技术领域
[0001] 本实用新型涉及气体生产及输送领域，更具体地说，涉及一种智能气体供给设备。
背景技术
[0002] 现阶段，很多矿井在上隅
角的区域都存在缺
氧的问题，上隅角是矿井中，采
煤工作面的回
风侧，同时靠近回风巷上帮和采空区边缘的三角地带，该区域
通风不好，
温度湿度较高，容易积聚采空区和采面交汇处释放的瓦斯，瓦斯浓度较高，是工作面防治瓦斯的重点；且矿井采空区空气流通不通畅，氧气浓度偏低，当工人长期在氧含量低的环境里工作时，易出现头晕、暴怒急躁等身体状况，且长期的血氧含量不足，可能会使员工产生不可逆转的身体伤害；在煤矿井下，由于工人劳动强度大，工作条件相对较差，及时补充氧气不仅可以提高工人的工作效率，也对其身体健康有很大的好处。
[0003] 在目前的矿井地面，有基于矿井氮气防灭火方法的大型制氮车间，其在制取氮气的同时，氧气被排空到空气中，无形中造成了资源的浪费。
[0004] 结合上述
现有技术的
缺陷，亟需一种设备解决矿井下煤矿采空区氧气浓度，又能避免制氮车间资源浪费的问题。实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于提供一种智能气体供给设备，以解决现有技术中矿井下煤矿采空区或上隅角氧气浓度低，会对工人身体产生影响，同时，避免了制氮车间产生的氧气资源浪费的问题。
[0006] 本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 一种智能气体供给设备，包括：
[0008] 多个制氮制氧装置，其中，所述制氮制氧装置包括排氧口，以及在所述排氧口处设置的输氧分管路；
[0009] 氧气采集装置，用于采集所述制氮制氧装置生产的氧气，其中，所述氧气采集装置包括输氧总管路；
[0010] 各个所述输氧分管路分别连接所述输氧总管路；
[0011] 终端注氧管路，用于将所述氧气采集装置产生的氧气输送至矿井下，其中，所述终端注氧管路与所述氧气采集装置连接；
[0012] 电控装置，用于实时监测氧气的浓度和流量，控制氧气输送
开关的开启和关断。
[0013] 进一步的，所述氧气采集装置还包括设置在输氧总管路上的气路开关，以及连接在所述输氧总管路一端的缓冲罐；所述输氧总管路一端连接所述缓冲罐的一侧端口，另一端连接多个输氧分管路；所述气路开关用于开启或关断氧气的输送，以及为输氧总管路提供排空口。
[0014] 进一步的，所述输氧总管路包括多节
钢管；所述多节钢管通过钢管三通的第一端口和第二端口
焊接连通，所述输氧分管路焊接在所述钢管三通的第三端口。
[0015] 进一步的，所述输氧分管路包括8寸钢管；所述输氧总管路包括10寸钢管。
[0016] 进一步的，所述气路开关包括
气动三通和电磁
阀；所述
电磁阀根据接收到的指令带动所述气动三通开启或关闭。
[0017] 进一步的，所述电磁阀包括二位五通电磁阀。
[0018] 进一步的，所述气动三通的进口和出口分别连接输氧总管路，所述气动三通的换向口连接有钢管，作为所述氧气采集装置的排空口。
[0019] 进一步的，所述终端注氧管路连接在所述缓冲罐的另一侧端口；所述终端注氧管路上设置有气体
增压设备，所述气体增压设备用于对所述缓冲罐中输出的氧气加压。
[0020] 进一步的，所述电控装置包括
传感器组，所述传感器组包括：
[0021] 设置于所述输氧总管路上的第一氧气传感器，其中，所述第一氧气传感器用于采集并分析所述输氧总管路上的氧气浓度；
[0022] 设置于终端注氧管路的注氧口的气体流量传感器，以及设置于终端注氧管路上的第一
压力传感器，其中，所述气体流量传感器用于实时监测终端注氧管路中的氧气流量；所述第一
压力传感器用于监测终端注氧管路上的氧气压力；
[0023] 设置于缓冲罐上的第二压力传感器，其中，所述第二压力传感器用于测量缓冲罐中的气体压力；
[0024] 设置于矿井下的第二氧气传感器
和声光报警器；所述第二氧气传感器用于采集矿井下环境中的氧气浓度，所述声光报警器用于在矿井下氧气浓度低于预先设定
阈值时发出声光报警
信号；
