矿用瓦斯排放监控装置.pdf

矿用瓦斯排放监控装置，在隔爆箱11的箱壁上设置有固定变频调速控制器功率模块5的基板7，基板7采用紫铜板或合金铝板或外层镀银的钢板制成，在基板7的外壁上设置有热管10。在隔爆箱11外壁上的热管10及散热翅片9部位设置有散热保护罩1。减少了隔爆箱11箱板的过渡环节，克服了隔爆箱板散热性能较差的缺陷，消除了电子元件热传递过程中的接触热阻，基板7、热管10及散热翅片9的布置合理，提高了散热效率。达到了安全、可靠、高效、自动排放瓦斯的目的，稳定性和可靠性大大提高，使用寿命延长且结构简单，体积小，比较适应井下的环境和工况，适于在煤矿井下推广使用。

权利要求书
1.  矿用瓦斯排放监控装置，有一个隔爆箱，其特征在于：在隔爆箱(11)的内壁上设置有固定变频调速控制器功率模块(5)的基板(7)，所述的基板(7)由导热性能良好的金属材料制成，在基板(7)的外壁上设置有热管(10)。

2.  根据权利要求1所述的矿用瓦斯排放监控装置，其特征在于：所述的基板(7)为铜板或合金铝板或外层镀银的钢板，其厚度为20-60毫米。

3.  根据权利要求1所述的矿用瓦斯排放监控装置，其特征在于：在隔爆箱(11)的垂直箱壁上开有窗孔，基板(7)经螺栓固定在箱壁上，覆盖住窗孔，基板(7)的内壁上装有变频调速控制器功率模块(5)，基板(7)的外壁上垂直装有热管(10)，或从基板(7)的上方向下倾斜装有热管(10)，基板(7)与热管(10)呈60-80°夹角，热管(10)上装有散热翅片(9)。

4.  根据权利要求1所述的矿用瓦斯排放监控装置，其特征在于：在隔爆箱(11)的箱顶壁上开有窗孔，基板(7)经螺栓固定在箱顶壁上，覆盖住窗孔，基板的内壁装有变频调速控制器功率模块(5)，基板(7)的外壁上垂直装有热管(10)，热管(10)上装有散热翅片(9)。

5.  根据权利要求3或4所述的矿用瓦斯排放监控装置，其特征在于：在隔爆箱(11)外壁上的热管(10)及散热翅片(9)部位设置有散热保护罩(1)。

6.  根据权利要求1所述的矿用瓦斯排放监控装置，其特征在于：固定在基板(7)上的变频调速控制器功率模块(5)为IGBT模块或IPM模块或可控硅。

说明书矿用瓦斯排放监控装置
所属技术领域
本实用新型涉及一种矿井安全监测所用的瓦斯排放控制装置，具体来说是一种矿用瓦斯排放监控装置。
技术背景
目前，我国煤矿井下巷道掘进采煤时，根据煤安规程，以风定产，在每一巷道都装有局扇风机。新风由局扇压入式注入掘进工作面。泛风由回风巷排出。安全技术条件好的煤矿在掘进工作面和回风巷装有瓦斯监测报警系统，如瓦斯涌出，系统报警提示，并切断该作业面采煤设备的电源(两闭锁措施)。这样该作业面的安全有保障，但全速运转的局扇风机“一风吹”地把该作业面的超标瓦斯通过回风巷带到其它没有瓦斯突出的安全巷道，由于其它巷道的掘进工作面没有瓦斯涌出，其巷道的瓦斯监测设备不能切断作业面的工作电源，因此，瓦斯在其他没有瓦斯涌出的掘进巷道随时有爆炸的可能。这就是尽管近一两年来，全国有90％的矿井装有瓦斯监测报警设备，而瓦斯爆炸事故却不断发生的原因之一。
在没有强制“以风定产”前，很多中小煤矿，在煤矿井下巷道掘进采煤时，为了最大限度节约成本，没有安装瓦斯监测报警系统，局扇风机少开或不开，没有做到“两闭锁”。因此，巷道掘进工作面有瓦斯涌出时，该掘进作业面极易引起瓦斯爆炸事故。
也有在井下采用防爆电机及变频调速控制装置，但由于其中的主控元件发热量较大，而井下环境的散热条件较差，导致其装置的体积较大，重量重，价格昂贵，且使用寿命和工作稳定性都不够理想。
中国专利公告号：CN 2299941Y，公告日：1998年12月9日，实用新型名称：《瓦斯自动排放监测装置》，提出了一种通过软起动控制器将起动器、风机与微机控制器相接，微机控制器分别接有甲烷浓度传感器、显示器、通讯接口、手动开关等，并采用隔爆外壳连接上述元件形成散热片的技术方案。由微机控制器根据传感器反馈的信号，变频调节局扇风机的转速，可以较好地实现井下瓦斯的自动监测与排放，保障井下人员的安全，节电效果较好。但由于以上电力电子器件均置于隔爆外壳中，而隔爆装置的散热性能较差，采用隔爆外壳作为散热片基本上难以达到较好的散热效果。因此，该装置在井下的工作稳定性和可靠性较低，使用寿命短。若增加散热体积，又使其装置结构笨重，造价增加，且不便于井下安装使用。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术存在的问题和不足，进而提供一种散热效果好，体积小的矿用瓦斯排放监控装置，它性能可靠，使用安全，监控效果好。
本实用新型的技术解决方案是：矿用瓦斯排放监控装置，有一个隔爆箱，在隔爆箱的内壁上设置有固定变频调速控制器功率模块的基板，所述的基板由导热性能良好的金属材料制成，在基板的外壁上设置有热管。
本实用新型所述的基板为铜板或合金铝板或外层镀银的钢板，其厚度为20-60毫米。
本实用新型还可以在隔爆箱的垂直箱壁上开有窗孔，基板经螺栓固定在箱壁上，覆盖住窗孔，基板的内壁上装有变频调速控制器功率模块，基板的外壁上垂直装有热管，或从基板的上方向下倾斜装有热管，基板与热管呈60-80°夹角，热管上装有散热翅片。
本实用新型还可以在隔爆箱的箱顶壁上开有窗孔，基板经螺栓固定在箱顶壁上，覆盖住窗孔，基板的内壁装有变频调速控制器功率模块，基板的外壁上垂直装有热管，热管上装有散热翅片。
本实用新型的进一步改进是在隔爆箱外壁上的热管及散热翅片部位设置有散热保护罩。
本实用新型中固定在基板上的变频调速控制器功率模块为IGBT模块或IPM模块或可控硅。
本实用新型的有益效果：1是在满足隔爆要求的前提下，利用20-60毫米厚的铜板或合金铝板作基板，将变频调速控制器功率模块与热管和散热翅片组成的散热器有机结合，采用导热性能良好的金属材料作为过渡散热器件，减少了隔爆箱板的过渡环节，克服了隔爆箱板散热性能较差的缺陷，消除了电子元件热传递过程中的接触热阻，提高了散热效率。该基板在设计上既起隔爆作用，又起散热和传热作用。由于基板的面积较小，厚度较大，既可满足井下的隔爆要求，对于隔爆箱的强度也不会造成影响。2是根据热管的特性，提出了基板及热管的布置方案，而且在热管上设置有散热翅片，可有效提高热管的导热效率，减少了散热器乃至隔爆箱的体积和重量。3是在热管的外部设置有散热保护罩，使本实用新型装置的安装使用更方便，更安全。4是采用本实用新型结构以后，整个装置通过自动调节风量，达到了安全、可靠、高效、自动地排放瓦斯的目的，极大地降低了瓦斯事故率。瓦斯监控与排放智能化运行的稳定性和可靠性大大提高，使用寿命延长；且结构简单，体积小，比较适应井下的环境和工况，使用操作方便，制造成本降低，适于在煤矿井下推广使用。
附图说明
图1是本实用新型第一种实施例的结构示意图
图2是本实用新型第二种实施例的结构示意图
图3是本实用新型第三种实施例的结构示意图
图4是本实用新型第四种实施例的结构示意图
具体实施方式
以下结合附图说明及具体实施方式对本实用新型作进一步的详细描述：
参见图1，本实用新型矿用瓦斯排放监控装置的第一个实施例是一个长方形箱体，在箱体前部是钢材制成的隔爆箱11，在隔爆箱11上方是接线盒3和接线盒盖板2，下方设有支座6，前方是隔爆箱门4，在隔爆箱门4的外壁上设置有操纵控制按钮或人机对话显示器。隔爆箱11的内壁中层设置有加强筋，在内壁上设有编程控制器，采用模糊控制技术进行编程控制，根据甲烷浓度传感器的信号，由编程控制信号激发变频调速控制器，驱动局扇风机按规定的转速转动，适量地排出瓦斯气体，实现井下瓦斯最大效率的无超限排放。隔爆箱11的后方是热管10、散热翅片9和固定支架8组成的散热部件。散热翅片9套装在热管10上，固定支架8将一片片散热翅片9间隔定位并固定为一个整体。在隔爆箱11后方外壁上的热管10及散热翅片9部位设置有散热保护罩1。在隔爆箱11的后部形成一个自然对流的散热空间。隔爆箱11的内部用于放置监测瓦斯浓度并控制局扇风机转动的电器元件，其中包括变频调速控制器功率模块5，各种开关、控制按钮和导线的接插口。在隔爆箱11的箱壁上设置有固定变频调速控制器功率模块5的基板7，所述的基板7采用导热性能良好的金属材料制成，一般可采用紫铜板、黄铜板或采用合金铝板作为基板7，也可采用其他导热性能良好的金属材料如采用外层镀银的钢板。为保证基板7的隔爆性能，可以将其厚度设定为20-60毫米。基板7的面积较小，可先在隔爆箱11的垂直箱壁上开有略小于基板7尺寸的窗孔，将基板7经螺栓从周边固定在箱壁上，覆盖住窗孔。这一种连接固定方式可以将基板7和热管10等器件先行装配后再安装到隔爆箱11的箱壁上，安装比较方便。隔爆箱11上也可以不开窗孔，但要对应热管10的安装部位相应钻孔，以便于将热管10安装在基板7上。这种方式安装比较麻烦，但隔爆箱的整体抗爆性能较好。在基板7的内壁上装有变频调速控制器功率模块5，所述的变频调速控制器功率模块为IGBT模块或IPM模块或可控硅。从基板7上方向下倾斜装有热管10，基板7外壁与热管10呈60-80°夹角。热管10向斜下方插入基板7的板体中，其内部的工质流向基板7一侧，当基板发热时，热管10内部的工质蒸发，快速将其热量带至斜上方的另一端部，冷却后的工质再流向下方，形成热量传导散发的循环。热管10上装有散热翅片9，进一步提高散热效果。
参见图2，本实用新型的第二种实施例与第一种实施例结构基本相同，只是在热管10的设置上有所改变，在基板的外壁上垂直装有热管，即热管10垂直安装于基板7的外壁上，热管10呈水平方向布置。与第一实施例相比，其热传导效果略有下降，但热管10和基板7连接部位的加工比较简便，安装方便。
参见图3，本实用新型的第三种实施例是对第二种实施例的改进，它将垂直于基板7安装的热管10进行折弯，其折弯后的部位与基板7的外壁平行。这一结构可减少本实用新型的厚度尺寸，使其体积更紧凑。
参见图4，本实用新型的第四种实施例是将基板7设置在隔爆箱11的箱顶壁上，在隔爆箱11的箱顶壁上开有窗孔，基板7经螺栓固定在箱顶壁上，覆盖住窗孔。在基板7的内壁上装有变频调速控制器功率模块5，基板7的外壁上垂直向上装有热管10，其热管10上装有散热翅片9，并装有固定支架8。这时，本装置中隔爆箱门4的位置不变，而接线盒3和接线盒盖板2则要改设在隔爆箱11的后部。本实施例中热管10垂直安装于隔爆箱11上方，其结构更加紧凑，散热效果也比较好。
对本实用新型的第一种实施例结构散热效果的测试情况如下：
1、测试方法
在第一种实施例结构中基板7采用厚度为40毫米的紫铜板，热管10与基板7外壁的夹角为80°，基板7上安装的变频调速控制器功率模块为IPM模块，热管10内的热传导介质(工质)采用外购的CD无机复合化学物质作传导介质。将热管10和散热翅片9的组件视为散热器，对基板7采用电加热，通过控制加热功率，使其散热器温度稳定在60-75℃，采用热电偶测量并记录各测点的数据。散热器的工作方式为自然对流散热。
2、测试仪器
Agilent 34970数据采集仪
K型热电偶14只
加热器2台
稳压电源一台
计算机一台
3、测试说明
测温点布置：散热翅片9上布六个测温点，基板7上布四个测温点，热管10上布三个测温点，井下环境中布一个测温点，共布置十四个测温点。
散热翅片9的均匀性。通过测量散热翅片9上六个测温点的温度差异来观察散热翅片9各部位及片层之间的传热性能；
热管10的温度。对照测试数据，通过各测温点上的温差差异查看散热器及热管10的性能；
散热功率。输入功率分别为550W和750W。
4、测试数据。参见表1、表2
表1矿用瓦斯排放监控装置散热效果测试表  测试项目  输入功率550W  输入功率750W  测试时间：10:20-  11:40  13:10-14:20   序  号  测温点   测点温度   备注   在该输  入功率下  要求铜基  板的温度  不超过75  ℃  测点温度   备注   在该输入  功率下要  求铜基板  的温度不  超过75℃  1  基板7底面  63.5  67.8  2  65.6  69.8  3  基板7端面  63.4  67.2  4  67.0  65.1  5  第37片翅片  49.1  55.8  6  第37片翅片  59.6  62.9  7  第37片翅片  55.3  61.7  8  第37片翅片  56.7  62.0  9  第37片翅片  56.2  62.5  10  第37片翅片  54.0  57.9  11  热管10  57.8  63.8  12  60.4  66.2  13  61.5  66.4  14  环境温度  28.2  28.6
表2矿用瓦斯排放监控装置实际运行时基板7温度测试表  序  号  装置运行功率   铜基板温度  备注   1  25％  25.6℃ 装置实际运行时的 IPM模块功率为15KW， 铜基板的温度在90℃  以内合格。  2  50％  42.4℃  3  75％  50.2℃  4  100％  55.8℃