DE3323223A1 - Verfahren und kaeltezentrale zur direkten wetterkuehlung ueber eine vielzahl von wetterkuehlern - Google Patents

Description

■ Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur direkten Kühlung von Medien, insbesondere der Wetter im untertägigen Berg- und Tunnelbau, bei. dem die zu kühlenden Teilwetterströme im Wetterkühler direkt durch ein dort verdampfendes Kältemittel gekühlt werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine Kältezentrale zur Kühlung von Medien, .insbesondere der Wetter im untertägigen Bergbau und damit zur Durchführung des Verfahrens, bestehend aus Verdichter, Kondensator, Entspannungsventil und das Kältemittel im Kreislauf führenden Rohrleitungen sowie daran angeschlossenem Wetterkühler.

Bei der direkten Wetterkühlung erfolgt der Wärmeaustausch zwischen dem verdampfenden Kältemittel und dem Wetterstrom bzw. Teilwetterstrom unmittelbar, so daß Kälteerzeugung und Kühlung der Wetter räumlich mehr oder weniger dicht beieinander erfolgen. Diese direkt verdampfenden Wetterkühlanlagen arbeiten nach dem Trockenverdampf ungs verfahren, wobei jeder Kältemaschine nur ein einziger Wetterkühler zugeordnet ist. Das Kältemittel muß aus dem Wetterkühler in gasförmigem Zustand austreten, damit der Kompressor keine Flüssigkeit ansaugt. Um dies sicherzustellen, wird am Wetterkühler austrittseitig das Kältemittel überhitzt, wodurch die Wärmeübertragungsleistung des Wetterkühlers verringert wird. Außerdem hat dies ein dauerndes' Auf- und Abregein der Kältemaschine zur Folge. Der Anschluß von mehr als einem Wetterkühler ist bei einer derart sensiblen Regelung nicht möglich. Ein weiterer Nachteil der Trockenverdampfung ist der, daß es nie optimal gelingt, die Kältemittelverteilung auf die einzelnen Rohre im Wetterkühler den sich durch Verschmutzung stetig ändernden Wärmeübertragungsverhältnissen anzupassen. Andererseits ist die Leistungsfähigkeit der direkten Wetterkühlung höher als die der indirekten Wetterkühlung, bei der.jeweils ein Kaltwasserkreislauf zwischen Kältemaschine

- 5 und Wetterkühler geschaltet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anlage zu schaffen, das bzw. die eine leistungsfähige und regeltechnisch einfache direkte Wetterkühlung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kältemittelkreislauf in einen Kältemaschinenkreislauf und einen Wetterkühlerkreislauf geteilt wird, wobei beide in einem gemeinsamen Entspannungsbehälter zusammengeführt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt in vorteilhafter Weise den Anschluß.mehrerer direkt verdampfender Wetterkühler. Durch die Unterteilung in zwei Kreisläufe, die in dem gemeinsamen. Entspannungsbehälter zusammengeführt werden, ist sichergestellt, daß der Wetterkühlerkreislauf jeweils mit flüssigem Kältemittel versorgt wird, während andererseits sichergestellt ist, daß dem Verdichter jeweils nur gasförmiges Kältemittel zugeführt wird. Damit ist nicht nur eine regeltechnisch einfache Verfahrensführung möglich, sondern vor allen Dingen auch eine wirtschaftliche direkte Wetterkühlung. Die Leistung der Wetterkühlung steigt im Vergleich zu den bisher üblichen Trockenverdampf ungsver fahren, da in den Wetterkühlern immer ein siedender Wärmeübergang stattfindet. Im Gegensatz zu den bekannten Trockenverdampfungsverfahren kann durch die Teilung der Kreisläufe ohne weiteres auch ein Gemisch aus flüssigem und gasförmigem Kältemittel in den Entspannungsbehälter zurückgeführt werden. Die Einstellung und überwachung des Verfahrens erfolgt über den zentralen Entspannungsbehälter, der auch bei Anschluß einer größerer Anzahl von Wetterkühlern einen kontinuierlichen Betrieb der Kältemaschine erlaubt.

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Zur weiteren Steigerung der Leistung der Wetterkühler ist nach einer Ausbildung der Erfindung vorgesehen, daß immer mehr Kältemittel in den Wetterkühlerkreislauf gegeben wird, als dort durch Wärmeaufnahme verdampfen kann. Damit ist unabhängig von der jeweiligen Belastung des Wetterkühlers sichergestellt, daß dort immer ein siedender Wärmeübergang erfolgt.

