DE19517633A1 - Kühlgerät für die Wetterkühlung in bergbaulichen Untertagebetrieben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlgerät für die Wetterkühlung in bergbaulichen Untertagebetrieben, insbesondere in Gewinnungsstrebbetrieben, die eine Druckluftleitung und eine Tiefkühlmittelleitung aufweisen. - Tiefkühlmittel­ leitung bezeichnet eine Leitung, die mit einer zumeist in einem anderen Bereich des Untertageraumes angeordneten thermodynamischen Kältemaschine mit zugeordneter Eis­ maschine in Verbindung steht und als Tiefkühlmittel z. B. eine Eisklein/Flüssigkeitsmischung führt. Handelt es sich um ein Kältegerät in einem Gewinnungsstreb, so steht die Kältemaschine mit der Eismaschine im allgemeinen in der Strecke.

Klassische Kühlgeräte für die Wetterkühlung in bergbau­ lichen Untertagebetrieben sind im allgemeinen als Wärme­ tauscher ausgeführt. Der Wärmeübergang von der zu kühlenden Luft des Untertageraumes auf das Tiefkühlmittel erfolgt mit Hilfe dieses Wärmetauschers. Diese Wärme­ tauscher besitzt Wärmetauscherelemente in Form von Rohren, die von dem Tiefkühlmittel durchströmt sind. Sie werden von den zu kühlenden Wettern quer angeströmt. Häufig wird die zu kühlende Luft mit Hilfe eines Ventilators durch den Wärmetauscher gedrückt. Die Außenoberfläche der Rohre und damit die Fläche, über die der Wärmeaustausch stattfindet, ist verhältnismäßig klein. Bei einem demgegenüber ver­ besserten Kühlgerät (DE 44 05 192 C1) wird mit einem Kühlaggregat in Form eines Wärmetauschers aus gereiht und achsparallel zueinander angeordneten Doppelwand-Kühl­ zylindern gearbeitet, deren Doppelwandzwischenräume an die Tiefkühlmittelleitung angeschlossen sind und deren Zylinderkanal von der zu kühlenden Luft des Untertage­ raumes durchströmt wird. Die Anordnung dieser Doppelwand­ kühlzylinder ist im allgemeinen so getroffen, daß das Aggregat im ganzen eine mehr oder weniger rechteckigen Querschnitt aufweist. Im übrigen ist ein Wirbelrohr mit einem axialen Kaltluftaustritt und einem Warmluftaustritt vorgesehen, welches an die Druckluftleitung des Unter­ tageraumes anschließbar ist. Das Wirbelrohr funktioniert zwischen den Doppelwand-Kühlzylindern des Kühlaggregates als Strahlpumpe und ist so ausgelegt, daß der von der Strahlpumpe ausgehende Kaltluftstrom weitere zu kühlende Luft des Untertageraumes durch die Zylinderkanäle und durch die Zwischenräume der benachbarten Doppelwand-Kühl­ zylinder mitreißt. - Wirbelrohre sind bekannte Kühlein­ richtungen (vgl. DE 39 15 774 A1, DE 40 05 426 A1, Meyer′s Enzyklopädisches Lexikon, 1979, Band 25, Seite 417). In einem Wirbelrohr wird die eintretende Druckluft in einen Warmluftstrom und in einen Kaltluftstrom aufgeteilt. Der­ artige Kühlgeräte haben sich bewährt. Das Kühlgerät, von dem die Erfindung ausgeht, entspricht grundsätzlich dem zuletzt geschriebenen Kühlgerät, jedoch mit der Maßgabe, daß mit einer Treibdüse gearbeitet wird, die sowohl Wirbelrohr als auch Freistrahldüse sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kompaktes Kühlgerät für die Wetterkühlung von bergbaulichen Unter­ tageräumen zu schaffen, welches sich durch hohe Kühl­ leistung und guten Wirkungsgrad auszeichnet.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein Kühlgerät für die Wetterkühlung in bergbaulichen Unter­ tagebetrieben, insbesondere in Gewinnungsstrebbetrieben, - mit
einem Einströmaggregat für die zu kühlenden Wetter,
einem Abströmaggregat für die gekühlten Wetter,
einer Treibdüse,
wobei außerdem die folgenden Merkmale verwirklicht sind:

• 1.1) das Einströmaggregat besteht aus einer Mehrzahl von zueinander konzentrisch angeordneten Doppel­ wand-Kühlzylindern, die zwischen sich ring­ förmige Einströmkanäle bilden,
• 1.2) das Abströmaggregat ist ein Abströmdüsenrohr, welches koaxial an das Einströmaggregat ange­ schlossen ist,
• 1.3) die Treibdüse befindet sich zentrisch im Anfangsteil des Abströmaggregates,

wobei die Doppelwand-Kühlzylinder an die Tiefkühlmittel­ leitung angeschlossen und von dem Tiefkühlmittel durch­ strömt sind, wobei die Treibdüse an die Druckluftleitung angeschlossen und in dem Abströmaggregat einen Treibstrahl erzeugt und wobei die Kühlleistung durch Einstellung des Mengenstromes des Tiefkühlmittels und/oder des Mengen­ stromes der Druckluft steuerbar und/oder regelbar ist. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung besitzen die Doppelwand-Kühlzylinder zur Reduzierung des Druck­ verlustes düsenförmige Anströmschneiden. Es versteht sich, daß das Tiefkühlmittel in den Doppelwandzwischenräumen der Doppelwand-Kühlzylinder eingeführt wird.

Im Rahmen der Erfindung kann im Abströmaggregat mit den verschiedensten Düsenrohren gearbeitet werden. Im ein­ fachsten Fall ist das Düsenrohr als zylindrisches Rohr ausgeführt. Schon in diesem Fall erreicht man geringen Druckverlust bei hoher Kühlleistung. Der Wirkungsgrad kann dadurch verbessert werden, daß das Düsenrohr als Venturi­ düse mit angeschlossenem Diffusorteil ausgeführt ist.

Das erfindungsgemäße Kühlgerät zeichnet sich durch kompakte Bauweise bei hoher Kühlleistung und gutem Wirkungsgrad aus. Allerdings kann es bei der Entspannung der Druckluft zu störenden Schallentwicklungen kommen. Um den Schall zu dämmen und den Schalldruck zu reduzieren, lehrt die Erfindung, daß das Abströmdüsenrohr von einer rohrförmigen Schallschutzeinrichtung umgeben ist. Die Schallschutzeinrichtung funktioniert schalldämmend und reduziert die Schallabstrahlung. Die Schallschutzein­ richtung kann auf verschiedene Weise aufgebaut sein. Nach bevorzugter Ausführungsform besteht die Schallschutzein­ richtung aus zumindest einem Rohr mit Lochblechmantel. Man kann auch mehrere Lochblechmäntel mit Abstandszwischenraum anordnen, wobei dann zweckmäßigerweise die Löcher gegen­ einander versetzt sind. Durch den Lochdurchmesser können die Schalldämmung beeinflußt und die Schallabstrahlung reduziert werden.

Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die Treibdüse an ein Druckluftzuführungsrohr angeschlossen, welches in der Achse des Einströmaggregates angeordnet ist. Das Druckluftzuführungsrohr kann dabei mit der Treibdüse in axialer Richtung verstellbar sein. Es kann einen Mantel aufweisen, durch den das Tiefkühlmittel strömt. Zur Verbesserung des Wärmeüberganges trägt es bei, wenn in die Einströmkanäle Kühlrippen hineinragen, die an die Wände der Doppelwand-Kühlzylinder angeschlossen sind. Um die gekühlten Wetter aus dem Auströmaggregat gut durchmischt gleichsam ausquellen zu lassen, empfiehlt die Erfindung, daß an das Abströmaggregat ein Strömungs­ gleichrichter in Form eines Gitters angeschlossen ist, der eine homogene isotrope Turbulenz erzeugt. Die Treibdüse ist z. B. eine Freistrahldüse in Form einer Einkanal-Düse. Sie ist nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung als Wirbelrohr mit axialem Kaltluftaustritt ausgeführt, wie es bei den eingangs beschriebenen bekannten Kühlgeräten der Fall ist. Hier kann die Druckluftzuführung tangential erfolgen und über ein zentrales Rohr mit Ummantelung durch die das Tiefkühlmittel strömt, kann der in dem Wirbelrohr erzeugte Warmluftstrom gekühlt und den Wettern beigemischt werden. Das Rohr führt zentral durch das Einströmaggregat.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß bei einem Kühlgerät für die Wetterkühlung in bergbaulichen Unter­ tagebetrieben, insbesondere in Gewinnungsstrebbetrieben, eine sehr kompakte Bauweise dadurch erzielt werden kann, daß mit einem Einströmaggregat aus einer Mehrzahl von zueinander konzentrisch angeordneten Doppelwand-Kühl­ zylindern, die zwischen sich ringförmige Einströmkanäle bilden, gearbeitet wird. Durch die konzentrische Anordnung entsteht eine kompakte Bauweise, bei der darüber hinaus die Kühlleistung und auch der Wirkungsgrad verbessert werden. Das beruht darauf, daß die Strömung der angesaugten Wetter, die das Einströmaggregat durchströmen in den ringförmigen Einströmkanälen turbulent erfolgt, was den Wärmeübergang verbessert. Das Abströmaggregat in seinen beschriebenen Ausführungsformen bewirkt eine Förderung und Durchmischung der zu kühlenden bzw. der gekühlten Wetter mit geringem Leistungsaufwand. Trotz der kompakten Bauweise ist in dem Volumen des Kühlaggregates ein sehr große Kühlfläche untergebracht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Kühlaggregat,

Fig. 2 einen Schnitt in Richtung A-A durch den Gegenstand nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kühlgerätes.

Das in den Figuren dargestellte Kühlgerät 1 dient der Wetterkühlung in bergbaulichen Untertagebetrieben, insbe­ sondere in Gewinnungsstrebbetrieben. In diesen Betrieben findet sich regelmäßig eine Druckluftleitung und eine Tiefkühlmittelleitung. An diese wird das erfindungsgemäße Kühlgerät 1 angeschlossen. Die Anschlußleitungen wurden nicht gezeichnet. Zum grundsätzlichen Aufbau gehören ein Einströmaggregat 2 für die zu kühlenden Wetter, ein Abströmaggregat 3 für die gekühlten Wetter und eine Treib­ düse 4.

Das Einströmaggregat 2 besteht aus einer Mehrzahl von zu­ einander konzentrisch angeordneten Doppelwand-Kühl­ zylindern 5, die zwischen sich ringförmige Einströmkanäle 6 bilden. Das Abströmaggregat 3 ist ein Abströmdüsenrohr, welches koaxial an das Einströmaggregat 2 angeschlossen ist. Die Treibdüse 4 befindet sich zentrisch im Anfangs­ teil des Abströmaggregates 3. Die Doppelwand-Kühlzylinder 5 sind an die Tiefkühlmittelleitung angeschlossen und von dem Tiefkühlmittel durchströmt. Das wurde im einzelnen nicht gezeichnet. Die Treibdüse 4 ist an die Druckluft­ leitung angeschlossen und erzeugt in dem Abströmaggregat 3 einen Treibstrahl. Dieser saugt die zu kühlenden Wetter an. Die Kühlleistung ist durch Einstellung des Mengen­ stromes des Tiefkühlmittels und/oder des Mengenstromes der Druckluft steuerbar und/oder regelbar. Dabei kann es sich um eine konstruktive Auslegung handeln, aber auch um eine betriebliche Einstellung oder Regelung.

Im Ausführungsbeispiel und nach bevorzugter Ausführungs­ form der Erfindung besitzen die Doppelwand-Kühlzylinder 5 düsenförmige Anströmschneiden 7. Das Abströmdüsenrohr ist bei der Ausführungsform nach Fig. 1 als Venturidüse 8 mit angeschlossenem Diffusorteil 9 ausgeführt. In der Aus­ führungsform nach Fig. 3 ist das Abströmdüsenrohr ein zylindrisches Rohr. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 wurde angedeutet, daß das Abströmdüsenrohr von einer rohrförmigen Schallschutzeinrichtung 10 umgeben ist. Bei dieser Schallschutzeinrichtung 10 mag es sich um ein Rohr mit Lochblechmantel handeln.

Die Treibdüse 4 ist an ein Druckluftzuführungsrohr 11 angeschlossen. Dieses ist in der Achse des Einström­ aggregates 2 angeordnet. Mit dem Druckluftzuführungsrohr 11 kann die Treibdüse 4 in axialer Richtung verstellt werden, um die Förderleistung für die zu kühlenden Wetter zu optimieren. Nicht dargestellt wurde, daß in die Ein­ strömkanäle 6 Kühlrippen hineinragen können, die an die Außenwände der Doppelwand-Kühlzylinder 5 angeschlossen sind. Hinter dem Abströmaggregat 3 mag, wie durch eine strichpunktierte Linie angedeutet ein Strömungsgleich­ richter 12 in Form eines Gitters angeordnet sein. Im Ausführungsbeispiel ist die Treibdüse 4 eine Einkanaldüse. Sie könnte aber auch als Wirbelrohr ausgeführt sein. Bei der Ausführungsform als Wirbelrohr dient das Druckluft­ zuführungsrohr zur Abführung des im Wirbelrohr gebildeten Warmluftstromes. Es besitzt dazu einen Mantel und durch den Zwischenraum zwischen Mantel und Rohr strömt das Tiefkühlmittel.

Claims (13)

1. Kühlgerät für die Wetterkühlung in bergbaulichen Unter­ tagebetrieben, insbesondere in Gewinnungsbetrieben, die eine Druckluftleitung und eine Tiefkühlmittelleitung auf­ weisen, - mit
einem Einströmaggregat für die zu kühlenden Wetter,
einem Abströmaggregat für die gekühlten Wetter,
einer Treibdüse,
wobei außerdem die folgenden Merkmale verwirklicht sind:

• 1.1) das Einströmaggregat besteht aus einer Mehrzahl von zueinander konzentrisch angeordneten Doppel­ wand-Kühlzylindern, die zwischen sich ring­ förmige Einströmkanäle bilden,
• 1.2) das Abströmaggregat ist ein Abströmdüsenrohr, welches koaxial an das Einströmaggregat ange­ schlossen ist,
• 1.3) die Treibdüse befindet sich zentrisch im Anfangsteil des Abströmaggregates,

wobei die Doppelwand-Kühlzylinder an die Tiefkühlmittel­ leitung angeschlossen und von dem Tiefkühlmittel durch­ strömt sind, wobei die Treibdüse an die Druckluftleitung angeschlossen ist und in dem Abströmaggregat einen Treib­ strahl erzeugt und wobei die Kühlleistung durch Ein­ stellung des Mengenstromes des Tiefkühlmittels und/oder des Mengenstromes der Druckluft steuerbar und/oder regel­ bar ist.

2. Kühlgerät nach Anspruch 1, wobei die Doppelwand-Kühl­ zylinder düsenförmige Anströmschneiden aufweisen.

3. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Abströmdüsenrohr als zylindrisches Rohr ausgeführt ist.

4. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Abströmdüsenrohr als Venturidüse mit angeschlossenem Diffusorteil ausgeführt ist.

5. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Abströmdüsenrohr von einer rohrförmigen Schallschutzein­ richtung umgeben ist.

6. Kühlgerät nach Anspruch 5, wobei die Schallschutzein­ richtung aus zumindest einem Rohr mit Lochblechmantel besteht.

7. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Treibdüse an ein Rohr angeschlossen ist, welches in der Achse des Einströmaggregates angeordnet ist.

8. Kühlgerät nach Anspruch 7, wobei das Rohr mit der Treibdüse in axialer Richtung verstellbar ist.

9. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei in die Einströmkanäle Kühlrippen hineinragen, die an die Wand der Doppelwand-Kühlzylinder angeschlossen sind.

10. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei an das Abströmaggregat ein Strömungsgleichrichter in Form eines Gitters angeschlossen ist.

11. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Treibdüse als Wirbelrohr mit axialem Kaltluftaustritt ausgeführt ist.

12. Kühlgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Treibdüse als Freistrahl-Düse ausgeführt ist.