井下救生用气动冰蓄冷空调装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种井下救生用气动冰蓄冷空调装置，包括由压缩机、安全阀、油分离器、冷凝器、储液器、干燥过滤器、喷液阀、热力旁通阀、气液分离器、截止阀等组成的机械制冷模块；视液镜、热力膨胀阀、蓄冰箱、截止阀等组成的蓄冰箱模块；压缩空气气压源、空气过滤器、减压阀、油雾器、气动马达、流量调节阀、气动冷凝风机、消声器等组成的气路模块；压缩空气钢瓶、调节手阀、压力调节器、气动风机、消声器等组成的释冷模块。本发明的制冷效率高；采用井下压风作为气源，工作过程中不需采用电源；制冷系统采用过冷设计；可实现系统连续运转，无需自动控制压机启停；压缩机和气动马达之间通过带传动联接，装配效率高、传动比可控。
【专利说明】井下救生用气动冰蓄冷空调装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及井下救生用空调装置，具体涉及一种井下救生用气动冰蓄冷空调装置。
【背景技术】
[0002]井下救生用空调装置一般用于井下救生舱和避难硐室，目前该类产品主要采用蓄冰制冷和液态二氧化碳制冷两种方式。随着救生舱和避难硐室技术和规范的明晰化，煤矿现在对救生舱和避难硐室制冷的要求为最大限度地降低次生伤害的发生。液态二氧化碳制冷因单瓶二氧化碳所能储存的冷量有限，所需储气量很大，气瓶数量繁多。按单个气瓶70L计算，每瓶可容纳的液态二氧化碳重量为:70X0.6 = 42kg。一个成年男人人体散热量取为108W，一天的散热量为:108 X 3.6 X 24 = 9331.2kJ。每千克二氧化碳在从液态变成气态的相变过程中要吸收292 kj的热量。要平衡一人一天的散热量，需要70L的气瓶数量为:9331.2 + 292 + 42 = 0.76瓶。对于100人的避难硐室，要满足救生硐室国标规定的96小时甚至更长的放冷时间指标，至少需要70L的气瓶数量为:100X0.76X4 = 304瓶。如果考虑硐室内其它各种设备的热源，并将释冷时间指标延长至106h，则需要的气瓶数量又会增加不少。如此多的气瓶安装在一起，连接管路错综复杂，气体泄露问题不容忽视，且存在发生较大次生灾害的隐患，使其应用受到一定的限制。
[0003]电动蓄冰制冷是目前冰蓄冷空调中的主流，但因煤矿的特殊使用环境，对制冷装置的防爆性能提出了严格的要求。这一特殊要求加大了该产品的技术难度，提高了设备成本，并且维护起来也比较困难。此外，由于目前蓄电池在井下的使用仍然存在问题，同时较大制冷负荷下释冷风机持续运行所需的总耗电量也很可观，这些都阻碍了电驱动方式在井下冰蓄冷空调装置释冷风机中的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种井下救生用气动冰蓄冷空调装置。其制冷效率高；采用井下压风作为气源，工作过程中不需采用电源；制冷系统采用过冷设计；可实现系统连续运转，无需自动控制压机启停；压缩机和气动马达之间通过带传动联接，装配效率高、传动比可控。
[0005]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
井下救生用气动冰蓄冷空调装置，包括有蓄冰箱，蓄冰箱包括蓄冰箱箱体，蓄冰箱箱体内安装有蒸发盘管和释冷风道，其特征在于:包括有压缩机，压缩机的输出端接入油分离器，油分离器的出气端接入冷凝器中冷凝盘管，冷凝盘管的输出端接入储液器中，储液器的输出端接入冷凝器中过冷盘管，过冷盘管的输出端接入干燥过滤器，干燥过滤器的输出端接入蓄冰箱的蒸发盘管中，所述干燥过滤器和蓄冰箱连接管路上依次安装有两个截止阀、视液镜和热力膨胀阀，所述蓄冰箱中蒸发盘管的输出管路接入气液分离器，所述蒸发盘管的输出管路上安装有两个截止阀；所述油分离器的出油端通过管路与气液分离器的输出管路汇总后接入压缩机中。包括有气压源，气压源的输出管路上并联有支路一和支路二，所述支路一接入气动马达，气动马达和压缩机之间通过带传动连接，支路二接入冷凝器的气动冷凝风机，气动冷凝风机的输出管路和气动马达的输出管路汇合后接入消声器一，消声器一的输出端敞开。包括装有压缩空气的气瓶，气瓶的输出管路上依次安装有调节手阀、压力调节器，气瓶的输出管路接入气动风机，气动风机的输出端接入消声器二，消声器二的输出端敞开，所述气动风机安装在蓄冰箱释冷风道出风口处，驱动空气流过释冷风道，带出蓄冰箱中储存的冷量。
