專利名稱：礦井軟體救生艙用無外界電源空調(diào)制冷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空調(diào)制冷系統(tǒng)，具體應(yīng)用于煤礦井下軟體救生艙內(nèi)的無外界電源的空調(diào)制冷系統(tǒng)，包括制冷劑工質(zhì)的閉式循環(huán)制冷系統(tǒng)和由發(fā)電機-蓄電池組成的電力儲存系統(tǒng)，無需任何外接電源。
背景技術(shù)：
煤礦井下發(fā)生災(zāi)害性事故時，有不同級別的救生系統(tǒng)提供給井下作業(yè)人員。一般第一級為井下硐室，會有較為齊全的物資和設(shè)備，并且會從外部供電和水，礦難發(fā)生時，井下作業(yè)人員可以在此待較長時間，但是硐室的投資很大，而且要與外界有管路聯(lián)通。第二級為救生艙硬艙，目前有移動式或固定式的，分布在礦井的主干道或者一些專設(shè)地點，能夠在一段時間內(nèi)為礦工提供必需的生存環(huán)境，而且能夠在瓦斯爆炸的環(huán)境中應(yīng)用，目前此類產(chǎn)品國內(nèi)外都已逐步投入市場。第三級為救生艙軟艙，分布在礦井工作第一線，在礦難發(fā)生并且工作人員無法及時離開工作現(xiàn)場時可以馬上給軟艙充氣，并投入使用。所以軟艙使用的獨立性、即時性，以及礦井內(nèi)的環(huán)境惡劣性，都對軟艙制冷系統(tǒng)提出了很高的技術(shù)要求，比如完全與外界氣體隔離，無外接電源供給，制冷設(shè)備體積小等。目前，煤礦救生艙空氣冷卻裝置可分為兩類一種是普通的分體式空調(diào)，空調(diào)主機置于救生艙內(nèi)部，制冷壓縮機置于艙外。因此，在瓦斯爆炸或透水時，必須面對制冷壓縮機組等有源部件的防爆問題。二是蓄冷式防爆空調(diào)，該系統(tǒng)包括艙外防爆制冷機組和艙內(nèi)空氣調(diào)節(jié)裝置。這兩類空調(diào)都需要外部電力來維持系統(tǒng)的正常運行。當發(fā)生事故時外部電力切斷，就只能依靠蓄電池供電。在災(zāi)害狀態(tài)下要維持較長時間的制冷，就需要儲備大量的電能，進而導致救生艙內(nèi)蓄電池體積過大。中國專利文獻號CN 101504176A中提到了一種用于煤礦的可移動式應(yīng)急救生艙的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，包括制冷壓縮機、翅片換熱器、冷凝風機、膨脹閥組成的艙外制冷機組和上蓄冰箱、下蓄冰箱及防爆風機等。主要作用是在礦井下發(fā)生事故時，利用最小的電量對救生艙內(nèi)部的溫濕度進行調(diào)節(jié)。但是該發(fā)明主要用于煤礦救生艙硬艙，而且必須要外部供電， 不能很好解決工作線上的緊急避難軟艙內(nèi)的制冷問題。中國專利文獻號CN 101761353A中公開了一種用于煤礦救生艙的空氣冷卻系統(tǒng)，包括液態(tài)二氧化碳制冷系統(tǒng)和噴射式制冷系統(tǒng)通過管路連接成聯(lián)合制冷系統(tǒng)，在煤礦井下發(fā)生事故時，無需外部供電，無需內(nèi)部儲備蓄電池，利用液態(tài)二氧化碳的潛熱吸收艙內(nèi)的熱量，再利用液態(tài)二氧化碳氣化后的高壓氣體作為噴射式制冷的引射流體進行噴射式制冷，為救生艙提供必要的冷量。雖然該發(fā)明不需要外部供電，但是要長時間的維持艙室內(nèi)的溫度需要大量的液態(tài)二氧化碳，貯存液態(tài)二氧化碳需要高壓鋼瓶，而且外界溫度較高時，極容易造成液態(tài)二氧化碳的升溫氣化。另外，高壓鋼瓶本身的安全性以及井下運輸和定期檢查都是目前存在的問題。另外，為了長時間地為艙內(nèi)人員提供合適的環(huán)境，所需要的液態(tài)二氧化碳量也是很多的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種礦井軟體救生艙用無外界電源空調(diào)制冷系統(tǒng)，采用改進的手動式或腳動式壓縮機，由人力做功，并將多余的部分能量用蓄電池儲存起來，克服了煤礦井下無電源的特殊情況。