CN102996174A - 一种用于煤矿救生舱的二氧化碳无源空调 - Google Patents

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张铭
王伟
金从卓
许永峰
赵贝
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Abstract

本发明提供一种用于煤矿救生舱的二氧化碳无源空调，包括二氧化碳进液口，所述进液口通过减压器、蒸发换热装置、气动风机与出气口连通组成换热系统，所述蒸发换热装置包括至少两只并联的蒸发器，所述蒸发器的出口端连接有汇流换热器，所述汇流换热器的出气端分别与气动风机、过热器的进气端连接；所述气动风机、过热器的出气端与所述的出气口连接。本发明实现了无需外界动力驱动即可实现空调的制冷、除湿与空气净化的作用；并具有双重驱动模式，根据实际情况的需要来选择通风模式或制冷模式，其适用性与安全系数高。

Description

一种用于煤矿救生舱的二氧化碳无源空调
技术领域
本发明涉及一种空调，具体涉及一种用于煤矿救生舱的二氧化碳无源空调。
 
背景技术
我国煤矿行业目前正在推广救生设备，并要求在2013年内，所有煤矿井下均要安装救生设备，其中煤矿用可移动式逃生救生舱（简称为救生舱）是一种新型的煤矿井下逃生避难装备，将其放置于煤矿井下采掘工作面附近，当煤矿井下突发重大事故时，井下遇险人员在不能立即升井逃生脱险的紧急情况下，可快速进入救生舱内等待救援，对改变单纯依赖外部救援的矿难应急救援模式，由被动待援到主动自救与外部救援相结合，使救援工作科学、有序、有效，并增加存活率。作为救生用的救生舱应具备安全防护、氧气供给保障、空气净化与温湿度调节、环境监测、通讯、照明、动力供应、人员生存保障等基本功能，额定防护时间不低于96小时。其中无源舱不采用电力驱动，而是采用压缩二氧化碳气瓶推动风机，其具备独立性，在灾害环境下完全依靠自身功用，解决了生存难题，现大力推广。
常规制冷通风系统通常都需要有外在动力的驱动方能实现制冷，但当动力电或备用电全部散失的情况下，某些特定场合或重要设备，如煤矿矿井避难设施、高端电子设备、仪表、医院、武器装备等设备仍有制冷需求，确保其在一定时间内能够安全运行与关闭，这时在没有外在动力驱动的环境下，制冷就无法实现了。另外，在一些易烯易爆的场合，传统的制冷系统带电操作，则存在较大的安全隐患。
由于煤矿环境的特殊性，井下环境温度恒定，CH4、CO等有毒气体浓度较高，粉尘与湿度较高，所以无源二氧化碳空调在防爆、节能方面的突出表现，使得该种空调成为了救生舱环控设备的一项主要研究方向。但现有的无源二氧化碳空调主要是起到制冷作用，其功能较单一，不利于救生舱内的救生与环境优化。
发明内容
本发明就是要解决上述不足，提供一种无源二氧化碳空调，达到对救生舱内进行通风、制冷与净化空气的多种目的。
