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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem mit einem Wärmetauscher und einer Kühlmittelversprühanlage zum Versprühen eines Kühlmittels.
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Es ist bekannt, ein solches Kühlsystem beispielsweise in einem Wärmekraftwerk einzusetzen, insbesondere zur Kühlung von (Wasser-)Dampf aus einem Turbinendampfkreislauf.
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Der Wärmetauscher des Kühlsystems wird dabei dazu verwendet, Wärmeenergie vom Dampf auf das Kühlmittel zu übertragen. Dadurch wird das Kühlmittel erwärmt. Zugleich wird der Dampf abgekühlt. Um das erwärmte Kühlmittel wieder abzukühlen, sodass es erneut zum Kühlen des Dampfs verwendet werden kann, wird das Kühlmittel mithilfe einer oder mehrerer Kühlmittelversprühanlagen des Kühlsystems versprüht. Hierbei wird das Kühlmittel von einem Luftstrom abgekühlt.
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Um das Kühlmittel vom Wärmetauscher zur jeweiligen Kühlmittelversprühanlage zu fördern, werden Kühlmittelpumpen eingesetzt. Die Kühlmittelpumpen müssen dazu ausgelegt sein, pro Zeiteinheit große Kühlmittelmengen fördern zu können, damit das Kühlsystem eine hohe Kühlleistung erzielen kann. Hierfür müssen die Kühlmittelpumpen insbesondere in der Lage sein, Druckverluste von ihrem Pumpenaustritt bis zur jeweiligen Kühlmittelversprühanlage zu kompensieren.
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Folglich werden typischerweise große Kühlmittelpumpen mit einer hohen Förderleistung eingesetzt. Solche Kühlmittelpumpenführen zu hohen Herstellungs- bzw. Anschaffungskosten des Kühlsystems. Zudem führen solche Kühlmittelpumpen zu hohen Betriebskosten des Kühlsystems, insbesondere da die Kühlmittelpumpen einen hohen Energiebedarf haben und hohe Wartungskosten verursachen.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist, ein kostengünstiges Kühlsystem bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kühlsystem der eingangs genannten Art gelöst, das erfindungsgemäß ein Verteilerbecken, welches mit dem Wärmetauscher und der Kühlmittelversprühanlage verbunden ist, eine Kühlmittelförderpumpe zum Fördern des Kühlmittels vom Wärmetauscher zum Verteilerbecken sowie eine Kühlmittelverteilerpumpe zum Fördern des Kühlmittels vom Verteilerbecken zur Kühlmittelversprühanlage umfasst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kühlsystems sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass durch das Verteilerbecken eine Kühlmittelförderstrecke vom Wärmetauscher zur Kühlmittelversprühanlage in eine erste Teilstrecke vom Wärmetauscher zum Verteilerbecken und eine zweite Teilstrecke vom Verteilerbecken zur Kühlmittelversprühanlage aufgeteilt werden kann.
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Diese Aufteilung der Kühlmittelförderstrecke ermöglicht es, eine erste Kühlmittelpumpe (die Kühlmittelförderpumpe) einzusetzen, welche das Kühlmittel vom Wärmetauscher zum Verteilerbecken, nicht jedoch weiter zur Kühlmittelversprühanlage, fördert. Die Förderung des Kühlmittels vom Verteilerbecken zur Kühlmittelversprühanlage kann hierbei mittels einer zweiten Kühlmittelpumpe (der Kühlmittelverteilerpumpe) erfolgen. Auf diese Weise können anstelle einer großen Kühlmittelpumpe mindestens zwei kleinere Kühlmittelpumpen (bzw. für niedrigere Förderhöhen ausgelegte Kühlmittelpumpen) eingesetzt werden.
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Kleinere Pumpen haben typischerweise einen geringeren Eigenbedarf an Energie als größere Pumpen. Weiterhin verursachen kleinere Pumpen bei ihren Startvorgängen geringere Stromspitzen als größere Pumpen. Daher kann bei der Verwendung kleinerer Pumpen auf Frequenzumrichter für einen Sanftstart (sogenannte Sanftstarter) verzichtet werden. Folglich können durch die Verwendung kleinerer Pumpen Kosten gespart werden.
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Da die Förderleistung zum Fördern des Kühlmittels vom Wärmetauscher zur Kühlmittelversprühanlage auf die Kühlmittelförderpumpe und die Kühlmittelverteilerpumpe aufgeteilt wird, ist es ausreichend, wenn die beiden Pumpen jeweils geringere Druckverluste kompensieren können als eine einzige Pumpe, welche das Kühlmittel vom Wärmetauscher zur Kühlmittelversprühanlage fördert. Daher kann das Kühlsystem für einen geringeren (Kühlmittel-)Druck ausgelegt sein als bisherige Kühlsysteme.
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Durch die Verringerung des Auslegungsdrucks des Kühlsystems kann eine Verwendung von kostengünstigen Betonkanälen anstelle bisher üblicher Kühlmittelleitungen aus glasfaserverstärktem Kunststoff eine Option sein. Weiter können aufgrund der Verringerung des Auslegungsdrucks kostengünstige Ausführungen der weiteren Komponenten des Kühlsystems, wie z.B. des Wärmetauschers, verwendet werden.
