CN104329115A - 一种避难硐室用空气再生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种避难硐室用空气再生装置，属于矿山紧急避险技术领域。该装置包括空气再生反应机和空气再生混合药剂；其中，空气再生反应机包括反应床、湿度传感器、氧气浓度传感器、温度传感器、加湿器、风机、启动报警器，通过对硐室环境的检测控制空气再生反应的启动与停止，同时通过对反应床环境的控制，有效缩短了空气再生反应的启动时间，使反应速率相对稳定；空气再生混合药剂由超氧化钾药片、JLM添加剂以及碱石灰颗粒构成。该装置启动时间短，产氧速率、二氧化碳吸收速率稳定，药剂利用率高，产物易于处理，反应床采用双层设计，减少了有害粉尘，反应床温度实时监控，温度过高可自动降温，安全性高，可应用于多种密闭空间，适应性强。
Description
技术领域
本发明涉及矿山紧急避险技术领域，特别是指一种避难硐室用空气再生装置。
背景技术
目前，避难硐室供氧系统主要有4种方式，地面钻孔供氧、压风供氧、压缩气瓶供氧以及化学氧供氧。其中化学氧供氧主要有氯酸盐氧烛供氧和超(过)氧化物供氧两种。超氧化物供氧具有氧含量高、设备简单、使用方便以及可同时去除二氧化碳等优点，但是其在使用过程中也存在很多问题：1、反应易出现烧结、融化等现象，导致反应不充分，药剂浪费；2、受环境温、湿度影响较大；3、反应中心温度较高，造成安全隐患；4、产氧过程难以控制，反应速率不稳定；5、产氧量与二氧化碳吸收量不均衡，与人体呼吸熵不匹配；6、反映初期反应速率缓慢，启动时间较长；7、容易产生有害粉尘，对硐室环境造成污染。
目前，国内常见的超氧化钾制氧装置，主要以超氧化钾氧板为主要制氧药剂，采取无动力反应，其优点是反应速率平稳，不需要动力源，通常适用于小型密闭空间为少数人供氧，其缺点在于初期反应速率低、启动时间长、反应速率缓慢、超氧化钾药板成本较高，二氧化碳吸收速率与产氧速率之比难以满足人体呼吸熵，难以适应如避难硐室这种大型多人密闭空间的供氧、二氧化碳净化需求。因此，提供一种稳定、高效的避难硐室用空气再生装置对于矿山紧急避险提供氧气具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种避难硐室用空气再生装置，以客服目前现有供氧装置方法存在的不足。该装置单独使用可为避难硐室提供适量的氧气并去除二氧化碳，且二氧化碳的吸收量与氧气产生量的比例基本满足人体呼吸熵。
一种避难硐室用空气再生装置，由空气再生反应机和空气再生混合药剂组成；其中，空气再生反应机主要用于为空气再生混合药剂的使用提供合适的反应环境，且可通过对硐室环境的检测控制空气再生反应的启动与停止，同时通过对反应床环境的控制，有效缩短了空气再生反应的启动时间，并使反应速率相对稳定；空气再生混合药剂主要用于为避难硐室提供氧气并吸收二氧化碳，其吸收二氧化碳能力与产氧能力之比与人体呼吸熵基本吻合。
一种避难硐室用空气再生装置中的空气再生反应机，由反应床、温度传感器、氧气浓度传感器、湿度传感器、加湿器、风机和启动报警器组成；其中，反应床为空气再生混合药剂的反应空间；温度传感器位于反应床侧面中部位置，主要用于检测空气再生混合药剂反应中心的即时温度；氧气浓度传感器位于反应床的侧面上方，主要用于检测进气端氧气的浓度；加湿器位于反应床上方侧面，主要用于调节进气端空气的湿度；湿度传感器位于反应床侧面加湿器的上方，主要用于检测进气端湿度的大小；风机位于反应床的底部，有1档和2档两个档位，1档风力小于2档风力，主要用于调节进气风速的大小；启动报警器位于反应机机体外壁一侧，主要用于在硐室氧气浓度不足时提醒硐室内部人员放置药剂，并启动空气再生反应机。
氧气浓度传感器与启动报警器和风机联动，当硐室氧气浓度低于19％时，启动报警器开始报警，提醒硐室内部人员打开混合药剂包装，即真空包装，将空气再生混合药剂放置于反应床上，并开启风机，当硐室氧气浓度高于22.5％时，风机自动停止；湿度传感器与加湿器联动，装置启动状态下，当湿度低于68％RH时加湿器自动启动，当湿度高于75％RH时加湿器自动关闭；温度传感器与风机联动，装置启动状态下，当空气再生混合药剂反应中心温度低于55℃时风机进行1档运转，当空气再生混合药剂反应中心温度超过55℃时风机自动转换为2档。
一种避难硐室用空气再生装置中的空气再生混合药剂，由超氧化钾药片、JLM添加剂以及碱石灰颗粒混合而成；其中，超氧化钾药片主要用于产生氧气并吸收部分二氧化碳；JLM添加剂成分为氢氧化钙、珍珠岩、羧甲基淀粉钠，其中，氢氧化钙所占比重为89～93％，珍珠岩所占比重为4～6％，羧甲基淀粉钠所占比重为3～5％，主要用于防止超氧化钾药片的烧结和融化，控制反应温度，使超氧化钾药片的反应速率更加稳定，提高反应效率；碱石灰颗粒主要用于辅助吸收二氧化碳，使二氧化碳的吸收量与氧气的产出量满足人体呼吸要求。
