Kühleinrichtung zur Verwendung in einem Kraftwerk

In einem Kraftwerksumfeld ist es oftmals erforderlich, Pro ^¬ zessströme eines Fluids mittels einer Kühleinrichtung zu ge ^¬ ringeren Temperaturen hin zu konditionieren . Insbesondere bei Gasturbinenanwendungen sind solche Kühleinrichtungen erforderlich, um etwa Anzapfluft, die aus dem Verdichter entnommen wird, auf ein geringeres Temperaturniveau zu bringen. Die ab ^¬ gekühlte Anzapfluft kann wiederum für Spülvorgänge bzw. zur thermischen Isolierung des Gehäuses der Gasturbine genutzt werden. Da jedoch bei Gasturbinen, insbesondere bei stationä ^¬ ren Gasturbinen, verhältnismäßig große Mengen an thermischer Energie anfallen, sind Kühleinrichtungen vorzusehen, die eine effektive Kühlung des jeweiligen Prozessmediums ermöglichen können .

Typische in einem Kraftwerksumfeld eingesetzte Kühleinrich ^¬ tungen weisen eine Mehrzahl an steuerbaren Lüftern auf, die jeweils einen Luftstrom mit vorgegebener Strömungsrichtung erzeugen können, wobei jeweils dieser Luftstrom nach thermischer Wechselwirkung mit einem Wärmetauscher von diesem als Sekundärmedium Wärme zu Kühlzwecken abführen kann. Ist es erforderlich, bei dem zu kühlenden Primärmedium in dem Wärmetauscher eine konstante Temperatur bereitzustellen, werden die Lüfter typischerweise oberhalb einer bestimmten Mindest ^¬ drehzahl konstant betrieben, wobei der Strom des Primärmedi ^¬ ums ebenfalls konstant eingestellt ist.

Beim Vorsehen einer Mehrzahl an steuerbaren Lüftern, die mit demselben Wärmetauscher thermisch wechselwirken, kann es jedoch zu Rückströmungen von einem Lüfter zu einem anderen Lüfter kommen, so dass die steuerbaren Lüfter meist durch eine Schließklappe verschlossen werden, insbesondere soweit diese Lüfter nicht weiter gebraucht werden. Derartige Schließklap ^¬ pen werden typischerweise durch den Staudruck eines Luftstroms aus einem Lüfter geöffnet, wobei nach Erreichen der vorbestimmten Mindestdrehzahl die Schließklappe durch den Strömungsdruck offen gehalten werden kann. Hierbei ist im Normalfall jedem Lüfter eine derartige Schließklappe zugeord ^¬ net, wobei die Schließklappen im Bereich der Mindestdrehzahl eine Öffnungsbewegung vollführen. Derartige Schließklappen können aber im Grenzdruckbereich nicht nur eine kurzzeitig unkontrollierte Bewegung vollführen, sondern auch gegen Teile des Gehäuses oder der Anbringung schlagen, was zu vermeiden ist .

Im Rahmen der verstärkten Flexibilisierung von Kraftwerken ist es zudem auch erforderlich, Prozessströme eines Primärme ^¬ diums nicht über einen längeren Zeitraum kontinuierlich zu kühlen, bzw. die Kühlleistung zu variieren. So ist es etwa erforderlich, die Kühlleistung auch zeitlich intermittierend bereitstellen zu können. Insofern kommt es zu häufigen An- und Ausschaltvorgängen der Lüfter, wodurch die Lüftermotoren stark belastet werden und infolge die Lebensdauer eines Lüf ^¬ ters leidet. Zudem ergibt sich aufgrund der unterschiedlichen Fahrweisen der einzelnen Lüfter nicht nur eine Lebensdauerverminderung sondern eine erhöhte Lärmbelästigung, wie auch eine weitgehend unkontrollierte Abstrahlung von Wärme durch die Motoren der Lüfter. Weiterhin zeigt es sich im Rahmen einer zunehmenden Flexibilisierung des Kraftwerkbetriebs als erforderlich, dass Lüfter nicht nur oberhalb der vorbestimmten Mindestdrehzahl kontinuierlich betrieben werden können, sondern auch ein Betrieb unterhalb der vorbestimmten Mindestdrehzahl erreicht werden sollte. In Folge eines unterdrehzahligen Betriebs kann jedoch ein gesicherter Betrieb der Schließklappen nicht mehr erfolgen, so dass auch dieser Umstand häufige An- und Ausschalt ^¬ vorgänge der Lüfter erfordert. Neben den bereits erwähnten Nachteilen der ungünstigen Wärmeentwicklung wie auch erhöhter Lärmbelastung aufgrund eines flexiblen Betriebsverhaltens, zeigt es sich, dass auch die Primärmedien aufgrund der Betriebseinschränkungen durch die Klappen nicht mehr auf einen konstanten Temperaturwert kondi ^¬ tioniert werden können. Vielmehr schwankt die Ausgangstempe ^¬ ratur des Primärmediums, welches aus dem Wärmetauscher aus ^¬ tritt so stark, dass es den kraftwerkstechnischen Betrieb be- einträchtigen kann.

