DE2657245A1 - Anordnung zur waermeuebertragung von der ein geschlossenes volumen verlassenden abluft auf die dem volumen zugefuehrte eingangsluft - Google Patents

Anordnung zur waermeuebertragung von der ein geschlossenes volumen verlassenden abluft auf die dem volumen zugefuehrte eingangsluft

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DE2657245A1 DE19762657245 DE2657245A DE2657245A1 DE 2657245 A1 DE2657245 A1 DE 2657245A1 DE 19762657245 DE19762657245 DE 19762657245 DE 2657245 A DE2657245 A DE 2657245A DE 2657245 A1 DE2657245 A1 DE 2657245A1
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Description

Priorität vom 22. Dezember 1975 in Schweden, Nr.75-14560-7
Die Erfindung betrifft eine Anordnung für die Übertragung von Wärme von der Abluft, welche ein geschlossenes Volumen, wie z.B. ein Bergwerk, eine Grube oder dergleichen, verläßt, zur Frischluft zu diesem Volumen hin und weist einen mit Flüssigkeit gefüllten Kreislauf mit mindestens einer ersten Umwälzpumpe an mindestens einem ersten Wärmetauscher auf, der in Berührung mit dem Eingangsluftstrom angeordnet ist, und weist mindestens einen zweiten Wärmetauscher auf , der in Berührung mit dem Abluftstrom angeordnet ist.
Postscheck: Frankfurt/Main
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Es gibt einen zu gewinnenden Vorteil durch, die Wiedergewinnung der Wärme, die in der Abluft enthalten ist, welche Wohnhäuser, Industrieanwesen, Bergwerke usw. -verläßt. Ein bekanntes Verfahren, um dieses Ziel in einem gewissen Maß zu erreichen, besteht in der Anordnung eines Wärmetauschers in der Abluftleitung oder -führung, welcher die Abluft kühlt und folglich einen Teil seines Wärmeinhalts absorbiert, und besteht ferner in der Anordnung eines Wärmetauschers in der Lufteingangs führung oder -leitung, um die Frischluft aufzuheizen. Die zwei Wärmetauscher sind über einen eine Umwälzpumpe enthaltenden Kreislauf miteinander gekoppelt. Als Wärmeübertragungsmedium in dem Kreislauf kann man eine Flüssigkeit verwenden, wie z.B. ein Wasserglycolgemiscn, so daß das Wärmeübertragung smedium gehindert ist, in den Wärmetauschern in dem Augenblick zu frieren, wenn die Lufttemperaturen äußerst niedrig sind.
Ein Problem, welches bei dieser bekannten Art von Anordnung auftritt, besteht darin, daß es nicht möglich, ist, die Abluft auf ein zu großes Ausmaß zu kühlen, ohne daß der Flüssigkeitsgehalt, der bei der warmen Abluft stets zugegen ist, auf der Oberfläche des Wärmetauschers kondensiert, welcher diese Luft kühlt, so daß er Frost oder Eis auf dem Wärmetauscher bildet, wenn die Ausgangstemperatur der Abluft niedrigwird. Frost- oder Reifbildung oder das Vereisen auf der Oberfläche des Abluftwärmetauschers erschwert den Wärmeübergang und erhöht auch den Widerstand in der Abluftleitung. Dieses Vereisen oder die Reif-
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bildung kann schließlich zum Blockieren oder Absperren der Abluftleitung führen. Diese Erscheinung setzt eine Grenze für das Maß, bis zu welchem Abluft gekühlt werden kann und wieviel Wärme deshalb wiedergewonnen werden kann.
