一種適用於礦山避難硐室的製冷除溼系統和方法
2023-09-27 07:36:00 1
專利名稱：一種適用於礦山避難硐室的製冷除溼系統和方法
技術領域：
本發明涉及一種超臨界空氣製冷除溼的系統和方法。
背景技術：
2011年8月，蔡玉飛、蔣彥龍等在南京航空航天大學學報中刊登的《開放式ニ氧化碳製冷性能》論文中，對開放式ニ氧化碳製冷性能進行了綜合分析，如果將其應用於硐室中，雖然能·夠達到製冷的目的，但是需另外設置空氣供給系統，並且需要較大的ニ氧化碳存儲量，管路和儲罐也需做好嚴格的密封工作。當今在硐室製冷中較為普遍的製冷技術是防爆壓縮製冷空調系統，這種系統是對普通民用空調系統進行的特殊防爆處理，需要在硐室內存儲相應容量的蓄電池，在硐室壁上開孔，而且無法解決室內人員對新空氣的要求，冷凝熱的排出也比較困難。因此在硐室這種相對密閉的空間中對製冷系統具有以下幾點要求不需電カ供應、排熱量少、系統結構簡單。
發明內容
本發明的目的，在於提供ー種結構簡單、安全可靠，適用於礦山避難硐室的製冷除溼系統，以及實現的方法。發明的技術方案如下一種適用於礦山避難硐室的製冷除溼系統，所述系統包括空氣儲罐，膨脹機，減壓閥，溫度傳感器，引射器，板式換熱器及凝水管，其特徵在幹所述空氣儲罐中存儲有常溫高壓的空氣，並輸送至膨脹機；所述膨脹機將空氣進行等熵膨脹後，經過減壓閥節流至較低壓力，再輸出至引射器；所述引射器對節流減壓後的空氣和室內迴風進行引射混合，使送風速度和溫度滿足人員要求；所述引射混合後的空氣進入板式換熱器與室內迴風進行換熱，使得送風溫度達到空調需求，並且使得迴風達到露點以下，從而產生凝水，達到除溼效果；所述凝水通過凝水管排到硐室以外。進ー步的，所述系統還包括進ー步包括溫度傳感器，所述溫度傳感器安裝在硐室內；溫控電磁閥，所述溫控電磁閥安裝在空氣儲罐後、膨脹機前，並根據溫度傳感器檢測的硐室內溫度控制電磁閥的開閉，實時調控硐室內溫度；所述溫控電磁閥處設置旁通管路，管路上設置球閥，在溫控電磁閥因故障關閉時，通過調節球閥，對硐室內溫度進行控制，提高系統的安全可靠性。在儲罐後、膨脹機前設置受硐室內溫度控制開度的電磁閥，根據硐室內人數及硐室壁傳熱量實時進行調控，保證室內溫度在正常範圍之內。同時在電磁閥處設置旁通管路，管路上設置球閥，在電磁閥因故障關閉時，通過調節球閥，對硐室內溫度進行控制，提高系統的安全可靠性。ー種利用權利要求I的系統實現礦山避難硐室製冷除溼的方法，其特徵在於，所述方法具體步驟如下(I)空氣儲罐中存儲的常溫高壓空氣輸送至膨脹機，在膨脹機處實現等熵膨脹、降溫，並對外輸出機械能；(2)在減壓閥處實現等焓節流，獲得低溫、低焓空氣；(3)在引射器處將冷空氣與迴風混合，以便滿足人體舒適度要求；(4)在引射器後設板式換熱器使迴風結露，起到除溼作用。本發明的積極效果在於本發明在滿足硐室製冷的條件下，通過將冷空氣引射混合後直接排入硐室內，同時實現了通風換氣的功能。不需電カ供應，並且能夠為硐室提供部分動力，使設備的功能集成化，為硐室提供舒適的生存環境。該製冷系統不僅單單應用於避難 硐室，在其他無源的密閉空間中都能夠達到製冷通風的目的，具有普遍適用性。
附圖I中所示的點為該製冷系統中空氣的工作狀態點1點一空氣儲存狀態點，2點ー儲罐空氣等熵膨脹後狀態點，3點儲罐空氣等焓節流後狀態點，4點一引射混合後空氣狀態點，5點一迴風狀態點,6點一迴風經換熱器等壓冷卻後的狀態點，7點送風狀態點；1一2為等熵膨脹過程，2— 3為等焓節流過程，3 — 4 — 6為引射混合過程，5— 6為等壓冷卻過程，4一7為等壓加熱過程。附圖2中表不了系統結構圖6為設備艙,7為人員艙,8為空氣儲罐,9為溫控電磁閥，10為球閥，11膨脹機輸出軸，12膨脹機，13減壓閥，14溫度傳感器，15引射器，16板式換熱器，17凝水管。