Diese aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile sollen durch eine technische Weiterentwicklung gelöst werden, um insbesondere einen verbesserten flexibilisierten Betrieb der Kühleinrichtungen zu erlauben.

Diese der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird gelöst durch eine Kühleinrichtung gemäß Anspruch 1, wie auch durch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Kühleinrichtung gemäß Anspruch 10.

Insbesondere werden die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben gelöst durch eine Kühleinrichtung zur Verwendung in einem Kraftwerk, umfassend wenigstens zwei steuerbare Lüfter, welche bei Betrieb jeweils dazu ausgebildet sind, einen Luft ^¬ strom mit vorgegebener Strömungsrichtung zu erzeugen. Weiterhin umfassend wenigstens zwei Schließklappen, die jeweils ei ^¬ nen Strömungsquerschnitt verschließen können, und weiterhin umfassend einen Wärmetauscher, welcher wenigstens mit den beiden Luftströmen zum Wärmeaustausch als Sekundärmedium thermisch wechselwirken kann, wobei die Schließklappen durch keine mechanische Verstellvorrichtung bedient werden können, sondern lediglich durch einen der beiden Luftströme aufgrund des Staudrucks bei Erreichen einer minimalen Strömungsrate geöffnet werden, und wobei weiterhin wenigstens zwei Halte ^¬ vorrichtungen vorgesehen sind, welche bei Öffnung der

Schließklappen, diese jeweils in einer geöffneten Position halten können. Weiterhin werden die der Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer solchen vorab wie auch nachfolgend beschriebenen Kühleinrichtung, welches folgende Schritte umfasst: Betreiben wenigstens eines der wenigstens zwei Lüfter, so dass die minimale Strömungsrate (Smin) erreicht wird; Nach oder auch vor Erreichen der minimalen Strömungsrate (Smin) Aktivieren der jeweils zugeordneten Haltevorrichtung zum Halten der jeweils zugeordneten Schließklappe in einer geöffneten Position.

Erfindungsgemäß ist also vorgesehen, dass die Kühleinrichtung wenigstens zwei steuerbare Lüfter aufweist, die durch jeweils eine zugeordnete Schließklappe verschlossen werden können.

Bei Schließen der Schließklappe kann somit keine Rückströmung eines sich in Betrieb befindlichen Lüfters in Richtung eines anderen Lüfters erfolgen, der sich nicht im Betrieb befindet. Je nach Anzahl an betriebenen Lüfter, kann der Wärmetauscher mit einer unterschiedlichen Anzahl an Lüftern zur Abführung von Wärme eines Primärmediums betrieben werden. Die von der Kühleinrichtung vorgesehenen Schließklappen weisen weiterhin keine mechanische Versteilvorrichtung auf, die eine gezielte Einstellung des durch die Schließklappen freigegebenen Querschnitts für den jeweiligen Luftstrom erreichen könnte. Die Schließklappen werden lediglich aufgrund des Staudrucks des von einem zugeordneten Lüfter erzeugten Luftstroms geöffnet, wobei die Öffnung oberhalb einer minimalen Strömungsrate er ^¬ reicht ist.

Ist die Schließklappe aufgrund des ausreichenden Staudrucks vollständig geöffnet, kann vorher oder auch nachher eine Hal- tevorrichtung aktiviert werden, die bei Öffnung der Schließklappe, diese in einer geöffneten Position halten kann. Die Öffnung der Schließklappe erfolgt nachfolgend also nicht mehr aufgrund des Staudrucks bzw. Strömungsdrucks des Luftstroms sondern lediglich aufgrund der Wechselwirkung mit der jewei- ligen Haltevorrichtung. Damit kann gewährleistet werden, dass auch bei geringeren Strömungsraten als der vorbestimmten minimalen Strömungsrate der Lüfter betrieben werden kann, ohne dass die jeweils zugeordnete Schließklappe geschlossen wird. Folglich ist es auch nicht erforderlich, die Lüfter jeweils in einer Betriebsweise nach dem Stand der Technik an- und abzufahren, da nun auch ein Betrieb bei geringeren Luftströmungen ermöglicht werden kann. In anderen Worten erlaubt die Haltevorrichtung ein Offenhalten der Schließklappen, unabhängig von der Drehzahl des jeweils zugeordneten Lüfters.

