CN102011608A - 一种空气冷却除湿与净化系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种空气冷却除湿与净化系统，该制冷系统由CO2储液罐、手动阀、回热器、恒压阀、平行流蒸发器、手动调节阀、背压调节阀、气动风扇、CO吸附剂、CO2吸附剂、压力表、保温夹套、单向风门和救生舱本体构成。本发明采用CO2和气动风扇结合的空气冷却系统，利用液态CO2蒸发吸热为井下救生舱提供必要的冷量，并且，气化后的高压气体可以为气动风扇提供动力，使救生舱内空气循环流动，通过CO吸附剂以及CO2吸附剂来实现舱内空气的降温除湿与空气的净化，在发生矿难时，本发明在没有电源以及蓄电池的情况下可以正常使用，系统操作简单、维护方便，无需任何动力便可以维持救生舱内的温度以及空气品质。

Description

一种空气冷却除湿与净化系统及方法
技术领域
本发明涉及一种在特殊外环境威胁到人生命延续条件下(如煤矿事故、军事掩体等无电力供应情况下)，最大限度维持人的生存条件而采用的一种空气冷却除湿与净化系统及方法。
背景技术
近年来矿井内部经常出现安全事故，严重威胁到矿工的生命安全，很多矿工因此而丧生。分析其中死亡的原因，大部分是因为不能及时撤离而又得不到及时的救援所造成，还有部分人员因窒息而丧生。发生矿难之后，矿井无法通风，矿井内持续高温，且CO、CO2的含量会升高，因此在矿井下安置密闭的救生舱，在无电力供应情况下营造人能够生存的环境，为救援争取更多的时间显得格外重要。当发生矿难之后，井下未能逃离的人员可以躲进救生舱等待救援，舱内存放一定的食物、饮用水、氧气以及各种应急救生工具、药品，并维持人生存的必要条件。
井下发生矿难之后由于供电系统瘫痪，井下通风系统停止运行，温度会升高至40℃甚至更高。目前制冷方式很多，但是矿难发生之后，井下供电系统瘫痪，常规的压缩式制冷系统不再适用。也有人提出在井下采用储存冰块在矿难发生后依靠冰的熔化吸热制冷的方案，但是这种方案存在平时维持储存冰的耗电量比较大和蓄冰技术难度比较大的弊端。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于井下救生舱的空气冷却除湿与净化系统，使舱内空气环境控制在被救生者适宜生存条件之下，为矿难营救争取更长的时间。
本发明的另一目的在于提供一种利用该系统进行空气冷却除湿与净化的方法。
技术方案：本发明所述的空气冷却除湿与净化系统，主要由CO2储液罐、手动阀、回热器、恒压阀、平行流蒸发器、手动调节阀、气动风扇、CO吸附剂、CO2吸附剂和救生舱本体构成，所述CO2储液罐设置于所述救生舱本体的外部，所述CO2储液罐的外部设置有保温夹套；所述手动阀、回热器、恒压阀、平行流蒸发器、手动调节阀、气动风扇、CO吸附剂和CO2吸附剂设置于所述救生舱本体内部；所述CO2储液罐与所述手动阀、回热器、恒压阀、平行流蒸发器、手动调节阀和气动风扇依次顺序连接，然后再与所述回热器连接，最后通过所述保温夹套与外部相通；所述CO吸附剂和CO2吸附剂设置在所述气动风扇的背部。
为了方便平流蒸发器内压力超出许可值时进行泄压，在平行流蒸发器出口还设置有背压调节阀，所述背压调节阀与所述手动调节阀并联设置。
所述恒压阀与所述平行流蒸发器之间设置有压力表。
救生舱本体上设置有单向风门，当舱内压力高于舱外即开启，以向外排出过压气体。
