CN103537022B - 一种反应速度可控的化学氧自救器 - Google Patents

Abstract

一种反应速度可控的化学氧自救器，包括软体面罩、螺旋型软管、反应器和气囊，软体面罩上设置有护目视镜。软体面罩上且对应使用者鼻梁处固定有分隔棉。反应器内装设有生氧剂，螺旋型软管一端与软体面罩连接，另一端与反应器连接。反应器通过管路与气囊连接，气囊上装设有气塞。本发明能在井下发生事故时，呼吸到氧气，且吸气温度低、呼吸阻力小、CO₂吸收性好、佩带重量轻，提高了矿难的自救能力。

Description

一种反应速度可控的化学氧自救器

技术领域

本发明涉及煤矿生产安全装置，具体是一种矿工用化学氧自救器。

背景技术

自救器是入井作业人员在井下发生火灾、瓦斯、煤尘爆炸、煤与瓦斯突出时防止有害气体中毒或缺氧窒息的一种随身携带的呼吸保护器具。有些矿工没有受到事故的致命伤害但处在灾区内或回风流中，这时如果能够正确佩戴自救器，可以防止有毒有害气体对身体的伤害，进而进行自救逃生。如果遇到逃生路线上有障碍或被堵在独头巷道内，可以戴上自救器静坐等待救护队员前来救助。自救器作为一种体积小、重量轻、便于携带的应急救援个体逃生的必备装置。现在煤矿主要使用的有两种：压缩氧自救器和化学氧自救器。

其中，化学氧自救器是一种与人的呼吸系统形成封闭循环的自救器，它与外部气体环境隔绝，氧气由化学氧自救器中的超氧化钾生氧剂提供。人呼出气体中的水汽和二氧化碳被超氧化钾吸收，同时放出氧气供人呼吸，见式(1)、式(2)所示。化学氧自救器具有体积小、质量轻、不受使用环境限制的优点。特别是经过“七五”科技攻关项目“系列高安全化学氧自救器的研制”的课题研究，将自救器中的超氧化钾生氧剂由不规则颗粒状改成药片状以后，提高了生氧剂的强度，大大地减少了自救器在携带过程中生氧剂产生的粉尘量。气囊材料也做了相应的改进，通过采取这些安全措施，使得化学氧自救器的安全性能有了很大程度的提高。并且，化学氧自救器日常维护少、设计标准高。更适合煤矿井下使用。

2KO₂+H₂O＝2KOH+1.5O₂    (1)

2KOH+CO₂＝K₂CO₃+H₂O    (2)

