DE640315C

DE640315C - Verfahren zur Befoerderung von Kaelte in tiefe Gruben

Info

Publication number: DE640315C
Application number: DEH142359D
Authority: DE
Original assignee: Rheinmetall Borsig AG
Current assignee: Rheinmetall AG
Priority date: 1935-01-09
Filing date: 1935-01-09
Publication date: 1936-12-30

Description

Verfahren zur Beförderung von Käfte in tiefe Gruben E#s ist eine schwierige Aufgabe, die Luftteraperatur an den Arbeitsplätzen in tiefen Gruben so niedrig zu halten, daß Menschen mit möglichst hoher Leistungsfähigkeit dort arbeiten können. Man hat versucht, die Lösung durch , Kühlen der Gruhenluft zu finden und hat bereits zwei Kühlarten in großem Maßstabe in Betrieb genommen.
Bei einer der beiden Kühlarten wird die Grubenluft an der Erdoberfläche möglichst tief gekühlt, z. B. auf i' C, bevor sie in den einziehenden Schacht gelangt. Bei der zweiten Art wird eine maschinelle Kühlanlage am Boden des Schacht-es angeordnet und die Grubenluft dort gekühlt.
Im ersten Fall wird ein verhältnismäßig großer Teil der Wärme, welche man der Luft an der Erdoberfläche entzog, von dem warmen Felsen, der den einziehenden Schacht umgibt, der Luft wieder zugeführt. In einem in Betrieb befindlichen Bergwerk wird z..B. im 2 5oo m tiefen senkrechten Schacht die einziehende Luft von JC auf 3o'C erwärmt. Ein Teil der Wärme kommt dabei von der Verdichtung der niedergehenden Luft, und der Rest strömt aus dem Felsen der Luft zu. Auf diese Weise werden ungefähr 75()10 der von einer über Tage stehenden Kühlanlage erzeugten Kälte auf dem Wege von der Erdoberfläche zum Boden des Schachtes wieder vernichtet. Diese Kühlmethode ist daher nicht wirtschaftlich.
Im zweiten Fall, mit der Kühlanlage am Boden des 25oom tiefen Schacht-es, tritt kein Kälteverlust im einziehenden Schacht auf; aber es ergibt sich. die Schwierigkeit, daß die im Kondensator der maschinellen Kälteanlage erzeugte Wärme meist nicht aus der zu küh- lenden Grube entfernt werden kann, da nur wenig Gruhenwasser und von verhältnismäßig hoher Temperatur zum Kühlen des Kondensators zur Verfügung steht. Die ausziehende Luft kann auch nur verhältnismäßig wenig Wärme aufnehmen. Eine größere Kälteanlage kommt für die Aufstellung unter Tage praktisch daher nicht in Frage. Angeführt soll werden, daß bei den gebräuchlichen Kälteanlagen ungefähr 2o % mehr Wärme im Kondensator als Kälte im Verdampfer erzeugt wird. Die Leistung der unter Tage aufzustellenden Kälteanlage. ist also beschränkt und wird bestimmt durch die Wäimemenge, welche von dem zur Erdoberfläche zu pumpenden Grubenwasser undder ausziehenden Luft aufgenommen werden kann. Unter normalen Verhältnissen, wie- sie z. B. in den Güldminen Südafrikas herrscheÜ, ist diese Leistung nicht groß genug, um durch Kühlanlagen dieser Art nennenswerte Senkungen der Lufttemperatur in den Arbeitsplätzen in den in Frage kommendeu Tiefen zu erreichen.
,Erwähnt muß noch werden, daß schon Versuche gemacht worden sind, eine Kühlung der Grubenluft durch Eis herbeizuführen, welches mit den gewöhnlichen Fördervorrichtungen von der Erdoberfläche zu den Arbeitsplätzen .oder zum Boden des senkrechten Luftweges gebracht wurde. Man hat das Eis dann in Kühlern verwendet oder es auch unmittelbar der Luft ausgesetzt. Die Förderung des Eises erwies sich aber so störend auf den Förderbetrieb der Grube, daß man die Versuche. wieder eingestellt hat, trotzdem das Kühleh der Luft durch Eis am Boden des Schachted wirtschaftlich ist. Obgleich die Förderung von Sand, Kies und Schlacke von der Erd-Überfläche zu den Arbeitsplätzen zu Versatzzwecken in Gruben allgemein bekannt ist, hat man noch -niemals vorgeschlagen, feste Kühlmittel durch Rohrleitungen in die Grube zu führen.
Vorschläge wurden gemacht, flüssige Luft oder feste Kohlensäure mit den gewöhnlichen Fördervorrichtungen in die Grube zu bringen, ersteres erwies sich als zu teuer, -und beim zweit-en Fall trat noch die Gefahr zu starker Kohlensäuteanreicherung in der Grubenluft auf.
Es ist auch schon in größerem Maßstabe versucht worden, durch Kälteträger von an der Oberfläche stehenden Kälteanlagen durch isolierte Rohrleitungen die Kälte ohne große Verluste zum Boden der Grube zu transportieren. Man hat kalte Flüssigkeiten oderkalte bzw. trockene Gase verwendet. Flüssigkeiten tragen nun je Gewichts- bzw. Raumeinheitnur geringe Kältemengen, z. B. Wasser i kcal je Kilogramm und i' C Temperaturdifferenz. Wasser erzeugt ferner hohen Druck in der Rohrleitung. Wenn Tiefen von 25oo m in Frage kommen, ergibt sich am unteren Ende der Leitung und in dem dort befindlichen Wärmeaustauscher ein Druck von 250at. Das zum KÜhlen gebrauchte Wasser muß dann auch wieder zurück zur Erdoberfläche gepumpt werden, -was mit verhältnismäßig hohem Kraftaufwand verbunden ist. Rohrleitungen und die dazugehörige Isolation sindaußerdem recht teuer. Den hohen Druck in der Rohrleitung und den großen Kraftverbrauch hat man nun zu vermeiden gesucht durch Unterteilen des 25oo m langen senkrechten Rohrstranges und Anordnung von Wärmeaustauschern bei den verschiedenen Unterbrechungen. Die einzelnen Abteilungen der Rohre wurden außerdem noch kommunizierend verbunden, und ein Kreislauf des Kälteträgers wurde eingerichtet, wodurch der Kraftverbrauch der Einrichtung sank-. Dabei ergaben sich dann aber wieder unerwünscht große Rohrdurchmesser, und dieAnschaffungskosten stiegen beträchtlich, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Anordnung in Frage gestellt wurde.
Mit Gasen bzw. Luft als Kälteträger kann man nun den hohen Druck in der Rohrleitung vermeiden; aber i kg Luft kann nur ungefähr 0,3kcal Kälte abgeben für i'C Temperaturerniedrigung. Die Rohrleitungen werden dadurch noch viel größer im Durchmesser als bei Verwendung von Flüssigkeiten als Kälte-.träger bei gleicher Leistung.
nachstehend beschriebene Erfindung

