CN101825000A - 煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统 - Google Patents

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本发明公开了一种煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统，包括生命维持系统和空调系统，生命维持系统包括空气循环系统、空气净化系统和氧气再生装置；空调系统包括制冷系统、相变材料蓄冷系统和热交换系统；本发明结构简单，使用方便，矿难发生时，矿工进入舱体内，根据操作说明的要求启动可移动式救生舱舱内生存环境控制系统，生命维持系统采用成熟的航天和潜艇氧气再生原理，工作稳定可靠。舱内无需放置具有爆炸危险的高压氧气瓶，减少了舱体对防震的要求，同时大大减少了CO2吸附设备的的体积，空调系统中的制冷系统采用无传动部件(涡流管制冷)或传动部件少(涡轮膨胀制冷机)、无电力需求的特点，避免了传统制冷对电力的依赖。

Description

煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统
技术领域
本发明涉及一种密闭舱舱内生存环境控制系统，尤其是一种煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统。
背景技术
近几年，矿难事故频发，矿难发生后矿工因缺乏必要的避险场所导致死亡的事故频繁发生。目前市场上有国外公司的几种型号的可移动式救生舱销售，这些救生舱都包括有供氧系统和空调系统，技术水平都停留在用高压氧气瓶供氧和蒸汽压缩式制冷阶装置，即用高压氧气瓶完成供氧、用蒸汽压缩式制冷系统完成制冷，但由于供氧由高压氧气瓶供给，舱内人员呼出的CO2需要再用专门的设备吸附。同时，由于采用蒸汽压缩式制冷系统完成制冷，需用大量的蓄电池满足制冷的需要，并且蓄电池是长期处于充电状态以防矿难发生，蓄电池寿命受到影响。目前市场上没有用CO2与超氧化钾或过氧化钠反应生成氧气，用涡流管制冷或涡轮膨胀制冷机制冷、相变材料蓄冷系统用于可移动式救生舱舱内温、湿度控制的系统。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中的不足，提供了一种煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统，包括生命维持系统和空调系统，所述的生命维持系统包括空气循环系统、空气净化系统和氧气再生装置(4)；所述空调系统包括制冷系统(1)、相变材料蓄冷系统(9)和热交换系统(2)。
空气循环系统包括风机柜(8)、风管和手摇/电动两用风机；空气净化装置包括硅胶吸附装置(7)、活性炭吸附装置(6)、CO吸附装置(5)、氧气再生装置(4)、CO2吸附装置(3)；空调系统包括制冷系统(1)、相变材料蓄冷系统(9)和热交换系统(2)，制冷系统(1)利用压缩空气产生冷量，用于对相变材料冻结；相变材料蓄冷系统(9)和制冷系统(1)通过热交换系统(2)对可移动式救生舱舱内温、湿度控制。
所述制冷系统是利用压缩空气产生冷量，可以用涡流管制冷或涡轮膨胀制冷机制冷。
制冷系统(1)与相变材料蓄冷系统(9)之间设有连接管道(15-2)；相变材料蓄冷系统(9)与空气循环系统之间设置有连接管道(16-1)和管道(16-2)；制冷系统(1)与热交换系统(2)之间设置有连接管道(15-1)，热交换系统(2)与空气循环系统之间设置有连接管道(16-3)、管道(16-4)和管道(16-5)。
所述的涡流管可以采用涡旋管、射流管、涡旋制冷器、冷气发生器、冷风管、冷气管、制冷管中的任意一种。
所述的氧气再生装置(4)采用CO2与超氧化钾或过氧化钠反应生成氧气。
在相变材料蓄冷系统(9)中设置有回风口二(13)。
