DE2606072A1 - Verfahren und anlage zur steuerung der temperatur in mehreren raeumen, die wechselseitig unterschiedlichen und sich veraendernden waermebedarf haben, wobei einige der raeume normalerweise einen kuehlbedarf haben - Google Patents

Verfahren und anlage zur steuerung der temperatur in mehreren raeumen, die wechselseitig unterschiedlichen und sich veraendernden waermebedarf haben, wobei einige der raeume normalerweise einen kuehlbedarf haben

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DE2606072A1 DE19762606072 DE2606072A DE2606072A1 DE 2606072 A1 DE2606072 A1 DE 2606072A1 DE 19762606072 DE19762606072 DE 19762606072 DE 2606072 A DE2606072 A DE 2606072A DE 2606072 A1 DE2606072 A1 DE 2606072A1
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Projectus Industriprodukter AB
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    • Y02B30/56—Heat recovery units

Description

Dr. Hans-Heinrich Willrath
Dr. Dieter Weber Dipl.-Phys. Klaus Seiffert
PATENTANWÄLTE
D-62 WIESBADEN 1 13. Feb. 1976 Postfach 6145
Gustav-Freytag-Stra6e 15 V/Wh
S (06121) 372720 Telegrammadresse: WILLPATENT Telex ι 4-186247
15 744
Projectus Industriprodukter AB, Torsgatan 21, Stockholm, Schweden
Verfahren und Anlage zur Steuerung der
Temperatur in mehreren Räumen, die
wechselseitig unterschiedlichen und
sich verändernden Wärmebedarf haben,
wobei einige der Räume normalerweise
einen Kühlbedarf haben
Priorität; Patentanmeldung Nr. 75-01807-7 vom 18. Februar 1975 in Schweden
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Temperatur mehrerer Räume, die wechselseitig einen sich verändernden und unterschiedlichen Wärmebedarf haben, wobei unter diesen Räumen normalerweise ein Kühlbedarf besteht, und gemäß dem Verfahren wird eine Kühlvorrichtung verwendet, die
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ORIGINAL INSPECTED
2B06Q72
einen Kühlmittelkreis mit einem Verdampfersystem, einen Kompressor und ein Kondensatorsystem aufweist, um einen Wärmeinhalt dem gemeinsamen Luftstrom zuzuführen, welcher in die Räume eintritt, und zwar durch Wärmeaustausch mit dem Verdampfersystern entsprechend dem Bedarf des Raumes mit dem niedrigsten Wärmebedarf pro Beschickungseinheitsvolumen an Luft, unter Nachheizen der in die betreffenden Räume fließenden Luftströme in dem erforderlichen Maß, und betrifft eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens.
In großen Bürohäusern, Supermärkten und Fabriken besteht beispielsweise häufig ein Kühlbedarf während des Hauptteils des Jahres in mindestens einigen Räumen, während andere Räume einen Wärmebedarf haben. Bei dieser Situation wäre es günstig, den Einlaßluftstrom in die verschiedenen Räume in einem gemeinsamen System zu temperieren.
Bislang konnte derjenige Raum, welcher den niedrigsten Wärmebedarf pro Eingangseinheit an Luftvolumen hat, die Temperatur der das Zentralsystem verlassenden Luft bestimmen. An den betreffenden Lufteinführungen in die verschiedenen Räume sind Nachheizeinheiten angeordnet, welche durch Thermostaten, die in den betreffenden Räumen angeordnet sind, gesteuert werden, weil der Wärmebedarf der einzelnen Räume sich sehr erheblich verändern kann, und zwar infolge des Wärmeeingangs in der Form von Körperwärme und Wärme von Lichtarmaturen.
In einigen Fällen, wo viele Menschen in demselben Raum mit hoher Lichtintensität sind, besteht ein Kühlbedarf während des Hauptteil des Jahres (in Schweden z.B. muß nur während der kältesten Wintermonate, Dezember, Januar und Februar, geheizt werden).
