[发明专利]矿用蓄冷和二氧化碳耦合式制冷系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制冷系统及方法，特别涉及一种二氧化碳制冷系统及方法。

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，高压制冷剂驱动的制冷系统存放高压二氧化碳的设备舱相对较大；当矿井内部温度高于31.1℃时，一级节流阀的效率比较低，影响系统效率；同时，二级节流前的中温低压二氧化碳进入二级节流的效率也较低。这些问题都直接的影响了系统的可靠性和稳定性，因此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

有鉴于此，本发明的目的是提供一种矿用蓄冷和二氧化碳耦合式制冷系统及方法，克服了现有技术在环境温度高于31.1℃时制冷效率较低的缺陷，同时减小了二氧化碳的设备舱空间的尺寸。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种矿用蓄冷和二氧化碳耦合式制冷系统，包括二氧化碳钢瓶、二氧化碳汇流排、截止阀、三通换向阀、蓄冷箱、第一段冷却管道、单向阀、一级节流阀、一级蒸发器、第二段冷却管道、二级节流阀、二级蒸发器和气动风机；

所述二氧化碳钢瓶的出气口与二氧化碳汇流排进气口相连，所述二氧化碳汇流排的出气口与截止阀进气口相连，所述截止阀出气口与三通换向阀的第一端相连，所述三通换向阀的第二端与第一段冷却管道的入口相连，所述第一段冷却管道的出口与单向阀的入口相连，所述单向阀的出口分成两路，一路与三通换向阀的第三端相连，另一路与一级节流阀的入口相连，所述一级节流阀的出口与一级蒸发器的入口相连，所述一级蒸发器的出口与第二段冷却管道的入口相连，所述第二段冷却管道的出口与二级节流阀的入口相连，所述二级节流阀的出口与二级蒸发器的入口相连，所述二级蒸发器的出口与气动风机进气口相连；所述气动风机的出气口与密闭空间外相通；

所述第一段冷却管道和第二段冷却管道位于蓄冷箱内；

进一步，所述一级蒸发器和二级蒸发器为毛细管式蒸发器；所述一级节流阀和二级节流阀为毛细管式节流阀；

进一步，一种矿用蓄冷和二氧化碳耦合式制冷系统的制冷方法，包括以下过程：

当矿井内的温度高于31.1℃，所述三通换向阀的第一端和第二端相通；所述二氧化碳钢瓶内的高压常温二氧化碳气体经过第一段冷却管道预冷，变成高压低温的二氧化碳液体；所述高压低温的二氧化碳液体经过一级节流阀后，变成中压低温的二氧化碳液体；所述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；所述中压常温的二氧化碳气体经过第二段冷却管道进一步预冷后，变成中压低温的二氧化碳液体；所述中压低温的二氧化碳液体经过二级节流阀后，变成低压低温的二氧化碳气体；所述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；所述低压常温的二氧化碳气体驱动气动风机之后排出舱外；所述气动风机带动舱内气体与一级蒸发器和二级蒸发器进行热量交换；

当矿井内的温度低于31.1℃，所述三通换向阀的第三端、第一端相通；所述二氧化碳钢瓶内的高压常温二氧化碳液体直接进入一级节流阀后成中压常温二氧化碳气体；所述中压常温二氧化碳气体快速通过一级蒸发器进入第二段冷却管道预冷后成中压低温二氧化碳液体；所述中压低温二氧化碳液体经二级节流阀后变成低压低温二氧化碳气体；所述低压低温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二氧化碳气体；所述低压常温二氧化碳气体驱动气动风机之后排出舱外；所述气动风机带动舱内气体与一级蒸发器和二级蒸发器进行热量交换。

本发明的有益效果是：