Zur Vereinfachung der Regelung, vor allem um die Kältemaschine kontinuierlich betreiben zu können, ist es von Vorteil, wenn, wie erfindungsgemäß vorgesehen, die Kältemittelmenge im Wetterkühlerkreislauf unabhängig vom Kältemaschinenkreislauf geregelt wird.

Zur Durchführung des Verfahrens dient eine Kältezentrale, bei der erfindungsgemäß zwischen Verdichter, Kondensator und Entspannungsventil einerseits und Wetterkühler andererseits ein damit zwei Kreisläufe bildender Entspannungsbehälter angeordnet ist. Dieser Behälter ist vorteilhaft so ausgebildet, daß einerseits im Kältemaschinenkreislauf über den Verdichter, Kondensator und .Entspannungsventil immer flüssiges Kältemittel vorgehalten ist und andererseits über die Ansaugleitung des Verdichters immer nur gasförmiges Kältemittel abgesaugt wird. Gleichzeitig kann der Wetterkühlerkrelslauf so geführt werden, daß dort den Bedürfnissen der Wetterkühler entsprechend diesen immer flüssiges Kältemittel zugeführt wird, während über die. Rücklaufleitung gasförmiges und flüssiges Kältemittel zurückströmt.

Zur weiteren Absicherung des Verdichters ist es von Vorteil, zwischen dem Anschlußstutzen der Ansaugleitung des Verdichters am Entspannungsbehälter und dem Anschlußstutzen der vom Wetterkühler kommenden Rücklaufleitung ein den Entspannungsbehälter im oberen Bereich unterteilendes

Spritzblech anzuordnen. Dieses Spritzblech verhindert, daß von dem Verdichter über die Ansaugleitung Kältemitteltröpfchen angesaugt werden können.

Zur einfachen und sicheren Regelung des Kompressors ist. an den oberen Bereich des Entspannungsbehälters ein den Verdichter regelnder Druckgeber angeschlossen. Dieser unmittelbar mit dem Verdichter in Verbindung stehender Druckgeber überwacht die Druckverhältnisse im Entspannungsbehälter und steuert dementsprechend den Verdichter.

Eine nahezu .beliebige Anzahl von Wetterkühlern kann an einen Entspannungsbehälter angeschlossen werden, wenn wie erfindungsgemäß vorgesehen, in die Vorlaufleitung zum Wetterkühler ein mit mehreren abgehenden Anschlüssen ausgerüstetes Verteilerrohr geschaltet ist. Diesen Anschlüssen sind jeweils Ventile zugeordnet, über die von Hand oder automatisch die einzelnen Wetterkühler angeschlossen oder leistungsmäßig geregelt werden können. Zweckmäßig ist es dabei, daß die Rücklaufleitung ein eingangsseitig mit mehreren Anschlüssen versehenes und dem Entspannungsbehälter vorgeordnetes Sammelrohr aufweist. Dieses Sammelrohr ist im Prinzip gleich wie das Verteilerrohr ausgebildet und ebenfalls mit Anschlüssen und Ventilen versehen. Diesen Anschlüssen sind die einzelnen Rücklaufleitungen der Wetterkühler zugeordnet, so daß der Entspannungsbehälter jeweils nur über einen einzelnen Anschluß verfügt.

Zur gleichmäßigen und sicheren Führung des Wetterkühlerkreislaufes ist der.Vorlaufleitung eine Pumpe zugeordnet, die regelbar ausgebildet ist und die aus dem Entspannungsbehälter flüssiges Kältemittel absaugt und über das Verteilerrohr den jeweiligen Wetterkühlern zuführt.

In vorteilhafter Weise sind an die Anschlüsse mehrere Wetterkühler in Parallelschaltung angeschlossen. Dies ist ohne weiteres möglich, weil bei der gleichmäßigen Belastung der einzelnen Wetterkühler mit Kältemittel ohne weiteres eine gleichmäßige. Verteilung des Kältemittels auf die einzelnen Rohre gesichert ist.

Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß ein Verfahren und eine Kältezentrale geschaffen sind, über die die bekannte direkte Wetterkühlung optimiert und wirtschaftlich gestaltet werden kann, was sowohl dadurch erreicht wird, daß an eine derartige Einrichtung eine Vielzahl von Wetterkühlern angeschlossen wird, als auch dadurch, daß die einzelnen Wetterkühler aufgrund der Zufuhr von jeweils.flüssigem Kältemittel wesentlich wirtschaftlicher arbeiten. Als Vorteil ist weiter zu erwähnen, daß eine derartige Kältezentrale gezielt geregelt und der zugehörige Verdichter kontinuierlich betrieben werden kann.

Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist.

Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Kältezentrale, wobei an den konventionellen Teil einer Kältemaschine 1 eine ganze Reihe von Wetterkühlern angeschlossen ist. Der konventionelle Teil der Kältemaschine besteht aus dem Verdichter 2, dem Kondensator 3 und dem Entspannungsventil 4. Diese an den Kreislauf 9 angeschlossenen bzw. ihn bildenden Einrichtungen werden miteinander und zugleich mit dem zweiten Kreislauf 1o über den Entspannungsbehälter 5 verbunden. In den zweiten Kreislauf 1o sind

mehrere Wetterkühler 7, 8 eingebunden.

■ Der Kreislauf 9, den man auch als Kältemaschinenkreislauf bezeichnen kann, ist über die mit dem Anschlußstutzen 13 an den Entspannungsbehälter 5 angeschlossene Ansaugleitung 12 vervollständigt, da diese das gasförmige Kältemittel wieder dem Verdichter 2 zuführt. Dabei ist der Verdichter 2 durch den Druckgeber 14 geregelt, der an den oberen Bereich 15 des Entspannungsbehälters 5 angeschlossen ist. Im oberen Bereich 15 des Entspannungsbehälters 5 steht jeweils gasförmiges Kältemittel an, während im unteren Bereich 16 flüssiges Kältemittel vorgehalten wird. Der obere Bereich 15 ist durch das Spritzblech 17 unterteilt, um sicherzustellen, daß vom Verdichter 2 über die Ansaugleitung 12 keine Kältemitteltröpfchen oder gar flüssiges Kältemittel angesaugt werden können.

Die Vorlaufleitung 18 des auch als Wetterkühlerkreislauf zu bezeichnenden Kreislaufes 1o ist im unteren Bereich 16 des Entspannungsbehälters 5 angeschlossen, über die Pumpe 19 wird das flüssige Kältemittel dem Verteilerrohr 2o zugeführt. Das Verteilerrohr 2o weist mehrere Anschlüsse 21, mit Ventilen 23 auf. Von hieraus erfolgt die Verteilung des flüssigen Kältemittels auf die einzelnen Wetterkühler 7, Dabei erfolgt der Anschluß der einzelnen Rohre 25 in den Wetterkühlern 7, 8 direkt an die Vorlaufleitung 18 und andererseits an die Rücklaufleitung 26.

In die Rücklaufleitung 26 ist wiederum ein Sammelrohr 27 eingeschaltet, das über mehrere Anschlüsse 29, 3o mit Ventilen 28 verfügt. Hier werden die einzelnen Rücklaufleitungen der Wetterkühler 7, 8 zusammengeführt und dann das gasförmige und/oder flüssige Kältemittel über den Anschlußstutzen 31 in den Entspannungsbehälter 5 zurückgeführt .-

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Die einzelnen Wetterkühler 7, 8 bzw. die darin verlaufenden Rohre 25 werden von dem Kältemittel druchströmt, wobei das Kältemittel entsprechend der aufgenommenen Wärmemenge der Wetterkühler teilweise in den gasförmigen Zustand übergeht. Das.entstandene Zwei-Phasen-Gemisch tritt aus den Wetterkühlern 7, 8 aus und gelangt dann, wie erläutert, in den Entspannungsbehälter 5.

Wie anhand der einzigen Figur erläutert, kann an den zentralen Entspannungsbehälter 5 eine ganze Anzahl direkt verdampfender Wetterkühler 7, 8 angeschlossen werden. Dabei treten keine Probleme bezüglich der Kältemittelverteilung auf die einzelnen angeschlossenen Wetterkühler 7, 8 auf. Die aufgrund der staubhaltigen Wetter rasch einsetzende Verschmutzung der Kühleroberfläche verändert die Wärmeübertragungseigenschaften der Wetterkühler 7, 8. Im Gegensatz zu den bisher eingesetzten Trockenverdampfungsverfahren ist eine Anpassung der im Wetterkühlerkreislauf umgewälzten Kältemittelmenge an die veränderten Wärmeübertragungseigenschaften nicht nötig, weil in den Wetterkühlern 7, 8 immer ein siedender Wärmeübergang stattfindet, weil diesen ausschließlich flüssiges Kältemittel zugeführt wird und auf der Abgangsseite gasförmiges und flüssiges Kältemittel austreten kann.

