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Die Erfindung betrifft ein Kühlsystem, umfassend zumindest eine selbstentleerende Freikühleinrichtung, zumindest einen Mediumtank, zumindest ein Leitungssystem zwischen dem zumindest einen Mediumtank und der zumindest einen selbstentleerenden Freikühleinrichtung und zumindest eine Pumpeinrichtung zum Fördern von Medium zu der zumindest einen Freikühleinrichtung, eine Energiespareinrichtung für ein solches Kühlsystem sowie ein Verfahren zum energieoptimierten Betreiben eines Kühlsystems mit zumindest einer selbstentleerenden Freikühleinrichtung, zumindest einem Mediumtank, zumindest einem Leitungssystem zwischen dem zumindest einen Mediumtank und der zumindest einen selbstentleerenden Freikühleinrichtung und zumindest einer Pumpeinrichtung zum Fördern von Medium zu der zumindest einen Freikühleinrichtung.
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Kühlsysteme zum Kühlen unterschiedlichster Medien sind im Stand der Technik bekannt, beispielsweise auch in Kombination mit sich selbst entleerenden Freikühleinrichtungen. Derartige Freikühleinrichtungen arbeiten nach dem Konvektionsprinzip. Dabei wird einem zu kühlenden Medium mittels Umgebungsluft Wärme entzogen. Um diesen Vorgang möglichst effektiv zu gestalten, strömt das Medium durch einen Wärmetauscher. Ein Beispiel hierfür ist aus der
DE 196 13 910 A1 bekannt. Das nach dem erfolgten Kühlvorgang gekühlte Medium strömt von der Freikühleinrichtung über ein Leitungssystem zu einem Mediumtank, von dem aus es entnommen werden kann, um wiederum als Kühlmedium, beispielsweise in einer technischen Anlage, zur Verfügung zu stehen. Medium wird von dem Mediumtank über das Leitungssystem zu der Freikühleinrichtung vermittels einer Pumpeinrichtung gefördert. Da zumindest der Teil des Kühlsystems, der die Freikühleinrichtungen umfasst, Umgebungstemperaturen ausgesetzt ist und somit bei niedrigen Umgebungstemperaturen das innerhalb des Leitungssystems befindliche Medium zum Gefrieren neigen kann, ist es, um ein Einfrieren des Mediums innerhalb des Leitungssystems vermeiden zu können, insbesondere auch aus der
DE 196 13 910 A1 ferner bekannt, das im Leitungssystem vorhandene Medium in den Mediumtank zurücklaufen zu lassen. Zu diesem Zweck ist zumindest ein Teilabschnitt des Leitungssystems geneigt mit einer Neigung weg von der Freikühleinrichtung hin zu dem Mediumtank im Raum angeordnet. Zur Selbstentleerung des Leitungssystems in Richtung des Mediumtanks wird üblicherweise ein Ventil geöffnet, so dass das Medium selbstständig aufgrund der Neigung des Leitungssystems im Raum von der Freikühleinrichtung in Richtung zu dem Mediumtank zurückfließt. Hierdurch kann ein Einfrieren von Medium innerhalb des Leitungssystems bei niedrigen Außentemperaturen und dementsprechend ein ungewolltes Beschädigen insbesondere des Leitungssystems, jedoch auch der Freikühleinrichtung vermieden werden. Die Notwendigkeit für eine Entleerung des Leitungssystems bei Stillstand der Pumpeinrichtung, also dann, wenn das Kühlsystem nicht im Betrieb ist, tritt lediglich bei Medien auf, die zum Einfrieren neigen. Dementsprechend tritt das Problem eines Einfrierens beispielsweise nicht bei Glykol auf, da dieses Medium auch bei niedrigen Temperaturen, wie sie üblicherweise im Winter auftreten werden, nicht zum Einfrieren neigt.
