冻结法清除密闭空间二氧化碳的实验研究

摘要

密闭空间的空气品质是影响其中人员健康的关键因素，而其中二氧化碳的浓度是衡量密闭空间空气品质的重要指标。由于人体的代谢呼吸，密闭空间中二氧化碳会源源不断地产生，如果不加以清除，过高的二氧化碳浓度会严重损害人员的身体健康。
　　与现阶段常用的二氧化碳清除方法不同，本文提出一种新的二氧化碳清除方法。通过降低被处理空气的温度，使其中的二氧化碳由气态冻结成固态，从而与主流空气分离。为了从原理上论证冻结法清除二氧化碳的可行性，本文设计了一个利用低温氮气提供冷量的二氧化碳冻结装置，并通过实验研究了二氧化的冻结特性。由于液氮做冷源无法持续地提供冷量，为实现持续、稳定地冻结二氧化碳，本文还设计了一个利用复叠制冷系统提供冷量的空气处理装置。
　　实验结果表明：利用液氮为二氧化碳冻结系统提供冷量，可以将来流气中的二氧化碳浓度由1％降低至0.03%，而现阶段最常用的MEA清除法仅能将二氧化碳浓度维持在0.5%左右。设计的四级覆叠制冷系统，能够达到-151℃的蒸发温度，理论上该温度能将二氧化碳的浓度降低至足够低，但系统在运行的初始阶段制冷负荷过大，远超过稳定工况下的设计值，制冷系统难以稳定运行。采用冻结法清除二氧化碳，在系统运行的初始阶段，即便冷源温度足够低，二氧化碳也不会立刻冻结，在系统运行初期需要先给回热器降温，当回热器降温到一定温度后二氧化碳才会被冻结，回热器一般热容量较大，这也使得系统运行初期负荷较大。

目录

声明

1 绪论

1.1密闭空间清除二氧化碳的研究现状

1.2冻结法清除密闭空间二氧化碳理论优势

1.3冻结法的冷源选择

1.4本文研究内容

1.5本章小结

2冻结法清除二氧化碳的理论分析与原理实验

2.1二氧化碳的冻结特性

2.2空气中二氧化碳冻结的冷量需求

2.3二氧化碳冻结的原理性实验

2.4本章小结

3 采用制冷循环冻结二氧化碳的系统设计与分析

3.1空气处理系统

3.2四级复叠制冷系统

3.3水路系统

3.4测量控制系统

3.5 本章小结

4实验结果分析

4.1第一级制冷循环制冷性能

4. 2第二级制冷循环制冷性能

4. 3第三级制冷循环制冷性能

4. 4第四级制冷循环制冷性能

4.5本章小结

5 总结与展望

5.1本文工作总结

5.2后续工作展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士期间发表的论文