EP2187148A1 - Refrigeration system - Google Patents

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Publication number
EP2187148A1
EP2187148A1 EP09175473A EP09175473A EP2187148A1 EP 2187148 A1 EP2187148 A1 EP 2187148A1 EP 09175473 A EP09175473 A EP 09175473A EP 09175473 A EP09175473 A EP 09175473A EP 2187148 A1 EP2187148 A1 EP 2187148A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
evaporator
refrigeration system
heat
refrigerant
evaporators
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09175473A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jörg FUHRMANN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Weska Kalteanlagen GmbH
Original Assignee
Weska Kalteanlagen GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Weska Kalteanlagen GmbH filed Critical Weska Kalteanlagen GmbH
Publication of EP2187148A1 publication Critical patent/EP2187148A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B29/00Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously
    • F25B29/003Combined heating and refrigeration systems, e.g. operating alternately or simultaneously of the compression type system
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B6/00Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
    • F25B6/04Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in series
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/05Compression system with heat exchange between particular parts of the system
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    • F25B2400/07Details of compressors or related parts
    • F25B2400/075Details of compressors or related parts with parallel compressors
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    • F25B2400/22Refrigeration systems for supermarkets
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    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2500/00Problems to be solved
    • F25B2500/18Optimization, e.g. high integration of refrigeration components

