專利名稱：一種用于煤礦的可移動式應急救生艙的空氣調節(jié)系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于安全設備及空調制冷領域，涉及一種用于煤礦用可移動式應急 救生艙的空氣調節(jié)系統(tǒng)，為煤礦及其它井工礦礦井下發(fā)生事故時為無法及時撤 離的礦工在救生艙中生存時，在救生艙與外界隔絕的情況下對溫度進行調節(jié)， 同時控制艙內濕度，使艙內環(huán)境滿足人類基本生存要求，保證礦工生存舒適度。
背景技術：
目前，公知的煤礦救生艙及其空氣調節(jié)裝置在國內經檢索相關信息尚無完 成的技術、產品，在國外此類產品主要用于礦井用應急避難室(Mine Emergency Refuge Chamber)內，主要用于金屬礦井事故時，為在應急避難 室中避難的礦工創(chuàng)造舒適生存條件。國外的應急避難室絕大多數采用普通空調 來控制溫度?？照{主機可置于避難室內部，而壓縮機必須外置，因此，在爆炸 事故頻發(fā)的煤礦中，避難室空調壓縮機等有源部件的防爆是不得不面對的問 題。此外，在密閉空間中要保持讓人舒適的溫濕度，需要有足夠的電力維持空 調的運行，而礦難時外部電力切斷，只能靠電池供電，在災變狀態(tài)下即時制冷， 需要儲備大量的電能，會導致艙內蓄電池體積過大，帶來維護、成本、安全各 方面的問題。同時若艙外界溫度過高，可能超過空調的氣候環(huán)境最高溫度，導 致空調設備無法正常工作，難以實現制冷效果。已有的蓄能式空調是在正常制 冷主機與供冷負荷之間加上蓄冷裝置，制冷主機在電網負荷谷期(不需供冷或 供冷很少)制冷，將冷量蓄存與蓄冷裝置中，在電網負荷峰期(也是供冷峰期) 供冷，已達到轉移用電負荷的目的。但目前已有的蓄能式空調均無做防爆處理， 不能滿足煤礦礦用電氣設備防爆要求，無法直接在礦井下使用。
發(fā)明內容
本發(fā)明目的是提供一種能夠滿足煤礦礦用電氣設備防爆要求、能夠直接在 礦井下使用的可移動式應急救生艙的空氣調節(jié)系統(tǒng)。
一種用于煤礦用可移動式應急救生艙的空氣調節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括艙外防爆
制冷機組和艙內空氣調節(jié)裝置
艙外防爆制冷機組，包括翅片換熱器、冷凝風機、制冷壓縮機、膨脹閥以及制冷系統(tǒng)的附件氣液分離器、控制盒、干燥器、集液器等。機組布局如圖1 所示，除控制盒外，各部件之間通過管路連接，各部件連接順序為氣液分離 器一制冷壓縮機一翅片換熱器一集液器一干燥器一膨脹閥，控制盒位于艙外防 爆制冷機組下部，通過導線分別與冷凝風機、制冷壓縮機及外接電源相連。
液態(tài)制冷劑在艙內空氣調節(jié)裝置箱體的內置盤管內沸騰汽化，吸收上、下 蓄冰箱內液體的熱量，使箱體內部溶液降溫結冰。為防止液態(tài)制冷劑進入制冷 壓縮機中弓1起液擊，從艙內空氣調節(jié)裝置弓I出的氣態(tài)制冷劑先經過氣液分離器 后再進入制冷壓縮機。制冷壓縮機吸入來自蒸發(fā)器的低溫低壓的氣體制冷劑， 壓縮后成為高溫高壓的過熱蒸氣，排入翅片換熱器中，氣態(tài)制冷劑向周圍的空 氣散熱成為高壓過冷液體，高壓過冷液體經干燥器流入膨脹閥節(jié)流降壓，成為 低溫低壓液體狀態(tài)，再次進入艙內的空氣調節(jié)裝置的內置盤管中汽化，吸收盤 管周圍液體的熱量，至此完成一個循環(huán)。壓縮機冷循環(huán)周而復始的運行，保證 了制冷過程的連續(xù)性。
艙內空氣調節(jié)裝置，包括上蓄冰箱、下蓄冰箱以及上、下蓄冰箱的各附件， 如箱體的不銹鋼外殼、發(fā)泡聚氨脂保溫材料、保鮮箱、通風管道、防爆風機、 上箱注水口、下箱注水口、上箱排水口、下箱排水口、上箱進液口、下箱進液 口、連接管、內置盤管、出風口等。
艙內空氣調節(jié)裝置箱體由上蓄冰箱、下蓄冰箱兩部分拼裝而成，上蓄冰箱 的一端面，設置有保鮮箱，用于貯存營養(yǎng)液和食品。連接管通過上、下箱進液 口分別通入上、下蓄冰箱，上箱進液口連接上蓄冰箱，下箱進液口連接下蓄冰 箱。由紫銅管制成的內置盤管分明暗兩種結構布置在上下箱體內部。通風管道 設置在上、下箱體中間及下箱體側面，防爆風機在下蓄冰箱的底部。上、下蓄 冰箱體壁上都設有注水口和排水口 ，用于加注和泄放蓄冷溶液。
艙內空調裝置由上蓄冰箱、下蓄冰箱兩部分組成，蓄冰箱箱體由不銹鋼組 成，夾層內填充聚氨酯發(fā)泡材料起保溫作用。蓄冰箱用于儲存蓄冷溶液(水或 其它介質)，上、下蓄冰箱均內置銅質盤管并通過連接管聯通，供制冷工質循 環(huán)，制冷劑通過上蓄冰箱一側的上箱進液口進入內置盤管，在上、下蓄冰箱內 循環(huán)后從下蓄冰箱同側的下箱進液口流向艙外的防爆制冷機組。上、下箱體中 間及下蓄冰箱箱體側面設有通風管，艙內空氣可在防爆風機引導下流經通風
5管，空氣經制冷除濕后從出風口引出。此外，上蓄冰箱設有保鮮箱，可利用蓄 冰箱低溫長期儲存食物與水。
在蓄冰工況時，外部制冷壓縮機將制冷劑通過連接管，分別通入上、下蓄 冰箱內，制冷劑在內置盤管內直接蒸發(fā)并吸收熱量，將內置盤管外表面的液體 結成冰。隨著蓄冰過程的進行，管壁表面冰層越來越厚，直至箱體內溶液完全 結為實冰時，即完成蓄冰過程。當艙外情況異常，需要調節(jié)裝置供冷時，通過 開啟防爆風機加速艙內空氣的循環(huán)流動，在通風管道中空氣與冰體表面充分接 觸后形成低溫空氣向艙內吹送冷風。同時，在空氣從冰體掠過時，其中的水分 與冰體表面接觸，冰體將濕空氣冷卻到露點溫度以下，超過飽和含濕量的水蒸 氣以冷凝水的方式脫除，凝露的水直接引入下蓄冰箱內部，達到降低艙內濕度 的作用。上蓄冰箱內冰體融化形成的水可供艙內人員飲用，解決艙內人員飲水 問題。
根據本發(fā)明的用于煤礦用可移動式應急救生艙的空氣調節(jié)系統(tǒng)，其主要作 用是在礦井下發(fā)生事故時，利用最小的電量對救生艙內部的溫濕度進行調解， 同時也為食物保鮮。該空氣調節(jié)系統(tǒng)在正常情況下，外部的防爆制冷機組利用 礦山電源持續(xù)維持艙內空氣調節(jié)裝置的冰量，在災變狀態(tài)下外部供電中斷時， 空氣調節(jié)裝置利用較少的能源既可在艙內獨立工作，不受艙內電力儲備以及外 部環(huán)境溫度的影響，為救生艙提供必要的冷量，同時通過冷凝作用降低艙內濕 度。可以控制救生艙內部的溫度和濕度在人類生理需要的范圍內，防止由于溫 度和濕度過高影響艙內人員的生存安全及舒適度。
