CN105999574A - 智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器，由气体监测系统、智能判断+数据传输+无线充电系统、氧气+隔绝式循环呼吸系统构成。气体监测系统的一氧化碳、氧气传感器检测环境的有害气体含量，并送至智能判断+数据传输+无线充电系统的中心处理器CPU，中心处理器CPU根据含量的高低变化做出判断和报告及报警，经智能判断是否需要开启氧气+隔绝式循环呼吸系统，使佩戴者在有保护的情况下进行抢险救援或撤离。本发明体积小、重量轻、便于携带，可在有毒有害气体泄漏可能的或长期无人进入的不明真实情况的密闭空间等场合保障工作人员和抢险人员供氧自救。本发明可长期处于工作状态下放置在煤矿井下等场所。

Description

智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器

技术领域

本发明涉及一种智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器。

背景技术

近年来国家强调了应急救援的产业发展，去年国务院总理在政府工作报告中也提到要建立整体有效的救援体系。我国目前仍是煤矿和非煤矿的开采、生产和使用大国，无序的开采已有所控制，现有的矿业多以国有大型矿业为主，安全生产的监控和管理水平及措施、手段、投入均大幅提高，都朝着自动、智能化方向发展。经过对部分国有大矿和化工、市政行业的考察，并与各行业的一线工人及主管技术的人士多次沟通交流，本申请人了解到：目前矿业、化工、市政及特殊行业的生产环境的人员中毒和窒息伤害事故多有发生。但是，目前使用的隔绝式呼吸器、化学氧气自救器和常规隔绝压缩氧气自救器无法检测到工作环境的有毒有害气体含量和缺氧等状态，均需借助专业的瓦斯检测员等人的检测，因而失去了宝贵的生命。

目前，城市的市政疏浚部门所配备的救援用呼吸装备几乎没有，地下管道、涵井的疏浚和维护任务量大，为其配用的甲烷(沼气)检测器也为数不多，无法保障进入工作地点的人员的生命安全。为了给煤矿和非煤矿的开采、化工、市政及特殊行业的人员及需要进入灾变现场实施救援工作的人员提供逃生机会和安全放心的工作保障，需设计一种能够监测工作环境中的有毒有害气体的含量及氧气含量，可根据含量的高低变化做出智能判断，与环境中有害气体隔绝，求得逃生机会的自求器。

中国专利201320782168.3公布了一种隔绝式压缩氧气自救器，包括设置在壳体内的高压系统、呼吸系统和CO₂过滤系统；所述高压系统包括氧气瓶和减压阀；所述呼吸系统包括口具、气囊、排气阀及呼吸阀；所述氧气瓶的出口通过减压阀和气管连接至气囊的氧气入口，所述气囊的出气口通过气管和吸气阀连接至口具的进气口；所述口具的出气口通过气管和呼气阀连接至清净罐内，所述清净罐的排气口通过气管连接至气囊内；所述气囊还设有排气口，气囊的排气口通过气管连接有排气阀；所述清净罐内装有CO₂吸收剂。中国专利201320042991.0公布了一种隔绝式压缩氧气自救器，包括清净罐，及设在清净罐内的高压系统、呼吸系统及CO2过滤系统，高压系统连接呼吸系统；高压系统包括氧气瓶、减压器、开关、补气压板及压力表，氧气瓶的瓶口上设有开关，开关分别连接减压器、安全帽和压力表，安全帽连接手轮，补气压板连接减压器；所述呼吸系统包括气囊、排气阀、呼气管、呼吸阀、防护面具、气囊连高压系统的减压器。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状，旨在提供一种体积小、重量轻、便于携带；能够监测工作环境中的有毒有害气体的含量及氧气含量，可根据含量的高低变化做出智能判断，并可决定是否需要自动开启自救器供氧保护工作，并实施抢险和撤离的智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器。

本发明目的的实现方式为：智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器,液晶显示屏接中心处理器CPU；供电电源管理、无线充电接中心处理器CPU，供电电源管理接总开关按钮；一氧化碳、氧气传感器接中心处理器CPU；无线数据通讯模块、手动电开启按钮通过中心处理器CPU、驱动信号放大器接电机，电机接减速齿轮组；氧气瓶接高压阀体总成中的消声过滤器一，手动机械开启旋钮接高压阀体总成中的开启阀；高开启阀分接减速齿轮组、比例减压阀总成的消声过滤器三，比例减压阀总成的调节阀接循环呼吸气囊，循环呼吸气囊通过呼吸阀接呼吸面罩；呼吸面罩通过呼吸阀接CO₂吸收剂器，CO₂吸收器接循环呼吸气囊；所有连接管为耐火硅胶软管。

本发明以氧气瓶为氧气来源，配以减压阀、流量控制阀、自动补气阀、二氧化碳吸收器、循环呼吸气囊、呼吸阀、耐火硅胶软管、呼吸面罩等，以一氧化碳、氧气传感器为探头，监测工作环境中的有毒有害气体的含量及氧气含量，中心处理器CPU将来自于探头组件的信号进行模数转换和标定进行平均、比较等运算出有毒有害气体含量，再根据含量的高低变化做出智能判断，后无线传输(发射)，决定是否需要自动开启自救器供氧保护工作，并实施抢险和撤离。

本发明能有效的达到监测、智能判断、防爆、防静电功能，有效地为在有毒有害环境、浓烟环境、火场中极度缺氧的环境中工作的工作人员提供呼吸氧气的必要条件，从而保护使用人员可以迅速逃离灾害现场，或为被救援通过宝贵的时间。

本发明有以下优点：

1、可和对装置自身的供电进行无线充电，电源能量低于20％时发出低电压告警提示及时充电；直至无线充电终止，安全可靠；

2、同时将实时检测各种有毒有害气体环境的有毒有害气体数据进行无线数字传输、显示，在场环境下的工作人员开启自救器，保护工作人员迅速逃离灾害现场及提供对他们实施救援，有效避免伤害；

3、可长期处于工作状态下，并放置在煤矿井下和有易燃易爆气体泄漏可能的场所，可利用煤矿井下现有预警监测网络实现物联网功能智能穿戴；

4、造价低廉，结构简单，操作简便，检测数据准确，安全可靠，防护效果好。

5、能防爆、防静电、阻燃、抗冲击，可反复使用；

6、体积小、重量轻。

本发明经过国家矿用产品检验检测中心多次测试，电气部分的防爆性能达到本安最高级别(Exia 1Ma)技术要求，能有效的达到监测、智能判断、防爆、防静电功能，为使用人员在有毒有害环境、浓烟环境、火场中极度缺氧的环境中有效提供呼吸的必要条件，从而保护使用人员可以迅速逃离灾害现场及提供对他们实施救援的目的。

附图说明

图1为本发明结构原理图，

图2为本发明电气原理图，

图3为本发明自救器原理图，

图4为本发明智能判断程序原理图，

图5为本发明无线充电原理图，

图6为本发明自救器外型图。

具体实施方式

本发明由气体监测系统、智能判断+数据传输+无线充电系统、氧气+隔绝式循环呼吸系统构成。

下面参照附图详述本发明。

参照图6，体积小、重量轻，本发明外壳36长×宽×高＝210mm×95mm×233mm，重量≤2.38kg。外壳上有压缩氧气压力观察窗34、显示屏24、自救器开启弹开门35、气体采集窗37、无线充电23。

参照图1，液晶显示屏24接中心处理器CPU26。供电电源管理21、无线充电23接中心处理器CPU26，供电电源管理21接总开关按钮22。由中心处理器CPU(目前选用的型号为STM32F系列)对系统的供电电池组进行实时监控：如电源能量低于20％时发出低电压告警提示及时充电；控制无线充电的终止，安全可靠。

气体传感器有两个以上的一氧化碳、氧气传感器。图1中显示出有一氧化碳传感器一19、氧气传感器二20。一氧化碳一19、氧气传感器二20接中心处理器CPU26。

针对目前的煤矿、化工行业及市政有害环境情况，传感器的探头主要选择无色无味的气体探头如：氧气(O₂)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)等探头；也可搭载：氯气(CL₂)、二氧化硫(SO₂)、硫化氢H₂S、氟化氢(HF)、氢化氰(HCN)等探头。探头及放大及温度补偿元件组成探头组件。探头组件输出的信号送入中心处理器(CPU)进行模数转换。