本发明所述的利用该系统进行空气冷却除湿与净化方法，具体包括如下步骤：将液态CO2存储于储液罐中，当矿难发生后，被困井下人员进入救生舱后关闭密封舱门，打开手动阀后，液态CO2制冷剂进入所述救生舱本体内部后，液态CO2流经回热器，在回热器中与完成救生舱冷却除湿和驱动气动风扇运转功能后的气态CO2进行换热，使液态CO2过冷以提高其单位制冷能力；过冷后的液态CO2由恒压阀节流，以控制进入平行流蒸发器中的CO2液体蒸发压力，成为恒压下的气液两相流进入平行流蒸发器吸收救生舱内热量气化，气化后压力为0.75±0.05MPa的CO2气体，在平行流蒸发器出口并联设置有手动调节阀和背压调节阀，经手动调节阀控制气化量，并驱动气动风扇运转，使流经CO吸附剂和CO2吸附剂及平行流蒸发器的舱内空气循环，实现舱内空气的降温除湿与净化；当平流蒸发器内压力超出许可值时，与所述手动调节阀并联的背压调节阀自动开启进行泄压；驱动气动风扇后的低压CO2气体与从储液罐出来的液态CO2换热后再通过CO2储液罐的保温夹套后排入舱外空间。
本发明与现有技术相比，其有益效果是：1、本发明利用CO2和气动风扇结合的空气冷却除湿与净化系统，利用储存于井下的液态CO2节流、蒸发，为救生舱提供必要的冷量，同时利用气化后仍具有0.75±0.05MPa压力的CO2气体驱动气动风扇，使通过CO吸附剂以及CO2吸附剂的舱内空气循环流动，实现舱内空气的降温除湿与空气的净化，同时，流动的空气能够使室内温度分布均匀，避免出现局部温度冷热不均的现象；2、制冷过程中，本发明的控制系统具有自适应功能，根据被救生者对冷量的需求来调节手动调节阀，控制CO2液态制冷剂在平行流蒸发器中的吸热气化量，从而达到调节舱内温度的目的，使定量储存的液态CO2制冷剂在保证人生命极限情况下达到最长时间的使用，以维持更长的救援时间；3、在发生矿难时，本发明在没有电源以及蓄电池的情况下可以正常使用，系统操作简单、维护方便，无需任何动力便可以维持救生舱内的温度以及空气品质。
附图说明
图1为本发明系统的流程图；
图2救生舱CO2制冷系统压-焓示意图；
图2中的字母代表CO2制冷剂在各个部位的工作状态点，与图1中所标位置相对应。
具体实施方式
下面结合附图，通过一个最佳实施例，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1所示，一种用于井下救生舱的空气冷却除湿与净化系统，由CO2储液罐1、手动阀2、回热器3、恒压阀4、平行流蒸发器5、手动调节阀6、背压调节阀7、气动风扇8、CO吸附剂9、CO2吸附剂10、压力表11、保温夹套12、单向风门13和救生舱本体14构成。液态CO2存储于保温夹套12中的储液罐1中，打开手动阀2后，状态为a(见图2压-焓示意图)的液态CO2制冷剂流经回热器3，在回热器3中与状态为e的气态CO2进行热交换，使液态CO2过冷为b状态，而气态CO2过热为f状态，过冷后液态CO2由恒压阀4节流，成为恒定压力为0.7MPa的气液两相混合状态c进入平行流蒸发器5，在平行流蒸发器中吸收救生舱的热量而气化为状态d，状态为d的气态CO2再由手动调节阀6控制流量，驱动气动风扇8，使流经CO吸附剂9和CO2吸附剂10至平行流蒸发器5的舱内空气循环，实现舱内空气的净化与降温除湿，同时，空气的循环流动使舱内温度更趋于均匀。出气动风扇状8状态为e的CO2气体经回热器3吸收液态CO2状态为a的部分显热而温升至状态f，此后通过保温夹套12排出舱外。
背压调节阀7所在的旁通管路主要是考虑系统安全，当恒压阀4调节失灵或出现故障以及手动调节阀调节不当如关闭，会引起平行流蒸发器5压力过高，为避免这一现象的发生，系统配置了旁通管路，并由背压调节阀来控制，当背压调节阀7入口端压力超过0.8MPa后，背压调节阀7自动开启，旁通部分高压CO2气体。
在控制方面：当舱内热负荷增加或减少后，平流蒸发器5中的液态CO2气化量会发生相应的变化，恒压阀4可根据其出口压力的高低自动调节其开度，也就是自动调节进入平流蒸发器5的供液量，当压力升高时，自动减小阀的开度，反之自动增加开度，以此来控制进入平流蒸发器5的液态CO2的流量。除此，系统还具有自适应调节功能，被救生者可根据舱内的温度来调节手动调节阀，控制CO2液态制冷剂在平行流蒸发器5中的吸热气化量，从而达到调节舱内温度的目的，同时也可为了延长维持生成的条件，使定量储存的液态CO2制冷剂在保证人生命极限情况下达到最长时间的使用，可将手动调节阀6关小或间断使用，以达到更长的救援时间。
另外救生舱本体除了正常的进出密封门外，还需设置一单向风门13，此单向风门工作过程是：当舱内压力高于舱外即开启，以向外排出过压气体。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (3)

1.一种空气冷却除湿与净化系统，其特征在于：主要由CO2储液罐(1)、手动阀(2)、回热器(3)、恒压阀(4)、平行流蒸发器(5)、手动调节阀(6)、气动风扇(8)、CO吸附剂(9)、CO2吸附剂(10)和救生舱本体(14)构成，所述CO2储液罐(1)设置于所述救生舱本体(14)的外部，所述CO2储液罐(1)的外部设置有保温夹套(12)，所述手动阀(2)、回热器(3)、恒压阀(4)、平行流蒸发器(5)、手动调节阀(6)、气动风扇(8)、CO吸附剂(9)和CO2吸附剂(10)设置于所述救生舱本体(14)内部；所述CO2储液罐(1)与所述手动阀(2)、回热器(3)、恒压阀(4)、平行流蒸发器(5)、手动调节阀(6)和气动风扇(8)依次顺序连接，然后再与所述回热器(3)连接，最后通过所述保温夹套(12)与外部相通；所述CO吸附剂(9)和CO2吸附剂(10)设置在所述气动风扇(8)的背部。
2.根据权利要求1所述的空气冷却除湿与净化系统，其特征在于：在平行流蒸发器(5)出口还设置有背压调节阀(7)，所述背压调节阀(7)与所述手动调节阀(6)并联设置。
3.一种利用权利要求2所述的系统进行空气冷却除湿与净化的方法，其特征在于：将液态CO2存储于储液罐(1)中，打开手动阀(2)后，液态CO2制冷剂进入所述救生舱本体(14)内部后，液态CO2流经回热器(3)，在回热器(3)中与完成救生舱冷却除湿和驱动气动风扇运转功能后的气态CO2进行换热，使液态CO2过冷以提高其单位制冷能力；过冷后的液态CO2由恒压阀(4)节流，以控制进入平行流蒸发器(5)中的CO2液体蒸发压力，成为恒压下的气液两相流进入平行流蒸发器(5)吸收救生舱内热量气化，气化后压力为0.75±0.05MPa的CO2气体，再经手动调节阀(6)控制气化量，并驱动气动风扇(8)运转，使流经CO吸附剂(9)和CO2吸附剂(10)及平行流蒸发器(5)的舱内空气循环，实现舱内空气的降温除湿与净化；当平流蒸发器(5)内压力超出许可值时，与所述手动调节阀(6)并联的背压调节阀(7)自动开启旁路部分CO2气体进行泄压；驱动气动风扇(8)后的低压CO2气体与从储液罐(1)出来的液态CO2换热后再通过CO2储液罐(1)的保温夹套(12)后排入舱外空间。
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