然而，经实验后发现，现有的各型号化学氧自救器仍存在一些不足：

(1)化学氧自救器的缺点是化学反应速率无法控制，开始时反应速度很小，需要用储存的压缩氧救济，然而在开始使用约15分钟后气囊饱满，开始向外排气，造成氧气利用率低。

(2)由于反应的快速进行，自救器内气体温度很快升高，嘴部和牙齿有灼烧感觉。

(3)实验完毕后发现，生氧剂利用率不高，只有表层反应彻底，由于反应生成物在表层的堆积，造成内部生氧剂并无反应。

(4)由于和自救器的连接大多采用口叼式，在使用约半个小时，开始牙痛。

发明内容

本发明的目的，是提供一种反应速度可控的化学氧自救器，能在井下发生事故时，呼吸到氧气，且吸气温度低、呼吸阻力小、CO₂吸收性好、佩带重量轻，提高了矿难的自救能力。

采用的技术方案是：

一种反应速度可控的化学氧自救器，包括软体面罩、螺旋型软管、反应器和气囊，其特征在于：

软体面罩中部固定有机玻璃板，有机玻璃板上固定有护目视镜，有机玻璃板下部，且对应使用者鼻梁处固定有分隔棉。

软体面罩上设有出气管，出气管位于分隔棉的下方，出气管上装设有逆止阀，逆止阀只许气体通过出气管排出软体面罩。

反应器，包括罐体，罐体内装设有旋转中轴，旋转中轴的上端由罐体的上端盖上的轴座予以支撑，旋转中轴的下端由罐体的下端盖上的轴座予以支撑，旋转中轴上装设有中轴旋转控制器。旋转中轴上等距离固定有四个隔板，将罐体内部空间分隔成四个可移动式反应室，每个可移动式反应室内装设有生氧剂。罐体的上端盖上装设有启动阀。罐体侧壁上装设有手动开关，使隔板定位，缸体的上端盖上有出气管，出气管上装设有第一流量控制阀，出气管的上端口与螺旋型呼吸软管的下端口连接，螺旋型呼吸软管的上端与过滤器的进气口连接，过滤器与面罩下部设定位置连接。气囊设置在罐体的下部，气囊通过管路与罐体下端盖上的进气口连接，管路上装设有第二流量控制阀。气囊上装设有气塞。

所述生氧剂为药片式超氧化钾，药片直径为8-10mm，厚为3-4mm。

罐体的上端盖的下端面和罐体的下端盖的上端面分别涂设有吸收剂，吸收剂为氧化钙与氢氧化钠的混合物，其配比为氧化钙：氢氧化钠＝1:3。

所述过滤器内装设有钢丝球。

本发明的面罩位于装置的上部，属于软面罩式，能很好的和人脸结合，不需要鼻夹和嘴叼口具。中部有护目视镜，可以阻挡事故发生时产生的灰尘，并且有红外线夜视功能，帮助矿工更顺利撤退。依次往下为分隔棉，由于面罩属于半面式，分隔棉从鼻子处把两部分气体分开，减少矿工呼气时所产生的CO₂滞留在面罩内，同时也能减少生氧剂产生的O₂浪费。分隔棉下方由单向出气管连接，有了这个气管，当矿工感觉呼气压力比较大的时候，就可以大口呼气，所产生的CO₂会通过这个气管进入大气，当矿工吸气时从呼气软件直接吸入氧气。将单向出气管与呼吸软管连接的是装有钢丝球的过滤器，该自救背囊不能保证生氧剂能不产生灰尘，当有灰尘产生，通过钢丝球的时候，被阻了下来，不进入口中。呼吸软管让呼气所产生的CO₂通过这个软管进入瓶体与生氧剂反应生成氧气；当吸气时O₂通过这个软管进入面罩。生氧罐通过气管流量阀与呼吸软管连接，气囊通过气囊流量控制阀与生氧罐连接。气管流量控制阀和气囊流量控制阀作用是：人在剧烈运动和静坐状态下，所需要的氧气的量是不一样的，当矿工在事故发生后可能会选择剧烈奔跑获救，也有人会选择静坐下来等待救援。矿工可以通过调节这两个阀门来控制生氧速度，尽量延长自救背囊的使用时间。同时，该自救背囊设计的目的是循环使用，当药品快使用完后，用这两个阀门把气管和气囊都给关闭，让气体不再流动，取出罐体内部的药品盒；按上全新的药品后，打开这两个阀门重新启动自救背囊。当矿工需要换药品的时候，关闭气管流量控制阀和气囊流量控制阀后，通过打开罐体开关来替换新旧药品。生氧剂使用的是K₂O₂,矿工撤退的防护时间为10×4min。这个自救背囊是4×10min，罐体内的部分是完全分开的，这样当一部分反应完后，通过中轴旋转器控制旋转中轴，让反应完的药品被新的药品替换。这样有利于新药品和CO₂的反应，能让生氧剂充分反应。本装置使用的是氧烛启动，当矿工带好头罩后，打开启动阀就可以启动自救背囊。吸收剂位于罐体上下各一个，主要有CO₂和水的吸收剂，吸收后能提高生氧剂的使用率。气塞主要用于当矿井灾难事故过后，打开这个气塞放出气体，以备下次使用。