空气再生混合药剂采用双层设计，上层为超氧化钾药片与JLM添加剂的混合，下层为碱石灰颗粒。空气再生混合药剂中超氧化钾药片所占比重为55～65％、JLM添加剂所占比重为5～10％、碱石灰颗粒所占的比重为30～35％。
空气再生药剂采用真空包装，防止混合药剂与空气接触反应，在非使用状态下密封储存。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
1、解决了目前大多数超氧化钾药片制氧过程中产生烧结、融化等现象，提高了超氧化钾药片的利用率；
2、添加JLM添加剂使超氧化钾药片产氧速率、吸收二氧化碳速率平稳可靠，反应启动时间缩短；
3、添加碱石灰颗粒辅助药剂，使混合药剂在为避难硐室提供氧气的同时，吸收掉多余的二氧化碳气体，实现与人体呼吸熵相匹配；
4、反应床采用双层设计，有效减少了有害粉尘；
5、对反应床温度实时监控，温度过高时可自动降温，安全性高；
6、其中的混合药剂配置简单方便，适用于多种密闭空间，适应性强。
附图说明
图1为本发明的避难硐室空气再生装置中空气再生混合药剂示意图；
图2为本发明的避难硐室空气再生装置中空气再生反应机示意图；
图3为试验舱试验过程中舱内氧气浓度变化曲线；
图4为试验舱试验过程中舱内二氧化碳浓度变化曲线；
图5为试验舱试验过程中超氧化钾空气再生装置中反应床中心温度变化曲线。
[主要元件符号说明]
1-超氧化钾药片与JLM添加剂混合层；2-碱石灰颗粒层；3-真空包装；4-氧气浓度传感器；5-加湿器；6-反应床；7-温度传感器；8-风机；9-湿度传感器；10-启动报警器。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
如图1所示为空气再生混合药剂示意图，空气再生混合药剂由三种药剂组成，分别为超氧化钾药片与JLM添加剂混合层1以及碱石灰颗粒层2，在使用过程中，打开外部真空包装3，将混合药剂放置在空气再生装置内，空气再生装置由风机8产生负压，风流由药剂上部进入分别穿过药剂层1和2。反应过程中产生氧气吸收二氧化碳。空气再生混合药剂配置方法：按空气再生混合药剂中超氧化钾药片所占比重55～65％、JLM添加剂所占比重5～10％、碱石灰颗粒的比重30～35％称取各药剂，将超氧化钾药片与JLM添加剂充分混合制成超氧化钾药片与JLM添加剂混合层1，将碱石灰颗粒平铺于混合层1下方，制成碱石灰颗粒层2。
如图2所示为空气再生反应机示意图，空气再生反应机主体由反应床6、氧气浓度传感器4、湿度传感器9、温度传感器7、加湿器5、风机8、启动报警器10组成。其中，氧气浓度传感器4与启动报警器10、风机8联动，当硐室氧气浓度低于19％时，启动报警器10开始报警，提醒人员打开真空包装3，将混合药剂放置在空气再生反应机内，当硐室氧气浓度高于22.5％时，风机8自动停止；湿度传感器9与加湿器5联动，装置启动状态下，当湿度低于65％RH时加湿器5自动启动，当湿度高于75％RH时加湿器5自动关闭；温度传感器7与风机8联动，装置启动状态下，当空气再生混合药剂反应中心温度低于55℃时风机8进行1档运转，当空气再生混合药剂反应中心温度超过55℃时风机自动转换为2档。
实施例1
实验采用《紧急避险系统(2011)15号》中所取的参数，人的需氧量约为每人0.5L/min，二氧化碳呼出速率约为每人0.5L/min。
模拟实验舱容积为13.728m3，除去设备空间试验舱内部净体积约12.7m3。根据设计要求该空气再生装置单台可满足6人的生存需求，试验舱模拟中，通入二氧化碳速率3L/min；试验舱内配备有氧气浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二氧化碳浓度传感器，实时监控试验舱内各项气体环境，并通过试验舱环境监控软件将实时数据传输到电脑上。
混合药剂用量总重3250g，其中超氧化钾药剂用量2000g，JLM添加剂250g，碱石灰1000g；室温25℃；风机1档空载风速为9.1m/s，2档空载风速为13m/s；相对湿度区间为68％～75％；初始二氧化碳浓度1％。试验过程中持续向舱内以3L/min速率通入二氧化碳。
使用该超氧化钾空气再生装置2小时试验过程中试验舱内氧气浓度变化及使用普通超氧化钾药片2小时试验过程中试验舱内氧气浓度变化如图3所示，由图3试验数据对比中可以看出，该超氧化钾空气再生装置实际使用过程中，呈现初期产氧速率快，中后期产氧速率相对平稳的特点，有效改善了传统超氧化钾空气再生反应中初期产氧速率缓慢、启动时间长、中后期产氧速率不稳定等问题。设计反应时间为2小时，设计产氧量为360L，实际反应2小时，产氧量381L。满足6人2小时氧气需求。