具體實施例方式該製冷系統中空氣主要通過以下過程實現製冷和除溼的目的(I)等熵膨脹一常溫高壓存儲的空氣首先經過膨脹機進行等熵膨脹過程，在這個過程中，空氣的內能轉換為對外所做的功，溫度降低，焓值降低。空氣存儲狀態點的溫度與硐室內溫度相同，但是具有較高的壓カ(臨界壓カ以上)。因為作為存儲狀態，壓カ越大，密度越大，同樣製冷能力的條件下，所需要的存儲體積則較小，能夠有效減少空氣存儲所佔用的體積，但是空氣壓カ過高也存在安全隱患。(2)等焓節流一等熵膨脹後的空氣經過減壓閥節流至較低壓力，略高於硐室內的正常壓力，以便後續引射器混合過程的進行。同時溫度也下降，使得空氣的製冷能力提高。等焓節流後空氣的狀態點與等熵膨脹後狀態間焓值相同，進行的是等焓過程。該狀態點溫度越低(偏左)，空氣的製冷能力越高，所需空氣存儲量越少，但是溫度取得過低，勢必會引起管路及設備儀表溫度同樣較低，各儀表均為金屬製品，低溫會導致其脆性増加，承受管道壓カ波動能力下降，極易產生損壞，甚至達不到製冷的目的。與此同時，為了減少冷量損失，保溫工作將隨之複雜。(3)引射混合ー節流減壓後的空氣溫度較低，用安裝在硐室人員艙內的引射器將製冷空氣和室內空氣進行混合，以便使送風速度和溫度滿足人員要求。在該過程中，由於冷空氣的溫度低於0°C，直接將人員艙內迴風引入則會產生凍結現象，導致引射器不能正常工作，使整個系統癱瘓。因此在引射器處設置了迴風結露裝置，該裝置將迴風與5°C左右的送風進行換熱，由於溫度低於迴風的露點溫度，使其中的水蒸氣凝結，而順著迴風管的坡度流入敞ロ箱中。避免了結冰現象的發生，並且除去了迴風中的溼度，因此兼具了除溼的作用。設硐室的長為L1，寬為L2，高為L3，半圓形和矩形形斷面的高度分別為a和b，假設硐室外壁有兩層結構構成，分別為內層硬質聚氯こ烯保溫材料厚度為S1，導熱係數為入1;鋼筋混凝土結構厚度為S2，導熱係數為λ2。並且硐室外壁與巖石接觸的溫度為巖石的恆定溫度T1，硐室內設計溫度為T2，保溫材料與硐室內空氣對流換熱的換熱係數為h。由此計算硐室單位長度(I米)的傳熱量為矩形形單位長度傳熱量
權利要求
1.一種適用於礦山避難硐室的製冷除溼系統，所述系統包括空氣儲罐，膨脹機，減壓閥，溫度傳感器，引射器，板式換熱器及凝水管，其特徵在於 所述空氣儲罐中存儲有常溫高壓的空氣，並輸送至膨脹機； 所述膨脹機將空氣進行等熵膨脹後，經過減壓閥節流至較低壓力，再輸出至引射器； 所述引射器對節流減壓後的空氣和室內迴風進行引射混合，使送風速度和溫度滿足人員要求； 所述引射混合後的空氣進入板式換熱器與室內迴風進行換熱，使得送風溫度達到空調需求，並且使得迴風達到露點以下，從而產生凝水，達到除溼效果； 所述凝水通過凝水管排到硐室以外。
2.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述系統還進一歩包括 溫度傳感器，所述溫度傳感器安裝在硐室內； 溫控電磁閥，所述溫控電磁閥安裝在空氣儲罐後、膨脹機前，並根據溫度傳感器檢測的硐室內溫度控制電磁閥的開閉，實時調控硐室內溫度； 所述溫控電磁閥處設置旁通管路，管路上設置球閥，在溫控電磁閥因故障關閉時，通過調節球閥，對硐室內溫度進行控制，提高系統的安全可靠性。
3.ー種利用權利要求I的系統實現礦山避難硐室製冷除溼的方法，其特徵在於，所述方法具體步驟如下 (1)空氣儲罐中存儲的常溫高壓空氣輸送至膨脹機，在膨脹機處實現等熵膨脹、降溫，並對外輸出機械能； (2)在減壓閥處實現等焓節流，獲得低溫、低焓空氣； (3)在引射器處將冷空氣與迴風混合，以便滿足人體舒適度要求； (4)在引射器後設板式換熱器使迴風結露，起到除溼作用。
全文摘要
本發明涉及一種超臨界空氣製冷除溼的系統和方法。所述系統包括空氣儲罐，膨脹機，減壓閥，溫度傳感器，引射器，板式換熱器及凝水管，所述空氣儲罐中存儲有常溫高壓的空氣，並輸送至膨脹機；所述膨脹機將空氣進行等熵膨脹後，經過減壓閥節流至較低壓力，再輸出至引射器；所述引射器對節流減壓後的空氣和室內迴風進行引射混合，使送風速度和溫度滿足人員要求；所述引射混合後的空氣進入板式換熱器與室內迴風進行換熱，使得送風溫度達到空調需求，並且使得迴風達到露點以下，從而產生凝水，達到除溼效果；所述凝水通過凝水管排到硐室以外。本發明不僅單單應用於避難硐室，在其他無源的密閉空間中都能夠達到製冷通風的目的，具有普遍適用性。
文檔編號E21F3/00GK102720531SQ20121022762
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月2日 優先權日2012年7月2日
發明者孫鵬, 張舸, 張英華 申請人:北京科技大學