本發(fā)明中的空氣調節(jié)系統(tǒng)與普通空調相比在于，在災變狀態(tài)下外部供電中 斷時，該系統(tǒng)利用較少的能源既可在艙內獨立工作，為救生艙提供必要的冷量， 同時降低艙內濕度。
本發(fā)明中的空氣調節(jié)系統(tǒng)與普通蓄能空調相比在于，艙外的制冷系統(tǒng)中的 壓縮機、高低壓控制器、電磁閥、控制儀表、電控'箱及艙內通風管道處的風機 等所有的有源部件均參照相關標準進行防爆處理，使其能在煤礦或可能存在I 類可燃性氣體的爆炸危險場所中使用，填補國內行業(yè)空白。防爆風機可由救生 艙蓄電池和外部電源兩種方式分別供電，也能通過艙內空氣凈化裝置的風機控 制面板控制風機啟動、改變風機轉速以調整工作效率和能耗。本發(fā)明中的空氣調節(jié)系統(tǒng)采用直接蒸發(fā)式制冷系統(tǒng)以蒸發(fā)器作為換熱設 備，制冷劑與冷凍水一次換熱，避免了冷熱轉換的中間環(huán)節(jié)，減少了能耗，制 冷機效率高。
本發(fā)明中的空調冷卻系統(tǒng)直接從蓄冰箱中取冷，蓄冰箱中的冰體與通風 管道直接接觸，省去了二次換熱環(huán)節(jié)，減少了調節(jié)部件，從而大大降低了系統(tǒng) 成本和運行費用；提高了系統(tǒng)運行的可靠性。
本發(fā)明中的空氣調節(jié)系統(tǒng)中的艙內上蓄冰箱內設有保鮮箱，可長時間對艙 內營養(yǎng)液及食物保質，上蓄冰箱箱體下部設有排水口，出水可滿足艙內人員飲 水要求。
本發(fā)明中的空氣調節(jié)系統(tǒng)中的艙內空氣調節(jié)裝置即能獨立工作，也能將出 風口與空氣凈化裝置進風口相連接，與救生艙空氣凈化系統(tǒng)兼容，共用空氣循 環(huán)回路，艙內空氣先經過空調系統(tǒng)制冷除濕后從空氣凈化裝置進風口進入凈化 器，再經藥劑層處理，通過空氣凈化裝置防爆風機出風口完成艙內循環(huán)過程。
圖1為本發(fā)明調節(jié)系統(tǒng)艙外制冷機組布局圖； 圖2為本發(fā)明調節(jié)系統(tǒng)艙內空氣調節(jié)裝置主視圖。 圖3為本發(fā)明調節(jié)系統(tǒng)艙內空氣調節(jié)裝置側視圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細描述根據本發(fā)明的示例性實施例的用于煤礦的可移 動式應急救生艙的空氣調節(jié)系統(tǒng)，在附圖中，相同的標號式中表示相同的元件。
如圖1所示，本發(fā)明包括由翅片換熱器1、冷凝風機2、制冷壓縮機4、膨 脹閥6等，以及制冷系統(tǒng)的附件氣液分離器3、控制盒5、、干燥器7、集液器 8組成的艙外防爆制冷機組。機組布局如圖l所示，除控制盒5外，各部件之 間通過管路連接，各部件連接順序為氣液分離器3—制冷壓縮機4—翅片換 熱器1—集液器8—干燥器7—膨脹閥6。控制盒5'位于艙外防爆制冷機組下部， 通過導線分別與冷凝風機2、制冷壓縮機4及外接電源相連。
液態(tài)制冷劑在艙內空氣調節(jié)裝置箱體的內置盤管內沸騰汽化，吸收上、下 蓄冰箱內液體的熱量，使箱體內部液體降溫結冰。為防止液態(tài)制冷劑進入制冷 壓縮機4中引起液擊，從艙內空氣調節(jié)裝置引出的氣態(tài)制冷劑先經過氣液分離器3后再進入制冷壓縮機4。制冷壓縮機4吸入來自蒸發(fā)器的低溫低壓的氣體 制冷劑，壓縮后成為高溫高壓的過熱蒸氣，排入翅片換熱器l中，氣態(tài)制冷劑 向周圍的空氣散熱成為高壓過冷液體，高壓過冷液體經干燥器7流入膨脹閥6
