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。