DE1269076B

DE1269076B - Kuehlverfahren, insbesondere zur Kuehlung von Grubenwettern

Info

Publication number: DE1269076B
Application number: DE19611269076
Authority: DE
Inventors: Paul Weuthen
Original assignee: Bergwerksverband GmbH
Current assignee: Bergwerksverband GmbH
Priority date: 1961-10-06
Filing date: 1961-10-06
Publication date: 1968-05-30

Description

Kühlverfahren, insbesondere zur Kühlung von Grubenwettern Die Erfindung betrifft ein Kühlverfahren, insbesondere zur Kühlung von Grubenwettern, bei dem Luft in einen durch fortlaufendes Absaugen ins Freie auf Unterdruck gesetzten Behälter entspannt und damit gekühlt wird.
Man kennt Kälteerzeugungsanlagen, bei denen ein Kältemittel in einem Kreisprozeß nacheinander verdichtet, gekühlt und damit verflüssigt, entspannt und verdampft wird. Im Verdampfer, der Kälteerzeugungsstelle, lassen sich Flüssigkeiten oder Gase, in der Klimatechnik beispielsweise Wasser oder Luft kühlen. Diese Medien werden dann den zu klimatisierenden Räumen zugeleitet. Im Verflüssiger fällt Wärme an, die man in der Regel mit Kühlwasser abführt. Um den Wasserverbrauch möglichst klein zu halten, muß man insbesondere bei größeren Anlagen einen Kühlwasserrückkühler einsetzen.
Eine andere Kälteerzeugungsanlage arbeitet derart, daß Luft nach Durchströmen eines Verdichters, in dem Druck und Temperatur erhöht werden, in einem Kühler gekühlt wird. Nunmehr wird die Luft in einer Entspannungsmaschine entspannt und kühlt sich dabei weiter ab. In einem nachgeschalteten Wärmeaustauscher steht die derart gebildete Kälte zur weiteren Verwendung zur Verfügung.
Beide Anlagen haben ihre besonderen Vorteile. Während bei den Kaltdampfmaschinen in der Regel giftige oder wenigstens teure Kältemittel im geschlossenen Kreislauf arbeiten, läßt sich bei der Kaltluftmaschine der Kreislauf z. B. hinter der Entspannungsmaschine öffnen. Da jedoch die Leistungsziffer von Kaltdampfmaschinen wesentlich höher als bei Kaltluftmaschinen liegt, ist die Anwendung der letzteren auf Sondergebiete beschränkt.
Auch für die Kühlung von Grubenwettern hat man Kaltluftmaschinen bereits eingesetzt, da sich diese wegen der Ungefährlichkeit von Luft als Kältemittel und wegen der weiten Verbreitung von Druckluft als Energieträger in vielen Zweigen des Bergbaus anbieten. Man hat auch bereits versucht, Maschinen zu konstruieren, die ohne Kühlwasser arbeiten. Sie bleiben jedoch in ihrer Wirtschaftlichkeit zu weit hinter der Wirtschaftlichkeit der Kaltdampfmaschinen zurück, so daß dem Einsatz dieser Maschinen Grenzen gesetzt sind.
Um die giftigen oder wenigstens sehr teuren Kältemittel in Kaltdampfmaschinen zu vermeiden, wäre auch die Verwendung von Wasser als Kältemittel in solchen Maschinen in Erwägung zu ziehen. Trotz verschiedener günstiger Eigenschaften von Wasser als Kältemittel, wie seine Ungiftigkeit, seine geringen Kosten und seine hohe spezifische Wärme, wird Wasser im allgemeinen nicht angewandt, da es bei niedrigen Temperaturen einen sehr geringen Dampfdruck aufweist und der Verdichter sehr große Dampfmengen ansaugen müßte.
Hier setzt nun die Erfindung ein und schlägt ein Kühlverfahren vor, das praktisch eine Kombination aus einer Kaltdampfmaschine mit Wasser als Kältemittel und einer Kaltluftmaschine darstellt.
Dieses neue Kühlverfahren besteht darin, daß dem Unterdruckbehälter Wasser im Gegenstrom zur Luft eingesprüht wird, dort teilweise verdampft und aus dem Behälter gekühlt als an sich bekannter Kälteträger abgezogen wird.
Vorzugsweise wird das Wasser unter Ergänzung der Fehlmengen durch einen Wärmeaustauscher im Kreislauf geführt.
Das Absaugen aus dem Behälter kann mittels zweier parallel bzw. hintereinandergeschalteter Verdichter erfolgen, dessen einem eine Turbine zur Förderung der Luft in dem Behälter zugeordnet ist, während der andere durch einen besonderen Motor angetrieben wird. Dieser besondere Motor kann eine im Druckluftnetz liegende Turbine sein. F i g. 1 zeigt eine Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens; F i g. 2 gibt demgegenüber eine etwas abgeänderte Ausführungsform der Anlage wieder.