[0006]所述的井下救生用气动冰蓄冷空调装置，其特征在于:干燥过滤器的输出端通过管路并联接入多个蓄冰箱的蒸发盘管中，每个蓄冰箱中蒸发盘管的输出管路汇总后接入所述的气液分离器中。
[0007]所述的井下救生用气动冰蓄冷空调装置，其特征在于:所述蓄冰箱外串联一个或多个蓄冰箱，所述气动风机安装在外侧蓄冰箱释冷风道出风口处，驱动气流带出冷量。
[0008]所述的井下救生用气动冰蓄冷空调装置，其特征在于:所述压缩机和油分离器的连接管路上安装有安全阀；所述油分离器和冷凝器的连接管路与蒸发盘管的输出管路之间安装有热力旁通阀；过冷管路和干燥过滤器的连接管路与蒸发盘管的输出管路之间安装有喷液阀。
[0009]所述的井下救生用气动冰蓄冷空调装置，其特征在于:所述气压源的输出管路上依次连接有空气过滤器、减压阀和油雾器，所述支路一和支路二上分别安装有流量调节阀。
[0010]所述的井下救生用气动冰蓄冷空调装置，其特征在于:所述支路一和支路二上分别依次安装有流量调节阀、空气过滤器、减压阀和油雾器。
[0011]所述开启式的压缩机、安全阀、油分离器、冷凝器、储液器、干燥过滤器、喷液阀、热力旁通阀、气液分离器、截止阀等组成机械制冷模块；视液镜、热力膨胀阀、蓄冰箱(包括蒸发盘管、蓄冰箱箱体、释冷风道等)、截止阀等组成蓄冰箱模块；压缩空气气压源、空气过滤器、减压阀、油雾器、气动马达、流量调节阀、气动冷凝风机、消声器等组成气路模块；压缩空气钢瓶、调节手阀、压力调节器、气动风机、消声器等组成释冷模块。
[0012]本发明的气路模块分为两条支路，采用井下压风作为气源驱动气动马达运转。其中一条支路中气动马达通过带传动驱动压缩机运转，另一支路中风机直接固定在气动马达上，马达直接驱动冷凝风机带走冷凝器散发的热量。共同维持制冷设备的正常运转，工作过程中不需采用电源，安全性高。
[0013]由上述技术方案可知，在矿井正常工作状态下，启动制冷模式，通过煤矿压风系统驱动气动马达带动压缩机运转，制冷剂直接在蓄冰箱盘管内蒸发进行蓄冰，传热效率高。当井下发生灾变时，系统转入蓄冰箱放冷模式，这时利用气瓶中的压缩空气驱动释冷气动风机，通过强制对流循环由蓄冰箱释冷风道将储存的冷量放出，以保持救生舱或避难硐室内适宜的温度、湿度。
[0014]其中，制冷系统采用了过冷设计，有效避免制冷剂在流入热力膨胀阀之前发生闪发，这一设计使得机械制冷模块和蓄冰箱模块之间的管路长度可以有较大的变化范围；热力膨胀阀直接固定在蓄冰箱箱体上，使其与蒸发盘管之间的距离实现了最短化，减小了制冷剂在管路中的压力损失，有效提高了空调装置的制冷效率；还对管路系统进行了专门的设计，通过热力旁通阀实现高压制冷剂气体旁通至压缩机回气管路，避免压缩机吸气压力过低，实现了空调装置的自动能量调节和制冷系统连续运转，无需自动控制压机启停，延长了使用寿命；通过在制冷剂过冷液体管路和吸气管路之间安装一个喷液阀，对压缩机排气温度进行响应，保证压缩机在高压缩比的工况下保持合适的排气温度；压缩机和气动马达之间采用带传动联接，实现动力传递，相比联轴器联接，具有安装精度要求低、装配效率高等优点，可以通过选择合适的传动比来保证气动马达输出特性和压缩机负载特性之间的合理匹配。
