外壳22的壁112，具有电缆或光纤的孔基本上没有引发爆炸或火灾的风险，这在本领域是众所周知的，

第一和第二电动气泵58、60设置在XP外壳22内，与延伸和连接到蒸发器18的空气供应管62，以及从蒸发器18延伸到气泵58的空气回流管64连接。气泵58、60是并行的，因此它们提供了泵气中的冗余，并且向泵送的空气提供了增加的压力和体积。该空气供应管62和空气回流管64来自封闭回路，因此，该封闭回路内的空气不断循环流动而不会泄露。该空气转动与该回路连通的风扇电机66，如MTI Dentalin生产的型号Lyns Pro3机头。该风扇电机66具有延伸自该风扇电机66的轴68和位于其外端设置在风扇壳子71中的风扇70。随着回路中的空气在回路中流动，它将转动空气电机，但无法逃脱。随着空气电机的转动，轴68也将转动，其转而使风扇70旋转，迫使避难所12中的空气通过该蒸发器18。该空气供应管62和空气回流管64具有本领域众所周知的自闭合配件，以便当任一空气软管的端口未连接但打开的时候，端口可以自动关闭，使得管内的空气不会逃脱。通过这种方式，当前的空气在它们生产的过程中就存储在该软管中，其全部必须用于通过空气回路的循环，并供给空气电机能量以转动该风扇70。封闭回路是一个重要的设计特征，它可以防止污染物进入避难所。

用于制冷剂和空气的供应管和回流管，以及来自XP外壳22的控制电缆，通过帐篷82中被认为的微型气闸72进入避难室，如图11-13所示。该微型气闸72本质上是36英寸长的布管，其从帐篷82的外部延伸进帐篷82的内部。该布管的内部端口有关闭该管面的拉链76。在该帐篷82的外表面，有由覆盖该布管开口的材料制成的管状部分78。在该布管的任意一段都有拉绳80。随着帐篷82的发展，矿工们从XP外壳22获得软管和电缆，并将它们延伸进布管。一旦将蒸发器18带进避难所12的可充气室，布管内端的拉链76将被拉上，软管和电缆的端口将被掏出并连接到蒸发器18合适的接头上。一旦控制电缆74和软管到位，布管两端的拉绳都将被拉紧，基本上密封住电缆和软管的两端。此外，由于充气帐篷82室内维持着正压，室内的空气不断试图逃到室外，这有效防止外界环境进入到室内。

该空调系统10使用一种不同类型的冷凝器26来实现节能排热，该冷凝器被认为是被动冷凝器26。参见图20-25。由于交流电是由电池21组供电，给系统提供的是有限的能量，因此特别强调节能。传统的冷凝器采用风扇传送空气通过冷凝器26；然而，该被动冷凝器26不使用风扇，依赖自然对流排出热量。风扇消耗能源，取消风扇使得系统使用更少能源也能达到相同的结果。此外，该被动冷凝器26将用在可能充满甲烷的后爆炸煤矿环境中。危险在于，电风扇可能产生火花，点燃矿井中的甲烷，造成二次爆炸。采用不适用风扇或任何移动部件的容器26将提高系统的能源效率，并确保在甲烷环境下的安全。

由于该冷凝器26是被动的，如果存在空气迫使该冷凝器26冷却流过该冷凝器26的制冷剂，那么该冷凝器26比其他情况下更大。然而，因为矿井中存在爆炸的危险，对于被动运作的冷凝器26，任何源自操作该冷凝器26造成的爆炸危险或威胁都将被消除。该冷凝器26放置在钢壳24的末端。沿着该冷凝器26的壳体24的末端有一扇大门28，该门向矿井环境敞开，因此矿井的大气有助于冷却通过该冷凝器26的制冷剂。

该冷凝器26的结构与传统的冷凝器相比有一些根本差别。首先，该被动冷凝器26使用通过浮力原理能够提升自然气流通过线圈152的烟道；热空气通过该烟道上升，将更冷的空气推进冷凝器26的进气口。该烟道本质上作为迫使热空气通过其上升的管道，类似于屋子里的烟囱。没有该烟道，在冷凝器26排气口流动的自然空气将变得紊乱，破坏了空气流动，并降低了冷凝器的散热能力。该烟道是冷凝器26结构的组成部分，是不可拆卸的。该冷凝器26用螺栓固定在壳体24的门28上。当该壳体24的们28打开的时候，该冷凝器移动矿井环境中，并暴露在矿井的空气中。该冷凝器的进气口至少在地面上大约3英寸。

