CN202300470U - 一种矿井救生舱制冷系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种矿井救生舱制冷系统，包括有制冷剂流路，在制冷剂流路上依次连接有二氧化碳储存钢瓶出口、压力表、主控阀，以及降压装置；所述制冷剂流路分成多条支路，其支路穿过所述降压装置后往复环绕形成蒸发盘管，支路另一端在蒸发盘管旁侧汇集，降压装置之前的每条支路上设有一个分控阀，蒸发盘管一端汇集点连接到气动马达，在气动马达上连接有风扇，在所述风扇上方设有CO/CO2吸收剂。本实用新型提出了两种降压装置设计方案，即采用毛细管节流降压和利用膨胀机膨胀降压，并分别针对这两种降压装置进行换热流路设计。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种空调制冷系统，尤其是用于矿井救生舱的空调系统
背景技术
矿井救生舱是用于矿井发生事故后为无法及时撤离的矿工提供一个安全的密闭空间。该舱能够抵御外部的高温烟气，隔绝有毒有害气体；能为舱内遇险人员提供氧气、食物和水，创造基本生存条件；并为应急救援创造条件，赢得时间。2010年7月，国务院下发通知要求，煤矿和非煤矿山要在3年之内完成“六大系统”安装，具体包括监测监控系统、井下人员定位系统、紧急避险系统、压风自救、供水施救以及通信联结。救生舱是其中紧急避险系统中的重要技术装备。
在救生舱内，被困人员自身代谢会不断产生热量，从而导致救生舱内温度和湿度不断升高。由于救生舱为隔热的密闭空间，必须对救生舱空间进行降温和除湿，目前国家标准对救生舱内温度和湿度的要求为温度不大于35℃、湿度不大于85％。
矿井救生舱空调技术目前有以下几种：蓄冰制冷、电动防暴空调制冷和高压气体开式膨胀制冷。蓄冰制冷需要外部电源供电，平时维护费用高，且一旦发生矿难必须切断电源。电动防暴空调制冷必须配备大容量电池或外接大功率电源，在煤矿中容易引起瓦斯爆炸。高压气体开式膨胀制冷是一种非电力驱动制冷方式，特别适用于煤矿救生舱。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对上述电力制冷方式的问题，提出一种非电力开式高压气体膨胀制冷系统及其换热设计方法。
为实现以上目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种矿井救生舱制冷系统，包括有制冷剂流路，在制冷剂流路上依次连接有二氧化碳储存钢瓶出口、压力表、主控阀，以及降压装置；所述制冷剂流路分成多条支路，其支路穿过所述降压装置后往复环绕形成蒸发盘管，支路另一端在蒸发盘管旁侧 汇集，降压装置之前的每条支路上设有一个分控阀，蒸发盘管一端汇集点连接到气动马达，在气动马达上连接有风扇，在所述风扇上方设有CO/CO2吸收剂。
本发明采用液态二氧化碳作为制冷剂，通过设计开式换热系统，将二氧化碳减压至合适的压力及温度后导入换热器，利用二氧化碳蒸发吸热。
所述二氧化碳储存钢瓶、压力表、主控阀、分控阀、降压装置、蒸发盘管、气动马达以及连接各部件的绝热管路构成开式换热系统。
所述气动马达和风扇组成空气流路，所述空气流路和制冷剂流路构成空调系统。
本发明的重点在于换热方案的设计，所述换热方案包括两种形式的换热：方案一为节流降压换热，方案二为膨胀降压换热。
制冷剂流路为液态二氧化碳从高压钢瓶流出，先经过主控阀，然后分为四个流路，每个流路上接有分控阀，分控阀出口连接降压装置。降压装置出口的低温两相二氧化碳进入换热器蒸发盘管吸热。从换热器出口的气态二氧化碳压力稳定在6bar左右，温度为15℃，将此状态下的气体二氧化碳导入气动马达，为换热器风扇提供动力。所述连接管路为绝热管路。气动马达出口的二氧化碳气体直接排到救生舱体外部，起到隔离瓦斯的作用。空气流路由气动马达带动的风扇提供动力。在风扇的负压带动下，经过CO/CO2吸收剂进入换热器强制换热。换热器出口的冷风直接吹向舱体制冷。
所述节流降压换热的特点是降压装置为毛细管。根据二氧化碳节流过程为等焓降温过程，节流后的焓值不变的特性，将二氧化碳节流到换热所需温度进行换热，一般将换热过程视为定压过程。根据CO2热力性质，需要进行多段节流。第一段节流设计即为降压装置，其他节流设计在换热器内部。
所述膨胀降压换热采用膨胀机作为降压装置，回收一部分功带动换热器风扇或者储电等其他储能方式，获得更高的能量利用率。根据CO2热力性质，需要进行分级膨胀，但在设计时可根据实际工艺，选择单级膨胀或者多级膨胀方式
