CN203035222U - 矿井紧急避险设施用供氧制冷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种矿井紧急避险设施用供氧制冷装置，其特征在于：包括位于室内的液氧存储设备，与此液氧存储设备顺次连接有液体阀、节流阀、蒸发器、膨胀器、风机调节阀、气动风机，与风机调节阀以及气动风机并联设有供气调节阀，装置末端为并联的两支路：一支路位于室内且其上设有室内供气阀；另一支路伸出室外且在室内部分上设有室外排气阀。本装置主要是利用液态氧分子在蒸发器内吸收环境热量后形成的气态分子，能够制冷兼供氧等作用于一体，当事故发生人员被困后，在与外部隔离且失去外部通风和动力供应的状态下，给予避难人员提供制冷降温、除湿、改善空气质量及提供人员呼吸用氧等生存保障，与现有技术相比，本装置无须使用任何动力，大大减少了动力能源消耗，在实现制冷的情况下可一块同时提供足够的气态氧气。

Description

矿井紧急避险设施用供氧制冷装置

技术领域

本实用新型涉及一种矿井应急设备，具体为一种矿井紧急避险设施用供氧制冷装置。 

背景技术

煤矿、非煤矿山在生产过程中，不断发生灾害，在灾害发生时，由于井下人员来不及升井逃生或暂时无法逃生，造成大量人员伤亡。国务院在2010年7月19日下发了《国务院关于进一步加强企业安全生产工作的通知》（国发【2010】23号）文件，在该文件中明确指出：“强制推行先进适用的技术装备。煤矿、非煤矿山要制定和实施生产技术装备标准，紧急避险系统等技术装备”，而作为紧急避难系统中的的制冷、除湿降温、供氧、压风系统，对受困避难人员的生存环境提供保障的要求，显得尤为重要。 

目前国内外在此领域中所使用的制冷、除湿、供氧、通风设施方案，均设计复杂、一次性投入的成本与维护运行相加成本巨高。 

例如： 

（一）、在制冷除湿方面普遍采用蓄冰空调解决方案，是利用热泵原理的制冷机将一定体积的水，经过制冷设备降温冷冻成为一定体积固体的冰块，当事故发生时，避难人员可利用冰的融化焓，即冰在融化过程中的相变吸热现象原理，对周围的环境进行降温，但是此项技术应用在避难系统中的缺点诸多：

1、单位体积内热熔焓值低，水的溶解焓为：3.53*10^5 J/kg；

2、耗电大、成本高；

3、功能少、噪音高；

4、体积大；

5、制冰过程中冷凝器排出大量的热量影响环境；

6、诸多的用电设备及部件易产生火花，存在引起可燃气体爆炸危险隐患，存在不安全因素等。

（二）、在呼吸供氧、压风自救和吸附剂循环系统、降低有害气体含量方面，普遍采用压风供氧系统和高压气瓶供氧系统，以及利用吸附剂实现降低有害气体浓度，例如：采用一氧化碳，二氧化碳吸附剂等方法降低有害气体的浓度。 

此项技术同样存在诸多缺陷： 

1、设施复杂管路多、易损坏；使用较多数量的高压气体瓶等、因此成本高、体积大，储存的气态氧摩尔数小，供氧时间短；

2、由于排出的气体摩尔数较少，体积较小，满足不了降低有害气体含量的要求； 

3、压风供气需要外部管道供气系统，系统管道路径较长，事故过程中一旦损坏将失去作用。

发明内容

本实用新型针对以上问题，提供一种矿井紧急避险设施用供氧制冷装置，本实用新型制冷兼供氧等作用于一体，具有占地面积小、耗能低、设备以一次性投入成本低的优点。 

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术手段： 

一种矿井紧急避险设施用供氧制冷装置，包括液氧存储设备，与此液氧存储设备顺次连接有位于室内的液体阀、节流阀、蒸发器、膨胀器；膨胀器的出口连接有风机调节阀以及吹向蒸发器的气动风机，与风机调节阀以及气动风机并联设有供气调节阀，供气调节阀以及气动风机的出口尾端为并联的两支路：一支路位于室内且其上设有室内供气阀；另一支路伸出室外且在室内部分上设有室外排气阀。

[0009] 进一步的，所述的风机调节阀前设有过滤器。

[0010] 进一步的，设有热增压热交换器，热增压热交换器内设有节流阀或毛细管、蒸发器前管以及气动风机后管。

进一步的，所述的液氧存储设备包括由内到外的金属壳体内层、真空层、金属壳体外层以及外保温层。 

进一步的，所述液氧存储设备上设有注液阀门和泄压阀。 

本实用新型的工作原理及工作过程如下： 

本实用新型提供了一种用于井下紧急避险设施内，利用液态氧作为工作介质在蒸发器内蒸发吸热、膨胀，吸热降低室内温度，并利用此氧气作为室内供养的集制冷、供养于一体的新技术。

