一种用于密闭空间的CO₂温湿度调节与空气净化系统的制作方法

专利名称：一种用于密闭空间的CO₂温湿度调节与空气净化系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在密闭空间内为人的生命安全提供保障的CO2温湿度调节与空气净化系统，本发明可以用于煤矿井下紧急避险系统，煤矿井下紧急避险系统还包括可移动救生舱、避难硐室。
背景技术：
当外界环境特殊时，需要存在一个密闭空间保障人的生命安全，并最大限度地提供维持人生存的条件。CO2温湿度调节与空气净化系统设置于密闭空间内，用于创造适合于人生存的环境。人在密闭空间内生存，会有热负荷产生，为控制温湿度在一个适合人生存的范围内，需要有温湿度调节系统。使用CO2开式空调系统进行温湿度调节，不需要使用外部电源或者其他能源，也不需要使用内部蓄电池来驱动空调系统。CO2作为制冷工质，安全、无毒、阻燃和防爆，使用过程中可以更好的保证人的生命安全。当CO2储液装置内CO2气源温 度低于CO2临界温度，即CO2在亚临界状态下工作时，其换热效率高，制冷作用明显；而当CO2储液装置内CO2气源温度高于CO2临界温度，即CO2在超临界状态下工作时，其换热效率就会随温度升高而快速降低，制冷作用大大降低。所以，如何降低因CO2储液装置内CO2气源温度高对CO2制冷效果的影响，属于一个技术难题。外界环境流入的和人生存过程中产生的C0、C02和NH3等有毒有害气体，存在于密闭空间内无法排出，需要有空气净化系统对密闭空间内的有毒有害气体进行去除。自然对流去除密闭空间内有毒有害气体的速度缓慢，很难达到要求，而空气净化系统使用风扇带动密闭空间内空气快速流动，经过有毒有害气体吸附药剂吸附，能达到空气净化的目的和要求。利用CO2温湿度调节系统排出的高压CO2尾气的动能，作为空气净化系统的能量来源，不需要使用外部电源或者其他能源，也不需要使用内部蓄电池，可以更好地提供维持人生存的条件。基于上述背景，以及考虑与其相关的困难，研发了本发明。

发明内容
本发明的目的在于提供一种用于密闭空间的CO2温湿度调节与空气净化系统，以解决上述技术难题，保障密闭空间内人的生命安全，并最大限度地提供维持人生存的条件。本发明的目的通过以下技术方案来实现
一种用于密闭空间的CO2温湿度调节与空气净化系统，包括CO2储液装置、节流装置和蒸发器，总开关阀设置在所述CO2储液装置与节流装置之间，所述CO2储液装置、总开关阀、节流装置、蒸发器和视镜依次用连接管连接，在所述CO2储液装置与总开关阀之间的连接管一段上设有总压力表，所述节流装置为两级节流中间分气装置，在所述两级节流中间分气装置与蒸发器之间设有空气净化装置，所述空气净化装置通过连接管分别与所述两级节流中间分气装置和装有所述蒸发器的箱体连接。作为优选，本发明中所述两级节流中间分气装置包括第一内部换热器、第二内部换热器、第一主要节流阀、第二主要节流阀、气液分离器、第一辅助节流阀和第二辅助节流阀，所述第一内部换热器、第一主要节流阀、气液分离器、第一辅助节流阀、第二内部换热器与第二主要节流阀依次用连接管连接，所述第二辅助节流阀两端通过连接管分别与所述第一内部换热器和视镜连接。本发明中在所述第二主要节流阀与蒸发器之间的连接管一段上设有分压力表，所述第一内部换热器、第二内部换热器、限压阀和所述空气净化装置的气动马达依次用连接管连接，所述空气净化装置的风扇的出风口与装有所述蒸发器的箱体的进风口通过连接管连接，所述单向阀与气动马达通过连接管连接。本发明中所述蒸发器至少为一个，所述节流阀包括手动节流阀、热力膨胀阀和电子膨胀阀，还包括毛细管和节流短管。本发明中所述CO2储液装置设置于密闭空间外的另一个安 全空间内，在所述安全空间内还包括增加隔热夹层处理的CO2储液装置，所述CO2储液装置至少为一个，所述密闭空间内安装有所述手动安全阀与单向泄压阀，所述安全空间内安装有所述手动安全阀与单向泄压阀。本发明中供CO2流过的所述连接管为耐高压、低温的铜管或合金钢管。有益效果
