DE298196C

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Publication number: DE298196C
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Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Kühlung der Luft in warmen Bergwerken, in denen infolge großer Tiefe der Schächte die Luft so hohe Temperaturen annimmt, daß ein Arbeiten ohne gekühlte Luft nicht möglich oder doch sehr erschwert ist. Eine gute Kühlung der Luft in Bergwerken ist somit vom wirtschaftlichen und vom sozialen Standpunkt aus von größter Bedeutung.The present invention relates to a method and devices for cooling the Air in warm mines in which the air is so high due to the great depth of the shafts Temperatures assumes that working without cooled air is not possible or at least very good is difficult. Good cooling of the air in mines is therefore more economical and of the utmost importance from a social point of view.

Bei den bisher vorgeschlagenen Kühlverfahren soll entweder ein künstlich gekühltes Mittel oder die in der Natur, z. B. im freien Wasser, vorhandene Kälte ausgenutzt werden.With the cooling method proposed so far, either an artificially cooled one should be used Means or those found in nature, e.g. B. in free water, existing cold can be exploited.

Die künstliche Kühlung, etwa mittels flüssiger Luft, Kältemaschinen oder durch Expansion komprimierter und nach der Kompression gekühlter Luft unter Arbeitsleistung ist wegen der hohen Anlage- und Betriebskosten ünwirtschaftlich. Artificial cooling, for example using liquid air, refrigeration machines or expansion Compressed and after compression cooled air under work performance is due uneconomical due to the high investment and operating costs.

Bei der Ausnutzung der in der Natur vorhandenen Kältequellen wird. bei den bekannten Vorrichtungen z. B. der Wetterstrom beim Eintritt in das Bergwerk mittels Wärmeaustausch vorrichtungen oder durch Berieselung direkt gekühlt. Dies Verfahren hat den Nachteil, daß bei ausgedehnten Bergwerken der Wetterstrom, bevor er bis zu den Arbeitsstellen gelangt, sich an dem heißen Gestein des Schachtes und der Baue wieder erwärmt. Wird die vorhandene natürliche Kühlflüssigkeit unmittelbar vor Ort zerstäubt, so ist die Wirkung zwar größer, doch muß die Flüssigkeit wieder zutage gefördert werden, was einen erheblichen Arbeitsaufwand erfordert. Dieser Arbeitsaufwand wird zwar bei der Führung der Kühlflüssigkeit in kommunizierenden Zu- und Ableitungen, in welche an den Arbeitsstellen geschlossene Vorrichtungen für den Wärmeaustauch zwischen der Flüssigkeit und der Luft eingeschaltet sind, zum größten Teil gespart, doch muß die Leitung in allen ihren Teilen einschließlich der Wärme austausch vorrichtungen solche Abmessungen erhalten, daß sie den durch die Höhendifferenz entstehenden Wasserdruck aushält. Die Betriebsicherheit sinkt mit der Höhe des Druckes in den Leitungen und mit der Länge der Leitungen. Da die starken Kühlleitungen aber in alle Stollen verzweigt werden müssen, wird bei ausgedehnten Bergwerken dies System der Kühlung teuer in der Anlage und verhältnismäßig wenig betriebssicher.When exploiting the natural cold sources. with the known Devices e.g. B. the weather flow when entering the mine by means of heat exchange devices or directly cooled by sprinkling. This method has the disadvantage that in the case of extensive mines the current of the weather before it reaches the workplaces reaches, heats up again on the hot rock of the shaft and the burrows. If the existing natural cooling liquid is atomized directly on site, the Effect greater, but the liquid must be brought to light again, what requires a considerable amount of work. This workload is true when it comes to leadership the coolant in communicating supply and discharge lines, in which at the work places closed devices for the heat exchange between the liquid and the air are switched on, for the most part saved, but the line must in all its parts including the heat exchange devices Obtained such dimensions that they can withstand the water pressure caused by the difference in height. The operational security decreases with the level of pressure in the lines and with the length of the lines. Since the strong cooling lines have to be branched into all the tunnels, at extensive mines, this system of cooling is expensive and relatively expensive little operational reliability.

Vorliegende Erfindung betrifft nun ein Verfahren und Vorrichtungen, durch welche auch tiefe Grubenbaue mit naturkaltem Wasser gekühlt werden können, ohne daß die erwähnten wirtschaftlichen und technischen Nachteile anderer Kühl verfahren in Kauf genommen werden.The present invention now relates to a method and devices by which also deep mine workings can be cooled with naturally cold water without the aforementioned economic and technical disadvantages other cooling processes are accepted.

