DE2631754A1

DE2631754A1 - Anlage zur wetterkuehlung im untertagebergbau

Info

Publication number: DE2631754A1
Application number: DE19762631754
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Hermanns
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-07-15
Filing date: 1976-07-15
Publication date: 1978-01-19
Also published as: DE2631754B2; HU178007B; GB1582154A; DE2631754C3

Description

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Abholfach

14. Juli 1976

Dr. Peter Hermanns, 4230 Wesel, Teichstege 10 Hans Henting, 4230 Wesel, Teichstege 14

"Anlage zur Wetterkühlung im Untertagebergbau""

Die Erfindung betrifft eine Anlage zur Wetterkühlung im Untertagebergbau, bei der in einen Wasser bzw. Sole führenden Kälteträgerkreislauf mit einer von über- nach Untertage führenden Ringleitung über Tage eine Kälteerzeugungsanlage und unter Tage ein Hochdruckwärmeaustauscher eingeschaltet sind, und der Kälteträgerkreislauf zur Kühlung eines weiteren, unter Tage verlegten Kaltwasserkreislaufes verwendet wird, mit dem Wetterkühler betrieben werden, die in den Grubenbauen und insbesondere vor Ort aufgestellt sind.

Derartige Anlagen ermöglichen die Klimatisierung der Grubenbaue, indem sie den dazu erforderlichen Abtransport von Wärme übernehmen. Hierdurch können die nachteiligen Wirkungen der mit wachsender Teufe

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zunehmenden GeMrgstemperaturen auf das Klima unter Tage entscheidend verringert bzw. ganz vermieden werden. Es ist jedoch wesentlich, daß einerseits ein wirtschaftlicher Betrieb einer solchen Anlage möglich ist, und daß andererseits die vorhandenen Grubenbaue, insbesondere die S_chächte durch die in ihnen zu verlegenden Anlagenteile nicht beeinträchtigt werden.

Eine Anlage mit den eingangs bezeichneten Merkmalen ist bekannt. Übertage befindet sich einerseits ein Kältemittelkreislauf, in welchem ein Kältemittel zwischen einem Kompressor, einem Kondensator, einem Expansionsventil und einem Verdampfer geführt wird; als Kältemittel kommen verschiedene chemische Flüssigkeiten in Betracht. Für den Betrieb von Kälteerzeugungsanlagen im Bergbau eignen sich insbesondere Dichlordifluormethan (CC12F₂) und Chlordifluormethan (CHClFp). Übertage ist ferner ein Kondensator aufgestellt, in den das im Kreislauf erhitzte Kältemittel an Rohren kondensiert, die von Kühlwasser • durchflossen werden. Für dieses Kühlwasser ist ein offener Kreislauf vorgesehen. Er führt durch einen Kühlturm, welcher über Tage aufgestellt ist und feuchte Warmluft erzeugt. Zu den über Tage befindlichen Anlageteilen gehört auch der Verdampfer. In diesem Aggregat wird das flüssige Kältemittel in den dampfförmigen Zustand überführt. Die Verdampfungswärme wird in Oberflächen von Rohren und damit dem Kälteträgerkreislauf entzogen, der durch diese Rohre verläuft. Der auf diese Weise gekühlte Kälteträger durchläuft eine Ringleitung, deren wesentliche Strecken durch eine oder mehrere

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Schächte geführt sind. Deshalb steht der Kälteträger unter dem statischen Druck der Teufe und erfordert unter Tage einen Hochdruckwärmeaustauscher.

Im Hochdruckwärmeaustauscher wird unter Tage dem Kaltwasserkreislauf Wärme entzogen. Diesem Kaltwasserkreislauf wird die den Wettern entzogene Wärme aufgeladen. Das geschieht in den Wetterkühlern. Meistens handelt es sich hierbei um speziell für den Untertagebetrieb konstruierte Wärmeaustauscher, in denen mit Hilfe eines Ventilators Wärme und Feuchtigkeit den Wettern entzogen wird, wobei-gleichzeitig das Kaltwasser erwärmt wird. Das Kaltwasser kann auch zur Kühlung der Kondensatoren von Direktverdampfern benutzt werden. In diesen Wetterkühlern werden die Wetter mit Hilfe eines Ventilators durch einen Verdampfer geleitet, in dem den Wettern mit Hilfe von durch in Rohrschlangen verdampfendes Kältemittel im Gegenstrom Wärme entzogen wird. DerKältemittelkreislauf führt die Wärme einem Kondensator zu, in welchem sie auf den Kaltwasserkreislauf übertragen wird.

Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf Anlagen zur Wetterkühlung dieses grundsätzlichen Aufbaus, vermeider aber deren Hauptnachteil.

Dieser ist in der Beschränkung auf eine maximale, sich jeweils aus dem Zuschnitt der Anlage ergebende Kälteleistung zu sehen, welche wesentlich von"der Kapazität der erwähnten Ringleitung abhängt, durch die der die Sole oder Wasser führende Kälte-trägerkreislauf von Über- nach Untertage und umgekehrt geführt wird. In

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dieser Ringleitung bestimmen die mit wirtschaftlichen Mitteln noch umzuwälzende Wasser- bzw. Solemenge und der mögliche Temperaturunterschied im Kreislauf die Kapazität. So hat z.B. eine Leitung mit einem Wasserbzw. Soleumlauf von 110 m /h und einem Δ Τ zwischen Vor- und Rüeklauf von 20° C einer Kapazität von 2,2 Gkal/h. Entscheidend ist, daß bei der Übertage aufgestellten Kältemaschine, welche dem Kälteträger Wärme entzieht, das erwähnte λ T in der Schachtleitung kaum größer als 20° C sein kann. Bei der Kältemaschine der vorbekannten Anlage ist man also auf bestimmte Grenztemperaturen im Kälteträgerkreislauf beschränkt. Einerseits darf nämlich die Anfangstemperatur des Kaltwassers den Gefrierpunkt nicht unterschreiten. Als tiefstmögliche Temperatur sind 4-5 C anzusehen. Andererseits ist die Maximaltemperatur des von den Wetterkühlern zurücklaufenden Kaltwassers ebenfalls beschränkt. Maximaltemperaturen bei 25-28 C gelten noch als realistisch. Das άΤ im Kälteträgerkreislauf ist damit auf ca. die gleiche Höhe, nämlich ca. 20° C beschränkt.

Diese Verhältnisse wirken sich insbesondere dann nachteilig aus, wenn derartige Anlagen nachträglich erweitert werden müssen. Dieses Problem entsteht verhältnismäßig oft, weil der Anfangszuschnitt der Anlage aus den verschiedensten Gründen für spätere Betriebszustände des betreffenden Bergwerkes zu klein ist. Bislang war man bei einer geforderten Kapazitätserweiterung darauf angewiesen, eine parallel geschaltete, weitere Anlage einzubauen. Hierbei macht in der

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Regel der Einbau der Ringleitung der weiteren Anlage in die Schächte der Grube erhebliche Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei der eingangs bezeichneten Anlage eine wesentliche Vergrößerung, mindestens eine Verdoppelung der Kapazität zu erzielen, ohne daß die Ringleitung erweitert oder durch weitere Ringleitungen er-gänzt werden muß.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in den Kälteträgerkreislauf eine weitere Kälteerzeugungsanlage eingeschaltet ist, die unter Tage aufgebaut ist, und daß der Kälteträger den Kühlwasserkreislauf der unter Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage bildet.

Hierdurch wird erreicht, daß in der von Über- nach Untertage führenden Ringleitung des Kälteträgerkreislaufes der Kälteträger unter Tage nach Verlassen eines oder mehrerer Hochdruckwärmeaustauscher noch durch einen oder mehrere Hochdruckkondensatoren geführt werden kann. Deshalb kann der Kälteträger höher als bislang, d.h. z.B. um weitere 25 - 30° C erwärmt werden. Diese zusätzliche Wärme läßt sich über Tage dem Kälteträger wieder entziehen. Dazu dienen gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung Rückkühlwerke, die über Tage aufgestellt sind.

Die erfindungsgemäße Anlage ermöglicht es, die Schachtleitung doppelt zu nutzen, nämlich zum Transport der Kälteleistung der über Tage aufgestellten Kältemaschine nach unter Tage und zum

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Transport der Kondensatorwärme der untertägigen Kältemaschine nach über Tage.

Die erwähnten Rückkühlwerke über Tage können sich bekannter Rückkühler bedienen. Es ist ein besonderer Vorteil der Erfindung, daß sich das Kühlwasser des Kondensators der unter Tage stehenden Kälteerzeugungsanlage (Kälteträger) direkt durch Luft oder befeuchtete Luft kühlen läßt, weil es wärmetechnisch am günstigsten ist, die Enthalpie direkt auf die Außenluft zu übertragen.

