一种压风-蓄冰-围岩蓄冷耦合控温系统及其控温方法

技术领域

本发明涉及避难硐室降温技术领域，具体涉及一种压风-蓄冰-围岩蓄冷耦合控温系统。

背景技术

我国是煤炭生产大国，全国大部分煤矿以井下开采方式进行作业。一旦发生事故，不仅人员撤离困难，而且实施救援也存在很大难度。因此，在矿井中设立避难硐室，给井下人员提供应急避难场所，同时为地面救援人员争取时间。

由于避难硐室是相对密闭的空间，因此设计建造时要考虑将硐室内的温度、湿度和氧气量等参数维持在人体可接受的范围。避难硐室内的人员、设施都能产生热量，使硐室内温度上升，如果不及时降温，硐室内的温度会持续上升，人体处于高温环境会感到不舒适，而且过高的环境温度会损害人体的热平衡，使人身心失常，严重损害人体健康，甚至危及生命。因此，必须对避难硐室内进行降温。

目前，已有的避难硐室降温方式包括：1、高压二氧化碳膨胀降温，通过两次减压使二氧化碳膨胀从液态变为气态实现制冷，利用高压二氧化碳膨胀气体驱动风扇促使热空气流经蒸发器，冷却后为生存环境降温，但二氧化碳用量大，导致储备容器体积大，存在泄漏的安全隐患，使用后降温系统恢复难度大；2、高压液态空气制冷设备降温，将液态空气封装在一个2m

发明内容

针对以上现状，本发明提供一种压风-蓄冰-围岩蓄冷耦合控温系统，具有使用安全、可靠性高、经济成本低的优势。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种压风-蓄冰-围岩蓄冷耦合控温系统，包括避难硐室和过渡室，其关键在于：所述过渡室内设有蓄冰容器和空压机，其中，所述空压机通过进风管道与蓄冰容器连接，所述蓄冰容器与避难硐室通过送风管道连接，所述蓄冰容器循环连接有制冷系统，制冷系统用于向蓄冰容器输送冷量。

采用上述结构，启动压风-蓄冰-围岩蓄冷耦合控温系统，制冷系统能够不断为蓄冰容器输送冷量，降低蓄冰容器内的温度，空压机将空气通过进风管道送至蓄冰容器进行降温，降温后的空气再由送风管道送至避难硐室，完成对避难硐室的降温。同时，在非避难期间，降温后的空气可以对避难硐室的围岩进行预冷，将部分冷量储存在围岩内，当避难硐室温度升高时可以吸收一部分室内的热量。

作为优选：所述蓄冰容器内的介质为水，所述制冷系统能够将蓄冰容器内的水制成冰。采用上述结构，降温效率更高，在断电的情况下，冰块能够有效保存冷量，持续对避难硐室降温，为救援人员争取了时间。

作为优选：所述制冷系统包括制冷机组，以及连接在制冷机组与蓄冰容器之间的进液管和回液管，所述进液管和/或回液管上设有溶液泵。采用上述结构，溶液泵提供动力，使得制冷剂在蓄冰容器与制冷机组之间循环流动，不断为蓄冰容器输送冷量。

作为优选：所述蓄冰容器内设有与进口管道连通的分流管道，以及与所述送风管道连通的汇总管道，所述分流管道与汇总管道之间均匀分布有换热管束。采用上述结构，热空气进入蓄冰容器后降温更均匀，效率更高。

作为优选：所述换热管束的数量为18根，每根所述换热管束的直径为30mm。

作为优选：所述送风管道在避难硐室内连接有若干数量的送风支管，各个所述送风支管的出风端均匀分布在避难硐室围岩区域。采用上述结构，低温气体能够均匀且全方位地为避难硐室降温。