Die Anlage besteht grundsätzlich aus einem Gefäß 1, einem Wärmeaustauscher 2, einem Verdichter 3, einer Turbine 4, einem Antriebsmotor 5 und einer Förderpumpe 6. Aus dem Behälter 1 saugt der Verdichter 3 über die Leitung 7 die im Behälter 1 vorhandene, hohen Wasserdampfgehalt aufweisende Luft ab, verdichtet sie annähernd adiabatisch auf Außendruck und bläst die warme und feuchte Luft über die Leitung 8 ins Freie ab. Dadurch entsteht in dem geschlossenen Behälter 1 ein Unterdruck, der bei einstufiger Verdichtung etwa dem halben Außendruck entspricht. Über die Turbine 4 und die Leitung 9 strömt Luft mit Außendruck in den Behälter 1 ein, wird dabei annähernd adiabatisch entspannt und kühlt sich ab. Die Turbine 4 sitzt auf einer Welle mit dem Verdichter 3 und treibt diesen an, wobei die noch fehlende Antriebsleistung von dem Motor 5 geliefert wird. In dem Behälter 1 wird Wasser gekühlt, das einem Verbraucher, beispielsweise dem Wärmeaustauscher 2 einer Klimaanlage zugeführt wird. Die Kühlung des Wassers erfolgt dabei auf folgende Weise. Das aus dem Wärmeaustauscher 2 kommende und über die Leitung 10 in den Behälter 1 eingeführte Wasser wird mit Hilfe der Brausen 11,12,13 im Behälter 1 versprüht. Es verdampft dabei unter dem Einfluß des im Behälter 1 herrschenden geringeren Druckes und kühlt sich um eine Stufe ab. Es rieselt nunmehr über die Siebböden 14,15,16 der von unten durch die Leitungen 9 eintretenden kühleren Luft entgegen und kühlt sich dabei weiter ab. Schließlich wird es aus dem Sammelraum 17 am Boden des Behälters 1 mit Hilfe der Pumpe 6 abgepumpt und wiederum dem Wärmeaustauscher 2 zugeführt.
Der besondere technische und wirtschaftliche Vorteil des erfindungsgemäßen Kühlverfahrens liegt darin, daß Wasser und Luft zur Anwendung kommen können, die beide ideale Kältemittel darstellen. Außerdem wird außer geringeren Mengen für die Ergänzung der über den Verdichter austretenden Wasserdampfmengen kein weiteres zusätzliches Wasser und grundsätzlich kein Kühlwasser benötigt. Es ergibt sich außerdem eine vergleichsweise hohe Leistung der Anlage. Der Verdichter 3 verarbeitet ein Luftgewicht, das infolge des Wasserdampfgehaltes der Luft nur um wenige Prozent über dem Gewicht der über die Turbine 4 eintretenden Luftmenge liegt. Dem hinter dem Verdichter abgeführten Luftstrom wird ein weit höherer Enthalpiebetrag aufgeladen als beispielsweise der Luft im Kühlturm eines Kühlwasserrückkühlers.
Die genannten Vorteile des erfindungsgemäßen Kühlverfahrens lassen es insbesondere zum Einsatz bei der Klimatisierung von Bergwerken geeignet erscheinen. Da bei Untertage aufgestellten Anlagen der üblichen Konstruktion erhebliche Kühlwasser- und Wasserhebungskosten anfallen, bringt ein Verfahren, bei dem nur geringe Fehlmengen des als Wärmeträger dienenden Wassers ersetzt werden müssen, zweifellos eine wesentliche Verringerung der Betriebskosten.
Als Antriebsmotor 5 kann sowohl ein Elektromotor als auch eine Druckluftturbine verwendet werden. Mit Hilfe der Entspannungskälte, deren Wärmeäquivalent im Abluftstrom hinter dem Verdichter enthalten ist, läßt sich die Kälteleistung der Anlage weiter erhöhen. Die entspannte kalte Druckluft kann dabei entweder am Aufstellungsort der Maschine unmittelbar zur Kühlung der Grubenwetter benutzt oder ebenfalls in den Behälter 1 eingeleitet werden, wo sie die Kälteleistung im Wasserkreislauf erhöht.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 2 ist der aus dem Behälter 1, dem Wärmeaustauscher 2 und der Pumpe 6 bestehende Teil der Anlage gegenüber dem entsprechenden Teil der Anlage nach F i g. 1 nicht geändert. Die Luft wird aus dem Behälter 1 über die Leitung 7, jedoch nicht durch einen Verdichter, sondern durch zwei Verdichter 18, 19 abgesaugt. Der Verdichter 19 wird dabei von einer Turbine 20 angetrieben, welche gekühlte Luft über die Leitung 9 in den Behälter 1 wie beim Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 einführt. Die Turbine 20 wird mit dem gesamten Luftstrom beaufschlagt, der dem Behälter 1 über die Leitung 9 zugeführt werden muß. Dabei ist das Verhältnis der über die Leitung 7 und die Verdichter 18, 19 abgesaugten Teilströme so zu wählen, daß die Leistung der Turbine 20 gerade für den Betrieb des Verdichters 19 ausreicht. Der Verdichter 18 wird dagegen ähnlich wie bei der Anlage nach F i g. 1 durch einen unabhängigen Motor 21 angetrieben. Dieser Motor 21 kann ein Elektromotor, aber auch eine Druckluftturbine sein, deren Abluft gegebenenfalls in den von der Turbine 20 angesaugten Luftstrom über die Leitung 22 abgegeben wird.
Die in F i g. 2 wiedergegebene Ausführungsform ermöglicht insbesondere die Verwendung einfacher Maschinenbauteile und fertiger erprobter Anlagen, wie z. B. von Abgasturboladern. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl mit reinem Wasser als auch mit wäßrigen Lösungen, Laugen oder Solen durchgeführt werden. Diese wäßrigen Lösungen können dabei in offenen Wärmeaustauschern als flüssige Absorptionsmittel zur Trocknung von Luft oder Grubenwettern benutzt werden.

