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Rohrleitung zum Einleiten von flüssigen Kälteträgern in Bergwerke
Der Bergbau ist -mancherorts in große Teufen vorgedrungen. Damit entsteht die Aufgabe,
außer feiner guten Bewetterung auch noch eine Kühlung der Grubenbaue-zu bewirken`.
Schachtteufen von aooo m sind heute bereits erreicht, !und eine weitere Vergrößerung
dieser Teufen hängt von der Lösung des Kühlproblems ab!.
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Ein bekanntes Verfahren zur Kühlung der Wetter in Bergwerken besteht
darin., daß den Wettern in der Grube Wärme durch -einen ganz unter Tage verlaufenden
Kühlwasserstrom entzogen wird. Dieses Kühlwasser wird seinerseits in !einem unter
Tage aufgestellten geschlossenen Wärmeaustauscher gekühlt, in dem es die von den
Wettern aufgenommene Wärme an einen zweiten Wasserstrom abgibt, der nach dem Grundsatz
der kommunizierenden Röhren in geschlossenen Leitungen von über Tage kommt, durch
den Wärmeaustauscher fließt und wieder zutage geführt wird. - Diese Einrichtung
hat den Nachteil, daß der zweite Wasserstrom an seiner Verwendungsstelle unter einem
hohen Druck steht.
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Wird nämlich Wasser oder eine andere Kühlflüssigkeit in geschlossenen
Röhren von über Tage bis auf zooo m Teufe geleitet, so herrscht an der tiefsten
Stelle der Leitung bei - ruhender Flüssigkeitssäule ein Druck von aoo at.- Bemißt
man .die Rohrleitungnach den in der Technik üblichen Grundsätzen, so muß man bei
der Wahl der Wandstärken außerordentlich hohen Beanspruchungen'Rechnung tragen,
wodurch eine solche Rohrleitung kostspielig wird.
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Von weit größerem Nachteil ist aber bei der bekannten Kälteversorgungsanlage,
daß auch der Teil des Wärmeaustauschers, der von dem zweiten Wasserstrom durchflossen
wird, unter dem gleichen hohen Druck arbeiten muß. Seine wärmeübertragenden Teile
müssen daher ebenfalls sehr .starkwandig ausgeführt werden, wodurch nicht nur die
Wärmewirtschaftlichkeit wegen der ,dadurch bedingten schlechteren Wärmeübertragungsverhältnisse
wesentlich vermindert wird, sondern auch die !Anlagekosten des weiteren erheblich
erhöht werden.
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Nach einem anderen bekannten Vorschlage wird der unter Tage verlaufende
Kühlwasserstrom, der die Wärme der Wetter aufnimmt, in dem unter Tage aufgestellten
Verdampfer einer Kältemaschine rückgekühlt, deren aus Verdichter rund Kondensator
bestehende übrige Teile sich über Tage befinden. Der Kälteträger der Kältemaschine
gelangt von dem Verdichter durch den Kondensator in eine durch den Schacht abwärts
führende Leitung und aus dieser in den Verdampfer. Hier erzeugt er durch seine Verdampfung
die erforderliche Kälte, um darauf durch eine Saugleitung wieder dem über Tage aufgestellten
Verdichter zugeführt zu werden. Auch diese Einrichtung hat den schwerwiegenden Nachteil,
daß für die Zuführung des Kälteträgers vom Kondensator zum Verdampfer Leitungen
erforderlich sind, die dem mit der
Teufe ständig steigenden Druck
des flüssigen Kälteträgers standhalten müssen.
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Durch die Erfindung gelingt @es, diese Nachteile zu beseitigen. Die
Erfindung besteht darin, daß die Rohrleitung, durch die der Kälteträger abwärts
in die Grube geführt wird, so eng bemessen ist, daß der über den unter Tage benötigten
Druck hinausgehende statische Druck durch die Flüssigkeitsreibung an den Rohrwänden
llzfolge Geschwindigkeitserhöhung vernichtet wird. Dadurch wird einerseits erreicht,
daß- bis zu der tiefsten Stelle der Rohrleitung keine wesentliche Beanspruchung
der Rohrleitung durch inneren überdruck auftritt, ferner ergibt sich der weitere
Vorteil, daß die Rohrleitung den kleinsten möglichen Querschnitt . erhalten kann.
Dies ist im Falle der Beförderung von Kälte deshalb besonders wichtig, weil die
Kälteverluste auf dem langen Weg von der Erzeugungs- zur Verwendungsstelle dadurch
auf ein Mindestmaß zurückgehen. -Erfindungsgemäß braucht der Reibnngsvexlust an
den Rohrwänden nicht immer ioo 0/6 des Höhenunterschiedes zu betragen. Vielmehr
wird, wenn die Kälteerzeugung durch Verdampfung des Kälteträgers meinem unter Tage
'aufgestellten - Verdampfer erfolgt, der Kälteträger mit dem Betriebsdruck des Verdainpfers
in fiesen 'eingeführt: Beträgt z: B. die Temperatur, die im Verdampfer erzeugt werden
soll, o° C und wird flüssiges Ammoniak als Kälteträger in den Verdampfer eingeführt,
so ist gemäß der Spannungskurve für Ammoniak ein Druck von q.;q.ata beim Eintritt
des Kälteträgers in den Verdampfer erforderlich. Ähnlich sind die -Druckverhältnisse,
wenn z. B. schweflige Säure öder andere bekannte Kälteträger mit wesentlich niedriges
rein Siedepunkt als Wasser benutzt' werden. Derartige Kälteträger gelangen in Dampfform
wieder zutage, so daß für diese -Förderung ein besonderer wesentlicher Arbeitsaufwand
nicht zu leisten ist.
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Wird Wasser als Kälteträger verwendet, so kann die Leitung an der
Verbrauchsstelle in ein offenes Gefäß münden. In diesem Falle kann der Druck in
der- Rohrleitung erfindungsgemäß völlig durch Reibung vernichtet werden. Wird die
als Kälteträger benutzte Flüssigkeit, z. B. Wasser, unter Täge nicht in einer Wasserkältemaschine
verdampft, sondern in flüssiger Form vn@eder zutäge gefördert, so bedingt der Verzicht
auf die Verbindung der Fall- und Saugleitung gegenüber dem bekannten Verfahren zwar
leine Erhöhung der Förderarbeit, die für das Zutageführen des Wassers notwendig
ist. Demgegenüber wird jedoch durch die Erfindung der wichtigere Vorteil , erreicht,
daß nicht nur die Fallleitung, sondern auch die unter Tage befindliche Wärmeaustauschvorrichtung
keiner nennenswerten Druckbeanspruchung ausgesetzt sind.
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Auch in Spülversatzleitungen, die in Schächten abwärts führen, tritt
eine Verminderung des dem Höhenunterschied entsprechenden Flüssigkeitsdruckes ein.
Diese ist aber darauf zurückzuführen, daß mit dem Spülversatz Luft- in die Leitung
eintritt und daß die eingeschlossenen Luftblasen eine Gewichtsverminderung der -
Flüssigkeitssäule bewirken. Eine-.Vernichtung des Druckes durch Reibung ist hierbei
indessen nicht möglich, da die Spülversat'zleitungen zur Vermeidung von Verstopfungen
eine Lichte von etwa i 5o mm haben müssen, also niemals so eng, wie für die Yernichtüng
des Druckes erforderlich wäre, bemessen werden können. Außerdem wird - hierbei eine
Druckverminderung in der Leitung nicht eine Verringerung der Wandstärke der Leitung
ermöglichen, weil Vorsorge gegen den Verschleiß und die bei allen 'Vorsichtsmaßregeln
doch ständig drohende, Verstopfungsgefahr . getroffen werden muß. Rohrverschleiß
und Verstopfungsgefahr bestehen natürlich nicht, wenn, wie bei der Erfindung, es
sich um die Förderung reiner Flüssigkeiten handelt. -Beispiel .
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Es bandele sich um die Beförderung einer stündlichen Kältemenge von
3 oop ooo WE. Wählt man als Kälteträger Wasser, welches auf - -f - i o° abgekühlt
ist und sich durch die Wärmeaufnahme auf + 30° erwärmt, so sind i 5o cbm Wasser
stündlich notwendig. Rechnet man die Geschwindigkeit aus, -bei welcher der Reibungsverlust
auf io m Länge i at ausmacht, so ergibt. sich bei Voraussetzung einer rauhen Oberfläche
der Rohrleitung ein Betrag von _ 7 m/Sek., - und der erforderliche Rohrleitungsdurchmesser
ist 88 mm: