CN103982215A - 救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统及工作方法，属于安全救生及环境控制领域。其特征在于包括压风接头、空气瓶接头、三通换向阀、除尘过滤器、涡流管制冷箱、调节阀、气动风机、调节阀、空气换热器、净化室和杂质过滤器。与现有的救生舱避难硐室用制冷净化系统相比，本系统采用涡流管为空气冷却提供了冷源，同时热气为室内空气循环提供了动力，本系统无需额外的冷源和动力源，仅通过压风或压缩空气即可实现救生舱/避难硐室内的空气制冷净化，且空气制冷过程易于实现，具有结构简单、能耗小、可靠性高的优点。
Description
所属技术领域
本发明涉及一种救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统及工作方法，属安全救生及环境控制领域。
背景技术
救生舱/避难硐室等紧急避险设施主要用于为矿井发生事故后无法及时撤离的矿工提供一个安全的密闭空间，对外能够抵御爆炸冲击、高温烟气，隔绝有毒有害气体，对内能为被困矿工提供氧气、食物和水，去除有毒有害气体，赢得较长的生存时间。同时，被困人员还能通过舱内通讯监测设备，引导外界救援。其现有的空气调节方法主要有二氧化碳制冷和蓄冰制冷方法。其中二氧化碳制冷系统需要大量液态二氧化碳作为制冷剂以满足额定防护时间内人员生存温度需要，其所需二氧化碳气瓶众多，在井下的安全性得不到保障；蓄冰方式需长年累月开启进行蓄冰以备紧急情况使用，其成本过高。涡流管作为一种新兴的简便制冷方法，在救生舱/避难硐室中具有较大的使用潜力。近年来，相关专利也提出了一些采用涡流管的救生舱/避难硐室空气调节系统，如专利CN203394563E提出了用于硐室的空气调节装置，专利CN 103321667 A提出的一种无源压风蓄冰系统等，这些技术虽然成功应用了涡流管技术，提高了系统安全性，但系统可行度稍欠佳：用于硐室的空气调节装置直接将涡流管两端排出的过冷气体和过热气体通入室内，通过调节室内气体流量调节室内温度，在矿难工况下无法精确调节至人体避难所需温度，且仅使用单根涡流管，对于人数众多的避难硐室明显制冷量不足；无源压风蓄冰系统利用涡流管制冰，再通过蓄冰方式给避险系统降温，该方法过于间接，且无法保证涡流管冷气提供的冷量能够满足大容量蓄冰柜中水结冰所需的冷量，制冰效果一般，无法保证矿难时制冰系统能够正常工作，成本过高，效率低下且不稳定。在保证涡流管系统制冷能力的基础上，提高系统的可靠性和持续运行能力是无源压风制冷净化系统设计必需要解决的问题。
发明内容
本发明提供了无需外界冷源及动力、操作简单、可靠性高的救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统及工作方法。
本发明提供的救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统，其特征在于包括与救生舱/避难硐室外连接的压风接头、救生舱/避难硐室内的空气瓶接头、三通换向阀、除尘过滤器、涡流管制冷箱、热气调节阀、气动风机、冷气调节阀、空气换热器、净化室和杂质过滤器；
其中三通换向阀具有第一端口、第二端口、第三端口；涡流管制冷箱由若干涡流管并联而成，涡流管制冷箱具有压风进气口、热气出口、冷气出口；气动风机具有驱动气体入口、驱动气体出口、空气入口、空气出口；空气换热器具有冷气入口、冷气出口、空气入口与空气出口；
压风接头与三通换向阀第一端相连，三通换向阀第二端经过 除尘过滤器与涡流管制冷箱的压风进气口相连，涡流管制冷箱的热气出口经过热气调节阀与气动风机驱动气体入口相连，气动风机驱动气体出口与救生舱/避难硐室外环境相连；
涡流管制冷箱的冷气出口经过冷气调节阀与空气换热器的冷气入口相连，空气换热器的冷气出口与救生舱/避难硐室外环境相连；
杂质过滤器的入口与救生舱/避难硐室内环境相连，杂质过滤器的出口与净化室的入口相连，净化室的出口与空气换热器的空气入口相连，空气换热器的空气出口与气动风机的空气入口相连，气动风机的空气出口与救生舱/避难硐室内环境相连。