所述的生命维持系统采用抽屉式结构，从下向上依次设置为回风口一(14)、风机柜(8)、硅胶吸附装置(7)、活性炭吸附装置(6)、CO吸附装置(5)、氧气再生装置(4)、CO2吸附装置(3)、热交换系统((2)热交换属于空调系统)、出风口；风机柜(8)柜壁上设置有回风口一(14)、风机柜(8)与硅胶吸附装置(7)之间设置有连接风管(16-3)；硅胶吸附装置(7)与活性炭吸附装置(6)之间、活性炭吸附装置(6)与CO吸附装置之间(5)、CO吸附装置(5)与氧气再生装置(4)之间、氧气再生装置(4)与CO2吸附装置(3)之间均通过其抽屉式结构底部设置的网眼进行空气的流动，其四周及其他所有部位均采用密气设置；CO2吸附装置(3)出气口与设置在其上方的热交换系统(2)采用管道(16-4)连接、热交换系统(2)与设置在其上方的出风口之间采用管道(16-5)连接。
有益效果：1、本发明结构简单，使用方便。矿难发生时，矿工进入舱体内，根据操作说明的要求启动可移动式救生舱舱内生存环境控制系统。即可在规定的时间内获得较为舒适的舱内生存环境，等待救援，可以大大减少矿工死亡的可能性，为地面营救争取时间。2、生命维持系统采用成熟的航天和潜艇氧气再生原理，工作稳定可靠。舱内无需放置具有爆炸危险的高压氧气瓶，减少了舱体对防震的要求，同时大大减少了CO2吸附设备的的体积，舱体的有效空间加大。氧气再生装置(4)结构简单，制造方便且成本较低。3、空调系统中的制冷系统(1)采用涡流管制冷或涡轮膨胀制冷机制冷具有结构简单、无传动部件(涡流管制冷)或传动部件少(涡轮膨胀制冷机)、无电力需求的特点，这些制冷设备工作稳定可靠，避免了传统制冷对电力的依赖。4、相变材料可以反复使用，无毒副作用，价格低廉。
附图说明
图1为本发明的系统结构示意图；
图2-1、2-2为本发明在有电、有压缩空气下的工艺流程图；
图3-1、3-2为本发明在无电、有压缩空气下的工艺流程图；
图4-1、4-2为本发明在有电、无压缩空气下的工艺流程图；
图5-1、5-2为本发明在无电、无压缩空气下的工艺流程图；
图6为本发明在煤矿正常生产时的工艺流程图；
图中为：制冷系统(1)；热交换系统(2)；CO2吸附装置(3)；氧气再生装置(4)；CO吸附装置(5)；活性碳吸附装置(6)；硅胶吸附装置(7)；风机柜(8)；相变材料蓄冷系统(9)；冷热气流混合器(10)；阀门二(11)；阀门一(12)；回风口一(13)；回风口二(14)；
具体实施方式：
下面结合附图对本发明作进一步的说明
煤矿正常生产时，如图1和图6所示，煤矿井下可移动式救生舱置于井下工作面，舱内配备在规定的时间内维持舱内额定人数生存必须的食物和饮用水，此时将高压压缩空气送入煤矿井下可移动式救生舱，将阀门一(12)关闭，阀门二(11)开启，高压压缩空气通过管道送入制冷系统(1)，冷空气由管道(15-2)引入相变材料蓄冷系统(9)，对相变材料进行冻结，达到贮存冷量的作用。经过相变材料蓄冷系统(9)后升温的气流与制冷系统(1)热气流出口处的气流分别通过管道(17-2；18)输送到冷热气流混合器(10)，在冷热气流混合器(10)中混合后排出舱外。
矿难一旦发生，煤矿工人迅速进入煤矿井下可移动式救生舱，此时分为四种情况：
1、高压压缩空气可以正常送入煤矿井下可移动式救生舱，电力供应正常，如图1和图2-1(生命维持系统)、图2-2(空调系统)所示：
此时，煤矿工人开启阀门一(12)，关闭阀门二(11)，并开启回风口一(14)，关闭回风口二(13)，启动风机(电动)，舱内空气由回风口一(14)，依次进入风机柜(8)(提供空气循环动力)、硅胶吸附装置(7)(去除空气中的水分)、活性炭吸附装置(6)(去除空气中的硫化氢、甲烷等有害气体和异味)、CO吸附装置(5)(去除空气中的一氧化碳)、氧气再生装置(4)(空气中的二氧化碳与超氧化钾或过氧化钠反应生成氧气)、CO2吸附装置(3)(去除空气中未能完全反应的二氧化碳)、热交换系统(2)(降低空气的温度，使其达到适宜的温度)由出风口送入舱体内。
高压压缩空气通过管道送入制冷系统(1)，冷空气由管道(15-2)进入热交换系统(2)与舱内空气进行热交换，热交换系统(2)升温后的冷气流通过管道(17-1)进入冷热气流混合器(10)中与制冷系统(1)中经过管道(18)进入冷热气流混合器(10)的热气流混合后排除救生舱外。