Nach der Erfindung wird das kalte Tägeswasser durch eine Rohrleitung in das Bergwerk hinabgeführt, durchströmt dort eine geschlossene Wärmeaustauschvorrichtung, die zweckmäßig in der Nähe der Füllörter untergebracht ist, und gelangt durch eine zweite kommunizierende Rohrleitung wieder an die Oberfläche. Den Wasserumlauf besorgt eineAccording to the invention, the cold daily water is fed into the mine through a pipeline led down, there flows through a closed heat exchange device, which is expediently housed in the vicinity of the filling points is, and comes back to the surface through a second communicating pipe. One takes care of the water circulation

Pumpe, welche lediglich die Reibungswiderstände in der Rohrleitung zu überwinden hat, falls Ein- und Ausmündung der Leitung auf : gleicher Höhe liegen. In der Wärmeaustausch-Vorrichtung wird nun nicht Luft, sondern ein zweiter umlaufender Wasserstrom gekühlt, welcher durch eine zweite Umlaufpumpe und durch ein Rohrnetz bis zu den in geeigneter Nähe der Arbeitspunkte aufgestellten Kühlvorrichtungen und durch ein zweites Rohrnetz zu der Wärmeaustauschvorrichtung an seinen Ausgangspunkt zurückgeleitet wird. Es wird also bei diesem Verfahren die Kälte, welche in der Natur vorhanden ist, durch das Tageswasser bis in das Bergwerk · hinuntergeführt, dort an das Umlaufwasser abgegeben, in diesem bis nahe an die Betriebspunkte geführt und dort schließlich an die Wetterströme übertragen.Pump, which only has to overcome the frictional resistance in the pipeline, if the line enters and exits at: same height. In the heat exchange device is now not air, but a second circulating water flow is cooled, which through a second circulation pump and through a pipe network to the cooling devices set up in a suitable vicinity of the working points and through a second pipe network to the heat exchange device is returned to its starting point. So with this procedure the cold, which is present in nature, carried down through the day water into the mine, there released to the circulating water, in this guided up to close to the operating points and then finally transferred to the weather currents.

Sowohl der Tageswasserstrom wie das Umlaufwasser erfordern zur Aufrechterhaltung der Strömung nur denjenigen Arbeitsaufwand, welcher zur Überwindung der Reibungswiderstände nötig ist, also nur geringe Beträge, welche gegenüber denjenigen, welche bei anderen Verfahren zur Hebung des Wassers von der Sohle zutage oder zur künstlichen Kälteerzeugung nötig werden, verschwindend klein sind. Außerdem wird bei diesem neuen Ver- ■ fahren der große Vorteil erreicht, daß nur die das Tageswasser führenden Leitungen unter dem hohen Druck, den die jeweilige Schachttiefe bedingt, stehen. Das Rohrnetz des zweiten Umlaufwasserstromes, welches in der Regel nur geringe Höhenunterschiede aufweist, steht dementsprechend unter niederem Druck, so daß hier Rohrleitungen von geringer Wandstärke, die verhältnismäßig billig zu beschaffen sind, genügen. Auch in den zum Wärmeaustausch zwischen der Luft und dem Wasser dienenden Austauschvorrichtungen herrscht nur der geringe Druck des zweiten Wasserstromes, so daß auch diese Vorrichtungen weitaus billiger und betriebssicherer herzustellen sind, als wenn sie in den Tageswasserstrom eingebaut wären. Die in der Regel verhältnismäßig sehr geringen Druckunterschiede in der Hin- und Rückleitung des zweiten Wasserstromes macht auch die Verwendung sogenannter offener Kühleinrichtungen möglich, ohne große Energieverluste in Kauf nehmen zu müssen.Both the daytime water flow and the circulating water require to maintain the Flow only the amount of work required to overcome the frictional resistance is necessary, so only small amounts, which compared to those, which with others Process for lifting the water from the bed or for artificially generating cold become necessary, are vanishingly small. In addition, this new ver ■ drive the great advantage that only the pipes leading under the day water the high pressure caused by the respective shaft depth. The pipe network of the second Circulating water flow, which usually has only small differences in height, is available accordingly under low pressure, so that here pipelines with a small wall thickness, which are relatively cheap to procure are sufficient. Also in those for heat exchange between the air and the water there is only exchange devices the low pressure of the second water flow, so that these devices are also much cheaper and are more reliable to manufacture than if they were built into the daytime water flow would be. The usually relatively very small pressure differences in the outward and return lines of the second water flow also makes the use of so-called open cooling devices possible without having to put up with large energy losses to have to.