b'w',t"t nun den Vorteil, daß beliebig große

id&m.engen in beliebig große Tiefen zum

KM - hlen der Grubenluft gebracht werden könneu, ohne daß nennenswerte Wärmemengen innerhalb der Grube erzeugt werden und erhebliche Kälteverluste im einziehenden Schacht auftreten, trotzdem halten sich die Anlagekosten und Betriebskosten in wirtschaftlich tragbaren Grenzen.
Der Erfolg wird erreicht durch Verwendung eines Kälteträgers mit verhältnismäßig hoheni Kälteinhalt je Raum- bzw. Gewichtseinheit, der in fester Zustandsform von der Erdoberfläche mitiels isolierter Leitungen zu den am Boden der Grube befindlichen Luftkühlanlagen gebracht wird. In der Kühlanlagte verliert der Kälteträger die feste Zus=dsform und gibt dabei die aufgespe-icherte Kälte ab. Der veränderte Kälteträger wird dann durch Leitungen zu der an der Erdoberfläche befindlichen Gefri#eranlage zurück-geführt und dort wieder in die feste Zustandsfonn gebracht.
Die Förderung des Kälteträgers in der abwärts führenden Leitung erfolgt durch die Schwerkraft oder unter Verwendung eines Bewegungsmittels, wie Luft o. dgl. Im letzteren Fall kann eine ähnliche Bauart wie bei Luftförderanlagen verwendet werden.
SicherheitsmaßDahmen werden getroffen, um unter allen Umständen einen hohen Druck in der abwärts führend-en Leitung zu verhindern. Die Leitung erhält Krümmungen, um den Höhendruck zu begrenzen, falls bei einer Betriebsstörung der feste Kälteträger in der Leitung zum Stillstand kommt, ferner werden Sicherheitsventile vorgesehen, durch welche der umgewandelte Kälteträger entweichen kann, bevor der zulässige Höchstdruck in der Leitung erreicht wird.
Der Kälteträger kann nun in normalem Zustand entweder flüssig oder gasförmig sein; er muß bei geeigneter Temperatur feste Form annehmen und eine möglichst große Kältemenge abgeben, wenn er die feste Zustandsform aufgibt.
Eine geeignete Flüssigkeit ist z. B. Wasser. 11,9 Eis voll - 5' C geschmolzen und das entstehende Wasser bis auf 2o#'C erwärmt, gibt etwa 102,5 kcal ab.
Ein geeignetes Gas ist z. B. Kohlensäure. i kg feste Kohlensäure von der Temperatur - 8 o' C gibt etwa i 4o kcal ab, wenn sie vom festen in den gasförmigen Zustand übergeht und das Gas sich auf o' C erwärmt.
In beiden Fällen kann man entweder gr#ößere Blöcke gefrieren lassen und dann in kleinere, zur Förderung geeignete Stücke zerlegen oder sofort die passende Größe herstellen, auch Schnee ist verwendbar.
Es ist am vorteilhaftesten, auch bei V##"#' wendung von Wasser den Kälteträger im Kreislauf zu verwenden, weil dadurch ',die-Wirtschaftlichkeit der Anlage am größten wird.
In der Zeichnung sind alle bisher angewandten und vorgeschlagenen Methoden zum Kühlen der Luft in den Arbeitsplätzen tiefer, heißer Grub-en erwähnt worden. Teilweise hat man dabei Mittel angewandt, die in der Erfindung mit enthalten sind. Die einzeln ,gebrauchten Hilfsmittel brachten aber bisher nicht die Lösung, d. h. Wirtschaftlichkeit derartiger Anlagen, andernfalls wären diese Anlag-en bereits in größerem Umfang in Gebrauch.
Es wird eine Vereinigung bekannter Merkmale als neu beansprucht, durch welche mit wirtschaftlich tragbaren Kosten beliebige Kältemengen in die tiefsten Gruben gebracht werden können.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Beförderung von Kälte in tiefe Gruben unter Verwendung von Rohrleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein in feste Zustandsform gebrachter Kälteträgger durcli Rohrleitungen. in die Grube befördert wird, hier die Kälte durch Änderung,der Zustandsfo= in geeigneten Kühlern an die Grubenluft abgibt und dann in veränderter Zustandsform zwecks Wiedergewinnung zur Erdoberfläche zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel in einem vollkommen geschlossenen Kreislauf umläuft. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Kälteträger Wasser bzw. Eis oder ksserige Salzlösungen verwendet werden. 4. Verfahrep nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Kälteträger Kohlensäure verwendet wird. 5. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kälteträger in der abwärts führenden Leitung durch die Schwerkraft bewegt wird. 6. Verfahren -nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Kälteträger inder abwärts führenden Leitung unter Zuhilfenahme eines Gas-es bewegt wird. 7. Einrichtung zur Ausführung des Ver-C fahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in der abwärts führenden Leitung in geeigneten Abständen Knicke vorhanden sind. 8. Einrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß üi der abwärts führenden Leitung Sicherheitsventile angeordnet sind.