本发明的优点：

本发明提出一种反应速度可控的化学氧自救器，呼吸嘴部设计为面罩式，旷工可以佩戴在头上，可以避免口叼带来的牙痛等问题。

本发明提出的旋转药层结构能在一定程度上控制生氧剂的反应速度，降低呼吸气体温度，提高氧气的利用率。

该化学氧自救呼吸器拥有生氧剂利用率高、用量少、吸气温度低、呼气阻力小、CO₂吸收性好，佩戴质量轻、可循环利用等特点。

所述的头盔面罩为安全头盔专用PC/ABS，PC/PBT塑胶材料，具有高抗冲、高韧性、高强度、高刚性和耐高温性能；分隔棉为棉型人造短纤维；护目视窗为有机玻璃、PMMA或者聚甲基丙烯酸甲酯材料；呼吸软管为聚氯乙烯材料做成的螺旋型软管；气囊为硅橡胶材料制成，外加高强聚酰胺纤维涂层织物，具有较高的折叠性能好、耐热性能优异、强度和弹性好等特点；

本发明的一种反应速率可控的化学氧自救器，采用药品分区放置，利用中轴旋转器，来调换未反应及反应的药品。

附图说明

图1为该发明的反应速度可控的化学氧自救器的结构示意图。

具体实施方式

一种反应速度可控的化学氧自救器，包括软体面罩1、螺旋型软管5、反应器19和气囊11，其特征在于：

软体面罩1中部固定有有机玻璃板18，有机玻璃板18上固定有护目视镜2，有机玻璃板18下部，且对应使用者鼻梁处固定有分隔棉3。

软体面罩1上设有出气管4，出气管4位于分隔棉3的下方，出气管4上装设有逆止阀20，逆止阀20只许气体通过出气管4排出软体面罩1。

反应器19，包括罐体10，罐体10内装设有旋转中轴12，旋转中轴12的上端由罐体10的上端盖21上的轴座予以支撑，旋转中轴12的下端由罐体10的下端盖22上的轴座予以支撑，旋转中轴12上装设有中轴旋转控制器14。旋转中轴12上等距离固定有四个隔板23，将罐体10内部空间分隔成四个可移动式反应室24，每个可移动式反应室24内装设有生氧剂8。罐体10的上端盖21上装设有启动阀13。罐体10侧壁上装设有手动开关9，使隔板23定位，罐体10的上端盖21上有出气管25，出气管25上装设有第一流量控制阀7，出气管25的上端口与螺旋型呼吸软管5的下端口连接，螺旋型呼吸软管5的上端口与过滤器6的进气口连接，过滤器6与面罩1下部设定位置连接。气囊11设置在罐体10的下部，气囊11通过管路26与罐体10下端盖22上的进气口连接，管路26上装设有第二流量控制阀15。气囊11上装设有气塞17。

所述生氧剂为药片式超氧化钾，药片直径为8-10mm，厚为3-4mm。

罐体10的上端盖21的下端面和罐体10的下端盖22的上端面分别涂设有吸收剂16，吸收剂16为氧化钙与氢氧化钠的混合物，其配比为氧化钙：氢氧化钠＝1:3。

所述过滤器6内装设有钢丝球。

使用实验实施例

使用实施例1：

实验人甲佩戴30min型号的本发明的化学氧自救器，打开氧蚀，静坐，4分钟后，气囊开始从折叠状散开，并逐渐膨胀12分钟时，气囊充满，呼吸阻力增大，每次呼吸时气囊变化小；15分钟后，呼吸气体阻力大，呼吸频率高；放出气囊中部分气体，扭动中轴旋转器，更换新药品；随后气囊开始慢慢增大，呼吸频率降低，25分钟时，气囊再次充满，呼吸压力增大，呼吸频率增快；再次放出气囊中部分气体，扭动中轴旋转器，更换新药品；随后气囊开始慢慢增大，呼吸频率降低，45分钟时气囊再次压力增大，实验者呼吸频率加快；气动阀打开，开始放气。50分钟时，实验者呼吸进一步增大，有撇气感觉，实验停止。

