CN102678172A - 一种煤矿井下避难硐室环控生保系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种煤矿井下避难硐室环控生保系统，包括利用生氧模块产生氧气的生氧装置、利用生氧过程产生的热量与相变材料发生反应而产生冷气的制冷装置、与制冷装置连接的控制相变材料温度的涡流制冷器，用于消除空气中二氧化碳的二氧化碳吸收平台和用于消除空气中一氧化碳的一氧化碳催化装置。本发明利用生氧装置进行纯化学反应而产生氧气，不需要电力能源介入，利用制冷装置消除生氧装置所产生热量的同时为硐室内提供冷气进行降温，整个过程无需人工控制，而且环保、节省能源。通过一氧化碳催化装置和二氧化碳吸收平台能够进一步加强室内二氧化碳和一氧化碳的吸收，而且两个设备工作都不需要电力，大大节省了硐室内的电力资源。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿维生系统，具体涉及一种用于在煤矿井下避难硐室内制造氧气及冷气的自动处理装置。
背景技术
现有技术中煤矿井下避难硐室都是采用压缩氧气供氧模式进行供氧，而空气中的二氧化碳含量无法消除，只能采用电动过滤设备进行二氧化碳处理，这需要持久的电力供应，但是一旦煤矿井下发生灾变往往伴随着停电现象，如仅采用备用电源又很难持久。另外伴随灾变的还有高温状况，硐室内的降温措施通常采用制冰蓄冷或二氧化碳制冷进行降温，制冰蓄冷需要电力驱动，二氧化碳制冷又会带来二次污染。因此需要一种不需要电力而能提供氧气又能减少二氧化碳含量的设备。此外现有化学生氧模块(俗称生氧剂，主要成分为KO2)暴露在环境中时，生氧模块和环境中的二氧化碳气体反应，反应过程如下：4KO2+2CO2＝2K2CO3+3O2，其在产生碳酸钾和氧气的同时产生热量，使周围气体向外膨胀，膨胀后的热气体向上升，环境中的气体会持续流向生氧模块与其反应，在开放环境下无法控制气体流向生氧模块的速度、方向及与生氧模块反应的速率。而且反应产生的氧气带有一定热量，持续反应后会产生大量的热，如果在密闭的环境中会有潜在的爆炸危险。
发明内容
为解决现有技术中煤矿井下避难硐室制氧及降温设备依赖电力过高的问题，本发明提供一种利用化学反应制造氧气同时提供冷气的设备，本设备配备辅助二氧化碳和一氧化碳吸收设备，仅需要很少的电力即能为多人提供长时间的生存环境。具体方案如下：一种煤矿井下避难硐室环控生保系统，其特征在于，包括利用生氧模块产生氧气的生氧装置、利用生氧过程产生的热量与相变材料发生反应而产生冷气的制冷装置、与制冷装置连接的控制相变材料温度的涡流制冷器，用于消除空气中二氧化碳的二氧化碳吸收平台和用于消除空气中一氧化碳的一氧化碳催化装置。
为方便生氧模块生成氧气：所述生氧装置包括密封的控制箱，所述生氧模块安装在控制箱内，所述控制箱底部设置有进气口，顶部设置有排出氧气的排风口，排风口上连接有导向管。
为降低生氧装置产生氧气的热量：所述制冷装置包括密封的冷却箱，冷却箱上设置有冷却箱进气口和冷却箱出气口，所述相变材料安装在冷却箱内，冷却箱进气口与导向管连接，冷却箱出气口通过冷气排出管与向硐室内送风的送风装置连接。
为提高制冷能力：所述冷却箱内设置有多层摆放架，所述相变材料放置在长方体形状的盛装盒内，各盛装盒并排且间隔安放在摆放架上。
为保持相变材料的低温状态：所述涡流制冷器包括辅助冷气出口和压风进气口，其中辅助冷气出口通过管道与冷却箱连接，所述压风进气口与向井下送风的压风系统连接。
为降低空气中二氧化碳的含量：所述二氧化碳吸收平台包括一个带有筛网层的支撑架，所述筛网层上辅设有二氧化碳吸收剂。
为方便二氧化碳吸收平台的移动和利用率：所述支撑架的底部设有便于移动的滚轮，所述支撑架的顶面设置有作为工作台的封板，所述筛网层设置有两层。