Bei einem speziellen Beispiel beträgt die Temperatur dex' Abströmluft aus einer Grube etwa 7 C. Sobald die Abluft in die Nachbarschaft von 0 C durch den Abluftwärmetauscher heruntergekühlt ist, beginnt die Bildung von Reif und Eis auf der Wärmetauscheroberfläche. Wenn die Zuluft zur Grube eine Temperatur von z.B. -25 C hat, dies kann bisweilen in Nordshwßden der Fall sein, dann können nur etwa 25 $ der gesamten der Eingangsluft zugeführten Wärmeenergie wiedergewonnen werden, wenn eine ernste Reifbildung oder ein Vereisen auf dem Abluftwärmetauscher vermieden werden soll. Es ist Ziel oder Hauptbedeutung vom wirtschaftlichen Gesichtspunkt und der Brennstoffpolitik, Anordnungen zu entwickeln, welche den Bruchteil wieder zu gewinnender Wärmeenergie steigern, ohne daß man fehlerhaftes Funktionieren in der Anordnung infolge Eis- oder Reifbildung befürchten muß.
Die Anordnung gemäß der Erfindung erfüllt dieses Ziel, und die neuen Merkmale der Erfindung über die eingangs erwähnten bekannten Merkmale hinaus bestehen im wesentlichen darin, daß mindestens eine Beipaßleitung in dem Flüssigkeitskreislauf parallel zum zweiten Wärmetauscher angeordnet ist; daß Einrichtungen zur Steuerung des Flüssige eitsstromes durch den
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zweiten Wärmetauscher angeordnet sind, während letzterer enteist bzw. entfrostet wird; und daß Einrichtungen angeordnet sind, um Wärme dem ersten Wärmetauscher in der Form von Wärme zuzuführen, die von der Abluft abgezogen ist, während der zweite Wärmetauscher enteist bzw. entfrostet wird. Die Anordnung gemäß der Erfindung und eine bevorzugte Ausführung derselben wird nachfolgend in größerer Einzelheit erläutert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglüikeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 eine erste Ausfuhrungsform der Erfindung, Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung und Fig. 3 und h zwei Ausführungsformen der Erfindung, bei welchen eine Hilfswärmequelle vorgesehen ist, um das Enteisen oder Entfrosten zu erleichtern.
Figur 1 veranschaulicht schematisch ein geschlossenes Volumen 1, wie z.B. eine Grube, Bergwerk oder dergleichen, mit einer Luftzuführleitung 2 und einer Abluftleitung 3. Gebläse sind normalerweise vorgesehen, obwohl sie hier nicht veranschaulicht sind, um die Luft durch die Masse oder das Volumen 1 umzuwälzen, Ein erster Wärmetauscher h ist in der Luftzuführleitung 2 angeordnet. Ein zweiter Wärmetauscher 5 ist in der Abluftleitung 3 angeordnet. Die Wärmetauscher h und 5 sind zu einem
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geschlossenen, mit Flüssigkeit gefüllten Kreislauf 6 verbunden. Die Flüssigkeit kann aus einem Wasser-Glycolgemisch bestehen. Eine Beipaßleitung ist quer über dem zweiten Wärmetauscher 5 angeordnet. Ein Wärmespeicher mit Schicht- oder Lagenaufbau ist mit dem Kreislauf 6 verbunden, und seine kalte Seite ist mit der Beipaßleitung 7 verbunden. Der Kreislauf 6 zeigt eine Umwälzpumpe 18, welche das Umwälzen der Flüssigkeit durch mindestens den ersten Wärmetauscher h aufrecht erhält. Der Kreislauf 6 enthält zwischen dem Wärmespeicher 8 und dem zweiten Wärmetauscher 5 ein Element 9· Das Element 9 kann durch ein Abschaltventil oder eine reversible Umwälzpumpe dargestellt sein bzw. bestehen.
