CN116111273A - 一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置，该煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置包括：减爆层，减爆层由加厚高目数柔性钢网制成，有初步消焰、阻隔固、液喷溅物、衰减气体冲击力和爆炸波的作用；弹簧层，弹簧层由吸能弹簧构成，起联结和泄压减震作用；隔爆层，隔爆层由具有优良耐火隔爆性能的多孔介质和内外支撑钢网制成，用于消除喷射火焰、阻隔爆炸波和固、液喷溅物以及过滤煤尘。固定密封装置，固定密封装置主体由碳素钢和橡胶垫片组成，其上还集成了隔爆装置固定装置，解决隔爆装置多层结构的联结加强、固定、底部密封的问题。煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置可大大提高锂离子蓄电池电源在井下充电的安全性能。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿井下锂离子蓄电池电源充电和存储安全领域，具体而言，涉及一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置。
背景技术
锂离子蓄电池能量密度高、放电性能平稳、循环寿命长，与相同额定电池容量的铅酸电池相比，体积和重量更小，有利于各类装备的集成小型化设计，作为动力电池，在煤矿井下具有广泛的应用前景。
煤矿井下工作环境复杂多变，危险因素众多，属爆炸性环境，煤矿井下常见灾害和锂离子蓄电池热失控具有相互诱发的特性，严重威胁工作人员的生命和财产安全。相比于地面上使用的锂离子蓄电池，煤矿井下对锂离子蓄电池使用提出了更高级别的要求。大量历史数据表明：充电是造成锂离子蓄电池热失控爆炸的主要原因，目前，煤矿井下充电锂离子蓄电池电源热失控爆炸控制技术尚未成熟，其应用有一定的爆炸和引发次生重大灾害的风险。因此，研制煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆技术装置十分必要。
中国专利CN113067378A、CN215070309U、CN208422993U、CN206098507U、CN204885229U、CN211428956U、CN114583365A、CN114744352A等都为钢结构箱体锂离子蓄电池电源防爆装置，自身较重，在搬家作业、日常使用和维修时极为不便。且这些装置往往采用封闭式设计，影响锂离子蓄电池电源日常充电过程中的散热。在发生热失控后，外部硐室内的监控系统和灭火系统无法对封闭箱体内部锂离子蓄电池电源直接作用，影响应急处置效果。同时，封闭的箱体泄压口较小，在发生爆炸后，箱体内充斥着大量气体，较小的泄压口径无法顺利地将箱内气体短时间导出，达不到及时泄压的目的。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置，可减小煤矿井下充电锂离子蓄电池电源热失控爆炸时的破坏力，提高安全性。同时，可有效避免已有专利存在的散热差、泄压慢、笨重和对外部保护设施影响较大等问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置，包括：
隔爆层，用于消除喷射火焰、阻隔爆炸波和固、液喷溅物、以及过滤煤尘的作用；
弹簧层，用于联结和泄压减震，进一步加强隔爆装置防护性能；
减爆层，用于初步消焰、阻隔固、液喷溅物、减小气体冲击力和爆炸波的效果；
固定密封装置，集成固定装置，用于隔爆装置多层结构的联结、固定、底部密封。
煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置主体为壳体结构，减爆层为所保护的锂离子蓄电池电源外侧面对的第一层，在壳体结构最内侧；弹簧层在减爆层的外侧，通过吸能弹簧延伸出的铁丝缠绕在减爆层进行紧密的连接，二者之间通过焊接的方式进一步加固；隔爆层在弹簧层外侧，吸能弹簧延伸出的铁丝紧紧地缠绕在隔爆层的内支撑网上并通过焊接的方式进行加固；固定密封装置在壳体的边沿，通过焊接的方式与隔爆层和减爆层相连。作为优选的，所述的煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置的规格与煤矿井下锂离子蓄电池电源规格相适应。
作为优选的，所述的隔爆层包括内支撑钢网、耐火隔爆的多孔介质和外支撑钢网，所述多孔介质为以多孔泡沫铁镍金属为代表的多孔材料，具有支撑，隔尘、消焰、隔爆和阻挡爆炸物的作用。
作为优选的，所述的弹簧层由吸能弹簧构成，在需要加强防护的部位做加密处理，起到吸能和减震作用。
作为优选的，所述的减爆层由加厚高目数柔性钢网制成，其与锂离子蓄电池电源之间的冗余空间至少按照(箱内单体电池数量*3*单体电池体积)/10计算得出，以保证可容纳爆炸部分瞬间产生的大量高压气体，减缓冲出的压力。
作为优选的，所述的固定密封装置由碳素钢和橡胶密封垫构成，起联结、密封和固定的作用。
作为优选的，所述隔爆层，由具有优良耐火隔爆的多孔介质材料为主体，如3cm厚、30～60ppi的泡沫铁镍金属材料，且内外钢网为支撑构成。所述内外支持钢网应对泡沫铁镍起到良好的固定作用和防护作用。泡沫铁镍金属在日常使用过程中，可有效阻挡或吸附煤尘，减少煤尘进入锂离子蓄电池电源。在发生煤尘或瓦斯爆炸时，隔爆层又作为锂离子蓄电池电源的保护壳，减小煤尘或瓦斯爆炸产生的冲击力，降低锂离子蓄电池电源成为次生灾害源头的风险。在发生充电锂离子蓄电池电源内部热失控时，其隔爆性能可对减爆层和弹簧层未能阻挡的火焰、固液体喷溅物和爆炸波进行阻隔，起到隔爆的作用。
作为优选的，所述固定密封装置应能起到良好的密封和固定作用。其底部的橡胶密封片可使隔爆装置底部与地面具有良好的密封效果。其上方的固定装置，可与地面预制的固定装置相结合，牢靠地将整个隔爆装置固定在地面上。底部密封后，充电线路需进行地下走线，对地下走线的充电线路应采用套管的形式进行保护，套管应具有防火、抗爆、耐腐蚀等性能。
有益效果：
应用本发明的技术方案，本发明提供的煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置包括由隔爆层、弹簧层、减爆层和固定密封装置组合而成。锂离子蓄电池电源日常充电时，隔爆层多孔介质与减爆层网格结构能够起到良好的散热效果，隔爆层多孔介质材料还起到过滤煤尘效果。当所保护的锂离子蓄电池电源发生热失控爆炸时，减爆层和隔爆层可以阻挡锂离子蓄电池电源破裂而产生的固、液体喷溅物。同时，减爆层的网状结构和隔爆层的多孔介质结构的孔隙对爆炸波能够起到双重阻隔作用，并对喷射火焰能起到消焰作用。而弹簧层则有利于卸除爆炸压力，减少震动。隔爆装置表面孔隙和网格结构也为爆炸产生的高压气体提供了外泄通道，使内部气压迅速下降，大大提高煤矿井下充电锂离子蓄电池电源充电安全性。与此同时，在发生煤尘或瓦斯爆炸时，其将成为锂离子蓄电池电源的保护壳，减小其受到的外界的机械破坏。
附图说明
本发明的说明书附图用于提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示意性表示出本发明提供的煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置断面简图；
图2示意性表示出了本发明提供的煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置的俯视简图；
图3示意性表示出本发明提供的煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置中弹簧层与减爆层和隔爆层之间的一种连接方式简图。
其中，图例包括以下附图标记：
1-减爆层；2-弹簧层；3-隔爆层；31-外支撑钢网；32-多孔介质；33-内支撑钢网；4-固定密封装置；41-金属连接圈；42-密封橡胶垫；43-固定装置；5-地面预制固定装置；6-锂离子蓄电池电源；7-带防护套管的充电线路。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整、直观的描述。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
下面结合实施例和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-图3所示，本发明的一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置，包含有减爆层1，弹簧层2，隔爆层3和固定密封装置4。所述减爆层1由加厚高目数柔性钢网制成，是煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置的第一层防护，有初步消焰、阻隔固、液喷溅物、减小气体冲击力和爆炸波的效果；所述弹簧层2由吸能弹簧构成，起联结、泄压减震的作用；所述隔爆层3由外支撑钢网31、耐火隔爆的多孔介质32和内支撑钢网33制成，用于消除喷射火焰、阻隔爆炸波和固、液喷溅物、以及过滤煤尘。所述固定密封装置4的主体由碳素钢金属连接圈41和密封橡胶垫42组成，其上还集成了隔爆装置固定装置43，解决隔爆装置多层结构的联结、固定、底部密封的问题。
煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置主体为壳体结构，减爆层1为所保护的锂离子蓄电池电源外侧面对的第一层，在壳体结构最内侧；弹簧层2在减爆层1的外侧，通过吸能弹簧延伸出的铁丝缠绕在减爆层1进行紧密的连接，二者之间通过焊接的方式进一步加固；隔爆层3在弹簧层2外侧，吸能弹簧延伸出的铁丝紧紧地缠绕在隔爆层3的内支撑网上并通过焊接的方式进行加固；固定密封装置4在壳体的边沿，通过焊接的方式与隔爆层3和减爆层1相连。
优选的，隔爆层3中的外支撑钢网31和内支撑钢网33之间采用钢丝缠绕的方式紧密地连接，将多孔介质32固定在中间。在弹簧层2挤压过程中，内支撑钢网33与多孔介质32之间不会脱落。
优选的，因为煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置所保护的锂离子蓄电池电源6原本设置有相应的防静电设计，在套装煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置后，锂离子蓄电池电源6与地面直接相连，可及时导走充电过程中产生的静电，故无需在煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆网上设置导走静电的设施。
优选的，为保证煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置的有效性，对煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置主体部分进行了具体性的规定：减爆层1由加厚高目数柔性钢网制成，其目数在30目～60目；减爆层1与锂离子蓄电池电源6间的冗余空间应至少达到(箱内单体电池数量*3*单体电池体积)/10的体积要求；隔爆层3中多孔介质32若采用多孔铁镍泡沫金属，应至少达到3cm的厚度，材料的孔隙度应在30ppi～60ppi；若采用其他多孔介质材料，则应能保证其隔爆、阻焰等防护能力。
优选的，因为煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置用于套装在煤矿井下锂离子蓄电池电源6外侧，故其规格应适应市面上大部分煤矿井下锂离子蓄电池电源6的规格。
优选的，为保证煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置可以有效发挥作用，应确保在发生锂离子蓄电池电源6热失控爆炸的短时间内，结构完好。弹簧层2与减爆层1和隔爆层3之间联结的可靠性格外重要。本发明通过弹簧层2的吸能弹簧连接减爆层1和隔爆层3下部的内支撑钢网33，具体的连接方式见图3，弹簧层2在减爆层1的外侧，通过吸能弹簧延伸出的铁丝缠绕在减爆层1进行紧密的连接，二者之间通过焊接的方式进行进一步加固；隔爆层3在弹簧层2外侧，吸能弹簧延伸出的铁丝紧紧地缠绕在隔爆层3的内支撑网上并通过焊接的方式进行加固，在泄压口等需要加强防护的部位可做弹簧加密处理。
优选的，为防止爆炸波从煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置底部泄出，采用密封橡胶垫42对装置底部进行密封。但涉及到煤矿井下锂离子蓄电池电源6充电过程，即充电机与锂离子蓄电池电源6相连的问题。故本发明中采用地下走线的方式，充电线路的地下部分应加设耐腐蚀、耐火、耐水、抗爆的套管进行保护，如图1所示的带防护套管的充电线路7。
优选的，煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置的主体部分，采用多孔或网格的材料，不影响正常的液体灭火剂从孔隙中进入煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置内部，且装置底部的密封可使液体灭火剂在底部集聚，使其持续发挥作用，增强灭火效果。故可利用充电硐室或换电硐室原有的消防设施设备进行防护。
优选的，煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置的主体部分，采用的都是金属材料，热传导率高。若发生锂离子蓄电池电源热失控，内部的温升可及时传递到煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置表面，故充电硐室或换电硐室原有的温度监控设备仍可发挥作用。
通过以上方式，本发明所提供的煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置，通过减爆层1、弹簧层2和隔爆层3进行多层组合式的防护，可满足日常充电过程中散热和滤尘的需求。在发生热失控爆炸时，减爆层和隔爆层对产生的爆炸波、喷射火焰和固、液体喷溅物进行衰减和阻隔；弹簧层发挥减震、泄压作用；煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置内部空间的冗余设计，在爆炸瞬间，可容纳爆炸产生的高压气体，起缓冲的作用，表面的孔隙则给予了高压气体快速逸散的通道；当外部发生煤尘和瓦斯爆炸时，煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置则成为锂离子蓄电池电源6的保护壳，减小外部爆炸波诱发锂离子蓄电池发生热失控诱发次生灾害的风险。煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置通过固定装置43与地面预制固定装置5连接，可靠地固定在地上，保证在完全消除爆炸影响之前煤矿井下锂离子蓄电池电源隔爆装置的完整性和有效性，从而增强锂离子蓄电池电源在煤矿井下充电和储存过程中的安全性。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可作的任何修改、等同替换、改进等，均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置，其特性在于，包括：
隔爆层，用于消除喷射火焰、阻隔爆炸波和固、液喷溅物、以及过滤煤尘的作用；
弹簧层，用于联结和泄压减震，进一步加强隔爆装置防护性能；
减爆层，用于初步消焰、阻隔固、液喷溅物、减小气体冲击力和爆炸波的效果；
固定密封装置，集成固定装置，用于隔爆装置多层结构的联结、固定、底部密封；
煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置的主体为壳体结构，减爆层为所保护的锂离子蓄电池电源外侧面对的第一层，在壳体结构最内侧；弹簧层在减爆层的外侧，通过吸能弹簧延伸出的铁丝缠绕在减爆层进行紧密的连接，二者之间通过焊接的方式进一步加固；隔爆层在弹簧层外侧，吸能弹簧延伸出的铁丝紧紧地缠绕在隔爆层的内支撑网上并通过焊接的方式进行加固；固定密封装置在壳体的边沿，通过焊接的方式与隔爆层和减爆层相连。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置，其特征在于，所述的煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置的规格与煤矿井下锂离子蓄电池电源规格相适应。
3.根据权利要求1-2之一所述的一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置，其特征在于，所述的隔爆层包括内支撑钢网、耐火隔爆的多孔介质和外支撑钢网，所述多孔介质为多孔泡沫铁镍金属，具有支撑，隔尘、消焰、隔爆和阻挡爆炸物的作用。
4.根据权利要求1-2之一所述的一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置，其特征在于，所述的弹簧层由吸能弹簧构成，在需要加强防护的部位做加密处理，起到吸能和减震作用。
5.根据权利要求1-2之一所述的一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置，其特征在于，所述的减爆层由加厚高目数柔性钢网制成，其与锂离子蓄电池电源之间的冗余空间至少按照(箱内单体电池数量*3*单体电池体积)/10计算得出，以保证可容纳爆炸部分瞬间产生的大量高压气体，减缓冲出的压力。
6.根据权利要求1-2之一所述的一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置，其特征在于，所述的固定密封装置由碳素钢和橡胶密封垫构成，起联结、密封和固定的作用。
7.根据权利要求6所述的一种煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置，其特征在于，固定密封装置与地面预制固定装置进行牢靠结合，将整个煤矿井下充电锂离子蓄电池电源隔爆装置固定在地面上；充电线路走线采用地下套管的方式。
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