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Deshalb wurde in einem Fall, in welchem Kühlbedarf bestand, bislang das Kühlsystem auf herkömmliche Weise betrieben, und die Wärme von dem Kühlkondensator wurde der Außenluft durch Kühltürme oder auf dem Dach befestigte Kondensatoreinheiten zugeführt. Die Nachwärmeinheiten wurden durch umgewälztes Heißwasser erhitzt, welches von einer ölbrenneranlage oder einem entfernten Heiznetz kommt. Im Falle des Wärmebedarfes wurde die Kühlvorrichtung abgesperrt, und die Einlaßluft wurde unter Verwendung des umgewälzten Heißwassers in der vorbeschriebenen Weise erwärmt.
Aufgabe der Erfindung ist die Verminderung von Wärmeverlust, insbesondere im Falle der Kühlung, der bei den bekannten Verfahren und Systemen auftritt, wo Wärme von der Eingangsluft abgezogen wird, diese Wärme an die Außenluft verteilt wird und dann Wärme von einer Ölbrennerquelle oder einer entfernten Heizquelle in Nachheizeinheiten zugegeben wird.
Erfindungsgemäß ist das eingangs erwähnte Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Wärmeaustauscher ein Teil der Kondensationswärme, die in der Kühlvorrichtung erzeugt ist, zum Nachheizen des Eingangsluftstromes in die einzelnen Räume verwendet wird; daß in einem zweiten Wärmeaustauscher ein anderer Teil der Kondensationswärme, die sich in der Kühlvorrichtung entwickelt, an die Umgebung verteilt wird, vorzugsweise an den gemeinsamen Austritt des Luftstromes aus den Räumen, und daß dann, wenn der Kühlbedarf durch einen Wärmebedarf ersetzt wird, das Verdampfungssystem abgetrennt wird, der zweite Wärmetauscher stattdessen als Verdampfer angeschlossen wird und der erste Wärmetauscher auch zum Aufheizen der gemeinsamen Eingangsluft zu den Räumen angeordnet ist.
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In diesem Zusammenhang kann ein Teil des den Kompressor der.
Kühlvorrichtung verlassenden Wärmeinhaltes der warmen Kühlvorrichtung zur Verdampfung des Kühlmittels in einer Wärmepumpe
verwendet werden, deren Kondensationswärme für die Heißwassererzeugung und möglicherweise für die Nacherwärmung der betreffenden Eingangsluftströme zu den einzelnen Räumen verwendet
wird.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens weist eine Kühlvorrichtung auf, die einen Kühlmittelkreis mit einer Verdampfungsvorrichtung, einen Kompressor und eine
Kondensatorvorrichtung hat, wobei die Verdampfervorrichtung
derart ausgestaltet ist, daß sie den gemeinsamen Eingangsluftstrom zu den Räumen mit einem Wärmeinhalt vorsieht, welcher dem Bedarf jenes Raumes entspricht, welcher den niedrigsten Wärmebedarf pro eingeführter Einheit Luftvolumen hat und wobei die
Nachwärmeinheiten in den Eingangsluftströmen zu den betreffenden anderen Räumen angeordnet sind, um deren etwa notwendiges
Nachheizen auszuführen.
Ein wichtiges Merkmal dieser Anordnung besteht darin, das zumindest ein Teil des heißen, den Kompressor der Kühlvorrichtung
verlassenden Kühlmittels so angeordnet ist, daß er in einem
flüssigkeitsgekühlten Kondensator kondensiert wird, mindestens ein Teil der somit erwärmten Flüssigkeit für die Beschickung
der Nachwärmeinheiten bestimmt ist, daß mindestens ein anderer Teil des heißen Kühlmittels so angeordnet ist, daß es in einem zweiten Kondensor kondensiert wird, der vorzugsweise in Wärmeaustauschlage mit dem gemeinsamen Luftstromausgang für die Räume angeordnet ist, daß die Verdampfungsvorrichtung in einer Wärme-
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äustauschlage mit einem Flüssigkeitssystem angeordnet ist, welches an einer Wärmetauscherbatterie oder -bank in dem gemeinsamen Eingangsluftstrom gekoppelt ist, und daß Kopplungseinrichtungen vorgesehen sind, damit beim Ersetzen des Kühlbedarfes durch einen Wärmebedarf die Verdampfungsvorrichtung abgetrennt wird, der zweite Kondensator als Verdampfer angeschlossen wird und das Flüssigkeitssystem der Verdampfervorrichtung an das Flüssigkeitssystem des flüssigkeitsgekühlten Kondensators angeschlossen wird.