本發(fā)明中將制冷和發(fā)電過程一體化的總系統(tǒng)，不僅提高了能量的利用效率，同時使得空調(diào)系統(tǒng)在人休息時也能連續(xù)工作，從而保證了礦井中特殊環(huán)境下的空氣溫度始終處于人體較為合適的舒適區(qū)域。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種用于煤礦軟體救生艙的空氣調(diào)節(jié)制冷系統(tǒng)，包括制冷劑工質(zhì)的循環(huán)制冷系統(tǒng)和發(fā)電機-蓄電池的電力系統(tǒng)。所述的循環(huán)制冷系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，包括壓縮機、符合軟體救生艙特殊要求的室內(nèi)蒸發(fā)器、毛細管、室外冷凝器，并通過制冷劑管路連接。所述的發(fā)電機-蓄電池的電力系統(tǒng)包括手動傳動機構(gòu)、直流發(fā)電機、蓄電池和風扇。手動傳動機構(gòu)連接壓縮機以及直流發(fā)電機，直流發(fā)電機連接蓄電池，高溫高壓的制冷劑由壓縮機出口流經(jīng)一段絕熱制冷劑管路進入室外的防爆冷凝器，在冷凝器風扇的作用下和室外空氣強制對流換熱，制冷劑溫度降低，再通過一段絕熱制冷劑管路，流入毛細管，經(jīng)過節(jié)流降壓降溫之后進入艙內(nèi)壁頂部的薄板式蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器風扇的作用下與艙內(nèi)空氣強制對流換熱，此時低溫制冷劑迅速吸收救生艙內(nèi)部的熱量，降低艙內(nèi)空氣溫度，之后制冷劑再次進入壓縮機內(nèi)開始下一個循環(huán)。本發(fā)明中，在艙內(nèi)人員做功時，發(fā)電機帶動制冷循環(huán)系統(tǒng)中的風扇，并向蓄電池充電，而在艙內(nèi)人員休息時，直流發(fā)電機作為動力機構(gòu)，由蓄電池供電，帶動壓縮機運轉(zhuǎn)，同時蓄電池也向風扇供電，維持循環(huán)制冷系統(tǒng)正常工作。所述的制冷循環(huán)和電力循環(huán)相互耦合， 共同調(diào)節(jié)艙內(nèi)空氣溫度。本發(fā)明中，所述的壓縮機，置于軟體救生艙內(nèi)部，以開啟式壓活塞縮機為原型，對原有皮帶輪傳送結(jié)構(gòu)進行了改進，使其在正常運轉(zhuǎn)情況下符合人體的勞動強度要求。本發(fā)明中，手柄安裝在大帶輪邊緣處，正常轉(zhuǎn)動時皮大帶輪速度低至4. 71m/s，滿足人體勞動強度。本發(fā)明中，所述的符合軟體救生艙特殊要求的室內(nèi)蒸發(fā)器，為薄板式蒸發(fā)器，緊貼救生艙內(nèi)壁頂部，體積非常小，并采用柔性導熱材料制作，可在一定范圍內(nèi)彎折、扭曲，最大程度保護艙內(nèi)人員在極端情況下的人身安全。本發(fā)明中，所述的毛細管的接頭與制冷劑管路孔徑相匹配，用毛細管代替普通空調(diào)系統(tǒng)中的電磁膨脹閥，減少電器控制元件，可以增加系統(tǒng)的可靠性。本發(fā)明中，所述的室外冷凝器為管翅式換熱器，置于軟體救生艙外側(cè)，通過制冷劑管路和內(nèi)部設(shè)備連接，并設(shè)置防爆設(shè)施。本發(fā)明中，所述的蓄電池在艙內(nèi)人員做功時進行充電，在人員休息時對電機和風扇供電，維持整個循環(huán)制冷系統(tǒng)的正常工作。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢效果
1、本發(fā)明中用于礦井軟體救生艙內(nèi)的空調(diào)制冷系統(tǒng)完全不用外部提供電源，僅依靠艙內(nèi)人員做功調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣溫度，可在極端條件下為艙內(nèi)提供必要的冷量。
