專利名稱：一種礦用救生艙制冷系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦用救生艙制冷系統(tǒng)和方法，屬于密閉空間安全救生及環(huán)境控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
針對(duì)國內(nèi)礦井安全生產(chǎn)事故頻發(fā)的嚴(yán)峻現(xiàn)狀，相關(guān)監(jiān)管部門要求地下礦井在2013年6月之前必須完善生產(chǎn)安全設(shè)施，完成緊急避險(xiǎn)等六大系統(tǒng)的安裝，以應(yīng)對(duì)各類突發(fā)危 險(xiǎn)，減少事故及人員傷亡。礦用救生艙作為一種新型的緊急避險(xiǎn)裝備，可為不能及時(shí)撤離的井下遇險(xiǎn)人員提供一個(gè)安全的避難場(chǎng)所，對(duì)改變單純地依賴外部救援的礦難應(yīng)急救援模式，由被動(dòng)待援到外部救援與主動(dòng)自救相結(jié)合，使救援工作科學(xué)、有效地進(jìn)行起到了至關(guān)重要的作用。國內(nèi)礦井安全形勢(shì)嚴(yán)峻，發(fā)展救生艙已刻不容緩。艙內(nèi)空間封閉，人體代謝濕熱負(fù)荷若不及時(shí)消除，將危及生命，所以救生艙的降溫除濕能力是其關(guān)鍵性能指標(biāo)之一，其降溫除濕技術(shù)的可操作性及可靠性將直接影響到產(chǎn)品的總體性能，決定其能否實(shí)現(xiàn)應(yīng)急救生的功能。目前適用于救生艙的制冷方式主要有蓄冰制冷、蓄電制冷、高壓氣源制冷。蓄冰制冷的制冰裝置故障率較高且長(zhǎng)期使用維護(hù)成本高。對(duì)于蓄電制冷，其制冷性能受外界環(huán)境影響較大，且大功率防爆蓄電池存在安全隱患而得不到礦用許可證。以二氧化碳為制冷劑的高壓氣源開放式制冷技術(shù)由于其制冷性能穩(wěn)定可控，制冷劑價(jià)格低廉且綠色環(huán)保，設(shè)備維護(hù)成本低，并可在無任何外部動(dòng)力的情況下實(shí)現(xiàn)制冷、除濕、凈化一體化，優(yōu)點(diǎn)突出，已成為礦用救生艙制冷方式的首選。但是高壓二氧化碳開放式制冷系統(tǒng)同樣也面臨較多的技術(shù)問題。系統(tǒng)運(yùn)行壓力高；所需液化氣體體積較大，存儲(chǔ)用鋼瓶占用空間較大；二氧化碳中含有水分，容易造成管路冰堵；隨著液態(tài)二氧化碳流量的減小，其釋放的冷量不足以平衡艙內(nèi)的熱負(fù)荷，艙內(nèi)的溫濕度會(huì)逐漸上升，所以考慮到實(shí)際的制冷效率，傳統(tǒng)的制冷系統(tǒng)中鋼瓶?jī)?nèi)的二氧化碳一般只有70% 75%得到利用，這無疑造成了能源和空間的浪費(fèi)。因此，在保證良好的制冷效果的基礎(chǔ)上如何達(dá)到安全穩(wěn)定、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的效果是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明針對(duì)礦用救生艙的特殊使用環(huán)境和要求，提供了安全可靠、性能穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活、操作方便的礦井救生艙制冷系統(tǒng)和方法。本發(fā)明的礦用救生艙制冷系統(tǒng)包括二氧化碳鋼瓶、管路、一級(jí)旁通閥、一級(jí)減壓節(jié)流閥、一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器、二級(jí)聯(lián)通閥、二級(jí)減壓節(jié)流閥、二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器、排氣調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)風(fēng)機(jī)。其連接關(guān)系為所有二氧化碳鋼瓶均接入管路，管路通過一級(jí)減壓節(jié)流閥接入一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器。一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器通過二級(jí)減壓節(jié)流閥與二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器相連，二級(jí)聯(lián)通閥安裝在一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器和二級(jí)減壓節(jié)流閥之間。二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器與氣動(dòng)風(fēng)機(jī)相連，氣動(dòng)風(fēng)機(jī)的出口與救生艙外相通。一級(jí)旁通閥跨接在一級(jí)減壓節(jié)流閥的進(jìn)口和二級(jí)聯(lián)通閥的出口之間。排氣調(diào)節(jié)閥的進(jìn)口端與一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器的出口連通，排氣調(diào)節(jié)閥的出口端與救生艙外相通。所述一級(jí)減壓節(jié)流閥和二級(jí)減壓節(jié)流閥中均設(shè)置有壓力表。該系統(tǒng)進(jìn)一步包括一級(jí)溫度儀和二級(jí)溫度儀；所述一級(jí)溫度儀設(shè)置在一級(jí)減壓節(jié)流閥的出口處。二級(jí)溫度儀設(shè)置在二級(jí)減壓節(jié)流閥的出口處。通過上述壓力表和溫度儀測(cè)得的壓力值和溫度值調(diào)節(jié)各個(gè)減壓節(jié)流閥的開度，能夠?qū)崿F(xiàn)二氧化碳介質(zhì)的壓降分配與制冷溫度的良好匹配，從而充分利用二氧化碳的冷量?