節(jié)流降壓，成為低溫低壓液體狀態(tài)，再次進入艙內的空氣調節(jié)裝置的內置盤管 中汽化，吸收盤管周圍水體的熱量，至此完成一個循環(huán)。壓縮機冷循環(huán)周而復 始的運行，保證了制冷過程的連續(xù)性。
如圖2、圖3所示，艙內空氣調節(jié)裝置由上蓄冰箱ll、下蓄冰箱14、艙體 的不銹鋼外殼9、發(fā)泡聚胺脂保溫材料IO、保鮮箱12、通風管道13、防爆風 機15、下箱排水口 16、內置盤管17、連接管18、下箱進液口 19、上箱進液口 20、出風口 21、上箱注水口 22、上箱排水口 23及下箱注水口 24等組成，艙 內箱體由上蓄冰箱ll、下蓄冰箱14兩部分拼裝而成。
實施例l:如圖1所示，空氣調節(jié)系統(tǒng)的艙外制冷機組，在普通空調室外 機基礎上，按照防爆電氣設備的有關要求，針對機組的壓縮機、風機、高低壓 控制器、電磁閥、控制儀表、電控箱等所有的有源部件進行特殊防爆處理，使 其能在I類，T1 T4組可燃性氣體、蒸汽與空氣混合形成的爆炸危險場所， 以及出現或可能出現的爆炸性混合物的環(huán)境中安全運行。如圖1所示，液態(tài)制 冷劑在艙內空氣調節(jié)裝置的上、下蓄冰箱內部的內置盤管內沸騰汽化，吸收蓄 冰箱內溶液熱量，使箱體內部液體降溫結冰。為防止液態(tài)制冷劑進入壓縮機中 弓I起液擊，從艙內空氣調節(jié)裝置引出的氣態(tài)制冷劑先經過氣液分離器后再進入 制冷壓縮機。制冷壓縮機吸入來自蒸發(fā)器的低溫低壓的氣體制冷劑，經壓縮后 使其成為高溫高壓的過熱蒸氣，排入翅片散熱器中，向周圍的空氣散熱成為高
壓過冷液體，高壓過冷液體經干燥過濾器流經膨脹閥節(jié)流降壓，成為低溫低壓 液體狀態(tài)，再次進入艙內的空氣調節(jié)裝置的內置盤管中汽化，吸收盤管周圍水 體的熱量，至此，完成一個循環(huán)。壓縮機冷循環(huán)周而復始的運行，保證了制冷 過程的連續(xù)性。
如圖2、圖3所示，艙內空氣調節(jié)裝置箱體由上蓄冰箱、下蓄冰箱兩部分 拼裝而成，上蓄冰箱的一端面，設置有保鮮箱，用于貯存營養(yǎng)液和食品。連接 管通過上、下箱進液口分別通入上、下蓄冰箱，上箱進液口連接上蓄冰箱，下 箱進液口連接下蓄冰箱。由紫銅管制成的內置盤管分明暗兩種結構布置在上下箱體內部。通風管道設置在上、下箱體中間及下箱體側面，防爆風機在下蓄冰 箱的底部。上、下蓄冰箱體壁上都設有注水口和排水口，用于加注和泄放蓄冷 溶液。
艙內空調裝置由上蓄冰箱、下蓄冰箱兩部分組成，蓄冰箱箱體由不銹鋼組 成，夾層內填充聚氨酯發(fā)泡材料起保溫作用。蓄冰箱用于儲存蓄冷溶液(水或 其它介質)，上、下蓄冰箱均內置銅質盤管并通過連接管聯通，供制冷工質循 環(huán)，制冷劑通過上蓄冰箱一側上進液口進入內置盤管在上、下蓄冰箱內循環(huán)后 從下蓄冰箱同側的下進液口流向外部機組。上、下箱體中間及側面設有通風管， 艙內空氣可在防爆風機引導下流經通風管，空氣經制冷除濕后從出風口引出。 此外，上蓄冰箱設有保鮮箱，可利用蓄冰箱低溫長期儲存食物與水。