[0015]本发明的有益效果体现在:1)气路模块采用井下压风作为气源，工作过程中不需采用电源，安全性高；2)制冷系统采用过冷设计，避免了制冷剂进入热力膨胀阀之前发生闪发，对管路长度变化适应性强；3)热力膨胀阀直接固定在蓄冰箱箱体，最短化与蒸发盘管的距离，有效提高了制冷效率；4)通过专门的管路系统设计，可实现系统连续运转，无需自动控制压机启停；5)压缩机和气动马达之间通过带传动联接，实现动力传递，相比联轴器联接，具有装配效率高、传动比可控等优点；6)组合方式灵活可变，适应于不同环境要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的系统原理图。
[0017]图2是本发明蓄冰箱并联蓄冰的实施例图。
[0018]图3是本发明蓄冰箱串联释冷的实施例图。
[0019]图4是本发明气路模块气源调节装置并联的实施例图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明做进一步说明:
图1是本发明系统原理图，其具体工作方式如下:
本发明由机械制冷模块、蓄冰箱模块、气路模块和释冷模块组成。
[0021]机械制冷模块由开启式压缩机10、安全阀11、油分离器12、冷凝器13、储液器14、干燥过滤器15、喷液阀16、热力旁通阀17、气液分离器19、截止阀18等组成。
[0022]蓄冰箱模块由视液镜21、热力膨胀阀22、蓄冰箱23、截止阀20等组成。其中，蓄冰箱包括蒸发盘管、蓄冰箱箱体、释冷风道等组件。
[0023]气路模块由压缩空气气压源30、空气过滤器31、减压阀32、油雾器33、气动马达34、流量调节阀35、气动冷凝风机36、消声器一 37等组成。在减压阀32后设置压力表，用于观察进入气动马达34和气动冷凝风机36的气体压力是否满足要求。在实际使用过程中，空气过滤器31、减压阀32和油雾器33三个组件的功能通常被集成在一起，称之为过滤器、减压阀、油雾器三联件。
[0024]释冷模块由压缩空气钢瓶40、调节手阀41、压力调节器42、气动风机43、消声器二44等组成。其中压缩空气钢瓶40在实际使用中通常为多瓶并联。在压力调节器42后设置压力表，用于观察进入气动风机43的气体压力是否在规定的范围内。
[0025]蓄冰工况下，机械制冷模块、蓄冰箱模块和气路模块共同工作，使蓄冰箱中的水结冰储存冷量。气路模块中气压源30与井下压风系统相连，压缩空气流经过滤器、减压阀、油雾器三联件过滤、调压、加油后，分为两条支路。其中一条支路中压缩空气流入气动马达34，通过带传动驱动开启式压缩机10运行，另一支路中压缩空气进入气动马达驱动冷凝风机36带走冷凝器散发的热量，每一支路中的气体流量由流量调节阀35来控制，最后从马达排除的低压气体汇入同一管路，经消声器一 37降噪处理后排入环境。气动马达的主要功能是将压缩气体的压力能转换为机械能。压缩机10和气动马达34之间采用带传动联接，实现动力传递，相比联轴器联接，具有安装精度要求低、装配效率高等优点，可以通过选择合适的传动比来实现气动马达34和压缩机10的合理匹配。
[0026]机械制冷模块中，高温高压制冷剂气体从压缩机10中排出，经安全阀11，如果制冷剂压力高于安全阀设定值，便排入环境，在这里安全阀发挥高压保护的作用。制冷剂接着流经油分离器12，润滑油经分离处理后回到压缩机。通过冷凝器13散热后，制冷剂被冷却，成为液体，流入储液器14。这里，系统采用了过冷设计，制冷剂又流入换热器过冷管路，使得进入干燥过滤器15的制冷剂液体具有较大的过冷度，有效避免了制冷剂在流入热力膨胀阀之前发生闪发。过冷液体通过机械制冷模块和蓄冰箱模块中的截止阀18和20后，流经视液镜21，进入热力膨胀阀22节流后流入蓄冰箱23中的蒸发盘管，通过蒸发吸热使蓄冰箱中的水结冰，然后流经截止阀18和20后，进入气液分离器19，最后回到压缩机10，完成制冷循环。制冷系统中的热力旁通阀17被用来将高压制冷剂气体旁通至压缩机回气管路，避免蓄冰箱中冰的温度较低的时候压缩机吸气压力过低，实现了空调装置的自动能量调节和制冷系统连续运转，无需自动控制压机启停；喷液阀16被安装在制冷剂过冷液体管路和吸气管路之间，用来对压缩机排气温度进行控制，保证压缩机在高压缩比的工况下排气温度不会过高。