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Ein weiterer Vorteil ist, dass die Kühlmittelverteilerpumpe bei Bedarf zu- oder abgeschaltet werden kann. Soll das Kühlsystem z.B. aufgrund niedriger Außentemperaturen mit einer reduzierten Kühlleistung betrieben werden, kann die Kühlmittelverteilerpumpe abgeschaltet werden, sodass eine Zufuhr des Kühlmittels zur Kühlmittelversprühanlage unterbunden wird. Eine Kühlmittelzufuhr zu eventuellen weiteren Kühlmittelversprühanlagen (mithilfe weiterer Kühlmittelverteilerpumpen) kann hiervon unberührt bleiben. Folglich kann auf bisher übliche Absperrarmaturen zur Unterbindung einer Kühlmittelzufuhr zu einer Kühlmittelversprühanlage sowie bisher notwendige Bypassleitungen zum Umleiten des Kühlmittels verzichtet werden.
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Der Begriff „verbunden“ kann im Sinne einer hydraulischen Verbindung aufgefasst werden. Das heißt, wenn ein erstes Element des Kühlsystems mit einem zweiten Element des Kühlsystems verbunden ist, kann das Kühlmittel vom ersten zum zweiten Element und/oder vom zweiten zum ersten Element strömen. Weiterhin kann sich der Begriff „verbunden“ auf eine mittelbare oder eine unmittelbare Verbindung zweier Elemente beziehen.
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Das Kühlsystem kann unter anderem für ein Kraftwerk, insbesondere für ein Wärmekraftwerk, vorgesehen sein. Des Weiteren kann das Kühlsystem als Umlauf- oder Ablaufkühlsystem ausgestaltet sein.
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Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn die Kühlmittelförderpumpe dazu eingerichtet ist, das Kühlmittel über den Wärmetauscher (bzw. durch den Wärmetauscher hindurch) zum Verteilerbecken zu fördern.
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Vorzugsweise ist das Verteilerbecken mittelbar, das heißt unter Zwischenschaltung mindestens einer weiteren Vorrichtung, mit dem Wärmetauscher und/oder mittelbar mit der Kühlmittelversprühanlage verbunden.
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Sinnvollerweise ist der Wärmetauscher ausgangsseitig mit dem Verteilerbecken verbunden. Die Kühlmittelversprühanlage hingegen ist sinnvollerweise eingangsseitig mit dem Verteilerbecken verbunden.
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Als Eingangsseite eines Elements des Kühlsystems kann diejenige Seite aufgefasst werden, an welcher das Kühlmittel in das Element eintritt. Als Ausgangsseite eines Elements des Kühlsystems hingegen kann diejenige Seite aufgefasst werden, an welcher das Kühlmittel aus dem Element austritt.
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Der Wärmetauscher ist bevorzugterweise ein flüssigkeitsgekühlter Kondensator. Insbesondere kann der Wärmetauscher ein Oberflächenkondensator, wie z.B. ein Rohrbündel- oder Plattenwärmeübertrager, sein.
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Ferner kann das Verteilerbecken kanalförmig ausgestaltet sein. Das Verteilerbecken kann insbesondere eine Längsausdehnung aufweisen, die mindestens dreimal so groß ist wie seine Querausdehnung. Darüber hinaus kann die Kühlmittelverteilerpumpe im Verteilerbecken angeordnet sein.
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Bevorzugterweise umfasst das Kühlsystem ein Kraftschlussbecken. Der Wärmetauscher kann ausgangsseitig mit dem Kraftschlussbecken verbunden sein. Vorteilhafterweise ist der Wärmetauscher über das Kraftschlussbecken mit dem Verteilerbecken verbunden. Zudem kann das Kraftschlussbecken an das Verteilerbecken angrenzen.
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Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Kraftschlussbecken einen Überlauf, insbesondere einen Überlauf hin zum Verteilerbecken, aufweist. Der Überlauf kann unter anderem zum Abführen des Kühlmittels aus dem Kraftschlussbecken in das Verteilerbecken vorgesehen sein. Auf diese Weise kann das Kühlmittel von der Kühlmittelförderpumpe unter Ausnutzung des sogenannten Hebereffekts/-prinzips zum Verteilerbecken gefördert werden. Somit ist es möglich, eine kleinere Pumpe bzw. eine für eine niedrigere Förderhöhe ausgelegte Pumpe als Kühlmittelförderpumpe zu verwenden. Ferner kann hierdurch das Kühlsystem für einen niedrigeren Druck ausgelegt werden.
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In bevorzugter Weise bildet eine Wandung des Kraftschlussbeckens, insbesondere eine vertikale Wandung des Kraftschlussbeckens, den Überlauf aus. Diese Wandung kann insbesondere eine gemeinsame Wandung des Kraftschlussbeckens und des Verteilerbeckens sein.
