矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统的制作方法

本发明涉及煤矿火灾的防灭火领域，尤其涉及矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统。

背景技术：

煤炭是我国的主要能源，矿井火灾是煤矿的主要自然灾害之一，而煤炭自燃又是矿井火灾的主要形式。近年来，利用液态二氧化碳实施煤矿井下防灭火的装置因具有灭火能力强、速度快、使用范围广等特点而被广泛应用；但其也存在很多问题，例如：目前液态二氧化碳经气化灌注的方式多采用空温或水浴式气化系统，该系统水浴加温与热交换降温平衡点不好控制，系统只能间歇进液和排放，进液前需先将水温加热到80摄氏度以上，进液后水温下急速下降，再次加热不得不等待时间约1～2小时，冬季寒冷地区可能等待的时间更长，达不到快速灭火的效果。另外，井下液态二氧化碳直接灌注方式也因排放时罐内压力下降，液态二氧化碳极易结干冰，造成堵管问题，目前国内也有靠泵或电加热水浴气化装置构成增压系统，但仍然无法解决增压与排放同步，实现连续排放快速灭火的问题，且系统体积大，成本高。

因而，现有技术还有待于改进和提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统，旨在解决现有技术中矿用防灭火设备增压过程缓慢、容易造成堵管以及无法实现增压与排放co2同时进行的问题。

本发明的技术方案包括：

提供一种矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统，其包括自增压防爆装置、设置在平板车上的矿用液态二氧化碳防灭火装置，以及连接于所述矿用液态二氧化碳防灭火装置和自增压防爆装置的防爆电控箱；具体地，所述自增压防爆装置包括一防爆箱体，以及设置在所述防爆箱体内的导热管；所述导热管上贴合设置有金属管，在所述金属管中设置有可瞬间加热的超导陶瓷片。

具体地，所述超导陶瓷片内部镶嵌有金属丝，并添加有0-20％重量百分数的nb3sn和/或0-20％重量百分数的nbti；而所述金属管为铝管、铜管或不锈钢管中的其中一种。

具体地，在所述防爆箱体上设置有液相入口和气相出口；所述导热管的一端连接于所述液相入口，另一端连接于所述气相出口。

具体地，所述防爆电控箱通过控制电缆与所述自增压防爆装置连接；所述自增压防爆装置通过低温气相增压用高压软管和低温液相金属高压软管、与所述矿用液态二氧化碳防灭火装置连接并形成回路。

具体地，所述自增压防爆装置与矿用液态二氧化碳防灭火装置之间设置有第一调压阀，所述自增压防爆装置与防爆电控箱之间设置有第二调压阀、泄压阀和安全阀；通过第一调压阀和/或第二调压阀进行调压，保证自增压防爆装置中的压力不超过预设压力值；当所述自增压防爆装置使用完毕时，通过泄压阀进行泄压。其中所述预设压力值的范围为1.9-2.2mpa。另外，所述自增压防爆装置还连接有一隔爆启动器。

有益效果：本发明通过引入采用超导陶瓷材料设计的自增压防爆装置，使得所述矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统在co2在排放过程中，可以有效维持矿用液态二氧化碳防灭火装置内部的压力，从而实现液态二氧化碳连续排放且不结干冰，极大地提高防灭火效率，保障生产安全；并且本发明系统结构简单易实现，易于运输且维护方便，适用于井下作业。

附图说明

图1为本发明所述矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统的结构示意图。

图2为现有技术中液态二氧化碳气化防灭火装置的结构示意图。

图3为本发明所述自增压防爆装置的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明所述矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统的实现过程进行说明。

如图1所示，本发明提供一种矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统，其包括有一平板车10、设置在平板车10上的矿用液态二氧化碳防灭火装置100，还包括一自增压防爆装置200，以及连接于所述矿用液态二氧化碳防灭火装置100和自增压防爆装置200的防爆电控箱300，所述防爆电控箱中设置有液位计和温控装置。进一步地，所述防爆电控箱300通过控制电缆与所述自增压防爆装置200连接；所述自增压防爆装置200通过低温气相增压用高压软管和低温液相金属高压软管、与所述矿用液态二氧化碳防灭火装置100连接并形成回路。

本发明通过在自增压防爆装置200中设置一具有瞬间自动加热升温和自动断电功能的超导陶瓷片，使矿用液态二氧化碳防灭火装置100中的二氧化碳液体压力通过自增压循环，从而实现在灭火卸放时所述矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统保持压力在1.9mpa-2.2mpa范围内恒定不降，并且不出现结干冰排不尽的现象。进一步地，所述自增压防爆装置200还连接有一隔爆启动器400，通过隔爆启动器400控制自增压防爆装置200的启闭。

请参见图2，在现有技术中，液态二氧化碳防灭火系统多采用气化器等装置对液态二氧化碳进行间断式加热，如图2所示，现有的液态二氧化碳防灭火系统结构主要包括贮液罐、空气自热式气化器、气电加热式气化器、气体调压装置以及液相管路；其通过贮液罐旁路泵送、气相增压、气电加热及井下管路4个模块来实现防灭火功能，在工作时很难控制压力和温度，并且无法使二氧化碳在排放时保持罐内压力不下降，只能间歇工作，其更易结干冰且系统庞大、成本高。

而本发明实施例中所述矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统通过引入采用超导材料制成的自增压防爆装置200，实现了液态二氧化碳在灭火时，其排液与增压同步，使得所述矿用液态二氧化碳防灭火装置100中的压力保持不变，并且二氧化碳排放时间短、效率高。

具体地，如图3所示，所述自增压防爆装置200包括一防爆箱体210，以及设置在所述防爆箱体内的导热管220，所述导热管220包括一导热管外壁以及设置在导热管外壁中的换热芯，换热芯采用一次拉模成型，其作用在于增加与二氧化碳的换热面积。另外所述导热管220上贴合设置有金属管250，在所述金属管250中设置有可瞬间加热的超导陶瓷片，优选地，本实施例中所述超导陶瓷片可以采用嵌入式的方式设置在金属管250中，并通过金属管250与导热管220紧密贴合一起(可以将二者的接触面设置为平面，以增加接触面积)，将热量传递给导热管，实现快速导热升温。本实施例中所述金属管250与所述导热管220的形状可以根据实际需要进行选择，只要满足二者之间能进行传递导热即可。例如所述金属管的截面形状可以为长方形，而所述导热管的截面为正方形，这样可以在导热管的四个面上均紧密贴合一金属管，增加导热面积，从而提供导热效率。

作业时，储存在矿用液态二氧化碳防灭火装置100中的液态二氧化碳进入到位于自增压防爆装置200中的导热管里(矿用液态二氧化碳防灭火装置与自增压防爆装置保持一定高度差)，由于导热管220与设置有超导陶瓷片的金属管250紧密贴合，因此可以通过超导陶瓷片的瞬间自动加热，将热量通过金属管传递给导热管，从而使导热管中的液态二氧化碳气化并重新进入矿用液态二氧化碳防灭火装置的低温液体储罐中，同时产生的气体膨胀可以实现自增压效果；并且其在加热至预设温度(例如预设为30℃)时，超导陶瓷片瞬间电阻无限大停止加热，从而实现瞬时停止升温，其操作安全快速，反应时间短。较佳实施例中，所述导热管和所述金属管均采用导热性能良好的材料所制定而成，例如可以采用铝材、不锈钢等所制成。另外，导热管的数量、管径以及设置方式等可根据实际需求而定。

进一步地，在所述防爆箱体210的外部设置有导热管的液相入口230和气相出口240；所述导热管220的一端连接于所述液相入口230，另一端连接于所述气相出口240。当液态二氧化碳通过液相入口进入到导热管220中时，设置在金属管250中的超导陶瓷片可以瞬间自动升温，并且将热量通过金属管250传递给导热管220，从而使导热管220中的液态二氧化碳气化成气态二氧化碳并排出，源源不断产生的气态二氧化碳可以使得在气体排出的同时维持高压。优选地，所述导热管220可以为多个u形结构，其一端均与液相入口连接，另一端均与液相出口连接；当然所述导热管也可以采用一个螺旋结构设置而成，使导热管有足够的长度供二氧化碳受热气化。本发明所举实施例并不对本发明技术方案造成限定，任何基于本发明技术方案所做的替换方案均为本发明所保护范围。

更进一步地，本发明所述超导陶瓷片内部镶嵌有金属丝，并添加有0-20％重量百分数的nb3sn和/或0-20％重量百分数的nbti，例如可以通过添加10％重量百分数的nb3sn和10％重量百分数的nbti来制作所述超导陶瓷片；换言之，所述超导陶瓷片是通过在超导陶瓷中加入了金属丝，并且添加了nb3sn和/或nbti，使得其具有良好的导电和导热性能，可以实现瞬间自动升温和自动停止加热。

并且超导陶瓷其特点是陶瓷本身的微孔结构极大地增加了换热面积，在自然对流的状态下起散热能力高于金属材质，并且其具有绝缘、耐高温、抗氧化、抗酸碱、可耐高压和防电击等作用。另外当温度超过预设安全值时，其内部电阻可以无限大，使得可以瞬间自动断电停止升温，确保使用安全，例如在温度超过预设的30℃时，超导陶瓷片的电阻会变无限大，电流变零，因此可以瞬间停止加热升温。如果单纯采用水浴加热或电磁加热等升温手段，其是无法实现连续加热和自动启停以保障使用安全的。

现有技术中的自增压装置一般只能适用于电压220v～380v下的操作，而本发明通过电击穿测试确定超导陶瓷片的最佳厚度，以及在超导陶瓷片中添加nb3sn和nbti，使得所制成的自增压防爆装置可满足电压220v～380v、380v～660v以及660v～1140v的不同要求，并且所述超导陶瓷片的导热参数可根据工况和加热气体不同进行调整。本发明所述自增压防爆装置不仅可以适用于二氧化碳防灭火装置，还可以适用于其他惰性气体防灭火装置。

优选地，所述自增压防爆装置200与矿用液态二氧化碳防灭火装置100之间设置有第一调压阀，所述自增压防爆装置与防爆电控箱之间设置有第二调压阀、泄压阀和安全阀；通过第一调压阀和/或第二调压阀进行调压，保证自增压防爆装置中的压力不超过预设压力值；当所述自增压防爆装置使用完毕时，通过泄压阀进行泄压。使矿用液态二氧化碳防灭火装置100内部始终保持设计压力并处于液态状态，有效防止二氧化碳结干冰堵塞管道。进一步地，本实施例中压力的预设压力值的范围为1.9-2.2mpa，例如预设压力值可以为2.2mpa，通过调压阀自动调压，使其压力维持在2.2mpa的安全范围内；当所述自增压防爆装置200使用完毕时，通过泄压阀进行泄压。

本实施例中所述泄压阀对系统(指所述矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统，下同)的安全保障具有重要影响，作业时，在保持泄压阀关闭的状态下进行自增压操作，等自增压结束并使矿用液态二氧化碳防灭火装置100中液态二氧化碳排空后，打开泄压阀进行泄压，将系统中管道压力进行释放，避免安全事故的发生。

较佳实施例中，本发明所述矿用液态二氧化碳防灭火装置100包括一框架，以及均设置在框架内的低温液体储罐和操作箱，所述操作箱内设置有安全阀和液位计，所述液位计通过管路依次连接有排液阀、液体进出阀、残液进出阀、残液排放阀、放空阀、气体进出阀、测满分析阀以及安全切换阀。进一步地，所述框架整体采用防爆箱结构，有效增加安全性能，而低温液体储罐中装有液态二氧化碳，使用时，低温液体储罐中的液态二氧化碳通过液相入口进入到自增压防爆装置200中进行气化，实现增压，从而避免结干冰堵塞管路的情况发生。

请参见表一，表一为自增压防爆装置在排液和增压同时进行时的增压效果数据(表中“罐体压力”指的是低温液体储罐中的压力)：

表一：

如表一所示，在增压7.5分钟时，低温液体储罐中的压力仅下降0.05mpa，在增压22.5分钟时低温液体储罐中的压力仅下降0.15mpa，即满罐条件下增压并排液时，压力变化浮动很小，增压效果明显。

本发明所述矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统具有如下特点：

(1)、结构合理、紧凑，占地面积小；

(2)、液体或气体纯度稳定，设备运行可靠性好；

(3)、操作简单，使用、维护方便；

(4)、体积小，重量轻，易于运输。

综上所述，本发明通过设置一自增压防爆装置，，使得所述矿用自增压液态二氧化碳防灭火系统可以实现排液与自增压同步进行，实现温度、压力和流量可控可调，保证作业时管路不结干冰，有效提高防灭火效率，具有极高的实用性和广泛的应用前景。

应当理解的是，上述针对具体实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本发明的专利保护范围应以所附权利要求为准。