基于化学制冷的矿井避难硐室压风冷却装置及其冷却方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿山安全和制冷领域，特别涉及一种基于化学制冷剂的矿井压风冷却装置及利用所述装置对矿井避难硐室压风进行冷却的方法。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的进步与发展以及对人生命权益意识的提高，作为在灾难和意外事故发生后对人生命的保护紧急避险设施，矿井避难硐室在矿山井下灾害事故后为遇险矿工的生存安全发挥重大作用，受到了国内外采矿行业的普遍关注。煤矿避难硐室降温系统应满足无大功率和大容量电源、无安全隐患、易于维护或免维护、经济实用等要求。当煤矿井下发生灾害事故时，被困于灾区的遇险人员会进入密闭的矿井避难硐室内避险，由于人体代谢产热将导致避难硐室内温度逐渐上升。因此，必须对避难硐室内进行降温，以满足在无任何外界支持的条件下96小时额定防护时间内硐室环境温度不大于35°C的防护要求。目前已有的避难硐室降温方式包括空调降温、蓄冰降温、高压二氧化碳膨胀降温和相变降温等，其中只有高压液态二氧化碳膨胀降温和相变降温可在无电力条件下实现，但二氧化碳用量大，导致储备容器体积大，存在泄漏可能，使用后降温系统恢复难度大，且二氧化碳属于温室气体，而相变降温受相变材料相变温度的影响，适用范围受到一定限制。为满足避难硐室内供氧与空气净化要求，有关规定还要求避难硐室内必需接入矿井压风系统且供风量不小于0.3m3/(min.人)。然而，由于矿井压风温度与矿井环境温度接近，难以满足硐室内降温的需要。
【发明内容】
[0003]为了解决现有技术中的上述问题，本发明的目的是提供一种基于化学制冷剂的矿井压风冷却装置。
[0004]为实现上述发明目的，本发明技术方案如下:
[0005]—种基于化学制冷的矿井避难硐室压风冷却装置，包括腔体，所述腔体内部分隔为3个密闭的腔室，依次为入口集气腔室、中间的蓄冷箱、出口集气腔室，所述蓄冷箱内部设有多根冷凝管，所述冷凝管的两端分别延伸至所述空气入口集气腔室和空气入口集气腔室的内部，所述入口集气腔室通过进气管路与避难硐室的压风管路连通，所述出口集气腔室的腔体壁上开设有出风口，所述蓄冷箱内放置化学制冷剂，所述化学制冷剂为相变温度为30-35°C的结晶水合物溶剂盐和易于溶解于水的无机溶质盐的混合物，溶质盐溶解过程中发生溶解吸热反应。
[0006]设定相变温度为30-35°C是因为这样的化学制冷剂能满足降温装置使用在35°C以下的煤矿避难硐室环境的本行业要求。
[0007]作为优选方式，所述化学制冷剂的配方按质量百分比计，为KNO3: NH4NO3:Na2CO3.1OH2O = 6%:42%:52%0这样的配方，单位质量释放的潜热比较大，且能使反应物溶解完全。
[0008]作为优选方式，所述化学制冷剂的配方按质量百分比计，为NH4NO3: Na2HPO4.12H20:Na2CO3.1OH2O = 50 %:37%: 13 %。这样的配方，单位质量释放的潜热比较大，且能使反应物溶解完全。
[0009]本发明的两种不同的化学制冷剂表面一接触就发生反应，反应温度能达到-5°C。溶质盐溶解过程中夺取相变材料的中的水分子，发生溶解吸热反应。本装置能使压风温度冷却到15 °C以下以便给硐室降温。
[0010]作为优选方式，所述进气管路包括与避难硐室的压风管路连接的法兰接口、一端与法兰接口连接另一端延伸至所述入口集气腔室内部的供气管、位于所述供气管上的供气阀门。
[0011 ]作为优选方式，所述腔体上设有入水管路和出水管路，所述入水管路位于腔体外的一端接入避难硐室的供水管路，另一端延伸至蓄冷箱内部;所述出水管路位于腔体外的一端通过单向放水阀接入避难硐室的排水沟槽，另一端延伸至蓄冷箱内部。
[0012]作为优选方式，所述腔体上设有排气管，所述排气管位于腔体外的一端与避难硐室排气管道连接，另一端延伸至蓄冷箱内部。排气管12用于排除蓄冷箱中两种化学制冷剂发生溶解反应后产生的氨气。
[0013]作为优选方式，所述腔体顶部设有开合所述腔体的盖板。