[0025] 以及，控制箱，所述控制箱分别采集所述第一氧气传感器、第二氧气传感器和所述气体流量传感器的参数，并控制所述声光报警器和气路开关。
[0026] 进一步的，所述控制箱连接有LED显示屏，其中，所述LED显示屏用于显示所述第一氧气传感器、所述第二氧气传感器和所述气体流量传感器的测得的参数。
[0027] 与最接近的现有技术比，本实用新型提供的技术方案具有以下有益效果：
[0028] 本实用新型提供的技术方案包括多个制氮制氧装置，每个制氮制氧装置上设置的输氧分管路连接到氧气采集装置的输氧总管路上，通过终端注氧管路输送至矿井下；还包括电控装置，以控制设置在制氮制氧装置和氧气采集装置以及矿井下的监测设备，通过以上装置的连接，将各个制氮制氧装置上产生的氧气有效收集起来，避免了资源浪费；并根据矿井下的监测设备参数为矿井下输送符合浓度要求的氧气，有效保证矿井下的氧气浓度保持在适宜范围内，保证采矿工人的工作环境安全和人身健康。
附图说明
[0029] 为了更清楚地说明本实用新型
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030] 图1为本实用新型提供的氧气供给设备示意图；
[0031] 图2为本实用新型提供的输氧总管路和输氧分管路连接示意图；
[0032] 图3为本实用新型提供的电控装置结构示意图；
[0033] 图4为本实用新型提供的电控装置的电源原理图；
[0034] 图5为本实用新型提供的
控制器电路原理图；
[0035] 图6为本实用新型提供的
数字量扩展模
块电路原理图；
[0036] 图7为本实用新型提供的模拟量扩展模块电路原理图；
[0037] 其中：
[0038] 1-制氮制氧装置；2-输氧分管路；3-气路开关；4-排空口；5-缓冲罐；6-终端注氧管路；7-钢管三通；701-第一端口；702-第二端口；703-第三端口；8-输氧总管路；D1-第二压力传感器；D2-第一氧气传感器；D3-第一压力传感器；D4-气体流量传感器。
具体实施方式
[0039] 为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。
[0040] 以下，结合附图对实施例作详细说明。此外，下面所示的实施例不对
权利要求所记载的实用新型的内容起任何限定作用。另外，下面实施例所表示的构成的全部内容不限于作为权利要求所记载的实用新型的解决方案所必需的。
[0041] 本具体实施方式提供了一种智能气体供给设备，在给矿井下提供氮气的同时提供氧气，使用氧气采集装置将制氮制氧装置在制备氮气时生成的氧气收集起来，并通过氧气输送管路将收集后的氧气输送至矿井下。
[0042] 如附图1所示，本具体实施方式提供的技术方案包括多个制氮制氧装置1，在每个制氮制氧装置1的排氧口设置的输氧分管路2；用于采集所述制氮制氧装置生产的氧气的氧气采集装置，所述氧气采集装置包括输氧总管路8；各个输氧分管路2分别连接在所述输氧总管路8上；还包括终端注氧管路6，用于将所述氧气采集装置产生的氧气输送至矿井下，所述终端注氧管路6与所述氧气采集装置连接；在氧气供给设备上还设置有电控装置，用于根据实时监测到的氧气浓度和氧气流量，控制氧气输送开关的开启和关断。
[0043] 一些实施例中，所述制氧制氮设备1使用
碳分子筛作为
吸附剂分离氮气和氧气，碳分子筛分离空气的能力，取决于空气中氧气和氮气在碳分子筛微孔中的不同扩散速度，由于不同动力学直径的气体分子相对扩散速率存在差异，导致不同气体在碳分子筛中相对渗透速率不同，渗透速率相对低的气体如氮气等不能透过，而渗透速率相对较高的气体，如氧气等气体则在分子筛中滞留被富集，从而达到混合气体分离的目的，常用的碳分子筛的内部微孔分布应在0.28～0.36nm，在该微孔尺寸范围内，氧气可以快速通过微孔孔口扩散到孔内，而氮气比较难通过微孔孔口，从而分离氮气和氧气，整个分离过程是平稳连续的。
[0044] 所述制氮制氧装置1包括空气流入口、碳分子筛筒体、氮气输出口和排氧口，在所述排氧口处设置有输氧分管路2，可选的，所述输氧分管路2包括8寸的钢管；在氮气输出口设置有钢管管路，将所述制氮制氧装置生产的氮气输入矿井下。