使用实施例2：

实验人甲佩戴45min型号的本发明的化学氧自救器，打开氧蚀，散步，步速约4公里/小时，4分钟后，气囊开始从折叠状散开，并逐渐膨胀12分钟时，气囊充满，呼吸阻力增大，每次呼吸时气囊变化小；20分钟后，呼吸气体阻力大，呼吸频率高；放出气囊中部分气体，扭动中轴旋转器，更换新药品；随后气囊开始慢慢增大，呼吸频率降低，42分钟时，气囊再次充满，呼吸压力增大，呼吸频率增快；再次放出气囊中部分气体，扭动中轴旋转器，更换新药品；随后气囊开始慢慢增大，呼吸频率降低，55分钟时气囊再次压力增大，实验者呼吸频率加快；气动阀打开，开始放气。60分钟时，实验者呼吸进一步增大，有撇气感，实验停止。

使用实施例3：

实验人甲佩戴60min型号的本发明的化学氧自救器，打开氧蚀，奔跑，速度约8公里/小时，4分钟后，气囊开始从折叠状散开，并逐渐膨胀15分钟时，气囊充满，呼吸阻力增大，每次呼吸时气囊变化小；18分钟后，呼吸气体阻力大，呼吸频率高；放出气囊中部分气体，扭动中轴旋转器，更换新药品；随后气囊开始慢慢增大，呼吸频率降低，36分钟时，气囊再次充满，呼吸压力增大，呼吸频率增快；再次放出气囊中部分气体，扭动中轴旋转器，更换新药品；随后气囊开始慢慢增大，呼吸频率降低，45分钟时气囊再次压力增大，实验者呼吸频率加快；气动阀打开，开始放气。55分钟时，实验者呼吸进一步增大，有撇气感觉，实验停止。

Claims (3)

1.一种反应速度可控的化学氧自救器，包括软体面罩(1)、螺旋型软管(5)、反应器(19)和气囊(11)，其特征在于：

软体面罩(1)中部固定有有机玻璃板(18)，有机玻璃板(18)上固定有护目视镜(2)，有机玻璃板(18)下部，且对应使用者鼻梁处固定有分隔棉(3)；

软体面罩(1)上设有出气管(4)，出气管(4)位于分隔棉(3)的下方，出气管(4)上装设有逆止阀(20)，逆止阀(20)只许气体通过出气管(4)排出软体面罩(1)；

反应器(19)，包括罐体(10)，罐体(10)内装设有旋转中轴(12)，旋转中轴(12)的上端由罐体(10)的上端盖(21)上的轴座予以支撑，旋转中轴(12)的下端由罐体(10)的下端盖(22)上的轴座予以支撑，旋转中轴(12)上装设有中轴旋转控制器(14)；旋转中轴(12)上等距离固定有四个隔板(23)，将罐体(10)内部空间分隔成四个可移动式反应室(24)，每个可移动式反应室(24)内装设有生氧剂(8)；罐体(10)的上端盖(21)上装设有启动阀(13)；罐体(10)侧壁上装设有手动开关(9)，使隔板(23)定位，罐体(10)的上端盖(21)上有出气管(25)，出气管(25)上装设有第一流量控制阀(7)，出气管(25)的上端口与螺旋型呼吸软管(5)的下端口连接，螺旋型呼吸软管(5)的上端口与过滤器(6)的进气口连接，过滤器(6)与面罩(1)下部设定位置连接；气囊(11)设置在罐体(10)的下部，气囊(11)通过管路(26)与罐体(10)下端盖(22)上的进气口连接，管路(26)上装设有第二流量控制阀(15)；气囊(11)上装设有气塞(17)。

2.根据权利要求1所述的一种反应速度可控的化学氧自救器，其特征在于所述的生氧剂为药片式超氧化钾，药片直径为8-10mm，厚为3-4mm。

3.根据权利要求1所述的一种反应速度可控的化学氧自救器，其特征在于所述的罐体(10)的上端盖(21)的下端面和罐体(10)的下端盖(22)的上端面分别涂设有吸收剂(16)，吸收剂(16)为氧化钙与氢氧化钠的混合物，其配比为氧化钙：氢氧化钠＝1:3。