Im Betrieb der in Fig. 1 gezeigten Anlage mit Temperaturverhältnissen, wie sie z.B. in der Zeichnung angezeigt sind, tritt nach einer relativ kurzen Zeit Eis- und Frostbildung am zweiten Wärmetauscher au?. Sobald die Eisbildung allmählich beginnt, den Wärmetauscher zwischen der Abluft und der Flüssigkeit im Kreislauf 6 zu beschränken, kann das Ventil 9 geschlossen werden. Dies bedeutet, daß die Abluft, die z.B. eine Temperatur von 7 C hat, den zweiten Wärmetauscher enteist, während die Wärmezufuhr zum Wärmetauscher h vermittels der Schicht heißer Flüssigkeit aufrechterhalten wird, welche in diesem Wärmespeicher 8 gesammelt wird. Während derjenigen Betriebsdauer, in welcher die Enteisung nicht geschieht, ist mit anderen Worten eine Anordnung so geschaffen, daß nur ein Teil der in dem zweitai Wärmetauscher aufgewärmten Flüssigkeit (direkt) zum
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ersten Wärmetauscher h übertragen wird, während der übrige Bruchteil der im zweiten Wärmetauscher aufgewärmten Flüssigkeit im Wärmespeicher eine Zeit lang gespeichert wird, während nämlich das Ventil 9 geschlossen gehalten wird.
In dem Fall, wenn das Element 9 durch eine reversible Umwälzpumpe dargestellt oder gebildet ist, ist die Anordnung so getroffen, daß die Pumpe 9 normalerweise Flüssigkeit von dem zweiten Wärmetauscher 5 zum Wärmespeicher 8 pumpt. Wenn der zweite Wärmetauscher 5 enteist werden soll, wird die Pumpe 5 reversiert oder umgeschaltet, so daß sie heiße Flüssigkeit vom Wärmespeicher 8 dixch den Wärmetauscher 5 pumpt. In diesem Falle wird somit heiße Flüssigkeit vom Wärmespeicher 8 sowohl durch den Wärmetauscher h als auch durch den Wärmetauscher 5 gepumpt. Auf diese Weise werden Reif und Eis, die sich av£ dem Wärmetauscher 5 gebildet haben, sowohl von der Außenseite durch die warme Abluft als auch von der Innenseite durch die heiße Flüssigkeit aus dem Wärmetauscher aufgetaut.
Eine äußere Wärmequelle 10, wie z.B. ein Ölbrenner, kann angeordnet sein, um die Eingangsluft, die im Wärmetauscher k vorerwärmt ist, nochmals zu erwärmen, um sicherzustellen, daß die in dem eingeschlossenen Volumen 1 ankommende Luft nicht eine unerwünscht niedrige Temperatur hat. In dieser Beschreibung muß man auch den Fall in der Abluftleitung in Rechnung stellen, weil die das Volumen 1 verlassende Abluft eine Temperatur haben sollte, die normalerweise 0 C übersteigt, so daß der Wärme-
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tauscher 5 auch durch die Zuführ von Wärme von außen enteist werden kann, das soll sagen, daß die relativ wärme Abluft die Reifbildung auf dem Kunststoffrohr-Wärmetauscher 5 abtauen kann.
Figur 2 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der in Figur 1 gezeigten Anordnung, wobei die Elemente in den Fig. 1 und 2, die einander identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Bei der in Fig. 2 gezeigten Anordnung wird die Abluft vom Volumen 1 durch drei getrennte Abluftleittngen 3a herausgenommen. Ein Abluftwärmetauscher 5a ist in Berührung mit jedem der getrennten Abluft ströme 3a angeordnet. Die Wärmetauscher 5a sind jeweils an eine Leitung 7a angeschlossen. Die Leitungen 7a liegen parallel, und die Gruppe der Leitungen 7a ist in Reihe mit dem Kreislauf 6 verbunden. Ein Abschaltventil 9a ist in jeder (Bypass)-Leitung 7a angeordnet.
Wenn ein gewisses Niveau von Reifbildung oder Vereisung auf einem der Wärmetauscher 5a auftritt, wird sein entsprechendes Abschaltventil 9a geschlossen, so daß die Strömung durch diesen speziellen Wärmetauscher angehalten wird, während die Strömung durch den anderen Wärmetauscher 5a aufrechterhalten wird. Auf diese Weise wird der Wärmetauscher 4 mit Wärme zum Vorheizen der Einlaßluft versorgt, während die Abluft Eis und Reifablagerungen auf dem abgeschalteten Wärmetauscher 5a abtaut.
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Die Ventile 9a können mit einem (nicht gezeigten) Zeitgeber gekoppelt und von diesem gesteuert sein, der sicherstellt, daß die Ventile 9a ihrerseits eine bestimmte und gleiche Zeit lang auf zyklische Weise abgeschaltet werden. Die Länge der Abschaltzeit kann auf der Basis von Erfahrung bestimmt werden, die während des Betriebes der Anlage gewonnen wird. Auf der anderen Seite kann in der gleichen Weise wie bei der Anordnung der Figur 1 der Abluftdruckabfall über jeden Abluftwärmetauscher 5a bestimmt werden, und auf der Basis des erhaltenen Effektes oder Musters oder der erhaltenen Zahl (diese stellen ein Maß für die Reifbildung und Vereisung dar) kann ein Abschalten des entsprechenden Ventils 9a eingeleitet werden, um den entsprechenden Wärmetauscher 5a zu enteisen. In gleicher Weise kann die Länge der Enteisungszeit z.B. dadurch, bestimmt werden, daß man ein temperaturempfindliches Element verwendet, welches die Temperatur an der Wärmetauscheroberfläche nachweist und für das Ventil 9a Vorsorge dafür trifft, daß es sich öffnet, wenn die Temperatur unter 0 C abfällt. Andererseits kann vorgesehen sein, daß das Ventil 9 öffnet, wenn der Druckabfall der Abluft über dem zugeordneten Wärmetauscher 5a einen bestimmten Wert unterschreitet.
Wenn die Anzahl der Abluftwärmetauscher 5a relativ klein ist, kann es gut sein, das Enteisen dieser Wärmetauscher 5a zyklisch vorzunehmen. Hat man jedoch eine große Anzahl von Abluftwärme tauschern 5a, dann sollte das Risiko für alle Wärmetauscher 5a, daß sie zum Enteisen abgeschaltet sind, extrem
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klein sein, und in diesem Falle kann ein einzelnes Enteisen ein vorteilhafter und wirksamer Weg zur Behandlung des Problems sein, weil es in diesem Falle eine relativ große Anzahl von Wärmetauschern ^a gibt.
In Fig. 3 kann man eine Anordnung sehen, die jener der Fig.1 entspricht. Zusätzlich ist jedoch in diesem Fall eine zweite Bypass-Leitung 25 vorgesehen worden, die so angeordnet ist, daß sie die Strömung durch den Kreislauf 6 von einer Stelle zwischen der Umwälzpumpe 18 und dem ersten Wärmetauscher h zu einer Stelle zwischen der ersten Bypass-Leitung 7 und dem zweiten Wärmetauscher 5 shuntet bzw. im Nebenschluß hierzu liegt. Die Bypass-Leitung 25 enthält eine Hilfswärmequelle 23» die zum Beispiel als Xmmersionsheizvorrichtung ausgestaltet sein kann. Um die Strömungsverteilung zwischen dem Kreislauf 6 und der Bypass-Leitung 25 zu steuern, sind ein erstes Ventil 20 in der Leitung 25 und ein zweites Ventil 21 in dem Wärmetauscher h angeordnet. Die Ventile 20 und 21 sind in . der Weise eingestellt, daß eine gewisse Strömung heißer Flüssigkeit vom Wärmespeicher 8 durch den Wärmetauscher 4 selbst dann aufrechterhalten wird, wenn der Wärmetauscher 5 enteist wird.
Die Immersions- bzw. Tauchheizeinrichtung 23 erwärmt die Flüssigkeitsströmung in der Bypass-Leitung 25 auf ein Niveau, welches der Temperaturverminderung entspricht, die in der Strömung durch den Wärmetauscher 5 auftritt, während letzterer enteist wird, mit dem Ergebnis, daß die den Wärmetauscher 5
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verlassende Strömung, die im Wärmespeicher 8 ankommt, eine Temperatur hat, die sich nicht so stark von der Temperatur in dem heißen Abschnitt des Wärmespeichers 8 unterscheidet.
In Fig. h kann man eine andere Methode der Kopplung der Hilfswärmequelle 23 in die Anordnung gemäß der Erfindung sehen. Bei diesem Beispiel ist eine Bypass-Leitung 7b vorgesehen worden, die sich von einer Stelle zwischen der Umwälzpumpe 9 und dem Wärmespeicher 8 zu einer Stelle zwischen der Bypass-Leitung 7 und dem zweiten Wärmetauscher 5 erstreckt. Die Strömungsverteilung zwischen dem Kreislauf 6 und der Bypass-Leitung 7b wird durch Ventile 20 und 21 reguliert, die nach dem Abzweig zwischen der Bypass-Leitung 7t> und dem Kreislauf 6 angeordnet sind. Die Ventile 20 und 21 können selbstverständlich als Dreiwegeventile ausgestaltet sein und brauchen nicht irgendeine Strömung in den Hauptkreislauf 6 durchzulassen, weil das Bypass-Ventil 7 sicherstellt, daß die Umwälzung oder Zirkulation durch den Wärmespeicher 8 und den ersten Wärmetauscher h während einer Zeit aufrecht erhalten wird, während der der zweite Wärmetauscher 5 enteist wird.
Es verstellt sich ferner, daß ein entsprechender Aufbau von Bypass-Leitungen und Tauchheitsvorrichtuiipn den Wärmetauschern 5a der Fig. 2 zugeordnet sein kann.
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Claims (18)

  1. Patentansprüche
    / 1# Anordnung für die ¥ärmeüberführung von ein geschlossenes Volumen, z.B. eine Grube ocfer dergleichen, verlassender Abluft zur Einführluft zu diesem Volumen, mit einem mit Flüssigkeit gefüllten Kreislauf mit mindestens einer ersten Umwälzpumpe, wobei mindestens ein erster Wärmetauscher in Berührung mit der Einlaßluftströmung angeordnet ist und mindestens ein zweiter Wärmetauscher in Berührung mit der Abluftströmung angeordnet ist, da durch gekennzeichnet, daß mindestens eine Bypass-Leitung (7» 7a) im Flüssigkeitskreislauf (6) parallel mit dem zweiten Wärmetauscher (5» 5a) angeordnet ist, daß Einrichtungen (9» 9a» 20) zur Steuerung des Flüssigkeitsstromes durch den zweiten Wärmetauscher, während letzterer enteist wird, angeordnet sind; und daß Einrichtungen , (8; 5a, 7a, 9a) für die Zuführung von Wärme zum ersten Wärmetauscher {h) in Form von Wärme angeordnet sind, die von der Abluft während des Enteisens des zweiten Wärmetauschers (5» 5a) abgezogen ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezuführeinrichtung einen Wärmespeicher (8) mit Schichten aufweist, dessen warme Seite mit dem Flüssigkeitskreislauf zwischen dem zweiten und dem ersten Wärmetauscher gekoppelt ist und dessen kalte Seite mit dem
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    Kreislauf zwischen dem ersten und zweiten Wärmetauscher, in Kreislauffließrichtung gesehen, verbunden ist, wobei der Wärmespeicher (8) die Bypass-Leitung (7) bildet.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flußsteuereinrichtung eine zweite Umwälzpumpe (9) aufweist, die zwischen dem Wärmespeicher (8) und dem zweiten Wärmetauscher (5) angeordnet ist; daß die zweite Umwälzpumpe (9) umschaltbar und derart angeordnet ist, daß sie heiße Flüssigkeit vom Wärmespeicher (8) durch den zweiten Wärmetauscher (5) pumpt, während letzterer enteist wird; und daß die erste Umwälzpumpe (18) derart angeordnet ist, daß sie kontinuierlich heiße Flüssigkeit vom Wärmespeicher (8) zum ersten Wärmetauscher (k) pumpt.
  4. h. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezuführeinrichtung eine Mehrzahl von parallelen Bypass-Leitungen (7a) aufweist, die im Kreislauf (6) angeordnet sind, ein zweiter Wärmetauscher (5a) in jede Bypass-Leitung (fa) eingekoppelt iat und ein Abschaltventil (9a) jeder Bypass-Leitung (7a) zugeordnet ist.
  5. 5· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeitsströmungssteuereinrichtung (9» 9a) durch einen Zeitgeber gesteuert ist, der zyklisch für das Auslösen des Abschaltens des Kreislaufs für einen gewissen Teil des Zyklus vorgesehen ist.
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  6. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungssteuereinrichtungen (9; 9a) so angeordnet sind, daß sie durch ein Nachweiselement ausgelöst sind, welches ein gewisses Niveau an Eisbildung auf dem zweiten Wärmetauscher (5» 5&) nachweist und welches diesen ausgelösten Zustand so lang aufrechterhält, wie die Eisablagerung im zweiten Wärmetauscher (5» 5a) größer als ein bestimmter Wert ist.
  7. 7. Anordnung nach Anspruch 5 t dadurch gekennzeichnet, daß die Länge dieses Teils des Zyklus durch die Außentemperatur gesteuert ist.
  8. 8. Anordnung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Länge dieses Teils des Zyklus von Hand einstellbar ausgestaltet ist.
  9. 9. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachweiselement das Vereisen dadurch nachweist, daß der Abluftdruckabfall über den zweiten Wärmeaustauscher erfaßt wird.
  10. 10. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Nachweiselement so ausgestaltet ist, daß es die Enteisung aufrechterhält, bis die Oberflächentemperatur des zweiten Wärmeaustauschers 0 C übersteigt.
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  11. 11. Anordnung nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschaltventile (9a) so angeordnet sind, daß sie nacheinander die Strömung durch die jeweiligen zweiten Wärmetauscher abschalten, so daß sie mittels der Abluft enteist werden können.
  12. 12. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abluftwärmetauscher (5» 5a) aus einem Kunststoffrohr-Värmetauscher besteht.
  13. 13· Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine zweite Bypass-Leitung (7b) parallel zum zweiten Wärmetauscher angeordnet ist und eine Hilfswärmequelle (23) aufweist, die derart angeordnet ist, daß zur Zeit des Enteisens des zweiten Wärmetauschers Wärme der Flüssigkeit zugeführt wird, welche durch den Wärmetauscher fließt; und daß die Ventilelemente (20, 21) zum Führen der Strömung des Kreislaufs (6) zur zweiten Bypass-Leitung (7b) angeordnet sind.
  14. 14. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Bypass-Leitung (25) parallel zu dem zweiten Wärmetauscher (5) und dem Wärmespeicher (8) angeordnet und daß ein Ventilelement (20, 21) zur Steuerung der Verteilung der Strömung warmer Flüssigkeit vom Wärmespeicher (8) durch den ersten Wärmetauscher und die zweite Bypass-Leitung (25) angeordnet ist.
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  15. 15· Anordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswärmequelle (23) in deo/zweiten Bypass-Leitung (25) so angeordnet ist, daß die durch den zweiten Wärmetauscher (5) strömende Flüssigkeit erwärmt wird, während der Wärmetauscher (5) enteist wird.
  16. 16. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Strömungssteuereinrichtung (9a) ein Abschaltventil ist und daß das Auslösen das Abschalten der Strömungssteuereinrichtung aufweist.
  17. 17· Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungssteuereinrichtung (9) eine zweite Umwälzpumpe ist und daß das Auslösen das Umschalten der zweiten Umwälzpumpe aufweist.
  18. 18. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungssteuereinrichtung (9) eine zweite Umwälzpumpe ist und daß das Auslösen das Abschalten der Pumpe aufweist.
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