[0045] 一些实施例中，用于采集所述制氮制氧装置生成氧气的氧气采集装置包括输氧总管路8，所述输氧总管路用于将多个所述制氮制氧装置输出的氧气汇总输出，所述输氧总管路包括多节钢管管路，如附图2所示，相邻两节钢管管路通过钢管三通7焊接在一起，即，相邻两节钢管管路通过钢管三通7的第一端口701和第二端口702焊接连通，所述钢管三通7的第三端口703上焊接有输氧分管路2，将多个制氮制氧装置产生的氧气汇总在一起，方便测量向矿井下输送的氧气的浓度，能根据矿井下氧气的浓度精确确定给矿井下需要氧气的上隅角或采空区的输送氧气的注氧量，其中，可选的，所述输氧总管路8包括10寸钢管。
[0046] 一些实施例中，如图1所示，所述氧气采集装置还包括设置在所述输氧总管路8上的气路开关3，以及与输氧总管路连接的缓冲罐5；可选的，所述气路开关3包括电磁阀和气动三通，在所述电磁阀接收到控制命令时，带动所述气动三通运动，以开启或关断输氧总管路的氧气输送，实现排空和注氧的控制；所述气动三通的进口和出口分别连接所述输氧总管路，换向口连接有钢管，作为所述氧气采集装置的排空口4，用于排放出氧气；可选的，所述电磁阀包括二位五通电磁阀。
[0047] 因为输氧管路输出氧气不稳定，在输氧总管路8上设置的缓冲罐5，用于缓冲氧气采集装置中的输氧总管路8输出的氧气，使从缓冲罐中输出氧气气压平稳；在缓冲罐上设置有第二压力传感器D1，用于测量缓冲罐中的气体压力，防止缓冲罐中压力过大发生爆炸或其他伤害事故，便于根据缓冲罐中压力调节氧气的收集或排空。
[0048] 所述输氧总管路8上设置有第一氧气传感器D2，所述第一氧气传感器用于采集并分析所述输氧总管路上的氧气浓度，为控制装置提供参数确定给矿井下输送的氧气量。
[0049] 一些实施例中，氧气供给设备还包括终端注氧管路6，所述终端注氧管路连接在所述缓冲罐上远离所述输氧总管路的一端口，可选的，所述缓冲罐5连接终端注氧管路的端口可作为注氧口，或，所述缓冲罐5上连接的终端注氧管路的管口作为注氧口；所述终端注氧管路6上设置有气体增压设备，所述气体增压设备用于对所述缓冲罐中输出的氧气施加压力，便于将氧气输送至矿井下。
[0050] 所述终端注氧管路的注氧口设置有气体流量传感器D4，所述气体流量传感器用于实施监测终端注氧管路6中的氧气流量，确定从注氧口输出的氧气量，并与预先确定的注氧量做对比，便于及时关断输氧总管路上的气路开关，或转换至排空口，将采集的氧气排放。因为矿井下工作环境要求的氧气纯度不得低于18.5％，同样高氧环境也不适宜工作工作，所以矿井下氧气的浓度一般控制在19.5％至23％之间，用所述气体流量传感器可精确测量输入的氧气量，有效控制矿井下的氧气浓度。在终端注氧管路上还设置有用于监测管路中氧气压力的第一压力传感器D3，参照第一压力传感器采集的压力参数，可实时调节增压设备施加与从缓冲罐中输出氧气的压力，减少较大气体压力对终端注氧管路的磨损。
[0051] 一些实施例中，所述氧气供给设备还包括电控装置，如附图3所示，所述电控装置还包括设置于矿井下的第二氧气传感器和声光报警器，所述第二氧气传感器用于采集矿井下环境中的氧气浓度，所述声光报警器用于在矿井下氧气浓度高于预先设定阈值时发出声光报警信息，可选的，所述声光报警器设置于所述矿井下，也可同时设置于所述地面制氮车间，在声光报警器发出警报时，方便工人监控环境参数和氧气供给设备的正常运转情况，确保矿井下氧气量的供给，控制井下环境氧气浓度的平衡；
[0052] 所述电控装置还包括控制箱，所述控制箱分别采集所述第一氧气传感器、第二氧气传感器和所述气体流量传感器的参数，并控制所述声光报警器和气路开关。
[0053] 一些实施例中，所述控制箱连接有LED显示屏，用于显示所述第一氧气传感器、所述第二氧气传感器和所述气体流量传感器的气体参数；所述LED显示屏中显示数据便于监控工人监测氧气供给设备的运行状态。
[0054] 一些实施例中，如图4所示，电控装置中包括的供电电源电路，在两相电路的火线L和零线N上分别连接
断路器QF，并在火线上、安装的断路器右侧安装熔断器FU，用作电路的
短路保护；在熔断器FU的右侧安装