Die Regelung des Verdichtes 2 erfolgt über den zentralen Entspannungsbehälter 5 bzw. den dort angeordneten Druckgeber 14, wobei auf einfache Weise die Kälteleistung aller angeschlossenen Wetterkühler 7, 8 integral erfaßt wird. Dadurch ist es möglich, einen oder mehrere der Wetterkühler 7, 8 aus dem Betrieb zu nehmen, ohne daß die gesamte Anlage abgeschaltet werden muß oder entsprechende Wetterkühler zusätzlich in Betrieb zu nehmen, ohne daß zusätzliche Aggregate eingeschaltet werden müssen.

Claims (9)

Jochen Stog, Dorfmüllerstraße 13, 4355 Waltrop Dr.-Ing. Dieter Stirnberg, An der Palmweide 54, 46oo Dortmund ί Dr.-Ing.. Eckhard Beese, Gropiusweg 11, 463o Bochum Helmut Heiduck, Melanchthonstraße 3, 46oo Dortmund 1 Verfahren und Kältezentrale zur direkten Wetterkühlung über eine Vielzahl von Wetterkühlern Patenta nsprüche

1. Verfahren zur direkten Kühlung von Medien, insbesondere der Wetter im untertägigen Berg- und Tunnelbau, bei dem die zu kühlenden Teilwetterströme im Wetterkühler direkt durch ein dort verdampfendes Kältemittel gekühlt werden,

dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelkreislauf in einen Kältemaschinenkreislauf und einen Wetterkühlerkreislauf geteilt wird, wobei beide in einem gemeinsamen Entspannungsbehalter zusammengeführt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch ge kenn zeichnet, daß mehr Kältemittel in den Wetterkühlerkreislauf gegeben wird, als dort durch Wärmeaufnahme verdampfen kann.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kältemittelmenge im Wetterkühlerkreislauf unabhängig vom Kältemaschinenkreislauf geregelt wird.

4. Kältezentrale zur Kühlung von Medien, insbesondere der Wetter im untertägigen Bergbau und damit zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis Anspruch 3, bestehend aus Verdichter, Kondensator, Entspannungsventil und das Kältemittel im Kreislauf führenden Rohrleitungen sowie daran angeschlossenem Wetterkühler, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Verdichter (2), Kondensator (3) und Entspannungsventil (4) einerseits und Wetterkühler (7, 8) ■andererseits ein damit zwei Kreisläufe (9, 1o) bildender Entspannungsbehälter (5) angeordnet ist.

5. Kältezentrale nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Anschlußstutzen (13) der Ansaugleitung (12) des Verdichters (2) am Entspannungsbehälter (5) und dem Anschlußstutzen (31) der vom Wetterkühler (7, 8) kommenden Rücklaufleitung (26) ein den Entspannungsbe— hälter im oberen Bereich (15) unterteilendes Spritzblech (17) angeordnet ist.

6. Kältezentrale nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den-oberen Bereich (15) des Entspannungsbehälters (5) ein den Verdichter (2) regelnder Druckgeber (14) angeschlossen ist.

7. Kältezentrale nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in die Vorlaufleitung (18) zum Wetterkühler (7, 8) ein mit mehreren abgehenden Anschlüssen (21, 22) ausgerüstetes Verteilerrohr (2o) geschaltet ist.

8. Kältezentrale nach Anspruch 4 und Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rücklaufleitung (26) ein eingangsseitig mit mehreren Anschlüssen (29, 3o) versehenes und dem .Entspannungsbehälter (5) vorgeordnetes Sammelrohr (27) aufweist.

9. Kältezentrale nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorlaufleitung (18) eine Pumpe (19) zugeordnet ist.

1o. Kältezentrale, nach Anspruch 4, ·

dadurch gekennzeichnet, daß an die Anschlüsse .(21, 22) und (29, 3o) mehrere Wetterkühler in Parallelschaltung angeschlossen sind.