專利名稱：一種用于密閉空間的CO₂溫濕度調節與空氣凈化系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在密閉空間內為人的生命安全提供保障的CO2溫濕度調節與空氣凈化系統，本發明可以用于煤礦井下緊急避險系統，煤礦井下緊急避險系統還包括可移動救生艙、避難硐室。
背景技術：
當外界環境特殊時，需要存在一個密閉空間保障人的生命安全，并最大限度地提供維持人生存的條件。CO2溫濕度調節與空氣凈化系統設置于密閉空間內，用于創造適合于人生存的環境。人在密閉空間內生存，會有熱負荷產生，為控制溫濕度在一個適合人生存的范圍內，需要有溫濕度調節系統。使用CO2開式空調系統進行溫濕度調節，不需要使用外部電源或者其他能源，也不需要使用內部蓄電池來驅動空調系統。CO2作為制冷工質，安全、無毒、阻燃和防爆，使用過程中可以更好的保證人的生命安全。當CO2儲液裝置內CO2氣源溫 度低于CO2臨界溫度，即CO2在亞臨界狀態下工作時，其換熱效率高，制冷作用明顯；而當CO2儲液裝置內CO2氣源溫度高于CO2臨界溫度，即CO2在超臨界狀態下工作時，其換熱效率就會隨溫度升高而快速降低，制冷作用大大降低。所以，如何降低因CO2儲液裝置內CO2氣源溫度高對CO2制冷效果的影響，屬于一個技術難題。外界環境流入的和人生存過程中產生的C0、C02和NH3等有毒有害氣體，存在于密閉空間內無法排出，需要有空氣凈化系統對密閉空間內的有毒有害氣體進行去除。自然對流去除密閉空間內有毒有害氣體的速度緩慢，很難達到要求，而空氣凈化系統使用風扇帶動密閉空間內空氣快速流動，經過有毒有害氣體吸附藥劑吸附，能達到空氣凈化的目的和要求。利用CO2溫濕度調節系統排出的高壓CO2尾氣的動能，作為空氣凈化系統的能量來源，不需要使用外部電源或者其他能源，也不需要使用內部蓄電池，可以更好地提供維持人生存的條件。基于上述背景，以及考慮與其相關的困難，研發了本發明。

發明內容
本發明的目的在于提供一種用于密閉空間的CO2溫濕度調節與空氣凈化系統，以解決上述技術難題，保障密閉空間內人的生命安全，并最大限度地提供維持人生存的條件。本發明的目的通過以下技術方案來實現
一種用于密閉空間的CO2溫濕度調節與空氣凈化系統，包括CO2儲液裝置、節流裝置和蒸發器，總開關閥設置在所述CO2儲液裝置與節流裝置之間，所述CO2儲液裝置、總開關閥、節流裝置、蒸發器和視鏡依次用連接管連接，在所述CO2儲液裝置與總開關閥之間的連接管一段上設有總壓力表，所述節流裝置為兩級節流中間分氣裝置，在所述兩級節流中間分氣裝置與蒸發器之間設有空氣凈化裝置，所述空氣凈化裝置通過連接管分別與所述兩級節流中間分氣裝置和裝有所述蒸發器的箱體連接。作為優選，本發明中所述兩級節流中間分氣裝置包括第一內部換熱器、第二內部換熱器、第一主要節流閥、第二主要節流閥、氣液分離器、第一輔助節流閥和第二輔助節流閥，所述第一內部換熱器、第一主要節流閥、氣液分離器、第一輔助節流閥、第二內部換熱器與第二主要節流閥依次用連接管連接，所述第二輔助節流閥兩端通過連接管分別與所述第一內部換熱器和視鏡連接。本發明中在所述第二主要節流閥與蒸發器之間的連接管一段上設有分壓力表，所述第一內部換熱器、第二內部換熱器、限壓閥和所述空氣凈化裝置的氣動馬達依次用連接管連接，所述空氣凈化裝置的風扇的出風口與裝有所述蒸發器的箱體的進風口通過連接管連接，所述單向閥與氣動馬達通過連接管連接。本發明中所述蒸發器至少為一個，所述節流閥包括手動節流閥、熱力膨脹閥和電子膨脹閥，還包括毛細管和節流短管。本發明中所述CO2儲液裝置設置于密閉空間外的另一個安 全空間內，在所述安全空間內還包括增加隔熱夾層處理的CO2儲液裝置，所述CO2儲液裝置至少為一個，所述密閉空間內安裝有所述手動安全閥與單向泄壓閥，所述安全空間內安裝有所述手動安全閥與單向泄壓閥。本發明中供CO2流過的所述連接管為耐高壓、低溫的銅管或合金鋼管。有益效果
