CN102182490A - 高压动力源高效制冷系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种高压动力源高效制冷系统及方法，属于安全救生及环境控制工程领域。该制冷系统包括蒸发制冷机组，该蒸发制冷机组依次由第一蒸发器（7）、压缩机（8）、冷凝器（5）、膨胀阀（6）组成；其特征在于：还包括与蒸发制冷机组相连的动力发生装置，该动力发生装置依次由液化气储罐（1）、气液转换器（2）、涡轮（3）、第二蒸发器（4）组成，其中第二蒸发器（4）的出口与上述冷凝器（5）的冷边相连；该系统还包括风扇（9）；其中涡轮（3）、压缩机（8）和风扇（9）同轴工作。本发明是一种结构简单、适应性强、适用于矿井、潜艇等密闭空间的非电式高效制冷系统。

Description

高压动力源高效制冷系统及方法

所属技术领域

本发明涉及一种高压动力源高效制冷系统及方法，属于安全救生及环境控制工程领域。

背景技术

近几年，矿难事故频发，矿难发生后为无法及时撤离的遇险人员提供生命保障的紧急避险设施势在必行。该设施对外要求能够抵御高温烟气，隔绝有毒有害气体，对内要求提供氧气、食物、水，去除有毒有害气体，创造生存基本条件，为应急救援创造条件、赢得时间。目前，紧急避险设施主要包括永久避难硐室、临时避难硐室、可移动式救生舱，其中环境温度的控制主要采用冰蓄冷、电制冷、开放式液化气体膨胀制冷三种方式。

对于冰蓄冷方式，由于冰的储存温度较低，平时维护时需持续蓄冷，故障率高且耗电量大，同时，在使用过程中，随着冰的融化，救生舱内温度会逐渐升高，舱内温度不够稳定。电制冷方式，蓄电池体积庞大且需防爆处理，成本昂贵，且当外界环境温度较高时，空调装置能效比将大大降低，甚至不能正常工作。开放式液化气体膨胀制冷方式，虽然舱内温度控制稳定，性能可靠，但是所需液化气体积较大，当储存环境温度较高时，能量不能充分利用。

发明内容

本发明提供一种结构简单、适应性强，适用于矿井、潜艇等密闭空间的非电式的高压动力源高效制冷系统及方法。

一种高压动力源高效制冷系统，包括蒸发制冷机组，该蒸发制冷机组依次由第一蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀组成；其特征在于：还包括与蒸发制冷机组相连的动力发生装置，该动力发生装置依次由液化气储罐、气液转换器、涡轮、第二蒸发器组成，其中第二蒸发器的出口与上述冷凝器的冷边相连；该系统还包括风扇；其中涡轮、压缩机和风扇同轴工作。

上述的高压动力源高效制冷系统工作方式，其特征在于包括以下过程：（a）、液化气储罐中的高压液化介质通过气液转换器转化为高压气体，同时与周围空气换热，使气液转换器周围空气冷却；（b）、高压气体进入涡轮进口，驱动涡轮带动压缩机和风扇同轴工作；（c）、高压气体从涡轮出口排出，进入第二蒸发器与周围空气换热，使第二蒸发器周围空气冷却；（d）、高压气体继续从第二蒸发器的出口进入制冷机组冷凝器的冷边，与冷凝器中的制冷剂换热，降低冷凝器中制冷剂的温度，最后由冷凝器排出系统外。

上述高压动力源高效制冷系统及工作方式，其特征在于：还包括空气净化系统。

上述高压动力源高效制冷系统及工作方式，其特征在于：所述空气净化系统由化学制氧剂、脱硫剂、CO催化剂组成。在常温下可有效去除二氧化碳、一氧化碳、硫化氢、氮氧化物及人体代谢挥发性有机物等，

上述的高压动力源高效制冷系统及工作方式，其特征在于：上述空气净化系统沿空气净化顺序依次为化学制氧剂、脱硫剂、CO催化剂；化学制氧剂与舱内CO₂和水反应生成氧气并产生热量；该热量能促进CO催化剂对CO的催化效率；同时空气净化装置入口和出口存在高度以及温度差，因此会形成烟囱效应，为空气净化装置空气流通提供动力。

上述高压动力源高效制冷系统及工作方式，其特征在于：上述空气净化系统位于气液转换器附近；化学制氧剂与舱内CO₂和水反应产生的热量及CO催化剂催化氧化CO产生的热量能够提高气液转换器的蒸发温度和蒸发压力，从而提高液化气经过涡轮前后焓差，使得涡轮做功增加。

本发明所述的高压动力源高效制冷系统及方法在设计上满足矿井环境控制要求，不使用电力及其它外部能源，具有制冷能力强、性能稳定，安装维护简便等突出优点。

附图说明

图1高压动力源高效制冷系统的原理性示意图；

图中的标号名称：1、液化气储罐，2、气液转换器，3、涡轮，4、第二蒸发器，5、冷凝器，6、膨胀阀，7、第一蒸发器，8、压缩机，9、风扇，10、化学制氧剂，11、脱硫剂，12、CO催化剂。

具体实施方式

附图1为高压动力源高效制冷系统，由制冷系统和空气净化系统组成。制冷系统包括液化气储罐1、气液转换器2、涡轮3、蒸发制冷机组、第二蒸发器4。蒸发制冷机组包括冷凝器5、膨胀阀6、第一蒸发器7、压缩机8和风扇9。空气净化系统主要包括化学制氧剂10、脱硫剂11、CO催化剂12。