Vorzugsweise und gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, daß der Verdampfer der unter Tage aufgestellten Kältemaschine das von dem Hochdruckwärmeaustauscher der über Tage aufgestellten Kältemaschine vorgekühlte Kaltwasser aufnimmt. Auf diese Weise erhält man nämlich unter Tage nur einen Kaltwasserkreislauf und kann ohne Verwendung von Sole im Kälteträgerkreislauf Temperaturen nahe 0 C im Kaltwasserkreislauf erreichen. Das ist insbesondere bei der Erweiterung von bestehenden Anlagen u.U. ein Vorteil. Andererseits kamman die Anlage auch so ausführen, daß dem Hochdruckwärmeaustauscher und dem Verdampfer der unter Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage getrennte Kaltwasserkreisläufe zugeordnet werden.

Die Einzelheiten und weiteren Merkmale, sowie andere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels, das in dem beiliegenden Blockdiagramm wiedergegeben ist.

In die allgemein mit 1 bezeichnete und mit Strömungspfeilen versehene Ringleitung ist mit einer horizontal

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gestrichelten Linie 2 die Grenze zwischen Über- und Untertage eingezeichnet. Übertage befindet sich demnach der Verdampfer 4 einer Kältemaschine. Das durch diesen Verdampfer und die erwähnte Ringleitung 1 des Kälteträgerkreislaufes geführte Wasser bzw. Sole gelangt zunächst in einen Hochdfuckwärmeaustauscher 6 unter Tage. Dieser Hochdruckwärmeaustauscher gibt dem in der Ringleitung 1 strömenden Kälteträger die Wärme eines allgemein mit 7 bezeichneten Kaltwasserkreislaufes auf. In dem Kaltwasserkreislauf 7 strömt Wasser, das gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit 27° C in den Hochdruckwärmeaustauscher 6 eintritt und diesen mit ca. 7 C wieder verläßt. Der Kaltwasserkreislauf 7 ist unter Tage verlegt und dient zum Betrieb von Wetterkühlern oder von mit Kältemittelkreisläufen versehenen Direktverdampfern, die in den Grubenbauen und insbesondere vor Ort aufgestellt sind. Einer dieser Wetterkühler ist bei 8 schematisch gezeichnet. In ihn treten die Grubenwetter beispielsweise mit ca. 34 C und einer relativen Feuchte von 80 ^:j% ein. Sie verlassen den Wetterkühler 8 mit einer Temperatur von ca. 22° C und ca. 95 ^relativer Feuchte.

Von dem Hochdruckwärmeaustauscher 6 wird die Anfangstemperatur des Kälteträgers in der Ringleitung 1 von ca. 5° C gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel auf ca. 25 C gebracht. Mit dieser Temperatur tritt der Kälteträger in einen Hochdruckkondensator 10 ein, der zu einer allgemein mit 11 bezeichneten und unter Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage gehört.' Der Hochdruckkondensator führt ein Kältemittel in einem Kältemittelkreislauf 12, dessen Verdampfer bei 13 dargestellt ist. Der Verdampfer dient zur Kühlung eines Kaltwasserkreis-

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laufes 14, welcher ebenso wie der Kaltwasserkreislauf 7 mit Wasser betrieben wird, dessen Eintrittstemperatur in den Verdampfer bei ca. 27 C und dessen Aus-

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trittstemperatur bei ca. 7 C liegt. Dementsprechend werden die in den Kaltwasserkreislauf eingeschalteten Wetterkühler 15 betrieben, so daß auch hier die Wetter von ca. 34° C und ca. 80 % relativer Feuchte auf ca. 22° C und 95 % relativer Feuchte gekühlt werden.

Der im ^ochdruckkondensator 10 der Kälteerzeugungsanlage 11 unter Tage mit weiterer Wärme beaufschlagte Kälteträger verläßt den Hochdruckkondensator 10 mit ca. 50° C. Mit dieser Temperatur gelangt der Kälteträger nach über Tage und tritt zunächst in einen vorgeschalteten Rückkühler 16.ein. In diesem Rückkühler wird der Kälteträger von ca. 50° C auf ca. 25° C abgekühlt. Das geschieht mit Luft bzw- befeuchteter Luft, deren Kreislauf bei 17 wiedergegeben ist. Die Wärme wird somit an die Luft über Tage abgegeben.

Der mit ca. 25° C aus dem Rückkühler 16 austretende Kälteträger tritt gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel mit dieser Temperatur in den Verdampfer 4 der über Tage stehenden Kältemaschine ein₅ die allgemein mit 18 bezeichnet ist. Dementsprechend ist der Verdampfer 4 mit einem Kältemittelkreislauf 19 versehen, in den ein Kondensator 20 eingeschaltet ist. Der Kondensator 20 wird mit einem Kühlwasserkreislauf 21 beaufschlagt. Dieses Kühlwasser wird von einer Eintrittstemperatur von ca» 25° C auf eine Austrittstemperatur von ca. 35° C erwärmte Zur Rückkühlung dient ein Kühlturm 22, der seinerseits feuchte Abluft über Tage liefert.