本發明通過采用兩級節流中間分氣技術，使所述溫濕度調節系統性能受CO2氣源溫度的影響很小，即CO2工質在亞臨界和超臨界工況下都有良好的降溫除濕效果。通過采用尾氣再利用技術，將所述CO2溫濕度調節系統排出的高壓CO2尾氣的動能合理利用，驅動所述氣動馬達和風扇旋轉，給所述空氣凈化系統提供能量來源，無需電源或其他動力來源。


圖I為本發明的系統流程圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發明在密閉空間18外的另一個安全空間21內設置CO2儲液裝置1，密閉空間18內安裝兩級節流中間分氣裝置和蒸發器15，兩級節流中間分氣裝置與蒸發器15之間安裝有空氣凈化裝置12，總開關閥3設置在CO2儲液裝置I與兩級節流中間分氣裝置之間，CO2儲液裝置I、總開關閥3、兩級節流中間分氣裝置、蒸發器15和視鏡16依次用連接管連接，CO2儲液裝置I與總開關閥3之間的連接管一段上還設有總壓力表2，空氣凈化裝置12通過連接管分別與兩級節流中間分氣裝置和裝有蒸發器15的箱體連接。本發明中的兩級節流中間分氣裝置包括第一內部換熱器4、第二內部換熱器8、第一主要節流閥5、第二主要節流閥10、氣液分離器6、第一輔助節流閥7和第二輔助節流閥17，第一內部換熱器4、第一主要節流閥5、氣液分離器6、第一輔助節流閥7、第二內部換熱器8與第二主要節流閥10依次用連接管連接，第二輔助節流閥17兩端通過連接管分別與第一內部換熱器4和視鏡16連接。本發明中在第二主要節流閥10與蒸發器15之間的連接管一段上設有分壓力表11，第一內部換熱器4、第二內部換熱器8、限壓閥9和空氣凈化裝置12的氣動馬達13依次用連接管連接，空氣凈化裝置12的風扇14的出風口與裝有蒸發器15的箱體的進風口通過連接管連接，單向閥24與氣動馬達13通過連接管連接。
本發明中蒸發器15可以為一個，也可以是兩個或者多個，節流閥包括手動節流閥、熱力膨脹閥和電子膨脹閥，還包括毛細管和節流短管。本發明中的CO2儲液裝置I設置于密閉空間18外的另一個安全空間21內，在安全空間21內還包括增加隔熱夾層處理的CO2儲液裝置1，CO2儲液裝置I至少為一個，密閉空間18內安裝有手動安全閥19與單向泄壓閥20，安全空間21內安裝有手動安全閥22與單向泄壓閥23。本發明中供CO2流過的連接管為耐高壓、低溫的銅管或合金鋼管。本發明中CO2溫濕度調節系統是以自然工質CO2作為制冷工質的開式空調制冷系統，采用兩級節流中間分氣技術，使溫濕度調節系統性能受CO2氣源溫度的影響很小，即CO2工質在亞臨界和超臨界工況下都有良好的降溫除濕效果。

本發明中密閉空間18可以包括煤礦井下緊急避險系統，煤礦井下緊急避險系統可以包括可移動救生艙和避難硐室。本發明中內部換熱器包括套管式內部換熱器，微通道式內部換熱器，釬焊板式內部換熱器和板翅式內部換熱器。本發明中CO2儲液裝置I可以包括使用真空保溫壓力容器作為CO2儲液裝置1，與外界絕熱，氣源溫度保持恒定，不受外界環境溫度影響。CO2溫濕度調節系統排出的氣態CO2尾氣流出密閉空間18后，包括CO2管路直接通過放置CO2儲液裝置I的安全空間21，然后通到外界環境中；還包括給CO2儲液裝置I加裝隔熱夾層，CO2管路連通CO2儲液裝置I的隔熱夾層，然后通到外界環境中。本發明中空氣凈化系統采用尾氣再利用技術，將CO2溫濕度調節系統排出的高壓CO2尾氣的動能合理利用，驅動氣動馬達13和風扇14旋轉，給空氣凈化系統提供能量來源，無需電源或其他動力來源。本發明中CO2溫濕度調節與空氣凈化系統可以使用一個、兩個或者多個。CO2溫濕度調節系統可以使用一個、兩個或者多個。以高壓CO2為動力來源的空氣凈化系統可以使用一個、兩個或者多個。