其次，线圈的“湿的”部分放置有制冷剂线圈152，该制冷剂线圈152位于冷凝器26的底部148，加热进入的空气，导致该空气上升通过烟囱部分150。这一冷凝器26部分的重要特点是翅片间距。大多数冷凝器每英寸使用12-14个翅片，这很适合于强制对流冷凝器。然而，该被动冷凝器26每英寸只有4-8个，优选地为6个，这样减少了对气流的限制，由于被动冷凝器26依赖自然空气流散热，因此这一设计是很重要的。该翅片154间距在行业中被认为是“开放”的，不是标准冷凝器的典型。

第三，该冷凝器26的烟囱部分150具有可拆卸的翅片156，为该冷凝器性能的最大化提供适应性。这些翅片156通过方便移除的金属板螺钉158固定；当螺钉移除后，该翅片156可以滑出冷凝器26的顶部。该设计的实用性在于，其通过移除翅片156为调整冷凝器的性能提供了选择。烟囱的流面积被各个翅片156划分成面积更小的烟囱，这有助于减少烟囱部分150出气口附近的涡流。然而，通过增加的每个翅片156，烟囱部分150有更多的流限制。对于该系统所处的矿井环境，通过移除翅片156来提供适应性需要在限制流和减少涡流间找到正确的平衡。

该冷凝器26可能是矩形的。该翅片156本质上是金属薄片。该可拆卸的翅片156在顶部还有凸缘160，该凸缘160延伸自平板，螺钉158通过其延伸以将该薄板固定。图27a-27d分别展示了冷凝器的顶视图、侧视图、前视图和后视图。

蒸发器18，如图9和10所示，相比商用蒸发器也具有独特的设计。相比典型单元每英寸12-14个翅片，其翅片的间距更大，为每英寸4-8个翅片，以便防止水分饱和及“堵塞”。该蒸发器18翅片172也可以覆盖亲水涂层或薄膜以协助积累的水滴流下。亲水涂层或薄膜应用到金属块上，如形成翅片，在本领域是众所周知的。

在堵塞方面，当空调运行在高湿度环境下，如避难室条件下，空气冷却会在翅片上积累水滴。如果翅片的间距太近，水的表面张力使水滴粘着翅片，并累积到一定程度，使得整个蒸发器18都充满水，妨碍空气流过该蒸发器18。通过扩大翅片的间距，当“干空气”能量传送效率降低，水的重力克服其天然表面张力，水将流出该蒸发器18。这种水流下的过程可以通过抑制水粘附在翅片上的亲水涂层改进。

壳体24具有划定隔间92的隔板14，该隔间容纳有冷凝器26和蒸发器18，如图4E所示。通过矿工的部署，该蒸发器18迁到帐篷82中。

XP外壳22内是电池充电器86，它在维护期间用于给电池21充电。该电池充电器86具有连接到位于矿井电源的电气接口，从矿井电源接收电给电池21充电。

该电池充电器86通过保险丝组和主断路器连接到电池21。该电池21被形成为舱90，四个电池21为一舱90。如图14和15所示。每个电池产生6伏特电压。一个舱90内的四个电池21串行连接，因此舱90产生24伏特电压。每个舱90并行连接到保险丝组88，因此，如果一个舱90损坏了，该舱也不会影响或阻断电源从其他舱90输出。每个舱90都位于金属壁围成的隔间，与其他舱隔离，并保护器不受其他舱或外力的影响。

该电池充电器86连接到主断路器，并通过保险丝88组和从该保险丝组延伸到每个舱90的电缆。当激活维护模式，电流通过充电器、主断路器和保险丝88组从矿井电子系统流到电缆，最终到达每个舱90中的每个电池21，给每个电池充电。故障保险丝可以通过状态板104上的LED读出器指示，如图19所示。图26为电池测试结果的图表。

如图4E所示的空气泵58、60和压缩机38通过接线从电池21上接收供电，该接线从电池21到主断路器，并根据各自的操作从主断路器到空气泵58、60和压缩机38。所有的断路器都有自动复位功能，以致在运行的任何时刻激活一个断路器，它将自动复位，这样，它可以继续有电流流过，而不需要矿工离开该室将其复位。在外壳22中，还有继电器110,、机械操作的选择开关、空气集合管114、系统充电器116、制冷剂连接118、空气输送管连接120、氮气压力传感器122和热断路器124。

保险丝组88中的每个保险丝延伸出MSHA许可的电缆，该电缆连接到舱90中的每个电池21上。这种电缆电连接到延伸自每个电池21的特殊设计的接线端子。参见图2、14和15。该接线端子32烧制在电池21板35上，因此接线端子32到电池21板的连接完全规避大气，消除来自接线端子32连接的爆炸的危险。从电池21延伸的接线端子32焊接到MSHA电缆，该电缆连接到XP外壳22的保险丝上。从电池21板延伸的接线端子32也是MSHA许可的电缆。接线端子32电缆和来自XP外壳的电缆的连接用热缩管96，该热缩管96焊接到该连接，以保护该连接免受大气危害，以及随时间推移的腐蚀，这可能又有产生火花或爆炸的危险。

在充电和电池系统20方面，由于这是电池21工作系统，该系统要求充电系统。这通过与所需的120VAC矿井电源的连接完成（估计3个月的时间间隔），以补充由于系统监视和自然电池放电率造成的电池21损耗。虽然该系统使用AGM凝胶电池21，在充电阶段大大减少氢废弃排放的发生，但是，该系统仍由氢传感器98（额度寿命5年）监控，当感应到氢气时该传感器禁用该系统。参见图6。6伏电池21装配在四个电池一组的舱中，保险丝保护以防止真个系统禁用后单个电池21发生故障。

在自动复位系统方面，该系统配备热自动复位断路器，为生命维持环境提供高确定性的运作。

在监控系统方面，除了氢监测，该系统还监测电池21电量和充电周期等功能（充电的日期和持续时间），运用氮压力传感器94监测氮压，以及监测错误操作。此外，这些数据由数据记录器记录，该记录器在维修期可以通过USB端口被系统服务系统或矿井中央数据系统读取。

在操作模式方面，该系统有三种操作模式：待命——准备运行，服务——充电和数据收集，以及运行——为避难所提供冷却。参见图1B-1D。

对于远程控制器102，参见图18，该空调系统10配有光纤远程控制器102从避难所12对该空调系统进行远程控制。该光纤远程控制器102为Fiber Switch Technologies公司制造和出售的型号为#SX-921的控制器。在该空调系统10上，矿工可以启动/停止该空调系统10，查看系统错误，监控电池21组保留高的电量以最大程度地更正状态面板104显示的潜在错误。

制冷剂质量流率在60和160磅/时间波动。这种波动是由于压缩机能够基于系统的热负荷来改变它的速度。无论避难所12内的居住者有多少，转动风扇70的空气是一个固定值。驱动风扇70的空气泵取决于大气条件，每分钟传递总量达到80到110升的空气。这是一个闭环系统，该空气不会混入避难所的空气；它是一个孤立系统，不可调节。该冷凝器26大小固定，不会基于避难所内居住者的数量而改变。该蒸发器18风扇70速率为1200-1800rpm。该冷凝器26大小在每个方向可以有正负两英寸的差异。该冷凝器26的进气口应当离地至少3英寸，这通过将其安装在门28上得到了保证。该冷凝器26用螺栓固定在打开的门28上。

维护计划和规程

日常

状态板104目检：

电池充电状态；

氮压；

氟利昂水平；

检测甲烷水平。

季度

充电并收集数据：

将开关转到维护位置；

目检状态灯；

检查H2；

通过光缆连接笔记本电脑/平板电脑；

充电系统，6-8小时，类型，充电时间；

记录并下载系统信息；

将开关转回到待机模式。

年度的

完成系统功能测试：

激活A/C系统；

确认A/C系统的运行；

补充必需的氟利昂水平；

将单元恢复到待机模式。

电池量

低流线圈设计

功耗（安培）

制冷剂压缩机	35.5
		空气压缩机	4
传感器	0.6
		避难所用户界面	0.6
总计	40.7

电池40

选择开关模式

测试计划/配置

测试计划/配置（连续）

虽然前述实施例对本发明进行了详细的描述，但这些实施例只是为了更好地说明本发明，在不脱离本发明范围的前提下，本领域技术人员可以对其做出修改，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (18)