采用英国产CITY或日本产NEMOTO气体传感器。内有对来自于气体采集窗口的各种传感器(如：O₂、CO、CH₄的信号增益放大、温度补偿、A/D模数转换、标定功能，信号经经过增益放大、温度补偿、A/D模数转换、标定传送到中心处理器CPU。

中心处理器CPU将来自于探头组件的信号经驱动信号放大25放大，进行模数转换和标定，对模数转换后的数据进行平均、比较等运算后，将检测的实时数据经无线数据通讯模块17进行无线传输(发射)，并输出到显示屏24实时显示。

参照图5，无线数据通讯模块17的无线充电发射端A、接收接收端B分别采用符合QI协议的无线充电模块作为充电组件，充电转换效率≥60％。无线充电发射端A内集成有AC/DC转换件27、无线充电发射驱动件28、TX发射端控制件29；无线充电接收端B内集成有接收、整流件30，电压、电流调节件31，接收端控制件33。电压、电流调节件接充电电池32。图中C向箭头分别表示电能传输方向，D向箭头表示接收端通讯反馈方向。

参照图1、2、4，本发明智能判断的程序如下：

中心处理器CPU的报警和自动开启点设定被检测气体浓度值最低值a、中间值b、最高值d；a、d之间分为a—b、b—c、c—d三个区域段。

第一段：开启本发明，计时开始，当被监控气体平的均浓度/分钟超过“最低限a—b”值范围内时，开始缓慢节奏Ⅰ的灯光或者声音报警提示，如果浓度持续超过最低限并保持在“最低限a—b”范围内则延迟e 1分钟后改为急促节奏Ⅲ的灯光等报警并开启自救器；如果被监控气体恢复到“最低限a”以下时则停止报警。

第二段：当被监控气体平的均浓度超过b达到“b—c”值范围内时，开始慢节奏的Ⅱ灯光或者声音报警提示，如果浓度持续超过b并保持在“b—c”范围内则延迟e2分钟后改为急促节奏的Ⅲ灯光等报警并延迟设定时间开启自救器；如果在该时间段内被监控气体恢复到“b”以下值时时，则停止该第二段程序，重新进入第一段监控程序；如果被监控气体恢复到“最低限a”以下时则停止报警。

第三段：当被监控气体的平均浓度超过c达到“c—d”值范围内时，开始较快节奏的灯光或者声音报警提示，如果浓度持续超过c并保持在“c—d”范围内则延迟e2分钟后改为急促节奏的Ⅲ灯光等报警并延迟规定时间开启自救器，如果在该时间段内被监控气体上升到“d”以上值时时，则越过第三段程序延迟规定时间开启自救器；如果在该时间段内被监控气体恢复到“c”以下值时时，则停止该第三段程序，重新进入第二段监控程序；如果被监控气体恢复到“b”以下值时时，则停止第二段程序，重新进入第一段监控程序；如果被监控气体恢复到“最低限a”以下时则停止报警。

由于目前我国没有关于工作环境中的一氧化碳、氧气等气体的撤离和继续工作的浓度与时间的统一要求和国家标准。本发明中所采用的数据是GB 6222-2005《工业企业煤气安全规程》和2016版《煤矿安全规程》中的相关规定进行的初步设置a、b、c、d值。各个行业和煤矿可根据自身条件及不同要求，并参考人体在各种有毒有害气体环境下的毒理学和病理学及临床医学等医学数据进行设置。

参照图3，无线数据通讯模块17、手动电开启按钮18通过中心处理器CPU26、驱动信号放大25接电机8，电机接减速齿轮组9。氧气瓶1接高压阀体总成2中的消声过滤器一14，手动机械开启旋钮16接高压阀体总成2中的开启阀12。消声过滤器一14串接消声过滤器二15。开启阀12分接减速齿轮组9、比例减压阀总成3的消声过滤器三11比例减压阀总成3的调节阀10接循环呼吸气囊4。循环呼吸气囊4通过呼吸阀6接呼吸面罩7，呼吸面罩7通过呼吸阀6接装CO₂吸收剂的吸收器5，装CO₂吸收剂的吸收器5接循环呼吸气囊4。

根据报警和自动开启点的三段区域段，当在b—c、c—d段时，开启开启阀12、手动机械开启旋钮16，小型压缩氧气瓶的氧气经高压阀总成2的消声过滤器一14、消声过滤器二15至比例减压阀总成的消声过滤器三、调节阀10调节，送至循环呼吸气囊4。工作人员开启呼吸阀6，循环呼吸气囊内的氧气经二氧化碳吸收器5输向工作人员所佩戴的呼吸面罩7，为工作人员输氧，工作人员呼出的气体经呼吸阀6、二氧化碳吸收器返回到循环呼吸气囊4。

呼吸用面罩则根据工作人员所穿戴的工作服、安全帽等装备来选用。可选用的面罩有全防护面罩和半面罩两种。全防护面罩可使工作员的前面部都处于面罩的防护范围，全面罩外罩采用透明高分子高强度镀铝膜反射层，保护面部不受火焰高温及喷溅物伤害，周边接颜部外形采用经人体工学设计的硅橡胶阻燃、防静电等功能材料构成的密封隔离层，使面罩尽可能地贴合全部脸面部，达到呼吸面罩与外界隔绝密封，从而保证有毒有害气体不被吸入。半面罩也是采用外形经人体工学设计的硅橡胶阻燃材料构成的密封套，使面罩尽可能的贴合口、鼻部，达到半面罩与外界隔绝且接颜密合。半面罩可放置在本发明内，随本发明的自动开启而供佩戴者使用；也可配置在安全帽等防护装置内。

Claims (9)

1.智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器，其特征在于：液晶显示屏接中心处理器CPU；供电电源管理、无线充电接中心处理器CPU，供电电源管理接总开关按钮；一氧化碳、氧气传感器接中心处理器CPU；无线数据通讯模块、手动电开启按钮通过中心处理器CPU、驱动信号放大器接电机，电机接减速齿轮组；氧气瓶接高压阀体总成中的消声过滤器一，手动机械开启旋钮接高压阀体总成中的开启阀；高开启阀分接减速齿轮组、比例减压阀总成的消声过滤器三，比例减压阀总成的调节阀接循环呼吸气囊，循环呼吸气囊通过呼吸阀接呼吸面罩；呼吸面罩通过呼吸阀接CO₂吸收器，CO₂吸收器接循环呼吸气囊。

2.根据权利要求1所述的智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器，其特征在于：一氧化碳、氧气传感器的探头主要选择无色无味的气体探头如：氧气、一氧化碳或甲烷探头；还可搭载：氯气、二氧化硫、硫化氢、氟化氢或氰化氢探头；探头及放大及温度补偿元件组成探头组件。

3.根据权利要求1所述的智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器，其特征在于：一氧化碳、氧气传感器分别采用NEMOTO的NE-CO-SI和CITY的40XV气体传感器，内有对来自于气体采集窗口的各种传感器的信号增益放大、温度补偿、A/D模数转换、标定功能，信号经经过增益放大、温度补偿、A/D模数转换、标定传送到中心处理器CPU。

4.根据权利要求1所述的智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器，其特征在于：无线数据通讯模块的无线充电发射端、接收接收端分别采用符合QI协议的无线充电模块作为充电组件；无线充电发射端内集成有AC/DC转换件、无线充电发射驱动件、TX发射端控制件；无线充电接收端内集成有接收、整流件，电压、电流调节件，接收端控制件；电压、电流调节件接充电电池。

5.根据权利要求1所述的智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器，其特征在于：中心处理器CPU的报警和自动开启点最低限a、最高限d之间分为a—b、b—c、c—d三个区域段。

6.根据权利要求1所述的智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器，其特征在于：面罩有全防护面罩和半面罩两种。

7.根据权利要求1或6所述的智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器，其特征在于：全防护面罩使工作员的前面部都处于面罩的防护范围，全防护面罩外罩采用透明高分子高强度镀铝膜反射层，周边接颜部外形为采用经人体工学设计的硅橡胶阻燃、防静电功能材料构成的密封隔离层。

8.根据权利要求1或6所述的智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器，其特征在于：半面罩采用外形经人体工学设计的硅橡胶阻燃材料构成的密封套。

9.根据权利要求1或6所述的智能自动隔绝环境中有害气体的压缩氧气自救器，其特征在于：外壳长×宽×高＝210mm×95mm×233mm，重量≤2.38kg。