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Aufgrund der Anordnung der Freikühleinrichtung in einer im Raum höher gelegenen Positionierung als den Mediumtank, um die gewünschte Neigung des Leitungssystems zwischen der selbstentleerenden Freikühleinrichtung und dem Mediumtank zu ermöglichen, ist es erforderlich, dass zum Wiederanlauf des Kühlsystems nach Start der Pumpeinrichtung deren Anfahrleistung die geodätische Höhendifferenz überwindet, um beim Anlaufen bzw. Anfahren des Kühlsystems das Medium von dem räumlich unterhalb der Freikühleinrichtung gelegenen Mediumtank zu der Freikühleinrichtung zu fördern. Steht nachfolgend im Betrieb im gesamten Leitungssystem wieder Medium an, fördert die zumindest eine Pumpeinrichtung das Medium dann umlaufend im Kreis durch das Leitungssystem hindurch von dem Mediumtank zu der Freikühleinrichtung und wieder zurück zum Mediumtank. Teilweise kann die Höhendifferenz zwischen der Positionierung der selbstentleerenden Freikühleinrichtung und der Positionierung des Mediumtanks im Raum ca. 7 m oder sogar mehr betragen, was einem Unterdruck von 0,7 bar entspricht. Aufgrund dieses Unterdrucks strömt das Medium nach Abschalten der Pumpeinrichtung und Öffnen des Ventils durch das Leistungssystem in den Mediumtank selbständig zurück. Um die teilweise erhebliche Höhendifferenz überwinden zu können, ist es erforderlich, eine Pumpeinrichtung zu verwenden, die eine entsprechende Pumpleistung zur Verfügung stellen kann. Im umlaufenden Betrieb des Kühlsystems ist es dann eigentlich nicht mehr erforderlich, eine mit einer solch hohen Pumpleistung ausgestattete Pumpeinrichtung, die somit einen hohen Energiebedarf hat, zu verwenden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Kühlsystem, umfassend zumindest eine selbstentleerende Freikühleinrichtung, zumindest einen Mediumtank, zumindest ein Leitungssystem zwischen dem zumindest einen Mediumtank und der zumindest einen selbstentleerenden Freikühleinrichtung und zumindest eine Pumpeinrichtung zum Fördern von Medium zu der zumindest einen Freikühleinrichtung vorzusehen, das im Hinblick auf den Energiebedarf verbessert wird.
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Die Aufgabe wird für ein Kühlsystem nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass zumindest eine Energieeinspareinrichtung vorgesehen ist, wobei die Energieeinspareinrichtung zumindest eine Einrichtung zum Einstellen zumindest zweier Betriebspunkte der Pumpeinrichtung umfasst. Für eine Energieeinspareinrichtung für ein Kühlsystem wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Energieeinspareinrichtung zumindest eine Einrichtung zur Drehzahlein- und -verstellung der zumindest einen Pumpeinrichtung zum Betreiben der zumindest einen Pumpeinrichtung mit zumindest zwei Drehzahlen zum Einstellen zumindest zweier Betriebspunkte der Pumpeinrichtung umfasst. Für ein Verfahren zum energiesparenden Betreiben eines Kühlsystems nach dem Oberbegriff des Anspruchs 10 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zur Energieeinsparung die zumindest eine Pumpeinrichtung mit zumindest zwei Drehzahlen betrieben wird, wobei beim Anfahren des Kühlsystems die zumindest eine Pumpeinrichtung mit einer höheren Drehzahl betrieben wird als im laufenden Betrieb. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Dadurch wird ein Kühlsystem geschaffen, das zum Kühlen von Medium unter Verwendung von zumindest einer selbstentleerenden Freikühleinrichtung vorgesehen ist und bei dem durch zumindest eine Energieeinspareinrichtung zumindest zwei Betriebspunkte der Pumpeinrichtung eingestellt werden können. Hierdurch wird die Pumpeinrichtung beim Anfahren des Kühlsystems zum Fördern von Medium in Richtung der zumindest einen Freikühleinrichtung in einem ersten Betriebspunkt betrieben, der ein Überwinden der Höhendifferenz zwischen der geodätischen Höhe der Position des zumindest einen Mediumtanks und der geodätischen Höhe der Position der zumindest einen selbstentleerenden Freikühleinrichtung ermöglicht. Sobald Medium zumindest bis zur höchstgelegenen Stelle des Leitungssystems gefördert ist oder sogar innerhalb des gesamten Leitungssystems ansteht, schaltet die Energieeinspareinrichtung die zumindest eine Pumpeinrichtung in einen zweiten Betriebspunkt um, der einen geringeren Energiebedarf der Pumpeinrichtung bedeutet, da im zweiten Betriebspunkt diese für das Umpumpen, also Fördern des Mediums im Kreislauf innerhalb des Leitungssystems, weniger Leistung und dementsprechend weniger Energie benötigt als für das erstmalige Überwinden der Höhendifferenz zwischen der Position des zumindest einen Mediumtanks und der Position der zumindest einen selbstentleerenden Freikühleinrichtung in einem Raum.