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Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass der Wärmetauscher ohne Zwischenschaltung eines Kraftschlussbeckens über eine Verbindungsleitung mit dem Verteilerbecken verbunden ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Kühlmittelförderpumpe derart betrieben wird, dass ein Kühlmittelpegel im Verteilerbecken oberhalb der Kühlmittelverteilerpumpe gehalten wird. Weiter ist es in diesem Fall vorteilhaft, wenn ein Kühlmitteleinlass des Verteilerbeckens tiefer angeordnet ist als die Kühlmittelverteilerpumpe.
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Zweckmäßigerweise ist die Kühlmittelverteilerpumpe ausgangsseitig des Wärmetauschers angeordnet. Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Kühlmittelverteilerpumpe eingangsseitig der Kühlmittelversprühanlage angeordnet ist. Weiter ist es bevorzugt, wenn die Kühlmittelförderpumpe eingangsseitig des Wärmetauschers angeordnet ist.
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Die Kühlmittelversprühanlage kann mindestens ein Verteilerrohr, insbesondere ein horizontal ausgerichtetes Verteilerrohr, umfassen. Das Verteilerrohr wiederum kann mehrere, insbesondere äquidistant zueinander angeordnete Sprühköpfe aufweisen. Die Sprühköpfe können beispielsweise als Düsen ausgestaltet sein.
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Vorzugsweise umfasst die Kühlmittelverteilanlage mehrere, insbesondere auf gleicher Höhe angeordnete Verteilerrohre der zuvor genannten Art.
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Weiter kann das Kühlsystem ein Kühlmittelsammelbecken umfassen. Sinnvollerweise ist die Kühlmittelversprühanlage über dem Kühlmittelsammelbecken angeordnet. Dadurch kann das mithilfe der Kühlmittelversprühanlage versprühte Kühlmittel in das Kühlmittelsammelbecken herabtropfen.
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Darüber hinaus kann das Verteilerbecken einen Überlauf, insbesondere einen Überlauf hin zum Kühlmittelsammelbecken, aufweisen. Dieser Überlauf kann unter anderem zum Abführen des Kühlmittels aus dem Verteilerbecken in das Kühlmittelsammelbecken vorgesehen sein. Außerdem kann dieser Überlauf für das Kühlmittel einen Bypass vom Verteilerbecken zum Kühlmittelsammelbecken ausbilden.
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In bevorzugter Weise bildet eine Wandung des Verteilerbeckens, insbesondere eine vertikale Wandung des Verteilerbeckens, den letztgenannten Überlauf aus. Diese Wandung kann insbesondere eine gemeinsame Wandung des Verteilerbeckens und des Kühlmittelsammelbeckens sein.
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Zweckmäßigerweise ist eine Oberkante des Überlaufs des Verteilerbeckens höher positioniert als eine Oberkante des Überlaufs des Kraftschlussbeckens. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass im Verteilerbecken ein niedrigerer Kühlmittelpegelstand vorliegt als im Kraftschlussbecken.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Kühlsystem eine Schachteinheit. Vorteilhafterweise umfasst die Schachteinheit einen Fallschacht. Außerdem ist vorteilhaft, wenn die Schachteinheit einen Steigschacht, insbesondere einen an den Fallschacht angrenzenden Steigschacht, umfasst.
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Zweckmäßigerweise ist die Schachteinheit an ihrem oberen Ende offen. Dadurch kann ein (Kühlmittel-)Druckstoß, der sich im Steigschacht ausbildet, an eine Luftsäule oberhalb des Steigschachts abgeführt werden. Folglich kann sich eine Kühlmittelsäule im Steigschacht frei auspendeln und es kann verhindert werden, dass der Druckstoß (stromabwärts des Steigschachts) innerhalb des Kühlsystems weitergeleitet wird.
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Durch die Öffnung am oberen Ende der Schachteinheit ist es zudem möglich, kosten-/aufwandsgünstig chemische Zusätze in das Kühlmittel einzuleiten.
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Der Steigschacht und der Fallschacht können eine gemeinsame Wandung aufweisen. Diese Wandung kann insbesondere einen Überlauf vom Steigschacht hin zum Fallschacht ausbilden. Alternativ kann der Steigschacht zumindest abschnittweise im Fallschacht angeordnet sein. Im letztgenannten Fall ist es zweckmäßig, wenn eine Oberkante des Steigschachts unterhalb einer Oberkante des Fallschachts angeordnet ist.
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Weiter ist es bevorzugt, wenn der Wärmetauscher mit der Schachteinheit, insbesondere mit dem Fallschacht der Schachteinheit, verbunden ist. Der Wärmetauscher kann dabei insbesondere eingangsseitig mit der Schachteinheit verbunden sein.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Kühlmittelförderpumpe im Steigschacht der Schachteinheit angeordnet.
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Der Steigschacht ermöglicht es, die Kühlmittelförderpumpe bei einem vorbestimmten (Mindest-)Druck zu betreiben, insbesondere da der Steigschacht, genauer gesagt seine Höhe, den Druck über der Kühlmittelförderpumpe bestimmt. Folglich kann mithilfe der Schachteinheit vermieden werden, dass die Kühlmittelförderpumpe aus einem vorgesehenen Bereich ihres Kennfelds läuft.
