井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，包括由壓縮機、安全閥、油分離器、冷凝器、儲液器、干燥過濾器、噴液閥、熱力旁通閥、氣液分離器、截止閥等組成的機械制冷模塊；視液鏡、熱力膨脹閥、蓄冰箱、截止閥等組成的蓄冰箱模塊；壓縮空氣氣壓源、空氣過濾器、減壓閥、油霧器、氣動馬達、流量調(diào)節(jié)閥、氣動冷凝風(fēng)機、消聲器等組成的氣路模塊；壓縮空氣鋼瓶、調(diào)節(jié)手閥、壓力調(diào)節(jié)器、氣動風(fēng)機、消聲器等組成的釋冷模塊。本發(fā)明的制冷效率高；采用井下壓風(fēng)作為氣源，工作過程中不需采用電源；制冷系統(tǒng)采用過冷設(shè)計；可實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)，無需自動控制壓機啟停；壓縮機和氣動馬達之間通過帶傳動聯(lián)接，裝配效率高、傳動比可控。
【專利說明】井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及井下救生用空調(diào)裝置，具體涉及一種井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]井下救生用空調(diào)裝置一般用于井下救生艙和避難硐室，目前該類產(chǎn)品主要采用蓄冰制冷和液態(tài)二氧化碳制冷兩種方式。隨著救生艙和避難硐室技術(shù)和規(guī)范的明晰化，煤礦現(xiàn)在對救生艙和避難硐室制冷的要求為最大限度地降低次生傷害的發(fā)生。液態(tài)二氧化碳制冷因單瓶二氧化碳所能儲存的冷量有限，所需儲氣量很大，氣瓶數(shù)量繁多。按單個氣瓶70L計算，每瓶可容納的液態(tài)二氧化碳重量為:70X0.6 = 42kg。一個成年男人人體散熱量取為108W，一天的散熱量為:108 X 3.6 X 24 = 9331.2kJ。每千克二氧化碳在從液態(tài)變成氣態(tài)的相變過程中要吸收292 kj的熱量。要平衡一人一天的散熱量，需要70L的氣瓶數(shù)量為:9331.2 + 292 + 42 = 0.76瓶。對于100人的避難硐室，要滿足救生硐室國標(biāo)規(guī)定的96小時甚至更長的放冷時間指標(biāo)，至少需要70L的氣瓶數(shù)量為:100X0.76X4 = 304瓶。如果考慮硐室內(nèi)其它各種設(shè)備的熱源，并將釋冷時間指標(biāo)延長至106h，則需要的氣瓶數(shù)量又會增加不少。如此多的氣瓶安裝在一起，連接管路錯綜復(fù)雜，氣體泄露問題不容忽視，且存在發(fā)生較大次生災(zāi)害的隱患，使其應(yīng)用受到一定的限制。
[0003]電動蓄冰制冷是目前冰蓄冷空調(diào)中的主流，但因煤礦的特殊使用環(huán)境，對制冷裝置的防爆性能提出了嚴格的要求。這一特殊要求加大了該產(chǎn)品的技術(shù)難度，提高了設(shè)備成本，并且維護起來也比較困難。此外，由于目前蓄電池在井下的使用仍然存在問題，同時較大制冷負荷下釋冷風(fēng)機持續(xù)運行所需的總耗電量也很可觀，這些都阻礙了電驅(qū)動方式在井下冰蓄冷空調(diào)裝置釋冷風(fēng)機中的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置。其制冷效率高；采用井下壓風(fēng)作為氣源，工作過程中不需采用電源；制冷系統(tǒng)采用過冷設(shè)計；可實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)，無需自動控制壓機啟停；壓縮機和氣動馬達之間通過帶傳動聯(lián)接，裝配效率高、傳動比可控。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:
井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，包括有蓄冰箱，蓄冰箱包括蓄冰箱箱體，蓄冰箱箱體內(nèi)安裝有蒸發(fā)盤管和釋冷風(fēng)道，其特征在于:包括有壓縮機，壓縮機的輸出端接入油分離器，油分離器的出氣端接入冷凝器中冷凝盤管，冷凝盤管的輸出端接入儲液器中，儲液器的輸出端接入冷凝器中過冷盤管，過冷盤管的輸出端接入干燥過濾器，干燥過濾器的輸出端接入蓄冰箱的蒸發(fā)盤管中，所述干燥過濾器和蓄冰箱連接管路上依次安裝有兩個截止閥、視液鏡和熱力膨脹閥，所述蓄冰箱中蒸發(fā)盤管的輸出管路接入氣液分離器，所述蒸發(fā)盤管的輸出管路上安裝有兩個截止閥；所述油分離器的出油端通過管路與氣液分離器的輸出管路匯總后接入壓縮機中。包括有氣壓源，氣壓源的輸出管路上并聯(lián)有支路一和支路二，所述支路一接入氣動馬達，氣動馬達和壓縮機之間通過帶傳動連接，支路二接入冷凝器的氣動冷凝風(fēng)機，氣動冷凝風(fēng)機的輸出管路和氣動馬達的輸出管路匯合后接入消聲器一，消聲器一的輸出端敞開。包括裝有壓縮空氣的氣瓶，氣瓶的輸出管路上依次安裝有調(diào)節(jié)手閥、壓力調(diào)節(jié)器，氣瓶的輸出管路接入氣動風(fēng)機，氣動風(fēng)機的輸出端接入消聲器二，消聲器二的輸出端敞開，所述氣動風(fēng)機安裝在蓄冰箱釋冷風(fēng)道出風(fēng)口處，驅(qū)動空氣流過釋冷風(fēng)道，帶出蓄冰箱中儲存的冷量。
[0006]所述的井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，其特征在于:干燥過濾器的輸出端通過管路并聯(lián)接入多個蓄冰箱的蒸發(fā)盤管中，每個蓄冰箱中蒸發(fā)盤管的輸出管路匯總后接入所述的氣液分離器中。
[0007]所述的井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，其特征在于:所述蓄冰箱外串聯(lián)一個或多個蓄冰箱，所述氣動風(fēng)機安裝在外側(cè)蓄冰箱釋冷風(fēng)道出風(fēng)口處，驅(qū)動氣流帶出冷量。
[0008]所述的井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，其特征在于:所述壓縮機和油分離器的連接管路上安裝有安全閥；所述油分離器和冷凝器的連接管路與蒸發(fā)盤管的輸出管路之間安裝有熱力旁通閥；過冷管路和干燥過濾器的連接管路與蒸發(fā)盤管的輸出管路之間安裝有噴液閥。
[0009]所述的井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，其特征在于:所述氣壓源的輸出管路上依次連接有空氣過濾器、減壓閥和油霧器，所述支路一和支路二上分別安裝有流量調(diào)節(jié)閥。
[0010]所述的井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，其特征在于:所述支路一和支路二上分別依次安裝有流量調(diào)節(jié)閥、空氣過濾器、減壓閥和油霧器。
[0011]所述開啟式的壓縮機、安全閥、油分離器、冷凝器、儲液器、干燥過濾器、噴液閥、熱力旁通閥、氣液分離器、截止閥等組成機械制冷模塊；視液鏡、熱力膨脹閥、蓄冰箱(包括蒸發(fā)盤管、蓄冰箱箱體、釋冷風(fēng)道等)、截止閥等組成蓄冰箱模塊；壓縮空氣氣壓源、空氣過濾器、減壓閥、油霧器、氣動馬達、流量調(diào)節(jié)閥、氣動冷凝風(fēng)機、消聲器等組成氣路模塊；壓縮空氣鋼瓶、調(diào)節(jié)手閥、壓力調(diào)節(jié)器、氣動風(fēng)機、消聲器等組成釋冷模塊。
[0012]本發(fā)明的氣路模塊分為兩條支路，采用井下壓風(fēng)作為氣源驅(qū)動氣動馬達運轉(zhuǎn)。其中一條支路中氣動馬達通過帶傳動驅(qū)動壓縮機運轉(zhuǎn)，另一支路中風(fēng)機直接固定在氣動馬達上，馬達直接驅(qū)動冷凝風(fēng)機帶走冷凝器散發(fā)的熱量。共同維持制冷設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，工作過程中不需采用電源，安全性高。