本发明通过采用两级节流中间分气技术，使所述温湿度调节系统性能受CO2气源温度的影响很小，即CO2工质在亚临界和超临界工况下都有良好的降温除湿效果。通过采用尾气再利用技术，将所述CO2温湿度调节系统排出的高压CO2尾气的动能合理利用，驱动所述气动马达和风扇旋转，给所述空气净化系统提供能量来源，无需电源或其他动力来源。


图I为本发明的系统流程图。
具体实施例方式如图I所示，本发明在密闭空间18外的另一个安全空间21内设置CO2储液装置1，密闭空间18内安装两级节流中间分气装置和蒸发器15，两级节流中间分气装置与蒸发器15之间安装有空气净化装置12，总开关阀3设置在CO2储液装置I与两级节流中间分气装置之间，CO2储液装置I、总开关阀3、两级节流中间分气装置、蒸发器15和视镜16依次用连接管连接，CO2储液装置I与总开关阀3之间的连接管一段上还设有总压力表2，空气净化装置12通过连接管分别与两级节流中间分气装置和装有蒸发器15的箱体连接。本发明中的两级节流中间分气装置包括第一内部换热器4、第二内部换热器8、第一主要节流阀5、第二主要节流阀10、气液分离器6、第一辅助节流阀7和第二辅助节流阀17，第一内部换热器4、第一主要节流阀5、气液分离器6、第一辅助节流阀7、第二内部换热器8与第二主要节流阀10依次用连接管连接，第二辅助节流阀17两端通过连接管分别与第一内部换热器4和视镜16连接。本发明中在第二主要节流阀10与蒸发器15之间的连接管一段上设有分压力表11，第一内部换热器4、第二内部换热器8、限压阀9和空气净化装置12的气动马达13依次用连接管连接，空气净化装置12的风扇14的出风口与装有蒸发器15的箱体的进风口通过连接管连接，单向阀24与气动马达13通过连接管连接。
本发明中蒸发器15可以为一个，也可以是两个或者多个，节流阀包括手动节流阀、热力膨胀阀和电子膨胀阀，还包括毛细管和节流短管。本发明中的CO2储液装置I设置于密闭空间18外的另一个安全空间21内，在安全空间21内还包括增加隔热夹层处理的CO2储液装置1，CO2储液装置I至少为一个，密闭空间18内安装有手动安全阀19与单向泄压阀20，安全空间21内安装有手动安全阀22与单向泄压阀23。本发明中供CO2流过的连接管为耐高压、低温的铜管或合金钢管。本发明中CO2温湿度调节系统是以自然工质CO2作为制冷工质的开式空调制冷系统，采用两级节流中间分气技术，使温湿度调节系统性能受CO2气源温度的影响很小，即CO2工质在亚临界和超临界工况下都有良好的降温除湿效果。

本发明中密闭空间18可以包括煤矿井下紧急避险系统，煤矿井下紧急避险系统可以包括可移动救生舱和避难硐室。本发明中内部换热器包括套管式内部换热器，微通道式内部换热器，钎焊板式内部换热器和板翅式内部换热器。本发明中CO2储液装置I可以包括使用真空保温压力容器作为CO2储液装置1，与外界绝热，气源温度保持恒定，不受外界环境温度影响。CO2温湿度调节系统排出的气态CO2尾气流出密闭空间18后，包括CO2管路直接通过放置CO2储液装置I的安全空间21，然后通到外界环境中；还包括给CO2储液装置I加装隔热夹层，CO2管路连通CO2储液装置I的隔热夹层，然后通到外界环境中。本发明中空气净化系统采用尾气再利用技术，将CO2温湿度调节系统排出的高压CO2尾气的动能合理利用，驱动气动马达13和风扇14旋转，给空气净化系统提供能量来源，无需电源或其他动力来源。本发明中CO2温湿度调节与空气净化系统可以使用一个、两个或者多个。CO2温湿度调节系统可以使用一个、两个或者多个。以高压CO2为动力来源的空气净化系统可以使用一个、两个或者多个。
本发明的工作过程
打开CO2储液装置I的开关，可以通过密闭空间18内的总压力表2观察CO2储液装置I压力在使用过程中的变化，了解压力变化是否正常。打开总开关阀3，液态CO2从CO2储液装置I流出，液态CO2流过第一内部换热器4，接着流入第一主要节流阀5、气液分离器6，分成气态CO2和液态CO2两路。气态CO2通过第一辅助节流阀7和第二内部换热器8后通过限压阀9、气动马达13和单向阀24排入外界环境中。液态CO2通过第二内部换热器8流向第二主要节流阀10，然后流入蒸发器15内，液态CO2热交换后变成气态CO2，经过视镜16流入第二辅助节流阀17后，再流入第一内部换热器4，再通过限压阀9、气动马达13和单向阀24排入外界环境中。当CO2储液装置I气源温度高于CO2临界温度时，主要通过两级节流中间分气技术提高制冷作用与效果，使CO2温湿度调节系统受CO2气源温度的影响很小，即CO2工质在亚临界和超临界工况下都有良好的降温除湿效果。也可以通过直接降低CO2储液装置I内气源温度的方法，提高CO2工质的制冷效能。使用真空保温压力容器作为CO2储液装置1，与外界绝热，气源温度保持恒定，不受外界环境温度影响。当CO2温湿度调节系统排出的气态CO2尾气流出密闭空间18后，CO2管路直接通过放置CO2储液装置I的安全空间21，然后通到外界环境中，通过降低安全空间21内的温度来降低CO2储液装置I内气源温度；或者给CO2储液装置I加装隔热夹层，CO2尾气管路连通CO2储液装置I的隔热夹层，直接给CO2储液装置I内的气源降温，然后通到外界环境中。采用尾气再利用技术，合理利用CO2温湿度调节系统排出的高压CO2尾气的动能，作为空气净化系统的能量来源。高压CO2尾气驱动气动马达13旋转，气动马达13和风扇14同轴，带动风扇14旋转。空气净化系统在风扇14的带动下，使密闭空间18内的空气通过空气净化装置12，去除掉有毒有害气体与粉尘，起到净化密闭空间18内空气的作用。空气净化装置12的出风口与装有蒸发器15的箱体的进风口相连接，得到空气净化装置12净化的空气通过风扇14吹向蒸发器15，进行降温除湿。降温除湿以及净化后的空气再通过布置合理的管路出风口，均匀流入到密闭空间18内，供人呼吸使用。 CO2温湿度调节系统的制冷量大小可以通过第一主要节流阀5和第二主要节流阀
10进行调节，并且可以通过视镜16观察管路中的液态CO2是否完全转化为气态。如果密闭空间18内温度过高，说明CO2制冷剂流量偏小，制冷量不足，应增大第一主要节流阀5和第二主要节流阀10的开度；如果通过视镜16观察到管路中有液态CO2制冷剂流过，说明CO2制冷剂流量过大，应减小第一主要节流阀5和第二主要节流阀10的开度，从而减少管路中CO2制冷剂流量，使储液装置I内CO2制冷剂能够使用更长时间，最大限度维持人的生存条件。密闭空间18内装配有单向泄压阀20和手动安全阀19，当密闭空间18内压力高于其设定值，就可以通过单向泄压阀20和手动安全阀19向外界环境排气泄压，维持密闭空间18内压力处于规定范围之内。CO2储液装置I存放的安全空间21内装配有单向泄压阀23和手动安全阀22，当安全空间21内压力高于其设定值，就可以通过单向泄压阀23和手动安全阀22向外界环境排气泄压，维持安全空间21内压力处于规定范围之内。