所述的救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：涡流管制冷工作过程：正常工作状态：调节三通换向阀的第一端和第三端相通，室外压风气源经三通换向阀的第一端和第三端进入除尘换热器中过滤，过滤后进入涡流管制冷箱同时产生冷气和热气，冷气经涡流管制冷箱的冷气出口和冷气调节阀到达空气换热器，为吸入换热器的室内空气冷却后排出室外；热空气经涡流管制冷箱的热气出口和调节阀到达气动风机，为气动风机提供动力带动室内空气循环后排出室外；当压风系统损坏时工作状态：调节三通换向阀的第二端与第三端相通，空气瓶内气体进入除尘换热器，其余过程与上述过程相同；室内空气制冷净化过程：室内空气在气动风机的驱动下首先经过杂质过滤器去除杂质，然后经过净化室去除其中的有害气体，净化后空气进入换热器与涡流管制冷箱流出的冷气进行热交换，空气温度降低后流入救生舱/避难硐室内；在上述救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统中，涡流管制冷过程和室内空气制冷净化过程同时进行，确保室内环境温度和空气制冷满足人体生存需要。
本发明采用涡流管制冷系统同时为救生舱/避难硐室提供冷源和空气循环所需动力，相对于其他煤矿井下空气调节设备具有结构紧凑、节约能源、操作简便、易于维护等优点。
附图说明
图1是救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统示意图；
图2是涡流管制冷箱5结构示意图；
图中的标号名称：1、压风接头，2、空气瓶接头，3、三通换向阀，4、除尘过滤器，5、涡流管制冷箱，6、热气调节阀，7、气动风机，8、冷气调节阀，9、空气换热器，10、净化室，11、杂质过滤器，5-1.压风进气口，5-2.热气出口，5-3.冷气出口。
具体实施方式
如图1所示，本发明中所述的救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统包括压风接头1、空气瓶接头2、三通换向阀3、除尘过滤器4、涡流管制冷箱5、热气调节阀6、气动风机7、冷气调节阀8、空气换热器9、净化室10和杂质过滤器11。
上述三通换向阀3具有三个端口，在第一端与压风接头1相连，第二端与空气瓶接头2相连，第三端与除尘过滤器4相连。
上述涡流管制冷箱5由若干涡流管并联而成；涡流管制冷箱5具有压风进气口、冷气出口、热气出口；其中压风进气口与除尘过滤器4的入口相连，热气出口与调节阀6的第一端相连，冷气出口与调节阀（8）的第一端相连。
上述气动风机（7）具有驱动气体入口、驱动气体出口、空气入口和空气出口；其中驱动气体入口与调节阀（6）相连，驱动气体出口与救生舱/避难硐室外环境相连，空气入口与空气换热器9的空气出口相连，空气出口与救生舱/避难硐室内环境相连。
上述空气换热器9具有冷气入口、冷气出口、空气入口与空气出口；其中冷气入口与调节阀8的第二端相连，冷气出口与救生舱/避难硐室外环境相连，空气入口与净化室10的出口相连，空气出口与气动风机7的空气入口相连。
上述压风接头1通过三通换向阀3的第一端和第三端与除尘过滤器4的入口相连，空气瓶接头2通过三通换向阀3的第二端和第三端与除尘过滤器4的入口相连，除尘过滤器4的出口与涡流管制冷箱5的压风进气口相连，涡流管制冷箱5的热气出口与调节阀6的第一端相连，调节阀6的第二端与气动风机7的驱动气体入口相连，涡流管制冷箱5的冷气出口与调节阀8的第一端相连，调节阀8的第二端与换热器9的冷气入口相连。
上述杂质过滤器11的入口与救生舱/避难硐室内环境相连，杂质过滤器11的出口与净化室10的入口相连，净化室10的出口与空气换热器9的空气入口相连，空气换热器9的空气出口与气动风机7的空气入口相连；上述净化室10中的净化用药剂可根据该救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统使用场合的实际需求配比。
上述救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统中空气换热器9包括以冷却空气为目的、各种气体换热通道类型的换热器形式，上述净化室10包括以空气净化为目的，去除各种有害气体类型的净化模块形式。
压风系统正常情况下系统运行时，涡流管制冷工作过程：调节三通换向阀3的第一端和第三端相通时，空气由压风气源1经三通换向阀3的第一端和第三端进入除尘换热器4中过滤，过滤后进入涡流管制冷箱5后同时产生冷气和热气，冷气经涡流管制冷箱5的冷气出口和冷气调节阀8到达空气换热器9，在换热器的作用下冷却气动风机7吸入的室内空气；热空气经涡流管制冷箱5的热气出口和热气调节阀6到达气动风机7，为气动风机7提供动力带动室内空气循环。