[0013]由上述技術(shù)方案可知，在礦井正常工作狀態(tài)下，啟動制冷模式，通過煤礦壓風(fēng)系統(tǒng)驅(qū)動氣動馬達帶動壓縮機運轉(zhuǎn)，制冷劑直接在蓄冰箱盤管內(nèi)蒸發(fā)進行蓄冰，傳熱效率高。當(dāng)井下發(fā)生災(zāi)變時，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入蓄冰箱放冷模式，這時利用氣瓶中的壓縮空氣驅(qū)動釋冷氣動風(fēng)機，通過強制對流循環(huán)由蓄冰箱釋冷風(fēng)道將儲存的冷量放出，以保持救生艙或避難硐室內(nèi)適宜的溫度、濕度。
[0014]其中，制冷系統(tǒng)采用了過冷設(shè)計，有效避免制冷劑在流入熱力膨脹閥之前發(fā)生閃發(fā)，這一設(shè)計使得機械制冷模塊和蓄冰箱模塊之間的管路長度可以有較大的變化范圍；熱力膨脹閥直接固定在蓄冰箱箱體上，使其與蒸發(fā)盤管之間的距離實現(xiàn)了最短化，減小了制冷劑在管路中的壓力損失，有效提高了空調(diào)裝置的制冷效率；還對管路系統(tǒng)進行了專門的設(shè)計，通過熱力旁通閥實現(xiàn)高壓制冷劑氣體旁通至壓縮機回氣管路，避免壓縮機吸氣壓力過低，實現(xiàn)了空調(diào)裝置的自動能量調(diào)節(jié)和制冷系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)，無需自動控制壓機啟停，延長了使用壽命；通過在制冷劑過冷液體管路和吸氣管路之間安裝一個噴液閥，對壓縮機排氣溫度進行響應(yīng)，保證壓縮機在高壓縮比的工況下保持合適的排氣溫度；壓縮機和氣動馬達之間采用帶傳動聯(lián)接，實現(xiàn)動力傳遞，相比聯(lián)軸器聯(lián)接，具有安裝精度要求低、裝配效率高等優(yōu)點，可以通過選擇合適的傳動比來保證氣動馬達輸出特性和壓縮機負載特性之間的合理匹配。
[0015]本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在:1)氣路模塊采用井下壓風(fēng)作為氣源，工作過程中不需采用電源，安全性高；2)制冷系統(tǒng)采用過冷設(shè)計，避免了制冷劑進入熱力膨脹閥之前發(fā)生閃發(fā)，對管路長度變化適應(yīng)性強；3)熱力膨脹閥直接固定在蓄冰箱箱體，最短化與蒸發(fā)盤管的距離，有效提高了制冷效率；4)通過專門的管路系統(tǒng)設(shè)計，可實現(xiàn)系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)，無需自動控制壓機啟停；5)壓縮機和氣動馬達之間通過帶傳動聯(lián)接，實現(xiàn)動力傳遞，相比聯(lián)軸器聯(lián)接，具有裝配效率高、傳動比可控等優(yōu)點；6)組合方式靈活可變，適應(yīng)于不同環(huán)境要求。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
[0017]圖2是本發(fā)明蓄冰箱并聯(lián)蓄冰的實施例圖。
[0018]圖3是本發(fā)明蓄冰箱串聯(lián)釋冷的實施例圖。
[0019]圖4是本發(fā)明氣路模塊氣源調(diào)節(jié)裝置并聯(lián)的實施例圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明:
圖1是本發(fā)明系統(tǒng)原理圖，其具體工作方式如下:
本發(fā)明由機械制冷模塊、蓄冰箱模塊、氣路模塊和釋冷模塊組成。
[0021]機械制冷模塊由開啟式壓縮機10、安全閥11、油分離器12、冷凝器13、儲液器14、干燥過濾器15、噴液閥16、熱力旁通閥17、氣液分離器19、截止閥18等組成。
[0022]蓄冰箱模塊由視液鏡21、熱力膨脹閥22、蓄冰箱23、截止閥20等組成。其中，蓄冰箱包括蒸發(fā)盤管、蓄冰箱箱體、釋冷風(fēng)道等組件。
[0023]氣路模塊由壓縮空氣氣壓源30、空氣過濾器31、減壓閥32、油霧器33、氣動馬達34、流量調(diào)節(jié)閥35、氣動冷凝風(fēng)機36、消聲器一 37等組成。在減壓閥32后設(shè)置壓力表，用于觀察進入氣動馬達34和氣動冷凝風(fēng)機36的氣體壓力是否滿足要求。在實際使用過程中，空氣過濾器31、減壓閥32和油霧器33三個組件的功能通常被集成在一起，稱之為過濾器、減壓閥、油霧器三聯(lián)件。
