本實用新型涉及一種智能自動隔絕環境中有害氣體的壓縮氧氣自救器。

背景技術：

近年來國家強調了應急救援的產業發展，去年國務院總理在政府工作報告中也提到要建立整體有效的救援體系。我國目前仍是煤礦和非煤礦的開采、生產和使用大國，無序的開采已有所控制，現有的礦業多以國有大型礦業為主，安全生產的監控和管理水平及措施、手段、投入均大幅提高，都朝著自動、智能化方向發展。經過對部分國有大礦和化工、市政行業的考察，并與各行業的一線工人及主管技術的人士多次溝通交流，本申請人了解到：目前礦業、化工、市政及特殊行業的生產環境的人員中毒和窒息傷害事故多有發生。但是，目前使用的隔絕式呼吸器、化學氧氣自救器和常規隔絕壓縮氧氣自救器無法檢測到工作環境的有毒有害氣體含量和缺氧等狀態，均需借助專業的瓦斯檢測員等人的檢測，因而失去了寶貴的生命。

目前，城市的市政疏浚部門所配備的救援用呼吸裝備幾乎沒有，地下管道、涵井的疏浚和維護任務量大，為其配用的甲烷(沼氣)檢測器也為數不多，無法保障進入工作地點的人員的生命安全。為了給煤礦和非煤礦的開采、化工、市政及特殊行業的人員及需要進入災變現場實施救援工作的人員提供逃生機會和安全放心的工作保障，需設計一種能夠監測工作環境中的有毒有害氣體的含量及氧氣含量，可根據含量的高低變化做出智能判斷，與環境中有害氣體隔絕，求得逃生機會的自求器。

中國專利201320782168.3公布了一種隔絕式壓縮氧氣自救器，包括設置在殼體內的高壓系統、呼吸系統和CO₂過濾系統；所述高壓系統包括氧氣瓶和減壓閥；所述呼吸系統包括口具、氣囊、排氣閥及呼吸閥；所述氧氣瓶的出口通過減壓閥和氣管連接至氣囊的氧氣入口，所述氣囊的出氣口通過氣管和吸氣閥連接至口具的進氣口；所述口具的出氣口通過氣管和呼氣閥連接至清凈罐內，所述清凈罐的排氣口通過氣管連接至氣囊內；所述氣囊還設有排氣口，氣囊的排氣口通過氣管連接有排氣閥；所述清凈罐內裝有CO₂吸收劑。中國專利201320042991.0公布了一種隔絕式壓縮氧氣自救器，包括清凈罐，及設在清凈罐內的高壓系統、呼吸系統及CO₂過濾系統，高壓系統連接呼吸系統；高壓系統包括氧氣瓶、減壓器、開關、補氣壓板及壓力表，氧氣瓶的瓶口上設有開關，開關分別連接減壓器、安全帽和壓力表，安全帽連接手輪，補氣壓板連接減壓器；所述呼吸系統包括氣囊、排氣閥、呼氣管、呼吸閥、防護面具、氣囊連高壓系統的減壓器。

技術實現要素：

本實用新型的目的是針對上述現狀，旨在提供一種體積小、重量輕、便于攜帶；能夠監測工作環境中的有毒有害氣體的含量及氧氣含量，可根據含量的高低變化做出智能判斷，并可決定是否需要自動開啟自救器供氧保護工作，并實施搶險和撤離的智能自動隔絕環境中有害氣體的壓縮氧氣自救器。

本實用新型目的的實現方式為：智能自動隔絕環境中有害氣體的壓縮氧氣自救器,液晶顯示屏接中心處理器CPU；供電電源管理、無線充電接中心處理器CPU，供電電源管理接總開關按鈕；一氧化碳、氧氣傳感器接中心處理器CPU；無線數據通訊模塊、手動電開啟按鈕通過中心處理器CPU、驅動信號放大器接電機，電機接減速齒輪組；氧氣瓶接高壓閥體總成中的消聲過濾器一，手動機械開啟旋鈕接高壓閥體總成中的開啟閥；高開啟閥分接減速齒輪組、比例減壓閥總成的消聲過濾器三，比例減壓閥總成的調節閥接循環呼吸氣囊，循環呼吸氣囊通過呼吸閥接呼吸面罩；呼吸面罩通過呼吸閥接CO₂吸收劑器，CO₂吸收器接循環呼吸氣囊；所有連接管為耐火硅膠軟管。

本實用新型以氧氣瓶為氧氣來源，配以減壓閥、流量控制閥、自動補氣閥、二氧化碳吸收器、循環呼吸氣囊、呼吸閥、耐火硅膠軟管、呼吸面罩等，以一氧化碳、氧氣傳感器為探頭，監測工作環境中的有毒有害氣體的含量及氧氣含量，中心處理器CPU將來自于探頭組件的信號進行模數轉換和標定進行平均、比較等運算出有毒有害氣體含量，再根據含量的高低變化做出智能判斷，后無線傳輸(發射)，決定是否需要自動開啟自救器供氧保護工作，并實施搶險和撤離。

本實用新型能有效的達到監測、智能判斷、防爆、防靜電功能，有效地為在有毒有害環境、濃煙環境、火場中極度缺氧的環境中工作的工作人員提供呼吸氧氣的必要條件，從而保護使用人員可以迅速逃離災害現場，或為被救援通過寶貴的時間。

本實用新型有以下優點：

1、可和對裝置自身的供電進行無線充電，電源能量低于20％時發出低電壓告警提示及時充電；直至無線充電終止，安全可靠；

2、同時將實時檢測各種有毒有害氣體環境的有毒有害氣體數據進行無線數字傳輸、顯示，在場環境下的工作人員開啟自救器，保護工作人員迅速逃離災害現場及提供對他們實施救援，有效避免傷害；

3、可長期處于工作狀態下，并放置在煤礦井下和有易燃易爆氣體泄漏可能的場所，可利用煤礦井下現有預警監測網絡實現物聯網功能智能穿戴；

4、造價低廉，結構簡單，操作簡便，檢測數據準確，安全可靠，防護效果好。

5、能防爆、防靜電、阻燃、抗沖擊，可反復使用；

6、體積小、重量輕。

本實用新型經過國家礦用產品檢驗檢測中心多次測試，電氣部分的防爆性能達到本安最高級別(Exia 1Ma)技術要求，能有效的達到監測、智能判斷、防爆、防靜電功能，為使用人員在有毒有害環境、濃煙環境、火場中極度缺氧的環境中有效提供呼吸的必要條件，從而保護使用人員可以迅速逃離災害現場及提供對他們實施救援的目的。

附圖說明

圖1為本實用新型結構原理圖，

圖2為本實用新型電氣原理圖，

圖3為本實用新型自救器原理圖，

圖4為本實用新型智能判斷程序原理圖，

圖5為本實用新型無線充電原理圖，

圖6為本實用新型自救器外型圖。

具體實施方式

本實用新型由氣體監測系統、智能判斷+數據傳輸+無線充電系統、氧氣+隔絕式循環呼吸系統構成。

下面參照附圖詳述本實用新型。

參照圖6，體積小、重量輕，本實用新型外殼36長×寬×高＝210mm×95mm×233mm，重量≤2.38kg。外殼上有壓縮氧氣壓力觀察窗34、顯示屏24、自救器開啟彈開門35、氣體采集窗37、無線充電23。

參照圖1，液晶顯示屏24接中心處理器CPU26。供電電源管理21、無線充電23接中心處理器CPU26，供電電源管理21接總開關按鈕22。由中心處理器CPU(目前選用的型號為STM32F系列)對系統的供電電池組進行實時監控：如電源能量低于20％時發出低電壓告警提示及時充電；控制無線充電的終止，安全可靠。

氣體傳感器有兩個以上的一氧化碳、氧氣傳感器。圖1中顯示出有一氧化碳傳感器一19、氧氣傳感器二20。一氧化碳一19、氧氣傳感器二20接中心處理器CPU26。

針對目前的煤礦、化工行業及市政有害環境情況，傳感器的探頭主要選擇無色無味的氣體探頭如：氧氣(O₂)、一氧化碳(CO)、甲烷(CH₄)等探頭；也可搭載：氯氣(CL₂)、二氧化硫(SO₂)、硫化氫H₂S、氟化氫(HF)、氫化氰(HCN)等探頭。探頭及放大及溫度補償元件組成探頭組件。探頭組件輸出的信號送入中心處理器(CPU)進行模數轉換。

采用英國產CITY或日本產NEMOTO氣體傳感器。內有對來自于氣體采集窗口的各種傳感器(如：O₂、CO、CH₄的信號增益放大、溫度補償、A/D模數轉換、標定功能，信號經經過增益放大、溫度補償、A/D模數轉換、標定傳送到中心處理器CPU。

中心處理器CPU將來自于探頭組件的信號經驅動信號放大25放大，進行模數轉換和標定，對模數轉換后的數據進行平均、比較等運算后，將檢測的實時數據經無線數據通訊模塊17進行無線傳輸(發射)，并輸出到顯示屏24實時顯示。

參照圖5，無線數據通訊模塊17的無線充電發射端A、接收接收端B分別采用符合QI協議的無線充電模塊作為充電組件，充電轉換效率≥60％。無線充電發射端A內集成有AC/DC轉換件27、無線充電發射驅動件28、TX發射端控制件29；無線充電接收端B內集成有接收、整流件30，電壓、電流調節件31，接收端控制件33。電壓、電流調節件接充電電池32。圖中C向箭頭分別表示電能傳輸方向，D向箭頭表示接收端通訊反饋方向。

