一种用于煤矿的可移动式应急救生舱的空气调节系统.pdf

本发明属于安全设备及空调制冷领域，涉及一种用于煤矿用可移动式应急救生舱的空气调节系统。包括有制冷压缩机、翅片换热器、冷凝风机、膨胀阀组成的舱外制冷机组和上蓄冰箱、下蓄冰箱及防爆风机组成的舱内空气调节装置。主要作用是在矿井下发生事故时，利用最小的电量对救生舱内部的温湿度进行调解，同时也为食物保鲜。该空气调节系统在正常情况下，外部的防爆蓄冰机组利用矿山电源持续维持舱内空气调节装置的冰量，在灾变状态下外部供电中断时，空气调节装置利用较少的能源既可在舱内独立工作，实现制冷，不受舱内电力储备以及外部环境温度的影响，为救生舱提供必要的冷量，同时通过冷凝作用降低舱内湿度。温度调节控制操作、维护简便快捷，适宜在外部能源供应中断情况下，维持救生舱内的温度和湿度。

1.  一种用于煤矿的可移动式应急救生舱的空气调节系统，其特征在于该系
统包括舱外防爆制冷机组和舱内空气调节装置：
舱外防爆制冷机组包括翅片换热器(1)、冷凝风机(2)、气液分离器(3)、制冷压缩机(4)、控制盒(5)、膨胀阀(6)、干燥器(7)、集液器(8)；除控制盒外，各部件之间通过管路连接，连接顺序为：气液分离器→制冷压缩机→翅片换热器→集液器→干燥器→膨胀阀，控制盒位于舱外防爆制冷机组下部，通过导线分别与冷凝风机、制冷压缩机及外接电源相连；
舱内空气调节装置箱体由上蓄冰箱(11)、下蓄冰箱(14)两部分拼装而成。

2、  如权利要求1所述的用于煤矿的可移动式应急救生舱空气调节系统，其特征在于所述舱内空气调节装置还包括：包括不锈钢外壳(9)、发泡聚氨脂保温材料(10)、保鲜箱(12)、通风管道(13)、防爆风机(15)、下箱排水口(16)、内置盘管(17)，连接管(18)、下箱进液口(19)、上箱进液口(20)、出风口(21)、上箱注水口(22)、上箱排水口(23)、下箱注水口(24)；蓄冰箱箱体由不锈钢组成，夹层内填充聚氨酯发泡材料起保温作用；蓄冰箱用于储存蓄冷溶液，上、下蓄冰箱均设有铜质内置盘管并通过连接管联通，供制冷工质循环；制冷剂通过上蓄冰箱一侧的上箱进液口进入内置盘管，在上、下蓄冰箱内循环后从下蓄冰箱同侧的下箱进液口流向舱外的防爆制冷机组；上、下箱体中间及下蓄冰箱箱体侧面设有通风管道，舱内空气能在防爆风机引导下流经通风管道，空气经制冷除湿后从出风口引出；上蓄冰箱的一端面，设置有保鲜箱，用于贮存营养液和食品；上箱体下部的排水口出水能满足舱内人员饮水要求。

3.  如权利要求1所述的用于煤矿的可移动式应急救生舱空气调节系统，其特征在于：外部防爆制冷机组与矿山电源电连接，正常情况下利用矿山电源持续维持舱内空气调节装置的冰量；灾变状态下外部机组即使被毁坏，舱内的空气调节装置靠所蓄存的冰量仍能独立工作，控制舱内的温、湿度。

4.  如权利要求1所述的用于煤矿的可移动式应急救生舱空气调节系统，其特征在于：外部制冷机中压缩机、高低压控制器、电磁阀、控制仪表、电控箱及舱内通风管道处的风机所有的有源部件均参照相关标准进行防爆处理，使其能在煤矿或可能存在I类可燃性气体的爆炸危险场所中使用。

5.  如权利要求1所述的用于煤矿的可移动式应急救生舱空气调节系统，其特征在于：舱内空气调节装置的防爆风机能分别由救生舱蓄电池和外部电源两种方式供电，也能通过舱内空气净化装置的风机控制面板控制风机启动、改变风机转速以调整工作效率和能耗。

