CN203130147U - 矿井紧急避险救生系统用二氧化碳制冷装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种矿井紧急避险救生系统用二氧化碳制冷装置，其特征在于：包括液态二氧化碳存储设备，与此存储设备顺次连接有液体阀、节流阀、位于室内的蒸发器以及膨胀器；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，气动风机的出口端连接有气管，气管尾端伸出室外且在室内部分上设有室外排气阀。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。

Description

矿井紧急避险救生系统用二氧化碳制冷装置

技术领域

本实用新型涉及一种矿井应急设备，具体为矿井紧急避险救生系统用二氧化碳制冷装置。

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救生系统用二氧化碳制冷装置，本实用新型制冷迅速，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：

一种矿井紧急避险救生系统用二氧化碳制冷装置，其特征在于：包括液态二氧化碳存储设备，与此存储设备顺次连接有液体阀、节流阀、位于室内的蒸发器以及膨胀器；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，气动风机的出口端连接有气管，气管尾端伸出室外且在室内部分上设有室外排气阀。

进一步的，所述的风机调速阀前设有过滤器。

进一步的，设有热增压热交换器，热增压热交换器内后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，所述的液态二氧化碳存储设备的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组成。

进一步的，所述液态二氧化碳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，利用液态二氧化碳作为工作介质在蒸发器内蒸发吸热、膨胀，膨胀的动力带动风机循环降低室内温度的一次性蒸发制冷的一项新技术。

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，其主要是利用液态二氧化碳的蒸发吸热原理，在蒸发装置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，可以满足人体在有限的局部空间环境内对温度、湿度的生存需要，并且可实现节约空间，具体地说本发明是一种集制冷降温、除湿、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，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，可为避难人员提供较长自救保护时间，给外部人员的营救赢得宝贵的时间。

将液态二氧化碳存放在由金属壳体内层、真空层、金属壳体外层以及外保温层组成的真空绝热储存装置中，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。

     当事故发生人员受困时，开启液体阀，液态的二氧化碳流经蒸发节流阀，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，故液态的二氧化碳分子通过蒸发器迅速吸收空间的热量，调节风机调速阀，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内部的液态二氧化碳工作介质强制吹风增吸收热量，液态的工作介质吸收蒸发器外部热量后，大多数液态二氧化碳在蒸发器中变为气态的二氧化碳分子，部分没有完全蒸发的液态二氧化碳分子通过膨胀器时，在膨胀器内完成全部蒸发，形成气态的二氧化碳分子，形成的压力催动气动力风机，气动风机工作后，在室内形成强制风力循环降温。系统内蒸发后的饱和二氧化碳气体流经热增压交换器，使未经蒸发的二氧化碳液体吸收部分气体的热量，然后，饱和二氧化碳气体通过室外排气阀后，排至室外。

可见，本实用新型的创新点体现在：

l       该二氧化碳制冷装置技术利用了液态二氧化碳分子的气化吸热原理，对室内空间的吸收热量实现降温，相同体积的液态二氧化碳蒸发过程中产生的气化焓12.9kj/mol大，相比蓄冰类空调、液态氧及液态氮制冷潜热大，比相同体积的水6.008kj/mol的融化热大两倍，比相同体积的液态氧3.4099kj/mol大四倍，因此在空间有限的避难系统中使用二氧化碳作为制冷工质，占用体积小，且制冷量大的优势突出。

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真空绝热储存瓶、液态二氧化碳、节流阀、蒸发器、气动风机和室外排气阀组成的利用二氧化碳作为制冷工作介质的单向一次性制冷装置。

l       该二氧化碳制冷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，利用液态二氧化碳，通过蒸发器蒸发相变吸热制冷降温，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       相同体积的液态二氧化碳瓶，与相同体积的冰和液态氧相比，占用空间体积较小。

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、液态二氧化碳；6、泄压阀；7、注液阀门；8、液体阀；9、节流阀；10、蒸发器；11、膨胀器；12、过滤器；13、风机调速阀；14、气动风机；15、热增压热交换器；16、室外排气阀。

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，一种矿井紧急避险救生系统用二氧化碳制冷装置，包括室内空间的液态二氧化碳存储设备，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7和泄压阀6，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8、节流阀9、蒸发器10、膨胀器11；膨胀器11的出口顺次连接有过滤器12、风机调节阀13以及吹向蒸发器10的气动风机14，气动风机14的连接有气管，气管的尾部伸出室外且在室内部分上设有室外排气阀16。

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8，液态的二氧化碳流经蒸发节流阀9，经节流后的液体进入蒸发器10，由于蒸发装置10为金属传热导体，蒸发器10与空间接触的表面积较大，故液态的二氧化碳分子通过蒸发器迅速吸收空间的热量，调节风机调速阀13，蒸发膨胀形成的动力带动气动风机14，气动风机14运转后对蒸发器内部的液态二氧化碳工作介质5强制吹风增吸收热量，液态的工作介质5吸收蒸发器10外部热量后，大多数液态二氧化碳在蒸发器10中变为气态的二氧化碳分子，部分没有完全蒸发的液态二氧化碳分子通过膨胀器11时，在膨胀器11内完成全部蒸发，形成气态的二氧化碳分子，形成的压力催动气动力风机14，气动风机14工作后，在室内形成强制风力循环降温。系统内蒸发后的饱和二氧化碳气体流经热增压交换器15，使未经蒸发的二氧化碳液体吸收部分气体的热量，然后，饱和二氧化碳气体通过室外排气阀16后，排至室外。

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救生系统用二氧化碳制冷装置，其特征在于：包括液态二氧化碳存储设备，与此存储设备顺次连接有液体阀、节流阀、位于室内的蒸发器以及膨胀器；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，气动风机的出口端连接有气管，气管尾端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救生系统用二氧化碳制冷装置，其特征在于：所述的风机调速阀前设有过滤器。

3.根据权利要求1所述的矿井紧急避险救生系统用二氧化碳制冷装置，其特征在于：设有热增压热交换器，热增压热交换器内后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救生系统用二氧化碳制冷装置，其特征在于：所述的液态二氧化碳存储设备的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组成。

5.根据权利要求1或4所述的矿井紧急避险救生系统用二氧化碳制冷装置，其特征在于：所述液态二氧化碳存储设备上设有注液阀门和泄压阀。