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Zumindest Teile des Medium führenden Leitungssystems, insbesondere Wasser führenden Leitungssystems, die im Bereich der Freikühleinrichtung angeordnet sind bzw. direkt mit dieser verbunden sind, werden mit Gefälle in Richtung weg von der zumindest einen Freikühleinrichtung geneigt angeordnet. Insbesondere kann ein Neigungswinkel von 1,5 bis 3° bzw. ein Gefälle von 3 bis 5 % in Richtung zum Mediumtank vorgesehen werden. Zwischen der zumindest einen Freikühleinrichtung und dem zumindest einen Mediumtank ist beispielsweise eine Höhendifferenz (im Raum gemessen) von zumindest 2,5 m vorgesehen, damit bei Abschalten der Pumpeinrichtung ein problemloses Entleeren der Freikühleinrichtung und des Leitungssystems in Richtung des Mediumtanks gewährleistet werden kann. Das durch das Leitungssystem strömende Medium kann beispielsweise Hydraulik-Kühlmedium sein, das durch die Aufnahme von Wärme aus einer Hydraulikeinrichtung, zu deren Kühlung, erwärmt wird. Dieses erwärmte Medium wird unter Zuhilfenahme der zumindest einen Pumpeinrichtung zum Mediumtank und von dort über das zumindest eine Leitungssystem zu der zumindest einen Freikühleinrichtung gefördert, um in der Freikühleinrichtung zu kühlen. Nach dem Kühlvorgang in der Freikühleinrichtung wird das darin abgekühlte z.B. Hydraulik-Kühlmedium über das zumindest eine Leitungssystem zurück zu dem zumindest einen Mediumtank gefördert. Dort steht es für einen erneuten Kühlvorgang wieder zur Verfügung und kann dementsprechend wiederum z.B. einer Hydraulikeinrichtung, um diese durch Wärmeaufnahme zu kühlen, zugeführt werden.
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Da eine solche Freikühleinrichtung und Leitungen des zumindest einen Leitungssystems in dem Bereich der zumindest einen Freikühleinrichtung mit Umgebungstemperaturen in Kontakt kommen, kann es bei besonders niedrigen Umgebungstemperaturen um den Gefrierpunkt und darunter zu einem Einfrieren des in dem Leitungssystem strömenden Mediums, wie beispielsweise eines Hydraulik-Kühlmediums, kommen. Dementsprechend wird nach dem Abschalten der zumindest einen Pumpeinrichtung das noch im Leitungssystem befindliche Medium, wie beispielsweise Hydraulik-Kühlmedium, aus dem Leitungssystem in den zumindest einen Mediumtank zurückströmen gelassen durch das Vorsehen zumindest eines geneigten Abschnitts des Leitungssystems, der von der zumindest einen Freikühleinrichtung in Richtung zu dem zumindest einen Mediumtank geneigt ist.
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Die Einrichtung zum Einstellen zumindest zweier Betriebspunkte der Pumpeinrichtung ist vorteilhaft als Einrichtung zur Drehzahlein- und -verstellung der zumindest einen Pumpeinrichtung zum Betreiben von dieser mit zumindest zwei Drehzahlen ausgebildet. Hierdurch ist es möglich, die Pumpeinrichtung zunächst mit einer höheren Drehzahl zu betreiben, um beim Anfahren des Kühlsystems die Höhendifferenz zwischen dem Mediumtank und der Freikühleinrichtung zu überwinden. Hierbei ist das Leitungssystem vorteilhaft offen, so dass Luft Beim Füllen des Leitungssystems mit Medium entweichen kann. Sobald das Leitungssystem mit Medium gefüllt ist, kann die Drehzahl der zumindest einen Pumpeinrichtung reduziert werden, da nachfolgend die Höhendifferenz zwischen Mediumtank und Freikühleinrichtung nicht mehr zu überwinden ist, sondern im gesamten Leitungssystem Medium ansteht, so dass durch die Pumpeinrichtung im laufenden Betrieb lediglich eine Förderung des Mediums im geschlossenen Leitungssystem im Kreis erfolgt. Dementsprechend erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Einrichtung zur Drehzahlein- und -verstellung der zumindest einen Pumpeinrichtung diese beim Anfahren des Kühlsystems mit einer höheren Drehzahl betreibt als im nachfolgenden laufenden bzw. das Medium im Leitungssystem umpumpenden Betrieb. Der erste Betriebspunkt der Pumpeinrichtung ist somit der, bei dem die Pumpeinrichtung mit einer höheren Drehzahl betrieben wird, um über die höhere Pumpeinrichtungsleistung die Höhendifferenz zwischen Mediumtank und Freikühleinrichtung zu überwinden und die Förderung von Medium innerhalb des Leitungssystems in Gang zu setzen. Der zweite Betriebspunkt der Pumpeinrichtung ist der, in dem die Pumpeinrichtung das Medium mit einer niedrigeren Drehzahl und somit bei einer geringeren Leistung der Pumpeinrichtung fördert, um den laufenden Umwälzbetrieb für das Medium innerhalb des Leitungssystems aufrecht zu erhalten.
