基于化學制冷的礦井避難硐室壓風冷卻裝置及其冷卻方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦山安全和制冷領(lǐng)域，特別涉及一種基于化學制冷劑的礦井壓風冷卻裝置及利用所述裝置對礦井避難硐室壓風進行冷卻的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著科學技術(shù)的進步與發(fā)展以及對人生命權(quán)益意識的提高，作為在災難和意外事故發(fā)生后對人生命的保護緊急避險設(shè)施，礦井避難硐室在礦山井下災害事故后為遇險礦工的生存安全發(fā)揮重大作用，受到了國內(nèi)外采礦行業(yè)的普遍關(guān)注。煤礦避難硐室降溫系統(tǒng)應滿足無大功率和大容量電源、無安全隱患、易于維護或免維護、經(jīng)濟實用等要求。當煤礦井下發(fā)生災害事故時，被困于災區(qū)的遇險人員會進入密閉的礦井避難硐室內(nèi)避險，由于人體代謝產(chǎn)熱將導致避難硐室內(nèi)溫度逐漸上升。因此，必須對避難硐室內(nèi)進行降溫，以滿足在無任何外界支持的條件下96小時額定防護時間內(nèi)硐室環(huán)境溫度不大于35°C的防護要求。目前已有的避難硐室降溫方式包括空調(diào)降溫、蓄冰降溫、高壓二氧化碳膨脹降溫和相變降溫等，其中只有高壓液態(tài)二氧化碳膨脹降溫和相變降溫可在無電力條件下實現(xiàn)，但二氧化碳用量大，導致儲備容器體積大，存在泄漏可能，使用后降溫系統(tǒng)恢復難度大，且二氧化碳屬于溫室氣體，而相變降溫受相變材料相變溫度的影響，適用范圍受到一定限制。為滿足避難硐室內(nèi)供氧與空氣凈化要求，有關(guān)規(guī)定還要求避難硐室內(nèi)必需接入礦井壓風系統(tǒng)且供風量不小于0.3m3/(min.人)。然而，由于礦井壓風溫度與礦井環(huán)境溫度接近，難以滿足硐室內(nèi)降溫的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于化學制冷劑的礦井壓風冷卻裝置。
[0004]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下:
[0005]—種基于化學制冷的礦井避難硐室壓風冷卻裝置，包括腔體，所述腔體內(nèi)部分隔為3個密閉的腔室，依次為入口集氣腔室、中間的蓄冷箱、出口集氣腔室，所述蓄冷箱內(nèi)部設(shè)有多根冷凝管，所述冷凝管的兩端分別延伸至所述空氣入口集氣腔室和空氣入口集氣腔室的內(nèi)部，所述入口集氣腔室通過進氣管路與避難硐室的壓風管路連通，所述出口集氣腔室的腔體壁上開設(shè)有出風口，所述蓄冷箱內(nèi)放置化學制冷劑，所述化學制冷劑為相變溫度為30-35°C的結(jié)晶水合物溶劑鹽和易于溶解于水的無機溶質(zhì)鹽的混合物，溶質(zhì)鹽溶解過程中發(fā)生溶解吸熱反應。
[0006]設(shè)定相變溫度為30-35°C是因為這樣的化學制冷劑能滿足降溫裝置使用在35°C以下的煤礦避難硐室環(huán)境的本行業(yè)要求。
[0007]作為優(yōu)選方式，所述化學制冷劑的配方按質(zhì)量百分比計，為KNO3: NH4NO3:Na2CO3.1OH2O = 6%:42%:52%0這樣的配方，單位質(zhì)量釋放的潛熱比較大，且能使反應物溶解完全。
[0008]作為優(yōu)選方式，所述化學制冷劑的配方按質(zhì)量百分比計，為NH4NO3: Na2HPO4.12H20:Na2CO3.1OH2O = 50 %:37%: 13 %。這樣的配方，單位質(zhì)量釋放的潛熱比較大，且能使反應物溶解完全。
[0009]本發(fā)明的兩種不同的化學制冷劑表面一接觸就發(fā)生反應，反應溫度能達到-5°C。溶質(zhì)鹽溶解過程中奪取相變材料的中的水分子，發(fā)生溶解吸熱反應。本裝置能使壓風溫度冷卻到15 °C以下以便給硐室降溫。
[0010]作為優(yōu)選方式，所述進氣管路包括與避難硐室的壓風管路連接的法蘭接口、一端與法蘭接口連接另一端延伸至所述入口集氣腔室內(nèi)部的供氣管、位于所述供氣管上的供氣閥門。
[0011 ]作為優(yōu)選方式，所述腔體上設(shè)有入水管路和出水管路，所述入水管路位于腔體外的一端接入避難硐室的供水管路，另一端延伸至蓄冷箱內(nèi)部;所述出水管路位于腔體外的一端通過單向放水閥接入避難硐室的排水溝槽，另一端延伸至蓄冷箱內(nèi)部。
[0012]作為優(yōu)選方式，所述腔體上設(shè)有排氣管，所述排氣管位于腔體外的一端與避難硐室排氣管道連接，另一端延伸至蓄冷箱內(nèi)部。排氣管12用于排除蓄冷箱中兩種化學制冷劑發(fā)生溶解反應后產(chǎn)生的氨氣。
[0013]作為優(yōu)選方式，所述腔體頂部設(shè)有開合所述腔體的蓋板。