电流表切换开关SA，并在所述电流表切换开关的右侧、火线和零线间并联绿色灯HG，用于指示电源电路是否正常工作；将安装上述设备的火线和零线作为输入端接入
开关电源，所述开关电源将220V市电
电压转换为24V直流电压输出，为电控装置供电；
[0055] 如图5所示的控制器电路图，可选的，控制器型号选用CPU224XP芯片，所述控制器芯片一侧的1M引脚、1.0引脚连接到第二电线M1上，所述控制器芯片的0.1-0.7引脚和2M引脚、以及1.1-1.4引脚上连接手动控制开关后与第一电线N1连接；所述控制器芯片的另一侧的1M引脚和1L+引脚分别连接第一电线M1、第二电线N1；2M引脚和2L+引脚分别连接第一电线M1、第二电线N1；其他引脚通过
真空断路器QV连接至第二电线M1上；所述CPU224XP芯片主要监测和控制分子筛制氮制氧装置的参数。
[0056] 所述控
制芯片扩展连接有一片数字量扩展芯片和两片模拟量扩展芯片，可选的，所述数字量扩展芯片型号包括EM223，所述电路原理如图6所示；所述模拟量扩展芯片型号包括EM235，所述电路原理如图7所示。其中，如图5所示，数字量扩展芯片的一侧连接电源输入，另一侧的.1-.3引脚上分别连接有红色灯HR1、声光报警器HD和A碳层报警器；所述A碳层报警器位于分子筛制氮制氧装置中。
[0057] 如图6所示，模拟量扩展芯片的一侧M和L+引脚作为电源输入，另一侧输入各传感器采集的
模拟信号参数，一片EM235芯片作为设备输出氮气管路上气体信号参数的输入，另一片EM235芯片作为设备供给输出氧气管路上气体信号参数的输入，所述EM235芯片的RA引脚和A+引脚并联连接第二压力传感器D1；RB引脚和B+引脚并联连接第一氧气传感器D2，B-引脚接入第一氧气传感器D2的另一引脚和24v电源负极线；RC引脚和C+引脚并联连接第一压力传感器D3，RD引脚和D+引脚并联连接气体流量传感器D4，D-引脚接入第一压力传感器D3的另一引脚和24v电源负极线；其中，A-引脚和C-引脚分别接入24V电源线负极。
[0058] 综上，由控制器芯片CPU224XP芯片结合数字量扩展芯片EM223和模拟量扩展芯片EM235
芯片组成电控装置的主要控制芯片，结合其他传感器和报警器、指示灯监测环境数据，为氧气供给设备提供自动的输送控制功能。
[0059] 使用本具体实施例提供的氧气供给设备，将多个制氧制氮设备1产生的氧气收集起来，并通过输氧总管路8经过气路开关3、缓冲罐5和终端注氧管路6以及终端注氧管路上的气体增压设备将氧气输送至矿井下的需氧面；当位于矿井下的第二氧气传感器实时将矿井下的氧气浓度参数返回至控制箱时，所述控制箱根据所述第二氧气传感器传回的参数确定注氧量，并根据设置在输氧总管路上的第一氧气传感器采集到的氧气浓度确定终端注氧管路输出的氧气流速，使矿井下的气体浓度维持在适宜工人工作的氧气环境中；当矿井下的所述氧气浓度低于最低的氧气浓度阈值时，所述声光报警器发出警报，督促监控工人检查设备情况，调节或维修设备中某一部件。本具体实施方式提供的氧气供给设备在将原制氮车间生产的氧气
回收利用，减少资源浪费的同时，又解决了井下缺氧的问题，改善了员工的作用环境，减少了环境对员工身体健康的损害，保证了矿井工作环境的安全。
[0060] 可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
[0061] 需要说明的是，在本
申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区分，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
[0062] 在本
说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0063] 对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种
修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