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Um einerseits das Leitungssystem von der zumindest einen Freikühleinrichtung in Richtung des zumindest einen Mediumtanks entleeren und andererseits das Kühlsystem unter Fördern von Medium von dem Mediumtank in Richtung der zumindest einen Freikühleinrichtung durch das Leitungssystem hindurch unter Überwinden der Höhendifferenz zwischen Mediumtank und Freikühleinrichtung starten zu können, ist zumindest eine Ventileinrichtung vorgesehen, die sowohl zum Selbstentleeren des Leitungssystems als auch beim Anfahren des Kühlsystems geöffnet wird, um Luft einerseits in das Leitungssystem hineinströmen zu lassen zum Selbstentleeren des Leitungssystems und andererseits aus diesem entweichen lassen zu können beim Anfahren des Kühlsystems und Füllen des Leistungssystems mit Medium durch entsprechende Förderung des Mediums vermittels der zumindest einen Pumpeinrichtung von dem zumindest einen Mediumtank zu der zumindest einen Freikühleinrichtung.
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Die zumindest eine Ventileinrichtung dient ferner zum Schließen des Leitungssystems, sobald das Leitungssystem wieder mit Medium gefüllt ist und ein umlaufender bzw. umwälzender Betrieb für das Medium innerhalb des Leitungssystems durchgeführt werden soll. Somit wird die zumindest eine Ventileinrichtung zunächst für den Anlauf bzw. das Anfahren des Pumpbetriebs und somit des Kühlsystems geöffnet und, sobald sich Medium innerhalb des gesamten Leitungssystems befindet oder zumindest bis zur höchstgelegenen Stelle des Leitungssystems gefördert ist, wieder geschlossen, um einen umlaufenden bzw. umwälzenden Betrieb bei sog. hängender Mediumsäule zu ermöglichen. Beim Abschalten der zumindest einen Pumpeinrichtung bzw. nach deren Abschalten wird die zumindest eine Ventileinrichtung geöffnet, um das Selbstentleeren des Leitungssystems von der zumindest einen Freikühleinrichtung in Richtung des zumindest einen Mediumtanks zu ermöglichen. Hierdurch ist ein sicheres Entleeren des Leitungssystems möglich, wobei nach Öffnen der Ventileinrichtung der im Leitungssystem herrschende Unterdruck das Medium in Richtung des zumindest einen Mediumtanks strömen lässt. Als Ventileinrichtung kann beispielsweise ein Magnetventil vorgesehen werden. Ebenfalls ist es möglich, ein oder mehrere Magnetventile in Kombination mit zumindest einer Belüftungseinrichtung vorzusehen, anstelle von oder zusätzlich zu dem bloßen Öffnen des Leitungssystems durch Öffnen beispielsweise des Magnetventils oder einer anderweitigen Ventileinrichtung. Die zumindest eine Belüftungseinrichtung kann somit ein zusätzliches Belüften des Leitungssystems beim Anfahren des Kühlsystems und/oder nach Abschalten der zumindest einen Pumpeinrichtung bewirken.
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Die Einrichtung zur Drehzahlein- und -verstellung der Energieeinspareinrichtung kann als Vorschalteinrichtung für die zumindest eine Pumpeinrichtung ausgebildet sein/werden. Dementsprechend ist es möglich, eine solche Einrichtung zur Drehzahlein- und -verstellung in Form einer Vorschalteinrichtung bei einem bestehenden Kühlsystem nachzurüsten. Die Vorschalteinrichtung wird lediglich der Pumpeinrichtung vorgeschaltet und steuert diese entsprechend an, damit die Pumpeinrichtung mit den gewünschten zumindest zwei Drehzahlen zum gewünschten Zeitpunkt bzw. eine gewünschte Zeitspanne läuft und dementsprechend beim Anfahren des Kühlsystems eine höhere Leistung erbringen kann als für den umlaufenden bzw. umwälzenden Betrieb.
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Die Einrichtung zur Drehzahlein- und -verstellung der zumindest einen Pumpeinrichtung umfasst beispielsweise zumindest einen Frequenzumrichter, der der Drehzahlverstellung dient, um die zumindest zwei Betriebspunkte der Pumpeinrichtung einstellen zu können. Ferner ist vorteilhaft zumindest eine Ansteuerungseinrichtung vorgesehen, die beispielsweise über einen vorgebbaren Programmablauf die Einrichtung zur Drehzahlein- und -verstellung entsprechend ansteuert, damit diese der Pumpeinrichtung die zumindest zwei Drehzahlen vorgibt bzw. diese mit den zumindest zwei Drehzahlen antreibt.