[0014]作為優(yōu)選方式，所述腔體內(nèi)部通過分隔板分隔為3個密閉的腔室。
[0015]本發(fā)明的另一個目的是提供一種利用上述冷卻裝置對礦井避難硐室壓風進行冷卻的方法，其技術(shù)方案如下:
[0016]一種利用上述冷卻裝置對礦井避難硐室壓風進行冷卻的方法，將相變溫度為30-35°C的結(jié)晶水合物溶劑鹽裝入所述蓄冷箱，室內(nèi)溫度超過控制溫度后，將無機溶質(zhì)鹽按照配比裝入所述蓄冷箱，溶質(zhì)鹽溶解過程中發(fā)生溶解吸熱反應，通過進氣管路將避難硐室的壓風導入入口集氣腔室，壓風經(jīng)入口集氣腔室進入蓄冷箱，蓄冷箱的冷凝管在化學制冷劑的作用下對壓風進行冷卻，冷卻后的壓風經(jīng)出口集氣腔室的出風口排出至避難硐室，對避難硐室提供冷量。
[0017]作為優(yōu)選方式，所述方法進一步包括如下步驟:
[0018](I)將避難硐室的壓風管路通過法蘭接口連接冷卻裝置的進氣管路；
[0019](2)通過入水管路將避難硐室的供水管路接入冷卻裝置，通過排氣管將冷卻裝置的蓄冷箱與避難硐室的排氣管道連通，通過出水管路將所述冷卻裝置的蓄冷箱與避難硐室的排水溝槽連通；
[0020](3)結(jié)晶水合物溶劑鹽裝入所述蓄冷箱；
[0021](4)室內(nèi)溫度超過控制的溫度后，無機溶質(zhì)鹽按照配比裝入所述蓄冷箱；
[0022](5)通過打開供氣管上的供氣閥門，使壓風通過進氣管路導入入口集氣腔室，壓風進入蓄冷箱，蓄冷箱的冷凝管在化學制冷劑的作用下對壓風進行冷卻，冷卻后的壓風經(jīng)出口集氣腔室的出風口排出至避難硐室，對避難硐室提供冷量；
[0023](6)結(jié)晶水合物溶劑鹽與無機溶質(zhì)鹽溶解反應完成后，通過延伸至蓄冷箱內(nèi)部的入水管向蓄冷箱加入水，使未完全水解的結(jié)晶水合物溶劑鹽完全溶解；
[0024](7)通過打開出水管路上的單向放水閥，將溶解后的液體放出；通過排氣管排除蓄冷箱中化學制冷劑溶解反應后產(chǎn)生的氨氣。
[0025]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明通過冷凝管將通過所述壓風冷卻裝置的礦井壓風冷卻到15°C以下后，送入礦井避難硐室生存室環(huán)境，達到在96小時內(nèi)將避難硐室內(nèi)環(huán)境溫度控制在35°C以下的目的。本發(fā)明所述壓風冷卻裝置充分利用礦井壓風提供的動力，實現(xiàn)了無需電源驅(qū)動的礦井避難硐室降溫，本發(fā)明采用的化學制冷劑混合物具有單位體積潛熱大、結(jié)晶水合物相變溫度高、無腐蝕作用、常溫環(huán)境使用安全。與現(xiàn)有的避難硐室采用的空調(diào)降溫、蓄冰降溫、高壓二氧化碳膨脹降溫和相變降溫相比，本裝置無需電力驅(qū)動、系統(tǒng)體積小、冷量存取簡單易得、適用環(huán)境溫度范圍廣、免于維護，方法實施簡單，無需電源供給，無安全隱患，在96小時能有效地控制避難硐室內(nèi)溫度。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]其中，I為法蘭接口，2為供氣閥門，3為供氣管，4為入口集氣腔室，5為蓄冷箱，6為冷凝管，7為出風口，8為單向放水閥，9為出水管路，1為出口集氣腔室，11為入水管路，12為排氣管，13為蓋板，14為腔體。
【具體實施方式】
[0028]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0029]—種基于化學制冷的礦井避難硐室壓風冷卻裝置，包括腔體14，所述腔體14內(nèi)部通過分隔板分隔為3個密閉的腔室，依次為入口集氣腔室4、中間的蓄冷箱5、出口集氣腔室10，所述蓄冷箱內(nèi)部設(shè)有多根冷凝管6，所述冷凝管的兩端分別延伸至所述空氣入口集氣腔室和空氣入口集氣腔室的內(nèi)部，所述入口集氣腔室通過進氣管路與避難硐室的壓風管路連通，所述出口集氣腔室的腔體壁上開設(shè)有出風口 7，所述蓄冷箱內(nèi)放置化學制冷劑，所述化學制冷劑為相變溫度為30-35°C的結(jié)晶水合物溶劑鹽和易于溶解于水的無機溶質(zhì)鹽的混合物，溶質(zhì)鹽溶解過程中發(fā)生溶解吸熱反應。
[0030]設(shè)定相變溫度為30_35°C是因為這樣的化學制冷劑能滿足降溫裝置使用在35°C以下的煤礦避難硐室環(huán)境的本行業(yè)要求。
[0031 ] 本實施例中優(yōu)選的第一種配方為，按質(zhì)量百分比計，為KNO3: NH4NO3: Na2CO3.1OH2O=6%:42%:52%。這樣的配方，單位質(zhì)量釋放的潛熱比較大，且能使反應物溶解完全。
[0032]本實施例中優(yōu)選的第二種配方為，按質(zhì)量百分比計，為NH4NO3: Na2HPO4.