[發明專利]礦用蓄冷和二氧化碳耦合式制冷系統及方法

有效

• 申請號: 201210511889.0
• 申請日: 2012-12-04
• 公開（公告）號: CN102966366A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 陳于金;何廷梅;余秀清;廖樹蕓;張世濤;張祖敬;汪東平
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團重慶研究院
• 主分類號: E21F3/00
• 分類號: E21F3/00;E21F11/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

技術領域

本發明涉及一種制冷系統及方法，特別涉及一種二氧化碳制冷系統及方法。

背景技術

隨著科學技術的進步與發展以及對人生命權益意識的提高，作為在災難和意外事故發生后對人生命的保護設施，緊急避險系統已成為國家重點關注的問題。煤礦礦井的緊急避險系統主要有避難硐室或救生艙，它用于礦井作業人員遇險時逃生、避難和等待救援，必須具備一定的環境控制功能以滿足避險人員的生存需求，作為環境控制系統重要組成部分的制冷系統，其可靠性直接關系到避難硐室或救生艙密閉空間的溫度調節和空氣凈化。由于不需要電源，能夠滿足礦井苛刻的防爆要求，開放式二氧化碳制冷系統成為避難硐室和救生艙制冷方式的首選，如專利201110043150.7詳細敘述了一種高壓制冷劑驅動的集制冷凈化為一體的非電式空氣調節凈化裝置及方法。然而，在實際應用中，高壓制冷劑驅動的制冷系統存放高壓二氧化碳的設備艙相對較大；當礦井內部溫度高于31.1℃時，一級節流閥的效率比較低，影響系統效率；同時，二級節流前的中溫低壓二氧化碳進入二級節流的效率也較低。這些問題都直接的影響了系統的可靠性和穩定性，因此亟待對現有的開放式二氧化碳制冷系統進行改進。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種礦用蓄冷和二氧化碳耦合式制冷系統及方法，克服了現有技術在環境溫度高于31.1℃時制冷效率較低的缺陷，同時減小了二氧化碳的設備艙空間的尺寸。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種礦用蓄冷和二氧化碳耦合式制冷系統，包括二氧化碳鋼瓶、二氧化碳匯流排、截止閥、三通換向閥、蓄冷箱、第一段冷卻管道、單向閥、一級節流閥、一級蒸發器、第二段冷卻管道、二級節流閥、二級蒸發器和氣動風機；

所述二氧化碳鋼瓶的出氣口與二氧化碳匯流排進氣口相連，所述二氧化碳匯流排的出氣口與截止閥進氣口相連，所述截止閥出氣口與三通換向閥的第一端相連，所述三通換向閥的第二端與第一段冷卻管道的入口相連，所述第一段冷卻管道的出口與單向閥的入口相連，所述單向閥的出口分成兩路，一路與三通換向閥的第三端相連，另一路與一級節流閥的入口相連，所述一級節流閥的出口與一級蒸發器的入口相連，所述一級蒸發器的出口與第二段冷卻管道的入口相連，所述第二段冷卻管道的出口與二級節流閥的入口相連，所述二級節流閥的出口與二級蒸發器的入口相連，所述二級蒸發器的出口與氣動風機進氣口相連；所述氣動風機的出氣口與密閉空間外相通；

所述第一段冷卻管道和第二段冷卻管道位于蓄冷箱內；

進一步，所述一級蒸發器和二級蒸發器為毛細管式蒸發器；所述一級節流閥和二級節流閥為毛細管式節流閥；

進一步，一種礦用蓄冷和二氧化碳耦合式制冷系統的制冷方法，包括以下過程：

當礦井內的溫度高于31.1℃，所述三通換向閥的第一端和第二端相通；所述二氧化碳鋼瓶內的高壓常溫二氧化碳氣體經過第一段冷卻管道預冷，變成高壓低溫的二氧化碳液體；所述高壓低溫的二氧化碳液體經過一級節流閥后，變成中壓低溫的二氧化碳液體；所述中壓低溫的二氧化碳液體通過一級蒸發器與艙內氣體熱交換后，變成中壓常溫的二氧化碳氣體；所述中壓常溫的二氧化碳氣體經過第二段冷卻管道進一步預冷后，變成中壓低溫的二氧化碳液體；所述中壓低溫的二氧化碳液體經過二級節流閥后，變成低壓低溫的二氧化碳氣體；所述低壓低溫的二氧化碳氣體通過二級蒸發器與艙內氣體實現熱量交換后，變成低壓常溫的二氧化碳氣體；所述低壓常溫的二氧化碳氣體驅動氣動風機之后排出艙外；所述氣動風機帶動艙內氣體與一級蒸發器和二級蒸發器進行熱量交換；

當礦井內的溫度低于31.1℃，所述三通換向閥的第三端、第一端相通；所述二氧化碳鋼瓶內的高壓常溫二氧化碳液體直接進入一級節流閥后成中壓常溫二氧化碳氣體；所述中壓常溫二氧化碳氣體快速通過一級蒸發器進入第二段冷卻管道預冷后成中壓低溫二氧化碳液體；所述中壓低溫二氧化碳液體經二級節流閥后變成低壓低溫二氧化碳氣體；所述低壓低溫二氧化碳氣體通過二級蒸發器與艙內氣體實現熱量交換后變成低壓常溫二氧化碳氣體；所述低壓常溫二氧化碳氣體驅動氣動風機之后排出艙外；所述氣動風機帶動艙內氣體與一級蒸發器和二級蒸發器進行熱量交換。

本發明的有益效果是：