CN202832624U - 一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，其特征在于：所述的矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置包括高位水箱（6）、致冷药筒（3）和热交换单元，所述的高位水箱（6）设置于支架（1）上部，所述的致冷药筒（3）设置于支架中部，由高位水箱（6）向装填有制冷剂的致冷药筒（3）提供室温水流，经致冷药筒（3）内制冷剂降温后的水体自由下落并汇集在支架（1）下部的热交换单元中，随后由风机将热交换单元产生的低温空气送入外部环境空间，由此构成水冷式降温系统。

Description

一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置

技术领域

本实用新型涉及一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，属于矿山井下专用制冷技术设备领域。 

背景技术

矿井避险硐室和救生舱是放置在进行采掘作业的矿井中的紧急避难设备，当矿井下突发爆炸、火灾等重大事故时，井下工作人员若无法及时升井逃生，可选择就近进入救生舱内等待救援，救生舱内一般均储存有一定量的食物、供氧等生存设备以供避险人员使用。当大量人员进入后，由于硐室和救生舱为隔绝外部有毒有害气体而采用全封闭设计，人们生存活动所产生的热量，再加上瓦斯爆炸燃烧所产生的外部热量会使得舱内温度逐渐升高。由此，不仅导致舱内和室内的温度升高，同时也会因内外温差和室内人员生理活动引起舱内或室内的适度也增加；这种恶劣的狭小生存环境会严重影响避难人员的精神状态。因此，需要及时对舱内的气体降温。避难硐室也面临同样的空气温度调节问题。 

中国专利CN201020689015.0公开了一种煤矿救生舱用防爆空调装置，通过对常见的空调装置进行防爆加固处理，可持续对救生舱内气体进行温度调节，由于该空调装置为电气设备，在恶劣的矿井环境中，若设备发生故障或者因人员误操作存在引发火灾事故的隐患。同时，该设备在使用过程中需消耗大量电力，在井下发生事故后，存在电力供应中断的风险，若使用救生舱内的蓄电池供电，由于救援时间不定，长时间制冷会耗费宝贵 的电力，甚至影响其他生存设备的正常使用。矿井下场地狭小，避难硐室和救生舱内空间更加有限，安置大量的蓄电池显然不可行，也不符合矿井生产环境的安全要求。 

为避免上述问题，中国专利CN200920288259.5公开了一种采用液态二氧化碳作为制冷剂的喷射式制冷系统，这是一种较为先进的无源制冷方式，解决了电气制冷设备所面临的电力紧缺活中断的问题，但作为储存液态二氧化碳的高压气体钢瓶，这种金属高压容器本身也存在一定安全隐患，需定期检查和更换，由于矿井下环境恶劣，运输装配过程中也容易因为磕碰造成损伤，万一发生泄漏更会导致环境中二氧化碳浓度增加，使得避难场所的生存环境更加恶劣。 

目前矿井救生舱和避难硐室常用的空气制冷装置正如上述两个专利分别所采用的防爆空调装置和高压存储的压缩空气制冷剂，在使用中均存在一定安全隐患和缺陷。因此，如何提供一种安全高效的矿井用制冷装置是广大科研工作者所面临的问题。 

实用新型内容

本实用新型的目的：在于提供一种安全、高效的矿井避险硐室和救生舱专用制冷除湿装置，利用高效无毒的化学制冷剂溶解吸热的特性，通过热交换单元将空气中的温度传导到水中，整个装置操作简单，维护成本低廉，固体制冷剂可长期储存，安全系数极高，适用于恶劣的矿井生产环境。 

这种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，其特征在于：所述的矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，包括高位水箱、致冷药筒和热交换单元，所述的高位水箱设置于支架上部，所述的致冷药筒设置于支架中部，由高位水箱向装填有制冷剂的致冷药筒提供室温水流，经 致冷药筒内制冷剂降温后的水体自由下落并汇集在支架下部的热交换单元中，随后由风机将热交换单元产生的低温空气送入外部环境空间，由此构成水冷式降温系统。 

高位水箱和致冷药筒之间设置有控制分配器，所述控制分配器的上部通过主输水管与高位水箱底部连接，所述控制分配器的底部通过与致冷药筒一一对应的分支输水管与致冷药筒顶端连接，所述的热交换单元设置于支架底部并通过热交换单元上部的输水管与致冷药筒底端相连，由此构成无源的化学制冷装置。 

