一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣

摘要

本发明公开的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，包括防护衣，防护衣上配置有应急制氧监测装置，所述应急制氧监测装置包括制氧组件、发电组件和检测组件，制氧组件包括液氧瓶、呼吸面罩、汽化隔层、第一安全阀、氧气溢流阀、针阀和湿化器，发电组件包括温差发电管和压力发电器，检测组件包括并流装置、体征传感器和集成有显示屏的微型控制器，本发明原理简单，设计合理，用于井下应急供氧和体征监控，具有体积小，重量轻、易携带、好维护的特点，通过存储液氧的方式，保证氧气供给，并可通过氧气温度和压力进行发电，为检测组件供电，无需额外的电能输入，稳定性和灵活性高，使用方便，且无污染物排放，使用安全环保。

权利要求

1.一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，包括防护衣，其特征在于，所述防护衣上配置有应急制氧监测装置，所述应急制氧监测装置包括制氧组件、发电组件和检测组件；

所述的制氧组件用于供氧，所述的发电组件用于发电，并为检测组件供电，所述的检测组件用于体征监测，监控井下人员的体征；

其中，所述制氧组件包括液氧瓶、呼吸面罩、汽化隔层、第一安全阀、氧气溢流阀、针阀和湿化器；所述液氧瓶内注入有液氧，并连接有液氧出管和第一减压管，所述汽化隔层包覆于液氧瓶外，并与液氧瓶之间留有间隙，该间隙为用于液氧汽化的汽化室，汽化隔层上设有与汽化室连通的氧气出管；

所述液氧出管的一端位于液氧瓶内底部、与液氧瓶内部连通，另一端延伸出液氧瓶，并与汽化室连通，所述第一减压管的一端位于液氧瓶内顶部、与液氧瓶内部连通，另一端延伸出液氧瓶外，并依次连接有氧气溢流阀、四通接头和第一安全阀，所述四通接头与氧气出管、氧气供给管连通，所述氧气供给管上连接有针阀和湿化器，且其末端通过软管与呼吸面罩连接；

所述发电组件包括温差发电管和压力发电器，所述温差发电管由内向外依次包括导热层、温差发电层和散热层构成，所述压力发电器由气体通道、发电转子和发电机构成，温差发电管和压力发电器均设置于氧气供给管中部，且导热层、气体通道和氧气供给管之间互相连通；所述发电转子转动设置于气体通道内，且通过联轴器与发电机的输入轴连接；

所述检测组件包括并流装置、体征传感器和集成有显示屏的微型控制器，所述并流装置与温差发电管、压力发电器电性交互，并通过导线与微型控制器电性交互，为微型控制器供电，所述微型控制器与体征传感器和显示屏交互，向体征传感器和显示屏供电，接收体征传感器采集的体征数据、并将体征数据显示于显示屏上。

2.如权利要求1所述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其特征在于，所述体征传感器包括脉搏传感器和心率传感器，所述脉搏传感器安装于防护衣的袖口位置，用于检测井下人员的脉搏，所述心率传感器安装于防护衣的胸口位置，用于检测井下人员的心率。

3.如权利要求2所述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其特征在于，所述液氧瓶和汽化隔层均采用绝热材料制得。

4.如权利要求3所述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其特征在于，所述液氧瓶的顶部为瓶口，用于装入液氧，所述瓶口处配置有保温塞石和瓶盖，所述保温塞石过盈设置于瓶口处并密封，所述瓶盖与瓶口螺旋连接并密封。

5.如权利要求4所述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其特征在于，所述液氧瓶的正面嵌入式设有观察窗，用于观察液氧瓶中液氧的液位。

6.如权利要求5所述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其特征在于，所述液氧瓶上连接有第二减压管，所述第二减压管的一端位于液氧瓶内顶部、与液氧瓶内部连通，另一端延伸出液氧瓶外，并连接有第二安全阀和止逆隔膜。

7.如权利要求6所述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其特征在于，该井下监测式制氧应急防护衣的工作方法如下：(1)液氧装瓶、日常巡查：将液氧瓶的瓶盖和保温塞石取下，向液氧瓶中加入液氧，随后，重新安装好瓶盖和保温塞石，将防护衣放置于应急使用区域，待用；放置于应急使用区域的防护衣，其液氧瓶内的液氧在长期受热后，会发生一定程度的汽化，从而导致液氧瓶内压增加，此时，第二安全阀打开，将液氧瓶内的汽化氧气排出，稳定液氧瓶内压；由于液氧瓶的液压情况发生，因此需定期巡检，通过观察窗观察液氧瓶中液氧的液位，当液氧液位低于基准值时，则需进行补充；

