DE2749254A1 - DEVICE FOR USING THE WASTE HEAT OF A REFRIGERATION SYSTEM - Google Patents
DEVICE FOR USING THE WASTE HEAT OF A REFRIGERATION SYSTEMInfo
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Description
Heinz Georg Baus, Thun (Schweiz)Heinz Georg Baus, Thun (Switzerland)
Einrichtung zur Nutzung der Abwärme einer KälteanlageDevice for using the waste heat from a refrigeration system
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Nutzung der Abwärme einer Kälteanlage in einer Heizungsanlage, wobei ein Verflüssiger für das Kältemittel der Kälteanlage als Wärmeaustauscher ausgebildet ist, der als Heizelement für einen Wärmeträger der Heizungsanlage dient.The invention relates to a device for using the waste heat from a refrigeration system in a heating system, wherein a Condenser for the refrigerant of the refrigeration system is designed as a heat exchanger that acts as a heating element for a The heating system serves as the heat carrier.
Kälteanlagen dienen zur Kühlung von bestimmten Bereichen, beispielsweise von Kühl- oder Tiefkühlvitrinen oder-Schränken in gewerblichen oder industriellen Betrieben. Sie werden im allgemeinen mittels eines in einem geschlossenen Kreislauf umlaufenden Kältemittels betrieben, welches in einem Verdampfer eines Kühlaggregates Wärme des zu kühlenden Gutes aufnimmt und sie in einem Verflüssiger wieder abgibt, so dass die Wärme also von einem Ort, wo sie schädlich ist, an einen anderen Ort gebracht wird, wo sie abgegeben werden kann. Die in dieser Weise an die Luft oder an Wasser abgegebene Abwärme erreicht insbesondere bei gewerblichen oder industriellen Kälteanlagen merkbare Beträge, welche über den Verflüssiger zwar im wesentlichen schadlos, aber auch nutzlos an die Umgebung abgegeben werden.Refrigeration systems are used to cool certain areas, for example of refrigerated or freezer showcases or cabinets in commercial or industrial operations. You will in general operated by means of a refrigerant circulating in a closed circuit, which in an evaporator a cooling unit absorbs heat from the goods to be cooled and releases it again in a condenser, so that the heat that is, it is brought from one place where it is harmful to another place where it can be given off. The one in this Waste heat released into the air or water is achieved especially in commercial or industrial refrigeration systems noticeable amounts, which through the condenser are essentially be released into the environment harmlessly, but also uselessly.
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Es wurde deshalb im Hinblick auf eine erwünschte allgemeine Verminderung des Energiebedarfs versucht, diese Abwärme nutzbar zu machen, und zwar insbesondere für die Erwärmung von Brauchwasser oder für die Beheizung von Räumen.It was therefore attempted with a view to a desired general reduction in the energy requirement, this waste heat to make usable, in particular for heating domestic water or for heating rooms.
Die benötigten Mengen an erwärmtem Brauchwasser sind allerdings im allgemeinen nicht so gross, dass für ihre Erwärmung die gesamte Abwärme einer Kälteanlage benötigt wird. Ausserdem ist die Wärmeabnahme aufgrund des nicht fortlaufend strömenden Brauchwassers schwierig. Trotz aufwendiger Einrichtungen, wie Speicher, Regelorgane usw. kann nur ein Teil der anfallenden Abwärme genutzt werden.However, the quantities of heated domestic water required are generally not so large that they are needed for heating it all waste heat from a refrigeration system is required. In addition, the heat loss is due to the non-continuous flow Domestic water difficult. Despite complex facilities such as memory, control organs, etc., only a part of the accumulating waste heat can be used.
Die Beheizung von Räumen mit der zur Verfügung stehenden Abwärme von Kälteanlagen erfolgt direkt in Form einer Warmluftbeheizung, wobei die Abwärme der Verflüssiger mittels eines oder mehrerer Ventilatoren in die zu beheizenden Räume geblasen wird. Dies bedingt einen verhältnismässig geringen apparatemässigen Aufwand, erlaubt aber jeweils nur die Heizung eines Raumes oder einer kleinen Gruppe von zusammenhängenden Räumen, womit wiederum im allgemeinen nicht die gesamte anfallende Abwärme genutzt werden kann.The heating of rooms with the available waste heat from refrigeration systems takes place directly in the form of warm air heating, with the waste heat from the condenser being blown into the rooms to be heated by means of one or more fans . This requires a relatively low outlay in terms of apparatus, but allows only one room or a small group of connected rooms to be heated, which in turn generally means that not all of the waste heat produced can be used.
Um den grössten Teil der Abwärme für eine Raumheizung zu nutzen, wird daher gelegentlich eine vollständige Heizungsanlage für ein Gebäude oder für eine Gebäudegruppe vorgesehen, welche ausschliesslich mit der Abwärme der Kälteanlage betrieben wird. Eine solche Abwärme-Heizungsanlage reicht in mitteleuropäischen und ähnlichen klimatischen Verhältnissen wohl zur Beheizung von Gebäuden während der Uebergangszeiten, doch muss für die kältesten Tage bzw. Monate zusätzlich eine Heizungsanlage üblicher Art vorgesehen wer den. Auf diese Weise kann zwar die anfallende Abwärme einer Kälteanlage grösstenteils genutzt werden, doch sind die Kosten für die Einrichtung einer solchen separaten Abwärme-Heizungs- In order to use most of the waste heat for space heating, a complete heating system is therefore occasionally provided for a building or for a group of buildings, which is operated exclusively with the waste heat from the refrigeration system. Such a waste heat heating system is sufficient in Central European and similar climatic conditions to heat buildings during the transition periods, but a heating system of the usual type must also be provided for the coldest days or months . In this way , most of the waste heat generated by a refrigeration system can be used, but the costs for setting up such a separate waste heat heating system are
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anlage, zusätzlich zu der herkömmlichen Heizungsanlage, beträchtlich. system, in addition to the conventional heating system, is considerable.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zur Nutzung der Abwärme, einer Kühlanlage zu schaffen, die bei geringem konstruktivem Aufwand und grosser Betriebssicherheit die anfallende Abwärme möglichst vollständig für Heizungszwecke ausnutzt. The object of the invention is to provide a device to use the waste heat to create a cooling system that works with uses the waste heat generated as completely as possible for heating purposes with little construction effort and high operational reliability.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine Einrichtung der eingangs genannten Art, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass der Wärmeaustauscher parallel oder in Serie zu einer Wärmezufuhrvorrichtung einer Warmwasser-Heizungsanlage angeordnet ist.The invention thus relates to a device of the type mentioned at the outset, which is characterized in that the heat exchanger in parallel or in series with a heat supply device a hot water heating system is arranged.
Dadurch, dass der Wärmeaustauscher parallel oder in Serie zu einer Wärmezufuhrvorrichtung einer Warmwasser-Heizungsanlage angeordnet ist, kann eine herkömmliche Warmwasser-Heizungsanlage verwendet werden, in der der Wärmeaustauscher die Verbindung zur Kälteanlage herstellt. Da in einer solchen Heizungsanlage ein ständiger Strom des Wärmeträgers vorhanden ist, ergibt sich auf einfache Weise eine weitgehende Ausnutzung der Abwärme der Kälteanlage* Paes sichbeim Wärmeaustauscher um ein Aggregat ohne bewegte Teile handelt, ist er praktisch nicht störungsanfällig. Ferner ist ohne Schwierigkeiten die Beachtung'sämtlicher Sicherheitsmassnahmen möglich, die im Zusammenhang mit Kaltemitteln getroffen werden müssen, insbesondere werden keine bewegten Teile in den Kältekreislauf gebracht. Because the heat exchanger is parallel or in series with a heat supply device of a hot water heating system is arranged, a conventional hot water heating system can be used in which the heat exchanger makes the connection to the refrigeration system. Since there is a constant flow of the heat carrier in such a heating system, this results in a simple way of utilizing the waste heat from the refrigeration system * Paes in the heat exchanger If it is a unit without moving parts, it is practically not susceptible to failure. Furthermore, the It is possible to observe all safety measures that are specified in Must be taken in connection with refrigerants, in particular no moving parts are brought into the refrigeration cycle.