；谏鲜鱿到y(tǒng)的礦用救生艙制冷方法包括一級(jí)蒸發(fā)和二級(jí)蒸發(fā)兩種工況在制冷初期，采用二級(jí)蒸發(fā)開啟一級(jí)減壓節(jié)流閥、二級(jí)聯(lián)通閥和二級(jí)減壓節(jié)流閥，關(guān)閉一級(jí)旁通閥和排氣調(diào)節(jié)閥，所述一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器和二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器串聯(lián)運(yùn)行。 當(dāng)二級(jí)溫度儀測(cè)得的溫度值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入一級(jí)蒸發(fā)狀態(tài)關(guān)閉二級(jí)聯(lián)通閥，打開一級(jí)旁通閥和排氣調(diào)節(jié)閥。所述一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器和二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器并聯(lián)運(yùn)行。有益效果(I)本發(fā)明與現(xiàn)有的二氧化碳開放式制冷系統(tǒng)相比，由于一二級(jí)蒸發(fā)器在放冷后期可由串聯(lián)操作改為并聯(lián)操作，即在二氧化碳液體干度無法滿足兩級(jí)蒸發(fā)器串聯(lián)制冷，釋冷功率明顯降低的情況下，通過改變閥門的開閉，使兩級(jí)蒸發(fā)器并聯(lián)，增大液態(tài)二氧化碳的流量繼續(xù)制冷，如此可允許將鋼瓶?jī)?nèi)存儲(chǔ)的二氧化碳最大限度地釋放，有效提高了二氧化碳的冷量利用率，并有助于減少鋼瓶的數(shù)量或體積，節(jié)省有限的艙體空間。(2)在本發(fā)明中兩級(jí)節(jié)流減壓閥出口處設(shè)置溫度儀，可更直觀地監(jiān)測(cè)關(guān)鍵位置溫度的變化，配合調(diào)節(jié)節(jié)流減壓閥的開度以控制蒸發(fā)器的溫度和壓力，使液態(tài)二氧化碳在蒸發(fā)器中充分吸熱，并協(xié)助避免管路冰堵和蒸發(fā)器結(jié)霜現(xiàn)象。


圖I為本發(fā)明礦井救生艙制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為氣動(dòng)風(fēng)機(jī)的工作原理圖。圖中，I-二氧化碳鋼瓶；2-管路；3_—級(jí)旁通閥；4_一級(jí)減壓節(jié)流閥；5_ —級(jí)溫度儀；6_—級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器；7_ 二級(jí)聯(lián)通閥；8_ 二級(jí)減壓節(jié)流閥；9_ 二級(jí)溫度儀；10-二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器；11_排氣調(diào)節(jié)閥；12_氣動(dòng)風(fēng)機(jī)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。本實(shí)施例針對(duì)礦用救生艙的特殊使用環(huán)境和要求，提供一種礦用救生艙制冷系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包括兩個(gè)或兩個(gè)以上二氧化碳鋼瓶I、管路2、一級(jí)旁通閥3、一級(jí)減壓節(jié)流閥4、一級(jí)溫度儀5、一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器6、二級(jí)聯(lián)通閥7、二級(jí)減壓節(jié)流閥8、二級(jí)溫度儀9、二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器10、排氣調(diào)節(jié)閥11和氣動(dòng)風(fēng)機(jī)12。以上所有裝置均位于救生艙內(nèi)。其連接關(guān)系為所有二氧化碳鋼瓶I均接入管路2，管路2通過一級(jí)減壓節(jié)流閥4接入一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器6。一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器6通過二級(jí)減壓節(jié)流閥8與二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器10相連，二級(jí)聯(lián)通閥7安裝在一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器6和二級(jí)減壓節(jié)流閥8之間。二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器10與氣動(dòng)風(fēng)機(jī)12相連，用于驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)風(fēng)機(jī)12轉(zhuǎn)動(dòng)；氣動(dòng)風(fēng)機(jī)12的出口端與救生艙外相通。一級(jí)旁通閥3跨接在一級(jí)減壓節(jié)流閥4的進(jìn)口和二級(jí)聯(lián)通閥7的出口之間。排氣調(diào)節(jié)閥11的進(jìn)口端與一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器6的出口連通，排氣調(diào)節(jié)閥11的出口端與救生艙外相通，直接向救生艙外排氣。一級(jí)減壓節(jié)流閥4的出口處設(shè)有一級(jí)溫度儀5 ;二級(jí)減壓節(jié)流閥8的出口處設(shè)有二級(jí)溫度儀9。其中二氧化碳鋼瓶I內(nèi)存儲(chǔ)高壓常溫的液態(tài)二氧化碳。所述一級(jí)減壓節(jié)流閥4和二級(jí)減壓節(jié)流閥8自帶壓力表，能夠?qū)崟r(shí)顯示流經(jīng)的二氧化碳的壓力。采用該礦井救生艙制冷系統(tǒng)進(jìn)行制冷的方法為當(dāng)井下發(fā)生事故后，避險(xiǎn)人員進(jìn)艙救生內(nèi)。此時(shí)二氧化碳鋼瓶I內(nèi)儲(chǔ)存的二氧化碳干度較高，采用二級(jí)蒸發(fā)。開啟一級(jí)減壓節(jié)流閥4、二級(jí)聯(lián)通閥7和二級(jí)減壓節(jié)流閥8，關(guān)閉一級(jí)旁通閥3和排氣調(diào)節(jié)閥11，一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器6和二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器10串聯(lián)運(yùn)行。
在本實(shí)施例中二級(jí)蒸發(fā)狀態(tài)下的制冷過程為二氧化碳鋼瓶I內(nèi)高壓常溫的液態(tài)二氧化碳流入管路2，流經(jīng)一級(jí)減壓節(jié)流閥4后變成中壓低溫的二氧化碳液體；隨后進(jìn)入一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器6內(nèi)吸收艙內(nèi)人員和設(shè)備產(chǎn)生的熱負(fù)荷后沸騰氣化，變?yōu)橹袎撼氐亩趸細(xì)怏w；而后中壓常溫的二氧化碳?xì)怏w經(jīng)二級(jí)聯(lián)通閥7流入二級(jí)減壓節(jié)流閥8，變?yōu)榈蛪旱蜏氐亩趸細(xì)怏w；之后低壓低溫的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器10繼續(xù)放冷變?yōu)榈蛪撼氐亩趸細(xì)怏w。此時(shí)的二氧化碳?xì)怏w仍具有一定的壓力，流出二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器10的低壓常溫二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入氣動(dòng)風(fēng)機(jī)12，驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)風(fēng)機(jī)12旋轉(zhuǎn)。氣動(dòng)風(fēng)機(jī)12的工作原理如圖2所示，氣動(dòng)風(fēng)機(jī)12旋轉(zhuǎn)時(shí)，救生艙內(nèi)的空氣在氣動(dòng)風(fēng)機(jī)12的作用下經(jīng)過位于制冷系統(tǒng)的進(jìn)口處的空氣凈化劑，實(shí)現(xiàn)救生艙內(nèi)空氣的凈化，而后再依次經(jīng)過兩個(gè)毛細(xì)管蒸發(fā)器管道外圍，與兩個(gè)毛細(xì)管蒸發(fā)器管道中的二氧化碳?xì)怏w進(jìn)行熱量交換，實(shí)現(xiàn)救生艙內(nèi)空氣的循環(huán)降溫，而二氧化碳?xì)怏w將直接被排出救生艙外，以用來隔離瓦斯。在保障時(shí)間后期若避險(xiǎn)人員還未能獲救，二氧化碳鋼瓶I內(nèi)存儲(chǔ)的二氧化碳干度和壓力下降，當(dāng)二級(jí)溫度儀9測(cè)得的溫度值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入一級(jí)蒸發(fā)狀態(tài)。關(guān)閉二級(jí)聯(lián)通閥7，打開一級(jí)旁通閥3和排氣調(diào)節(jié)閥11。此時(shí)一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器6和二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器10并聯(lián)運(yùn)行。從二氧化碳鋼瓶I流出的二氧化碳流入管路2后分成兩個(gè)支路，一個(gè)支路流經(jīng)一級(jí)旁通閥3和二級(jí)聯(lián)通閥8進(jìn)入二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器10 ;另一支路流經(jīng)一級(jí)減壓節(jié)流閥4進(jìn)入一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器6。兩級(jí)蒸發(fā)器均能正常使用，有助于快速降溫。流經(jīng)二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器10的二氧化碳?xì)怏w驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)風(fēng)機(jī)12后被排出救生艙外，流經(jīng)一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器6的二氧化碳?xì)怏w將直接經(jīng)排氣調(diào)節(jié)閥11排出救生艙外。鑒于救生艙內(nèi)不同的使用環(huán)境對(duì)制冷溫度需求的差異，在制冷過程中根據(jù)實(shí)際情況配合一級(jí)溫度儀5和二級(jí)溫度儀9的顯示的溫度值，以及一級(jí)減壓節(jié)流閥4和二級(jí)減壓節(jié)流閥8顯示的壓力值調(diào)節(jié)各個(gè)減壓節(jié)流閥的開度，實(shí)現(xiàn)二氧化碳介質(zhì)的壓降分配與制冷溫度的良好匹配，充分利用二氧化碳的冷量。