Möglicherweise können eine einen Kühlmittelkreislauf und einen Kompressor enthaltende Wärmepumpe, ein Kondensator und ein Verdampfer derart angeordnet sein, daß ihr Verdampfer in Wärmeaustauschbeziehung zu dem warmen, den Kompressor der Kühlvorrichtung verlassenden Kühlmittel angeordnet ist,,- so daß der Wärmepumpenkondensator Leitungswasser aufwärmen kann.
Ferner kann eine Hilfswärmequelle derart angeordnet sein, daß erforderlichenfalls die von dem flüssigkeitsgekühlten Kondensator zu den Nachwärmeinheiten fließende Flüssigkeit nachgewärmt wird.
Die erwähnte Flüssigkeit besteht normalerweise aus Wasser.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung gemäß der Erfindung, die an ein Ventilationssystem für mehrere Räume angeschlossen ist,
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Fig. 2 schematisch eine Kühlvorrichtung und Wärmeaustauscher, welche zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gehören,
Fig. 3 ein Umschaltventil, welches derart ausgestaltet ist, daß es den Verdampfer durch Umkehr des Kühlmittelstromes in, der Maschine gemäß Fig. 2 entfrostet, wenn letztere als Wärmepumpe betrieben wird, und
Fig. 4 die Kühlvorrichtung gemäß Fig. 2, die durch eine Wärmepumpe ergänzt ist, welche z.B. in der Lage ist, heißes Leitungswasser zuzuführen.
Fig. 1 zeigt eine Einlaßluftleitung 1, die den verschiedenen Räumen A, B, C gemeinsam ist, die unterschiedlichen Wärmebedarf haben. Jeder Raum hat seine eigene Lufteinlaßleitung 2A, 2B bzw. 2C sowie seine entsprechende eigene Luftauslaßleitung 3A, 3B bzw. 3C, die sich in eine gemeinsamen Auslaßluftleitung 4 öffnen. Frischluft F und Rückluft R werden in die Leitung 1 durch Steuerklappen 5 und 6 eingeführt. Ein mit einem Gebläse versehener Wärmetauscher 7 ist am Eingang der Leitung 1 angeordnet, um die Eingangsluft auf eine Temperatur zu bringen, welche dem Raumbedarf, welcher den niedrigen Wärmebedarf pro eingeführtes Lufteinheitsvolumen hat, Genüge tut.
Das heißt, daß die in die anderen Räume strömende Luft mittels Nachwärmeexnhexten 8A-C aufgewärmt werden muß. Diese Einheiten können durch Thermostaten gesteuert sein.
Durch den Wärmetauscher 7 fließt Wasser, welches beim normalen Betrieb im Wasserkühler 9 gekühlt wird.
Die Einheiten 8A-C liegen parallel, und Wasser fließt durch sie, welches im normalen Betrieb im Wasserwärmer 10 gewärmt wird.
Eine Hilfswärmquelle 11 liegt in Reihe zum Wasserwärmer 10. Der Wasserkühler 9 ist als Verdampfer in einer Kühlvorrichtung ausgebildet, in welcher der Wasserwärmer 10 als ein erster Kondensator arbeitet. Außerdem enthält die Wärmepumpe einen Wärmetauscher 12, der im normalen Betrieb als zweiter Kondensator für das Kühlmittel arbeitet, welches durch einen Kompressor 14 komprimiert wird.