參照圖1、2、4，本實用新型智能判斷的程序如下：

中心處理器CPU的報警和自動開啟點設定被檢測氣體濃度值最低值a、中間值b、最高值d；a、d之間分為a—b、b—c、c—d三個區域段。

第一段：開啟本實用新型，計時開始，當被監控氣體平的均濃度/分鐘超過“最低限a—b”值范圍內時，開始緩慢節奏Ⅰ的燈光或者聲音報警提示，如果濃度持續超過最低限并保持在“最低限a—b”范圍內則延遲e1分鐘后改為急促節奏Ⅲ的燈光等報警并開啟自救器；如果被監控氣體恢復到“最低限a”以下時則停止報警。

第二段：當被監控氣體平的均濃度超過b達到“b—c”值范圍內時，開始慢節奏的Ⅱ燈光或者聲音報警提示，如果濃度持續超過b并保持在“b—c”范圍內則延遲e2分鐘后改為急促節奏的Ⅲ燈光等報警并延遲設定時間開啟自救器；如果在該時間段內被監控氣體恢復到“b”以下值時時，則停止該第二段程序，重新進入第一段監控程序；如果被監控氣體恢復到“最低限a”以下時則停止報警。

第三段：當被監控氣體的平均濃度超過c達到“c—d”值范圍內時，開始較快節奏的燈光或者聲音報警提示，如果濃度持續超過c并保持在“c—d”范圍內則延遲e2分鐘后改為急促節奏的Ⅲ燈光等報警并延遲規定時間開啟自救器，如果在該時間段內被監控氣體上升到“d”以上值時時，則越過第三段程序延遲規定時間開啟自救器；如果在該時間段內被監控氣體恢復到“c”以下值時時，則停止該第三段程序，重新進入第二段監控程序；如果被監控氣體恢復到“b”以下值時時，則停止第二段程序，重新進入第一段監控程序；如果被監控氣體恢復到“最低限a”以下時則停止報警。

由于目前我國沒有關于工作環境中的一氧化碳、氧氣等氣體的撤離和繼續工作的濃度與時間的統一要求和國家標準。本發明中所采用的數據是GB 6222-2005《工業企業煤氣安全規程》和2016版《煤礦安全規程》中的相關規定進行的初步設置a、b、c、d值。各個行業和煤礦可根據自身條件及不同要求，并參考人體在各種有毒有害氣體環境下的毒理學和病理學及臨床醫學等醫學數據進行設置。

參照圖3，無線數據通訊模塊17、手動電開啟按鈕18通過中心處理器CPU26、驅動信號放大25接電機8，電機接減速齒輪組9。氧氣瓶1接高壓閥體總成2中的消聲過濾器一14，手動機械開啟旋鈕16接高壓閥體總成2中的開啟閥12。消聲過濾器一14串接消聲過濾器二15。開啟閥12分接減速齒輪組9、比例減壓閥總成3的消聲過濾器三11比例減壓閥總成3的調節閥10接循環呼吸氣囊4。循環呼吸氣囊4通過呼吸閥6接呼吸面罩7，呼吸面罩7通過呼吸閥6接裝CO₂吸收劑的吸收器5，裝CO₂吸收劑的吸收器5接循環呼吸氣囊4。

根據報警和自動開啟點的三段區域段，當在b—c、c—d段時，開啟開啟閥12、手動機械開啟旋鈕16，小型壓縮氧氣瓶的氧氣經高壓閥總成2的消聲過濾器一14、消聲過濾器二15至比例減壓閥總成的消聲過濾器三、調節閥10調節，送至循環呼吸氣囊4。工作人員開啟呼吸閥6，循環呼吸氣囊內的氧氣經二氧化碳吸收器5輸向工作人員所佩戴的呼吸面罩7，為工作人員輸氧，工作人員呼出的氣體經呼吸閥6、二氧化碳吸收器返回到循環呼吸氣囊4。

呼吸用面罩則根據工作人員所穿戴的工作服、安全帽等裝備來選用。可選用的面罩有全防護面罩和半面罩兩種。全防護面罩可使工作員的前面部都處于面罩的防護范圍，全面罩外罩采用透明高分子高強度鍍鋁膜反射層，保護面部不受火焰高溫及噴濺物傷害，周邊接顏部外形采用經人體工學設計的硅橡膠阻燃、防靜電等功能材料構成的密封隔離層，使面罩盡可能地貼合全部臉面部，達到呼吸面罩與外界隔絕密封，從而保證有毒有害氣體不被吸入。半面罩也是采用外形經人體工學設計的硅橡膠阻燃材料構成的密封套，使面罩盡可能的貼合口、鼻部，達到半面罩與外界隔絕且接顏密合。半面罩可放置在本實用新型內，隨本實用新型的自動開啟而供佩戴者使用；也可配置在安全帽等防護裝置內。