Claims

Patentansprüche: 1. Kühlverfahren, insbesondere zur Kühlung von Grubenwettern, bei dem Luft in einen durch fortlaufendes Absaugen ins Freie auf Unterdruck gesetzten Behälter entspannt und damit gekühlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß dem Unterdruckbehälter Wasser im Gegenstrom zur Luft eingesprüht wird, dort teilweise verdampft und aus dem Behälter gekühlt als an sich bekannter Kälteträger abgezogen wird.
2. Kühlverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser unter Ergänzung der Fehlmengen durch einen Wärmeaustauscher im Kreislauf geführt wird.
3. Kühlverfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Absaugen aus dem Behälter mittels zweier parallel bzw. hintereinandergeschalteter Verdichter erfolgt, dessen einem eine Turbine zur Förderung der Luft in den Behälter zugeordnet ist, während der andere durch einen besonderen Motor angetrieben wird.
4. Kühlverfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der besondere Motor eine im Druckluftnetz liegende Turbine ist.
5. Kühlverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abluft der als besonderer Motor dienenden Turbine der Antriebsturbine zur Förderung der Luft in den Behälter zugeführt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1061303; deutsche Patentanmeldung B 15067 VI / 5 d (bekanntgemacht am 4. 12. 1952); »Technische Mitteilungen«, 1952, H. 8, Aufsatz von H. K ö c k r i t z, »BBC-Kälteerzeugungsanlagen zur Wetterkühlung«; »Glückauf«, 1962, S. 737, 738; E. Schmidt, »Technische Thermodynamik«, S. 406 ff.; B o s n j a k o v i c, »Technische Thermodynamik«, 1I. Teil, 1960, S. 34 ff.