[发明专利]一种沸腾冷凝式矿井热湿环境模拟实验平台

权利要求书

1.一种沸腾冷凝式矿井热湿环境模拟实验平台，其特征是，包括控制单元、空气预处理单元、空气降温除湿单元、巷道控温单元、空气工况测控单元和喷雾加湿单元；

所述控制单元包括中央控制器、预处理控制器、除湿控制器、温控器和喷水控制器，用于控制空气预处理单元、空气降温除湿单元、巷道控温单元、空气工况测控单元和喷雾加湿单元；

所述空气预处理单元包括第一冷水机组、第一循环泵、第一阀门、第二阀门、第一换热器、第二循环泵、第三阀门、第四阀门、第一冷却塔、空调箱、过滤器、预热器、喷水室、加热器、局部风机、第一风门、第二风门和混合室，用于对外部空气进行预处理，并输出达到预设目标温度的空气；

所述空气降温除湿单元，包括冷凝器、膨胀阀、蒸发器、压缩机、第三循环泵、第二换热器、第四循环泵和抽汽阀门，用于对空气预处理单元输出的空气进行降温除湿，使得输出至局部风机的空气的温湿度达到掘进巷道的送风含湿量；

所述巷道控温单元包括调功器、巷道加热管和壁面热电偶，用于对掘进巷道壁面进行加热和温度控制，使得掘进巷道壁面的温度达到稳定的预设温度值；所述掘进巷道包括钢板、岩棉层和彩钢板；

所述空气工况测控单元包括温湿度传感器、风速传感器和数据采集器，用于检测掘进巷道内的温湿度和风速并发送给控制单元；

所述喷雾加湿单元包括喷头组、增压泵、储水罐和流量计，用于对掘进巷道内的空气进行加湿，使得空气的湿度达到预设的湿度；

通过控制单元、空气预处理单元、空气降温除湿单元、巷道控温单元、空气工况测控单元和喷雾加湿单元，在夏季和冬季时，均能对掘进巷道实现夏季工况的模拟；

所述沸腾冷凝式矿井热湿环境模拟实验平台有以下两种工作模式：夏季模式和冬季模式；夏季模式用于在夏季模拟巷道内的夏季工况，而冬季模式则用于在冬季模拟巷道内的夏季工况；

夏季模式中空气预处理单元工作流程：中央控制器向预处理控制器发送局部风机启动、第一冷水机组启动、以及监测空调箱及风筒中各处的空气温湿度信号；预处理控制器向第一冷水机组、第一循环泵、第二循环泵、局部风机、第一冷却塔发送启动信号，向第四阀门、第二风门发送关闭信号，向第二阀门、第三阀门、第一风门发送开启信号；在局部风机确定风流量下，预处理控制器不断向第一阀门发送信号，调节喷水室中的喷水量，直至喷水室出口空气含湿量达到大巷要求的空气含湿量标准；作用后的冷水汇流后，重新进入第一冷水机组；预处理控制器调节通过加热器的热水流量，直至加热器出口空气温度达到大巷要求的空气温度标准，作用后的热水进入第一冷却塔被进一步冷却，然后重新进入第一冷水机组；

夏季模式中空气降温除湿单元工作流程：为使大巷空气达到更低送风温度和含湿量，除湿控制器接收中央控制器发送的信号，开启制冷压缩机，启动第三循环泵，关闭第四循环泵、抽汽阀门，除湿控制器通过不断调节制冷压缩机的交流电输入频率，调节输送到蒸发器的制冷剂温度和流量，通过蒸发器对空气进一步降温除湿，直至进入局部风机的风流含湿量达到掘进巷道的送风含湿量；

除湿控制器向补水阀定期发送信号，向冷凝器中补充水，补充的水在冷凝器内高温制冷剂冷凝热的作用下沸腾；同时，第三循环泵在除湿控制器的控制下，持续从冷凝器水侧抽出水蒸气，使高温气体制冷剂不断在冷凝器的管内冷凝；经第三循环泵抽出的水蒸气经第二换热器排放到室外；

为了实现制冷的目的，在冷凝器中冷凝器的液态制冷剂经膨胀阀节流后变为低温低压制冷剂，进入蒸发器蒸发，产生低温冷量，将空气进一步降温除湿，蒸发成汽态的制冷剂进一步被压缩机加压，送入冷凝器，继续下一制冷循环；

夏季模式中巷道控温单元工作流程：根据模拟的巷道壁面温度需要，中央控制器向温控器发送壁面预设温度信号，温控器通过壁面热电偶检测掘进巷道的内壁面温度，根据该温度信号向调功器发送调功信号，不断调节巷道加热管的加热功率，通过多个循环调节，直至壁面热电偶检测到的巷道壁面温度稳定，并达到中央控制器向温控器发送的预设壁面温度信号；

夏季模式中空气工况测控单元工作流程：在掘进巷道垂直风流方向的平面中布置温湿度传感器、风速传感器，数据采集器采集温湿度传感器传递的风流温湿度数据、风速传感器传递的风速数据，转换成温湿度和风速信号后存入台式电脑，为后续实验分析积累数据；

夏季模式中喷雾加湿单元工作流程：喷水控制器从中央控制器接收喷水数据，启动增压泵，从储水罐中抽取净化水，加压后经流量计送入喷头组；喷水控制器通过检测流量计、压力传感器信号，与接收的喷水压力和流量进行对比，通过不断调节增压泵的输入交流电频率，直至增压泵的泵水流量和压力达到设定值；

冬季模式中空气预处理单元工作流程：中央控制器向预处理控制器发送局部风机启动、第一冷水机组启动、以及检测空调箱及风筒中各处的空气温湿度信号；预处理控制器向第一冷水机组、第一循环泵、第二循环泵、局部风机、第一冷却塔发送启动信号，向第二阀门、第四阀门发送关闭信号，向第一风门、第二风门、第二阀门、第三阀门发送开启信号；在局部风机确定风流量下，预处理控制器不断向第一风门、第二风门发送信号，调节进入混合室的一次循环风流量，直至混合室出口空气含湿量达到大巷要求的空气含湿量标准；预处理控制器调节通过加热器的热水流量，直至加热器出口空气温度达到大巷要求的空气温度标准，作用后的热水进入第一冷却塔被进一步冷却，然后重新进入第一冷水机组；

冬季模式中空气降温除湿单元工作流程：为使大巷空气达到更低送风温度和含湿量，除湿控制器接收中央控制器发送的信号，开启制冷压缩机，启动第三循环泵、第四循环泵，除湿控制器通过不断调节制冷压缩机、第三循环泵和第四循环泵的输入交流电频率，调节输送到蒸发器的制冷剂流量和温度，通过蒸发器对空气进一步降温除湿，直至进入局部风机的风流含湿量达到掘进巷道的送风含湿量；

第三循环泵从冷凝器中抽取的水蒸气进入换热器，与通过第四循环泵的热水进行换热，将热量传递给热水，热水在第四循环泵的驱动下进入预热器对空气进行预热；

冬季模式中巷道控温单元工作流程：根据模拟的巷道壁面温度需要，中央控制器向温控器发送壁面预设温度信号，温控器通过壁面热电偶检测掘进巷道的内壁面温度，根据该温度信号向调功器发送调功信号，不断调节巷道加热管的加热功率，通过多个循环调节，直至壁面热电偶检测到的巷道壁面温度稳定，并达到中央控制器向温控器发送的预设壁面温度信号；

冬季模式中空气工况测控单元工作流程：在掘进巷道垂直风流方向的平面中布置温湿度传感器、风速传感器，数据采集器采集温湿度传感器传递的风流温湿度数据、风速传感器传递的风速数据，转换成温湿度和风速信号后存入台式电脑，为后续实验分析积累数据；

冬季模式中喷雾加湿单元工作流程：根据加湿工况需要，喷水控制器从中央控制器，启动增压泵，从储水罐中抽取净化水，加压后经流量计送入喷头组；喷水控制器通过检测流量计、压力传感器信号，与接收的喷水压力和流量进行对比，通过不断调节增压泵的输入交流电频率，直至增压泵的泵水流量和压力达到设定值。