权利要求
1.一种用于密闭空间的CO2温湿度调节与空气净化系统，包括CO2储液装置(I)、节流装置和蒸发器(15)，总开关阀(3)设置在所述CO2储液装置(I)与节流装置之间，所述CO2储液装置(I)、总开关阀(3)、节流装置、蒸发器(15)和视镜(16)依次用连接管连接，在所述CO2储液装置(I)与总开关阀(3)之间的连接管一段上设有总压力表(2)，其特征在于所述节流装置为两级节流中间分气装置，在所述两级节流中间分气装置与蒸发器(15 )之间设有空气净化装置(12)，所述空气净化装置(12)通过连接管分别与所述两级节流中间分气装置和装有所述蒸发器(15)的箱体连接。
2.如权利要求I所述的一种用于密闭空间的CO2温湿度调节与空气净化系统，其特征在于所述两级节流中间分气装置包括第一内部换热器(4)、第二内部换热器(8)、第一主要节流阀(5)、第二主要节流阀(10)、气液分离器(6)、第一辅助节流阀(7)和第二辅助节流阀(17)，所述第一内部换热器(4)、第一主要节流阀(5)、气液分离器(6)、第一辅助节流阀(7)、第二内部换热器(8)与第二主要节流阀(10)依次用连接管连接，所述第二辅助节流阀(17)两端通过连接管分别与所述第一内部换热器(4)和视镜(16)连接。
3.如权利要求2所述的一种用于密闭空间的CO2温湿度调节与空气净化系统，其特征在于在所述第二主要节流阀(10)与蒸发器(15)之间的连接管一段上设有分压力表(11)，所述第一内部换热器(4)、第二内部换热器(8)、限压阀(9)和所述空气净化装置(12)的气动马达(13)依次用连接管连接，所述空气净化装置(12)的风扇(14)的出风口与装有所述蒸发器(15)的箱体的进风口通过连接管连接，所述单向阀(24)与气动马达(13)通过连接管连接。
4.如权利要求I所述的一种用于密闭空间的CO2温湿度调节与空气净化系统，其特征在于所述蒸发器(15)至少为一个，所述节流阀包括手动节流阀、热力膨胀阀和电子膨胀阀，还包括毛细管和节流短管。
5.如权利要求I所述的一种用于密闭空间的CO2温湿度调节与空气净化系统，其特征在于所述CO2储液装置(I)设置于密闭空间(18)外的另一个安全空间(21)内，在所述安全空间(21)内还包括增加隔热夹层处理的CO2储液装置(I)，所述CO2储液装置(I)至少为一个，所述密闭空间(18)内安装有所述手动安全阀(19)与单向泄压阀(20)，所述安全空间(21)内安装有所述手动安全阀(22)与单向泄压阀(23)。
6.如权利要求I至5中任一项所述的一种用于密闭空间的CO2温湿度调节与空气净化系统，其特征在于供CO2流过的所述连接管为耐高压、低温的铜管或合金钢管。
全文摘要
一种用于密闭空间的CO2温湿度调节与空气净化系统，包括CO2储液装置(1)、节流装置和蒸发器(15)，所述CO2储液装置(1)、总开关阀(3)、节流装置、蒸发器(15)和视镜(16)依次用连接管连接，在所述CO2储液装置(1)与总开关阀(3)之间的连接管一段上设有总压力表(2)，所述节流装置为两级节流中间分气装置，所述空气净化装置(12)通过连接管分别与所述两级节流中间分气装置和装有所述蒸发器(15)的箱体连接。利用该系统对密闭空间进行温湿度调节与空气净化。
文档编号E21F3/00GK102678158SQ20121000493
公开日2012年9月19日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者刘洪胜, 孙有朝, 李元斌 申请人:南京航空航天大学