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Die vorstehend beschriebene Anlage kann sich aus der Erweiterung einer Anlage ergeben, welche im linken Teil des Blockdiagramms wiedergegeben ist, wobei zur Erweiterung die im rechten Teil des Blockdiagramms gezeichneten Anlageteile dienen. Natürlich kann die Anlage aber von vornherein entsprechend dem Blockdiagramm ausgebildet sein und hat dann den Vorteil, daß sie von A_nfang an verhältnismäßig hohe Wärmemengen durch einen verhältnismäßig engen Kälteträgerkreislauf 1 von Über- nach Untertage transportieren kann.

•Das System kann noch dadurch verbessert werden, daß die Kälteträgerkreisläufe 7 und 14 in einem einheitlichen Kreislauf zusammengefaßt werden und zwar dadurch, daß das den Hochdruckwärmeaustauscher verlassende Kaltwasser anschließend durch den Verdampfer 13 der untertägigen Kältemaschine geführt wird. Hierdurch kann die Wärmeübertragung sowohl im Hochdruckwärmeaustauscher wie auch im Verdampfer 13 verbessert werden.

Außerdem können im Kaltwasserkreislauf Temperaturen nache 0 C erreicht wen
kreislauf zu verwenden.

nache 0 C erreicht werden, ohne Sole im Kaltwasser-

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

IJ Anlage zur Wetterkühlung im Untertagebergbau, bei der

in einen Wasser bzw. Sole führenden Kälteträgerkreislauf mit einer von Über- nach Untertage führenden Ringleitung über Tage eine Kälteerzeugungsanlage und unter Tage ein Hochdruckwärmeaustauscher eingeschaltet sind und der Kälteträgerkreislauf zur Kühlung eines weiteren, unter Tage verlegten Kaltwasserkreislaufes verwendet wird, mit dem Wetterkühler betrieben werden, die in den Grubenbauen und insbesondere vor Ort aufgestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kälteträgerkreislauf (l) eine weitere Kälteerzeugungsanlage (11) eingeschaltet ist, die unter Tage aufgebaut ist, und daß der Kälteträger den Kühlwasserkreislauf der unter Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage (11) bildet.
2. Anlage nach Anspruch 1,dadurch ge»

k en nzeichnet, daß der unter Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage (11) ein Rückkühler (16) über Tage zugeordnet ist, welcher im Kälteträgerkreislauf (l) dem Verdampfer (4) der über Tage stehenden Kälteerzeugungsanlage (18) zugeordnet ist.
3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2 ,da durch gekennzeichnet , daß das Kühlwasser (Kälteträger l) des Kondensators (10) dor unter Tage stehenden Kälteerzeugungsanlage (11) in einem über Tage befindlichen Rückkühler (16) direkt mit Luft oder befeuchteter Luft gekühlt wird.

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ORIGINAL !NSPECTED
4. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , d a durch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (13) der unter Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage (11) das von dem Hochdruckwärmeaustauscher (6) der über Tage aufgestellten Kälteerzeugungsarilage (18) vorgekühlte'Kaltwasser aufnimmt.
Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , d a durch gekennzeic hne t , daß die Kälteträgereintrittstemperatur in den Hochdruckwärmeaustauscher (6) bei ca. 0 - 5° C und die Kälteträgeraustrittstemperatur bei ca. 20° C - 25 C liegt, mit der der Kälteträger in den Hc-chdruckkondensator tlO) der unter Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage (11) eintritt, den der Kälteträger mit einer Temperatur von ca. 45° C - 65° C verläßt und mit der er in den Rückkühler (16J eintritt, den der Kälteträger mit einer Temperatur von ca. 25 C verläßt, mit der er in den Verdampfer (4) der über Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage (18) eintritt, und daß der Kaltwasserkreislauf eine Vorlauftemperatur von ca. 4 - 7° C und eine Rücklauftemperatur von ca. 24° C - 27° C aufweist.
6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , d a durch gekennzeichnet, daß dem Hochdruckwärmeaustauscher (6) und der unter Tage aufgestellten Kälteerzeugungsanlage (11) getrennte Kaltwasserkreisläufe (7s 14) zur Kälteübertragung auf die Wetterkühler (8, 15) zugeordnet sind.

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