为了达到上述效果，本发明提供一种用于煤矿救生舱的二氧化碳无源空调，包括二氧化碳进液口，所述进液口通过减压器、蒸发换热装置、气动风机与出气口连通组成换热系统，所述蒸发换热装置包括至少两只并联的蒸发器，所述蒸发器的出口端连接有汇流换热器，所述汇流换热器的出气端分别与气动风机、过热器的进气端连接；所述气动风机与过热器的出气端均与所述的出气口连接。
本发明中汇流换热器可根据制冷剂的液体蒸发比体积变化设计为多路并联流程结构，以此增强其换热效果，并减小流程的损失。
所述进液口通过预冷器与减压器连接。液体二氧化碳自二氧化碳钢瓶进入预冷器，再与减压器节流后的低温液体换热，对进液口的液体进行预冷处理，增加液体比重，减小节流损失。
为了控制蒸发器上的制冷剂液体流量，所述蒸发器的出口端依次连接有流量阀与毛细管，所述毛细管的出口端与汇流换热器的入气端连接。
所述汇流换热器出气端通过调节阀与过热器的进气端连接。
所述进液口通过第一截止阀与二氧化碳钢瓶连接。
所述气动风机的进气端通过第二截止阀与气瓶连接。
本发明空调系统采用两种驱动模式：
第一种为气瓶驱动通风模式：在气源充足的情况下打开第二截止阀时，启动气瓶驱动模式，实现强制通风，驱动气动风机，气动风机再驱动空气流经过滤器，从而达到进化室内空气的目的，达到对救生舱内进行通风与空气净化的作用。
第二种为二氧化碳驱动制冷模式：打开第一截止阀时，打开二氧化碳钢瓶，启动二氧化碳驱动制冷模式，液态二氧化碳通过预冷器再经减压器的节流降压，对进液口的液体进行预冷处理，增加液体比重，减小节流损失；然后调节制冷剂的压力与流量使之达到要求。此时二氧化碳制冷剂液体首先通过各只蒸发器分别进行换热，蒸发器通过设在其出口端的流量阀及毛细管来控制其各自的制冷剂流量，从而达到调节空调的制冷量。各只蒸发器的出口端制冷剂经汇流后流入汇流换热器进行换热，其中汇流换热器可根据液体蒸发比体积变化设计为多路并联流程，增强换热效果，减小流程损失。此时的汇流换热器中二氧化碳已大部分蒸发成为气体，与空气热交换后制冷剂为存在一定过热度的气体，同时也带走空气中的大量热量。含有一定过热度的气体分为两路，一路驱动气动风机的马达做功，另一路则通过用于设定气动风机的马达的进气压力的调节阀，最后两路气体汇流进入过热器，进行最后热交换后的废气通过出气口排出空调系统。最终达到对救生舱内进行制冷、除湿与空气净化的作用。
本发明相比现有技术具有以下有益效果：
1、利用液态二氧化碳的气化提供空调吸热所需的冷量，及气化后的二氧化碳驱动气动风机加快热量与空气的流通，实现了无需外界动力驱动即可实现空调的制冷、除湿与空气净化的作用；
2、本发明具有双重驱动模式，根据实际情况的需要来选择通风模式或制冷模式，其适用性与安全系数高；
3、本发明能在没有外在动力驱动下为设备和人员提供冷量与净化空气的作用；在动力缺失等应急情况下，能够提供一部分气动动力，为各类应急设备提供部分动力；
4、本发明原理简单，操作方便，只需通过手动调节阀门开关就能实现持续制冷；而且制冷运转可靠性、安全性高；
5、本发明制冷方式环保，二氧化碳长期存在自然界中，此种制冷方式，通过搜集大气中的二氧化碳然后排放于大气中，实现可循环利用，不产生任何污染。
 
