DE3609313C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nutzung von Verflüssigungswärme einer Kälteanlage mit einem ersten und einem nachgeschalteten zweiten Wärmetauscher zum Verflüssigen des Kältemittels, mit einem Sammelbehälter für flüssiges Kältemittel nach dem zweiten Wärmetau­ scher, einem Expansionsventil und einem Verdampfer, wo­ bei in dem ersten Wärmetauscher mit Hilfe eines Wärme­ träger-Kreislaufes einem Verbraucher die benötigte Wärme zur Verfügung gestellt wird, insbesondere zur Anwendung in einem Heizsystem, und wobei in dem zweiten Wärmetau­ scher eine weitere Wärmeabfuhr mit Hilfe eines Kühlmit­ tel-Kreislaufes erfolgt. Außerdem betrifft die Erfindung eine Kälteanlage zur Durchführung des Verfahrens.

Bei aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Ver­ fahren dieser Art wird zur Wärmerückgewinnung die Ver­ flüssigungswärme des Kältemittelkreislaufes im ersten Wärmetauscher an einen flüssigen Wärmeträger abgegeben, der in einem Heizkreislauf zirkuliert. Zur Einhaltung einer gleichbleibend hohen Wärmeträgervorlauftemperatur wird der Wärmeträgerstrom durch Regelorgane eingeregelt. Besteht kein Bedarf an Heizwärme bei gleichzeitigem Be­ darf an Nutzkälte, so wird der zweite Wärmetauscher selbsttätig durch ein Kühlmittel, z. B. Luft, beauf­ schlagt und die Verflüssigungswärme an die Umgebung ab­ gegeben. Dieser Betriebszustand dauert so lange, bis die Wärmeabfuhr durch den ersten Wärmetauscher wieder in Gang kommt.

Da die maximale Temperatur des Kühlmittels in der Regel z. B. um mindestens 3 bis 10 K - im Winter noch viel mehr - tiefer ist als die geforderte und eingeregelte Tempera­ tur des Wärmeträgers, wird das Kältemittel im Falle des reinen Kälteerzeugungsbetriebs bei niedrigeren Tempera­ turen verflüssigt als beim Betrieb mit Rückgewinnung der Verflüssigungswärme. Dies hat zur Folge, daß mit dem Umschalten vom reinen Kälteerzeugungsbetrieb auf Betrieb mit Wärmerückgewinnung die Kälteleistung der Kälteanlage geringer wird, und zwar um so mehr, je größer die Diffe­ renz zwischen Wärmeträgertemperatur und Kühlmittel­ temperatur ist. Dies ist für Kälteanlagen, die ja in erster Linie zur Erzeugung von Nutzkälte dienen, ungün­ stig und bekannterweise nur durch eine kostenaufwendige Überdimensionierung des Verdichters zu beheben.

Aus der DE-OS 27 45 938 ist ein Verfahren zur Nutzung der Verflüssigungswärme einer Kälteanlage bekannt gewor­ den, in der zwei hintereinandergeschaltete Wärmetau­ scher und ein Sammelbehälter angeordnet sind. Die Rege­ lung des Wärmeträgers im ersten Wärmetauscher erfolgt über einen Temperaturfühler, der einen Thermostaten be­ tätigt.

Aus der US-PS 40 68 494 ist bekannt, zur Verminderung der Kälteleistung bei gleichzeitiger Nutzung der Ver­ flüssigerwärme einen Kältemittelsammler vorzusehen; da­ bei ist ein Steuerventil nach dem Verflüssiger vorgese­ hen, mit dem das Flüssigkeitsniveau bzw. die wirksame Wärmetauscherfläche im Kondensator verändert wird.