Die Wirtschaftlichkeit derartiger, erfindungsgemäß angelegter Kühlanlagen für¹ Bergwerke kann noch in erheblichem Maße dadurch weiter gesteigert werden, daß an sich vorhandene Leitungen benutzt werden, um die Kühlwasserströme oder Teile derselben zu führen und so die Anlagekosten noch weiter zu verringern/ Beispielsweise kann bei dem Tageswasserstrom die Rückleitung für das den Wärmeaustauschapparat verlassende Wasser dadurch gespart werden, daß dieses erwärmte Wasser in die Steigleitung der Wasserhaltung oder in andere vorhandene Steigleitungen, bei denen der Flüssigkeitsdruck an der Einmündestelle für das erwärmte Kühlwasser der Schachttiefe ί entspricht,, eingeführt wird.The economic efficiency of such cooling systems for ¹ mines, designed according to the invention, can be further increased to a considerable extent by using existing lines to guide the cooling water flows or parts of them and thus further reduce the installation costs / For example, with the day water flow the return line for the water leaving the heat exchange apparatus can be saved by introducing this heated water into the riser of the dewatering system or into other existing risers where the liquid pressure at the point of entry for the heated cooling water corresponds to the shaft depth ί.

Ebenso können für den zweiten umlaufenden Wasserstrom vorhandene Wasserleitungeh benutzt werden, beispielsweise die Berieselungsleitung. Existing water pipes can also be used for the second circulating water flow can be used, for example the sprinkler line.

Selbstverständlich ist es nicht in allen Fällen nötig, die Wärmeaustauschvorrichtungen ! für die beiden Wasserströme auf der tiefsten Sohle des Schachtes oder in deren Nähe auf- ' zustellen, sondern die Aufstellung kann auch, wenn es die Verhältnisse als zweckmäßig erscheinen lassen, auf einer anderen Sohle des Schachtes oder in größerer Entfernung vom Schachte erfolgen. Es können auch von einem einzigen Tageswasserstrom verschiedene, beispielsweise für die einzelnen Sohlen getrennte Umlaufströme zurückgekühlt werden; dann sind so viele Wärmeaustauschvorrichtungen in den Tageswasserstrom parallel oder hintereinander eingeschaltet, als Umlaufströme vorhanden sind.Of course, it is not necessary in all cases to use the heat exchange devices ! for the two water currents on the deepest floor of the shaft or in the vicinity thereof - ' but the list can also be made if the circumstances appear expedient on another floor of the shaft or at a greater distance from the Shafts are made. It can also be different from a single day water flow, for example separate circulating flows are cooled down for the individual soles; then are so many heat exchange devices in the daytime water flow in parallel or one behind the other switched on when circulating currents are present.

j Bei sehr tiefen Schächten kann in den unteren Teilen der Leitung für das Tageswasser infolge der hohen Wassersäule ein so hoher Druck auftreten, daß schon die Beschaffung der Schachtleitung und des Wärmeaustauschapparates für die beiden Wasserströme für diesen hohen Druck die Wirtschaftlichkeit der Kühlanlage beeinträchtigt. Diese Nachteile lassen sich dadurch beseitigen, daß zwischen den Tageswasserstrom und den die Luftkühlapparate speisenden Wasserstrom weitere umlaufende Wasserströme mit entsprechenden Wärmeaustauschvorrichtungen geschaltet und diese zwischengeschalteten Wasserströme mit dem Tageswasserstrom auf die Schachtlänge verteilt werden. In jedem Stromkreis tritt dann nur derjenige Druck auf, welcher der Höhe von dem einen Wärmeaustauschapparat zu dem nächsten entspricht. Die Rohrleitungen und Wärmeaustauschvorrichtungen können also mit geringerer Wandstärke ausgeführt werden, wodurch sich der Preis erheblich verringert. j In the case of very deep shafts, the lower parts of the pipe for the day water as a result of the high water column, the pressure is so high that procurement the duct and the heat exchange apparatus for the two water flows for this high pressure affects the economy of the cooling system. These disadvantages can be eliminated by the fact that between the day water flow and the air cooling devices feeding water flow further circulating water flows with appropriate heat exchange devices switched and these intermediate water flows with the day water flow over the length of the shaft be distributed. In each circuit then only that pressure occurs which the Height from one heat exchanger to the next. The piping and heat exchange devices can thus be carried out with a smaller wall thickness, which significantly reduces the price.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele für den Erfindungsgegenstand schematisch dargestellt.Exemplary embodiments of the subject matter of the invention are shown schematically in the drawing shown.

