專利名稱：一種適用于礦山避難硐室的制冷除濕系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超臨界空氣制冷除濕的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
2011年8月，蔡玉飛、蔣彥龍等在南京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)中刊登的《開放式ニ氧化碳制冷性能》論文中，對(duì)開放式ニ氧化碳制冷性能進(jìn)行了綜合分析，如果將其應(yīng)用于硐室中，雖然能·夠達(dá)到制冷的目的，但是需另外設(shè)置空氣供給系統(tǒng)，并且需要較大的ニ氧化碳存儲(chǔ)量，管路和儲(chǔ)罐也需做好嚴(yán)格的密封工作。當(dāng)今在硐室制冷中較為普遍的制冷技術(shù)是防爆壓縮制冷空調(diào)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)是對(duì)普通民用空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行的特殊防爆處理，需要在硐室內(nèi)存儲(chǔ)相應(yīng)容量的蓄電池，在硐室壁上開孔，而且無(wú)法解決室內(nèi)人員對(duì)新空氣的要求，冷凝熱的排出也比較困難。因此在硐室這種相對(duì)密閉的空間中對(duì)制冷系統(tǒng)具有以下幾點(diǎn)要求不需電カ供應(yīng)、排熱量少、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供ー種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠，適用于礦山避難硐室的制冷除濕系統(tǒng)，以及實(shí)現(xiàn)的方法。發(fā)明的技術(shù)方案如下一種適用于礦山避難硐室的制冷除濕系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括空氣儲(chǔ)罐，膨脹機(jī)，減壓閥，溫度傳感器，引射器，板式換熱器及凝水管，其特征在干所述空氣儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)有常溫高壓的空氣，并輸送至膨脹機(jī)；所述膨脹機(jī)將空氣進(jìn)行等熵膨脹后，經(jīng)過(guò)減壓閥節(jié)流至較低壓力，再輸出至引射器；所述引射器對(duì)節(jié)流減壓后的空氣和室內(nèi)回風(fēng)進(jìn)行引射混合，使送風(fēng)速度和溫度滿足人員要求；所述引射混合后的空氣進(jìn)入板式換熱器與室內(nèi)回風(fēng)進(jìn)行換熱，使得送風(fēng)溫度達(dá)到空調(diào)需求，并且使得回風(fēng)達(dá)到露點(diǎn)以下，從而產(chǎn)生凝水，達(dá)到除濕效果；所述凝水通過(guò)凝水管排到硐室以外。進(jìn)ー步的，所述系統(tǒng)還包括進(jìn)ー步包括溫度傳感器，所述溫度傳感器安裝在硐室內(nèi)；溫控電磁閥，所述溫控電磁閥安裝在空氣儲(chǔ)罐后、膨脹機(jī)前，并根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)的硐室內(nèi)溫度控制電磁閥的開閉，實(shí)時(shí)調(diào)控硐室內(nèi)溫度；所述溫控電磁閥處設(shè)置旁通管路，管路上設(shè)置球閥，在溫控電磁閥因故障關(guān)閉時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)球閥，對(duì)硐室內(nèi)溫度進(jìn)行控制，提高系統(tǒng)的安全可靠性。在儲(chǔ)罐后、膨脹機(jī)前設(shè)置受硐室內(nèi)溫度控制開度的電磁閥，根據(jù)硐室內(nèi)人數(shù)及硐室壁傳熱量實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)控，保證室內(nèi)溫度在正常范圍之內(nèi)。同時(shí)在電磁閥處設(shè)置旁通管路，管路上設(shè)置球閥，在電磁閥因故障關(guān)閉時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)球閥，對(duì)硐室內(nèi)溫度進(jìn)行控制，提高系統(tǒng)的安全可靠性。ー種利用權(quán)利要求I的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)礦山避難硐室制冷除濕的方法，其特征在于，所述方法具體步驟如下(I)空氣儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)的常溫高壓空氣輸送至膨脹機(jī)，在膨脹機(jī)處實(shí)現(xiàn)等熵膨脹、降溫，并對(duì)外輸出機(jī)械能；(2)在減壓閥處實(shí)現(xiàn)等焓節(jié)流，獲得低溫、低焓空氣；(3)在引射器處將冷空氣與回風(fēng)混合，以便滿足人體舒適度要求；(4)在引射器后設(shè)板式換熱器使回風(fēng)結(jié)露，起到除濕作用。