[0027]释冷工况下，打开调节手阀41，利用压缩空气钢瓶40中的压缩空气驱动气动风机43，通过强制对流循环由蓄冰箱23中的释冷风道将储存的冷量放出，以保持救生舱或避难硐室内适宜的温度、湿度。通过调节压力调节器42，保证进入气动风机43的气体压力满足要求。最后，气体经消声器二 44降噪处理后排入环境。
[0028]图1中本发明实施例在蓄冰和释冷工况下都只有单个蓄冰箱；气路模块中压缩空气先流经过滤器、减压阀、油雾器三联件过滤、调压、加油后，才分为两条支路。实际应用中具体的组合方式可根据环境要求自由配置，图2、图3和图4就是本发明的常用实施例。
[0029]图2是本发明蓄冰箱并联蓄冰的实施例图。蓄冰箱并联，共用一个机械制冷模块，可依次完成蓄冰，两者的制冷过程互不影响。而在维持蓄冰量时，机械制冷模块可同时为两个蓄冰箱提供冷量。
[0030]图3是本发明蓄冰箱串联释冷的实施例图。蓄冰箱通过管道将对应的释冷风道串联，共用一个气动风机，来实现蓄冰箱冷量的释放。因释冷风道管径大，风阻较小，这样就节省了气动风机成本和压缩空气耗气量。
[0031]图4是本发明气路模块气源调节装置并联的实施例图。和原方案相比，本实施例图将过滤器、减压阀、油雾器三联件进行了并联，且将流量调节阀置于气源调节装置之前，通过观察减压阀处的压力表，可避免流量调节阀的压损影响。
[0032]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
【权利要求】
1.井下救生用气动冰蓄冷空调装置，包括有蓄冰箱，蓄冰箱包括蓄冰箱箱体，蓄冰箱箱体内安装有蒸发盘管和释冷风道，其特征在于: 包括有压缩机，压缩机的输出端接入油分离器，油分离器的出气端接入冷凝器中冷凝盘管，冷凝盘管的输出端接入储液器中，储液器的输出端接入冷凝器中过冷盘管，过冷盘管的输出端接入干燥过滤器，干燥过滤器的输出端接入蓄冰箱的蒸发盘管中，所述干燥过滤器和蓄冰箱连接管路上依次安装有两个截止阀、视液镜和热力膨胀阀，所述蓄冰箱中蒸发盘管的输出管路接入气液分离器，所述蒸发盘管的输出管路上安装有两个截止阀；所述油分离器的出油端通过管路与气液分离器的输出管路汇总后接入压缩机中； 包括有气压源，气压源的输出管路上并联有支路一和支路二，所述支路一接入气动马达，气动马达和压缩机之间通过带传动连接，支路二接入冷凝器的气动冷凝风机，气动冷凝风机的输出管路和气动马达的输出管路汇合后接入消声器一，消声器一的输出端敞开； 包括装有压缩空气的气瓶，气瓶的输出管路上依次安装有调节手阀、压力调节器，气瓶的输出管路接入气动风机，气动风机的输出端接入消声器二，消声器二的输出端敞开，所述气动风机安装在蓄冰箱释冷风道出风口处。
2.根据权利要求1所述的井下救生用气动冰蓄冷空调装置，其特征在于:干燥过滤器的输出端通过管路并联接入多个蓄冰箱的蒸发盘管中，每个蓄冰箱中蒸发盘管的输出管路汇总后接入所述的气液分离器中。
3.根据权利要求1所述的井下救生用气动冰蓄冷空调装置，其特征在于:所述蓄冰箱外串联一个或多个蓄冰箱，所述气动风机安装在外侧蓄冰箱释冷风道出风口处。
4.根据权利要求1所述的井下救生用气动冰蓄冷空调装置，其特征在于:所述压缩机和油分离器的连接管路上安装有安全阀；所述油分离器和冷凝器的连接管路与蒸发盘管的输出管路之间安装有热力旁通阀；过冷管路和干燥过滤器的连接管路与蒸发盘管的输出管路之间安装有喷液阀。
5.根据权利要求1所述的井下救生用气动冰蓄冷空调装置，其特征在于:所述气压源的输出管路上依次连接有空气过滤器、减压阀和油雾器，所述支路一和支路二上分别安装有流量调节阀。
6.根据权利要求1所述的井下救生用气动冰蓄冷空调装置，其特征在于:所述支路一和支路二上分别依次安装有流量调节阀、空气过滤器、减压阀和油雾器。
【文档编号】F24F5/00GK103982965SQ201410189234
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】韩勇, 邓长权, 许永峰, 赵贝 申请人:合肥天鹅制冷科技有限公司