试验舱试验过程中舱内二氧化碳浓度变化如图4所示，由图4可知，该超氧化钾空气再生装置具有稳定吸收二氧化碳的能力，试验过程中能持续控制二氧化碳浓度在规定标准1％以下，吸收二氧化碳量为408L，满足360L的最低设计要求。
根据呼吸熵计算公式：
通过计算可得出该超氧化钾空气再生装置的二氧化碳净化量与产氧量比例为1.07，与硐室设计要求满足的人体呼吸熵1基本吻合，满足硐室环境需要。
试验舱试验过程中超氧化钾空气再生装置反应床中心温度变化如图5所示，由图5中该超氧化钾空气再生装置反应过程中反应床中心温度变化试验数据可知，该超氧化钾空气再生装置实际使用过程中，反应床中心温度始终维持在40℃以下，避免了传统超氧化钾空气再生反应过程中，由于温度堆积，造成反应床温度过高而引起超氧化钾药剂的烧结、糊化现象，以及高温所产生的安全隐患。
因此，通过实验可知，采用单台该超氧化钾空气再生装置可为密闭空间6人提供满足人体生存需求的氧气与二氧化碳条件；采用单台该超氧化钾空气再生装置每盒药剂可使用2小时，提供氧气约381L，吸收二氧化碳408L，二氧化碳净化量与产氧量的比例约为1.07，与硐室设计要求中人体呼吸熵的值1基本吻合；该超氧化钾空气再生装置启动时间较短，初期反应速率明显提高，相对于传统超氧化钾空气再生过程中启动时间长，初期反应慢的问题，得到了有效改善；该超氧化钾空气再生装置反应过程中，中后期反应速率基本稳定，相对于传统超氧化钾空气再生反应中中后期反应速率不稳定的情况，得到了有效的改善；该超氧化钾空气再生装置反应时反应床中心温度基本控制在40℃以下，避免了传统超氧化钾空气再生反应过程中温度堆积造成反应床温度过高而引起的安全隐患，安全可靠性得到了很大提升。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种避难硐室用空气再生装置，由空气再生反应机和空气再生混合药剂组成，其特征在于：所述空气再生反应机包括反应床(6)、温度传感器(7)、氧气浓度传感器(4)、湿度传感器(9)、加湿器(5)、风机(8)和启动报警器(10)，其中，温度传感器(7)位于反应床(6)侧面中部位置，氧气浓度传感器(4)位于反应床(6)侧面上方，加湿器(5)位于反应床(6)上方侧面，湿度传感器(9)位于反应床(6)侧面加湿器(5)的上方，风机(8)位于反应床(6)的底部，启动报警器(10)位于反应机机体外壁一侧；所述空气再生混合药剂由超氧化钾药片、JLM添加剂以及碱石灰颗粒混合而成，构成位于上层的超氧化钾药片与JLM添加剂混合层(1)和位于下层的碱石灰颗粒层(2)，并采用真空包装(3)。
2.如权利要求1所述的一种避难硐室用空气再生装置，其特征在于：所述反应床(6)为空气再生混合药剂的反应空间，所述风机(8)有1档和2档两个档位，1档风力小于2档风力。
3.如权利要求1所述的一种避难硐室用空气再生装置，其特征在于：所述的氧气浓度传感器(4)与启动报警器(10)和风机(8)联动，当硐室氧气浓度低于19％时，启动报警器(10)开始报警，提醒硐室内部人员打开真空包装(3)，将空气再生混合药剂放置于反应床(6)上，并开启风机(8)，当硐室氧气浓度高于22.5％时，风机(8)自动停止。
4.如权利要求1所述的一种避难硐室用空气再生装置，其特征在于：所述的湿度传感器(9)与加湿器(5)联动，装置启动状态下，当湿度低于68％RH时加湿器(5)自动启动，当湿度高于75％RH时加湿器(5)自动关闭。
5.如权利要求1所述的一种避难硐室用空气再生装置，其特征在于：所述的温度传感器(7)与风机(8)联动，装置启动状态下，当空气再生混合药剂反应中心温度低于55℃时风机(8)进行1档运转，当空气再生混合药剂反应中心温度超过55℃时风机(8)自动转换为2档。
6.如权利要求1所述的一种避难硐室用空气再生装置，其特征在于：所述的JLM添加剂成分为氢氧化钙、珍珠岩、羧甲基淀粉钠，其中，氢氧化钙所占比重为89～93％，珍珠岩所占比重为4～6％，羧甲基淀粉钠所占比重为3～5％。
7.如权利要求1所述的一种避难硐室用空气再生装置，其特征在于：所述的空气再生混合药剂中超氧化钾药片所占比重为55～65％、JLM添加剂所占比重为5～10％、碱石灰颗粒所占的比重为30～35％。
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- 2014-10-29 CN CN201410591916.9A patent/CN104329115A/zh active Pending
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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