礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統的制作方法

本發明涉及煤礦火災的防滅火領域，尤其涉及礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統。

背景技術：

煤炭是我國的主要能源，礦井火災是煤礦的主要自然災害之一，而煤炭自燃又是礦井火災的主要形式。近年來，利用液態二氧化碳實施煤礦井下防滅火的裝置因具有滅火能力強、速度快、使用范圍廣等特點而被廣泛應用；但其也存在很多問題，例如：目前液態二氧化碳經氣化灌注的方式多采用空溫或水浴式氣化系統，該系統水浴加溫與熱交換降溫平衡點不好控制，系統只能間歇進液和排放，進液前需先將水溫加熱到80攝氏度以上，進液后水溫下急速下降，再次加熱不得不等待時間約1～2小時，冬季寒冷地區可能等待的時間更長，達不到快速滅火的效果。另外，井下液態二氧化碳直接灌注方式也因排放時罐內壓力下降，液態二氧化碳極易結干冰，造成堵管問題，目前國內也有靠泵或電加熱水浴氣化裝置構成增壓系統，但仍然無法解決增壓與排放同步，實現連續排放快速滅火的問題，且系統體積大，成本高。

因而，現有技術還有待于改進和提高。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統，旨在解決現有技術中礦用防滅火設備增壓過程緩慢、容易造成堵管以及無法實現增壓與排放co2同時進行的問題。

本發明的技術方案包括：

提供一種礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統，其包括自增壓防爆裝置、設置在平板車上的礦用液態二氧化碳防滅火裝置，以及連接于所述礦用液態二氧化碳防滅火裝置和自增壓防爆裝置的防爆電控箱；具體地，所述自增壓防爆裝置包括一防爆箱體，以及設置在所述防爆箱體內的導熱管；所述導熱管上貼合設置有金屬管，在所述金屬管中設置有可瞬間加熱的超導陶瓷片。

具體地，所述超導陶瓷片內部鑲嵌有金屬絲，并添加有0-20％重量百分數的nb3sn和/或0-20％重量百分數的nbti；而所述金屬管為鋁管、銅管或不銹鋼管中的其中一種。

具體地，在所述防爆箱體上設置有液相入口和氣相出口；所述導熱管的一端連接于所述液相入口，另一端連接于所述氣相出口。

具體地，所述防爆電控箱通過控制電纜與所述自增壓防爆裝置連接；所述自增壓防爆裝置通過低溫氣相增壓用高壓軟管和低溫液相金屬高壓軟管、與所述礦用液態二氧化碳防滅火裝置連接并形成回路。

具體地，所述自增壓防爆裝置與礦用液態二氧化碳防滅火裝置之間設置有第一調壓閥，所述自增壓防爆裝置與防爆電控箱之間設置有第二調壓閥、泄壓閥和安全閥；通過第一調壓閥和/或第二調壓閥進行調壓，保證自增壓防爆裝置中的壓力不超過預設壓力值；當所述自增壓防爆裝置使用完畢時，通過泄壓閥進行泄壓。其中所述預設壓力值的范圍為1.9-2.2mpa。另外，所述自增壓防爆裝置還連接有一隔爆啟動器。

有益效果：本發明通過引入采用超導陶瓷材料設計的自增壓防爆裝置，使得所述礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統在co2在排放過程中，可以有效維持礦用液態二氧化碳防滅火裝置內部的壓力，從而實現液態二氧化碳連續排放且不結干冰，極大地提高防滅火效率，保障生產安全；并且本發明系統結構簡單易實現，易于運輸且維護方便，適用于井下作業。

附圖說明

圖1為本發明所述礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統的結構示意圖。

圖2為現有技術中液態二氧化碳氣化防滅火裝置的結構示意圖。

圖3為本發明所述自增壓防爆裝置的結構示意圖。

具體實施方式

以下將結合附圖對本發明所述礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統的實現過程進行說明。

如圖1所示，本發明提供一種礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統，其包括有一平板車10、設置在平板車10上的礦用液態二氧化碳防滅火裝置100，還包括一自增壓防爆裝置200，以及連接于所述礦用液態二氧化碳防滅火裝置100和自增壓防爆裝置200的防爆電控箱300，所述防爆電控箱中設置有液位計和溫控裝置。進一步地，所述防爆電控箱300通過控制電纜與所述自增壓防爆裝置200連接；所述自增壓防爆裝置200通過低溫氣相增壓用高壓軟管和低溫液相金屬高壓軟管、與所述礦用液態二氧化碳防滅火裝置100連接并形成回路。