所述的高位水箱配有供水单元，所述的供水单元由储水箱和水泵组成，所述的储水箱放置在支架外，所述水泵通过输水管分别与储水箱和高位水箱管接。 

所述水泵采用手动水泵或采用蓄电池供电的微型水泵。 

所述致冷药筒为内空柱体，筒腔内装填有固体制冷剂，所述致冷药筒的上部设有倒置的圆台形分水器，所述致冷药筒的下部设有过滤器防止固体制冷剂外漏。 

所述的控制分配器上设有一控制阀，用于开启空气制冷装置。 

所述控制阀为手动阀或者自动阀。 

所述的热交换单元包括冷水箱、水气交换单元和风循环系统；所述水气交换单元设置在冷水箱中下部，所述的水气交换单元由进风口、风道、出风口和冷凝器组成，所述进风口和出风口设置在冷水箱侧壁并通过风道连接，所述冷凝器分别设置在进风口和出风口内；所述风循环系统采用电动系统或气动系统，所述的电动系统由设置在冷水箱外部并通过风管与冷水箱侧壁上的进风口连接的防爆风机构成，所述的气动系统由进风口通过 风管直接连接供氧设备构成。 

所述的冷凝器由超过一组的铜管散热鳍片组成，所述铜管呈纵向排列，所述散热鳍片通过锡焊方式固定套接在铜管上，由此构成格栅式热量交换冷凝器。 

所述铜管为两端开口的中空柱体，所述铜管的两端分别固定套接在进风口和出风口上并穿过进风口和出风口的外壁伸入冷水箱腔体之中。 

所述的热交换单元底部还设有排水阀。 

本实用新型利用部分化学制剂具有的溶解吸热的原理，将固态的化学品作为制冷剂，在化学制冷剂溶解的过程中对常温水持续降温，再通过高效的水气热量交换系统，将救生舱或硐室内的常温气体与低温水体进行热交换，达到降低空气温度的目的。由于采用固体的化学制冷剂并使用致冷药筒填装保存，使得制冷剂的运输、储藏和使用都极为方便，固态的化学制冷剂化学性质稳定，在固体和液体状态下均不会产生有毒有害物质，并且便于更长久的保藏。而用于溶解化学制冷剂的水更是常见、常用及常备物资，上述特性使得这种矿井用空气制冷装置更加适用于矿井突发事故时的复杂情况，达到了矿井救生设备安全、可靠的要求。 

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图； 

图2为热交换单元的结构示意图； 

图3为冷凝器的结构示意图。 

图中：1-支架 2-输水管 3-致冷药筒 4-控制分配器 5-控制阀 6-高位水箱 7-主输水管 8-分支输水管 9-储水箱 10-水泵 11-冷凝器 12-出风口 13-风道 14-进风口 15-排水阀 16-冷水箱  17-风管 18-防爆风机 19-铜管 20-散热鳍片。 

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实例来对这种矿井用空气制冷装置进行进一步的详细说明，以求更为清楚明白地阐述其结构和使用方式。 

如图1所示的这种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，其特征在于：所述的矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置包括高位水箱6、致冷药筒3和热交换单元，所述的高位水箱6设置于支架1上部，所述的致冷药筒3设置于支架中部，由高位水箱6向装填有制冷剂的致冷药筒3提供室温水流，经致冷药筒3内制冷剂降温后的水体自由下落并汇集在支架1下部的热交换单元中，随后由风机将热交换单元产生的低温空气送入外部环境空间，由此构成水冷式降温系统。 

高位水箱6和致冷药筒3之间设置有控制分配器4，所述控制分配器4的上部通过主输水管7与高位水箱6底部连接，所述控制分配器4的底部通过与致冷药筒3一一对应的分支输水管8与致冷药筒3顶端连接，所述的热交换单元设置于支架1底部并通过热交换单元上部的输水管2与致冷药筒3底端相连，由此构成无源的化学制冷装置。 

所述的控制分配器4上设有一控制阀5，用于开启空气制冷装置。 

所述控制阀5为手动阀或者自动阀。 

开启阀门，高位水箱6内储存的水便通过主输水管7流入控制分配器4，在控制分配器4的分流作用下，下泻水流与致冷药筒3一一经对应的分支输水管8流入致冷药筒3，进行制冷剂溶解工作。 

