文章编号：1003-0344（2013）02-061-3开放式超临界空气制冷在硐室空调中的应用张舸杨雷孙鹏廖佳军靳添絮北京科技大学机械工程学院摘要：在井下开采的金属矿、煤矿等矿山的避难硐室内，目前普遍采用压缩制冷循环、蓄冰等方式进行制冷。高压常温储存的空气可通过等熵膨胀、等焓节流等过程实现制冷，有无需外界提供动力的优点，同时空气能够满足遇险人员的呼吸需求。本论文提出了空气开放式膨胀节流制冷系统的可行方案，并分析了影响制冷需求和空气用量的主要因素。ApplicationofSuper-CriticalAirOpenRefrigerationinRefugeChambersZHANGGe,YANGLei,SUNPeng,LIAOJia-jun,JINTian-xuDepartmentofMechanicalEngineering,UniversityofScienceandTechnologyBeijingAbstract:Compressionrefrigerationandicestoragearebeingwidelyusedinundergroundminesofmetal,coal,etc.Airstoredathighpressureandusualtemperaturecanachieverefrigerationthroughisentropicexpansionand/oradiabaticthrottlingprocessinabsenceofexternalpower.Atthesametime,theairafterthepressurereductionisabletosatisfytherespiratoryneedsofpersonsindistress.Thispaperpresentedafeasibleprogramofsuper-criticalairopenrefrigerationsystem,andanalyzedthemainfactorsaffectingtheamountofcoolingdemandandairconsumption.Keywords:refugechamber,super-critical,air,openrefrigeration,0引言制冷机组维持蓄冷剂的低温，维护成本也较高。常温下保存的高压气体在开放式膨胀过程中会产生冷效应，过程中无需外界提供动力，特别适用于难以获得外界动力的场合。唐小伟[2]曾研究过开式节流冷效应在飞行器中的应用，利用高压液态制冷剂给设备舱内的惯导装置等机电设备进行冷却。蔡玉飞等[3]对开放式二氧化碳制冷应用于硐室中的性能进行了分析，考察了影响制冷性能的各种因素。不过二氧化碳虽然能够达到制冷的目的，但是需另外设置空气供给系统，节流后的二氧化碳需要排到舱外。本文提出将超临界高压空气用于硐室制冷，高压空气作为制冷剂经过等熵膨胀、绝热节流等过程避难硐室作为井下遇险人员的逃生缓冲装置，在矿难发生时可为救援人员提供宝贵的救援时间。为使遇险人员能够在硐室内健康地生存，维持一定的室内温度和提供氧气是两项必要的保障[1]。深层岩壁、硐室内的人员和设备通常是硐室的主要热源，需要由制冷设备来给硐室降温。目前常用的制冷方式可分为主动制冷和蓄冷两种方式。主动制冷体积小，技术成熟，一般用蓄电池来供电。由于蓄电池经常需要更换，维护成本较高，并且需要在舱外设置冷凝器，不利于防爆。蓄冷方式通常采用冰、液氮、制冷剂等作蓄冷剂，利用它们的相变潜热来获得冷量。其优点是不带电，设备全在舱内，缺点收稿日期：2012-8-27作者简介：张舸（1974~），男，博士，讲师；北京科技大学机械学院（100083）；010-62345040；E-mail:zhangger@foxmail.comT162/100H（1）式中：T1为岩石温度，℃；H为井下深度，m。由以上结构假设可计算硐室单位长度（1m）的传热量。1）矩形断面单位长度传热量TTq−1(2bL)（2）h2）半圆形断面单位长度传热量qTT（3）11lna1lnahd2a2a3）硐室内设计容纳遇险人员人数为n，人体静坐i−ki(1k)i（5）式中：i表示各点的焓值，k为引射系数。板式换热器内的过程符合下面能量守恒方程：(1k)iki(1k)iki（6）式（5）~（6）中的焓值按湿空气的焓值公式计算：ict(2500ct)d（7）·62·建筑热能通风空调2013年数为λ2，内保温材料与硐室内空气的对流换热的换热系数为h，硐室内设计温度为T2。假设硐室外与岩石接触面的岩石温度保持不变，用T1表示。地下岩石层的温度与深度有关，其相关关系可近似表示为1开放式空气节流制冷通风原理1.1系统结构适用于避难硐室的开放式超临界高压空气膨胀节流制冷通风系统如图1所示。空气储罐中存储有常温高压的空气，并输送至膨胀机。膨胀机将空气进行等熵膨胀后，经过减压阀节流至较低压力，再输出至引射器。引射器对节流减压后的空气和室内回风进行引射混合，...