Fig. ι stellt den Schnitt durch einen Grubenbau, welcher mit einer Kühlung an den Arbeitsstellen gemäß vorliegender Erfindung ausgestattet ist, dar.Fig. Ι represents the section through a pit, which is equipped with cooling at the workplaces according to the present invention is, dar.

Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der zwischen dem Tageswasserstrom und dem die Luftkühier speisenden Wasserstrom ein weiterer Wasserstrom zwischengeschaltet ist. Fig. 2 shows an arrangement in which between the day water flow and the Luftkühier feeding water flow is interposed with a further water flow.

In Fig. ι ist ι der Schacht für die einziehenden, 2 der Schacht für die ausziehenden Wetter. Eine Kaltwasserleitung 3 entnimmt das kalte Tageswasser dem Fluß oder einem Brunnen 4 und führt es zu der im Bergwerk, z. B. auf der Sohle des Schachtes stehenden Wärmeaustauschvorrichtung 5. Hier gibt das Tageswasser seine Kälte an den zweiten umlaufenden Kühlwasserstrom ab und tritt erwärmt in die Rückleitung 6, welche das Wasser bis über Tage nach dem Ablauf 7 führt. Eine Pumpe 8 sorgt für den ständigen Umlauf in der Tageswasserleitung.In Fig. Ι ι is the shaft for the moving in, 2 the shaft for the moving weather. A cold water pipe 3 takes the cold day water from the river or a Well 4 and leads it to the mine in the mine, e.g. B. standing on the bottom of the shaft Heat exchange device 5. Here the day water gives its cold to the second circulating Cooling water flow from and enters the heated return line 6, which carries the water for days after the drain 7. One Pump 8 ensures constant circulation in the day water pipe.

Unter Tage ist ein zweites Leitungssystem angeordnet, bestehend aus Zweigleitungen 10 und einer Sammelleitung ii, welche zur Wärmeaustauschvorrichtung 5 hinführt. Das dort gekühlte Wasser verläßt die Austauschvorrichtung, strömt in die Verteilleitung 12, und diese führt es durch die Zweigleitungen 13 den einzelnen, an den Arbeitsorten aufgestellten geschlossenen Luftkühlvorrichtungen 14 zu. Aus diesen Kühlvorrichtungen gelangt das Wasser wieder in die Zweigleitung 10 und beginnt seinen Kreislauf von neuem. Die zu kühlenden Grubenwetter werden durch die von dem zweiten Kühlwasserstrom durchflossenen Kühlvorrichtungen geführt, darin gekühlt und unmittelbar zur Arbeitsstelle geleitet. Da die Sammel- und Verteilleitungen 11, 12 und die Zweigleitungen 10 des zweiten Wasserstromes nur unter verhältnismäßig geringem Druck stehen, sind sie auch leichter zu verlegen; man kann mit den Kühlvorrichtungen leicht dem Fortschritt des Abbaues folgen, so daß an den Arbeitsstellen immer genügend kühle Luft vorhanden ist. Die Luftkühler haben nur dem geringen Druck in der Umlaufleitung standzuhalten und sind daher sehr betriebssicher. In den Umlaufwasserstrom ist an passender Stelle eine Pumpe 15 eingebaut, welche nur die Reibungswiderstände in der Leitung zu überwinden hat.A second line system is arranged underground, consisting of branch lines 10 and a manifold ii, which leads to the heat exchange device 5 leads there. The water cooled there leaves the exchange device, flows into the distribution line 12, and this it leads through the branch lines 13 to the individual closed ones set up at the workplaces Air coolers 14 to. The water comes from these cooling devices back into branch line 10 and begins its cycle again. The ones to be cooled Mine weather is caused by the cooling devices through which the second cooling water flow flows guided, cooled in it and sent directly to the workplace. Since the Collection and distribution lines 11, 12 and the Branch lines 10 of the second water flow only under relatively low pressure they are also easier to relocate; one can use the coolers easily follow the progress of the dismantling, so that there is always enough cool at the workplaces Air is present. The air coolers only have the low pressure in the circulation line withstand and are therefore very reliable. In the circulating water flow is on A pump 15 installed at the appropriate point, which only reduces the frictional resistance in the Management has to overcome.