(2)防护衣供氧：

当出现井下紧急情况时，井下人员自应急使用区域处获取防护衣，并进行穿戴；穿戴完成后，井下人员可打开针阀，开启供氧，此时，呼吸面罩、氧气供给管、湿化器、针阀、氧气出管、汽化室、液氧出管和液氧瓶一并连通，在压力作用下，液氧经液氧出管进入汽化室中汽化，成为氧气，氧气经氧气出管输出，进入氧气供给管，并依次经过针阀和湿化器，最终进入呼吸面罩，为井下人员供氧；

(3)防护衣供电检测：

在供氧过程中，液氧汽化，氧气温度降低，当氧气通过氧气供给管向呼吸面罩供氧时，低温氧气依次经过温差发电管和压力发电器,此时，温差发电管内部温度降低，与外部温度形成温差，从而促使温差发电层工作，进行发电；压力发电器中发电转子随着氧气流通进行旋转，从而通过联轴器带动发电机工作，进行发电；

温差发电管和压力发电器发电产生的电流经并流器并流后，向微型控制器输出，微型控制器接收并流电流，经稳压后向体征传感器和显示屏输出，为体征传感器和显示屏供电，此时，体征传感器和显示屏工作，检测井下人员的体征数据，并将体征数据显示于显示屏上。

8.如权利要求7所述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其特征在于，所述导热层和散热层材质为铜，所述温差发电层材质为热电材料，为碲化铋。

9.如权利要求8所述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其特征在于，所述发电转子由转轴、导向孔板和转子叶片构成，所述转轴通过联轴器与发电机的输入轴连接，所述导向孔板对称设置于转轴的两端，并与气体通道间隙配合，所述转子叶片的数量为多个，多个转子叶片固定设置于转轴上，位于导向孔板之间，并均匀分布。

说明书

一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣

技术领域

[0001] 本发明涉及井下安全保护设备技术领域，特别是一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣。

背景技术

[0002] 便携式氧气瓶是井下、潜水及航空等各种缺氧环境补充氧气较理想的供氧设备，因其携带性好，适用于应急救援，在矿山安全生产中可被广泛地应用。但仍存在一定不足，
需要设计一种在井下能持久供应氧气和电力的应急衣物，并且能够实时监测井下人员或所
处环境的状况。

发明内容

[0003] 本发明针对上述问题，从而公开了一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣。

[0004] 具体的技术方案如下：

[0005] 一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，包括防护衣，其特征在于，所述防护衣上配置有应急制氧监测装置，所述应急制氧监测装置包括制氧组件、发电组
件和检测组件；

[0006] 所述的制氧组件用于供氧，所述的发电组件用于发电，并为检测组件供电，所述的检测组件用于体征监测，监控井下人员的体征。

[0007] 上述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，所述制氧组件包括液氧瓶、呼吸面罩、汽化隔层、第一安全阀、氧气溢流阀、针阀和湿化器；所述液氧
瓶内注入有液氧，并连接有液氧出管和第一减压管，所述汽化隔层包覆于液氧瓶外，并与液
氧瓶之间留有间隙，该间隙为用于液氧汽化的汽化室，汽化隔层上设有与汽化室连通的氧
气出管；

[0008] 所述液氧出管的一端位于液氧瓶内底部、与液氧瓶内部连通，另一端延伸出液氧瓶，并与汽化室连通，所述第一减压管的一端位于液氧瓶内顶部、与液氧瓶内部连通，另一
端延伸出液氧瓶外，并依次连接有氧气溢流阀、四通接头和第一安全阀，所述四通接头与氧
气出管、氧气供给管连通，所述氧气供给管上连接有针阀和湿化器，且其末端通过软管与呼
吸面罩连接；

[0009] 所述发电组件包括温差发电管和压力发电器，所述温差发电管由内向外依次包括导热层、温差发电层和散热层构成，所述压力发电器由气体通道、发电转子和发电机构成，
温差发电管和压力发电器均设置于氧气供给管中部，且导热层、气体通道和氧气供给管之
间互相连通；所述发电转子转动设置于气体通道内，且通过联轴器与发电机的输入轴连接；