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Dadurch, dass das Kühlsystem (wie weiter oben erläutert) für einen geringeren Druck ausgelegt sein kann als bisherige Kühlsysteme, kann die Schachteinheit eine niedrigere Höhe aufweisen als bei Schachteinheiten bisher bekannter Kühlsysteme. Die Höhe der Schachteinheit kann z.B. circa halb so groß sein wie die Höhe bisher verwendeter Schachteinheiten.
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Außerdem kann das Kühlsystem einen Verteilersteigschacht, insbesondere einen vertikal ausgerichteten Verteilersteigschacht, umfassen. Der Verteilersteigschacht kann beispielsweise als Hohlzylinder bzw. als Rohr ausgestaltet sein.
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Zweckmäßigerweise ist der Verteilersteigschacht abschnittweise im Verteilerbecken angeordnet. Sinnvollerweise ist der Verteilersteigschacht an seinem unteren Ende offen. Ferner ist es sinnvoll, wenn der Verteilersteigschacht von einer Bodenfläche des Verteilerbeckens beabstandet angeordnet ist. Zudem ist es vorteilhaft, wenn der Verteilersteigschacht an seinem oberen Ende offen ist.
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Weiter ist es zweckmäßig, wenn die Kühlmittelversprühanlage eingangsseitig über den Verteilersteigschacht mit dem Verteilerbecken verbunden ist.
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Bevorzugterweise wird beim Betrieb des Kühlsystems ein Kühlmittelpegel im Verteilersteigschacht oberhalb der Kühlmittelversprühanlage, insbesondere auf einem vorgegebenen Höhenniveau, gehalten. Dadurch kann erreicht werden, dass die Kühlmittelversprühanlage eingangsseitig mit einem hinreichend großem Druck beaufschlagt wird.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Kühlmittelverteilerpumpe im Verteilersteigschacht angeordnet.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn die Kühlmittelförderpumpe und/oder die Kühlmittelverteilerpumpe als Tauchpumpe, insbesondere als Rohrschachtpumpe, ausgestaltet sind/ist. Denn Tauchpumpen, insbesondere Rohrschachtpumpen, sind – verglichen mit anderen Pumpentypen – besonders kostengünstig. Zudem können Tauchpumpen, insbesondere Rohrschachtpumpen, aufwandsgünstig in das Kühlsystem eingebracht werden bzw. aufwandsgünstig (zu Wartungszwecken) aus dem Kühlsystem entfernt werden, da sie keine Flanschverbindungen zu Leitungsrohren benötigen. Zum Beispiel ist es möglich, Tauchpumpen, insbesondere Rohrschachtpumpen, aufwandsgünstig mittels einer Hebevorrichtung von oben in einen Steigschacht einzusetzen bzw. wieder aus dem Steigschacht zu entfernen.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass die Kühlmittelförderpumpe und/oder die Kühlmittelverteilerpumpe alternativ als Rohrgehäusepumpe ausgestaltet sind/ist.
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Weiterhin kann das Kühlsystem mehrere Kühlmittelversprühanlagen aufweisen. Das Kühlsystem kann außerdem für jede seiner Kühlmittelversprühanlagen einen eigenen Verteilersteigschacht aufweisen. Jeder dieser Verteilersteigschächte wiederum kann mit einer der Kühlmittelversprühanlagen verbunden sein.
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Darüber hinaus kann das Kühlsystem für jede seiner Kühlmittelversprühanlagen eine eigene Kühlmittelverteilerpumpe aufweisen, welche insbesondere in einem der Verteilersteigschächte angeordnet sein kann. Durch ein individuelles Zu-bzw. Abschalten der Kühlmittelverteilerpumpen kann eine Zufuhr des Kühlmittels in die jeweils zugehörigen Kühlmittelversprühanlagen gesteuert werden.
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Wenn für jede der Kühlmittelversprühanlagen eine eigene Kühlmittelverteilerpumpe vorgesehen ist, ist es außerdem möglich, als Kühlmittelverteilerpumpen kleinere Pumpen bzw. für niedrigere Förderleistungen ausgelegte Pumpen einzusetzen – verglichen mit dem Fall, dass eine gemeinsame Kühlmittelverteilerpumpe für mehrere Kühlmittelversprühanlagen vorgesehen ist.
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Zudem kann das Kühlsystem mehrere Kühlmittelförderpumpen, insbesondere mehrere Kühlmittelförderpumpen der zuvor genannten Art, aufweisen. Dadurch ist es z.B. möglich, das Kühlsystem mit einer gewissen Redundanz zu realisieren.
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Die Kühlmittelföderpumpen können derart angeordnet sein, dass sie parallel vom Kühlmittel durchströmbar sind. Die einzelnen Kühlmittelföderpumpen können unter anderem jeweils in einer eigenen Schachteinheit, insbesondere in einer Schachteinheit der zuvor genannten Art, angeordnet sein.
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Ferner kann das Kühlsystem ein Bestandteil einer Kühlturmanlage sein. Sinnvollerweise umfasst die Kühlturmanlage einen Kühlturm. Der Kühlturm kann ein Nass- oder ein Hybridkühlturm sein. Darüber hinaus kann der Kühlturm ein zwangsbelüfteter Kühlturm, auch Ventilatorkühlturm genannt, oder ein Naturzugkühlturm sein.