[0024]釋冷模塊由壓縮空氣鋼瓶40、調(diào)節(jié)手閥41、壓力調(diào)節(jié)器42、氣動風(fēng)機43、消聲器二44等組成。其中壓縮空氣鋼瓶40在實際使用中通常為多瓶并聯(lián)。在壓力調(diào)節(jié)器42后設(shè)置壓力表，用于觀察進入氣動風(fēng)機43的氣體壓力是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。
[0025]蓄冰工況下，機械制冷模塊、蓄冰箱模塊和氣路模塊共同工作，使蓄冰箱中的水結(jié)冰儲存冷量。氣路模塊中氣壓源30與井下壓風(fēng)系統(tǒng)相連，壓縮空氣流經(jīng)過濾器、減壓閥、油霧器三聯(lián)件過濾、調(diào)壓、加油后，分為兩條支路。其中一條支路中壓縮空氣流入氣動馬達34，通過帶傳動驅(qū)動開啟式壓縮機10運行，另一支路中壓縮空氣進入氣動馬達驅(qū)動冷凝風(fēng)機36帶走冷凝器散發(fā)的熱量，每一支路中的氣體流量由流量調(diào)節(jié)閥35來控制，最后從馬達排除的低壓氣體匯入同一管路，經(jīng)消聲器一 37降噪處理后排入環(huán)境。氣動馬達的主要功能是將壓縮氣體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能。壓縮機10和氣動馬達34之間采用帶傳動聯(lián)接，實現(xiàn)動力傳遞，相比聯(lián)軸器聯(lián)接，具有安裝精度要求低、裝配效率高等優(yōu)點，可以通過選擇合適的傳動比來實現(xiàn)氣動馬達34和壓縮機10的合理匹配。
[0026]機械制冷模塊中，高溫高壓制冷劑氣體從壓縮機10中排出，經(jīng)安全閥11，如果制冷劑壓力高于安全閥設(shè)定值，便排入環(huán)境，在這里安全閥發(fā)揮高壓保護的作用。制冷劑接著流經(jīng)油分離器12，潤滑油經(jīng)分離處理后回到壓縮機。通過冷凝器13散熱后，制冷劑被冷卻，成為液體，流入儲液器14。這里，系統(tǒng)采用了過冷設(shè)計，制冷劑又流入換熱器過冷管路，使得進入干燥過濾器15的制冷劑液體具有較大的過冷度，有效避免了制冷劑在流入熱力膨脹閥之前發(fā)生閃發(fā)。過冷液體通過機械制冷模塊和蓄冰箱模塊中的截止閥18和20后，流經(jīng)視液鏡21，進入熱力膨脹閥22節(jié)流后流入蓄冰箱23中的蒸發(fā)盤管，通過蒸發(fā)吸熱使蓄冰箱中的水結(jié)冰，然后流經(jīng)截止閥18和20后，進入氣液分離器19，最后回到壓縮機10，完成制冷循環(huán)。制冷系統(tǒng)中的熱力旁通閥17被用來將高壓制冷劑氣體旁通至壓縮機回氣管路，避免蓄冰箱中冰的溫度較低的時候壓縮機吸氣壓力過低，實現(xiàn)了空調(diào)裝置的自動能量調(diào)節(jié)和制冷系統(tǒng)連續(xù)運轉(zhuǎn)，無需自動控制壓機啟停；噴液閥16被安裝在制冷劑過冷液體管路和吸氣管路之間，用來對壓縮機排氣溫度進行控制，保證壓縮機在高壓縮比的工況下排氣溫度不會過高。
[0027]釋冷工況下，打開調(diào)節(jié)手閥41，利用壓縮空氣鋼瓶40中的壓縮空氣驅(qū)動氣動風(fēng)機43，通過強制對流循環(huán)由蓄冰箱23中的釋冷風(fēng)道將儲存的冷量放出，以保持救生艙或避難硐室內(nèi)適宜的溫度、濕度。通過調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器42，保證進入氣動風(fēng)機43的氣體壓力滿足要求。最后，氣體經(jīng)消聲器二 44降噪處理后排入環(huán)境。
[0028]圖1中本發(fā)明實施例在蓄冰和釋冷工況下都只有單個蓄冰箱；氣路模塊中壓縮空氣先流經(jīng)過濾器、減壓閥、油霧器三聯(lián)件過濾、調(diào)壓、加油后，才分為兩條支路。實際應(yīng)用中具體的組合方式可根據(jù)環(huán)境要求自由配置，圖2、圖3和圖4就是本發(fā)明的常用實施例。
[0029]圖2是本發(fā)明蓄冰箱并聯(lián)蓄冰的實施例圖。蓄冰箱并聯(lián)，共用一個機械制冷模塊，可依次完成蓄冰，兩者的制冷過程互不影響。而在維持蓄冰量時，機械制冷模塊可同時為兩個蓄冰箱提供冷量。