本發(fā)明的積極效果在于本發(fā)明在滿足硐室制冷的條件下，通過(guò)將冷空氣引射混合后直接排入硐室內(nèi)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了通風(fēng)換氣的功能。不需電カ供應(yīng)，并且能夠?yàn)轫鲜姨峁┎糠謩?dòng)力，使設(shè)備的功能集成化，為硐室提供舒適的生存環(huán)境。該制冷系統(tǒng)不僅單單應(yīng)用于避難 硐室，在其他無(wú)源的密閉空間中都能夠達(dá)到制冷通風(fēng)的目的，具有普遍適用性。


附圖I中所示的點(diǎn)為該制冷系統(tǒng)中空氣的工作狀態(tài)點(diǎn)1點(diǎn)一空氣儲(chǔ)存狀態(tài)點(diǎn)，2點(diǎn)ー儲(chǔ)罐空氣等熵膨脹后狀態(tài)點(diǎn)，3點(diǎn)儲(chǔ)罐空氣等焓節(jié)流后狀態(tài)點(diǎn)，4點(diǎn)一引射混合后空氣狀態(tài)點(diǎn)，5點(diǎn)一回風(fēng)狀態(tài)點(diǎn),6點(diǎn)一回風(fēng)經(jīng)換熱器等壓冷卻后的狀態(tài)點(diǎn)，7點(diǎn)送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)；1一2為等熵膨脹過(guò)程，2— 3為等焓節(jié)流過(guò)程，3 — 4 — 6為引射混合過(guò)程，5— 6為等壓冷卻過(guò)程，4一7為等壓加熱過(guò)程。附圖2中表不了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖6為設(shè)備艙,7為人員艙,8為空氣儲(chǔ)罐,9為溫控電磁閥，10為球閥，11膨脹機(jī)輸出軸，12膨脹機(jī)，13減壓閥，14溫度傳感器，15引射器，16板式換熱器，17凝水管。
具體實(shí)施例方式該制冷系統(tǒng)中空氣主要通過(guò)以下過(guò)程實(shí)現(xiàn)制冷和除濕的目的(I)等熵膨脹一常溫高壓存儲(chǔ)的空氣首先經(jīng)過(guò)膨脹機(jī)進(jìn)行等熵膨脹過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中，空氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)換為對(duì)外所做的功，溫度降低，焓值降低。空氣存儲(chǔ)狀態(tài)點(diǎn)的溫度與硐室內(nèi)溫度相同，但是具有較高的壓カ(臨界壓カ以上)。因?yàn)樽鳛榇鎯?chǔ)狀態(tài)，壓カ越大，密度越大，同樣制冷能力的條件下，所需要的存儲(chǔ)體積則較小，能夠有效減少空氣存儲(chǔ)所占用的體積，但是空氣壓カ過(guò)高也存在安全隱患。(2)等焓節(jié)流一等熵膨脹后的空氣經(jīng)過(guò)減壓閥節(jié)流至較低壓力，略高于硐室內(nèi)的正常壓力，以便后續(xù)引射器混合過(guò)程的進(jìn)行。同時(shí)溫度也下降，使得空氣的制冷能力提高。等焓節(jié)流后空氣的狀態(tài)點(diǎn)與等熵膨脹后狀態(tài)間焓值相同，進(jìn)行的是等焓過(guò)程。該狀態(tài)點(diǎn)溫度越低(偏左)，空氣的制冷能力越高，所需空氣存儲(chǔ)量越少，但是溫度取得過(guò)低，勢(shì)必會(huì)引起管路及設(shè)備儀表溫度同樣較低，各儀表均為金屬制品，低溫會(huì)導(dǎo)致其脆性増加，承受管道壓カ波動(dòng)能力下降，極易產(chǎn)生損壞，甚至達(dá)不到制冷的目的。與此同時(shí)，為了減少冷量損失，保溫工作將隨之復(fù)雜。(3)引射混合ー節(jié)流減壓后的空氣溫度較低，用安裝在硐室人員艙內(nèi)的引射器將制冷空氣和室內(nèi)空氣進(jìn)行混合，以便使送風(fēng)速度和溫度滿足人員要求。在該過(guò)程中，由于冷空氣的溫度低于0°C，直接將人員艙內(nèi)回風(fēng)引入則會(huì)產(chǎn)生凍結(jié)現(xiàn)象，導(dǎo)致引射器不能正常工作，使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。因此在引射器處設(shè)置了回風(fēng)結(jié)露裝置，該裝置將回風(fēng)與5°C左右的送風(fēng)進(jìn)行換熱，由于溫度低于回風(fēng)的露點(diǎn)溫度，使其中的水蒸氣凝結(jié)，而順著回風(fēng)管的坡度流入敞ロ箱中。避免了結(jié)冰現(xiàn)象的發(fā)生，并且除去了回風(fēng)中的濕度，因此兼具了除濕的作用。設(shè)硐室的長(zhǎng)為L(zhǎng)1，寬為L(zhǎng)2，高為L(zhǎng)3，半圓形和矩形形斷面的高度分別為a和b，假設(shè)硐室外壁有兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，分別為內(nèi)層硬質(zhì)聚氯こ烯保溫材料厚度為S1，導(dǎo)熱系數(shù)為入1;鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)厚度為S2，導(dǎo)熱系數(shù)為λ2。并且硐室外壁與巖石接觸的溫度為巖石的恒定溫度T1，硐室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為T2，保溫材料與硐室內(nèi)空氣對(duì)流換熱的換熱系數(shù)為h。由此計(jì)算硐室單位長(zhǎng)度(I米)的傳熱量為矩形形單位長(zhǎng)度傳熱量