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Das Leitungssystem wird somit beim Anfahren des Kühlsystems vorteilhaft zunächst geöffnet, um das Fördern des Mediums von dem zumindest einen Mediumtank durch das Leitungssystem zu der zumindest einen Freikühleinrichtung in Gang zu setzen, wobei in dem Leitungssystem vorhandene Luft aus diesem ausgetrieben wird, während das Medium in das Leitungssystem einströmt. Für den umlaufenden Betrieb wird die Ventileinrichtung nachfolgend geschlossen. Durch das Betreiben der zumindest einen Pumpeinrichtung in zumindest zwei Betriebspunkten, in denen die Pumpeinrichtung mit unterschiedlichen Drehzahlen betrieben wird, ist eine möglich, eine erhebliche Menge an Energie gegenüber dem sonst üblichen Betrieb einzusparen, insbesondere bis zu 30 %.
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Eine zusätzliche Energieeinsparung ist durch das Betreiben des Kühlsystems im Teillastbetrieb möglich. Hierbei strömt nur eine Teilmenge an Medium in das Leitungssystem ein, z.B. die halbe Menge an Medium im Verglich zur Menge an Medium, die ansonsten zum vollständigen Befüllen des Leitungssystems erforderlich wäre. Die Teilmenge an Medium wird innerhalb des Leitungssystems durch die zumindest eine Pumpeinrichtung gefördert. Durch das Vorsehen eines solchen Teillastbetriebs wird z.B. eine Energieersparnis von bis zu 75 % möglich. Beispielsweise kann zumindest eine Umschalteinrichtung vorgesehen sein/werden, über die ein Umschalten von einem Volllastbetrieb, bei dem das Leitungssystem vollständig mit Medium durch die zumindest eine Pumpeinrichtung befüllt wird, in einen Teillastbetrieb, in dem nur eine Teilmenge an Medium in das Leitungssystem einströmt und im laufenden Betrieb in diesem im Kreis gefördert wird, möglich ist. Ferner kann zum Einstellen eines oder des Teillastbetriebs zumindest eine Teillastbetrieb-Einstelleinrichtung vorgesehen sein. Durch die Möglichkeit eines Umschaltens von einem Volllast- in einen Teillastbetrieb und wieder zurück in einen Vollastbetrieb ist eine schnelle und optimale Anpassung an unterschiedliche Kühlanforderungen möglich. Die über die zumindest eine Freikühleinrichtung zu kühlende Mediummenge kann vorgegeben oder vorteilhaft jederzeit problemlos variiert und somit bedarfsgerecht eingestellt bzw. angepasst werden.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird im Folgenden ein Ausführungsbeispiel von dieser näher anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt in:
- 1 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kühlsystems mit erfindungsgemäßer Energiespareinrichtung.
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1 zeigt eine Prinzipskizze des Aufbaus eines Kühlsystems 1, das drei Freikühleinrichtungen 2, 3, 4, zwei Mediumtanks 5, 6 sowie ein Leitungssystem 7 umfasst. Ferner ist innerhalb des Leitungssystems 7 eine Pumpeinrichtung 8 angeordnet, die Medium 9 von dem ersten Mediumtank 5 durch eine Zuführleitung 70 des Leitungssystems 7 zu den drei Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 fördert und über eine Rückführleitung 71 des Leitungssystems 7 von diesen zurück in den zweiten Mediumtank 6. Der erste und der zweite Mediumtank 5, 6 sind über eine Verbindungsleitung 72 miteinander verbunden, so dass ein Austausch von Medium zwischen den beiden Mediumtanks 5, 6 erfolgen kann.
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Räumlich betrachtet sind die Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 höher als die beiden Mediumtanks 5, 6 angeordnet. Sowohl die Zuführleitung 70 als auch die Rückführleitung 71 weisen im Bereich der drei Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 jeweils einen in Richtung weg von den Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 geneigten Leitungsabschnitt 73, 74 auf. Durch Vorsehen eines Gefälles bzw. einer Neigung mit einem Neigungswinkel α von beispielsweise α = 3% bis 5%, entsprechend 1,5 ° bis 3 °, ist ein selbstständiges Entleeren der Leitungsabschnitte 73, 74 und somit auch der Rückführleitung 71 und der Zuführleitung 70 in Richtung zu den beiden Mediumtanks 5, 6 bzw. insbesondere des zweiten Mediumtanks 6 möglich. Somit sind die Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 selbstentleerend. Bei Abschalten der Pumpeinrichtung entsteht ein Unterdruck in Richtung zumindest des zweiten Mediumtanks 6, der das Medium 9 in diesen strömen lässt, unterstützt durch das Gefälle der Zuführleitung 70 und der Rückführleitung 71. Ein solches selbstständiges Entleeren des Leitungssystems 7 erweist sich bei solchen Medien, die durch das Leitungssystem 7 gepumpt werden bzw. strömen, als sinnvoll, die zum Einfrieren bei niedrigen Temperaturen neigen. Die Freikühleinrichtungen können beispielsweise als Ventilatoren ausgebildet sein. Da die Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 dabei üblicherweise Umgebungsbedingungen, also auch Umgebungstemperaturen ausgesetzt sind, um die Kühlwirkung durch Konvektion zu erzielen, kann das dort strömende oder sich in dem Leitungssystem 7 befindende Medium 9 einfrieren, sofern nicht ein nicht einfrierendes Medium, wie Glykol, verwendet wird.
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Um das Leitungssystem 7 sich schnell in Richtung der beiden Mediumtanks 5, 6 selbstständig entleeren lassen zu können, kann ein Ventil 10, beispielsweise ein Magnetventil, das im Leitungssystem 7 im Bereich der Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 angeordnet ist, geöffnet und hierüber das Entleeren unterstützt werden. Zusätzlich kann zumindest eine Belüftungseinrichtung 11 vorgesehen werden, wodurch ein noch schnelleres und besseres Rückströmen des Mediums 9 durch die insbesondere Rückführleitung 71, jedoch auch die Zuführleitung 70 in Richtung der beiden Mediumtanks 5, 6 möglich ist. Entlang der Zuführleitung 70 kann eine weitere Belüftungseinrichtung 12 angeordnet werden, wie beispielhaft in 1 angedeutet, um auch diese zumeist länger als die Rückführleitung 71 ausgebildete Zuführleitung 70 schnell entleeren zu können.
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Das Kühlsystem 1 umfasst im Bereich der Pumpeinrichtung 8 eine Energieeinspareinrichtung 14, die der Drehzahlverstellung bzw. Drehzahleinstellung der Pumpeinrichtung 8 dient. Beim Start des Kühlsystems 1, somit des Kühlvorgangs, der unter Zuhilfenahme der drei Freikühlereinrichtungen 2, 3, 4 erfolgen soll, steuert die Energieeinspareinrichtung 14 daher die Pumpeinrichtung 8 zunächst dahingehend an, dass diese mit einer vergleichsweise hohen Förderleistung und somit vergleichsweise hohen Drehzahl arbeitet, um die Höhendifferenz H zwischen der Position h1 des ersten Mediumtanks 5 bzw. des zweiten Mediumtanks 6 und der Position h2 der drei Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 zu überwinden. Sobald das gesamte Leitungssystem 7 mit Medium 9 gefüllt ist oder sobald Medium bis zur höchstgelegenen Stelle des Leitungssystems, der sich insbesondere im Leitungsabschnitt 73 und der Freikühleinrichtung 4 befindet, gefördert ist, kann durch die Energieeinspareinrichtung 14 die Drehzahl der Pumpeinrichtung 8 reduziert werden. Dementsprechend ist es über die Energieeinspareinrichtung möglich, zumindest zwei Betriebspunkte der Pumpeinrichtung 8 einzustellen, einen ersten Betriebspunkt, in dem die Pumpeinrichtung 8 mit einer höheren Drehzahl läuft, um die Höhendifferenz H zwischen dem ersten Mediumtank 5 und den Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 zu überwinden, also Medium zu diesen zu fördern, und einem zweiten Betriebspunkt, in dem die Pumpeinrichtung 8 im laufenden Betrieb mit einer demgegenüber geringeren Drehzahl läuft. Der erste Betriebspunkt der Pumpeinrichtung 8 ist somit der Lauf der Pumpeinrichtung 8 mit einer höheren Drehzahl und der zweite Betriebspunkt der Pumpeinrichtung 8 der, in dem diese mit einer demgegenüber niedrigeren Drehzahl läuft. Hierdurch ist es möglich, bis zu 30 % Energie einzusparen gegenüber dem Betrieb einer Pumpeinrichtung 8 ohne eine solche Energieeinspareinrichtung 14, die das Einstellen zweier Betriebspunkte der Pumpeinrichtung ermöglicht.
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Die Energieeinspareinrichtung 14 umfasst eine Einrichtung 15, über die die Drehzahl der Pumpeinrichtung ein- bzw. verstellt werden kann, und eine Ansteuerungseinrichtung 16, die bei Feststellen, dass das gesamte Leitungssystem 7 mit Medium gefüllt ist und somit ein umlaufender Betrieb bezüglich des Mediums 9 erfolgen kann, die Einrichtung 15 dahingehend aktiviert, dass diese die Drehzahl der Pumpeinrichtung reduziert. Die Einrichtung 15 kann dementsprechend gezielt eine gewünschte Drehzahl der Pumpeinrichtung 8 einstellen. Als Einrichtung 15 zur Drehzahlver- bzw. -einstellung kann beispielsweise ein Frequenzumrichter vorgesehen werden.