在蓄冰工況時，外部制冷壓縮機將制冷劑通過連接管，分別通入上、下蓄 冰箱內，制冷劑在內置盤管內直接蒸發(fā)并吸收熱量，將內置盤管外表面的溶液 結成冰。隨著蓄冰過程的進行，管壁表面冰層越來越厚，直至箱體內溶液完全 結為實冰時，即完成蓄冰過程。當艙外情況異常，需要調節(jié)裝置供冷時，通過 開啟防爆風機加速艙內空氣的循環(huán)流動，在通風管道中空氣與冰體表面充分接 觸后形成低溫空氣向艙內吹送冷風。同時，在空氣從冰體掠過時，其中的水分 與冰體表面接觸，冰體將濕空氣冷卻到露點溫度以下，超過飽和含濕量的水蒸 氣以冷凝水的方式脫除，凝露的水直接引入下蓄冰箱內部，達到降低艙內濕度 的作用。上蓄冰箱內冰體融化形成的水可供艙內人員飲用，解決艙內人員飲水 問題?？諝庹{節(jié)裝置在艙內與空氣凈化系統(tǒng)安裝位置相鄰，可與救生艙空氣凈 化系統(tǒng)同時運行，達到節(jié)省艙內動力的目的。此時關閉防爆風機，將出風口與 空氣凈化裝置進風口相連接，艙內空氣先經過空調系統(tǒng)制冷除濕后從空氣凈化 裝置進風口進入凈化器，再經藥劑層處理，通過空氣凈化裝置防爆風機出風口 完成艙內循環(huán)過程。
權利要求
1. 一種用于煤礦的可移動式應急救生艙的空氣調節(jié)系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括艙外防爆制冷機組和艙內空氣調節(jié)裝置艙外防爆制冷機組包括翅片換熱器(1)、冷凝風機(2)、氣液分離器(3)、制冷壓縮機(4)、控制盒(5)、膨脹閥(6)、干燥器(7)、集液器(8)；除控制盒外，各部件之間通過管路連接，連接順序為氣液分離器→制冷壓縮機→翅片換熱器→集液器→干燥器→膨脹閥，控制盒位于艙外防爆制冷機組下部，通過導線分別與冷凝風機、制冷壓縮機及外接電源相連；艙內空氣調節(jié)裝置箱體由上蓄冰箱(11)、下蓄冰箱(14)兩部分拼裝而成。
2. 如權利要求1所述的用于煤礦的可移動式應急救生艙空氣調節(jié)系統(tǒng)，其 特征在于所述艙內空氣調節(jié)裝置還包括包括不銹鋼外殼(9)、發(fā)泡聚氨脂保溫材料(IO)、保鮮箱(12)、通風管道(13)、防爆風機(15)、下箱排水口(16)、內置 盤管(17)，連接管(18)、下箱進液口(19)、上箱進液口(20)、出風口(21)、上箱 注水口(22)、上箱排水口(23)、下箱注水口(24);蓄冰箱箱體由不銹鋼組成，夾 層內填充聚氨酯發(fā)泡材料起保溫作用；蓄冰箱用于儲存蓄冷溶液，上、下蓄冰 箱均設有銅質內置盤管并通過連接管聯通，供制冷工質循環(huán)；制冷劑通過上蓄 冰箱一側的上箱進液口進入內置盤管，在上、下蓄冰箱內循環(huán)后從下蓄冰箱同 側的下箱進液口流向艙外的防爆制冷機組；上、下箱體中間及下蓄冰箱箱體側 面設有通風管道，艙內空氣能在防爆風機引導下流經通風管道，空氣經制冷除 濕后從出風口引出；上蓄冰箱的一端面，設置有保鮮箱，用于貯存營養(yǎng)液和食 品；上箱體下部的排水口出水能滿足艙內人員飲水要求。
3. 如權利要求l所述的用于煤礦的可移動式應,救生艙空氣調節(jié)系統(tǒng)，其 特征在于外部防爆制冷機組與礦山電源電連接，正常情況下利用礦山電源持 續(xù)維持艙內空氣調節(jié)裝置的冰量；災變狀態(tài)下外部機組即使被毀壞，艙內的空氣調節(jié)裝置靠所蓄存的冰量仍能獨立工作，控制艙內的溫、濕度。