作为优选：所述蓄冰容器内设有自动检测系统，用于检测所述蓄冰容器内的蓄冰量。采用上述结构，在非避难期间要保证蓄冰容器内的蓄冰量在80％以上，当蓄冰量小于80％时启动制冷系统完成蓄冰要求，避免制冷系统长时间处于工作状态，具有节约能源的作用。

作为优选：所述避难硐室的围岩上布设有温度传感器，所述空压机的控制系统与温度传感器反馈连接。采用上述结构，当检测到围岩温度小于24℃时可停止送风蓄冷，当围岩温度高于27℃时开启围岩蓄冷功能，具有节能的作用。

作为优选：所述蓄冰容器的器壁上设有保温层。采用上述结构，能够有效保存冷量，延长对高温气体降温的时间，为救援人员争取更多的时间。

本发明还提供了一种高温地下矿井避难所控温方法，避难所配置有所述压风-蓄冰-围岩蓄冷耦合控温系统，其方法在于：在非避难时期，启动压风-蓄冰-围岩蓄冷耦合控温系统，制冷系统持续不断地为蓄冰容器输送冷量，将蓄冰容器内的水制成冰，与此同时，空压机将高温空气通过进风管道送至蓄冰容器，高温空气与蓄冰容器内的冰进行热交换后，低温气体再由送风管道送至避难硐室，对避难硐室进行降温；在避难时期，空压机间断性地将高温空气通过进风管道送至蓄冰容器，经热交换后，再由送风管道送至避难硐室，对避难硐室间歇性降温。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、制冷系统能够不断为蓄冰容器输送冷量，降低蓄冰容器内的温度，空压机将空气通过进风管道送至蓄冰容器进行降温，降温后的空气再由送风管道送至避难硐室，对避难硐室进行降温，相较于传统的降温方式，具有使用安全、可靠性高、经济成本低的优势；

2、在非避难期间，可以定期对避难硐室的围岩进行预冷，将部分冷量储存在围岩内，当发生矿难时，预存在围岩的冷量与实时送入的冷气共同降温，能够显著提升降温效果。

附图说明

图1为压风-蓄冰-围岩蓄冷耦合控温系统的结构示意图；

图2为避难硐室蓄冰降温系中蓄冰容器3的结构示意图；

图3为避难硐室蓄冰降温系中蓄冰容器3的剖视图；

图4为展现蓄冰容器3内部结构的结构示意图；

图5为展现蓄冰容器3中换热管束3c的分布示意图。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

实施例一

如图1和2所示，一种压风-蓄冰-围岩蓄冷耦合控温系统，包括避难硐室1和过渡室2，过渡室2内设有蓄冰容器3和空压机4，其中，蓄冰容器3内的介质为水，空压机4通过进风管道5与蓄冰容器3连接，蓄冰容器3与避难硐室1通过送风管道6连接，蓄冰容器3循环连接有制冷系统7，制冷系统7能够将蓄冰容器3内的水制成冰。

在非避难时期，启动压风-蓄冰-围岩蓄冷耦合控温系统，制冷系统7能够持续不断地为蓄冰容器3输送冷量，将蓄冰容器3内的水制成冰，空压机4将高温空气通过进风管道5送至蓄冰容器3，高温空气与蓄冰容器3内的冰进行热交换后，低温气体再由送风管道6送至避难硐室1，对避难硐室1进行降温。如果矿难发生后，电力系统遭到了破坏，出现避难硐室1无法用电的情况，此时蓄冰容器3内的冰能够保存一段时间的冷量，持续对避难硐室降温，为救援人员争取了时间。同时，在非避难期间，降温后的气体可以对避难硐室1的围岩进行预冷，也就是将部分冷量储存在围岩内，当发生矿难时，围岩所蓄的冷量能够吸收一部分室内的热量，与实时送入的低温气体共同作用达到降温的目的，降温效果显著提升。

进一步的，如图3和4所示，蓄冰容器3内设有与进口管道5连通的分流管道3a，以及与送风管道6连通的汇总管道3b，分流管道3a与汇总管道3b之间均匀分布有换热管束3c，分流管道3a与汇总管道3b均为矩形的管道。高温气体通过矩形的分流管道3a分流至多根换热管束3c后，换热管束3c内的高温气体能够与蓄冰容器3内的冰进行充分的热交换制成低温气体，低温气体流经汇总管道3b再由送风管道6送至避难硐室1，达到为避难硐室1降温的目的。由图5可以看出，在本实施例中，换热管束3c的数量为18根，每根换热管束3c的直径为30mm。

请参图1，制冷系统7包括制冷机组7c，以及连接在制冷机组7c与蓄冰容器3之间的进液管7a和回液管7b，进液管7a和/或回液管7b上设有溶液泵7d。在本实施例中，进液管7a和回液管7b上均设有溶液泵7d，在蓄冰容器3内，进液管7a与回液管7b之间连接有铜管7e，铜管7e以螺旋缠绕的方式布置在蓄冰容器3内部。在制冷系统7为蓄冰容器3提供冷量时，由溶液泵7d提供动力，使低温制冷剂在铜管7e、进液管7a、制冷机组7c以及回液管7b之间循环流动，持续不断地为蓄冰容器3输送冷量，从而达到为流经蓄冰容器3的高温气体降温的目的。

除了以上实施方式以外，制冷系统7还可以采用常规的空调制冷原理，包括压缩机、冷凝器以及蒸发器等组成的制冷系统7。

再参图1，送风管道6在避难硐室1内连接有若干数量的送风支管6a，各个送风支管6a的出风端均匀分布在避难硐室1围岩区域，能够保证为避难硐室1全方位地降温，降温效果显著，同时，在非避难期间，降温后的气体可以充分对避难硐室1的围岩进行预冷，围岩内的冷量储存均匀，在发生灾难后，围岩所蓄的冷量能够吸收更多室内的热量，降温效果大大提升。

实施例二

一种高温地下矿井避难所控温方法，避难所配置实施例一提供的压风-蓄冰-围岩蓄冷耦合控温系统，控温方法包括：1、在非避难时期，启动压风-蓄冰-围岩蓄冷耦合控温系统，制冷系统7持续不断地为蓄冰容器3输送冷量，将蓄冰容器3内的水制成冰，与此同时，空压机4将高温空气通过进风管道5送至蓄冰容器3，高温空气与蓄冰容器3内的冰进行热交换后，低温气体再由送风管道6送至避难硐室1，对避难硐室1进行降温，达到对避难硐室1的围岩进行预冷的目的，将部分冷量储存在围岩内。2、在避难时期，空压机4间断性地将高温空气通过进风管道5送至蓄冰容器3，经热交换后，再由送风管道6送至避难硐室1，对避难硐室1间歇性降温，达到优化能耗的目的，延长蓄冰容器3内冰的使用时长，为地面救援争取更多的时间。

请参图1，蓄冰容器3内设有自动检测系统8，自动检测系统8为可设定式蓄冰量检测装置，能够检测蓄冰容器3内的蓄冰量。在非避难期间要保证蓄冰容器3内的蓄冰量在80％以上，当检测到蓄冰量小于80％时启动制冷系统7完成蓄冰要求，当蓄冰量大于100％时制冷系统7停止工作。除此之外，避难硐室1的围岩上布设有温度传感器9，空压机4的控制系统与温度传感器反馈连接9。当温度传感器9监测到围岩温度小于24℃时可停止空压机4送风蓄冷，当围岩温度高于27℃时开启空压机4送风蓄冷功能。采用间断式地制冰与送风蓄冷，具有节能的作用，同时降低了系统的运行成本，实用性高。

再参图3，蓄冰容器3的器壁上设有保温层3d，能够有效保存冷量，进一步降低了系统在待用状态下的运行成本，并且，在灾难发生时，为救援人员争取了更多的时间。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。