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Zweckmäßigerweise ist die Kühlmittelversprühanlage im Kühlturm angeordnet. Zudem ist es zweckmäßig, wenn das Verteilerbecken und/oder der Verteilsteigschacht im Kühlturm angeordnet sind/ist. Außerdem kann das Kraftschlussbecken zumindest abschnittsweise im Kühlturm angeordnet sein.
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Des Weiteren kann das Kühlsystem für jeden Kühlmittelverteilbereich des Kühlturms eine eigene Kühlmittelversprühanlage aufweisen.
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In bevorzugter Weise ist der Kühlturm ein Zellenkühlturm, welcher mehrere Kühlturmzellen umfasst. Weiter kann in jeder der Kühlturmzellen eine Kühlmittelversprühanlage, insbesondere eine der zuvor genannten Kühlmittelversprühanlagen des Kühlsystems, angeordnet sein. Jede dieser Kühlmittelversprühanlagen wiederum kann über einen separaten Verteilersteig-schacht mit dem Verteilerbecken verbunden sein.
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Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems, bei dem ein Kühlmittel mithilfe einer Kühlmittelversprühanlage versprüht wird.
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Eine kostengünstige Betriebsweise des Kühlsystems wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Kühlmittel mithilfe einer Kühlmittelförderpumpe von einem Wärmetauscher zu einem Verteilerbecken gefördert wird und das Kühlmittel mithilfe einer Kühlmittelverteilerpumpe vom Verteilerbecken zur Kühlmittelversprühanlage gefördert wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind jeweils Gegenstand abhängiger Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Das im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnte Kühlsystem kann insbesondere das oben beschriebene Kühlsystem sein. Das Verfahren kann also zum Betreiben des oben beschriebenen Kühlsystems eingesetzt werden. Weiterhin können einige, insbesondere alle, der im Zusammenhang mit dem Verfahren erwähnten Vorrichtungseinheiten Bestandteile des oben beschriebenen Kühlsystems sein.
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Sinnvollerweise ist das Kühlmittel unter denjenigen Bedingungen, bei denen das Kühlsystem betrieben wird, ein flüssiges Medium. Vorzugsweise besteht das Kühlmittel zumindest im Wesentlichen, insbesondere zu mindestens 90%, aus Wasser. Weiter kann das Kühlmittel einen oder mehrere Zusatzstoffe, wie z.B. ein Frostschutzmittel und/oder ein Mittel gegen sogenanntes Fouling, enthalten.
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Darüber hinaus ist es zweckmäßig, wenn das Kühlmittel mithilfe der Kühlmittelförderpumpe über den Wärmetauscher (bzw. durch den Wärmetauscher hindurch) zum Verteilerbecken gefördert wird.
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In bevorzugter Weise wird das Kühlmittel mithilfe der Kühlmittelverteilerpumpe durch einen Verteilersteigschacht vom Verteilerbecken zur Kühlmittelversprühanlage gefördert.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Kühlmittel mithilfe der Kühlmittelförderpumpe vom Wärmetauscher zu einem Kraftschlussbecken gefördert wird. Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Kühlmittel aus dem Kraftschlussbecken über einen Überlauf in das Verteilerbecken geleitet wird. Dadurch kann das Kühlmittel von der Kühlmittelförderpumpe unter Ausnutzung des sogenannten Hebereffekts/-prinzips vom Wärmetauscher zum Verteilerbecken gefördert werden.
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Alternativ ist es möglich, das Kühlmittel vom Wärmetauscher über eine Kühlmittelteilung direkt zum Verteilerbecken zu fördern.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird das Kühlmittel oder zumindest eine Teilmenge des Kühlmittels mithilfe mehrerer Kühlmittelverteilerpumpen vom Verteilerbecken zu unterschiedlichen Kühlmittelversprühanlagen gefördert. Das Kühlmittel bzw. die Teilmenge des Kühlmittels wird vorzugweise von jeder dieser Kühlmittelverteilerpumpen zu separaten Kühlmittelversprühanlagen gefördert. Die separaten Kühlmittelversprühanlagen wiederum können sich in unterschiedlichen Kühlmittelverteilbereichen, insbesondere in unterschiedlichen Kühlmittelverteilbereichen eines Kühlturms befinden. Ferner sind die Kühlmittelverteilerpumpen zweckmäßigerweise in unterschiedlichen Verteilersteigschächten angeordnet.
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Um eine Zufuhr des Kühlmittels zu einer der Kühlmittelversprühanlagen zu unterbinden (beispielsweise bei einem verringerten Kühlleistungsbedarf aufgrund einer niedrigen Außentemperatur), kann die jeweilige Kühlmittelverteilerpumpe außer Betrieb gesetzt werden.
