[发明专利]防冰堵自除霜型二氧化碳开放式制冷系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种防冰堵自除霜型二氧化碳开放式制冷系统，属于密闭空间安全救生及环境控制领域。

背景技术

随着科学技术的进步与发展以及对人生命权益意识的提高，作为在灾难和意外事故发生后对人生命的保护设施，紧急避险系统已成为国家重点关注的问题。煤矿矿井的紧急避险系统主要有避难硐室或救生舱，它用于矿井作业人员遇险时逃生、避难和等待救援，必须具备一定的环境控制功能以满足避险人员的生存需求，作为环境控制系统重要组成部分的制冷系统，其可靠性直接关系到避难硐室或救生舱密闭空间的温度调节和空气净化。由于不需要电源，能够满足矿井苛刻的防爆要求，开放式二氧化碳制冷系统成为避难硐室和救生舱制冷方式的首选，如专利201110043150.7详细叙述了一种高压制冷剂驱动的集制冷净化为一体的非电式空气调节净化装置及方法。然而，在实际应用中，因二氧化碳中含有水分，加之节流后温度低达-50～-60℃，很容易造成管路冰堵和蒸发器结霜等问题，系统的可靠性和稳定性较差，亟待对现有的开放式二氧化碳制冷系统进行改进。

发明内容  

本发明的目的是针对用于煤矿避难硐室或矿用救生舱的特殊使用环境和要求，提供一种性能可靠，调节灵活的防冰堵自除霜型二氧化碳开放式制冷系统，它能够灵活可靠的实现救生舱舱内温度控制，并具有自除霜功能。

为实现上述目的，本发明采用了下列技术方案：本防冰堵自除霜型二氧化碳开放式制冷系统，其特征在于依次包括二氧化碳钢瓶、截止阀、一级节流阀、一级蒸发器、二级节流阀、二级蒸发器；还包括一个三通换向阀；上述三通换向阀第一端连通二级蒸发器，第二端连通气动风机，第三端连通压缩空气钢瓶。所述的防冰堵自除霜型二氧化碳开放式制冷系统，其特征在于：上述一级蒸发器和二级蒸发器为毛细管式蒸发器。所述的防冰堵自除霜型二氧化碳开放式制冷系统，其特征在于：上述一级节流阀和二级节流阀为毛细管式节流阀。所述的防冰堵自除霜型二氧化碳开放式制冷系统，其特征在于：上述气动风机和三通换向阀之间设有背压阀。所述的防冰堵自除霜型二氧化碳开放式制冷系统，其特征在于：上述二氧化碳钢瓶超过一个，它们通过二氧化碳汇流排与截止阀连接。所述的防冰堵自除霜型二氧化碳开放式制冷系统，其特征在于：上述压缩空气钢瓶超过一个，它们通过空气汇流排与三通换向阀的第三端相连。所述的防冰堵自除霜型二氧化碳开放式制冷系统的制冷方法，其特征在于包括以下过程：使三通换向阀的第一端和第二端相通；二氧化碳钢瓶内的高压常温二氧化碳液体，流经一级节流阀后变成中压低温的二氧化碳液体；通过一级蒸发器与舱内气体热交换后，变成中压常温的二氧化碳气体；中压常温的二氧化碳气体，流经二级节流阀后变成低压低温的二氧化碳气体；通过二级蒸发器与舱内气体实现热量交换后，变成低压常温的二氧化碳气体；低压常温的二氧化碳气体经过三通换向阀的第一端、第二端后驱动气动风机，之后排出舱外；气动风机带动舱内气体与一级蒸发器和二级蒸发器的热量交换；上述一级蒸发器的蒸发压力和蒸发温度由一级节流阀和一级蒸发器自身压降调节的开度调节，使一级节流阀（4）后的二氧化碳液体温度高于0℃，从而防止管路冰堵和一级蒸发器结霜；上述二级蒸发器（7）的压力和温度由二级节流阀开度和二级蒸发器自身压降调节，从而使其温度高于0℃，防止二级蒸发器结霜和管路冰堵；若上述蒸发器出现结霜，手动使三通换向阀的第三端、第二端相通，接通压缩空气钢瓶（，压缩空气驱动气动风机，进行蒸发器除霜，待除霜后，重新启动制冷系统。

防冰堵自除霜型二氧化碳开放式制冷系统，由于采取了二次节流和两级制冷的措施，提高了一级蒸发器和二级蒸发器的蒸发温度，保证蒸发温度高于水的冰点，从而防止了管路冰堵和蒸发器器结霜现象的发生；同时通过设置压缩空气钢瓶，用以驱动气动风机，进行极端情况下的辅助除霜，提高了系统运行的可靠性。

附图说明

图1为防冰堵自除霜型开放式二氧化碳制冷系统原理图；

图2为增加背压阀的防冰堵自除霜型开放式二氧化碳制冷系统原理图。

图中的标号名称：1. 二氧化碳钢瓶，2.二氧化碳汇流排，3.截止阀，4.一级节流阀，5.一级蒸发器，6.二级节流阀，7.二级蒸发器，8.三通换向阀，9.气动风机，10.压缩空气钢瓶，11.空气汇流排，12.背压阀。

具体实施方式