[0014]作为优选方式，所述腔体内部通过分隔板分隔为3个密闭的腔室。
[0015]本发明的另一个目的是提供一种利用上述冷却装置对矿井避难硐室压风进行冷却的方法，其技术方案如下:
[0016]一种利用上述冷却装置对矿井避难硐室压风进行冷却的方法，将相变温度为30-35°C的结晶水合物溶剂盐装入所述蓄冷箱，室内温度超过控制温度后，将无机溶质盐按照配比装入所述蓄冷箱，溶质盐溶解过程中发生溶解吸热反应，通过进气管路将避难硐室的压风导入入口集气腔室，压风经入口集气腔室进入蓄冷箱，蓄冷箱的冷凝管在化学制冷剂的作用下对压风进行冷却，冷却后的压风经出口集气腔室的出风口排出至避难硐室，对避难硐室提供冷量。
[0017]作为优选方式，所述方法进一步包括如下步骤:
[0018](I)将避难硐室的压风管路通过法兰接口连接冷却装置的进气管路；
[0019](2)通过入水管路将避难硐室的供水管路接入冷却装置，通过排气管将冷却装置的蓄冷箱与避难硐室的排气管道连通，通过出水管路将所述冷却装置的蓄冷箱与避难硐室的排水沟槽连通；
[0020](3)结晶水合物溶剂盐装入所述蓄冷箱；
[0021](4)室内温度超过控制的温度后，无机溶质盐按照配比装入所述蓄冷箱；
[0022](5)通过打开供气管上的供气阀门，使压风通过进气管路导入入口集气腔室，压风进入蓄冷箱，蓄冷箱的冷凝管在化学制冷剂的作用下对压风进行冷却，冷却后的压风经出口集气腔室的出风口排出至避难硐室，对避难硐室提供冷量；
[0023](6)结晶水合物溶剂盐与无机溶质盐溶解反应完成后，通过延伸至蓄冷箱内部的入水管向蓄冷箱加入水，使未完全水解的结晶水合物溶剂盐完全溶解；
[0024](7)通过打开出水管路上的单向放水阀，将溶解后的液体放出；通过排气管排除蓄冷箱中化学制冷剂溶解反应后产生的氨气。
[0025]本发明的有益效果为:本发明通过冷凝管将通过所述压风冷却装置的矿井压风冷却到15°C以下后，送入矿井避难硐室生存室环境，达到在96小时内将避难硐室内环境温度控制在35°C以下的目的。本发明所述压风冷却装置充分利用矿井压风提供的动力，实现了无需电源驱动的矿井避难硐室降温，本发明采用的化学制冷剂混合物具有单位体积潜热大、结晶水合物相变温度高、无腐蚀作用、常温环境使用安全。与现有的避难硐室采用的空调降温、蓄冰降温、高压二氧化碳膨胀降温和相变降温相比，本装置无需电力驱动、系统体积小、冷量存取简单易得、适用环境温度范围广、免于维护，方法实施简单，无需电源供给，无安全隐患，在96小时能有效地控制避难硐室内温度。
【附图说明】
[0026]图1是本发明的结构示意图。
[0027]其中，I为法兰接口，2为供气阀门，3为供气管，4为入口集气腔室，5为蓄冷箱，6为冷凝管，7为出风口，8为单向放水阀，9为出水管路，1为出口集气腔室，11为入水管路，12为排气管，13为盖板，14为腔体。
【具体实施方式】
[0028]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0029]—种基于化学制冷的矿井避难硐室压风冷却装置，包括腔体14，所述腔体14内部通过分隔板分隔为3个密闭的腔室，依次为入口集气腔室4、中间的蓄冷箱5、出口集气腔室10，所述蓄冷箱内部设有多根冷凝管6，所述冷凝管的两端分别延伸至所述空气入口集气腔室和空气入口集气腔室的内部，所述入口集气腔室通过进气管路与避难硐室的压风管路连通，所述出口集气腔室的腔体壁上开设有出风口 7，所述蓄冷箱内放置化学制冷剂，所述化学制冷剂为相变温度为30-35°C的结晶水合物溶剂盐和易于溶解于水的无机溶质盐的混合物，溶质盐溶解过程中发生溶解吸热反应。
[0030]设定相变温度为30_35°C是因为这样的化学制冷剂能满足降温装置使用在35°C以下的煤矿避难硐室环境的本行业要求。
[0031 ] 本实施例中优选的第一种配方为，按质量百分比计，为KNO3: NH4NO3: Na2CO3.1OH2O=6%:42%:52%。这样的配方，单位质量释放的潜热比较大，且能使反应物溶解完全。
[0032]本实施例中优选的第二种配方为，按质量百分比计，为NH4NO3: Na2HPO4.