[0010] 所述检测组件包括并流装置、体征传感器和集成有显示屏的微型控制器，所述并流装置与温差发电管、压力发电器电性交互，并通过导线与微型控制器电性交互，为微型控
制器供电，所述微型控制器与体征传感器和显示屏交互，向体征传感器和显示屏供电，接收
体征传感器采集的体征数据、并将体征数据显示于显示屏上。

[0011] 上述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，所述体征传感器包括但不限于脉搏传感器和心率传感器，所述脉搏传感器安装于防护衣的袖口位
置，用于检测井下人员的脉搏，所述心率传感器安装于防护衣的胸口位置，用于检测井下人
员的心率。

[0012] 上述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，所述液氧瓶和汽化隔层均采用绝热材料制得。

[0013] 上述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，所述液氧瓶的顶部为瓶口，用于装入液氧，所述瓶口处配置有保温塞石和瓶盖，所述保温塞石过盈设
置于瓶口处并密封，所述瓶盖与瓶口螺旋连接并密封。

[0014] 上述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，所述液氧瓶的正面嵌入式设有观察窗，用于观察液氧瓶中液氧的液位。

[0015] 上述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，所述液氧瓶上连接有第二减压管，所述第二减压管的一端位于液氧瓶内顶部、与液氧瓶内部连通，另
一端延伸出液氧瓶外，并连接有第二安全阀和止逆隔膜。

[0016] 上述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，该井下监测式制氧应急防护衣的工作方法如下：

[0017] (1)液氧装瓶、日常巡查：将液氧瓶的瓶盖和保温塞石取下，向液氧瓶中加入液氧，随后，重新安装好瓶盖和保温塞石，将防护衣放置于应急使用区域，待用；放置于应急使用
区域的防护衣，其液氧瓶内的液氧在长期受热后，会发生一定程度的汽化，从而导致液氧瓶
内压增加，此时，第二安全阀打开，将液氧瓶内的汽化氧气排出，稳定液氧瓶内压；由于液氧
瓶的液压情况发生，因此需定期巡检，通过观察窗观察液氧瓶中液氧的液位，当液氧液位低
于基准值时，则需进行补充；

[0018] (2)防护衣供氧：

[0019] 当出现井下紧急情况时，井下人员自应急使用区域处获取防护衣，并进行穿戴；穿戴完成后，井下人员可打开针阀，开启供氧，此时，呼吸面罩、氧气供给管、湿化器、针阀、氧
气出管、汽化室、液氧出管和液氧瓶一并连通，在压力作用下，液氧经液氧出管进入汽化室
中汽化，成为氧气，氧气经氧气出管输出，进入氧气供给管，并依次经过针阀和湿化器，最终
进入呼吸面罩，为井下人员供氧；

[0020] (3)防护衣供电检测：

[0021] 在供氧过程中，液氧汽化，氧气温度降低，当氧气通过氧气供给管向呼吸面罩供氧时，低温氧气依次经过温差发电管和压力发电器,此时，温差发电管内部温度降低，与外部
温度形成温差，从而促使温差发电层工作，进行发电；压力发电器中发电转子随着氧气流通
进行旋转，从而通过联轴器带动发电机工作，进行发电；

[0022] 温差发电管和压力发电器发电产生的电流经并流器并流后，向微型控制器输出，微型控制器接收并流电流，经稳压后向体征传感器和显示屏输出，为体征传感器和显示屏
供电，此时，体征传感器和显示屏工作，检测井下人员的体征数据，并将体征数据显示于显
示屏上。

[0023] 上述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，所述导热层和散热层材质为铜，所述温差发电层材质为热电材料，为碲化铋。

[0024] 上述的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，所述发电转子由转轴、导向孔板和转子叶片构成，所述转轴通过联轴器与发电机的输入轴连接，所述
导向孔板对称设置于转轴的两端，并与气体通道间隙配合，所述转子叶片的数量为多个，多
个转子叶片固定设置于转轴上，位于导向孔板之间，并均匀分布。

[0025] 本发明的有益效果为：

[0026] 本发明公开的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，包括防护衣，防护衣上配置有应急制氧监测装置，所述应急制氧监测装置包括制氧组件、发电组件和
检测组件，制氧组件包括液氧瓶、呼吸面罩、汽化隔层、第一安全阀、氧气溢流阀、针阀和湿
化器，发电组件包括温差发电管和压力发电器，检测组件包括并流装置、体征传感器和集成
有显示屏的微型控制器，本发明原理简单，设计合理，用于井下应急供氧和体征监控，具有
体积小，重量轻、易携带、好维护的特点，通过存储液氧的方式，保证氧气供给，并可通过氧
气温度和压力进行发电，为检测组件供电，进行体征监测，本发明无需额外的电能输入，具
有很高的稳定性和灵活性，使用起来极为方便，且无污染物排放，使用安全环保。