綜上所述，以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種礦用救生艙制冷系統(tǒng)，其特征在于，包括二氧化碳鋼瓶(I)、管路(2)、一級(jí)旁通閥(3)、一級(jí)減壓節(jié)流閥(4)、一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器(6)、二級(jí)聯(lián)通閥(7)、二級(jí)減壓節(jié)流閥(8)、二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器(10)、排氣調(diào)節(jié)閥(11)和氣動(dòng)風(fēng)機(jī)(12)； 其連接關(guān)系為所有二氧化碳鋼瓶(I)均接入管路(2)，管路(2)通過一級(jí)減壓節(jié)流閥(4)接入一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器(6);—級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器(6)通過二級(jí)減壓節(jié)流閥(8)與二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器(10)相連，二級(jí)聯(lián)通閥(7)安裝在一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器(6)和二級(jí)減壓節(jié)流閥(8)之間；二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器(10)與氣動(dòng)風(fēng)機(jī)(12)相連，氣動(dòng)風(fēng)機(jī)(12)的出口與救生艙外相通；一級(jí)旁通閥(3)跨接在一級(jí)減壓節(jié)流閥(4)的進(jìn)口和二級(jí)聯(lián)通閥(7)的出口之間；排氣調(diào)節(jié)閥(11)的進(jìn)口端與一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器(6)的出口連通，排氣調(diào)節(jié)閥(11)的出口端與救生艙外相通。
2.如權(quán)利要求I所述的一種礦用救生艙制冷系統(tǒng)，其特征在于，進(jìn)一步包括一級(jí)溫度儀(5)和二級(jí)溫度儀(9);所述一級(jí)溫度儀(5)設(shè)置在一級(jí)減壓節(jié)流閥(4)的出口處；二級(jí)溫度儀(9 )設(shè)置在二級(jí)減壓節(jié)流閥(8 )的出口處。
3.如權(quán)利要求I所述的一種礦用救生艙制冷系統(tǒng)，其特征在于，所述一級(jí)減壓節(jié)流閥(4)和二級(jí)減壓節(jié)流閥(8)中均設(shè)置有壓力表。
4.一種礦用救生艙制冷方法，其特征在于，該方法包括一級(jí)蒸發(fā)和二級(jí)蒸發(fā)兩種工況 在制冷初期，采用二級(jí)蒸發(fā)開啟一級(jí)減壓節(jié)流閥(4)、二級(jí)聯(lián)通閥(7)和二級(jí)減壓節(jié)流閥(8)，關(guān)閉一級(jí)旁通閥(3)和排氣調(diào)節(jié)閥(11)，所述一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器(6)和二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器(10)串聯(lián)運(yùn)行； 當(dāng)二級(jí)溫度儀(9)測(cè)得的溫度值達(dá)到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)入一級(jí)蒸發(fā)狀態(tài)關(guān)閉二級(jí)聯(lián)通閥(7)，打開一級(jí)旁通閥(3)和排氣調(diào)節(jié)閥(11);所述一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器(6)和二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器(10)并聯(lián)運(yùn)行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦用救生艙制冷系統(tǒng)和方法，屬于密閉空間安全救生及環(huán)境控制領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括二氧化碳鋼瓶、管路、一級(jí)旁通閥、一級(jí)減壓節(jié)流閥、一級(jí)溫度儀、一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器、二級(jí)聯(lián)通閥、二級(jí)減壓節(jié)流閥、二級(jí)溫度儀、二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器、排氣調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)風(fēng)機(jī)。本發(fā)明采用一級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器和二級(jí)毛細(xì)管蒸發(fā)器串并聯(lián)布置切換元件，可有效提高制冷劑的冷量利用率，并減少冷量損失；此外通過設(shè)置一級(jí)溫度儀和二級(jí)溫度儀，提高系統(tǒng)運(yùn)行操作的可控性。本發(fā)明具有性能安全穩(wěn)定、調(diào)節(jié)靈活方便、節(jié)能環(huán)保經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)E21F3/00GK102877879SQ20121039367
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月16日
發(fā)明者周振芳, 趙瀛, 王成偉, 白振光, 李敏, 韓志強(qiáng), 田亮亮 申請(qǐng)人:周振芳, 趙瀛, 王成偉, 白振光, 李敏, 韓志強(qiáng), 田亮亮