当煤矿井下发生瓦斯突出或冒顶事故时，该系统独立运行， 当高压液化介质从液化气储罐1流入气液转换器2，由于吸收空气净化装置内的化学制氧剂10与CO催化剂12反应产生的热量，液化介质沸腾汽化为高压气体，并使工作压力增加，从而提高动力涡轮3将压力能转换为机械能的能力。系统中涡轮3、压缩机8、风扇9通过连轴实现能量的交换和传递，其中，压缩机8用于驱动蒸发制冷机组运行，风扇9则用于增强气液转换器2、第一蒸发器7、第二蒸发器4的对流换热；高压气体经过涡轮3后，由于膨胀温度降低，通过设置第二蒸发器4吸收舱内热量，从而维持舱内温度；排出舱外的气体温度接近室温，可将其通过制冷机组的冷凝器5冷边，促进冷凝器对外散热。

对于蒸发制冷机组，压缩机8吸入来自第一蒸发器7的低温低压制冷剂气体，压缩后成为高温高压的过热蒸汽，进入舱外的冷凝器热边，气态的高温高压制冷剂向周围空气通过强制对流方式散热后成为高压的过冷液体，高压的过冷液体经过干燥器流入膨胀阀节流后降压，成为低温低压的液体，之后进入舱内的第一蒸发器7，吸收舱内人员和设备产生的负荷后沸腾汽化，汽化后的制冷剂再次进入气动压缩机8中，至此完成一个循环。

在实施过程中，化学制氧剂10一般为超氧化钾或超氧化钠，它们具有同时制氧和去除二氧化碳的能力，CO催化剂12则采用霍加拉特或贵金属催化剂，通过催化反应将CO氧化成CO₂ 。由于超氧化钾或超氧化钠的化学反应，以及霍加拉特或贵金属催化剂对CO的催化反应会产生大量的热量，加之空气净化装置的入口和出口存在高度差，会诱发具有强烈气流运动的烟囱效应，不仅为空气净化系统自身提供了动力，也改善了气液转换器2吸收热量的能力，使汽化后流经涡轮前后的高压气体的焓差增加，从而提高涡轮做功的能力。

Claims (10)

1.一种高压动力源高效制冷系统，包括蒸发制冷机组，该蒸发制冷机组依次由第一蒸发器（7）、压缩机（8）、冷凝器（5）、膨胀阀（6）组成；其特征在于：还包括与蒸发制冷机组相连的动力发生装置，该动力发生装置依次由液化气储罐（1）、气液转换器（2）、涡轮（3）、第二蒸发器（4）组成，其中第二蒸发器（4）的出口与上述冷凝器（5）的冷边相连；该系统还包括风扇（9）；其中涡轮（3）、压缩机（8）和风扇（9）同轴工作。

2.根据权利要求1所述的高压动力源高效制冷系统，其特征在于:还包括空气净化系统。

3.根据权利要求2所述的高压动力源高效制冷系统，其特征在于:所述空气净化系统由化学制氧剂（10）、脱硫剂（11）、CO催化剂（12）组成。

4.根据权利要求3所述的高压动力源高效制冷系统，其特征在于: 上述空气净化系统沿空气净化顺序依次为化学制氧剂（10）、脱硫剂（11）、CO催化剂（12）。

5.根据权利要求4所述的高压动力源高效制冷系统，其特征在于: 上述空气净化系统位于气液转换器（2）附近。

6.根据权利要求1所述的高压动力源高效制冷系统工作方式，其特征在于包括以下过程：

（a）、液化气储罐（1）中的高压液化介质通过气液转换器（2）转化为高压气体，同时与周围空气换热，使气液转换器（2）周围空气冷却；

（b）、高压气体进入涡轮（3）进口，驱动涡轮（3）带动压缩机（8）和风扇（9）同轴工作；

（c）、高压气体从涡轮（3）出口排出，进入第二蒸发器（4）与周围空气换热，使第二蒸发器（4）周围空气冷却；

（d）、高压气体继续从第二蒸发器（4）的出口进入制冷机组冷凝器（5）的冷边，与冷凝器中的制冷剂换热，降低冷凝器（5）中制冷剂的温度，最后由冷凝器（5）排出系统外。

7.根据权利要求6所述的高压动力源高效制冷系统工作方式，其特征在于：该系统还包括空气净化系统。

8.根据权利要求7所述的高压动力源高效制冷系统工作方式，其特征在于：所述空气净化系统由化学制氧剂（10）、脱硫剂（11）、CO催化剂（12）组成。

9.根据权利要求8所述的高压动力源高效制冷系统工作方式，其特征在于：上述空气净化系统沿空气净化顺序依次为化学制氧剂（10）、脱硫剂（11）、CO催化剂催化剂（12）；化学制氧剂（10）与舱内CO₂和水反应生成氧气并产生热量；该热量能促进CO催化剂（12）对CO的催化效率；同时空气净化装置入口和出口存在高度以及温度差，因此会形成烟囱效应，为空气净化装置空气流通提供动力。

10.根据权利要求9所述的高压动力源高效制冷系统工作方式，其特征在于：上述空气净化系统位于气液转换器（2）附近；化学制氧剂（10）与舱内CO₂和水反应产生的热量及CO催化剂（12）催化氧化CO产生的热量能够提高气液转换器的蒸发温度和蒸发压力，从而提高液化气经过涡轮（3）前后焓差，使得涡轮做功增加。

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