In beiden Fällen allerdings besteht das Problem, daß beim Betrieb mit Rückgewinnung der Verflüssigungswärme eine Minderung der Kälteleistung gegenüber dem Betrieb ohne oder nur mit verminderter Rückgewinnung stattfinden kann.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Ver­ fahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, daß beim Betrieb mit Rückgewinnung der Verflüssigungswärme keine Minderung der Kälteleistung gegenüber dem Betrieb ohne oder mit nur verminderter Rückgewinnung stattfin­ det. Gleichzeitig soll hiermit eine einfache Regelung der Wärmeträgertemperatur verbunden sein. Schließlich soll eine Kälteanlage zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden, die einen kostengünstigen Aufbau mit siche­ rer Betriebsweise verbindet.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht beim eingangs genann­ ten Verfahren erfindungsgemäß darin, daß der Öffnungs­ querschnitt eines zwischen dem zweiten Wärmetauscher und dem Sammelbehälter angeordneten Durchfluß-Steuerventils bei steigender Temperatur des Wärmeträgers vergrößert wird und daß das Niveau des flüssigen Kältemittels im zweiten Wärmetauscher und damit dessen wirksame Wärme­ tauschfläche in Abhängigkeit des Öffnungsgrades des Steuerventils verändert wird.

Es wird also die zur Verflüssigung dienende Wärmetausch­ fläche des zweiten Wärmetauschers durch eine Kältemit­ telniveauregelung verändert, so daß der erste Wärmetau­ scher (Heizverflüssiger) dementsprechend mehr oder weni­ ger die Verflüssigung des Kältemittels übernehmen muß. Dies bedeutet eine Regelung der im ersten Wärmetauscher rückgewonnenen und durch den Wärmeträger abgeführten Wärmeleistung in Abhängigkeit von der Wärmeträgertempe­ ratur. Da gleichzeitig der zweite Wärmetauscher während der Laufzeit des Verdichters dauernd oder doch zumindest fast dauernd vom Kühlmittel beaufschlagt wird, ergibt sich folgender wesentlicher Vorteil. Das Kältemittel steht vor seinem Fluß zum Entspannungsorgan immer im Wärmetausch mit dem Kühlmittel, wodurch in einem Grenz­ falle (keine Wärmerückgewinnung) der erste Wärmetauscher funktionslos ist, und die Verflüssigung im zweiten Wär­ metauscher bei einer Temperatur erfolgt, die durch die Kühlmitteltemperatur bestimmt ist und die tiefer liegt als die Verflüssigungstemperatur bei Wärmerückgewinnung. Im anderen Grenzfalle (Wärmerückgewinnung) wird eine Unterkühlung des im ersten Wärmetauscher bei erhöhter Temperatur verflüssigten Kältemittels auf eine Unterküh­ lungstemperatur erreicht, die ebenfalls durch die Kühl­ mitteltemperatur bestimmt ist und die deutlich unter der Verflüssigungstemperatur des ersten Wärmetauschers liegt. Bei teilweiser Wärmerückgewinnung treten die bei­ den genannten Betriebsweisen gemischt auf. Das dem Ent­ spannungsorgan zuströmende Kältemittel hat somit in al­ len Betriebsweisen der Kälteanlage weitgehend gleichen vom Kühlmittel aufgeprägten Zustand (Enthalpie), so daß die Kälteleistung der Anlage von einem Wechsel der Be­ triebsweisen weitgehend unberührt bleibt.

Als Kühlmittel kommt Wasser in Frage, das in einem über einen Kühlturm geführten Kreislauf zirkuliert oder das einem Wasserversorgungsnetz, einem Brunnen oder einem Gewässer entnommen wird und nach Wärmeaufnahme an die Umgebung abgeführt wird. Ebenso vorteilhaft ist es, Außen­ luft als Kühlmittel zu verwenden.

Insgesamt gesehen wird durch das erfindungsgemäße Ver­ fahren sowohl dem Wärmerückgewinnungsbetrieb als auch dem Kältebetrieb voll Rechnung getragen, in dem eine einfache Regelung der Leistung bzw. Temperatur der rück­ gewonnenen Wärme mit der Ausschaltung von Einflüssen der verschiedenen Betriebsweisen auf die Kälteleistung ver­ eint wurde.

Um eine ausreichende Unterkühlung bzw. Verflüssigung des Kältemittels sicherzustellen, ist es vorteilhaft, wenn der zweite Wärmetauscher für die Abfuhr der gesamten Verflüssigungswärme ausgelegt ist. Auch ist es empfeh­ lenswert, die Kühlmittelbeaufschlagung bei intermittie­ rendem Betrieb des Verdichters über die Laufzeit des Verdichters hinaus auszudehnen, vorteilhaft um 1 bis 3 Minuten.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann zur Steue­ rung des Durchfluß-Steuerventils der Kältemitteldruck im ersten Wärmetauscher verändert werden.

Eine Kälteanlage, die in bevorzugter Weise zur Durchfüh­ rung des Verfahrens verwendet werden kann, ist dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmetauscher höher als der zweite Wärmetauscher angeordnet ist und kältemittel­ seitig eine mit Gefälle verlaufende Verbindung zum zwei­ ten Wärmetauscher aufweist.

Mittels des Durchfluß-Steuerventils wird die Beeinflus­ sung des Kältemittelstandes im zweiten Wärmetauscher und somit eine einfache Ausschaltung bzw. Freigabe von Wärme­ tauschfläche durch mehr oder minder starkes Drosseln des Kältemittelabflusses auf sehr kostengünstige Weise erreicht, während die angegebenen Möglichkeiten zur Kühlmittelbeaufschlagung des zweiten Wärmetauschers eine leichte Anpassung an vorgegebene Betriebsmöglichkeiten gestatten. Hierbei ist es besonders günstig, daß mit einer Verringerung der für die Verflüssigung vorgesehe­ nen Wärmetauschfläche des zweiten Wärmetauschers zwangs­ läufig eine Vergrößerung der für die Kältemittelunter­ kühlung einsetzbaren Heizfläche des zweiten Wärmetauschers erfolgt.

Eine weitere vorteilhafte Verbesserung der erfindungs­ gemäßen Kälteanlage kann dahin gehen, daß das Steuerventil der Kältemittelsammler einen freien Gasraum besitzt, welcher unter Zwischenschaltung eines Differenzdruckven­ tils mit dem Innenraum des ersten Wärmetauschers verbun­ den ist.

Anhand der Zeichnung, in der zwei Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Kälteanlage dargestellt sind, sollen die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Aus­ gestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher er­ läutert und beschrieben werden.

Hierbei zeigt:

Fig. 1 das Schaltbild einer Kälteanlage mit Wärme­ rückgewinnung, die zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens geeignet ist und

Fig. 2 eine Ausführungsvariante des Gegenstands der Fig. 1.

In den einzelnen Figuren wiederkehrende gleiche Einzel­ teile sind nur insoweit mit Bezugszeichen versehen, als dies für das Verständnis erforderlich ist.

Die Kälteanlage gemäß Fig. 1 weist einen Kältemittel­ kreislauf 10 auf, der, in Strömungsrichtung des Kälte­ mittels gesehen, folgende Bauteile enthält: einen Ver­ dichter 12, den ersten Wärmetauscher 14, der als Heiz­ verflüssiger dient, den zweiten Wärmetauscher 16, der als Zusatzverflüssiger und/oder Unterkühler eingesetzt ist, ein Entspannungsorgan 18, z. B. in Form eines Expan­ sionsventils, sowie einen Verdampfer 20, der die Nutz­ kälte z. B. an einen Kühlraum abgibt. An die wärme­ abgebende Seite des ersten Wärmetauschers 14, der vor­ zugsweise aus einem Röhrenkesselverflüssiger besteht, ist ein Heizkreislauf 22 angeschlossen, in dem ein flüs­ siger Wärmeträger, vorzugsweise Wasser, zirkuliert. Der Heizkreislauf enthält eine Wärmeträgervorlaufleitung 24 mit eingefügter Umwälzpumpe 26, die zu einem oder mehre­ ren Wärmeverbrauchern 28 führt. Eine Wärmeträger­ rücklaufleitung 30 führt vom Wärmeverbraucher 28 zum ersten Wärmetauscher 14 zurück, so daß der Heizkreislauf geschlossen ist. Die Wärmeverbraucher können Bestandteil z. B. einer Heizungsanlage und/oder Brauchwasserberei­ tungsanlage sein.

Der zweite Wärmetauscher 16, der vorzugsweise als Röh­ renkesselverflüssiger ausgebildet ist, liegt tiefer als der erste Wärmetauscher 14, so daß die kältemittelsei­ tige Verbindung 32, z. B. in Form einer Rohrleitung, mit Gefälle vom unteren Ausgang des ersten Wärmetauschers 14 zum oberen Eingang des zweiten Wärmetauschers 16 ver­ läuft. Die wärmeabgebende Seite des zweiten Wärmetau­ schers 16 ist Bestandteil eines Kühlmittelkreis­ laufs 34, der eine Vorlaufleitung 36 aufweist, die zu einem Außenluftwärmetauscher 38 führt. Dieser ist vor­ zugsweise als Kühlturm ausgebildet, wobei die Vorlauf­ leitung 36 zu den Sprühdüsen des Kühlturmes führt. Für die Rückführung des abgekühlten Kühlmittels dient die Rücklaufleitung 40 mit eingefügter Zirkulationspumpe 42. Das im Kühlmittelkreislauf 34 enthaltene Kühlmittel ist flüssig, es besteht vorzugsweise aus Wasser.

In der Rohrleitung 44, die kältemittelseitig den unteren Bereich (Ausgang) des zweiten Wärmetauschers 16 mit dem Entspannungsorgan 18 verbindet, ist in der Nähe des zweiten Wärmetauschers 16 das Durchflußregelorgan 46 eingefügt, das als thermostatisches Regelventil ausge­ bildet ist. Das Durchflußregelorgan 46 ist durch eine gestrichelt angedeutete Wirkleitung 48 mit dem Tempera­ turfühler 50 verbunden, der in der Nähe des ersten Wär­ metauschers 14 in der Wärmeträgervorlaufleitung 24 ange­ ordnet ist. Der Temperaturfühler 50 wirkt derart auf das Durchflußregelorgan 46 ein, daß bei ansteigender Tempe­ ratur des Wärmeträgers der Durchflußquerschnitt des Durchflußregelorgans größer, bei fallender Temperatur dagegen kleiner und gegebenenfalls ganz abgesperrt wird.

Stromabwärts des Durchflußregelorgans 46 ist die Rohr­ leitung 44 an den unteren, flüssiges Kältemittel führen­ den Bereich des Kältemittelsammlers 52 angeschlossen, der aus einem liegenden, zylindrischen Behälter besteht. Der oberhalb des flüssigen Kältemittels 54 sich befin­ dende freie Raum 56 ist oben durch eine Verbindungslei­ tung 58 mit eingefügtem Differenzdruckventil 60 mit dem gasförmiges Kältemittel führenden Innenraum, (also mit dem oberen Endbereich des Innenraums), des ersten Wärme­ tauschers 14 verbunden. Das Differenzdruckventil 60 be­ wirkt, daß im freien Raum 56 ein niedrigerer Druck als im Innenraum des ersten Wärmetauschers 14 herrscht. Hierzu läßt das Differenzdruckventil gasförmiges Kälte­ mittel nur in Richtung zum freien Raum 56 durchtreten, wobei das Differenzdruckventil durch selbsttätiges Ver­ ändern seines Durchflußquerschnitts im freien Raum 56 einen gegenüber dem Wärmetauscher 14 um vorzugsweise 1 bis 2 bar geringeren Druck aufrechterhält.

Während des Betriebs der Anlage ist der Verdichter 12, der vorzugsweise als Verdrängungsverdichter ausgebildet ist, die Umwälzpumpe 26, die Zirkulationspumpe 42 sowie erforderlichenfalls der Lüfter 62 des Außenluftwärmetau­ schers 38 in Funktion, wobei in vorliegender Erfindung in jedem Fall davon ausgegangen wird, daß die gewünschte Wärmeträgertemperatur höher ist als die Kühlmitteltempe­ ratur, die im vorliegenden Beispiel vom Zustand der Auß­ enluft (Temperatur, Feuchte) abhängt. Weiter wird ange­ nommen, daß die Wärmeträgertemperatur beispielsweise 60° Celsius betragen soll, während die Wärmeträgerrück­ lauftemperatur üblicherweise um 3 bis 10 k niedriger liegt. Der im Heizkreislauf 22 zirkulierende Wärmeträ­ gerstrom ist wie üblich weitgehend konstant. Der im Kühlmittelkreislauf 34 umlaufende Wasserstrom ist ebenfalls weitgehend konstant, er führt die im zwei­ ten Wärmetauscher 16 aufgenommene Wärme über den als Außenluftwärmetauscher 38 dienenden Kühlturm in bekannter Weise ab. Die in der Kälteanlage in bekannter Weise er­ zeugte Nutzkälte wird vom Verdampfer, die Verflüssi­ gungswärme von den Wärmetauschern abgegeben.

Besteht jetzt am Wärmeverbraucher 28 kein oder nur ge­ ringer Wärmebedarf, weil z. B. ein als Wärmeverbraucher dienender Warmwasserspeicher aufgeladen ist, so macht sich dies durch einen Anstieg der Wärmeträgervorlauf­ temperatur bemerkbar. Dieser Temperaturanstieg wird vom Temperaturfühler 50 erfaßt, der das Durchflußregelorgan 46 über die Wirkleitung 48 weiter oder ganz öffnet, so daß eventuell im zweiten Wärmetauscher 16 vorhandenes Kältemittelkondensat rasch zum Kältemittelsammler 52 abfließen kann, und daher die Wärmetauschfläche des zweiten Wärmetauschers 16 weitgehend freigegeben ist. Da wegen der fehlenden Wärmeabnahme des Wärmeverbrauchers 28 im ersten Wärmetauscher 14 keine oder nur eine geringe Verflüssigung des vom Verdichter 12 zugeführten Kälte­ mitteldampfes erfolgen kann, wird der erste Wärmetau­ scher 14 vom dampfförmigen Kältemittel durchströmt, und es übernimmt jetzt der zweite Wärmetauscher 16 die Ver­ flüssigung des gesamten zugeführten Kältemitteldampfes unter Abfuhr der Verflüssigungswärme über den Wärmeträ­ gerzwischenkreislauf 34 und den Außenluftwärmetauscher 38 an die Umgebungsluft, die im vorliegenden Beispiel eine Temperatur von 10°Celsius aufweisen soll. In die­ ser Betriebsweise bestimmt der Zustand der Umgebungsluft den Verflüssigungsdruck. Hierbei ist zu bemerken, daß der zweite Wärmetauscher 16 ebenso wie der erste Wärme­ tauscher 14 für die Abfuhr der gesamten Verflüssigungs­ wärme der Kälteanlage dimensioniert sein muß.

Steigt jetzt der Wärmebedarf der Wärmeverbraucher 28 auf ein Maximum an, so macht sich dies durch einen Abfall der Wärmeträgervorlauftemperatur bemerkbar, mit der Fol­ ge, daß der Temperaturfühler 50 über die Wirkleitung 48 eine Drosselung des Durchflußquerschnittes des Durch­ flußregelorgans 46 veranlaßt. Hierdurch wird der Abfluß des verflüssigten Kältemittels aus dem zweiten Wärme­ tauscher 16 eingeschränkt oder gegebenenfalls zeitweise völlig unterbunden, das Niveau des Kältemittelkondensats 64 steigt infolge des aus dem ersten Wärmetauscher zu­ fließenden Kältemittelkondensats rasch an und verdeckt die für die Verflüssigung des Kältemitteldampfes vorge­ sehene Wärmetauschfläche, gegebenenfalls auf ein Mini­ mum, so daß vom zweiten Wärmetauscher 16 keine oder höchstens geringe Verflüssigungswärme über den Wärmeträ­ gerkreislauf 34 an die Umgebungsluft abgegeben wird. Während dieser Betriebsperiode strömt flüssiges Kältemittel unter dem Druck des freien Raumes 56 aus dem Kältemittelsammler 52 zum Entspannungsorgan 18, so daß ein einwandfreier Betrieb sichergestellt ist. Da die Verflüssigungs-Wärmetauschfläche des zweiten Wärme­ tauschers 16 in der vorliegenden Betriebsweise ausge­ schaltet ist, wird jetzt die gesamte Verflüssigungswärme der Kälteanlage im ersten Wärmetauscher 14 an den Heiz­ kreislauf 22 abgegeben und im Wärmeverbraucher 28 nutz­ bar gemacht. Der Verflüssigungsdruck im ersten Wärmetau­ scher 14 wird von der Vorlauftemperatur des Wärmeträger­ kreislaufes 24, die im vorliegenden Beispiel 60°Celsius beträgt, bestimmt.

Da die Wärmeträgervorlauftemperatur mit 60°Celsius und somit die Verflüssigungstemperatur bzw. der Verflüssi­ gungsdruck jetzt wesentlich höher ist als der Verflüssi­ gungsdruck bzw. die Verflüssigungstemperatur bei der erstbeschriebenen Betriebsweise der Anlage, bei der die Verflüssigung im zweiten Wärmetauscher 16 unter dem Ein­ fluß der Umgebungslufttemperatur von 10°Celsius erfolg­ te, wäre mit dem Übergang von der erstbeschriebenen auf die zweitbeschriebene Betriebsweise der Kälteanlage eine wesentliche Verminderung der vom Verdampfer 20 abgegebe­ nen Kälteleistung verbunden, wenn nicht folgende Maß­ nahme vorgesehen wäre. Es bleibt nämlich jetzt der Kühl­ mittelkreislauf 34 und der Außenluftwärmetau­ scher 38 voll oder zumindest der Leistung der Kälteanla­ ge entsprechend in Betrieb, so daß das unten aus dem ersten Wärmetauscher 14 durch die Verbindung 32 in den zweiten Wärmetauscher 16 oben einfließende Kältemittel­ kondensat zusammen mit dem dort angestauten Kältemittel­ kondensat 64 im zweiten Wärmetauscher 16 auf eine durch die Umgebungsluft bestimmte Temperatur unterkühlt wird, wobei die gesamte Wärmetauschfläche des zweiten Wärme­ tauschers 16 zur Unterkühlung eingesetzt ist. In diesem unterkühlten Zustand strömt dann das flüssige Kältemit­ tel in entsprechendem Maße durch das Durchflußregelorgan 46 dem Kältemittelsammler 52, dem Drosselorgan 18 und dem daran angeschlossenen Verdampfer 20 zu. Durch die Unterkühlung des Kältemittels ist die Kälteleistung des Verdampfers 20 gegenüber dem erstbeschriebenen Betrieb nicht oder kaum vermindert, so daß die Kälteanlage beim Wechsel der vorbeschriebenen Betriebsweisen kaum Einbuße an Kälteleistung erfährt. Es ist daher auch keine Über­ dimensionierung der Kältemittelanlage erforderlich, wie sie bei herkömmlichen Anlagen zum Ausgleich der Kälte­ minderleistung beim Wechsel der Betriebsarten erforder­ lich ist. Selbstverständlich muß dafür Sorge getragen werden, daß kein kondensiertes Kältemittel durch die Verbindungsleitung 58 vom ersten Wärmetauscher 14 zum Kältemittelsammelbehälter 52 fließen kann. Auch ist zu beachten, daß zur Vermeidung von Betriebsstörungen gege­ benenfalls ein gewisser, wenn auch geringer Durchfluß durch das Durchflußregelorgan gewährleistet sein sollte.

Durch die Niveauregelung des Kältemittelkondensats im zweiten Wärmetauscher 16 wird nicht nur eine Minderung der Kälteleistung bei Betriebsartwechsel der Anlage ver­ mieden, sondern auch auf einfache Weise eine Wärme­ trägervorlauftemperaturregelung des Heizkreislaufs 22 erzielt. Denn je nachdem wie viel Wärmetauschfläche des zweiten Wärmetauschers 16 durch das Kältemittelkondensat 64 abgedeckt ist, wird die Verflüssigung des Kältemit­ tels mehr oder weniger in den ersten Wärmetauscher zur Aufrechterhaltung der Nutzwärmeleistung bzw. der einge­ stellten Wärmeträgervorlauftemperatur verlegt. Dies be­ deutet, daß jedem Grad des Wärmebedarfs des Wärmever­ brauchers 28 ein bestimmtes Niveau des Kältemittelkon­ densates im zweiten Wärmetauscher 16 zugeordnet ist. So ist zur Aufrechterhaltung der eingestellten Wärmeträger­ vorlauftemperatur bei fehlender Wärmeabnahme des Wärme­ verbrauchers 28 das Niveau des Kältemittelkondensats im zweiten Wärmetauscher 16 derart eingeregelt, daß seine gesamte Wärmetauschfläche zur Verflüssigung des Kälte­ mitteldampfes freigegeben ist und keine Unterkühlungs­ heizfläche vorhanden ist, wogegen bei voller Wärmeabnah­ me des Wärmeverbrauchers 28 das Niveau des Kältemittel­ kondensats 64 so hoch ist, daß die gesamte Wärmetausch­ fläche des zweiten Wärmetauschers 16 für eine Verflüssi­ gung des Kältemitteldampfes nicht mehr zur Verfügung steht, sondern nur zur Unterkühlung des Kältemittelkon­ densats eingesetzt ist. Bei mittlerem Wärmebedarf des Kältemittelverbrauchers 28 wird sich ein mittleres Nive­ au des Kältemittelkondensats einstellen, das zwischen den beiden vorgenannten Extremwerten liegt. Bei vorste­ henden Ausführungen ist unterstellt, daß die Arbeits­ kennlinie des Durchflußregelorgans 46 zur Einstellung der gewünschten Wärmeträgervorlauftemperatur während des Betriebs verändert werden kann.

Soll gemäß einer Ausführungsvariante als Kühlmittel Kühlwasser eingesetzt werden, so wird anstelle der Rück­ laufleitung 40 eine Kühlwasserzuflußleitung und anstelle der Vorlaufleitung 36 eine Kühlwasserabflußleitung an den zweiten Wärmetauscher 16 angeschlossen. Durch die Kühlwasserzuflußleitung wird Kühlwasser, das einem Ver­ sorgungsnetz, einem Brunnen oder einem Gewässer entnom­ men wurde, dem zweiten Wärmetauscher 16 zugeführt. Das erwärmte Kühlwasser fließt durch die Kühlwasserabfluß­ leitung ab und wird z. B. in die Kanalisation oder ein Gewässer geleitet. Der Betrieb der Anlage läuft wie wei­ ter oben beschrieben ab. Da Kühlwasser der vorgenannten Art in der Regel wesentlich kälter ist, als der im Heiz­ kreislauf zirkulierende Wärmeträger, treten die weiter oben genannten Vorteile auch bei vorliegender Ausfüh­ rungsvariante auf, die wegen ihrer Einfachheit in den Zeichnungen nicht dargestellt ist.

Fig. 2 zeigt die vorbeschriebene Kälteanlage in einer weiteren Ausführungsvariante. Ein wesentlicher Unter­ schied besteht darin, daß der zweite Wärmetauscher 116 unmittelbar luftgekühlt ist und der Druck des Kältemit­ tels im ersten Wärmetauscher 114 als Regelgröße erfaßt wird. Wie weiter aus Fig. 2 ersichtlich, ist der zweite Wärmetauscher 116 durch einen Ventilator 68 mit Außen­ luft als Kühlmittel beaufschlagt. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung ist der zweite Wärmetauscher 116 kühl­ mittelseitig mit Rippen 66 versehen. Nach der Wärmeauf­ nahme strömt das Kühlmittel ins Freie ab.

Das Durchflußregelorgan 146 ist durch die Steuerleitung 148 mit dem Druckfühler 150 verbunden, der den entspre­ chenden Zustand des gasförmigen Kältemittels im ersten Wärmetauscher 114 erfaßt. Dieser Zustand ist abhängig von der Temperatur des im Heizkreislauf 22 zirkulieren­ den Wärmeträgers, er ist somit ein Abbild dieser Tempe­ raturen. Der Fachmann erkennt leicht, daß die Kälteanla­ ge gemäß Fig. 2 entsprechend jener gemäß Fig. 1 arbei­ tet, so daß sich weitere Ausführungen hierüber erübri­ gen.

Aus der vorangegangenen Beschreibung der Ausführungs­ beispiele erkennt man leicht, daß durch die Niveaurege­ lung des Kältemittelkondensats eine Temperaturregelung des Wärmeträgers erzielt und gleichzeitig eine Verminde­ rung der Kälteleistung beim Wechsel der Betriebsarten vermieden wird.

Zusammenfassend kann gesagt werden:

Um bei einer Kälteanlage mit Rückgewinnung der Verflüs­ sigungswärme einer Minderung der Kälteleistung beim Um­ schalten von reinem Kälteerzeugungsbetrieb auf gleich­ zeitigen Kälteerzeugungs- und Wärmerückgewinnungsbetrieb zu begegnen, wird das anfallende Kältemittelkondensat vor seiner Zufuhr zum Entspannungsorgan 18 unterkühlt. Hierzu wird ein zweiter Wärmetauscher 16 eingesetzt, der einem als Verflüssiger dienenden ersten Wärmetauscher 14 kältemittelseitig nachgeschaltet ist und der von einem Kühlmittel beaufschlagt wird, dessen Temperatur wesent­ lich niedriger ist als die Verflüssigungstemperatur im ersten Wärmetauscher 14; 114. Die wirksame Wärmetausch­ fläche des zweiten Wärmetauschers 16 wird hierbei durch Anstau von Kältemittelkondensat in Abhängigkeit vom Tem­ peraturniveau der rückgewonnenen Verflüssigungswärme an den jeweiligen Betriebszustand angepaßt, wodurch gleich­ zeitig eine einfache Regelung dieses Temperaturniveaus erreicht wird.

Claims (5)

1. Verfahren zur Nutzung von Verflüssigungswärme einer Kälteanlage, mit einem ersten und einem nach­ geschalteten zweiten Wärmetauscher zum Verflüssigen des Kältemittels, mit einem Sammelbehälter für flüssiges Kältemittel nach dem zweiten Wärmetauscher, einem Expan­ sionsventil und einem Verdampfer, wobei in dem ersten Wärmetauscher mit Hilfe eines Wärmeträger-Kreislaufes einem Verbraucher die benötigte Wärme zur Verfügung ge­ stellt wird, insbesondere zur Anwendung in einem Heiz­ system, und wobei in dem zweiten Wärmetauscher eine wei­ tere Wärmeabfuhr mit Hilfe eines Kühlmittel-Kreislaufes erfolt, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsquer­ schnitt eines zwischen dem zweiten Wärmetauscher (16; 116) und dem Sammelbehälter (52) angeordneten Durch­ fluß-Steuerventils (46; 146) bei steigender Temperatur des Wärmeträgers vergrößert wird und daß das Niveau des flüssigen Kältemittels im zweiten Wärmetauscher (16; 116) und damit dessen wirksame Wärmetauschfläche in Ab­ hängigkeit des Öffnungsgrades des Steuerventils (46; 146) verändert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der zweite Wärmetauscher (16; 116) für die Ab­ fuhr der gesamten Verflüssigungswärme ausgelegt ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Kältemitteldruck im ersten Wärme­ tauscher (14; 114) zur Steuerung des Ventils (46) ver­ ändert wird.

4. Kälteanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Wärmetauscher (14; 114) höher als der zweite Wärmetauscher (16; 116) angeordnet ist und kältemittel­ seitig eine mit Gefälle verlaufende Verbindung (32) zum zweiten Wärmetauscher (16; 116) aufweist.

5. Kälteanlage nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Steuerventil (46; 146) der Kältemit­ telsammler (52) einen freien Gasraum (56) besitzt, wel­ cher unter Zwischenschaltung eines Differenzdruckventils (60) mit dem Innenraum des ersten Wärmetauschers (14; 114) verbunden ist.