本發明的工作過程
打開CO2儲液裝置I的開關，可以通過密閉空間18內的總壓力表2觀察CO2儲液裝置I壓力在使用過程中的變化，了解壓力變化是否正常。打開總開關閥3，液態CO2從CO2儲液裝置I流出，液態CO2流過第一內部換熱器4，接著流入第一主要節流閥5、氣液分離器6，分成氣態CO2和液態CO2兩路。氣態CO2通過第一輔助節流閥7和第二內部換熱器8后通過限壓閥9、氣動馬達13和單向閥24排入外界環境中。液態CO2通過第二內部換熱器8流向第二主要節流閥10，然后流入蒸發器15內，液態CO2熱交換后變成氣態CO2，經過視鏡16流入第二輔助節流閥17后，再流入第一內部換熱器4，再通過限壓閥9、氣動馬達13和單向閥24排入外界環境中。當CO2儲液裝置I氣源溫度高于CO2臨界溫度時，主要通過兩級節流中間分氣技術提高制冷作用與效果，使CO2溫濕度調節系統受CO2氣源溫度的影響很小，即CO2工質在亞臨界和超臨界工況下都有良好的降溫除濕效果。也可以通過直接降低CO2儲液裝置I內氣源溫度的方法，提高CO2工質的制冷效能。使用真空保溫壓力容器作為CO2儲液裝置1，與外界絕熱，氣源溫度保持恒定，不受外界環境溫度影響。當CO2溫濕度調節系統排出的氣態CO2尾氣流出密閉空間18后，CO2管路直接通過放置CO2儲液裝置I的安全空間21，然后通到外界環境中，通過降低安全空間21內的溫度來降低CO2儲液裝置I內氣源溫度；或者給CO2儲液裝置I加裝隔熱夾層，CO2尾氣管路連通CO2儲液裝置I的隔熱夾層，直接給CO2儲液裝置I內的氣源降溫，然后通到外界環境中。采用尾氣再利用技術，合理利用CO2溫濕度調節系統排出的高壓CO2尾氣的動能，作為空氣凈化系統的能量來源。高壓CO2尾氣驅動氣動馬達13旋轉，氣動馬達13和風扇14同軸，帶動風扇14旋轉。空氣凈化系統在風扇14的帶動下，使密閉空間18內的空氣通過空氣凈化裝置12，去除掉有毒有害氣體與粉塵，起到凈化密閉空間18內空氣的作用。空氣凈化裝置12的出風口與裝有蒸發器15的箱體的進風口相連接，得到空氣凈化裝置12凈化的空氣通過風扇14吹向蒸發器15，進行降溫除濕。降溫除濕以及凈化后的空氣再通過布置合理的管路出風口，均勻流入到密閉空間18內，供人呼吸使用。 CO2溫濕度調節系統的制冷量大小可以通過第一主要節流閥5和第二主要節流閥
10進行調節，并且可以通過視鏡16觀察管路中的液態CO2是否完全轉化為氣態。如果密閉空間18內溫度過高，說明CO2制冷劑流量偏小，制冷量不足，應增大第一主要節流閥5和第二主要節流閥10的開度；如果通過視鏡16觀察到管路中有液態CO2制冷劑流過，說明CO2制冷劑流量過大，應減小第一主要節流閥5和第二主要節流閥10的開度，從而減少管路中CO2制冷劑流量，使儲液裝置I內CO2制冷劑能夠使用更長時間，最大限度維持人的生存條件。密閉空間18內裝配有單向泄壓閥20和手動安全閥19，當密閉空間18內壓力高于其設定值，就可以通過單向泄壓閥20和手動安全閥19向外界環境排氣泄壓，維持密閉空間18內壓力處于規定范圍之內。CO2儲液裝置I存放的安全空間21內裝配有單向泄壓閥23和手動安全閥22，當安全空間21內壓力高于其設定值，就可以通過單向泄壓閥23和手動安全閥22向外界環境排氣泄壓，維持安全空間21內壓力處于規定范圍之內。