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Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Teilmenge des Kühlmittels aus dem Verteilerbecken in ein Kühlmittelsammelbecken geleitet wird, insbesondere falls eine pro Zeiteinheit in das Kühlmittelsammelbecken eingeleitete Kühlmittelmenge eine Kühlmittelmenge überschreitet, welche in dieser Zeiteinheit aus dem Verteilerbecken über mehrere Verteilersteigschächte abgeführt wird. Vorzugweise wird das Kühlmittel dabei über einen Überlauf aus dem Verteilerbecken in das Kühlmittelsammelbecken geleitet.
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Sinnvollerweise wird das Kühlmittel mithilfe der zuvor genannten Kühlmittelversprühanlagen über dem Kühlmittelsammelbecken versprüht. Vorteilhafterweise wird das versprühte Kühlmittel von einem Luftstrom, insbesondere einem aufwärtsströmenden Luftstrom, gekühlt. Weiter ist es zweckmäßig, wenn das abgekühlte Kühlmittel in das Kühlmittelsammelbecken herabtropft.
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In vorteilhafter Weise wird das Kühlmittel mithilfe der Kühlmittelförderpumpe vom Kühlmittelsammelbecken zum Wärmetauscher gefördert. Vorzugsweise wird das Kühlmittel dabei durch eine Schachteinheit gefördert. Weiter ist es bevorzugt, wenn das Kühlmittel mithilfe der Kühlmittelförderpumpe über den Wärmetauscher zum Verteilerbecken gefördert wird.
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Zweckmäßigerweise wird das Kühlmittel in einem Steigschacht der Schachteinheit nach oben gefördert. Ferner ist es zweckmäßig, wenn das Kühlmittel aus dem Steigschacht in einen Fallschacht der Schachteinheit geleitet wird. Im Fallschacht strömt das Kühlmittel sinnvollerweise nach unten.
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Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammengefasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale jeweils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Kühlsystem und dem erfindungsgemäßen Verfahren kombinierbar. So sind Verfahrensmerkmale, gegenständlich formuliert, auch als Eigenschaft der entsprechenden Vorrichtungseinheit zu sehen und umgekehrt.
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Auch wenn in der Beschreibung bzw. in den Patentansprüchen einige Begriffe jeweils im Singular oder in Verbindung mit einem Zahlwort verwendet werden, soll der Umfang der Erfindung für diese Begriffe nicht auf den Singular oder das jeweilige Zahlwort eingeschränkt sein. Ferner sind die Wörter „ein“ bzw. „eine“ nicht als Zahlwörter, sondern als unbestimmte Artikel zu verstehen.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile der Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels der Erfindung, das im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert wird. Das Ausführungsbeispiel dient der Erläuterung der Erfindung und beschränkt die Erfindung nicht auf die darin angegebenen Kombinationen von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale des Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet und mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden.
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Es zeigen:
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1 eine Kühlturmanlage mit einem Kühlturm und einem Kühlsystem; und
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2 einen Schnitt des Kühlturm aus 1 entlang einer in 1 dargestellten Schnittebene II-II.
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1 zeigt eine schematische (Schnitt-)Darstellung einer Kühlturmanlage 2, welche ein Bestandteil eines Wärmekraftwerks ist, dessen weitere Bestandteile figürlich nicht dargestellt sind.
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Die Kühlturmanlage 2 umfasst einen Kühlturm 4 sowie ein Kühlsystem 6. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Kühlturm 4 ein als Zellenkühlturm ausgestalteter Nasskühlturm, welcher mehrere Kühlturmzellen 8 aufweist, wobei in der Perspektive aus 1 lediglich eine der Kühlturmzellen 8 erkennbar ist.
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Der Kühlturm 4 umfasst ein Schalentragwerk 10, welches auf mehreren voneinander beabstandeten Tragstützen 12 angeordnet ist, zwischen welchen Luft in den Kühlturm 4 eintreten kann.
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Ferner weist der Kühlturm 4 einen Luftausgang 14 auf, in welchem ein Ventilator 16 zum Ansaugen von Luft angeordnet ist. Der Kühlturm 4 ist also ein sogenannter zwangsbelüfteter Kühlturm.
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Das Kühlsystem 6 umfasst einen Wärmetauscher 18 zum Kühlen, insbesondere zum Kondensieren, von Wasserdampf aus einem Turbinendampfkreislauf des Wärmekraftwerks. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Wärmetauscher 18 ein Oberflächenkondensator, welcher von einem flüssigen Kühlmittel 20, wie z.B. mit chemischen Zusätzen versetztem Wasser, durchströmt wird.
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Außerdem weist das Kühlsystem 6 ein Kraftschlussbecken 22 auf, mit welchem der Wärmetauscher 18 ausgangsseitig über eine Verbindungsleitung 24 verbunden ist.
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Des Weiteren umfasst das Kühlsystem 6 ein Verteilerbecken 26, welches an das Kraftschlussbecken 22 grenzt, wobei der Wärmetauscher 18 über das Kraftschlussbecken 22 mit dem Verteilerbecken 26 verbunden ist.
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Darüber hinaus umfasst das Kühlsystem 6 ein Kühlmittelsammelbecken 28, welches an das Verteilerbecken 26 grenzt und eine sogenannte Kühlturmtasse der Kühlturmanlage 2 ausbildet.
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Das Verteilerbecken 26 und das Kühlmittelsammelbecken 28 sind vollständig im (bzw. direkt am) Kühlturm 4 angeordnet. Wohingegen das Kraftschlussbecken 22 nur abschnittsweise im (bzw. direkt am) Kühlturm 4 angeordnet ist.
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Ferner weist das Kraftschlussbecken 22 einen Überlauf 30 hin zum Verteilerbecken 26 auf, welcher dazu vorgesehen ist, das Kühlmittel 20 aus dem Kraftschlussbecken 22 in das Verteilerbecken abzuführen. Das Verteilerbecken 26 wiederum weist einen Überlauf 32 zum Kühlmittelsammelbecken 28 auf, welcher dazu vorgesehen ist, zumindest eine Teilmenge des Kühlmittels 20 aus dem Verteilerbecken 26 in das Kühlmittelsammelbecken 28 abzuführen.
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Grundsätzlich könnte der Wärmetauscher 18 über eine Verbindungsleitung 24 direkt mit dem Verteilerbecken 26 verbunden sein. In diesem Fall könnte prinzipiell auf das Kraftschlussbecken 22 mit seinem Überlauf 30 verzichtet werden bzw. könnten das Kraftschlussbecken 22 und das Verteilerbecken 26 eine Beckeneinheit (ohne Überlauf 30) ausbilden.
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Zudem umfasst das Kühlsystem 6 mehrere vertikal angeordnete, als Hohlzylinder ausgestaltete Verteilersteigschächte 34, die jeweils abschnittsweise, insbesondere mit ihrem unteren Ende, im Verteilerbecken 26 angeordnet sind. In der Perspektive aus 1 ist lediglich einer der Verteilersteigschächte 34 erkennbar.
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Das Kühlsystem 6 umfasst außerdem mehrere Kühlmittelversprühanlagen 36, die über dem Kühlmittelsammelbecken 28 angeordnet sind und jeweils mehrere horizontal angeordnete Verteilerrohre 38 mit äquidistant zueinander angeordneten Sprühköpfen 40 aufweisen. In 1 ist lediglich eine der Kühlmittelversprühanlagen 36 erkennbar. Jeder der Verteilersteigschächte 34 ist mit einer dieser Kühlmittelversprühanlagen 36 verbunden. Folglich sind die Kühlmittelversprühanlagen 36 eingangsseitig jeweils über einen der Verteilersteigschächte 34 mit dem Verteilerbecken 26 verbunden.
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Weiterhin weist das Kühlsystem 6 mehrere Kühlmittelverteilerpumpen 42 auf, die ausgangsseitig des Wärmetauschers 18 sowie eingangsseitig der Kühlmittelversprühanlage 36 angeordnet sind. Insbesondere ist in jedem der Verteilersteigschächte 34 eine dieser Kühlmittelverteilerpumpen 42 angeordnet. Die Kühlmittelverteilerpumpen 42 sind dazu eingerichtet, zumindest eine Teilmenge des im Verteilerbecken 26 befindlichen Kühlmittels 20 vom Verteilerbecken 26 zur jeweiligen Kühlmittelversprühanlage 36 zu fördern.
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Darüber hinaus weist das Kühlsystem 6 eine Schachteinheit 44 auf, welche einen Fallschacht 46 und einen an den Fallschacht 46 angrenzenden Steigschacht 48 umfasst. Der Fallschacht 46 und der Steigschacht 48 weisen eine gemeinsame Wandung 50, welche einen Überlauf vom Steigschacht 48 hin zum Fallschacht 46 ausbildet.
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Der Steigschacht 48 ist über eine Verbindungsleitung 24 mit dem Kühlmittelsammelbecken 28 verbunden und der Wärmetauscher 18 ist eingangsseitig über eine andere Verbindungsleitung 24 mit dem Fallschacht 46 verbunden.
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Ferner umfasst das Kühlsystem 6 eine im Steigschacht 46 angeordnete Kühlmittelförderpumpe 52, welche dazu eingerichtet ist, das Kühlmittel 20 vom Kühlmittelsammelbecken 28 über den Wärmetauscher 18 zum Verteilerbecken 26 zu fördern. Da der Steigschacht 48 eingangsseitig des Wärmetauschers 18 angeordnet ist, ist auch die Kühlmittelförderpumpe 52 eingangsseitig des Wärmetauschers 18 angeordnet.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Kühlmittelförderpumpe 52 sowie die Kühlmittelverteilerpumpen 42 als Rohrschachtpumpen ausgestaltet.
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Die Kühlturmanlage 2 kann neben den zuvor beschriebenen Elementen weitere Elemente umfassen, die einer besseren Übersichtlichkeit figürlich nicht dargestellt sind. So kann die Kühlturmanlage 2 z.B. einen im Kühlturm 4 angeordneten Tropfenabscheider aufweisen. Ferner kann die Kühlturmanlage 2 eine mit einer Kühlmittelquelle verbundene Leitung zur Kompensation von Kühlmittelverlusten aufweisen.
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Beim Betrieb des Kühlsystems 6 wird das Kühlmittel 20 mithilfe der Kühlmittelförderpumpe 52 vom Kühlmittelsammelbecken 28 durch die Schachteinheit 44 zum Wärmetauscher 18 gefördert. Im Steigschacht 48 der Schachteinheit 44 wird das Kühlmittel 20 mithilfe der Kühlmittelförderpumpe 52 nach oben gefördert. Vom Steigschacht 48 fließt das Kühlmittel 20 in den Fallschacht 46, wo es dann nach unten strömt.
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Im Wärmetauscher 18 gibt der den Wärmetauscher 18 durchströmende Wasserdampf aus dem Turbinendampfkreislauf einen Teil seiner Wärmeenergie an das Kühlmittel 20 ab, welches ebenfalls den Wärmetauscher 18 durchströmt.
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Weiterhin wird das Kühlmittel 20 vom Wärmetauscher 18 mithilfe der Kühlmittelförderpumpe 52 über das Kraftschlussbecken 22 zum Verteilerbecken 26 gefördert. Aus dem Kraftschlussbecken 22 wird das Kühlmittel 20 dabei über den Überlauf 30 des Kraftschlussbeckens 22 in das Verteilerbecken 26 geleitet, sodass das Kühlmittel 20 unter Ausnutzung des sogenannten Hebereffekts/-prinzips vom Wärmetauscher 18 zum Verteilerbecken 26 gelangt.
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Des Weiteren wird das Kühlmittel 20 bzw. eine Teilmenge des Kühlmittels 20 mithilfe der Kühlmittelverteilerpumpen 42 durch die jeweiligen Verteilersteigschächte 32 vom Verteilerbecken 26 zu den jeweiligen Kühlmittelversprühanlage 36 gefördert.
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Wird nicht die maximale Kühlleistung des Kühlsystems 6 benötigt, so wird mindestens eine der Kühlmittelverteilerpumpen 42 außer Betrieb gesetzt, sodass eine Teilmenge des Kühlmittels 20 aus dem Verteilerbecken 26 über den Überlauf 32 des Verteilerbeckens 26 in das Kühlmittelsammelbecken 28 geleitet. Der Überlauf 32 des Verteilerbeckens 26 dient hierbei als Bypass vom Verteilerbecken 26 zum Kühlmittelsammelbecken 28.
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Die Strömungsrichtungen 54 des Kühlmittels 20 sind in 1 in Form von Pfeilen dargestellt.
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Ferner wird das Kühlmittel 20 mithilfe der Kühlmittelversprühanlagen 36 über dem Kühlmittelsammelbecken 28 versprüht. Mittels des Ventilators 16 wird Luft in den Kühlturm 4 gesaugt, sodass im Kühlturm 4 ein aufwärtsströmender Luftstrom entsteht. Das versprühte Kühlmittel wird vom Luftstrom gekühlt, wobei das abgekühlte Kühlmittel in das Kühlmittelsammelbecken 28 herabtropft, von wo es mithilfe der Kühlmittelförderpumpe 52 erneut zum Wärmetauscher 18 gefördert wird.
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Auch wenn im vorliegenden Ausführungsbeispiel nur eine Kühlmittelförderpumpe 52 vorgesehen ist, kann das Kühlsystem 6 grundsätzlich mehrere Kühlmittelförderpumpen 52, insbesondere mehrere parallel geschaltete Kühlmittelförderpumpen 52, umfassen. Diese Kühlmittelförderpumpen 52 können beispielsweise jeweils in einer eigenen Schachteinheit 44 angeordnet sein und/oder jeweils mit dem Kraftschlussbecken 28 und dem Wärmetauscher 18 verbunden sein.
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In 1 ist außerdem eine Schnittebene II-II abgebildet, auf welche sich die Darstellung aus 2 bezieht.
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2 zeigt einen schematischen Schnitt des Kühlturms 4 entlang der Schnittebene II-II.
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Aus 2 ist ersichtlich, dass der Kühlturm 4 drei nebeneinander angeordnete Kühlturmzellen 8 aufweist, wobei benachbarte Kühlturmzellen 8 jeweils durch eine Trennwand 56 voneinander getrennt sind. Prinzipiell könnte der Kühlturm 4 aber auch eine niedrigere oder eine höhere Anzahl von Kühlturmzellen 8 aufweisen.
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In den drei Kühlturmzellen 8 sind jeweils einer der zuvor erwähnten Verteilersteigschächte 34 und eine der zuvor erwähnten Kühlmittelversprühanlagen 36 angeordnet. Weiter ist ersichtlich, dass jede der Kühlmittelversprühanlagen 36 im vorliegenden Fall vier parallel zueinander angeordnete Verteilerrohre 38 aufweist, die über ein gemeinsames Leitungselement 58 mit dem Verteilersteigschacht 34 der jeweiligen Kühlturmzelle 8 verbunden sind.
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Ferner sind in 2 das Verteilerbecken 26 mit seinem Überlauf 32, das Kühlmittelsammelbecken 28 sowie der Überlauf 30 des Kraftschlussbeckens 22 in einer Draufsicht dargestellt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das offenbarte Beispiel eingeschränkt und andere Variationen können hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