2、本發(fā)明將循環(huán)制冷系統(tǒng)本身具有較高的制冷系數(shù)，與電力儲存系統(tǒng)耦合后，充分利用了人體做功的能量，從而提高了系統(tǒng)整體的能量利用效率。3、本發(fā)明利用蓄電池對能量輸入進行儲存、調(diào)配，維持系統(tǒng)在更長的時間段內(nèi)平穩(wěn)工作，使得艙內(nèi)人員疲勞休息時，制冷系統(tǒng)依然能運行較長時間。4、本發(fā)明中無電子控制器件和電子反饋系統(tǒng)，降低了因電火花引爆井底瓦斯氣體的可能性，可靠性強，結(jié)構(gòu)緊湊，更適合在緊急情況下軟體救生艙的臨時避難，同時依靠人體本身的溫度及舒適度感知，來對室內(nèi)溫度自主控制。


圖1為用于礦井軟體救生艙用無外界電源空調(diào)制冷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖中1、礦井軟體救生艙，2、手柄，3、手動傳動機構(gòu)，4、手動式壓縮機，5、制冷劑管路， 6、蒸發(fā)器風扇，7、冷凝器，8、冷凝器風扇，9、毛細管，10、薄板蒸發(fā)器，11、直流發(fā)電機，12、蓄電池。圖2為本發(fā)明手動傳動機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖中13、小皮帶輪，14、齒輪組，15、傳動軸，16、V型帶，17、大皮帶輪。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例是在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，一種用于礦井軟體救生艙1的無外界電源空調(diào)制冷系統(tǒng)，包括R134a 作為工質(zhì)的循環(huán)制冷系統(tǒng)、發(fā)電機-蓄電池的電力系統(tǒng)。所述的R134a制冷系統(tǒng)和電力系統(tǒng)通過相互耦合為一個總能系統(tǒng)，聯(lián)合調(diào)節(jié)艙內(nèi)空氣的溫度。所述的R134a循環(huán)制冷系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，具體包括手柄2、手動式壓縮機4、制冷劑管路5、冷凝器7、毛細管9、薄板式蒸發(fā)器10。所述的發(fā)電機_蓄電池的電力系統(tǒng)具體包括手動傳動機構(gòu)3、直流發(fā)電機11、蓄電池12、蒸發(fā)器風扇6、冷凝器風扇8。蓄電池12通過導線直接與發(fā)電機相連，蒸發(fā)器風扇6 和冷凝器風扇8并聯(lián)后通過導線與發(fā)電機連接。當艙內(nèi)人員手動驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電時，電流一部分通過導線送入蓄電池12中儲存，其余一小部分驅(qū)動蒸發(fā)器風扇6和冷凝器風扇8，使其促進制冷循環(huán)有效工作；當艙內(nèi)人員疲勞，停止轉(zhuǎn)動手柄2，或者蓄電池12充滿時，蓄電池12通過導線帶動直流發(fā)電機11，再經(jīng)過手動傳動機構(gòu)3帶動壓縮機氣缸工作，同時蓄電池12也通過導線連接蒸發(fā)器風扇6和冷凝器風扇8，使其正常工作。如圖2所示，所述的手動傳動機構(gòu)3，包括大皮帶輪17、小皮帶輪13、V型帶16、傳動軸15和齒輪組14，其中小皮帶輪13、傳動軸15和齒輪同軸，采用鍵連接；小皮帶輪13和大皮帶輪17之間由V型帶16連接；大皮帶輪上安裝手柄2。大皮帶輪17、小皮帶輪13材料采用Z型V帶，根據(jù)國家標準設(shè)計，小帶輪基準直徑150mm，大帶輪基準直徑630mm。配合軸間距為了使得結(jié)構(gòu)緊湊，取設(shè)計值中的最小值660mm。所述的手動式壓縮機4，是基于2F4. 8開啟式活塞壓縮機的改造機型，壓縮機氣缸部分不變，將原有的電機11分離，并安裝傳動機構(gòu)3，使得艙內(nèi)人員手動即可驅(qū)動其工作。本發(fā)明中，手柄2安裝在大帶輪17邊緣處，正常轉(zhuǎn)動時皮大帶輪速度低至4. 71m/s，滿足人體勞動強度。所述的制冷劑管路5為柔性絕熱材料管，可在一定程度內(nèi)彎折變形，沿軟體救生艙壁面布置，平時可隨艙體一起折疊儲放。所述的冷凝器7為防爆式管翅式換熱器，置于救生艙外壁，一端通過制冷劑管路5 與手動壓縮機4連接，另一端通過制冷劑管路5與毛細管連接。所述的薄板式蒸發(fā)器10由兩片柔性導熱薄板加工制成，薄板上分別軋制出制冷管線凹槽，兩片薄板對貼粘合焊接，在其內(nèi)部形成完整的制冷劑管路，薄板蒸發(fā)器有一定的柔性，分塊布置于軟體救生艙的內(nèi)壁頂部，平時可隨艙體折疊放置。所述的直流發(fā)電機11，在艙內(nèi)人員做功時，帶動制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器風扇6和冷凝器風扇8，并同時向蓄電池12充電；在人員休息時，直流發(fā)電機11作為電動機，蓄電池12給其供電，帶動壓縮機4、蒸發(fā)器風扇6和冷凝器風扇8，維持制冷系統(tǒng)的正常運行。如圖1所示，本發(fā)明所述的空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)以為工質(zhì)，其具體工作情況如下 當進入艙內(nèi)人員(一般情況根據(jù)軟體救生艙的大小，可容納6-8人)覺得溫度過高需要制冷時，轉(zhuǎn)動大皮帶輪17上的手柄2，由V型帶16帶動壓縮機4上的小皮帶輪13，以及直流發(fā)電機11上的齒輪組14。此時壓縮機4運轉(zhuǎn)，高壓高溫的制冷劑R134a，由壓縮機11出口流經(jīng)一段絕熱制冷劑管路5進入室外的防爆冷凝器7，在冷凝器風扇8的作用下和室外空氣強制對流換熱，制冷劑溫度降低，再通過一段絕熱制冷劑管路5，流入毛細管9，經(jīng)過節(jié)流降壓降溫之后進入艙內(nèi)壁頂部的薄板式蒸發(fā)器10，在蒸發(fā)器風扇6的作用下與艙內(nèi)空氣強制對流換熱，此時低溫制冷劑迅速吸收救生艙內(nèi)部的熱量，降低艙內(nèi)空氣溫度，維持艙內(nèi)的舒適度。之后制冷劑再次進入壓縮機4內(nèi)開始下一個循環(huán)。當人體轉(zhuǎn)動手柄一段時間，感覺疲勞時，即可停止做功，此時蓄電池12已經(jīng)充有部分電量，可以帶動壓縮機4和風扇運轉(zhuǎn)，維持制冷系統(tǒng)持續(xù)工作，直至電量耗光。
權(quán)利要求
1.一種礦井軟體救生艙用無外界電源空調(diào)制冷系統(tǒng)，包括制冷劑工質(zhì)的循環(huán)制冷系統(tǒng)和發(fā)電機-蓄電池的電力系統(tǒng)，制冷系統(tǒng)和電力系統(tǒng)通過相互耦合為一個總能系統(tǒng)，聯(lián)合調(diào)節(jié)艙內(nèi)空氣的溫度；其特征在于所述的循環(huán)制冷系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，包括壓縮機、手動傳動機構(gòu)、室內(nèi)蒸發(fā)器、毛細管、室外冷凝器，壓縮機、室內(nèi)蒸發(fā)器、毛細管以及室外冷凝器通過制冷劑管路連接；所述室內(nèi)蒸發(fā)器為薄板式蒸發(fā)器；所述的發(fā)電機-蓄電池的電力系統(tǒng)包括直流發(fā)電機、蓄電池和風扇；所述的手動傳動機構(gòu)連接壓縮機以及直流發(fā)電機，直流發(fā)電機連接蓄電池和風扇，高溫高壓的制冷劑由壓縮機出口流經(jīng)一段絕熱制冷劑管路進入室外的防爆冷凝器，在冷凝器風扇的作用下和室外空氣強制對流換熱，制冷劑溫度降低，再通過一段絕熱制冷劑管路，流入毛細管，經(jīng)過節(jié)流降壓降溫之后進入艙內(nèi)壁頂部的薄板式蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器風扇的作用下與艙內(nèi)空氣強制對流換熱，此時低溫制冷劑迅速吸收救生艙內(nèi)部的熱量，降低艙內(nèi)空氣溫度，之后制冷劑再次進入壓縮機內(nèi)開始下一個循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井軟體救生艙用無外界電源空調(diào)制冷系統(tǒng)，其特征在于 