[0030]圖3是本發(fā)明蓄冰箱串聯(lián)釋冷的實施例圖。蓄冰箱通過管道將對應(yīng)的釋冷風(fēng)道串聯(lián)，共用一個氣動風(fēng)機，來實現(xiàn)蓄冰箱冷量的釋放。因釋冷風(fēng)道管徑大，風(fēng)阻較小，這樣就節(jié)省了氣動風(fēng)機成本和壓縮空氣耗氣量。
[0031]圖4是本發(fā)明氣路模塊氣源調(diào)節(jié)裝置并聯(lián)的實施例圖。和原方案相比，本實施例圖將過濾器、減壓閥、油霧器三聯(lián)件進行了并聯(lián)，且將流量調(diào)節(jié)閥置于氣源調(diào)節(jié)裝置之前，通過觀察減壓閥處的壓力表，可避免流量調(diào)節(jié)閥的壓損影響。
[0032]以上所述的實施例僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，包括有蓄冰箱，蓄冰箱包括蓄冰箱箱體，蓄冰箱箱體內(nèi)安裝有蒸發(fā)盤管和釋冷風(fēng)道，其特征在于: 包括有壓縮機，壓縮機的輸出端接入油分離器，油分離器的出氣端接入冷凝器中冷凝盤管，冷凝盤管的輸出端接入儲液器中，儲液器的輸出端接入冷凝器中過冷盤管，過冷盤管的輸出端接入干燥過濾器，干燥過濾器的輸出端接入蓄冰箱的蒸發(fā)盤管中，所述干燥過濾器和蓄冰箱連接管路上依次安裝有兩個截止閥、視液鏡和熱力膨脹閥，所述蓄冰箱中蒸發(fā)盤管的輸出管路接入氣液分離器，所述蒸發(fā)盤管的輸出管路上安裝有兩個截止閥；所述油分離器的出油端通過管路與氣液分離器的輸出管路匯總后接入壓縮機中； 包括有氣壓源，氣壓源的輸出管路上并聯(lián)有支路一和支路二，所述支路一接入氣動馬達，氣動馬達和壓縮機之間通過帶傳動連接，支路二接入冷凝器的氣動冷凝風(fēng)機，氣動冷凝風(fēng)機的輸出管路和氣動馬達的輸出管路匯合后接入消聲器一，消聲器一的輸出端敞開； 包括裝有壓縮空氣的氣瓶，氣瓶的輸出管路上依次安裝有調(diào)節(jié)手閥、壓力調(diào)節(jié)器，氣瓶的輸出管路接入氣動風(fēng)機，氣動風(fēng)機的輸出端接入消聲器二，消聲器二的輸出端敞開，所述氣動風(fēng)機安裝在蓄冰箱釋冷風(fēng)道出風(fēng)口處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，其特征在于:干燥過濾器的輸出端通過管路并聯(lián)接入多個蓄冰箱的蒸發(fā)盤管中，每個蓄冰箱中蒸發(fā)盤管的輸出管路匯總后接入所述的氣液分離器中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，其特征在于:所述蓄冰箱外串聯(lián)一個或多個蓄冰箱，所述氣動風(fēng)機安裝在外側(cè)蓄冰箱釋冷風(fēng)道出風(fēng)口處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，其特征在于:所述壓縮機和油分離器的連接管路上安裝有安全閥；所述油分離器和冷凝器的連接管路與蒸發(fā)盤管的輸出管路之間安裝有熱力旁通閥；過冷管路和干燥過濾器的連接管路與蒸發(fā)盤管的輸出管路之間安裝有噴液閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，其特征在于:所述氣壓源的輸出管路上依次連接有空氣過濾器、減壓閥和油霧器，所述支路一和支路二上分別安裝有流量調(diào)節(jié)閥。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井下救生用氣動冰蓄冷空調(diào)裝置，其特征在于:所述支路一和支路二上分別依次安裝有流量調(diào)節(jié)閥、空氣過濾器、減壓閥和油霧器。
【文檔編號】F24F5/00GK103982965SQ201410189234
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月6日
【發(fā)明者】韓勇, 鄧長權(quán), 許永峰, 趙貝 申請人:合肥天鵝制冷科技有限公司