本發明通過在自增壓防爆裝置200中設置一具有瞬間自動加熱升溫和自動斷電功能的超導陶瓷片，使礦用液態二氧化碳防滅火裝置100中的二氧化碳液體壓力通過自增壓循環，從而實現在滅火卸放時所述礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統保持壓力在1.9mpa-2.2mpa范圍內恒定不降，并且不出現結干冰排不盡的現象。進一步地，所述自增壓防爆裝置200還連接有一隔爆啟動器400，通過隔爆啟動器400控制自增壓防爆裝置200的啟閉。

請參見圖2，在現有技術中，液態二氧化碳防滅火系統多采用氣化器等裝置對液態二氧化碳進行間斷式加熱，如圖2所示，現有的液態二氧化碳防滅火系統結構主要包括貯液罐、空氣自熱式氣化器、氣電加熱式氣化器、氣體調壓裝置以及液相管路；其通過貯液罐旁路泵送、氣相增壓、氣電加熱及井下管路4個模塊來實現防滅火功能，在工作時很難控制壓力和溫度，并且無法使二氧化碳在排放時保持罐內壓力不下降，只能間歇工作，其更易結干冰且系統龐大、成本高。

而本發明實施例中所述礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統通過引入采用超導材料制成的自增壓防爆裝置200，實現了液態二氧化碳在滅火時，其排液與增壓同步，使得所述礦用液態二氧化碳防滅火裝置100中的壓力保持不變，并且二氧化碳排放時間短、效率高。

具體地，如圖3所示，所述自增壓防爆裝置200包括一防爆箱體210，以及設置在所述防爆箱體內的導熱管220，所述導熱管220包括一導熱管外壁以及設置在導熱管外壁中的換熱芯，換熱芯采用一次拉模成型，其作用在于增加與二氧化碳的換熱面積。另外所述導熱管220上貼合設置有金屬管250，在所述金屬管250中設置有可瞬間加熱的超導陶瓷片，優選地，本實施例中所述超導陶瓷片可以采用嵌入式的方式設置在金屬管250中，并通過金屬管250與導熱管220緊密貼合一起(可以將二者的接觸面設置為平面，以增加接觸面積)，將熱量傳遞給導熱管，實現快速導熱升溫。本實施例中所述金屬管250與所述導熱管220的形狀可以根據實際需要進行選擇，只要滿足二者之間能進行傳遞導熱即可。例如所述金屬管的截面形狀可以為長方形，而所述導熱管的截面為正方形，這樣可以在導熱管的四個面上均緊密貼合一金屬管，增加導熱面積，從而提供導熱效率。

作業時，儲存在礦用液態二氧化碳防滅火裝置100中的液態二氧化碳進入到位于自增壓防爆裝置200中的導熱管里(礦用液態二氧化碳防滅火裝置與自增壓防爆裝置保持一定高度差)，由于導熱管220與設置有超導陶瓷片的金屬管250緊密貼合，因此可以通過超導陶瓷片的瞬間自動加熱，將熱量通過金屬管傳遞給導熱管，從而使導熱管中的液態二氧化碳氣化并重新進入礦用液態二氧化碳防滅火裝置的低溫液體儲罐中，同時產生的氣體膨脹可以實現自增壓效果；并且其在加熱至預設溫度(例如預設為30℃)時，超導陶瓷片瞬間電阻無限大停止加熱，從而實現瞬時停止升溫，其操作安全快速，反應時間短。較佳實施例中，所述導熱管和所述金屬管均采用導熱性能良好的材料所制定而成，例如可以采用鋁材、不銹鋼等所制成。另外，導熱管的數量、管徑以及設置方式等可根據實際需求而定。

進一步地，在所述防爆箱體210的外部設置有導熱管的液相入口230和氣相出口240；所述導熱管220的一端連接于所述液相入口230，另一端連接于所述氣相出口240。當液態二氧化碳通過液相入口進入到導熱管220中時，設置在金屬管250中的超導陶瓷片可以瞬間自動升溫，并且將熱量通過金屬管250傳遞給導熱管220，從而使導熱管220中的液態二氧化碳氣化成氣態二氧化碳并排出，源源不斷產生的氣態二氧化碳可以使得在氣體排出的同時維持高壓。優選地，所述導熱管220可以為多個u形結構，其一端均與液相入口連接，另一端均與液相出口連接；當然所述導熱管也可以采用一個螺旋結構設置而成，使導熱管有足夠的長度供二氧化碳受熱氣化。本發明所舉實施例并不對本發明技術方案造成限定，任何基于本發明技術方案所做的替換方案均為本發明所保護范圍。

更進一步地，本發明所述超導陶瓷片內部鑲嵌有金屬絲，并添加有0-20％重量百分數的nb3sn和/或0-20％重量百分數的nbti，例如可以通過添加10％重量百分數的nb3sn和10％重量百分數的nbti來制作所述超導陶瓷片；換言之，所述超導陶瓷片是通過在超導陶瓷中加入了金屬絲，并且添加了nb3sn和/或nbti，使得其具有良好的導電和導熱性能，可以實現瞬間自動升溫和自動停止加熱。