1.一种用于矿井的空调系统，该空调系统在矿井环境中工作，并包括：

具有门的刚性壳体，该门在打开时形成开口；

被动冷凝器，其设在所述壳体中、位于所述门的旁边，从而当门打开时，该冷凝器暴露至矿井环境；

防爆允许外壳，其设在所述壳体中，并与矿井隔离；

第一流体泵，用于泵送处于所述外壳中的流体；

便携式蒸发器，其设在所述壳体中；

压缩机，其泵送制冷剂；

控制器，其与蒸发器通信控制蒸发器操作；

电池阵列，其设在所述壳体中，并与所述第一流体泵电连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冷凝器安装在门上，使得该冷凝器底部的开口置于地面上方至少1英寸，以允许空气流过该开口并到达冷凝器的底部。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述冷凝器具有带有上翅片的烟囱部分，该上翅片引导空气流过它们自身，并流出烟囱部分，防止空气的湍流穿过该冷凝器。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述冷凝器为矩形。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述烟囱部分具有可以拆卸的上翅片。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述冷凝器的底部每英寸有4-8个底翅片。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，其包括将所述外壳与矿井隔离的净化系统。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述净化系统包括设置在容器中与所述外壳流体连通的加压氮气瓶，该加压氮气瓶向所述外壳提供氮气，维持该外壳内的正压力。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，包括配置在所述外壳的壁中的阻火器，该阻火器与氮气瓶管道连接，氮气从氮气瓶经过该阻火器流迸外壳。

10.一种冷凝器，包括：

壳子；

底部，该底部具有制冷剂线圈和底翅片，其中制冷剂流过所述制冷剂线圈，所述底翅片与所述制冷剂线圈接触并冷却通过该线圈的制冷剂；

烟囱部分，该烟囱部分设在所述底部的上方，将空气引入底部，并引导空气向上通过该烟囱部分。

11.一种保护使用者免受有毒环境影响的庇护系统，包括：

避难所；和

与该避难所通信的空调系统，该空调系统具有配置在该避难所中的蒸发器，以及配置在外部并远离该避难所的壳体，该壳体具有冷凝器和压缩机，该压缩机通过将该压缩机、该冷凝器和该蒸发器流体环接的软管，将制冷剂泵送到冷凝器和蒸发器。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述系统具有容器和充气帐篷，充气时则界定了供用户使用的受保护的环境，在该环境中设置有蒸发器，该容器具有增压储气罐，释放可呼吸的空气或氧气到环境中，维持充气帐篷中相对帐篷外部大气的正压。

13.一种蒸发器，包括：

壳子，其具有翅片和与翅片流体连接的制冷剂线圈，制冷剂流过所述翅片，每英寸存在4-8个翅片；

风扇，其设置在所述壳子中；

气动力马达，其设置在所述壳子中，用于操作所述风扇。

14.一种冷却避难所的方法，包括以下步骤：

将制冷剂软管连接到避难所中的蒸发器上，其中所述制冷剂软管附连至壳体中的压缩机和冷凝器，该壳体设置在外部，并远离避难所；

从避难所激活所述壳体中的压缩机，该压缩机将制冷剂泵送到蒸发器和冷凝器。

15.一种具有气闸的可充气室，该气闸包括从室的外表面延伸到室内的管，该管具有连接到外表面的外端，以及内端，外关闭物关闭该外端，内关闭物关闭该内端。

16.根据权利要求15所述的室，其特征在于，所述外关闭物包括外拉绳，被拉时将关闭该外端，所述内关闭物包括位于内端以打开关闭该内端的拉链，以及内拉绳，被拉时将关闭该内端。

17.环境中的容器，包括：

与环境隔离的防爆外壳；和

与外壳连通的净化系统。

18.一种电源，包括：

具有板和机箱的电池；

由电缆形成的终端，该电缆从机箱延伸出来，焊接至所述板。

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