为降低空气中一氧化碳的含量：所述一氧化碳催化装置包括一个多层框架，所述多层框架分为四层，上面三层四周密封，顶层上设置有排风口，中间两层由下至上分别放置活性碳和一氧化碳催化剂，底层为四周敞开的进气层，各层之间采用滤网隔开，所述顶层内设置有将下面气体抽出的风机。
为方便更换材料：所述立体框架的中间两层的密封方式为：其中三面固定密封，未密封面分别插入一个抽屉式结构的过滤盒进行密封，所述一氧化碳催化剂和活性碳分别放置在过滤盒内。
为提高一氧化碳置换效率：所述风机为手动风机，手动风机的摇臂由顶层的侧面伸出，手动风机的进风口与下层相通，而出风口设置在顶层内或与排风口连接。
本发明利用生氧装置进行纯化学反应而产生氧气，不需要电力能源介入，减少了制作氧气的条件，在利用制冷装置消除生氧装置所产生的热量的同时为硐室内提供冷气进行降温，整个过程无需人工控制，而且环保、节省能源。
控制箱自身利用发生反应时所产生的热量，使空气形成对流，进而使制氧反应能够持续进行。采用盛装盒安置的相变材料，能够提高相变材料与热氧气的接触面，达到尽快降温的目的。本发明控制控制箱的进气口大小可以有效地控制空气密度差形成的对流空气流速及空气流进控制箱内流量大小，从而控制空气与生氧模块的反应速率。冷却箱内相变材料吸收热气体的温度属于物理变化，无其他热产生。通过一氧化碳催化装置和二氧化碳吸收平台能够进一步加强室内二氧化碳和一氧化碳的吸收，而且两个设备工作都不需要电力，大大节省了硐室内的电力资源。
附图说明
图1本发明的结构示意图。
图2本发明的二氧化碳吸收平台结构示意图。
图3本发明的一氧化碳催化装置结构示意图。
附图中标号说明：1-生氧装置、101-生氧模块、102-控制箱、103-导向管、104-进气口、105-出气口、2-制冷装置、201-冷却箱、202-冷气排出管、203-相变材料、204-冷却箱进气口、205-冷却箱出气口、3-涡流制冷器、301-辅助冷气出口、302-压风机、303-压风进气口、4-压风系统、5-二氧化碳吸收平台、501-支撑架、502-筛网层、503-滚轮、504-封板、505-二氧化碳吸收剂、6-一氧化碳催化装置、601-顶层、602-排风口、603-一氧化碳催化剂、604-活性碳、605-底层、606-摇臂、7-送风装置。
具体实施方式
如图1、2、3所示，本发明涉及的煤矿井下避难硐室环控生保系统，包括利用生氧模块(101)产生氧气的生氧装置(1)、利用生氧过程中产生的热量与相变材料(203)发生反应而产生冷气的制冷装置(2)、与制冷装置(2)连接的控制相变材料(203)温度的压风系统(4)及用于消除空气中二氧化碳和一氧化碳含量的辅助消除装置。
其中生氧装置(1)包括一个密封的控制箱(102)，控制箱(102)正面的底部设置有进气口(104)，在控制箱的顶部开有出气口(105)，控制箱(102)内设置有与空气中CO2能够发生反应的生氧模块(KO2)(101)，生氧模块(101)的规格一般设置为长度400mm×宽度400mm×高度350mm，在控制箱(102)内设置一个框架，使用时剥开生氧模块(101)上下两端的密封铁皮，然后放置在框架上，每个反应模块能够供个人使用150小时，根据其反应原理(吸收CO2制氧)人数多时反应速度会自动加快，通常最多每25人用一个模块，出气口(105)上连接一根排放控制箱(102)内部热气体的导向管(103)。生氧模块发生反应的方程式如下：
(1)4KO2+2CO2＝2K2CO3+3O2
(2)2KO2+2H2O＝2KOH+H2O2+O2＝2KOH+H2O+3/2O2
(3)2KOH+CO2＝K2CO3+H2O
(4)2KO2+CO＝K2CO3+O2