并且超導陶瓷其特點是陶瓷本身的微孔結構極大地增加了換熱面積，在自然對流的狀態下起散熱能力高于金屬材質，并且其具有絕緣、耐高溫、抗氧化、抗酸堿、可耐高壓和防電擊等作用。另外當溫度超過預設安全值時，其內部電阻可以無限大，使得可以瞬間自動斷電停止升溫，確保使用安全，例如在溫度超過預設的30℃時，超導陶瓷片的電阻會變無限大，電流變零，因此可以瞬間停止加熱升溫。如果單純采用水浴加熱或電磁加熱等升溫手段，其是無法實現連續加熱和自動啟停以保障使用安全的。

現有技術中的自增壓裝置一般只能適用于電壓220v～380v下的操作，而本發明通過電擊穿測試確定超導陶瓷片的最佳厚度，以及在超導陶瓷片中添加nb3sn和nbti，使得所制成的自增壓防爆裝置可滿足電壓220v～380v、380v～660v以及660v～1140v的不同要求，并且所述超導陶瓷片的導熱參數可根據工況和加熱氣體不同進行調整。本發明所述自增壓防爆裝置不僅可以適用于二氧化碳防滅火裝置，還可以適用于其他惰性氣體防滅火裝置。

優選地，所述自增壓防爆裝置200與礦用液態二氧化碳防滅火裝置100之間設置有第一調壓閥，所述自增壓防爆裝置與防爆電控箱之間設置有第二調壓閥、泄壓閥和安全閥；通過第一調壓閥和/或第二調壓閥進行調壓，保證自增壓防爆裝置中的壓力不超過預設壓力值；當所述自增壓防爆裝置使用完畢時，通過泄壓閥進行泄壓。使礦用液態二氧化碳防滅火裝置100內部始終保持設計壓力并處于液態狀態，有效防止二氧化碳結干冰堵塞管道。進一步地，本實施例中壓力的預設壓力值的范圍為1.9-2.2mpa，例如預設壓力值可以為2.2mpa，通過調壓閥自動調壓，使其壓力維持在2.2mpa的安全范圍內；當所述自增壓防爆裝置200使用完畢時，通過泄壓閥進行泄壓。

本實施例中所述泄壓閥對系統(指所述礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統，下同)的安全保障具有重要影響，作業時，在保持泄壓閥關閉的狀態下進行自增壓操作，等自增壓結束并使礦用液態二氧化碳防滅火裝置100中液態二氧化碳排空后，打開泄壓閥進行泄壓，將系統中管道壓力進行釋放，避免安全事故的發生。

較佳實施例中，本發明所述礦用液態二氧化碳防滅火裝置100包括一框架，以及均設置在框架內的低溫液體儲罐和操作箱，所述操作箱內設置有安全閥和液位計，所述液位計通過管路依次連接有排液閥、液體進出閥、殘液進出閥、殘液排放閥、放空閥、氣體進出閥、測滿分析閥以及安全切換閥。進一步地，所述框架整體采用防爆箱結構，有效增加安全性能，而低溫液體儲罐中裝有液態二氧化碳，使用時，低溫液體儲罐中的液態二氧化碳通過液相入口進入到自增壓防爆裝置200中進行氣化，實現增壓，從而避免結干冰堵塞管路的情況發生。

請參見表一，表一為自增壓防爆裝置在排液和增壓同時進行時的增壓效果數據(表中“罐體壓力”指的是低溫液體儲罐中的壓力)：

表一：

如表一所示，在增壓7.5分鐘時，低溫液體儲罐中的壓力僅下降0.05mpa，在增壓22.5分鐘時低溫液體儲罐中的壓力僅下降0.15mpa，即滿罐條件下增壓并排液時，壓力變化浮動很小，增壓效果明顯。

本發明所述礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統具有如下特點：

(1)、結構合理、緊湊，占地面積小；

(2)、液體或氣體純度穩定，設備運行可靠性好；

(3)、操作簡單，使用、維護方便；

(4)、體積小，重量輕，易于運輸。

綜上所述，本發明通過設置一自增壓防爆裝置，，使得所述礦用自增壓液態二氧化碳防滅火系統可以實現排液與自增壓同步進行，實現溫度、壓力和流量可控可調，保證作業時管路不結干冰，有效提高防滅火效率，具有極高的實用性和廣泛的應用前景。

應當理解的是，上述針對具體實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發明專利保護范圍的限制，本發明的專利保護范圍應以所附權利要求為準。