首先，致冷药筒3作为制冷剂的储存单元，每个致冷药筒3可储存制冷剂5～6公斤，可提供1250KJ以上的制冷量，通过计算，选择与所使用的 致冷药筒3中制冷剂相匹配的高位水箱6，这种定量供水的方式可保证制冷剂充分溶解，确保稳定的制冷效果，其次，高位水箱6设置在支架1上部，为水流提供足够的势能，使水流能持续参与溶解过程，同时，由于水流自上而下穿过，可将制冷剂溶剂过程中产生的饱和溶液带离，新流入的水流打破了饱和溶液的平衡状态，使得固体制冷的溶解反应持续、快速的进行，避免因局部饱和导致溶解反应暂停，并且充分利用了高位水体的势能，无需加入其它搅拌装置辅助溶解反应。此外，通过控制分配器4的分支输水管8设置，可保证每个致冷药筒3中的水流量基本相同，从而确保每个致冷药筒3中的制冷剂溶解过程同步。水流自上而下穿过致冷药筒3，在制冷剂溶解的过程中，水流的温度逐渐降低，最终得到的冷却水通过输水管2流入热交换单元。 

所述的高位水箱6配有供水单元，所述的供水单元由储水箱9和水泵10组成，所述的储水箱9放置在支架1外，所述水泵10通过输水管2分别与储水箱9和高位水箱6管接。储水箱内储存的水量和制冷剂的储存量绝对了本装置的总制冷量，可更具避险藏所的面积，避险人数，避险天数的要求来进行设计建造。 

所述水泵10采用手动水泵或采用蓄电池供电的微型水泵。当一次制冷过程完成后，通过水泵10每分钟可向高位水箱提供50～100升水，以备进行下一次循环制冷使用。 

所述致冷药筒3为阻燃塑料制成的内空长方体，筒腔内装填有固体制冷剂，所述致冷药筒3的上部设有倒置的圆台形分水器，所述致冷药筒3的下部设有过滤器防止固体制冷剂外漏。从与控制分配器4连接的分支输水管8中传送的水流先进入致冷药筒3上部的分水器，分水器3利用类似 莲蓬头的工作原理将汇聚在分水器3内的水体分解成多股水流均匀引入致冷药筒3中，使得同一截面内的制冷剂均匀溶解，有效提高溶解效率。 

所述的热交换单元包括冷水箱16、水气交换单元和风循环系统，所述水气交换单元设置在冷水箱16中下部，所述的水气交换单元由进风口14、风道13、出风口12和冷凝器11组成，所述进风口14和出风口12设置在冷水箱16侧壁并通过风道13连接，所述冷凝器11分别设置在进风口14和出风口12内；所述风循环系统采用电动系统或气动系统，所述的电动系统由设置在冷水箱16外部并通过送风管17与冷水箱16侧壁上的进风口14连接的防爆风机18构成，所述的气动系统由进风口14通过风管17直接连接供氧设备构成。冷却水进入到冷水箱16中储存，水气交换单元采用金属材质制成，完全浸没在温度极低的冷却水中，风循环系统将环境空气从进风口送入，经过分别设置在进风口14和出风口12内的冷凝器11的热量交换，最后从出风口吹出，完成对环境空气的制冷过程。 

所述的冷凝器11由超过一组的铜管19和散热鳍片20组成，所述铜管19呈纵向排列，所述散热鳍片20通过锡焊方式固定套接在铜管19上，由此构成格栅式热量交换冷凝器11。 

所述铜管19为两端开口的中空圆柱体，所述铜管19的两端固定套接在进风口14和出风口12上并穿过进风口14和出风口12的外壁伸入冷水箱16腔体之中。锡焊工艺使得散热鳍片20与铜管19之间具有良好的热传导特性，而在冷却水中纵向设置的诸多铜管构成了冷却水自动流动的主要动力，散热鳍片19大面积吸收环境空气中的热量并传到铜管19，由于铜管19是两端开口的中空设计，因此铜管19中的冷却水受热后自下而上运动，铜管19外部的冷却水从下方自动流入铜管19继续受热，形成水体的自动 循环流动而不断进行冷热交换，直到水体温度与环境温度一致便停止。 

所述的热交换单元底部还设有排水阀15。可将冷水箱16内的室温水排出，然后更换上新的致冷药筒3，利用水泵10将储水箱9内的水补充进高位水箱6，启动控制分配器4上的控制阀5，进行再一次制冷作业。 