權(quán)利要求
1.一種適用于礦山避難硐室的制冷除濕系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括空氣儲(chǔ)罐，膨脹機(jī)，減壓閥，溫度傳感器，引射器，板式換熱器及凝水管，其特征在于 所述空氣儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)有常溫高壓的空氣，并輸送至膨脹機(jī)； 所述膨脹機(jī)將空氣進(jìn)行等熵膨脹后，經(jīng)過(guò)減壓閥節(jié)流至較低壓力，再輸出至引射器； 所述引射器對(duì)節(jié)流減壓后的空氣和室內(nèi)回風(fēng)進(jìn)行引射混合，使送風(fēng)速度和溫度滿足人員要求； 所述引射混合后的空氣進(jìn)入板式換熱器與室內(nèi)回風(fēng)進(jìn)行換熱，使得送風(fēng)溫度達(dá)到空調(diào)需求，并且使得回風(fēng)達(dá)到露點(diǎn)以下，從而產(chǎn)生凝水，達(dá)到除濕效果； 所述凝水通過(guò)凝水管排到硐室以外。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)還進(jìn)一歩包括 溫度傳感器，所述溫度傳感器安裝在硐室內(nèi)； 溫控電磁閥，所述溫控電磁閥安裝在空氣儲(chǔ)罐后、膨脹機(jī)前，并根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)的硐室內(nèi)溫度控制電磁閥的開閉，實(shí)時(shí)調(diào)控硐室內(nèi)溫度； 所述溫控電磁閥處設(shè)置旁通管路，管路上設(shè)置球閥，在溫控電磁閥因故障關(guān)閉時(shí)，通過(guò)調(diào)節(jié)球閥，對(duì)硐室內(nèi)溫度進(jìn)行控制，提高系統(tǒng)的安全可靠性。
3.ー種利用權(quán)利要求I的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)礦山避難硐室制冷除濕的方法，其特征在于，所述方法具體步驟如下 (1)空氣儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)的常溫高壓空氣輸送至膨脹機(jī)，在膨脹機(jī)處實(shí)現(xiàn)等熵膨脹、降溫，并對(duì)外輸出機(jī)械能； (2)在減壓閥處實(shí)現(xiàn)等焓節(jié)流，獲得低溫、低焓空氣； (3)在引射器處將冷空氣與回風(fēng)混合，以便滿足人體舒適度要求； (4)在引射器后設(shè)板式換熱器使回風(fēng)結(jié)露，起到除濕作用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種超臨界空氣制冷除濕的系統(tǒng)和方法。所述系統(tǒng)包括空氣儲(chǔ)罐，膨脹機(jī)，減壓閥，溫度傳感器，引射器，板式換熱器及凝水管，所述空氣儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)有常溫高壓的空氣，并輸送至膨脹機(jī)；所述膨脹機(jī)將空氣進(jìn)行等熵膨脹后，經(jīng)過(guò)減壓閥節(jié)流至較低壓力，再輸出至引射器；所述引射器對(duì)節(jié)流減壓后的空氣和室內(nèi)回風(fēng)進(jìn)行引射混合，使送風(fēng)速度和溫度滿足人員要求；所述引射混合后的空氣進(jìn)入板式換熱器與室內(nèi)回風(fēng)進(jìn)行換熱，使得送風(fēng)溫度達(dá)到空調(diào)需求，并且使得回風(fēng)達(dá)到露點(diǎn)以下，從而產(chǎn)生凝水，達(dá)到除濕效果；所述凝水通過(guò)凝水管排到硐室以外。本發(fā)明不僅單單應(yīng)用于避難硐室，在其他無(wú)源的密閉空間中都能夠達(dá)到制冷通風(fēng)的目的，具有普遍適用性。
文檔編號(hào)E21F3/00GK102720531SQ20121022762
公開日2012年10月10日 申請(qǐng)日期2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月2日
發(fā)明者孫鵬, 張舸, 張英華 申請(qǐng)人:北京科技大學(xué)