Wie nachfolgend ausführlicher im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 4 beschrieben wird, enthält der Kühlkreislauf ein Kopplungselement 15, welches die Schaltfunktion für den Wärmetauscher 12 durchführt, wenn der Kühlbedarf der Eingangsluft durch einen Wärmebedarf ersetzt ist.
Gemäß dieser Art Schaltfunktion wird der Kühler 9 von seiner Wärmetauscherbeziehung zum Kühlmittel abgetrennt und wird stattdessen an der Flüssigkeitsseite parallel zu den Einheiten 8A-C durch die Leitungen 16 und 17 bzw. die Umschaltventile 18 bzw. 19 angekoppeIt.
Fig.' 2 ;zeig.t schematisch den in Fig. 1 angedeuteten Kühler bzw. die Kühlvorrichtung mit den Wärmetauschern 9, 10 und 12, wobei das Kopplungsventil 15 für den normalen Betrieb eingestellt ist, in --welchem der Kühlmittelstrom dem durch die Pfeile angedeuteten Weg folgt.
Das Kühlmittel strömt vom Kompressor und durch einen öltrenner 20, nach welchem sich der Strom spaltet. Ein Unterstrom geht durch das druckgesteuerte Ventil 21, den Kondensator 10 und in das Reservoir 22. Der andere Unterstrom geht durch das Ventil 15, den luftgekühlten Kondensator 12, ein druckgesteuertes Ven-
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til 23 und in das Reservoir 22. Aus diesem strömt das Kühlmittelkondensat über einen Kondensatunterkühler 24, ein Drosselventil 25 und ein Ausdehnungsventil 26 zu dem Wasser-Kühler/Verdampfer 9, von wo das Kühlmittel durch ein Absperrventil 27, das Ventil 15 und einen Flüssigkeitsseparatur oder Trennvorrichtung 28 zum Kompressor 14 strömt.
Die Fließverteilung zwischen den Wärmetauschern 10 und 12 wird durch die Ventile 21 und 23 gesteuert, wobei die Strömung durch den Wärmetauscher 10 Vorrang hat.
Eine Leitung 29 erstreckt sich von einer Stelle zwischen dem Kondenator 12 und dem Ventil 23 zu jenem Teil des Kühlmittelkreises, welcher das Kondensat führt. Die Leitung 29 enthält ein Expansionsventil ;3O und ein Absperrventil 31. Wegen der Druckdifferenz über dem Absperrventil 31 ist letzteres jedoch im normalen Betrieb geschlossen.
Fig. 3 zeigt eine Kühlvorrichtung, die im wesentlichen der in Fig. 2 gezeigten entspricht.
Das Vierwegeventil 15 ist jedoch so umgeschaltet worden, daß die Kühlvorrichtung jetzt als Wärmepumpe arbeitet, wie es erwünscht ist, wenn der normalerweise bestehende Kühlbedarf durch einen Wärmebedarf ersetzt ist.
Der Kühlmittelfluß ist beim Betrieb des Systems als Wärmepumpe in Fig. 3 durch die mit ausgezogenen Linien gezeigten Pfeile gezeigt.
Die Maschine gemäß Fig. 3 enthält über die der Fig. 2 ein zweites Vierwegeventil 33. Dieses Ventil 33 ist so ausgestaltet, daß es nach dem Umschalten aus der in Fig. 3 gezeigten Position
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den Kühlmittelfluß durch die Wärmetauscher 10 und 12 so umkehrt, daß der Programmablaufplan bzw. das Flußdiagramm dann die mit gestrichelten Pfeilen gezeigte Form annimmt, so daß der Wärmetauscher 12 entfrostet wird. Wenn die Maschine als Wärmepumpe arbeitet, wird das Ventil 25 geschlossen gehalten, während die Wasserspirale des Wärmetauschers 7 an dem Heißwasserkreis des Wärmetauschers 10 über die.Ventile 18, 19 (siehe Fig. 1) angeschlossen ist, so daß der Eingangsluftstrom auf eine Grundtemperatur erwärmt werden kann, welche dem Bedarf desjenigen Raumes entspricht, welcher den niedrigsten Wärmebedarf pro eingeführte Lufteinheitsmenge hat.
Fig. 4 zeigt eine Maschine mit einer Kühlvorrichtung, die in allen Aspekten derjenigen nach Fig. 2 entspricht. Die Maschine der fig. 4 weist zusätzlich eine Wärmepumpe mit einem Kühlmittelkreis 35 mit einem Kompressor 36, einem Kondensator 37, einem Flüssigkeitsreservoir 38, einem Kondensatunterkühler 39, einem Expansionsventil 40 und einem Verdampfer 41 auf.
Der Verdampfer 41 ist in einer Wärmeaustauschbeziehung mit der Heißgasseite des Kühlvorrichtungskreises angeordnet, so daß eine relativ hohe Kondensationstemperatur, z.B. 80 C, in dem Kondensator 37 ohne Schwierigkeit gehalten werden kann. Der Kondensator 37 ist zweckmäßig so angeordnet, daß die Leitungswasserbeschickung erwärmt wird.
Selbstverständlich ist es bei der Maschine nach Fig. 4 (oder bei der nach Fig. 2) auch möglich, ein Umkehrventil zu verwenden, wie z.B. das Ventil 33 in Fig. 3, um den Wärmetauscher 12 zu entfrosten, wenn die Maschine als Wärmepumpe betrieben wird.
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Die Anlage gemäß der Erfindung ist hier als Kühlvorrichtung beschrieben worden, deren warme und kalte Seiten in Wärmeaustauschbeziehung mit Wasser sind, welches als Wärmeübertragungsmedium zu den Wärmetauschern verwendet wird, welche die Temperaturen der in den Räumen ankommenden Luft reguliert. Auf diese Weise ist das Risiko vermindert, daß das Personal mit dem Kühlmittelgas in Berührung kommt, obwohl es sich versteht, daß im Zusammenhang mit der Erfindung es auch möglich ist, ohne das Wassersystem für die Übertragung von Wärme/Kälte von der Kühlvorrichtung zur Eingangsluft auszukommen und stattdessen dafür zu sorgen, daß die warmen und kalten Seiten der Kühlvorrichtung in direkten Wärmetauschkontakt mit der VentilationsIuft gebracht werden.
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Claims (5)

  1. 260607?.
    Patentansprüche
    / 1. !Verfahren zur Steuerung der Temperatur mehrerer Räume mit wechselseitig unterschiedlichem und sich veränderndem Wärmebedarf, wobei unter den Räumen normalerweise ein Kühlbedarf ist, bei dem mit Hilfe einer Kühlvorrichtung, deren Kühlmittel zyklisch verdampft und kondensiert wird, dem gemeinsamen Eingangsluftstrom ein Wärmeinhalt gegeben wird, welcher dem Bedarf desjenigen Raumes entspricht, welcher den niedrigsten Wärmebedarf pro zugeführ tem Lufteinheitsvolumen hat, und zwar durch die übertragung von Wärme, die von Luft zum Kühlmittelkondensat in einem ersten Wärmetauscher getragen wird, wobei die Luftströme in die entsprechenden Räume fließt, die auf das notwendige Maß mittels eines Teils der Kondensationswärme des Kühlmittels in einer Anzahl zweiter Wärmetauscher entsprechend der Anzahl der Luftströme zu den einzelnen Räumen nachgewärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die übrige Kondensationswärme des Kühlmittels in einem dritten Wärmetauscher auf den gemeinsamen Luftstromauslaß von den Räumen übertragen wird, und daß dann, wenn der Kühlbedarf durch einen Heizbedarf ersetzt wird, die ersten und dritten Wärmetauscher derart geschaltet werden, daß sie die Funktionen bezüglich der Wärmeübertragung zwischen Kühlmitteldampf und Kühlmittelkondensat vertauschen, wobei die gemeinsamen Einlaß- und Auslaßluftströme zu den Räumen und von diesen weitergehen, und zwar über die zweiten Wärmetauscher derart, daß ein Teil der Kondensationswärme des Kühlmittels auf die Eingangsluftströme übertragen wird, die zu den einzelnen Räumen gehen.
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  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Wärmeinhaltes des heißen, den Kompressor der Kühlvorrichtung verlassenden Kühlmittels zur Verdampfung eines Kühlmittels in einer Wärmepumpe verwendet wird, deren Kondensationswärme zum Heizen von Leitungswasser und möglicherweise zum Nachheizen der entsprechenden Eingangsluftströme zu den getrennten Räumen verwendet wird.
  3. 3. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, insbesondere zur Regulierung der Temperatur mehrerer Räume (A, B, C) mit wechselseitig unterschiedlichen und sich verändernden Wärmeerfordernissen, v.Tobei unter den Räumen normalerweise ein Kühlbedarf besteht, mit einer Kühlvorrichtung (14, 12, 26, 9) mit einem Kühlmittelkreis mit einer Verdampfervorrichtung (9), einem Kompressor (14) und einem Kondensatorsystem (12), wobei die Verdampfervorrichtung an einen ersten Wärmetauscher (7) über einen Flüssigkeitskreis, vorzugsweise einen Wasserkreis, angeschlossen ist, der erste Wärmetauscher derart ausgestaltet ist, daß er den gemeinsamen Eingangsluftstrom zu den Räumen auf ein . Wärmeniveau bringt, welches dem Bedarf desjenigen Raumes entspricht, welcher den niedrigsten Wärmebedarf pro Eingangsluftvolumeneinheit hat, und wobei das Kondensatorsystem an eine Anzahl zweiter paraller Wärmetauscher (8A, 8B, 8C) über einen zweiten Flüssigkeitskreis, vorzugsweise einen Wasserkreis, angeschlossen ist, die zweiten Wärmeaustauscher in dem Einlaßluftstrom (2a, 2B, 2C) zu den entsprechenden Räumen angeordnet und derart ausgestaltet sind, daß die Eingangsluftströme zu den verschiedenen Räumen auf das notwendige Maß nachgewärmt werden, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Wärmetauscher (12) der-
    609835/0344
    art ausgestaltet ist, daß er die überschüssige Kühlmitteldampfwärme zu dem gemeinsamen Austrittsluftstrom von den Räumen entfernt, daß die Einlaß- und Auslaßleitungen für den ersten Wärmetauscher (7) derart ausgestaltet sind, daß sie an den zweiten Flüssigkeitskreis über eine erste (16) und eine zweite (17) Beipaßleitung anschließbar sind, welche sich von der warmen bzw. kalten Seite des zweiten Flüssigkeitskreises erstreckt, und daß Kopplungseinrichtungen (15, 18, 19) derart vorgesehen sind, daß beim Ersetzen des Kühlbedarfes durch einen Heizbedarf die Verdampfervorrichtung abgetrennt wird, der dritte Wärmetauscher als Verdampfer in dem Kühlmittelkreis angeschlossen wird und der dritte Wärmetauscher in dem zweiten Flüssigkeitskreis angeschlossen wird.
  4. 4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die warme Ausgangskühlmittelleitung vom Kompressor (14) der Kühlvorrichtung in Wärmetauschbeziehung zum Verdampfer (41) einer Wärmepumpe angeordnet ist, die einen Kühlmittelkreis (35) mit einem Kompressor (36) , einem Kondensator (37) und einem Verdampfer (41)' aufweist und daß der Kondensator (37) der Wärmepumpe zum Erwärmen von Leitungswasser angeordnet ist.
  5. 5. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfswärmequelle (11) derart angeordnet ist, daß erforderlichenfalls Hilfswärme dem zweiten Flüssigkeitskreis zugeführt wird.
    609835/0344
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