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明结构示意图。
图中：1-二氧化碳钢瓶，2-气瓶，3-气动风机，4-过热器，5-调节阀，6-汇流换热器，7-出气口，81-第一毛细管，82-第二毛细管，83-第三毛细管，84-第四毛细管，91-第一流量阀，92-第二流量阀，93-第三流量阀，94-第四流量阀，101-第一蒸发器，102-第二蒸发器，103-第三蒸发器，104-第四蒸发器，11-减压器，12-进液口，13-第二截止阀，14-第一截止阀，15-预冷器。
 
具体实施方式
如图1所示，一种用于煤矿救生舱的二氧化碳无源空调，包括二氧化碳进液口12，所述进液口12通过预冷器15、减压器11、蒸发换热装置、气动风机3与出气口7连通组成换热系统；所述蒸发换热装置包括四只并联的蒸发器，液态二氧化碳从进液口12进入、通过预冷器15预冷处理，再经减压器11节流减压后，再分别通过第一蒸发器101、第二蒸发器102、第三蒸发器103与第四蒸发器104中进行蒸发换热，然后分别通过其第一流量阀91、第二流量阀92、第三流量阀93、第四流量阀94的控制，再通过第一毛细管81、第二毛细管82、第三毛细管83、第四毛细管84来控制通过各只蒸发器制冷剂的流量有设定值范围内。四只蒸发器的出口端制冷剂汇集通入汇流换热器6中再进行换热，换热后的气体一路驱动气动风机3的马达做功，另一路则通过用于设定气动风机3的马达的进气压力的调节阀5，最后汇流进入过热器4再进行热交换，进行最后热交换后的废气通过出气口7排出空调系统，从而达到对救生舱内进行制冷、除湿与空气净化的作用。所述进液口12通过第一截止阀14与二氧化碳钢瓶1连接，所述气动风机3的进气端通过第二截止阀13与气瓶2连接，达到控制、调节的目的。
本发明具有双重驱动模式，根据实际情况的需要来选择通风模式或制冷模式：
第一种为气瓶驱动通风模式：在气源充足的情况下打开第二截止阀时，启动气瓶驱动模式，实现强制通风，驱动气动风机，气动风机再驱动空气流经过滤器，从而达到进化室内空气的目的，达到对救生舱内进行通风与空气净化的作用。
第二种为二氧化碳驱动制冷模式：当需要制冷时打开第一截止阀时，打开二氧化碳钢瓶，启动二氧化碳驱动制冷模式，液态二氧化碳通过预冷器再经减压器的节流降压，对进液口的液体进行预冷处理，增加液体比重，减小节流损失；然后调节制冷剂的压力与流量使之达到要求。此时二氧化碳制冷剂液体首先通过各只蒸发器分别进行换热，蒸发器通过设在其出口端的流量阀及毛细管来控制其各自的制冷剂流量，从而达到调节空调的制冷量。各只蒸发器的出口端汇流后流入汇流换热器进行换热，此时的液体二氧化碳已大部分蒸发成为气体，与空气热交换后制冷剂为存在一定过热度的气体，同时也带走空气中的大量热量。含有一定过热度的气体分为两路，一路驱动气动风机的马达做功，另一路则通过用于设定气动风机的马达的进气压力的调节阀，最后汇流进入过热器，进行最后热交换后的废气通过出气口排出空调系统。最终达到对救生舱内进行制冷、除湿与空气净化的作用。
上述实施例中并联的四只蒸发器也可以根据实际制冷量的情况通过其各自连接的流量阀与毛细管来设置其制冷量。当然可以根据实际情况的需要选择蒸发器的数量，如两只、三只、五只等。
以上实施例并非仅限于本发明的保护范围，所有基于本发明的基本思想而进行修改或变动的都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于煤矿救生舱的二氧化碳无源空调，包括二氧化碳进液口，所述进液口通过减压器、蒸发换热装置、气动风机与出气口连通组成换热系统，其特征在于：所述蒸发换热装置包括至少两只并联的蒸发器，所述蒸发器的出口端连接有汇流换热器，所述汇流换热器的出气端分别与气动风机、过热器的进气端连接；所述气动风机与过热器的出气端均与所述的出气口连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿救生舱的二氧化碳无源空调，其特征在于：所述进液口通过预冷器与减压器连接。
3.根据权利要求1所述的一种用于煤矿救生舱的二氧化碳无源空调，其特征在于：所述蒸发器的出口端依次连接有流量阀与毛细管，所述毛细管的出口端与汇流换热器的入气端连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于煤矿救生舱的二氧化碳无源空调，其特征在于：所述汇流换热器出气端通过调节阀与过热器的进气端连接。
5.根据权利要求1所述的一种用于煤矿救生舱的二氧化碳无源空调，其特征在于：所述进液口通过第一截止阀与二氧化碳钢瓶连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于煤矿救生舱的二氧化碳无源空调，其特征在于：所述气动风机的进气端通过第二截止阀与气瓶连接。
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