具体的说：本装置利用液氧膨胀蒸发吸热吸热并作为动力，当事故发生时，在有限空间内，且无外部电力供应的情况下，给予避难人员提供制冷降温、除湿、改善空气质量及提供人员呼吸用氧。在蒸发器内蒸发从而对环境吸热，使该设施对环境直接进行制冷降温、除湿，并且蒸发的气态氧分子，可以间接的对环境提供气态的氧气，可以满足人体在有限的局部空间环境内对温度、湿度、压力、呼吸供氧的生存需要，并且可实现节约空间。   

本实用新型是一种集制冷降温、除湿、供氧、保持室内正压，降低室内有害气体含量、缩小设备体积等作用于一体的动功能系统。当事故放生后，预先避难场所形成一个封闭的空间，且与外界失去联系，当空间内氧气含量不足，有害气体含量较高、温度、湿度较高，对避难人员生存形成危害的情况下，使用该设施，可使避难人员实现较长时间自救保护，给外部人员的营救赢得宝贵的时间。

本实用新型的工作过程如下： 

当事故发生人员受困于室内空间时，开启液体阀，液态的氧流经蒸发节流阀，经节流后的液体进入蒸发器，由于蒸发装置为金属传热导体，蒸发器与空间接触的表面积较大，故液态的氧分子通过蒸发器迅速吸收空间的热量，达到降温的目的，此时关闭供气调节阀，开启风机调节阀，蒸发膨胀形成的动力带动气动风机，气动风机运转后对蒸发器强制吹风，使内部的液态氧工作介质增加吸收蒸发器表面环境热量速度，达到进一步降温的目的，液态的工作介质吸收蒸发器外部热量后，大多数液态氧在蒸发器中变为气态的氧分子，部分没有完全蒸发的液态氧分子通过膨胀器时，在膨胀器内完成全部蒸发，形成气态的氧气分子，形成的压力催动气动力风机，气动力风机工作后，在室内形成强制风力循环降温。

由于受人体和地温的影响，若避难人员感觉室内温度较高，需要降温，通过常用必备的气体检测仪器观察, 当室内空气质量正常（空气质量达标合格），只需要降温、除湿的情况下,关闭室内供气阀，开启室外排气阀，将蒸发后的气体排除到室外，相当于单独使用了制冷、除湿的功能。 

由于受人体呼吸和井下甲烷和一氧化碳有害气体对室内空气质量的影响，当避难人员若感觉呼吸困难，或者通过仪器观察发现室内空气质量较差时，关闭风机调节阀、开启供气调节阀，关闭室外排气阀，开启室内供气阀，向室内供应呼吸用气体氧气，补充提高室内正压和新鲜空气，降低有害气体的含量。 

[0018] 综上，本实用新型的创造性体现在：

l       该制冷供氧装置特别适应于紧急避险系统，集制冷、提供呼吸用氧气和改善空气质量于一体，具有结构紧凑、占用空间低、一举两得的优点。

l       该制冷供氧装置技术利用了液态氧分子的气化对室内空间的吸收热量实现降温，相同体积的液态氧蒸发过程中产生的汽化热，相比蓄冰类空调，比相同体积的水融化热大数倍，因此体积小，制冷量大。 

l       由金属壳体内层、真空层、金属壳体外层以及外保温层组成的液氧存储设备，保温效果好、结构强度高、使用安全。 

l       液态氧、节流阀（或毛细管）、蒸发器、气动风机和室外排气阀组成利用液态氧作为制冷工作介质的单向一次性制冷装置，实现对密封空间进行制冷；由液氧存储设备、液态氧、节流装置、蒸发器、供气调节阀和室内供气阀组成的供氧系统，在制冷的同时，可对室内进行供养氧，改善了空气质量提高室内正压的装置。 

l       该制冷供氧装置技术借助了避难环境的长期备用、一次性使用和一旦使用且与外界隔离无动力无气源等有关特性，利用液态氧，通过蒸发器蒸发相变吸热制冷降温，同时提供里了人体呼吸生存所必须的氧气体分子，排入室内或室外，属单向一次性制冷，制冷工质无须使用动力回收,且无需提供任何外部动力。 

l       相同体积的液氧存储设备，与相同体积的氧气瓶相比，占用空间体积较小，储存的氧分子的摩尔数大，能够提供足够体积的气体，使用时间持久。 

l       储存液态氧的摩尔数量大，可释放足够的新鲜氧气，提高室内正压，防止外部有害气体侵入室内，降低室内二氧化碳和有害气体的含量，改善室内空气质量。 

l       正常使用状态下不消耗电能及其他能源，运行成本低。 

l       正常状态和使用运行状态下不产生火花，安全可靠。 

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图； 

图1为本装置的连接示意图；

图中：1、外保温层；2、金属壳体外层；3、真空层；4、金属壳体内层；5、液态氧；6、注液阀门；7、蒸发器；8、膨胀器；9、气动风机；10、风机调节阀；11、过滤器；12、供气调节阀；13、室内供气阀；14、室外排气阀；15、热增压热交换器；16、节流阀；17、液体阀；18、泄压阀；