權利要求
1.一種用于密閉空間的CO2溫濕度調節與空氣凈化系統，包括CO2儲液裝置(I)、節流裝置和蒸發器(15)，總開關閥(3)設置在所述CO2儲液裝置(I)與節流裝置之間，所述CO2儲液裝置(I)、總開關閥(3)、節流裝置、蒸發器(15)和視鏡(16)依次用連接管連接，在所述CO2儲液裝置(I)與總開關閥(3)之間的連接管一段上設有總壓力表(2)，其特征在于所述節流裝置為兩級節流中間分氣裝置，在所述兩級節流中間分氣裝置與蒸發器(15 )之間設有空氣凈化裝置(12)，所述空氣凈化裝置(12)通過連接管分別與所述兩級節流中間分氣裝置和裝有所述蒸發器(15)的箱體連接。
2.如權利要求I所述的一種用于密閉空間的CO2溫濕度調節與空氣凈化系統，其特征在于所述兩級節流中間分氣裝置包括第一內部換熱器(4)、第二內部換熱器(8)、第一主要節流閥(5)、第二主要節流閥(10)、氣液分離器(6)、第一輔助節流閥(7)和第二輔助節流閥(17)，所述第一內部換熱器(4)、第一主要節流閥(5)、氣液分離器(6)、第一輔助節流閥(7)、第二內部換熱器(8)與第二主要節流閥(10)依次用連接管連接，所述第二輔助節流閥(17)兩端通過連接管分別與所述第一內部換熱器(4)和視鏡(16)連接。
3.如權利要求2所述的一種用于密閉空間的CO2溫濕度調節與空氣凈化系統，其特征在于在所述第二主要節流閥(10)與蒸發器(15)之間的連接管一段上設有分壓力表(11)，所述第一內部換熱器(4)、第二內部換熱器(8)、限壓閥(9)和所述空氣凈化裝置(12)的氣動馬達(13)依次用連接管連接，所述空氣凈化裝置(12)的風扇(14)的出風口與裝有所述蒸發器(15)的箱體的進風口通過連接管連接，所述單向閥(24)與氣動馬達(13)通過連接管連接。
4.如權利要求I所述的一種用于密閉空間的CO2溫濕度調節與空氣凈化系統，其特征在于所述蒸發器(15)至少為一個，所述節流閥包括手動節流閥、熱力膨脹閥和電子膨脹閥，還包括毛細管和節流短管。
5.如權利要求I所述的一種用于密閉空間的CO2溫濕度調節與空氣凈化系統，其特征在于所述CO2儲液裝置(I)設置于密閉空間(18)外的另一個安全空間(21)內，在所述安全空間(21)內還包括增加隔熱夾層處理的CO2儲液裝置(I)，所述CO2儲液裝置(I)至少為一個，所述密閉空間(18)內安裝有所述手動安全閥(19)與單向泄壓閥(20)，所述安全空間(21)內安裝有所述手動安全閥(22)與單向泄壓閥(23)。
6.如權利要求I至5中任一項所述的一種用于密閉空間的CO2溫濕度調節與空氣凈化系統，其特征在于供CO2流過的所述連接管為耐高壓、低溫的銅管或合金鋼管。
全文摘要
一種用于密閉空間的CO2溫濕度調節與空氣凈化系統，包括CO2儲液裝置(1)、節流裝置和蒸發器(15)，所述CO2儲液裝置(1)、總開關閥(3)、節流裝置、蒸發器(15)和視鏡(16)依次用連接管連接，在所述CO2儲液裝置(1)與總開關閥(3)之間的連接管一段上設有總壓力表(2)，所述節流裝置為兩級節流中間分氣裝置，所述空氣凈化裝置(12)通過連接管分別與所述兩級節流中間分氣裝置和裝有所述蒸發器(15)的箱體連接。利用該系統對密閉空間進行溫濕度調節與空氣凈化。
文檔編號E21F3/00GK102678158SQ20121000493
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者劉洪勝, 孫有朝, 李元斌 申請人:南京航空航天大學