In Fig. 2 ist 1 wieder der Schacht, in welchem das kalte Tageswasser in der Leitung 3 nach unten geführt wird, welches durch die Pumpe 8 aus dem Fluß oder Brunnen 4 entnommen wird. Die Wärmeaustauschvorrichtung 5 ist diesmal nicht auf der tiefsten Sohle, sondern etwa in der Schachtmitte aufgestellt. Durch die Steigleitung 6 wird das erwärmte Wasser wieder nach dem Abfluß 7 zutage gefördert. Das Tageswasser entnimmt in der Wärmeaustauschvorrichtung 5 Wärme aus einem zweiten im Schacht verlaufenden Kühlwasserstrom, welcher aus der Steigleitung 20 eintritt und in die Falleitung 21 austritt. Der gekühlte Zweig dieses zweiten Wasserkreislaufes tritt in die beispielsweise auf der Schachtsohle selbst angeordnete Wärmeaustauschvorrichtung 9, während das dort erwärmte Wasser in die Steigleitung 20 zurücktritt. Eine Pumpe 19 besorgt den Umlauf in diesem zweiten Stromkreis. An die Wärmeaustauschvorrichtung 9 schließt sich wieder, wie bei Fig. i, die Sammelleitung 11 und die Verteilleitung 12 des die Luftkühler speisenden Umlaufwasserstromes an, welcher durch die Pumpe 15 in ständiger Bewegung gehalten wird.In Fig. 2, 1 is again the shaft in which the cold day water is led down in line 3, which through the Pump 8 is taken from the river or well 4. The heat exchange device This time 5 is not set up on the deepest level, but roughly in the middle of the shaft. Through the riser 6, the heated water is brought to light again after the drain 7 promoted. The day water removes heat in the heat exchange device 5 a second cooling water flow running in the shaft, which flows from the riser 20 enters and exits into the downpipe 21. The cooled branch of this second water cycle occurs in the heat exchange device arranged, for example, on the shaft bottom itself 9, while the water heated there recedes into the riser 20. A pump 19 provides the circulation in this second circuit. To the heat exchange device 9 closes again, as in FIG. I, the collecting line 11 and the distribution line 12 of the circulating water flow feeding the air cooler, which through the Pump 15 is kept in constant motion.

Der zur Aufrechterhaltung des Umlaufs in der Tageswasserleitung erforderliche Arbeitsaufwand kann zum Teil oder ganz gespart werden, wenn die Ausflußöffnung tiefer als die Ansaugeöffnung liegen kann, so daß das natürliche Gefälle zwischen beiden Pumpen für den Wasserumlauf in der Leitung nutzbar' gemacht wird.The amount of work required to maintain circulation in the daily water pipe can be partially or completely saved if the outlet opening is deeper than the suction opening can be, so that the natural gradient between the two pumps is made usable for the water circulation in the pipe.

Claims

Patent Claims:

1. A method for cooling the air in mines, characterized in that Heat is extracted from the hot air by a cooling water flow running completely underground, which in turn passes through again one that came out of the surface and was brought to light again in a closed pipe The water flow is cooled in a closed heat exchanger installed underground.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1, consisting of at least two pipe systems, one of which is a cold water pipe, heat exchange devices for cooling the weather at any point, a return line for the heated water, a closed one Heat exchange device for recooling the heated water with a second cool water flow and Conveyors to maintain constant water circulation, the other over the closed heat exchange device communicating, guided up to days Contains downpipes and risers and serves to supply cold day water Recooling of the water flow, which runs completely underground, into the pit and again with the least amount of energy to bring to light.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the cooling water flows or parts of the same are routed in existing lines, for example as a return line for the day water flow existing water pipes are used, in which the liquid pressure at the point of confluence of the daily water return line corresponds to the mine depth, z. B. the riser of the water hall, or that to guide the under

Days of circulating cooling water flow, for example, used the irrigation pipes will.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that, for. B. at size- j ren teufen further self-contained water flow systems with heat exchange devices for the water currents in the various depths between the Day water flow and the last water flow feeding the air cooler switched on are.

1 sheet of drawings.