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：本实用新型提出了两种降压装置设计方案，即采用毛细管节流降压和利用膨胀机膨胀降压，并分别针对这两种降压装置进行换热流路设计。
附图说明
图1为矿井救生舱二氧化碳开式制冷系统示意图；
图2为节流降压换热过程示意图；
图3为膨胀降压换热过程示意图。
附图标记说明：1-二氧化碳储存钢瓶出口，2-压力表，3-主控阀，4-分控阀，5-降压装置，6-蒸发盘管，7-CO/CO2吸收剂，8-气动马达，9-风扇。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。
实施例：
参阅图1，一种矿井救生舱制冷系统，包括有制冷剂流路20，在制冷剂流路20上依次连接有二氧化碳储存钢瓶出口1、压力表2、主控阀3，以及降压装置5；制冷剂流路20分成多条支路21，其支路21穿过降压装置5后往复环绕形成蒸发盘管6，支路21另一端在蒸发盘管6旁侧汇集，降压装置5之前的每条支路21上设有一个分控阀4，蒸发盘管6一端汇集点连接到气动马达8，在气动马达8上连接有风扇9，在风扇9上方设有CO/CO2吸收剂7。
虹吸式液态二氧化碳储存钢瓶、压力表2、主控阀3、分控阀4、降压装置5、蒸发盘管6、气动马达8以及连接各部件的绝热管路构成开式换热系统。
气动马达8和风扇9组成空气流路，所述空气流路和制冷剂流路构成空调系统。
当需要制冷时，液态二氧化碳由二氧化碳储存钢瓶1流出，经过压力表2测量出口压力，再分别经过主控阀3和分控阀4，经降压装置5后分四个流路进入蒸发盘管6。从蒸发盘管吸热后的气态二氧化碳导入气动马达8，气动马达8进出口的二氧化碳压力分别为0.6Mpa和0.1MPa，从气动马达8出来的二氧化碳气体直接排到救生舱外，起到隔离瓦斯的作用。由气动马达8带动的风扇9强化对流换热并吸收空气使得其通过CO、CO2吸收剂，降低舱内CO、CO2浓度。
采用节流降压换热方式，如图2所示，本实施例换热阶段经过四次节流，第一次节流后为气液两相状态，对应的饱和温度为-5℃。节流后的CO2直接导入换热器蒸发吸热。吸热过程首先是温度保持-5℃下的潜热吸热，当CO2全部气化为饱和气体后进入显热吸热阶段，当温度升高到5℃时进入第二次节流。后三次 节流处于气体区，节流入口温度为5℃，节流出口温度为-5℃。本实施例的换热量为217kj/kg。
采用膨胀降压换热方式，本实施例换热阶段理论需要进行7次绝热膨胀过程，实施过程设计为单级膨胀以降低技术难度，如图3所示。第一段降压位于气液两相区内，设计为节流降压方式，当CO2节流到-5℃时进入换热器蒸发吸热。此段为气液两相区，属于潜热换热阶段。第二段仍然为节流降压，节流入口温度为5℃，节流出口温度为-5℃。第三段为膨胀降压，利用膨胀机回收膨胀功。本实施例的换热量为247kj/kg，对外做功量为29.7kj/kg。
上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。
Claims (4)
1.一种矿井救生舱制冷系统，其特征在于：包括有制冷剂流路(20)，在制冷剂流路(20)上依次连接有二氧化碳储存钢瓶出口(1)、压力表(2)、主控阀(3)，以及降压装置(5)；所述制冷剂流路(20)分成多条支路(21)，其支路(21)穿过所述降压装置(5)后往复环绕形成蒸发盘管(6)，支路(21)另一端在蒸发盘管(6)旁侧汇集，降压装置(5)之前的每条支路(21)上设有一个分控阀(4)，蒸发盘管(6)一端汇集点连接到气动马达(8)，在气动马达(8)上连接有风扇(9)，在所述风扇(9)上方设有CO/CO2吸收剂(7)。
2.如权利要去1所述的矿井救生舱制冷系统，其特征在于：所述二氧化碳储存钢瓶、压力表(2)、主控阀(3)、分控阀(4)、降压装置(5)、蒸发盘管(6)、气动马达(8)以及连接各部件的绝热管路构成开式换热系统。
3.如权利要去1所述的矿井救生舱制冷系统，其特征在于：所述气动马达(8)和风扇(9)组成空气流路，所述空气流路和制冷剂流路构成空调系统。
4.如权利要去1所述的矿井救生舱制冷系统，其特征在于：所述降压装置(5)为采用毛细管节流降压换热和利用膨胀机回收膨胀功后再接入换热器吸热的两种设计方案的降压装置(5)。
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