DE19532694C1

DE19532694C1 - Wetterkühler für bergbauliche Untertagebetriebe

Info

Publication number: DE19532694C1
Application number: DE1995132694
Authority: DE
Inventors: Hans Henting
Original assignee: WAERMETECHNIK GmbH
Current assignee: WAERMETECHNIK GmbH
Priority date: 1995-09-05
Filing date: 1995-09-05
Publication date: 1996-09-12
Anticipated expiration: 2015-09-06

Description

Die Erfindung betrifft einen Wetterkühler für bergbauliche Untertagebetriebe, der von einem Kühlmittel durchströmte Kühlrohre aufweist, die von den zu kühlenden Wettern umströmt sind. - Wetterkühler werden in bergbaulichen Untertagebetrieben insbesondere in Gewinnungsstreben, in Strecken sowie im Übergang Strecke/Streb eingesetzt. Die Wetterkühlung dient dazu, in den Untertagebetrieben die Temperatur der Wetter, d. h. die Temperatur der Luft, in der die Bergleute arbeiten, ausreichend tief zu kühlen. Die Wetterkühler können insbesondere Teil einer Klimati sierungsinstallation sein. Wetterkühler dienen aber in Untertagebetrieben auch dazu, Anlagen und Antriebe in den Untertagebetrieben mit Kühlluft zu versorgen.

Wetterkühler des beschriebenen Aufbaus und der beschrie benen Zweckbestimmung sind in verschiedenen Ausführungs formen bekannt (vgl. DE 36 11 696 C2, DE 42 39 226 C1, Fig. 3).

Das Kühlmittel kann kaltes, gekühltes Wasser oder eine Eisklein/Flüssigkeits-Mischung sein (vgl. DE 43 41 024 C1, DE 44 42 004 A1).

Die bekannten Wetterkühler haben sich bewährt. Ihre spezi fische Kühlleistung ist jedoch verbesserungsfähig. Diese Verbesserung ist das technische Problem, welches der Er findung zugrundeliegt. - Spezifische Kühlleistung meint die Kühlleistung pro Volumeneinheit des Wetterkühlers.

Die spezifische Kühlleistung ist damit auch ein Maß für das Gesamtvolumen eines Wetterkühlers, welches in bergbau lichen Untertagebetrieben möglichst klein sein soll.

Zur Lösung diese technischen Problems ist Gegenstand der Erfindung ein Wetterkühler für bergbauliche Untertage betriebe, der von einem Kühlmittel durchströmte Kühlrohre aufweist, die von den zu kühlenden Wettern umströmt sind, - mit den Merkmalen:

1.1) Die Kühlrohre bilden Kühlspiralen mit zentralem Kühlmitteleintritt und außenrandseitigem Kühl mittelaustritt,
1.2) eine Mehrzahl von Kühlspiralen ist in Strömungs richtung der zu kühlenden Wetter mit Abstands zwischenraum zwischen den Kühlspiralen gereiht angeordnet,
1.3) im Zentrum der Kühlspiralen verläuft in Strö mungsrichtung der zu kühlenden Wetter ein Kühl mittelverteilerrohr, an das die Kühlmittelein tritte der einzelnen Kühlspiralen angeschlossen sind,
1.4) am Außenrand der Kühlspiralen verläuft ein Kühl mittelsammelrohr, an das die Kühlmittelaustritte der einzelnen Kühlspiralen angeschlossen sind,

wobei die Kühlspiralen von einem rohrförmigen Mantel um geben sind, in dessen Achse das Kühlmittelverteilerrohr verläuft und auf dem das Kühlmittelsammlerrohr angeordnet ist. - Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung sind bei dem erfindungsgemäßen Wetterkühler die Kühlspiralen als ebene Spiralen ausgeführt. Die einzelnen Kühlspiralen können aber auch trichterförmig oder ähnlich ausgeführt und mit Abstandszwischenraum ineinandergesetzt sein. Im Rahmen der Erfindung bezeichnet der Ausdruck Kühlrohre sowohl Rohre runden Querschnitts als auch Rohre ovalen Quer schnitts. Wird mit Rohren ovalen Querschnitts gearbeitet, so ist deren lange Querschnittsachse in Strömungsrichtung angeordnet.

Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß die spezifische Kühlleistung eines Wetterkühlers von dem spezifischen Wärmeübergang von den Kühlrohren auf die zu kühlenden Wetter und von der Kühlfläche abhängt, die in der Volumen einheit des Wetterkühlers kühlungswirksam eingebaut ist. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die wie beschrieben angeordneten Kühlspiralen in Strömungsrichtung der zu kühlenden Wetter in dem Wetterkühler ein räumliches Gitterwerk bilden, wobei an den Kühlrohren jeder Kühl spirale Wirbel im Sinne einer Karman′schen Wirbelstraße entstehen und im Ergebnis im gesamten Wetterkühler eine sehr homogene isotrope Turbulenz sich ausbildet, die den Wärmeübergang positiv beeinflußt. Gleichzeitig wird wegen der Spiralform der Kühlrohre und der beschriebenen Reihung in dem Wetterkühler eine große Kühlfläche untergebracht. Je größer die Kühlfläche im Rahmen der für einen Wetter kühler zulässigen Druckverluste ausgelegt wird, desto intensiver ist überraschenderweise wegen der homogenen isotropen Turbulenz auch der Wärmeübergang. Eine Optimie rung kann durch Wahl der Durchmesser der Kühlrohre, durch den Abstand der Kühlrohrwindungen in den einzelnen Kühl spiralen und durch den Abstand der gereihten Kühlspiralen im Wetterkühler unschwer erreicht werden.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Das gilt insbesondere auch in bezug auf die bauliche Gestal tung. Insoweit lehrt die Erfindung, daß das Kühlrohr der einzelnen Kühlspiralen auf einem kreuzförmigen Stabilisie rungselement befestigt ist, dessen Enden mit dem rohr förmigen Mantel verbunden sind. Es kann sich zum Beispiel um kreuzförmige Blechstreifen handeln, auf die die Kühlrohre aufgelötet sind, was fertigungstechnisch beson ders vorteilhaft ist. Es empfiehlt sich, die Kühlspiralen unter Zwischenschaltung von Distanzhaltern auf Tragstangen zu befestigen, die parallel zu dem Kühlmittelverteilerrohr verlaufen und die die Stabilisierungselemente durch dringen. Bei dieser Ausführungsform können die Tragstangen als Gewindestangen aufgeführt sein, auf die die Distanz halter aufgeschraubt sind oder die in die Distanzhalter eingeschraubt sind.

Der erfindungsgemäße Wetterkühler kann mit den verschie densten Kühlmitteln betrieben werden. Bei einer bevor zugten Ausführungsform der Erfindung sind die Kühlrohre, das Kühlmittelverteilerrohr und das Kühlmittelsammlerohr für den Durchfluß einer Eisklein/Flüssigkeits-Mischung ausgelegt. Es besteht aber auch die Möglichkeit, die Aus legung für gekühltes Wasser als Kühlmittel vorzunehmen. Im Rahmen der Erfindung liegt es, die Kühlrohre mit lang laufenden oder spiralförmig verlaufenden Wärmetauscher rippen bzw. mit scheibenförmigen Wärmetauscherelementen zu versehen, die auf die Kühlrohre aufgesetzt sind.

Im Rahmen der Erfindung liegt es, das Kühlmittelverteiler rohr außen auf den Mantel aufzusetzen und das Kühlmittel sammlerrohr zentral in den Kühlspiralen anzuordnen. In dem erfindungsgemäßen Wetterkühler strömt das Kühlmittel in den Kühlspiralen mit einem Drall. Für dieses Strömungs phänomen gilt bekanntlich ein Erhaltungssatz, so daß im Ergebnis infolge des Dralls das Kühlmittel in den Kühl rohren verwirbelt wird, wodurch der Wärmeübergang eben falls verbessert wird und den Wärmeübergang beeinträchti gende Strähnenbildung von Kühlmittel unterschiedlicher Temperatur in den Kühlrohren vermieden wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in Schematischer Darstellung

Fig. 1 die Ansicht eines erfindungsgemäßen Wetterkühlers aus Richtung des Pfeiles A der Fig. 2,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Wetterkühler der Fig. 1 und

Fig. 3 in gegenüber den Fig. 1 und 2 wesentlich ver größertem Maßstab einen Ausschnitt im Bereich B des Wetterkühlers der Fig. 2.

Der in den Figuren dargestellte Wetterkühler ist für berg bauliche Untertagebetriebe bestimmt. Der Wetterkühlers weist von einem Kühlmittel durchströmte Kühlrohre auf, die von den zu kühlenden Wettern umströmt sind.

Vergleicht man die Fig. 1 und 2, so erkennt man, daß die Kühlrohre 1 Kühlspiralen 2 mit zentralem Kühlmittel eintritt 3 und außenrandseitigem Kühlmittelaustritt 4 aufweisen. Man erkennt fernerhin daß eine Mehrzahl von solchen Kühlspiralen in Strömungsrichtung der zu kühlenden Wetter mit durch einen Doppelpfeil verdeutlichtem Ab standszwischenraum 5 zwischen den Kühlspiralen 2 gereiht angeordnet ist. Die Strömungsrichtung der zu kühlenden Wetter wurde durch Pfeile 6 angedeutet. Im Zentrum der Kühlspiralen 2 verläuft in Strömungsrichtung der zu kühlenden Wetter ein Kühlmittelverteilerrohr 7, an das die Kühlmitteleintritte 3 der einzelnen Kühlspiralen 2 angeschlossen sind. Am Außenrand der Kühlspiralen 2 ver läuft ein Kühlmittelsammlerrohr 8, an das die Kühlmittel austritte 4 der einzelnen Kühlspiralen 2 angeschlossen sind. Die Kühlspiralen 2 sind von einem rohrförmigen Mantel 9 umgeben. In der Achse des rohrförmigen Mantels 9 verläuft das Kühlmittelverteilerrohr 7 und liegt folglich das Zentrum der Kühlspiralen 2. Auf dem Mantel 9 ist das Kühlmittelsammlerrohr 8 angeordnet. Die Kühlspiralen 2 sind im Ausführungsbeispiel, aber nicht beschränkend, als ebene Spiralen ausgeführt.

