DE19532694C1

DE19532694C1 - Air-cooler for underground mine

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

Abstract

The coolant flows through the tubes and the air round them, Each tube(1) runs in a spiral(2) between a central inlet(3) and an external outlet(4). Several spirals are mounted one after the other in the air flow direction, gaps(5) being left between them. A central manifold(7) runs in the air flow direction and is connected to each of the spiral inlets, while at the outside is a further manifold(8) connected to the outlets. The spirals are enclosed in a tubular casing(9), on whose axis the inlet manifold is situated, while the outlet manifold is mounted on it.

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.The invention relates to a weather cooler for mining Underground operations that a coolant flowed through Has cooling pipes by the weather to be cooled are flowing around. - Weather coolers are used in mining Underground operations, particularly in the pursuit of profit, in Stretch as well as used in the transition stretch / longwall. The Weather cooling is used in underground operations Temperature of the weather, d. H. the temperature of the air, in which the miners work to cool sufficiently deep. The weather coolers can in particular be part of a climate installation installation. Weather coolers are used in Underground companies also use systems and drives in the To supply cooling air to underground operations.

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).Weather cooler of the described construction and the described The intended purpose is in different versions known shapes (see 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).The coolant can be cold, chilled water or be a small ice / liquid mixture (cf. 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.The well-known weather coolers have proven themselves. Your spec Fish cooling performance can be improved. These Improvement is the technical problem that the He the underlying principle. - Specific cooling capacity means the cooling capacity per unit volume of the weather cooler.

Die spezifische Kühlleistung ist damit auch ein Maß für das Gesamtvolumen eines Wetterkühlers, welches in bergbau lichen Untertagebetrieben möglichst klein sein soll.The specific cooling capacity is therefore also a measure of that Total volume of a weather cooler, which is in mining underground operations should be as small as possible.

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:To solve this technical problem is the subject of Invention a weather cooler for underground mining operations, the cooling pipes through which a coolant flows which is surrounded by the weather to be cooled, - with the characteristics:

1.1) The cooling tubes form cooling spirals with a central one Coolant inlet and outside edge cooling center exit,
1.2) a plurality of cooling spirals is in flow direction of the weather to be cooled with distance space between the cooling spirals arranged,
1.3) in the center of the cooling spirals runs in Strö direction of the weather to be cooled central distributor pipe to which the coolants are connected steps of the individual cooling spirals connected are,
1.4) Cooling runs on the outer edge of the cooling spirals by means of a collecting pipe to which the coolant outlets the individual cooling spirals are connected,

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.the cooling spirals being surrounded by a tubular jacket are in the axis of the coolant manifold runs and on which the coolant collector tube is arranged is. - According to a preferred embodiment of the invention the cooling spirals in the weather cooler according to the invention executed as flat spirals. The individual cooling spirals can also be funnel-shaped or similar and be spaced apart. As part of of the invention, the term cooling pipes denotes both Round cross-section tubes as well as oval cross tubes cut. If you work with pipes of oval cross-section, so is their long cross-sectional axis in the direction of flow arranged.

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.The invention is based on the fact that the specific Cooling capacity of a weather cooler from the specific one Heat transfer from the cooling pipes to those to be cooled Weather and depends on the cooling surface, which in volume unit of the weather cooler is installed for effective cooling. The invention is based on the knowledge that the like described arranged cooling spirals in the direction of flow the weather to be cooled in the weather cooler is spatial Form latticework, with each cooling on the cooling tubes spiral vortex in the sense of a Karman vortex street arise and as a result in the entire weather cooler very homogeneous isotropic turbulence that forms the Heat transfer positively influenced. At the same time, because of the spiral shape of the cooling pipes and the order described accommodated a large cooling surface in the weather cooler. The larger the cooling surface under the weather cooler allowable pressure drops, the more is surprisingly more intense because of the homogeneous isotropic turbulence also the heat transfer. An optimism tion can be selected by choosing the diameter of the cooling pipes the distance between the cooling tube turns in the individual cooling spirals and by the spacing of the arranged cooling spirals can be easily reached in the weather cooler.

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.There are several in the scope of the invention Opportunities for further training and design. The also applies in particular to the structural design tung. In this respect, the invention teaches that the cooling tube individual cooling spirals on a cruciform stabilizer Rung element is attached, the ends of which with the tube shaped coat are connected. For example are cruciform metal strips on which the Cooling tubes are soldered, which is special in terms of production technology which is advantageous. It is recommended to use the cooling spirals with the interposition of spacers on support rods to attach that is parallel to the coolant manifold run and through the stabilizing elements penetrate. In this embodiment, the support rods be listed as threaded rods on which the distance holders are screwed on or in the spacers are screwed in.

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.The weather cooler according to the invention can with the various most coolants are operated. With one before drafted embodiment of the invention are the cooling tubes, the coolant manifold and the coolant manifold for the flow of a small ice / liquid mixture designed. But there is also the option of switching off for cooled water as coolant. in the It is within the scope of the invention to use long cooling tubes running or spiral heat exchanger rib or with disc-shaped heat exchanger elements provided, which are placed on the cooling tubes.

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.The coolant distributor is within the scope of the invention Put the pipe on the outside of the jacket and the coolant Arrange the collector tube centrally in the cooling spirals. By doing Weather cooler according to the invention flows in the coolant the cooling spirals with a twist. For this flow phenomenon is known to be a conservation law, so that in Result due to the swirl of the coolant in the cooler pipes is swirled, whereby the heat transfer is even if it is improved and the heat transfer is impaired streak formation of coolant different Temperature in the cooling tubes is avoided.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert. Es zeigen in Schematischer DarstellungIn the following, the invention is based on only one Embodiment representing drawing in more detail explained. They show a schematic representation

Fig. 1 die Ansicht eines erfindungsgemäßen Wetterkühlers aus Richtung des Pfeiles A der Fig. 2, Fig. 1 is a view of a weather cooler of the invention from the direction of the arrow A of Fig. 2,

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch den Wetterkühler der Fig. 1 und Fig. 2 is a vertical section through the weather cooler of Fig. 1 and

Fig. 3 in gegenüber den Fig. 1 und 2 wesentlich ver größertem Maßstab einen Ausschnitt im Bereich B des Wetterkühlers der Fig. 2. Fig. 3 in comparison with FIGS. 1 and 2 substantially ver enlarged scale a detail in the region B of the weather cooler of 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.The weather cooler shown in the figures is for mountain structural underground operations determined. The weather cooler has cooling tubes through which a coolant flows are surrounded by the weather to be cooled.

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.Comparing FIGS. 1 and 2, it can be seen that the cooling tubes 1 have cooling spirals 2 with central coolant 3 and have coolant outlet 4 on the outer edge. It can be seen henceforth that a plurality of such cooling coils in the flow direction is arranged to be cooled ranked weather verdeutlichtem by a double arrow Ab was between space 5 between the cooling coils 2. The direction of flow of the weather to be cooled was indicated by arrows 6 . In the center of the cooling coils 2 in the flow direction of the weather to be cooled passes a coolant manifold 7, to which the coolant inlets 3 of the individual cooling coils 2 are connected. On the outer edge of the cooling spirals 2 runs a coolant collector tube 8 , to which the coolant outlets 4 of the individual cooling spirals 2 are connected. The cooling spirals 2 are surrounded by a tubular jacket 9 . The coolant distributor pipe 7 runs in the axis of the tubular jacket 9 and consequently lies the center of the cooling spirals 2 . The coolant collector tube 8 is arranged on the jacket 9 . The cooling spirals 2 are in the exemplary embodiment, but not by way of limitation, designed as flat spirals.

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.In Figs. 1 and 3 it is seen that the cooling pipe 1, single cooling coils 2 sierungselement on a cross-shaped Stabili 10 is attached, the ends of which are connected to the tubular sheath 9. From Fig. 3 ent one takes that the cooling spirals 2 are attached with the interposition of spacers 11 on support rods 12 which run parallel to the coolant manifold 7 and penetrate the stabilizing elements 10 . The support rods 12 may be designed as threaded rods onto which the spacers 11 are screwed, which in turn fix the cooling spirals 2 . In Fig. 3 was indicated that the cooling tubes have an oval cross-section and the long cross-sectional axis is arranged in the flow direction.

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.The design of the weather cooler shown is made for the flow of a small ice / liquid mixture. The diameter of the cooling tubes 1 is, for example, about 12 mm. It is drawn to scale in FIG. 3, so that the other design parameters can also be seen in FIG. 3. In addition, heat exchanger elements placed on the cooling pipes were not drawn.

Claims

1. Weather cooler for underground mining operations, which has cooling pipes through which a coolant flows and around which the weather to be cooled flows, with the features:

1.1) The cooling tubes ( 1 ) form cooling spirals ( 2 ) with a central coolant inlet ( 3 ) and coolant outlet ( 4 ) on the outer edge,
1.2) a plurality of cooling spirals ( 2 ) is arranged in the flow direction of the weather to be cooled with a clearance ( 5 ) between the cooling spirals ( 2 ),
1.3) in the center of the cooling coils (2) extends in Strö flow direction (6) of a coolant manifold (7) to which the coolant inlets are connected (3) of the individual cooling coils (2) to be cooled weather,
1.4) on the outer edge of the cooling spirals ( 2 ) runs a coolant collecting tube ( 8 ) to which the coolant outlets ( 4 ) of the individual cooling spirals ( 2 ) are closed,

wherein the cooling spirals ( 2 ) are surrounded by a tubular jacket ( 9 ), in the axis of which the coolant distributor pipe ( 7 ) extends and on which the coolant collector tube ( 8 ) is arranged.

2. Weather cooler according to claim 1, wherein the cooling spirals ( 2 ) are designed as flat spirals.

3. Weather cooler according to one of claims 1 or 2, wherein the cooling tube ( 1 ) of the individual cooling spirals ( 2 ) are attached to a cross-shaped stabilizing element ( 10 ), the ends of which are connected to the tubular jacket ( 9 ).

4. Weather cooler according to claim 3, wherein the cooling spirals ( 2 ) with the interposition of spacers ( 11 ) are fastened to support rods ( 12 ) which run parallel to the coolant distributor pipe ( 7 ) and which penetrate the stabilizing elements ( 10 ).

5. Weather cooler according to claim 4, wherein the support rods ( 12 ) are designed as threaded rods and the spacers ( 11 ) are screwed onto them or the support rods ( 12 ) are screwed into the spacers ( 11 ).

6. Weather cooler according to one of claims 1 to 5, wherein the cooling pipes ( 1 ), the coolant distributor pipe ( 7 ) and the coolant collector pipe ( 8 ) are designed for the flow of an ice small / liquid mixture.

7. Weather cooler according to one of claims 1 to 5, wherein the cooling pipes ( 1 ), the coolant distributor pipe ( 7 ) and the coolant collector pipe ( 8 ) are designed for the flow of cooled water as a coolant.

8. Weather cooler according to one of claims 1 to 7, wherein at least the cooling tubes ( 1 ) are made of a good heat-conducting material, for example copper.

9. Weather cooler according to one of claims 1 to 8, wherein the cooling tubes ( 1 ) have an oval cross-section and the long cross-sectional axis is arranged in the flow direction.

10. Weather cooler according to one of claims 1 to 8, wherein on the cooling tubes ( 1 ) disc-shaped heat exchanger elements, which extend in the radial direction, are placed.