具体实施方式

下述未述及的相关技术内容均可采用或借鉴现有技术。 

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。 

如图1所示，一种矿井紧急避险设施用供氧制冷装置，包括室内空间的液氧存储设备，本实施例采用真空绝热储存装置，其包括包括由内到外的金属壳体内层4、真空层3、金属壳体外层2以及外保温层1；真空绝热储存装置上设有注液阀门6和泄压阀18，虚线框为室内环境。 

真空绝热装置可以是市场上普通的低温气体保温容器，例如：杜瓦瓶，保温罐等，但其保温的性能高低，直接影响液体储存的时间长短，因此尽可能选用保温较好的容器，降低储备时的损耗成本。 

与此真空绝热储存装置顺次连接有液体阀17、节流阀16、蒸发器7、膨胀器8；膨胀器8的出口顺次连接有过滤器11、风机调节阀10以及吹向蒸发器7的气动风机9，与过滤器11、风机调节阀10以及气动风机9并联设有供气调节阀12，供气调节阀12以及气动风机9的出口连接有一通气管道，通气管道的尾端为并联的两支路：一支路位于室内且其上设有室内供气阀13；另一支路伸出室外且在室内部分上设有室外排气阀14。 

设有热增压热交换器15，热增压热交换器15内设有蒸发器前管以及气动风机后管。 

当事故发生人员受困时，开启液体阀17，液态氧5流经蒸发节流阀16，经节流后的液体进入蒸发器7，由于蒸发器7为金属传热导体，蒸发器7与空间接触的表面积较大，故液态的氧分子通过蒸发器7迅速吸收空间的热量。 

需要室内降温时：避难人员感觉室内温度升高，需要降温，通过常用必备的气体检测仪器观察,室内空气质量正常，空气质量达标合格，关闭室内供气阀13，开启室外排气阀14。如果室内温度较高，需要大幅度降温时，可以关闭供气调节阀12，打开风机调节阀10；如果室内温度不是很高，需要小幅度降温时，可以关闭风机调节阀10，打开供气调节阀12。将蒸发后的气体排除到室外，相当于单独使用了制冷、除湿的功能。 

需要室内供氧：由于受人体呼吸和井下甲烷和一氧化碳有害气体对室内空气质量的影响，当避难人员若感觉呼吸困难，或者通过仪器观察发现室内空气质量较差时，关闭风机调节阀10、开启供气调节阀12，关闭室外排气阀14，开启室内供气阀13，向室内供应呼吸用气体氧气，补充提高室内正压和新鲜空气，降低有害气体的含量。 

[0037] 需要室内供氧及降温时，关闭供气调节阀12和室外排气阀14，打开风机调节阀10和室内供气阀13，开启风机调节阀10，蒸发膨胀形成的动力带动气动风机9，气动风机9运转后对蒸发器内部的液态氧5强制吹风增吸收热量，液态的工作介质5吸收蒸发器7外部热量后，大多数液态氧在蒸发器7中变为气态的氧分子，部分没有完全蒸发的液态氧分子通过膨胀器8时，在膨胀器8内完成全部蒸发，形成气态的氧气分子，形成的压力催动气动力风机9，气动力风机9工作后，在室内形成强制风力循环降温，最后经室内供气阀13流出对室内环境进行供氧。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 

Claims (5)

1.一种矿井紧急避险设施用供氧制冷装置，其特征在于：包括液氧存储设备，与此液氧存储设备顺次连接有位于室内的液体阀、节流阀、蒸发器、膨胀器；膨胀器的出口连接有风机调节阀以及吹向蒸发器的气动风机，与风机调节阀以及气动风机并联设有供气调节阀，供气调节阀以及气动风机的出口尾端为并联的两支路：一支路位于室内且其上设有室内供气阀；另一支路伸出室外且在室内部分上设有室外排气阀。

2.根据权利要求1所述的矿井紧急避险设施用供氧制冷装置，其特征在于：所述的风机调节阀前设有过滤器。

3.根据权利要求1所述的矿井紧急避险设施用供氧制冷装置，其特征在于：设有热增压热交换器，热增压热交换器内设有节流阀或毛细管、蒸发器前管以及气动风机后管。

4.根据权利要求1所述的矿井紧急避险设施用供氧制冷装置，其特征在于：所述的液氧存储设备包括由内到外的金属壳体内层、真空层、金属壳体外层以及外保温层。

5.根据权利要求1或4所述的矿井紧急避险设施用供氧制冷装置，其特征在于：所述液氧存储设备上设有注液阀门和泄压阀。

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