上述反应都要产生反应热，当反应有热量产生时形成空气密度差，可以引发空气连续对流与生氧模块反应。
制冷装置(2)包括一个安装有相变材料(203)的冷却箱(201)，冷却箱(201)上设置有冷却箱进气口(204)和冷气箱出气口(205)，冷却箱出气口(205)与冷气排出管(202)连接，相变材料(203)一般采用水、石蜡、醋酸或其它有机物，相变材料(203)一般放置在一个长方体的盛装盒内再安装到冷却箱(201)内，本发明中盛装盒的包装尺寸为：长度500mm×宽度120mm×厚度15mm，在冷却箱内设置多层框架，将相变材料采用侧立的方式分别插入每层框架内，盛装盒之间设置一定的间隔，用于冷气流通。冷却箱(201)和控制箱(102)通过导向管(103)连接，导向管(103)为带有90度折角的弯管且直角两侧的弯管长度相同，由控制箱(102)内出来的热气体流经冷却箱(201)内相变材料(203)的表面后，多余的热量被相变材料(203)吸收而流出冷却箱(201)，供硐室内的人员使用，为更好的将冷气散发到硐室内的各个角落，由冷却箱(201)出来的冷气经过送风装置(7)进行排放，送风装置(7)为环绕硐室的排风管，在排风管上开有多个排风孔，排风管的一端与冷却箱(201)的冷气排出管(202)连接。控制箱(102)和冷却箱(201)的箱体均为双层材料组成，在两层之间填充有保温材料，同样导向管(103)的外部也包覆有保温材料并采用密封连接，这样能够避免内部的温度散失。控制箱(102)前面开设的进气口(104)其与所处控制箱(102)侧面的面积比为：1∶15～20，这样方便控制空气的流入量，同时由于空气密度差的原理，密闭空间内的空气只能单方向进入控制箱(102)内。为控制热气体排出的速度，导向管(103)与进气口(104)的面积比为1∶2～4。
涡流制冷器(3)利用压缩空气进行制冷，涡流制冷器(3)包括辅助冷气出口(301)和压风进气口(302)，其中辅助冷气出口(301)通过通道与冷却箱(201)连接，压风进气口(302)通过通道与压风系统(4)连接。压风系统(4)包括将空气由地面引入地下的成套设备，压风系统(4)将空气送往涡流制冷器(3)后，涡流制冷器(3)将产生的冷气通过辅助冷气出口(301)送进冷却箱(201)，涡流制冷器(3)产生的冷气能够对冷却箱(201)内的相变材料(203)进行温度补偿，使相变材料一直保持低温状态。
辅助消除装置包括二氧化碳吸收平台(5)和一氧化碳催化装置(6)，如图2所示，其中二氧化碳吸收平台(5)包括一个安装有筛网的支撑架(501)，在筛网上放置有二氧化碳吸收剂(505)，二氧化碳吸收剂为碱液、氢氧化钠或氢氧化钾。二氧化碳吸收平台(5)用于吸收生氧装置(1)处理不及的二氧化碳，以加快减少室内二氧化碳的含量。为便于平台移动，在框架的底部设置万向滚轮(503)，为提高平台的利用率，在框架的顶端设置一个封板(504)，封板(504)材料采用不锈钢制作，封板(504)能够作为工作台使用。为提高二氧化碳的吸收速度，可在框架内设置多层筛网层(502)，每层筛网层(502)上都放置二氧化碳吸收剂(505)。
如图3所示，一氧化碳催化装置(6)包括一个多层框架，多层框架分为四层，上面三层四周密封，各层之间采用滤网隔开，在顶层(601)上设置一个排气口(602)，底层(605)四周敞开用于进气，在中间两层由下至上分别放置活性碳(604)和一氧化碳催化剂(603)，为了加快反应速度，在顶层(601)内设置一个风机，风机的吸气口与下层的顶面连通，风机的排气口可以直接设置在顶层内，也可以直接与顶层的排气口(602)连通。风机可以采用电动风机，但考虑到井下用电困难，可以将风机设为手摇风机，手摇风机的摇臂(606)由顶层(601)的侧边伸出，使用时由人工摇动摇臂(606)，即可将室内空气由立体框架的底层(605)吸到顶层(601)，其间一氧化碳被活性碳(604)和一氧化碳催化剂(603)吸收，而净化后的空气由排气口(602)排出。为方便更换活性碳(604)和一氧化碳催化剂(603)，本发明将立体框架的中间两层三面进行密封，未密封面分别插入一个抽屉式结构的过滤盒进行密封，一氧化碳催化剂(603)和活性碳(604)分别放置在过滤盒内，过滤盒内的底部同样采用滤网或铁丝网一类网格材料制成。