6.  如权利要求1所述的用于煤矿的可移动式应急救生舱空气调节系统，其特征在于：所述的空气调节系统采用直接蒸发式制冷系统以蒸发器作为换热设备，制冷剂与冷冻水一次换热，避免了冷热转换的中间环节，减少了能耗，提高了制冷机效率。

7.  如权利要求1所述的用于煤矿的可移动式应急救生舱空气调节系统，其特征在于：所述的空气调节系统在通风管道中空气与冰体表面充分接触，空气中的水分与冰体表面接触时凝结，凝露的水直接引入下蓄冰箱内，省去冷凝水收集装置。

8.  如权利要求1所述的用于煤矿的可移动式应急救生舱空气调节系统，其特征在于：空调冷却系统直接从蓄冰箱中取冷，蓄冰箱中的冰体与通风管道直接接触，省去二次换热。

9.  如权利要求1所述的用于煤矿的可移动式应急救生舱空气调节系统，其特征在于：舱内空气调节装置的出风口能与空气净化装置进风口相连接，与救生舱空气净化系统兼容，共用空气循环回路，舱内空气先经过空调系统制冷除湿后从空气净化装置进风口进入净化器，再经药剂层处理，通过空气净化装置防爆风机出风口完成舱内循环过程。

一种用于煤矿的可移动式应急救生舱的空气调节系统
技术领域
本发明属于安全设备及空调制冷领域，涉及一种用于煤矿用可移动式应急救生舱的空气调节系统，为煤矿及其它井工矿矿井下发生事故时为无法及时撤离的矿工在救生舱中生存时，在救生舱与外界隔绝的情况下对温度进行调节，同时控制舱内湿度，使舱内环境满足人类基本生存要求，保证矿工生存舒适度。
背景技术
目前，公知的煤矿救生舱及其空气调节装置在国内经检索相关信息尚无完成的技术、产品，在国外此类产品主要用于矿井用应急避难室(MineEmergency Refuge Chamber)内，主要用于金属矿井事故时，为在应急避难室中避难的矿工创造舒适生存条件。国外的应急避难室绝大多数采用普通空调来控制温度。空调主机可置于避难室内部，而压缩机必须外置，因此，在爆炸事故频发的煤矿中，避难室空调压缩机等有源部件的防爆是不得不面对的问题。此外，在密闭空间中要保持让人舒适的温湿度，需要有足够的电力维持空调的运行，而矿难时外部电力切断，只能靠电池供电，在灾变状态下即时制冷，需要储备大量的电能，会导致舱内蓄电池体积过大，带来维护、成本、安全各方面的问题。同时若舱外界温度过高，可能超过空调的气候环境最高温度，导致空调设备无法正常工作，难以实现制冷效果。已有的蓄能式空调是在正常制冷主机与供冷负荷之间加上蓄冷装置，制冷主机在电网负荷谷期(不需供冷或供冷很少)制冷，将冷量蓄存与蓄冷装置中，在电网负荷峰期(也是供冷峰期)供冷，已达到转移用电负荷的目的。但目前已有的蓄能式空调均无做防爆处理，不能满足煤矿矿用电气设备防爆要求，无法直接在矿井下使用。
发明内容
本发明目的是提供一种能够满足煤矿矿用电气设备防爆要求、能够直接在矿井下使用的可移动式应急救生舱的空气调节系统。
一种用于煤矿用可移动式应急救生舱的空气调节系统，系统包括舱外防爆制冷机组和舱内空气调节装置：
舱外防爆制冷机组，包括翅片换热器、冷凝风机、制冷压缩机、膨胀阀以及制冷系统的附件气液分离器、控制盒、干燥器、集液器等。机组布局如图1所示，除控制盒外，各部件之间通过管路连接，各部件连接顺序为：气液分离器→制冷压缩机→翅片换热器→集液器→干燥器→膨胀阀，控制盒位于舱外防爆制冷机组下部，通过导线分别与冷凝风机、制冷压缩机及外接电源相连。
液态制冷剂在舱内空气调节装置箱体的内置盘管内沸腾汽化，吸收上、下蓄冰箱内液体的热量，使箱体内部溶液降温结冰。为防止液态制冷剂进入制冷压缩机中引起液击，从舱内空气调节装置引出的气态制冷剂先经过气液分离器后再进入制冷压缩机。制冷压缩机吸入来自蒸发器的低温低压的气体制冷剂，压缩后成为高温高压的过热蒸气，排入翅片换热器中，气态制冷剂向周围的空气散热成为高压过冷液体，高压过冷液体经干燥器流入膨胀阀节流降压，成为低温低压液体状态，再次进入舱内的空气调节装置的内置盘管中汽化，吸收盘管周围液体的热量，至此完成一个循环。压缩机冷循环周而复始的运行，保证了制冷过程的连续性。
舱内空气调节装置，包括上蓄冰箱、下蓄冰箱以及上、下蓄冰箱的各附件，如箱体的不锈钢外壳、发泡聚氨脂保温材料、保鲜箱、通风管道、防爆风机、上箱注水口、下箱注水口、上箱排水口、下箱排水口、上箱进液口、下箱进液口、连接管、内置盘管、出风口等。
舱内空气调节装置箱体由上蓄冰箱、下蓄冰箱两部分拼装而成，上蓄冰箱的一端面，设置有保鲜箱，用于贮存营养液和食品。连接管通过上、下箱进液口分别通入上、下蓄冰箱，上箱进液口连接上蓄冰箱，下箱进液口连接下蓄冰箱。由紫铜管制成的内置盘管分明暗两种结构布置在上下箱体内部。通风管道设置在上、下箱体中间及下箱体侧面，防爆风机在下蓄冰箱的底部。上、下蓄冰箱体壁上都设有注水口和排水口，用于加注和泄放蓄冷溶液。
舱内空调装置由上蓄冰箱、下蓄冰箱两部分组成，蓄冰箱箱体由不锈钢组成，夹层内填充聚氨酯发泡材料起保温作用。蓄冰箱用于储存蓄冷溶液(水或其它介质)，上、下蓄冰箱均内置铜质盘管并通过连接管联通，供制冷工质循环，制冷剂通过上蓄冰箱一侧的上箱进液口进入内置盘管，在上、下蓄冰箱内循环后从下蓄冰箱同侧的下箱进液口流向舱外的防爆制冷机组。上、下箱体中间及下蓄冰箱箱体侧面设有通风管，舱内空气可在防爆风机引导下流经通风管，空气经制冷除湿后从出风口引出。此外，上蓄冰箱设有保鲜箱，可利用蓄冰箱低温长期储存食物与水。
在蓄冰工况时，外部制冷压缩机将制冷剂通过连接管，分别通入上、下蓄冰箱内，制冷剂在内置盘管内直接蒸发并吸收热量，将内置盘管外表面的液体结成冰。随着蓄冰过程的进行，管壁表面冰层越来越厚，直至箱体内溶液完全结为实冰时，即完成蓄冰过程。当舱外情况异常，需要调节装置供冷时，通过开启防爆风机加速舱内空气的循环流动，在通风管道中空气与冰体表面充分接触后形成低温空气向舱内吹送冷风。同时，在空气从冰体掠过时，其中的水分与冰体表面接触，冰体将湿空气冷却到露点温度以下，超过饱和含湿量的水蒸气以冷凝水的方式脱除，凝露的水直接引入下蓄冰箱内部，达到降低舱内湿度的作用。上蓄冰箱内冰体融化形成的水可供舱内人员饮用，解决舱内人员饮水问题。
根据本发明的用于煤矿用可移动式应急救生舱的空气调节系统，其主要作用是在矿井下发生事故时，利用最小的电量对救生舱内部的温湿度进行调解，同时也为食物保鲜。该空气调节系统在正常情况下，外部的防爆制冷机组利用矿山电源持续维持舱内空气调节装置的冰量，在灾变状态下外部供电中断时，空气调节装置利用较少的能源既可在舱内独立工作，不受舱内电力储备以及外部环境温度的影响，为救生舱提供必要的冷量，同时通过冷凝作用降低舱内湿度。可以控制救生舱内部的温度和湿度在人类生理需要的范围内，防止由于温度和湿度过高影响舱内人员的生存安全及舒适度。
本发明中的空气调节系统与普通空调相比在于，在灾变状态下外部供电中断时，该系统利用较少的能源既可在舱内独立工作，为救生舱提供必要的冷量，同时降低舱内湿度。
本发明中的空气调节系统与普通蓄能空调相比在于，舱外的制冷系统中的压缩机、高低压控制器、电磁阀、控制仪表、电控箱及舱内通风管道处的风机等所有的有源部件均参照相关标准进行防爆处理，使其能在煤矿或可能存在I类可燃性气体的爆炸危险场所中使用，填补国内行业空白。防爆风机可由救生舱蓄电池和外部电源两种方式分别供电，也能通过舱内空气净化装置的风机控制面板控制风机启动、改变风机转速以调整工作效率和能耗。
本发明中的空气调节系统采用直接蒸发式制冷系统以蒸发器作为换热设备，制冷剂与冷冻水一次换热，避免了冷热转换的中间环节，减少了能耗，制冷机效率高。
本发明中的空调冷却系统直接从蓄冰箱中取冷，蓄冰箱中的冰体与通风管道直接接触，省去了二次换热环节，减少了调节部件，从而大大降低了系统成本和运行费用；提高了系统运行的可靠性。
本发明中的空气调节系统中的舱内上蓄冰箱内设有保鲜箱，可长时间对舱内营养液及食物保质，上蓄冰箱箱体下部设有排水口，出水可满足舱内人员饮水要求。
本发明中的空气调节系统中的舱内空气调节装置即能独立工作，也能将出风口与空气净化装置进风口相连接，与救生舱空气净化系统兼容，共用空气循环回路，舱内空气先经过空调系统制冷除湿后从空气净化装置进风口进入净化器，再经药剂层处理，通过空气净化装置防爆风机出风口完成舱内循环过程。
附图说明
图1为本发明调节系统舱外制冷机组布局图；
图2为本发明调节系统舱内空气调节装置主视图。
图3为本发明调节系统舱内空气调节装置侧视图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述根据本发明的示例性实施例的用于煤矿的可移动式应急救生舱的空气调节系统，在附图中，相同的标号式中表示相同的元件。
如图1所示，本发明包括由翅片换热器1、冷凝风机2、制冷压缩机4、膨胀阀6等，以及制冷系统的附件气液分离器3、控制盒5、、干燥器7、集液器8组成的舱外防爆制冷机组。机组布局如图1所示，除控制盒5外，各部件之间通过管路连接，各部件连接顺序为：气液分离器3→制冷压缩机4→翅片换热器1→集液器8→干燥器7→膨胀阀6。控制盒5位于舱外防爆制冷机组下部，通过导线分别与冷凝风机2、制冷压缩机4及外接电源相连。
液态制冷剂在舱内空气调节装置箱体的内置盘管内沸腾汽化，吸收上、下蓄冰箱内液体的热量，使箱体内部液体降温结冰。为防止液态制冷剂进入制冷压缩机4中引起液击，从舱内空气调节装置引出的气态制冷剂先经过气液分离器3后再进入制冷压缩机4。制冷压缩机4吸入来自蒸发器的低温低压的气体制冷剂，压缩后成为高温高压的过热蒸气，排入翅片换热器1中，气态制冷剂向周围的空气散热成为高压过冷液体，高压过冷液体经干燥器7流入膨胀阀6节流降压，成为低温低压液体状态，再次进入舱内的空气调节装置的内置盘管中汽化，吸收盘管周围水体的热量，至此完成一个循环。压缩机冷循环周而复始的运行，保证了制冷过程的连续性。
如图2、图3所示，舱内空气调节装置由上蓄冰箱11、下蓄冰箱14、舱体的不锈钢外壳9、发泡聚胺脂保温材料10、保鲜箱12、通风管道13、防爆风机15、下箱排水口16、内置盘管17、连接管18、下箱进液口19、上箱进液口20、出风口21、上箱注水口22、上箱排水口23及下箱注水口24等组成，舱内箱体由上蓄冰箱11、下蓄冰箱14两部分拼装而成。
实施例1：如图1所示，空气调节系统的舱外制冷机组，在普通空调室外机基础上，按照防爆电气设备的有关要求，针对机组的压缩机、风机、高低压控制器、电磁阀、控制仪表、电控箱等所有的有源部件进行特殊防爆处理，使其能在I类，T1～T4组可燃性气体、蒸汽与空气混合形成的爆炸危险场所，以及出现或可能出现的爆炸性混合物的环境中安全运行。如图1所示，液态制冷剂在舱内空气调节装置的上、下蓄冰箱内部的内置盘管内沸腾汽化，吸收蓄冰箱内溶液热量，使箱体内部液体降温结冰。为防止液态制冷剂进入压缩机中引起液击，从舱内空气调节装置引出的气态制冷剂先经过气液分离器后再进入制冷压缩机。制冷压缩机吸入来自蒸发器的低温低压的气体制冷剂，经压缩后使其成为高温高压的过热蒸气，排入翅片散热器中，向周围的空气散热成为高压过冷液体，高压过冷液体经干燥过滤器流经膨胀阀节流降压，成为低温低压液体状态，再次进入舱内的空气调节装置的内置盘管中汽化，吸收盘管周围水体的热量，至此，完成一个循环。压缩机冷循环周而复始的运行，保证了制冷过程的连续性。
如图2、图3所示，舱内空气调节装置箱体由上蓄冰箱、下蓄冰箱两部分拼装而成，上蓄冰箱的一端面，设置有保鲜箱，用于贮存营养液和食品。连接管通过上、下箱进液口分别通入上、下蓄冰箱，上箱进液口连接上蓄冰箱，下箱进液口连接下蓄冰箱。由紫铜管制成的内置盘管分明暗两种结构布置在上下箱体内部。通风管道设置在上、下箱体中间及下箱体侧面，防爆风机在下蓄冰箱的底部。上、下蓄冰箱体壁上都设有注水口和排水口，用于加注和泄放蓄冷溶液。
舱内空调装置由上蓄冰箱、下蓄冰箱两部分组成，蓄冰箱箱体由不锈钢组成，夹层内填充聚氨酯发泡材料起保温作用。蓄冰箱用于储存蓄冷溶液(水或其它介质)，上、下蓄冰箱均内置铜质盘管并通过连接管联通，供制冷工质循环，制冷剂通过上蓄冰箱一侧上进液口进入内置盘管在上、下蓄冰箱内循环后从下蓄冰箱同侧的下进液口流向外部机组。上、下箱体中间及侧面设有通风管，舱内空气可在防爆风机引导下流经通风管，空气经制冷除湿后从出风口引出。此外，上蓄冰箱设有保鲜箱，可利用蓄冰箱低温长期储存食物与水。
在蓄冰工况时，外部制冷压缩机将制冷剂通过连接管，分别通入上、下蓄冰箱内，制冷剂在内置盘管内直接蒸发并吸收热量，将内置盘管外表面的溶液结成冰。随着蓄冰过程的进行，管壁表面冰层越来越厚，直至箱体内溶液完全结为实冰时，即完成蓄冰过程。当舱外情况异常，需要调节装置供冷时，通过开启防爆风机加速舱内空气的循环流动，在通风管道中空气与冰体表面充分接触后形成低温空气向舱内吹送冷风。同时，在空气从冰体掠过时，其中的水分与冰体表面接触，冰体将湿空气冷却到露点温度以下，超过饱和含湿量的水蒸气以冷凝水的方式脱除，凝露的水直接引入下蓄冰箱内部，达到降低舱内湿度的作用。上蓄冰箱内冰体融化形成的水可供舱内人员饮用，解决舱内人员饮水问题。空气调节装置在舱内与空气净化系统安装位置相邻，可与救生舱空气净化系统同时运行，达到节省舱内动力的目的。此时关闭防爆风机，将出风口与空气净化装置进风口相连接，舱内空气先经过空调系统制冷除湿后从空气净化装置进风口进入净化器，再经药剂层处理，通过空气净化装置防爆风机出风口完成舱内循环过程。