经过大量实验，本实施例选用的化学制冷剂为以硝酸铵、硝酸钾、氯化铵、碳酰二胺、碳酰胺、脲、硫酸钠、草酸钠等为制冷原料的制冷剂。这种化学制冷剂安全性较高，化学性质稳定，便于长期储存。所采用的原料均为非管控商品，便于大量采购且成本低廉；在固体和液体状态下均不会产生伤害人体的气体、液体和固体，遭遇煤矿井下重大灾害（水、火、塌方）时，这种化学制冷剂不会产生助燃性气体和毒害性气体。 

在本装置中，制冷剂采用可更换的致冷药筒储存，在外界水温25℃时，可在5～10分钟内将25摄氏度的水温降低至接近0摄氏度。 

Claims (10)

1.一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，其特征在于：所述的矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置包括高位水箱（6）、致冷药筒（3）和热交换单元，所述的高位水箱（6）设置于支架（1）上部，所述的致冷药筒（3）设置于支架中部，由高位水箱（6）向装填有制冷剂的致冷药筒（3）提供室温水流，经致冷药筒（3）内制冷剂降温后的水体自由下落并汇集在支架（1）下部的热交换单元中，随后由风机将热交换单元产生的低温空气送入外部环境空间，由此构成水冷式降温系统。

2.如权利要求1所述的一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，其特征在于：高位水箱（6）和致冷药筒（3）之间设置有控制分配器（4），所述控制分配器（4）的上部通过主输水管（7）与高位水箱（6）底部连接，所述控制分配器（4）的底部通过与致冷药筒（3）一一对应的分支输水管（8）与致冷药筒（3）顶端连接，所述的热交换单元设置于支架（1）底部并通过热交换单元上部的输水管（2）与致冷药筒（3）底端相连，由此构成无源的化学制冷装置。

3.如权利要求1所述的一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，其特征在于：所述的高位水箱（6）配置有供水单元，所述的供水单元由储水箱（9）和水泵（10）组成；所述的储水箱（9）放置在支架（1）外，所述水泵（10）通过输水管（2）分别与储水箱（9）和高位水箱（6）管接。

4.如权利要求3所述的一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除 湿装置，其特征在于：所述水泵（10）采用手动水泵或采用蓄电池供电的微型水泵。

5.如权利要求1所述的一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，其特征在于：所述致冷药筒（3）为阻燃塑料制成的内空柱体，筒腔内装填有固体制冷剂，所述致冷药筒（3）的上部设有倒置的圆台形分水器，所述致冷药筒（3）的下部设有过滤器防止固体制冷剂外漏。

6.如权利要求1所述的一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，其特征在于：所述的控制分配器（4）上设有一控制阀（5），用于开启空气制冷装置。

7.如权利要求6所述的一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，其特征在于：所述控制阀（5）为手动阀或者自动阀。

8.如权利要求1所述的一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，其特征在于：所述的热交换单元包括冷水箱（16）、水气交换单元和风循环系统；所述水气交换单元设置在冷水箱（16）中下部，所述的水气交换单元由进风口（14）、风道（13）、出风口（12）和冷凝器（11）组成，所述进风口（14）和出风口（12）设置在冷水箱（16）侧壁并通过风道（13）连接，所述冷凝器（11）分别设置在进风口（14）和出风口（12）内；所述风循环系统采用电动系统或气动系统，所述的电动系统由设置在冷水箱（16）外部并通过风管（17）与冷水箱（16）侧壁上的进风口（14）连接的防爆风机（18）构成，所述的气动系统由进风口（14）通过风管（17）直接连接供氧设备构成；所述的热交换单元底部还设有排水阀（15）。

9.如权利要求7所述的一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，其特征在于：所述的冷凝器（11）由超过一组的铜管（19）和散 热鳍片（20）组成，所述铜管（19）呈纵向排列，所述散热鳍片（20）通过锡焊方式固定套接在铜管（19）上，由此构成格栅式热量交换冷凝器（11）。

10.如权利要求9所述的一种矿井避险硐室、救生舱专用空气降温除湿装置，其特征在于：所述铜管（19）为两端开口的中空柱体，所述铜管（19）的两端固定套接在进风口（14）和出风口（12）上并穿过进风口（14）和出风口（12）的外壁伸入冷水箱（16）腔体之中。 

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