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Neben dem Betrieb des Kühlsystems 1 im Vollastbetrieb ist auch ein Betreiben im Teillastbetrieb möglich. Hierbei wird im Vergleich zum Volllastbetrieb nur eine Teilmenge an Medium durch das Leitungssystem gefördert. Diese Teilmenge an Medium wird ebenfalls durch die Pumpeinrichtung 8 zu den Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 zunächst mit einer vergleichsweise hohen Pumpendrehzahl gefördert, um die geodätische Höhendifferenz zwischen Mediumtank 5 und Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 überwinden zu können. Nach Erreichen der höchstgelegenen Stelle des Leitungssystems 7 oder, sobald letzteres mit der vorgebbaren Teilmenge an Medium gefüllt ist, wird das Ventil 10 geschlossen und die Drehzahl der Pumpeinrichtung 8 entsprechend reduziert für den umlaufenden Betrieb. Die Teilmenge an Medium, die im Teillastbetrieb umlaufend gefördert werden soll, kann voreingestellt bzw. vorgegeben und/oder durch eine Einstelleinrichtung bedarfsgerecht eingestellt werden. Ein solcher Teillastbetrieb eignet sich z.B. bei geringen Kühlanforderungen. Durch Vorsehen eines solchen Teillastbetriebs können bei dem Kühlsystem 1 beispielsweise bis zu 75 % Energie im Vergleich zu der sonst bei Kühlsystemen ohne eine Drehzahlverstellung der Pumpeinrichtungsdrehzahl und ohne Teillastbetrieb eingespart werden. Zum Umschalten zwischen einem Volllastbetrieb und einem Teillastbetrieb kann eine Umschalteinrichtung z.B. in Form eines Schalters (in 1 nicht gezeigt) vorgesehen sein. Eine solche Umschalteinrichtung kann im Bereich der Pumpeinrichtung 8 oder an einer anderen Stelle des Kühlsystems 1 angeordnet sein/werden.
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Die Ansteuerungseinrichtung 16 kann mit Sensoren 17, 18, 19, 20 signalverbunden sein/werden, die beispielsweise den anliegenden Mediumdruck innerhalb des Leitungssystems 7, den Füllzustand insbesondere im ersten Mediumtank 5 sowie ggf. den Zustand des Ventils 10 und den Druck im Leitungssystem 7 sowie die Menge an Medium innerhalb des Leitungssystems 7 abfragen und die entsprechenden Informationen bzw. Daten an die Ansteuerungseinrichtung 16 senden, damit diese basierend auf diesen Informationen die Einrichtung 15 zur Drehzahleinstellung bzw. -verstellung zum Einstellen einer geeigneten Drehzahl und somit Pumpleistung der Pumpeinrichtung 8 ansteuern kann. Zur Überwachung des Druckzustands des Mediums innerhalb der Leitungssystems können z.B. Druckaufnehmer an verschiedenen Stellen entlang von diesem angeordnet werden, deren Messergebnisse ebenfalls der Ansteuerungseinrichtung 16 zur Verfügung gestellt werden, damit diese bedarfsgerecht die Pumpeinrichtung 8 ggf. auch vollständig ausschalten kann. Bei Ausschalten der Pumpeinrichtung 8 entsteht innerhalb des Leitungssystems aufgrund der hängenden Mediumsäule ein Unterdruck in Richtung der Mediumtanks 5, 6. Dieser kann beispielsweise 0,7 bar bei einer Höhendifferenz von beispielsweise H = 7 m betragen. Durch diesen Unterdruck strömt das Medium selbständig in Richtung der Mediumtanks 5, 6 bzw. des Mediumtanks 6 zurück.
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Beim Anfahren des Kühlsystems wird das Ventil 10, insbesondere Magnetventil, geöffnet und die Pumpeinrichtung 8, gesteuert von der Energieeinspareinrichtung 14 zunächst mit einer hohen Leistung betrieben, somit insbesondere einer vergleichsweise hohen Drehzahl, um den Mediumkreislauf innerhalb des Leitungssystems 7 in Gang zu setzen. Sobald Medium 9 zumindest bis zur höchstgelegenen Stelle des Leitungssystems 7 gelangt ist, insbesondere dieses (im Volllastbetrieb oder im Teillastbetrieb) innerhalb des Leitungssystems 7 bereits im Kreis gepumpt wird, wird über die Energieeinspareinrichtung 14 das Ventil 10 dahingehend angesteuert, dass es schließt, und die Pumpleistung der Pumpeinrichtung 8 reduziert, also insbesondere deren Drehzahl. Soll das Kühlsystem 1 abgeschaltet werden, wird über die Ansteuerungseinrichtung 16 der Energiespareinrichtung 14 oder eine andere Steuerungseinrichtung die Pumpeinrichtung 8 abgeschaltet und das Ventil 10 und ggf. auch die Belüftungseinrichtung 11 und/oder 12 geöffnet, um ein sicheres und vollständiges Entleeren des Leitungssystems 7 des Kühlsystems 1 zu bewirken. Hierdurch kann das Medium von den drei Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 und insbesondere aus den Abschnitten des Leitungssystems 7, die sich in einer Umgebung mit niedrigen Umgebungstemperaturen befinden, sicher vollständig in Richtung der beiden Mediumtanks 5, 6 entleert werden.
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Üblicherweise wird das Medium 9 im ersten Mediumtank 5 eine deutlich höhere Temperatur aufweisen als im zweiten Mediumtank 6, wobei das Medium 9 in dem ersten Mediumtank 5 beispielsweise von Anlagenkomponenten, wie beispielsweise einer Hydraulikanlage, in Form von erwärmtem Hydraulik-Kühlmedium gelangt, über die Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 abgekühlt und im abgekühlten Zustand in den Mediumtank 6 zurück gefördert wird. Von diesem kann es wieder in z.B. die oder eine Hydraulikanlage oder eine andere Anlage oder Komponente gefördert werden. Das Kühlsystem kann somit mit unterschiedlichsten technischen Anlagen kombiniert werden, in denen Medien gekühlt werden soll, wobei das zu kühlende Medium jeweils in den ersten Mediumtank 5 gefördert wird und das über die Freikühleinrichtungen 2, 3, 4 gekühlte Medium 9 dann zurück in eine jeweilige Anlage zum Kühlen von deren Komponenten o.ä. gefördert wird.
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Die Energieeinspareinrichtung 14, umfassend ihre Komponenten der Einrichtung 15 zur Drehzahlein- bzw. Drehzahlverstellung, ggf. der Umschalteinrichtung zum Umschalten zwischen Teillastbetrieb und Volllastbetrieb und ggf. auch der Ansteuerungseinrichtung 16, kann als Vorschalteinrichtung bzw. Vorschaltgerät der Pumpeinrichtung 8 vorgeschaltet bzw. mit Zugriff auf diese vorgesehen werden. Dementsprechend ist es möglich, ein solches Vorschaltgerät bzw. eine solche Energieeinspareinrichtung 14 auch bei bestehenden Kühlsystemen nachzurüsten.
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Neben dem im Vorstehenden beschriebenen und in der Figur gezeigten Ausführungsvarianten von Kühlsystemen können noch zahlreiche weitere gebildet werden, auch beliebige Kombinationen der vorstehend genannten Merkmale, wobei jeweils das Kühlsystem zumindest eine Freikühleinrichtung, die selbstentleerend ist, zumindest einen Mediumtank, zumindest ein Leitungssystem zwischen dem zumindest einen Mediumtank und der zumindest einen Freikühleinrichtung und zumindest eine Pumpeinrichtung zum Fördern von Medium durch das Leitungssystem umfasst. Zur Energieeinsparung seitens der zumindest einen Pumpeinrichtung ist ferner zumindest eine Energieeinspareinrichtung zum Einsparen von Energie durch Einstellen zumindest zweier Betriebspunkte der Pumpeinrichtung vorgesehen, insbesondere zweier unterschiedlicher Drehzahlen der Pumpeinrichtung. Zur Energieeinsparung kann ferner ein Teillastbetrieb des Kühlsystems vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kühlsystem
- 2
- Freikühleinrichtung
- 3
- Freikühleinrichtung
- 4
- Freikühleinrichtung
- 5
- erster Mediumtank
- 6
- zweiter Mediumtank
- 7
- Leitungssystem
- 8
- Pumpeinrichtung
- 9
- Medium
- 10
- Ventil
- 11
- Belüftungseinrichtung
- 12
- Belüftungseinrichtung
- 14
- Energieeinspareinrichtung
- 15
- Einrichtung zur Drehzahleinstellung/Drehzahlverstellung
- 16
- Ansteuerungseinrichtung
- 17
- Sensor
- 18
- Sensor
- 19
- Sensor
- 20
- Sensor
- 70
- Zuführleitung
- 71
- Rückführleitung
- 72
- Verbindungsleitung
- 73
- geneigter Leitungsabschnitt von 70
- 74
- geneigter Leitungsabschnitt von 71
- H
- Höhendifferenz
- α
- Neigungswinkel
- h1
- Position Mediumtank(s)
- h2
- Position Freikühleinrichtung(en)
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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