Aufgrund des so verbessert flexibilisierten Einsatzes der Kühlvorrichtung kann nicht nur das An- und Abfahren der je- weiligen Lüfter genauer eingestellt werden, sondern auch die oben beschriebene Lärmbelastung aufgrund der Schließklappen, die mit dem Gehäuse oder der Anbringung an der Kühleinrichtung wechselwirken, kann vermieden werden. Weiterhin kann der Wärmetauscher auch derartig flexibel betrieben werden, dass auf eine konstante Temperatur des Primärmediums geregelt wer ^¬ den kann.

Eine erste bevorzugte Ausführungsform dieser erfindungsgemä ^¬ ßen Kühleinrichtung sieht vor, dass die Haltevorrichtung elektrisch betrieben ist, insbesondere einen schaltbaren

Elektromagneten umfasst. Ein solcher schaltbarer Elektromagnet, wie auch andere elektrische Haltevorrichtungen, können leicht im Rahmen einer Wartung auch nachträglich vorgesehen werden, wobei die Aktivierung und Deaktivierung der jeweili- gen Haltevorrichtungen zentral etwa über die Leittechnik des Kraftwerks erreicht werden kann. Ebenso ist es natürlich denkbar, eine eigene Steuerung vorzusehen. Eine elektrische Haltevorrichtung erlaubt den Einsatz einer zentralen elektrischen Steuerung.

Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass weiterhin eine Steuerung umfasst ist, welche sowohl mit den wenigstens zwei Lüftern als auch mit den wenigstens zwei Haltevorrichtungen elektrisch verschaltet ist. Die Steuerung kann hierbei die wenigstens zwei Haltevor ^¬ richtungen aktivieren und deaktivieren in Abhängigkeit der Drehzahl des jeweiligen Lüfters bzw. der Strömungsrate der durch diese erzeugten Luftströme. Eine gezielte Offenhaltung der jeweiligen Schließklappen kann damit vorteilhaft im Rahmen eines kraftwerkstechnischen Steuerungsverfahrens erreicht werden . Gemäß einer Weiterführung dieser Erfindungsidee ist vorgese ^¬ hen, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Haltevor ^¬ richtung zu aktivieren, wenn der jeweils zugeordnete Lüfter eine vorbestimmte erste Strömungsrate erreicht hat. Die Steu ^¬ erung kann hierbei etwa die Drehzahl des zugeordneten Lüfter- motors als Steuerparameter heranziehen, aus welchem etwa ein direktes Verhältnis mit der Strömungsrate des jeweiligen Lüf ^¬ ters abgeleitet werden kann. Andere Steuerparameter, welche zur Charakterisierung der jeweiligen ersten Luftströmungsrate geeignet sind, sind natürlich ebenfalls denkbar. Ist die aus- führungsgemäße erste Strömungsrate erreicht, kann davon aus ^¬ gegangen werden, dass die Schließklappe in einer Offenstel ^¬ lung vorliegt, so dass die jeweils zugeordnete Haltevorrich ^¬ tung durch Aktivierung die Schließklappe in der vorliegenden offenen Position weiterhin halten kann. Auch bei einer nach- folgenden Verminderung der Strömungsrate kann also die

Schließklappe in einer Offenposition durch die Haltevorrichtung gehalten werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform, die auch als Weiterfüh- rung zu sehen ist, ist vorgesehen, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, die Haltevorrichtung zu deaktivieren, wenn der jeweils zugeordnete Lüfter eine vorbestimmte zweite Strö ^¬ mungsrate erreicht hat, insbesondere wenn der jeweils zu ^¬ geordnete Lüfter keinen Luftstrom fördert. Die zweite Strö- mungsrate ist hierbei im Normalfall kleiner als die erste

Strömungsrate, da eine Deaktivierung des jeweiligen Lüfters im Normalbetrieb nur dann erfolgen soll, wenn vorab eine ers ^¬ te Strömungsrate etwa zur Aktivierung der Haltevorrichtung erreicht war. In anderen Worten ist die Steuerung auch dazu ausgebildet, bei Verminderung der Luftströmungsrate bei ge ^¬ öffneter Schließklappe eine Deaktivierung einzuleiten, wenn ein Luftstrom erzeugt ist, der etwa zur Kühlung des Primärme ^¬ diums mittels des Wärmetauschers keinen nennenswerten Beitrag leistet. Insbesondere ist dies der Fall, wenn der Lüfter selbst keinen Luftstrom mehr fördert.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin- dung ist vorgesehen, dass die Steuerung dazu ausgebildet ist, einen der Haltevorrichtung zugeführten elektrischen Strom zu erfassen, um feststellen zu können, ob die Haltevorrichtung offen oder geschlossen ist. Über die Erfassung des Stroms kann somit die Steuerung Auskunft darüber erhalten, in wel- ehern Zustand die Haltevorrichtung vorliegt. Dies kann etwa bei der Behebung von Störungen besonders vorteilhaft sein.

Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei steu- erbaren Lüfter, die wenigstens zwei Schließklappen der Wärmetauscher und die wenigstens zwei Haltevorrichtungen in einem Gehäuse gemeinsam angeordnet sind. Eine derartige Anordnung erlaubt etwa die leichte modulare Handhabung der Kühleinrich ^¬ tung, wie auch eine klare Einstellung der jeweiligen Strö- mungsverhältnisse in dem Gehäuse. Insbesondere findet die Wechselwirkung der durch die jeweiligen Lüfter erzeugten Luftströme zu einem Zeitpunkt statt, zu welchem noch kein Kontakt mit der Außenumgebung erfolgt ist. Das Gehäuse ermög ^¬ licht somit einen besonders effizienten Kühlbetrieb.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung ist vorgesehen, dass die wenigstens zwei Schließklappen gravitativ durch ihr Eigengewicht geschlossen werden können. Die Schließklappen können also bspw. endständig an einer Seite durch ein Klappscharnier gehalten werden, wobei die Fläche der Schließklappe den dem ei ^¬ nen Lüfter zugeordneten Strömungsquerschnitt verschließen kann . Gemäß einer ebenfalls bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass weiterhin die vorgegebenen Strömungsrichtungen wenigstens einiger Lüfter, bevorzugt aller Lüfter senkrecht auf die Oberfläche des Wärmetauschers tref- fen. Aufgrund dieser geometrischen Anordnung kann eine beson ders günstige Wärmeabführung am Wärmetauscher erfolgen, da durch die starke Verwirbelung der auftreffenden Luftströme eine effiziente turbulente Wärmeabführung ermöglicht werden kann .

Gemäß einer ersten besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass weiterhin folgende Schritte mit umfasst sind:

- Nach Halten der Schließklappe, Vermindern der Strömungs rate des wenigstens einen Lüfters unterhalb einer vorbe stimmten zweiten Strömungsrate;

- Nach Erreichen der zweiten Strömungsrate, Deaktivieren der jeweils zugeordneten Haltevorrichtung zum Schließen der jeweils zugeordneten Schließklappe.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand einzelner Figuren im Detail näher beschrieben werden. Hierbei ist darauf hinzuwei sen, dass die Figuren lediglich schematisch zu verstehen sind, und daraus keine mangelnde Ausführbarkeit der Erfindun ableitbar ist.

Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die nachfolgend darge stellten technischen Merkmale in beliebiger Kombination miteinander beansprucht werden sollen, soweit diese Kombination eine Lösung der Erfindungsaufgabe erreichen kann.

Weiterhin ist darauf hinzuweisen, dass die mit gleichen Bezugszeichen versehenen technischen Merkmale gleiche technische Wirkungen aufweisen.

Hierbei zeigen:

Figur 1 eine erste schematische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kühleinrichtung in Schaltansicht;

Figur 2 eine flussdiagrammatische Darstellung einer bevorzug ten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens Figur 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in schematischer Schaltansicht. Die gezeigte Kühleinrichtung 1 weist innerhalb eines Gehäuses 5 einen Wärmetauscher 30 auf, der mit zwei Lüftern 11, 12 zur Wärmeabführung in thermische Wechselwirkung gebracht werden kann. Die Lüfter 11, 12 weisen neben einer einen Luftstrom erzeugenden Dreheinheit (nicht mit eigenen Bezugszeichen versehen) einen Lüftermotor 15, 16 auf, der die Dreheinheit energetisiert . Die Lüfter 11, 12, sind dazu ausgebildet, Luft als Sekundärmedium 3 anzusau ^¬ gen und in einen Luftstrom 13, 14 zu bündeln, der auf den Wärmetauscher 30 trifft. Die jeweiligen Luftströme 13, 14 wechselwirken mit dem Wärmetauscher 30 derart thermisch, dass das Sekundärmedium 3 zur Kühlung eines Primärmediums 2 ge- nutzt werden kann, welches durch den Wärmetauscher 30 hindurch geführt wird.

Die Lüfter 11, 12, können fluidtechnisch von dem Wärmetauscher 30 jeweils durch eine Schließklappe 21, 22 abgekoppelt werden, wobei die Schließklappen 21, 22 in erster Linie dafür vorgesehen sind, einen Strömungsrückfluss eines Lüfters 11, 12 zum jeweils anderen Lüfter 11, 12 hin zu vermeiden. Die Schließklappen 21, 22 sind typischerweise endständig über ein Scharnier kippbar am Gehäuse angebracht, so dass bei Betrei- ben des jeweiligen Lüfters 11, 12 nach Erreichen einer minimalen Strömungsrate Smin die jeweilige Schließklappe 21, 22 durch den Staudruck geöffnet werden kann, wonach der Luftstrom 13, 14 durch den jeweiligen Strömungsquerschnitt Ql, Q2 hindurch treten kann und in einer jeweiligen Strömungsrich- tung Rl, R2 zu dem Wärmetauscher 30 geleitet wird. Je nach Strömungsrate 13, 14 kann eine höhere bzw. niedrigere Kühl ^¬ leistung an den Wärmetauscher 30 geführt werden.

Ist die Kühleinrichtung 1 nun in einem flexiblen Kraftwerkum- feld einzusetzen, kann es erforderlich sein, dass die Lüfter 11, 12 auch bei einer Drehzahl betrieben werden, so dass die minimale Strömungsrate zum Öffnen der jeweiligen Schließklap ^¬ pen 21, 22 nicht erreicht wird oder werden soll. Um die Schließklappen 21, 22 dennoch zu öffnen, kann der jeweilige Lüfter 11, 12, derart betrieben werden, dass zeitweilig die minimale Strömungsrate Smin erreicht oder übertroffen wird, wobei im Anschluss daran eine jeweils dem Lüfter 11, 12 zu- geordnete Haltevorrichtung 41, 42 aktiviert werden kann, um die jeweilige Schließklappe 21, 22 in der Offenposition zu halten. Anschließend kann wiederum die Strömungsrate des je ^¬ weiligen Luftstroms 13, 14 vermindert werden, so dass die je ^¬ weiligen Lüfter 11, 12 auch flexibel unterhalb der minimalen Strömungsrate Smin eingesetzt werden können.

Die Haltevorrichtungen 41, 42 sind typischerweise elektrisch betrieben und können entweder einen Elektromagneten oder einen anderen elektrisch aktivierbaren und betreibbaren Halte- mechanismus umfassen. Die Haltevorrichtungen 41, 42 sind weiterhin mit einer Steuerung 50 elektrisch verschaltet, die ebenfalls mit den jeweiligen Motoren 15, 16 der Lüfter 11, 12 gekoppelt sind. Ist die Haltevorrichtung 41, 42 etwa als Elektromagnet ausgebildet, kann durch die Erfassung des Ver- sorgungsstromes mittels der Steuerung 50 in Erfahrung ge ^¬ bracht werden, ob die Schließklappe 21, 22 sich in einer Of- fen-Position oder geschlossenen Position befindet. Weiterhin kann bei Erreichen einer vorbestimmten Drehzahl, welche etwa dazu ausgebildet ist, die minimale Strömungsrate Smin des je- weiligen Lüfters 11, 12 zu erzeugen, die jeweilige Haltevorrichtung 41, 42 aktiviert werden, um die Schließklappen 21, 22 in der Offen-Position zu halten. Ebenfalls kann nach vorliegender Offen-Position die Haltevorrichtung 41, 42 wiederum deaktiviert werden, wenn etwa die Strömungsrate der einzelnen Luftströme 13, 14 unterhalb eines zweiten Grenzwertes fällt. Damit kann erreicht werden, dass insbesondere bei Vorliegen einer sehr geringen Strömungsrate, ein Rückströmen der Luft in diesen aus dem jeweils anderen Lüfter 11, 12 vermeiden werden kann.

Figur 2 zeigt eine flussdiagrammatische Darstellung einer be ^¬ vorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben einer vorab beschriebenen Kühleinrichtung 1, welches folgende Schritte umfasst:

Betreiben wenigstens eines der wenigstens zwei Lüfter 11, 12, so dass die minimale Strömungsrate (Smin) er- reicht wird; (erster Verfahrensschritt 101)

Nach Erreichen der minimalen Strömungsrate (Smin) Aktivieren der jeweils zugeordneten Haltevorrichtung 41, 42 zum Halten der jeweils zugeordneten Schließklappe 21, 22 in einer geöffneten Position, (zweiter Verfahrensschritt 101)

Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen .