Przedmiotem wynalazku jest dwustopniowy układ klimatyzacyjny do ochładzania powietrza, zwłaszcza w wyrobiskach podziemnych kopalń.The subject of the invention is a two-stage air-conditioning system for air cooling, especially in underground mine workings.
Znanym działaniem mającym na celu zapewnienie właściwych warunków pracy dla załóg pracowniczych jest dostarczanie odpowiedniej ilości powietrza o odpowiednich parametrach do przewietrzania wyrobisk górniczych (eksploatacyjnych i chodnikowych). W kopalniach głębokich, z uwagi na podgrzewanie się powietrza w wyniku procesów wymiany ciepła i masy nie jest możliwe zapewnienie właściwych warunków klimatycznych tylko ilością powietrza przewietrzającego. W tych przypadkach zachodzi konieczność sztucznego ochładzania powietrza (jego klimatyzowania). Znane i stosowane sposoby oraz układy jednostopniowe klimatyzowania powietrza przewietrzającego bazują na urządzeniach chłodniczych zabudowanych na powierzchni ziemi lub na dole w kopalni. Przeznaczeniem tych urządzeń jest bezpośrednie ochłodzenie powietrza kopalnianego, lub wytworzenie energii chłodniczej w nośniku zimna (woda, mieszanina wody i lodu itp.). Nośnik zimna kierowany jest do chłodnic powietrza. W układach klimatyzacyjnych małej i średniej wydajności stosowane są głównie urządzenia chłodnicze na dole kopalń, które jednak stwarzają problemy w zakresie skutecznego odprowadzania ciepła do powietrza kopalnianego wydechowego, co jest dużą niedogodnością techniczną znanych układów.A well-known activity aimed at ensuring proper working conditions for the workforce is the supply of an appropriate amount of air with appropriate parameters for ventilation of mining excavations (operational and roadways). In deep mines, due to air heating as a result of heat and mass exchange processes, it is not possible to ensure proper climatic conditions only with the amount of ventilating air. In these cases, it is necessary to artificially cool the air (its conditioning). Known and used methods and single-stage air conditioning systems are based on cooling devices installed on the ground or below in a mine. The purpose of these devices is to directly cool the mine air, or to generate cooling energy in the cold carrier (water, a mixture of water and ice, etc.). The carrier of the cold is directed to the air coolers. In low- and medium-capacity air-conditioning systems, mainly downstream cooling devices are used, which, however, pose problems in terms of efficiently dissipating heat to mine exhaust air, which is a major technical disadvantage of known systems.
Istotą rozwiązania według wynalazku jest dwustopniowy układ klimatyzacji do ochładzania powietrza w wyrobiskach górniczych. Układ w swoim pierwszym stopniu zawiera agregaty chłodnicze wody, zainstalowane w stacji klimatyzacyjnej na powierzchni ziemi, trójkomorowy podajnik cieczy, w którym nast ę puje redukcja ciś nienia, rurocią g doprowadzaj ą cy zimną wodę do chł odnic powietrza i rurociąg odprowadzający od nich ciepłą wodę, jak również chłodnice powietrza. Układ klimatyzacji według wynalazku posiada także drugi stopień, który składa się z jednego lub kilku agregatów chłodniczych, zlokalizowanych na dole kopalni, chłodzących wodę, połączonych ze sobą równolegle, i włączonych, jako bocznik lub włączonych szeregowo w rurociąg odprowadzający ciepłą wodę w pierwszym stopniu układu. Zimna woda, wytworzona w agregacie lub agregatach chłodniczych drugiego stopnia układu, zasila poprzez rurociągi chłodnice powietrza w wyrobiskach górniczych.The essence of the solution according to the invention is a two-stage air conditioning system for cooling the air in the mine workings. The first stage of the system includes water chillers installed in an air-conditioning station on the ground, a three-chamber liquid feeder in which pressure is reduced, a pipeline supplying cold water to air coolers and a hot water discharge pipeline from them, as well as air coolers. The air-conditioning system according to the invention also has a second stage, which consists of one or more cooling units located downstream of the mine, cooling the water, connected in parallel and connected as a bypass or connected in series in the hot water discharge pipeline in the first stage of the system. Cold water, generated in the chiller or cooling units of the second stage of the system, supplies air coolers in mining excavations through pipelines.
Układ według wynalazku posiada szereg istotnych zalet. Pozwala na wykorzystanie potencjału temperaturowego odprowadzanej ciepłej wody do dalszego procesu klimatyzowania powietrza poprzez wytwarzanie dodatkowej energii chłodniczej w agregatach chłodniczych drugiego stopnia. Pozwala również na rozszerzanie zasięgu działania stacji klimatyzacyjnej na inne wyrobiska podziemne w kopalni, dzię ki znaczą cemu zmniejszeniu kosztów ponoszonych na budowę stacji klimatyzacyjnych dla innych rejonów kopalni. Czyni układ sprawniejszym poprzez odprowadzanie ciepła z kopalni rurociągiem wodnym.The system according to the invention has a number of significant advantages. It allows the use of the temperature potential of the discharged hot water for the further process of air conditioning by generating additional cooling energy in the second stage chillers. It also allows for the extension of the operating range of the air-conditioning station to other underground workings in the mine, thanks to a significant reduction in the costs incurred for the construction of air-conditioning stations for other areas of the mine. It makes the system more efficient by removing heat from the mine through a water pipeline.
Układ według wynalazku jest bliżej objaśniony i przedstawiony na rysunku schematycznym w przykładzie wykonania.The system according to the invention is explained in more detail and shown in a schematic drawing in an exemplary embodiment.
W stacji klimatyzacyjnej na powierzchni ziemi, w agregacie i jest wytwarzana zimna woda, jako nośnik zimna. Woda ta przepływa rurociągiem szybowym do trój komorowego podajnika cieczy 2, w którym następuje redukcja ciśnienia. Następnie rurociągiem doprowadzającym 3zimna woda przepływa do chłodnic powietrza 5 pierwszego stopnia. Chłodnice powietrza 5 są połączone pomiędzy sobą równolegle. Do rurociągu odprowadzającego ciepłą wodę 4 z chłodnic powietrza 5 dołączony jest, co najmniej jeden dodatkowy agregat chłodniczy 6 drugiego stopnia. Włączenie agregatów 6 do rurociągu 4 następuje szeregowo lub bocznikowo-równolegle, gdy nie jest potrzebny cały strumień wody ciepłej. Przepływająca przez te agregaty 6 ciepła woda odbiera od nich ciepło. Po odebraniu ciepła z agregatów 6, woda ta jest kierowana dalej rurociągiem odprowadzającym ciepłą wodę 4 do trój komorowego podajnika cieczy 2, skąd rurociągiem szybowym dopływa do agregatu chłodniczego 1 w stacji klimatyzacyjnej na powierzchni ziemi. Wytworzona w agregatach chłodniczych 6 drugiego stopnia zimna woda, cyrkulując w obiegu zamkniętym rurociągów 8 drugiego stopnia, dopływa do chłodnic powietrza 7 drugiego stopnia, które ochładzają powietrze w kopalni. Poprzez dołączenie drugiego stopnia w obiegu wody podgrzanej w chodnicach powietrza 5_pierwszego stopnia układu, wykorzystuje się potencjał temperaturowy tej wody do wytworzenia dodatkowej energii chłodniczej w agregatach chłodniczych 6 drugiego stopnia układu. Dwustopniowy układ klimatyzacyjny do ochładzania powietrza w wyrobiskach podziemnych kopalni jest bardziej sprawny od stosowanych dotychczas jedno stopniowych układów, zwłaszcza z tego powodu, że przy niezmienionym strumieniu wody w rurociągach klimatyzacji 3 i 4 istnieje możliwość odprowadzenia z wyrobisk górniczych większych ilości ciepła.In an air-conditioning station above ground, cold water is produced in the aggregate as a carrier of cold. This water flows through the shaft pipeline to the three-chamber liquid feeder 2, where the pressure is reduced. The cold water then flows to the first stage air coolers 5 through the supply pipeline 3. Air coolers 5 are connected to each other in parallel. At least one additional second stage refrigeration unit 6 is connected to the hot water discharge pipe 4 from the air coolers 5. The aggregates 6 are connected to the pipeline 4 in series or bypass-parallel, when the entire hot water stream is not required. The hot water flowing through these aggregates 6 receives heat therefrom. After receiving the heat from the units 6, this water is directed further through the hot water discharge pipeline 4 to the three-chamber liquid feeder 2, from where it flows through the shaft pipeline to the cooling unit 1 in the air-conditioning station on the ground. The cold water produced in the cooling units 6 of the second stage, circulating in a closed circuit of the second stage pipelines 8, flows to the air coolers 7 of the second stage, which cool the air in the mine. By adding a second stage in the circuit of the water heated in the first stage air coolers 5, the temperature potential of this water is used to generate additional cooling energy in the chillers 6 of the second stage of the system. The two-stage air-conditioning system for cooling the air in underground mine workings is more efficient than the one-stage systems used so far, especially because the water flow in the air-conditioning pipelines 3 and 4 remains unchanged, it is possible to dissipate larger amounts of heat from the mining excavations.