2、高压压缩空气可以正常送入煤矿井下可移动式救生舱，电力系统停止供电，如图1和图3-1(生命维持系统)、图3-2(空调系统)所示：
此时，煤矿工人开启阀门一(12)，关闭阀门二(11)，并开启回风口一(14)，关闭回风口二(13)，煤矿工人利用人力摇动风机(手动)，舱内空气由风口一(14)，依次进入风机柜(8)(提供空气循环动力)、硅胶吸附装置(7)(去除空气中的水分)、活性炭吸附装置(6)(去除空气中的硫化氢、甲烷等有害气体和异味)、CO吸附装置(5)(去除空气中的一氧化碳)、氧气再生装置(4)(空气中的二氧化碳与超氧化钾或过氧化钠反应生成氧气)、CO2吸附装置(去除空气中未能完全反应的二氧化碳)、热交换系统(2)(降低空气的温度，使其达到适宜的温度)由出风口送入舱体内。
高压压缩空气通过管道送入制冷系统(1)，冷空气由管道(15-2)进入热交换系统(2)与舱内空气进行热交换，热交换系统(2)升温后的冷气流通过管道(17-1)进入冷热气流混合器(10)中与制冷系统(1)中经过管道(18)进入冷热气流混合器(10)的热气流混合后排除救生舱外。
3、高压压缩空气无法正常送入煤矿井下可移动式救生舱，电力系统正常供电，如图1和图4-1(生命维持系统)、图4-2(空调系统)所示：
此时，制冷系统(1)因无压缩空气供应，无法正常工作，采用相变材料蓄冷系统(9)完成空气调节工作。煤矿工人开启部分回风口二(13)(每个装置开启一个)，关闭回风口一(14)，煤矿工人启动风机(电动)，舱内空气由回风口二(13)，依次进入相变材料蓄冷系统(9)(降低舱内空气温度、除去大部分空气中的水分)、风机柜(8)(提供空气循环动力)、硅胶吸附装置(7)(去除空气中剩余的水分)、活性炭吸附装置(6)(去除空气中的硫化氢、甲烷等有害气体和异味)、CO吸附装置(5)(去除空气中的一氧化碳)、氧气再生装置(4)(空气中的二氧化碳与超氧化钾或过氧化钠反应生成氧气)、CO2吸附装置(3)(去除空气中未能完全反应的二氧化碳)、热交换系统(2)(此时无高压压缩空气，制冷系统无法正常工作制冷，热交换系统只作为空气通道)由出风口送入舱体内。
4、高压压缩空气无法正常送入煤矿井下可移动式救生舱，电力系统停止供电，此时是井下最恶劣的情况，如图1和图5-1(生命维持系统)、图5-2(空调系统)所示：
此时，制冷系统(1)因无压缩空气供应，无法正常工作，采用相变材料蓄冷系统(9)完成空气调节工作。煤矿工人将回风口二(13)全部开启，关闭回风口一(14)，煤矿工人利用人力摇动风机(手动)，舱内空气由风口二(13)，依次进入相变材料蓄冷系统(9)(降低舱内空气温度、除去大部分空气中的水分)、风机柜(8)(提供空气循环动力)、硅胶吸附装置(7)(去除空气中剩余的水分)、活性碳吸附装置(6)(去除空气中的硫化氢、甲烷等有害气体和异味)、CO吸附装置(5)(去除空气中的一氧化碳)、氧气再生装置(4)(空气中的二氧化碳与超氧化钾或过氧化钠反应生成氧气)、CO2吸附装置(3)(去除空气中未能完全反应的二氧化碳)、热交换系统(2)(此时无高压压缩空气，制冷系统无法正常工作制冷，热交换系统只作为空气通道)由出风口送入舱体内。
1、本发明结构简单，使用方便。矿难发生时，矿工进入舱体内，根据操作说明的要求启动可移动式救生舱舱内生存环境控制系统。即可在规定的时间内获得较为舒适的舱内生存环境，等待救援，可以大大减少矿工死亡的可能性，为地面营救争取时间。2、生命维持系统采用成熟的航天和潜艇氧气再生原理，工作稳定可靠。舱内无需放置具有爆炸危险的高压氧气瓶，减少了舱体对防震的要求，同时大大减少了CO2吸附设备的的体积，舱体的有效空间加大。氧气再生装置结构简单，制造方便且成本较低。3、空调系统中的制冷系统采用涡流管制冷或涡轮膨胀制冷机制冷具有结构简单、无传动部件(涡流管制冷)或传动部件少(涡轮膨胀制冷机)、无电力需求的特点，这些制冷设备工作稳定可靠，避免了传统制冷对电力的依赖。4、相变材料可以反复使用，无毒副作用，价格低廉。
以上实施例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代和改进等，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围之内。

Claims (8)

1.煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统，包括生命维持系统和空调系统，其特征在于：所述的生命维持系统包括空气循环系统、空气净化系统和氧气再生装置(4)；所述空调系统包括制冷系统(1)、相变材料蓄冷系统(9)和热交换系统(2)。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统，其特征在于：空气循环系统包括风机柜(8)、风管和手摇/电动两用风机；空气净化装置包括硅胶吸附装置(7)、活性炭吸附装置(6)、CO吸附装置(5)、氧气再生装置(4)、CO2吸附装置(3)；空调系统包括制冷系统(1)、相变材料蓄冷系统(9)和热交换系统(2)，制冷系统(1)利用压缩空气产生冷量，用于对相变材料冻结；相变材料蓄冷系统(9)和制冷系统通过热交换系统(2)对可移动式救生舱舱内温、湿度控制。
3.根据权利要求1或2所述的煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统，其特征在于：所述制冷系统(1)是利用压缩空气产生冷量，可以用涡流管制冷或涡轮膨胀制冷机制冷。
4.根据权利要求1或2所述的煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统，其特征在于：制冷系统(1)与相变材料蓄冷系统(9)之间设有连接管道(15-2)；相变材料蓄冷系统(9)与空气循环系统之间设置有连接管道(16-1)和管道(16-2)；制冷系统(1)与热交换系统(2)之间设置有连接管道(15-1)，热交换系统(2)与空气循环系统之间设置有连接管道(16-3)、管道(16-4)、和管道16-5)；热交换系统(2)与冷热气流混合器(10)采用管道(17-1)连接、相变材料蓄冷系统(9)与冷热气流混合器(10)采用管道(17-2)连接；制冷系统(1)与冷热气流混合器(10)采用管道(18)连接；冷热气流混合器(10)中的混合气体由管道(19)排除舱外。
5.根据权利要求3所述的煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统，其特征在于：所述的涡流管可以采用涡旋管、射流管、涡旋制冷器、冷气发生器、冷风管、冷气管、制冷管中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统，其特征在于：所述的氧气再生装置(4)采用CO2与超氧化钾或过氧化钠反应生成氧气。
7.根据权利要求1所述的煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统，其特征在于：在相变材料蓄冷系统中设置有回风口二(13)。
8.根据权利要求1或2所述的煤矿井下可移动式救生舱舱内生存环境控制系统，其特征在于：所述的生命维持系统采用抽屉式结构，从下向上依次设置为回风口一(14)、风机柜(8)、硅胶吸附装置(7)、活性炭吸附装置(6)、CO吸附装置(5)、氧气再生装置(4)、CO2吸附装置(3)、热交换系统(2)(热交换属于空调系统)、出风口；风机柜(8)柜壁上设置有回风口一、风机柜(8)与硅胶吸附装置(7)之间设置有连接风管(16-3)；硅胶吸附装置(7)与活性炭吸附装置(6)之间、活性炭吸附装置(6)与CO吸附装置(5)之间、CO吸附装置(5)与氧气再生装置(4)之间、氧气再生装置(4)与CO2吸附装置(3)之间均通过其抽屉式结构底部设置的网眼进行空气的流动，其四周及其他所有部位均采用密气设置；CO2吸附装置出气口(3)与设置在其上方的热交换系统(2)采用管道(16-4)连接、热交换系统(2)与设置在其上方的出风口之间采用管道(16-5)连接。
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