Eine solche Einrichtung befriedigt im besonderen die an eine Heizungsanlage in gemässigten klimatischen Verhältnissen gestellten Anforderungen. Während der verhSltnismässig langen Uebertragungszeiten im Prühling und im Kerbst und selbst während nicht allzukalten Wintertagen, kann die anfallende Ab-Such a device particularly satisfies those placed on a heating system in moderate climatic conditions Requirements. During the relatively long Transmission times in the bout and in the kerb and even during not too cold winter days, the accumulating waste
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wärme der Kälteanlage für eine genügende Heizung sowohl für Räume wie auch für Brauchwasser ausreichen. So kann es gegebenenfalls genügen, nur an kalten Tagen dem Heizungskreislauf zusätzlich Wärme zuzuführen, was mit den üblichen Wärmezufuhrvorrichtungen erfolgen kann. Damit ergibt sich nicht nur eine beträchtliche Energieeinsparung sondern auch die Abnützung der herkömmlichen Wärmezufuhrvorrichtung, d.h. zum Beispiel des Brenners und des Kessels, vermindern sich.heat of the refrigeration system for sufficient heating for both Rooms as well as for domestic water are sufficient. So it may be enough to only use the heating circuit on cold days add additional heat, which can be done with the usual heat supply devices. This does not result only a considerable energy saving but also the wear and tear of the conventional heat supply device, i.e. for the Example of the burner and the boiler, diminish.
Im allgemeinen weist die Kälteanlage,in Strömungsrichtung des Kältemittels gesehen, nach dem Wärmeaustauscher einen weiteren einschaltbaren Verflüssiger auf. Dieser wird eingeschaltet, wenn die Heizungsanlage dauernd oder temporär nicht betätigt ist, also z.B. im Sommer, wenn keine Raumheizung erforderlich ist, und/oder wenn kein Brauchwasser aufgeheizt werden muss. Vorzugsweise weist dann die Kälteanlage eine dem weiteren Verflüssiger vorgeschaltete, auf den Betriebszustand, d.h. zum Beispiel auf Druck, Temperatur und/oder Feuchtigkeit des Kältemittels ansprechende Steuervorrichtung auf, zum Einschalten des weiteren Verflüssigers.In general, the refrigeration system points in the direction of flow of the Seen refrigerant, after the heat exchanger on a further condenser that can be switched on. This is switched on, when the heating system is permanently or temporarily not in use, e.g. in summer when no room heating is required and / or if no domestic water needs to be heated. The refrigeration system then preferably has a further condenser upstream, on the operating status, i.e. for example on the pressure, temperature and / or humidity of the refrigerant responsive control device to switch on the further condenser.
Es ist günstig, wenn sowohl die Heizungsanlage als auch die Kälteanlage parallel zum Wärmeaustauscher mit Ventilvorrichtungen versehene Bypassleitungen aufweisen, so dass der Kältekreislauf und der Heizungskreislauf voneinander getrennt werden können, was insbesondere bei Defekten bzw. Revisionsarbeiten vorteilhaft ist.It is advantageous if both the heating system and the cooling system are parallel to the heat exchanger with valve devices have provided bypass lines, so that the cooling circuit and the heating circuit are separated from each other can, which is particularly advantageous in the case of defects or revision work.
Falls der Wärmeaustauscher zur Vorwärmung des Wärmeträgers benützt wird, so wird der Wärmeträger-Ausgang des Wärmeaustauschers über ein Regelorgan mit dem Eingang der Wärmezufuhrvorrichtung verbunden. Dies kann vorteilhaft sein, wenn man eine hohe Vorlauftemperatur des Wärmeträgers wünscht, die über der Temperatur des Kältemittel-Eingangs am Wärmeaustauscher liegt. Die Einrichtung kann aber auch so ausgebildet sein, dassIf the heat exchanger is used to preheat the heat transfer medium, the heat transfer medium output of the heat exchanger becomes connected to the input of the heat supply device via a control element. This can be beneficial when one A high flow temperature of the heat transfer medium is required, which is higher than the temperature of the refrigerant inlet at the heat exchanger lies. The device can also be designed so that
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die Wärmeträger-Ausgänge des Wärmeaustauschers sowie der Wärmezufuhrvorrichtung über eine Mehrwegvehtilvorrichtung mit dem Wärmeträgerkreislauf verbunden sind.the heat carrier outlets of the heat exchanger and the heat supply device via a reusable valve device are connected to the heat transfer circuit.
Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Einrichtung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben.An embodiment of the device according to the invention is described in more detail below with reference to the drawing.
Die einzige Figur stellt eine Einrichtung 1 zur Nutzung der Abwärme einer Kälteanlage 2 in einer Heizungsanlage 3 dar.The single figure shows a device 1 for using the waste heat from a refrigeration system 2 in a heating system 3.
Die Kälteanlage 2 weist einen üblichen Kältemittelkreislauf auf. Das Kältemittel verdampft in einem Verdampfer 4, der zu einem Kühlmöbel, beispielsweise zu einer Kühlvitrine, gehört und nimmt dabei Wärme aus im Kühlmöbel gelagertem Gut und/oder aus der Umgebung des Kühlmöbels auf. Der entstehende Dampf wird in einem Verdichter 5 verdichtet und anschliessend unter Wärmeabgabe verflüssigt. In herkömmlichen Kälteanlagen wird diese sogenannte Abwärme des Verflüssigers 6 entweder an die Umgebungsluft oder an Kühlwasser abgegeben, wobei sich das Kältemittel verflüssigt. Anschliessend wird das verflüssigte Kältemittel in einem Drosselorgan 7 entspannt und dem Verdampfer 1I zugeführt.The refrigeration system 2 has a conventional refrigerant circuit. The refrigerant evaporates in an evaporator 4 that belongs to a refrigerated cabinet, for example a refrigerated display case, and absorbs heat from items stored in the refrigerated cabinet and / or from the surroundings of the refrigerated cabinet. The resulting vapor is compressed in a compressor 5 and then liquefied while giving off heat. In conventional refrigeration systems, this so-called waste heat from the condenser 6 is given off either to the ambient air or to cooling water, the refrigerant liquefying. Subsequently, the liquefied refrigerant is expanded in a throttle body 7 and supplied to the vaporizer 1 I.
Anstelle der beschriebenen Kompressorkälteanlage kann auch eine Absorberkälteanlage verwendet werden.Instead of the compressor refrigeration system described, an absorber refrigeration system can also be used.
Bei der vorliegenden Einrichtung ist zwischen dem Verdichter 5 und dem Verflüssiger 6, welcher nur dann in Betrieb gelangt, wenn keine Heizung von Räumen oder Brauchwasser erforderlich ist, d.h. zum Beispiel im Sommer, ein Wärmeaustauscher 8 angeordnet, in welchem die Abwärme an einen Wärmeträger, im allgemeinen Wasser, der Heizungsanlage abgegeben wird, welches sich dadurch erwärmt.In the present device is between the compressor 5 and the condenser 6, which only then comes into operation when there is no heating of rooms or domestic water is required, i.e. for example in summer, a heat exchanger 8 is arranged, in which the waste heat to a Heat transfer medium, generally water, is given off to the heating system, which heats up as a result.
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Die Heizungsanlage 3 ist im übrigen von üblicher Bauart und dient einem Verbraucher 9, z.B. einem Radiator einer Fussboden- oder Deckenheizung und/oder einer Brauchwasserheizung, wo die Wärme abgegeben wird. Das sich dabei abkühlende Wasser gelangt dann bei herkömmlichen Heizungsanlagen ausschliesslich in eine Wärmezufuhrvorrichtung 10, z.B. einen Kessel, wo es, beispielsweise durch die Verbrennung von Gas, Heizöl oder Kohle, oder durch Fernwärmeumsetzerswieder erwärmt wird. Eine Pumpe 11 dient zum Ausgleich sämtlicher im Heizungskreislauf entstehenden Druckverluste. Bei der neuen Einrichtung gelangt das abgekühlte Wasser je nach Heizungsbedarf bzw. je nach Aussentemperatur in den Wärmeaustauscher 8 und anschliessend wieder über die Pumpe zum Verbraucher 9 oder aber in den Wärmeaustauscher 8 und gleichzeitig in die Wärmezufuhrvorrichtung 10, worauf das erwärmte Wasser der Wärmezufuhrvorrichtung 10 und das erwärmte Wasser des Wärmeaustauschers 8 in einer Mehrwegventilvorrichtung 12 gemischt werden, oder aber das Wasser gelangt nur in den als Wasservorwärmer wirkenden Wärmeaustauscher 8 und anschliessend über ein Regelorgan 13 in die Wärmezufuhrvorrichtung.The heating system 3 is otherwise of the usual type and serves a consumer 9, for example a radiator of an underfloor or ceiling heating and / or a domestic water heater, where the heat is given off. In this case, the cooling water then passes in conventional heating systems will only use a heat supplying device 10, for example a boiler, where, s is reheated for example by the combustion of gas, fuel oil or coal, or by district heat converter. A pump 11 is used to compensate for all pressure losses occurring in the heating circuit. With the new device, the cooled water reaches the heat exchanger 8 depending on the heating requirement or the outside temperature and then again via the pump to the consumer 9 or into the heat exchanger 8 and at the same time into the heat supply device 10, whereupon the heated water of the heat supply device 10 and the heated water of the heat exchanger 8 can be mixed in a multi-way valve device 12, or the water only reaches the heat exchanger 8 acting as a water preheater and then via a control element 13 into the heat supply device.
Die Figur zeigt ferner eine in der Kälteanlage 2 nach dem Wärmeaustauscher 8 angeordnete Steuervorrichtung 1Ί, welche zur Steuerung der Inbetriebsetzung eines Ventilators 15 des herkömmlichen Verflüssigers 6 dient. Dieser Ventilator und damit der"herkömmliche Verflüssiger 6 werden nur dann in Betrieb gesetzt, wenn vorübergehend oder längerdauernd keine Wärme an die Heizungsanlage 3 abgegeben wird und dadurch die Temperatur des Kältemittels über eine vorbestimmte Maximaltemperatur ansteigt. Des weiteren ist in der Kälteanlage 2 eine den Wärmeaustauscher 8 überbrückende Bypass-Leitung 16 mit einer Ventilvorrichtung 17 vorgesehen. Ebenso ist in der Heizungsanlage 3 eine durch eine Ventilvorrichtung 19 gesteuerte Bypass-Leitung 18 zur Umgehung des Wärmeaustauschers 8 vorgesehen. Bei Störungen in der KälteanlageThe figure also shows a control device 1Ί arranged in the refrigeration system 2 after the heat exchanger 8, which is used to control the start-up of a fan 15 of the conventional condenser 6. This fan and thus the "conventional condenser 6 will only be in operation set if temporarily or for a long time no heat is given off to the heating system 3 and thereby the temperature of the refrigerant rises above a predetermined maximum temperature. Furthermore is in the refrigeration system 2 a bypass line 16 bridging the heat exchanger 8 with a valve device 17 is provided. Likewise, in the heating system 3 has a bypass line 18 controlled by a valve device 19 for bypassing the heat exchanger 8 provided. In the event of malfunctions in the refrigeration system
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2 oder in der Heizungsanlage 3.oder'bei Revisionsarbeiten am Wärmeaustauscher 8 können mittels der Bypass-Leitungen 16 und 18 die Kälteanlage 2 und die Heizungsanlage 3 funktionell voneinander getrennt werden und unabhängig voneinander einzeln betrieben werden.2 or in the heating system 3. or for overhaul work on the heat exchanger 8 can by means of the bypass lines 16 and 18, the refrigeration system 2 and the heating system 3 are functionally separated from one another and independently of one another operated individually.
Pur einen befriedigenden Betrieb der neuen Einrichtung muss die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage, also die Austrittstemperatur des aus dem Wärmeaustauscher 8 austretenden Wassers und damit die Eintrittstemperatur des in den Wärmeaustauscher eintretenden Kältemittels möglichst hoch sein, was bei der Auswahl der Kältemittel sowie bei der Dimensionierung der Aggregate der Kälteanlage insbesondere des Verdichters zu berücksichtigen ist. .^Pur a satisfactory operation of the new facility must be the flow temperature of the heating system, i.e. the outlet temperature of the water emerging from the heat exchanger 8 and thus the inlet temperature of the refrigerant entering the heat exchanger should be as high as possible, which is the case with the Selection of the refrigerant as well as the dimensioning of the units of the refrigeration system, in particular the compressor is taken into account. . ^
Im allgemeinen erreicht man, da das aus dem Wärmeaustauscher 8 austretende Kältemittel mindestens Raumtemperatur aufweist, bei Temperaturdifferenzen von 10 bis 15° im Wärmeaustauscher Wasservorlauftemperaturen von 115 bis 500C; kleinere Temperaturdifferenzen würden einen allzu voluminösen Wärmeaustauscher bedingen und grössere Temperaturdifferenzen können im Hinblick auf die Aggregate der Kälteanlage 2 und das Kältemittel nicht immer erreicht werden« Somit ist die neue Einrichtung insbesondere für Pussbodenheizungen vorteilhaft.In general, achieved because the exiting the heat exchanger 8 the refrigerant comprises at least room temperature, at temperature differences of 10 to 15 ° in the heat exchanger water inlet temperature of 1 15 to 50 0 C; Smaller temperature differences would require an overly voluminous heat exchanger and larger temperature differences cannot always be achieved with regard to the units of the refrigeration system 2 and the refrigerant. The new device is therefore particularly advantageous for floor heating systems.
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