4. 如權利要求1所述的用于煤礦的可移動式應急救生艙空氣調節(jié)系統(tǒng)，其 特征在于外部制冷機中壓縮機、高低壓控制器、電磁閥、控制儀表、電控箱及艙內通風管道處的風機所有的有源部件均參照相關標準進行防爆處理，使其 能在煤礦或可能存在I類可燃性氣體的爆炸危險場所中使用。
5.如權利要求1所述的用于煤礦的可移動式應急救生艙空氣調節(jié)系統(tǒng)， 其特征在于艙內空氣調節(jié)裝置的防爆風機能分別由救生艙蓄電池和外部電源 兩種方式供電，也能通過艙內空氣凈化裝置的風機控制面板控制風機啟動、改 變風機轉速以調整工作效率和能耗。
6.如權利要求1所述的用于煤礦的可移動式應急救生艙空氣調節(jié)系統(tǒng)， 其特征在于所述的空氣調節(jié)系統(tǒng)采用直接蒸發(fā)式制冷系統(tǒng)以蒸發(fā)器作為換熱 設備，制冷劑與冷凍水一次換熱，避免了冷熱轉換的中間環(huán)節(jié)，減少了能耗， 提高了制冷機效率。
7. 如權利要求l所述的用于煤礦的可移動式應急救生艙空氣調節(jié)系統(tǒng)，其 特征在于所述的空氣調節(jié)系統(tǒng)在通風管道中空氣與冰體表面充分接觸，空氣 中的水分與冰體表面接觸時凝結，凝露的水直接引入下蓄冰箱內，省去冷凝水 收集裝置。
8. 如權利要求1所述的用于煤礦的可移動式應急救生艙空氣調節(jié)系統(tǒng)，其 特征在于空調冷卻系統(tǒng)直接從蓄冰箱中取冷，蓄冰箱中的冰體與通風管道直 接接觸，省去二次換熱。
9. 如權利要求1所述的用于煤礦的可移動式應急救生艙空氣調節(jié)系統(tǒng)，其 特征在于艙內空氣調節(jié)裝置的出風口能與空氣凈化裝置進風口相連接，與救 生艙空氣凈化系統(tǒng)兼容，共用空氣循環(huán)回路，艙內空氣先經過空調系統(tǒng)制冷除 濕后從空氣凈化裝置進風口進入凈化器，再經藥劑層處理，通過空氣凈化裝置 防爆風機出風口完成艙內循環(huán)過程。
全文摘要
本發(fā)明屬于安全設備及空調制冷領域，涉及一種用于煤礦用可移動式應急救生艙的空氣調節(jié)系統(tǒng)。包括有制冷壓縮機、翅片換熱器、冷凝風機、膨脹閥組成的艙外制冷機組和上蓄冰箱、下蓄冰箱及防爆風機組成的艙內空氣調節(jié)裝置。主要作用是在礦井下發(fā)生事故時，利用最小的電量對救生艙內部的溫濕度進行調解，同時也為食物保鮮。該空氣調節(jié)系統(tǒng)在正常情況下，外部的防爆蓄冰機組利用礦山電源持續(xù)維持艙內空氣調節(jié)裝置的冰量，在災變狀態(tài)下外部供電中斷時，空氣調節(jié)裝置利用較少的能源既可在艙內獨立工作，實現制冷，不受艙內電力儲備以及外部環(huán)境溫度的影響，為救生艙提供必要的冷量，同時通過冷凝作用降低艙內濕度。溫度調節(jié)控制操作、維護簡便快捷，適宜在外部能源供應中斷情況下，維持救生艙內的溫度和濕度。
文檔編號E21F11/00GK101504176SQ20091007975
公開日2009年8月12日 申請日期2009年3月10日 優(yōu)先權日2009年3月10日
發(fā)明者劉仁生, 軍 朱, 玨 王, 金龍哲 申請人:北京科技大學