In den Fig. 1 und 3 erkennt man, daß das Kühlrohr 1 der, einzelnen Kühlspiralen 2 auf einem kreuzförmigen Stabili sierungselement 10 befestigt ist, dessen Enden mit dem rohrförmigen Mantel 9 verbunden sind. Aus der Fig. 3 ent nimmt man, daß die Kühlspiralen 2 unter Zwischenschaltung von Distanzhaltern 11 auf Tragstangen 12 befestigt sind, die parallel zu dem Kühlmittelverteilerrohr 7 verlaufen und die Stabilisierungselemente 10 durchdringen. Die Tragstangen 12 mögen als Gewindestangen ausgeführt sein, auf die die Distanzhalter 11 aufgeschraubt sind, die ihrerseits die Kühlspiralen 2 fixieren. In der Fig. 3 wurde angedeutet, daß die Kühlrohre eine ovalen Quer schnitt aufweisen und dessen lange Querschnittsachse in Strömungsrichtung angeordnet ist.

Die Auslegung des dargestellten Wetterkühlers ist für den Durchfluß einer Eisklein/Flüssigkeits-Mischung getroffen. Der Durchmesser der Kühlrohre 1 beträgt zum Beispiel etwa 12 mm. Er ist in Fig. 3 maßstabsgerecht gezeichnet, so daß man aus Fig. 3 auch die weiteren Auslegungsparameter entnehmen kann. Zusätzlich auf die Kühlrohre aufgesetzte Wärmetauscherelemente wurden nicht gezeichnet.

Claims

1. Wetterkühler für bergbauliche Untertagebetriebe, der von einem Kühlmittel durchströmte Kühlrohre aufweist, die von den zu kühlenden Wettern umströmt sind, - mit den Merkmalen:

1.1) Die Kühlrohre (1) bilden Kühlspiralen (2) mit zentralem Kühlmitteleintritt (3) und außenrand seitigem Kühlmittelaustritt (4),
1.2) eine Mehrzahl von Kühlspiralen (2) ist in Strö mungsrichtung der zu kühlenden Wetter mit Ab standszwischenraum (5) zwischen den Kühlspiralen (2) gereiht angeordnet,
1.3) im Zentrum der Kühlspiralen (2) verläuft in Strö mungsrichtung (6) der zu kühlenden Wetter ein Kühlmittelverteilerrohr (7), an das die Kühl mitteleintritte (3) der einzelnen Kühlspiralen (2) angeschlossen sind,
1.4) am Außenrand der Kühlspiralen (2) verläuft ein Kühlmittelsammelrohr (8), an das die Kühlmittel austritte (4) der einzelnen Kühlspiralen (2) an geschlossen sind,

wobei die Kühlspiralen (2) von einem rohrförmigen Mantel (9) umgeben sind, in dessen Achse das Kühlmittelverteiler rohr (7) verläuft und auf dem das Kühlmittelsammlerrohr (8) angeordnet ist.

2. Wetterkühler nach Anspruch 1, wobei die Kühlspiralen (2) als ebene Spiralen ausgeführt sind.

3. Wetterkühler nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei das Kühlrohr (1) der einzelnen Kühlspiralen (2) auf einem kreuzförmigen Stabilisierungselement (10) befestigt sind, dessen Enden mit dem rohrförmigen Mantel (9) verbunden sind.

4. Wetterkühler nach Anspruch 3, wobei die Kühlspiralen (2) unter Zwischenschaltung von Distanzhaltern (11) auf Tragstangen (12) befestigt sind, die parallel zu dem Kühl mittelverteilerrohr (7) verlaufen und die die Stabilisie rungselemente (10) durchdringen.

5. Wetterkühler nach Anspruch 4, wobei die Tragstangen (12) als Gewindestangen ausgeführt und die Distanzhalter (11) auf diese aufgeschraubt bzw. die Tragstangen (12) in die Distanzhalter (11) eingeschraubt sind.

6. Wetterkühler nach einem Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kühlrohre (1), das Kühlmittelverteilerrohr (7) und das Kühlmittelsammlerrohr (8) für den Durchfluß einer Eisklein/Flüssigkeits-Mischung ausgelegt sind.

7. Wetterkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kühlrohre (1), das Kühlmittelverteilerrohr (7) und das Kühlmittelsammlerrohr (8) für den Durchfluß von gekühltem Wasser als Kühlmittel ausgelegt sind.

8. Wetterkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zumindest die Kühlrohre (1) aus einem gutwärmeleitenden Werkstoff, zum Beispiel Kupfer gefertigt sind.

9. Wetterkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Kühlrohre (1) einen ovalen Querschnitt aufweisen und dessen lange Querschnittsachse in Strömungsrichtung angeordnet ist.

10. Wetterkühler nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei auf die Kühlrohre (1) scheibenförmige Wärmetauscherele mente, die in radialer Richtung verlaufen, aufgesetzt sind.