附图说明

[0027] 图1为本发明正视图。

[0028] 图2为本发明后视图。

[0029] 图3为制氧组件示意图。

[0030] 图4为制氧组件截面图。

[0031] 图5为温差发电管示意图。

[0032] 图6为压力发电器示意图。

[0033] 图7为压力发电器示意图(无气体通道)。

具体实施方式

[0034] 为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合实施例对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明
保护范围。

[0035] 实施例一

[0036] 本实施例的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，包括防护衣1，其特征在于，所述防护衣1上配置有应急制氧监测装置，所述应急制氧监测装置包括制氧
组件2、发电组件3和检测组件4；

[0037] 所述的制氧组件2用于供氧，所述的发电组件3用于发电，并为检测组件4供电，所述的检测组件4用于体征监测，监控井下人员的体征；

[0038] 其中，所述制氧组件2包括液氧瓶5、呼吸面罩6、汽化隔层7、第一安全阀8、氧气溢流阀9、针阀10和湿化器11；所述液氧瓶5内注入有液氧，并连接有液氧出管12和第一减压管
13，所述汽化隔层7包覆于液氧瓶5外，并与液氧瓶5之间留有间隙，该间隙为用于液氧汽化
的汽化室14，汽化隔层7上设有与汽化室14连通的氧气出管15；

[0039] 所述液氧出管12的一端位于液氧瓶5内底部、与液氧瓶5内部连通，另一端延伸出液氧瓶5，并与汽化室14连通，所述第一减压管13的一端位于液氧瓶5内顶部、与液氧瓶5内
部连通，另一端延伸出液氧瓶5外，并依次连接有氧气溢流阀9、四通接头16和第一安全阀8，
所述四通接头16与氧气出管15、氧气供给管17连通，所述氧气供给管17上连接有针阀10和
湿化器11，且其末端通过软管40与呼吸面罩6连接；

[0040] 所述发电组件3包括温差发电管18和压力发电器19，所述温差发电管18由内向外依次包括导热层20、温差发电层21和散热层22构成，所述压力发电器19由气体通道23、发电
转子24和发电机25构成，温差发电管18和压力发电器19均设置于氧气供给管17中部，且导
热层20、气体通道23和氧气供给管17之间互相连通；所述发电转子24转动设置于气体通道
23内，且通过联轴器26与发电机25的输入轴连接；

[0041] 所述检测组件4包括并流装置27、体征传感器和集成有显示屏29的微型控制器30，所述并流装置27与温差发电管18、压力发电器19电性交互，并通过导线与微型控制器30电
性交互，为微型控制器30供电，所述微型控制器30与体征传感器和显示屏29交互，向体征传
感器和显示屏29供电，接收体征传感器采集的体征数据、并将体征数据显示于显示屏29上；

[0042] 本实施例的井下监测式制氧应急防护衣，用于井下应急供氧和体征监控，具有体积小，重量轻、易携带、好维护的特点，通过存储液氧的方式，保证氧气供给，同时，在供给氧
气时，通过液氧汽化产生的低温进行温差发电、利用氧气流通产生的压力(气流)带动压力
发电器工作进行发电，所发电能用于检测组件工作，进行体征监测，无需额外的电能输入，
具有很高的稳定性和灵活性，使用起来极为方便，且无污染物排放，使用安全环保。

[0043] 实施例二

[0044] 本实施例的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，所述体征传感器包括但不限于脉搏传感器281和心率传感器282，所述脉搏传感器281安装于防
护衣1的袖口位置，用于检测井下人员的脉搏，所述心率传感器282安装于防护衣1的胸口位
置，用于检测井下人员的心率；

[0045] 本实施例中，体征传感器采用脉搏传感器和心率传感器作为井下人员监测自身体征的感应器，自身体征可掌握自身心率，进而调整心态，避免紧张情绪，控制呼吸，降低氧气
消耗，延长救援时间；

[0046] 同时，也可集成危险气体传感器，用于感应危险气体浓度，给予井下人员预警。

[0047] 实施例三

[0048] 本实施例的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，所述液氧瓶5和汽化隔层7均采用绝热材料制得；

[0049] 通常绝热材料降低液氧受热程度，大幅度降低液氧汽化和损耗，降低维护成本。

[0050] 实施例四

[0051] 本实施例的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，所述液氧瓶5的顶部为瓶口，用于装入液氧，所述瓶口处配置有保温塞石31和瓶盖32，所述保温
塞石31过盈设置于瓶口处并密封，所述瓶盖32与瓶口螺旋连接并密封，所述液氧瓶5的正面
嵌入式设有观察窗33，用于观察液氧瓶5中液氧的液位，所述液氧瓶5上连接有第二减压管
34，所述第二减压管34的一端位于液氧瓶5内顶部、与液氧瓶5内部连通，另一端延伸出液氧
瓶5外，并连接有第二安全阀35和止逆隔膜36；

[0052] 本实施例中，观察窗(观察窗不仅嵌入在液氧瓶，同时也透过汽化隔层)可有效观察液氧液位，便于日常维护，同时，也可使使用人员掌握液氧量，估算供氧时间。

[0053] 实施例五

[0054] 本实施例的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，该井下监测式制氧应急防护衣的工作方法如下：

[0055] (1)液氧装瓶、日常巡查：将液氧瓶5的瓶盖32和保温塞石31取下，向液氧瓶5中加入液氧，随后，重新安装好瓶盖32和保温塞石31，将防护衣1放置于应急使用区域，待用；放
置于应急使用区域的防护衣1，其液氧瓶5内的液氧在长期受热后，会发生一定程度的汽化，
从而导致液氧瓶5内压增加，此时，第二安全阀35打开，将液氧瓶5内的汽化氧气排出，稳定
液氧瓶5内压；由于液氧瓶5的液压情况发生，因此需定期巡检，通过观察窗33观察液氧瓶5
中液氧的液位，当液氧液位低于基准值时，则需进行补充；

[0056] (2)防护衣1供氧：

[0057] 当出现井下紧急情况时，井下人员自应急使用区域处获取防护衣1，并进行穿戴；穿戴完成后，井下人员可打开针阀10，开启供氧，此时，呼吸面罩6、氧气供给管17、湿化器
11、针阀10、氧气出管15、汽化室14、液氧出管12和液氧瓶5一并连通，在压力作用下，液氧经
液氧出管12进入汽化室14中汽化，成为氧气，氧气经氧气出管15输出，进入氧气供给管17，
并依次经过针阀10和湿化器11，最终进入呼吸面罩6，为井下人员供氧；

[0058] (3)防护衣1供电检测：

[0059] 在供氧过程中，液氧汽化，氧气温度降低，当氧气通过氧气供给管17向呼吸面罩6供氧时，低温氧气依次经过温差发电管18和压力发电器19,此时，温差发电管18内部温度降
低，与外部温度形成温差，从而促使温差发电层21工作，进行发电；压力发电器19中发电转
子24随着氧气流通进行旋转，从而通过联轴器26带动发电机25工作，进行发电；

[0060] 温差发电管18和压力发电器19发电产生的电流经并流器并流后，向微型控制器30输出，微型控制器30接收并流电流，经稳压后向体征传感器和显示屏29输出，为体征传感器
和显示屏29供电，此时，体征传感器和显示屏29工作，检测井下人员的体征数据，并将体征
数据显示于显示屏29上。

[0061] 实施例五

[0062] 本实施例的一种基于温差及压力发电的井下监测式制氧应急防护衣，其中，所述导热层20和散热层22材质为铜，所述温差发电层21材质为热电材料，为碲化铋，所述发电转
子24由转轴37、导向孔板38和转子叶片39构成，所述转轴37通过联轴器26与发电机25的输
入轴连接，所述导向孔板38对称设置于转轴37的两端，并与气体通道23间隙配合，所述转子
叶片39的数量为多个，多个转子叶片39固定设置于转轴37上，位于导向孔板38之间，并均匀
分布。

[0063] 综上所述，本发明原理简单，设计合理，用于井下应急供氧和体征监控，具有体积小，重量轻、易携带、好维护的特点，通过存储液氧的方式，保证氧气供给，并可通过氧气温
度和压力进行发电，为检测组件供电，进行体征监测，本发明无需额外的电能输入，具有很
高的稳定性和灵活性，使用起来极为方便，且无污染物排放，使用安全环保。

[0064] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，
都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围
为准。