Claims (10)
1.一种煤矿井下避难硐室环控生保系统，其特征在于，包括利用生氧模块(101)产生氧气的生氧装置(1)、利用生氧过程产生的热量与相变材料(203)发生反应而产生冷气的制冷装置(2)、与制冷装置(2)连接的控制相变材料(203)温度的涡流制冷器(3)，用于消除空气中二氧化碳的二氧化碳吸收平台(5)和用于消除空气中一氧化碳的一氧化碳催化装置(6)。
2.如权利要求1所述的一种煤矿井下避难硐室环控生保系统，其特征在于，所述生氧装置(1)包括密封的控制箱(102)，所述生氧模块(101)安装在控制箱(102)内，所述控制箱(102)底部设置有进气口(104)，顶部设置有排出氧气的出气口(105)，出气口(105)上连接有导向管(103)。
3.如权利要求2所述的一种煤矿井下避难硐室环控生保系统，其特征在于，所述制冷装置(2)包括密封的冷却箱(201)，冷却箱(201)上设置有冷却箱进气口(204)和冷气箱出气口(205)，所述相变材料(203)安装在冷却箱(201)内，冷却箱进气口(204)与导向管(103)连接，冷却箱出气口(204)通过冷气排出管(202)与向硐室内送风的送风装置连接。
4.如权利要求3所述的一种煤矿井下避难硐室环控生保系统，其特征在于，所述冷却箱内设置有多层摆放架，所述相变材料(203)放置在长方体形状的盛装盒内，各盛装盒并排且间隔安放在摆放架上。
5.如权利要求1所述的一种煤矿井下避难硐室环控生保系统，其特征在于，所述涡流制冷器(3)包括辅助冷气出口(301)和压风进气(303)口，其中辅助冷气出口(301)通过管道与冷却箱连接，所述压风进气口(303)与向井下送风的压风系统(4)连接。
6.如权利要求1所述的一种煤矿井下避难硐室环控生保系统，其特征在于，所述二氧化碳吸收平台(5)包括一个带有筛网层(502)的支撑架(501)，所述筛网层(502)上辅设有二氧化碳吸收剂(505)。
7.如权利要求6所述的一种煤矿井下避难硐室环控生保系统，其特征在于，所述支撑架(501)的底部设有便于移动的滚轮(503)，所述支撑架(501)的顶面设置有作为工作台的封板(504)，所述筛网层(502)设置有两层。
8.如权利要求1所述的一种煤矿井下避难硐室环控生保系统，其特征在于，所述一氧化碳催化装置(6)包括一个多层框架，所述多层框架分为四层，上面三层四周密封，顶层(601)上设置有排风口(602)，中间两层由下至上分别放置活性碳和一氧化碳催化剂(602)，底层为四周敞开的进气层，各层之间采用滤网隔开，所述顶层(601)内设置有将下面气体抽出的风机。
9.如权利要求8所述的一种煤矿井下避难硐室环控生保系统，其特征在于，所述立体框架的中间两层的密封方式为：其中三面固定密封，未密封面分别插入一个抽屉式结构的过滤盒进行密封，所述一氧化碳催化剂(603)和活性碳(604)分别放置在过滤盒内。
10.如权利要求8所述的一种煤矿井下避难硐室环控生保系统，其特征在于，所述风机为手动风机，手动风机的摇臂(606)由顶层(601)的侧面伸出，手动风机的进风口与下层想通，而出风口设置在顶层(601)内或与出排同口(602)连接。
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