所述的手動傳動機構(gòu)包括大皮帶輪、小皮帶輪、V型帶、傳動軸和齒輪組，其中小皮帶輪、傳動軸和齒輪同軸，采用鍵連接；小皮帶輪和大皮帶輪之間由V型帶連接；大皮帶輪上安裝手柄。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的礦井軟體救生艙用無外界電源空調(diào)制冷系統(tǒng)，其特征在于所述的手動式壓縮機，其手柄安裝在大帶輪邊緣處。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井軟體救生艙用無外界電源空調(diào)制冷系統(tǒng)，其特征在于 所述的制冷劑管路為柔性絕熱材料管，能彎折變形，沿軟體救生艙壁面布置，平時隨艙體一起折疊儲放。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井軟體救生艙用無外界電源空調(diào)制冷系統(tǒng)，其特征在于 所述的冷凝器為防爆式管翅式換熱器，置于救生艙外壁，一端通過制冷劑管路與壓縮機連接，另一端通過制冷劑管路與毛細管連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井軟體救生艙用無外界電源空調(diào)制冷系統(tǒng)，其特征在于 所述的薄板式蒸發(fā)器由兩片柔性導熱薄板加工制成，薄板上分別軋制出制冷管線凹槽，兩片薄板對貼粘合焊接，在其內(nèi)部形成完整的制冷劑管路，薄板蒸發(fā)器有一定的柔性，分塊布置于軟體救生艙的內(nèi)壁頂部，平時隨艙體折疊放置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井軟體救生艙用無外界電源空調(diào)制冷系統(tǒng)，其特征在于 所述的直流發(fā)電機，在艙內(nèi)人員做功時，帶動制冷系統(tǒng)的蒸發(fā)器風扇和冷凝器風扇，并同時向蓄電池充電；在人員休息時，直流發(fā)電機作為電動機，蓄電池給其供電，帶動壓縮機、蒸發(fā)器風扇和冷凝器風扇，維持制冷系統(tǒng)的正常運行。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于礦井軟體救生艙用無外界電源空調(diào)制冷系統(tǒng)，包括制冷劑工質(zhì)的閉式循環(huán)制冷系統(tǒng)和由發(fā)電機-蓄電池組成的電力儲存系統(tǒng)，無需任何外接電源；循環(huán)制冷系統(tǒng)為閉式系統(tǒng)，包括壓縮機、室內(nèi)蒸發(fā)器、毛細管、室外冷凝器，并通過制冷劑管路連接。發(fā)電機-蓄電池組成的電力系統(tǒng)包括手動傳動機構(gòu)、直流發(fā)電機、蓄電池和風扇。在艙內(nèi)人員做功時，發(fā)電機帶動制冷循環(huán)系統(tǒng)中的風扇，并向蓄電池充電，而在艙內(nèi)人員休息時，發(fā)電機作為動力機構(gòu)，由蓄電池供電，帶動壓縮機運轉(zhuǎn)，同時蓄電池也向風扇供電，維持循環(huán)制冷系統(tǒng)正常工作。所述的制冷循環(huán)和電力循環(huán)相互耦合，共同調(diào)節(jié)艙內(nèi)空氣溫度。
文檔編號E21F11/00GK102330563SQ201110292739
公開日2012年1月25日 申請日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月30日
發(fā)明者唐鑫, 巨永林, 張華 , 王剛 申請人:上海交通大學