当压风系统损坏时，使用空气瓶2作为气源，调节三通换向阀3的第二端与第三端相通，空气瓶内气体进入除尘换热器4中过滤，过滤后进入涡流管制冷箱5后同时产生冷气和热气，冷气经涡流管制冷箱5的冷气出口和冷气调节阀8到达空气换热器9，在换热器的作用下冷却气动风机7吸入的室内空气后排出室外；热空气经涡流管制冷箱5的热气出口和热气调节阀6到达气动风机7，为气动风机7提供动力带动室内空气循环后排出救生舱/避难硐室外。
此时室内空气在气动风机7的带动下首先经过杂质过滤器11去除杂质，然后经过净化室10去除其中的有害气体，净化后空气进入换热器9与涡流管制冷箱流出的冷气进行热交换，空气温度降低后流入救生舱/避难硐室内。
系统具体运行时，涡流管制冷系统和室内空气制冷净化系统同时工作，涡流管制冷过程和室内空气的制冷净化过程同时进行。
涡流管制冷箱5结构如图2所示，其中5-1为压风进气口，与除尘过滤器4相连；5-2为热气出口，与热气调节阀6相连；5-3为冷气出口，与冷气调节阀8相连。制冷箱5中涡流管排列方式为多根并联，具体数目由该救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统使用场合的热负荷决定。
相对于其他用于煤矿井下安全救生设备的制冷净化系统，本系统无需外界冷源，仅需有空气输入即可产生冷源；且本系统充分利用涡流管排出的热气驱动气动风机，冷气与室内空气进行热交换，有效利用了能源并精简了系统空间；系统只要有稳定气源即可持续工作，可靠性好，系统简单易于维修。
Claims (2)
1.一种救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统，其特征在于包括与救生舱/避难硐室外连接的压风接头（1）、救生舱/避难硐室内的空气瓶接头（2）、三通换向阀（3）、除尘过滤器（4）、涡流管制冷箱（5）、热气调节阀（6）、气动风机（7）、冷气调节阀（8）、空气换热器（9）、净化室（10）和杂质过滤器（11）；
其中三通换向阀（3）具有第一端口、第二端口、第三端口；涡流管制冷箱（5）由若干涡流管并联而成，涡流管制冷箱（5）具有压风进气口（5-1）、热气出口（5-2）、冷气出口（5-3）；气动风机（7）具有驱动气体入口、驱动气体出口、空气入口、空气出口；空气换热器（9）具有冷气入口、冷气出口、空气入口与空气出口；
压风接头（1）与三通换向阀（3）第一端相连，三通换向阀（3）第二端经过 除尘过滤器（4）与涡流管制冷箱（5）的压风进气口（5-1）相连，涡流管制冷箱（5）的热气出口（5-2）经过热气调节阀（6）与气动风机（7）驱动气体入口相连，气动风机（7）驱动气体出口与救生舱/避难硐室外环境相连；
涡流管制冷箱（5）的冷气出口（5-3）经过冷气调节阀（8）与空气换热器（9）的冷气入口相连，空气换热器（9）的冷气出口与救生舱/避难硐室外环境相连；
杂质过滤器（11）的入口与救生舱/避难硐室内环境相连，杂质过滤器（11）的出口与净化室（10）的入口相连，净化室（10）的出口与空气换热器（9）的空气入口相连，空气换热器（9）的空气出口与气动风机（7）的空气入口相连，气动风机（7）的空气出口与救生舱/避难硐室内环境相连。
2.根据权利要求1所述的救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统的工作方法，其特征在于包括以下过程：
涡流管制冷工作过程：正常工作状态：调节三通换向阀（3）的第一端和第三端相通，压风气源经三通换向阀（3）的第一端和第三端进入除尘换热器（4）中过滤，过滤后进入涡流管制冷箱（5）同时产生冷气和热气，冷气经涡流管制冷箱（5）的冷气出口（5-3）和冷气调节阀（8）到达空气换热器（9），为吸入换热器的室内空气冷却后排出室外；热空气经涡流管制冷箱（5）的热气出口（5-2）和调节阀（6）到达气动风机（7），为气动风机（7）提供动力带动室内空气循环后排出室外；当压风系统损坏时工作状态：调节三通换向阀（3）的第二端与第三端相通，空气瓶内气体进入除尘换热器（4），其余过程与上述过程相同；室内空气制冷净化过程：救生舱/避难硐室内空气在气动风机（7）的驱动下首先经过杂质过滤器（11）去除杂质，然后经过净化室（10）去除其中的有害气体，净化后空气进入换热器（9）与涡流管制冷箱流出的冷气进行热交换，空气温度降低后流入救生舱/避难硐室内；在上述救生舱/避难硐室用无源压风制冷净化系统中，涡流管制冷过程和室内空气制冷净化过程同时进行，确保室内环境温度和空气制冷满足人体生存需要。
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