Definitions

  • the invention relates to a refrigeration system with integrated heat pump circuit for cooling, air conditioning and heating.
  • a strand of the refrigerant circuit is formed in connection with components of the refrigeration system as a heat pump system.
  • the invention relates to a method for operating a refrigeration system with integrated heat pump circuit.
  • Refrigeration systems with a variety of evaporators are known as composite refrigeration systems. These systems are used for example in supermarkets in which the evaporators in so-called consumers, such as refrigerators, refrigerators and freezers, are integrated. In this case, cooling capacities are provided at different temperature levels. The different temperature levels cause different pressures during the evaporation of the refrigerant.
  • a conventional composite refrigeration system is based on Fig. 1 explained in more detail.
  • the refrigeration plant 1 consists of a closed system consisting essentially of the components evaporator 2, 3, compressor 5, 6, condenser 8 and expansion element 11, 13.
  • the evaporating in the evaporator 2, 3 refrigerant at a constant temperature heat, for example in the case of Cooling furniture from the air, which is located inside the furniture.
  • the so-called hot gas, also referred to as superheated steam, is fed to the condenser 8 via a pressure line 17, cooled in the condenser 8 to the condensation temperature and then liquefied at a constant temperature.
  • the cooling to condensation temperature will also designated as a dehairing. The liquefaction of the refrigerant starts when the dew line is reached.
  • the condenser 8 When using the refrigeration system 1 within a supermarket, the condenser 8 is outside the market surrounded by outside air. The refrigerant releases the heat absorbed in the evaporator 2, 3 and supplied to the ambient air during the compression. After exiting the condenser 8, the pressure of the liquid refrigerant within an expansion element 11, 13 is lowered to evaporation pressure. As a connection between the condenser 8 and expansion element 11, 13 is a liquid line 18, which branches to feed the individual evaporator 2, 3. The flow of the refrigerant to the individual evaporators is controlled by solenoid valves 10, 12. Following the expansion process, the refrigerant is present as a liquid-vapor mixture and is in turn fed to the evaporator 2, 3. The cycle is closed.
  • a refrigerant accumulator 9 which compensates for the differences in refrigerant quantity during operation within the refrigeration system 1.
  • the use of the refrigerant collector 9 is necessary. Sufficient amount of refrigerant must be made available within the refrigerant circuit of a composite refrigeration system so that all evaporators 2, 3 can be adequately supplied even with maximum refrigeration demand.
  • excess refrigerant must be stored.
  • an expansion valve 11, 13 upstream in which the above-mentioned relaxation or expansion process is realized.
  • combinations of evaporator 2, 3 and expansion valve 11, 13 provide merely by way of example in each case represents such a combination, but in each case a multiplicity of combinations can be operated in parallel.
  • the evaporation within the evaporator 2, 3 can take place at different temperature levels or pressure levels.
  • compressors 5, 6 instead of individual compressors 5, 6 usually compressor units consisting of several parallel operated compressors used. Depending on the pressures applied to the respective suction side, the compressors 5, 6 operate at different pressure ratios.
  • the outlet pressure of the compressor 5, 6, which essentially corresponds to the condensation pressure is dependent on the condensation temperature and thus the external conditions of the refrigerant circuit and thus corresponds to the same value for all compressors 5, 6 or their circuit in compressor units. For this reason, all the compressors 5, 6 compress the refrigerant into a common pressure line 17.
  • the system has evaporators that can be operated in parallel and that provide cooling capacities at different temperature levels.
  • the operation of the evaporator at different temperature levels and thus pressure levels is realized by means of cascade connection of different refrigerant circuits or by means of multi-stage compression processes.
  • the prior art further includes refrigeration systems with a system for heat recovery. It is not the complete, resulting from high pressure heat in the condenser transferred to the ambient air. Rather, an additional heat exchanger is arranged in the flow direction of the refrigerant upstream of the original condenser. Within the additional heat exchanger, the refrigerant, which emerges as hot gas from the compressor, cooled or re-heated. The resulting heat is transferred to the system of heat recovery and in this used for example for heating a medium within a heating system. Depending on the transferred heat, the refrigerant in the heat exchanger of the system of heat recovery can be completely de-icing and at least partially already liquefied. In the original condenser, the refrigerant is further de-oiled and / or liquefied, depending on the state of entry.
  • From the DE 298 10 584 U1 is a temperature-controlled control of a combined heat pump refrigeration system out.
  • the principle of the system is based on the simultaneous generation or provision of cold at low pressure level and the output of useful heat to, for example, a heating system at high pressure level of a closed refrigerant circuit.
  • the system consists of several heat exchangers, which are used as evaporators or condensers.
  • a method for using the liquefaction heat of a refrigeration system is also in the DE 36 09 313 C2 described.
  • the liquefaction heat of the refrigerant circuit is discharged to heat recovery in a first heat exchanger to a liquid heat carrier. If there is no need for heating heat with simultaneous need for useful cooling, a second heat exchanger is acted upon by a coolant, for example air, and the condensing heat is transferred to the ambient air.
  • Fig. 1 represent the evaporator 2, 3, the heat-absorbing components, which is discharged again at high pressure prevailing in the condenser 8 pressure.
  • a combined refrigerant heat pump cycle is disclosed with components for heat recovery, in which the liquefaction heat of the refrigerant circuit can be used to heat water of a heating circuit. If necessary, an evaporator of a heat pump circuit installed parallel to the evaporator of the refrigerant circuit also absorbs heat from the ambient air, which is transferred to the circuit of the heat recovery after the compression process of the refrigerant.
  • the object of the present invention is to provide a refrigeration system and a method for operating a refrigeration system, with which, on the one hand, the demand for refrigeration capacities at different temperature levels and, on the other hand, the need for heat output of a system of heat recovery are provided.
  • the installation should be less expensive to install and operate than the systems known in the art.
  • a refrigeration system with a closed refrigeration cycle having in the flow direction of the refrigerant at least one compressor unit, a heat exchanger, which serves for heat recovery, a luftbeaufschlagten capacitor, a collector, an expansion element and an evaporator.
  • the refrigeration system is also an evaporator integrated heat pump circuit integrated with an upstream expansion element, which is designed according to the concept luftbeaufschlagt.
  • This double-acting heat exchanger is also referred to below as an integrated condenser-evaporator.
  • the evaporator of the heat pump circuit is integrated in the refrigerant circuit, that it is connected in parallel to another evaporator.
  • the operation of the system depends, among other things, on the ambient temperature and thus on the services to be provided for heating and cooling.
  • the evaporator of the heat pump circuit is to operate in the external conditions in which the total amount of heat to be discharged at high pressure is insufficient to meet the heat demand of the heat recovery system.
  • the amount of heat to be dispensed at high pressure results from the entirety of the cooling capacities taken up in the conventional refrigerant circuit plus the quantities of heat introduced via the compression processes.
  • the heat generation units, such as boilers to be fired which are required extra in conventional systems under the aforementioned operating conditions, are replaced according to the invention by only one heat exchanger additionally integrated in the refrigeration system. Since this heat exchanger is also connected in parallel to a conventional refrigeration unit associated evaporator and thus no additional need for other components, such as a compressor exists, the cost of the cost of expanding the refrigeration system is very low.
  • the integrated condenser-evaporator is designed as a tube bundle heat exchanger with fins.
  • the lamellae advantageously comprise both the tubes of the evaporator of the heat pump circuit and the tubes of the condenser of the refrigeration system.
  • the evaporator for the condenser and the other of the condenser for the evaporator and the associated fins which also thermally contact the different tubes, the area for heat transfer is increased.
  • the fins are thermally conductively coupled to the tubes of the evaporator and the condenser. The outside air or ambient air flows through the spaces between the slats on the outside of the tubes.
  • the refrigerant flows in each case within the tubes in the case of the evaporator of the heat pump circuit under evaporation pressure and in the case of the condenser under condensation pressure of the refrigeration system. Due to the increased area advantageously lower temperature differences result in the process of heat transfer.
  • the process of evaporation takes place at a higher vaporization temperature and higher vapor pressure than when using a single heat exchanger with a smaller area.
  • the pressure ratio and thus the power supplied to the compressor are lower.
  • the coefficient of performance of the system is advantageously larger. The system works more efficiently.
  • both heat exchangers When using the refrigeration system, for example in a supermarket, both heat exchangers would be placed independently on the outside of the building, for example on the roof or on one side of the exterior wall of the building.
  • the conceptional merging of the heat exchangers in a single integrated condenser-evaporator can save additional space.
  • the surfaces must be defrosted at regular intervals. The larger the area and the higher the evaporation temperature, the slower is the process of icing.
  • the icing of the heat transfer surface is delayed.
  • the temperature level of the heat exchanger is in operation as a condenser of the refrigeration system at values above ambient temperature, so that the icy surfaces can be thawed without additional facilities, such as are necessary for hot gas defrosting or defrosting.
  • the integrated heat exchanger is advantageous to switch to the mode as a capacitor. The heat dissipated during condensation serves to melt the ice and evaporate the water. By dispensing with additional devices for defrosting the heat exchanger surface further costs of material and installation costs can be saved. The operation of the system also causes less costs.
  • compressor capacities are simplified in that a first group of evaporators are connected via suction lines to a first compressor unit and a second group of evaporators via suction lines to a second compressor unit.
  • Compressor units are each one or more compressors to understand, which are connected in parallel with each other. The parallel connection advantageously allows the switching on and off of compressors to adapt the mass flows of the refrigerant and thus the cooling capacities to the needs of consumers. Damaged compressors can be changed during operation of the system.
  • the refrigerant is compressed into a common pressure line.
  • the evaporator of the integrated heat pump circuit is operated parallel to an evaporator of the refrigeration system.
  • the evaporators of the first group and the evaporators of the second group advantageously have different temperature levels or pressure levels.
  • one group of evaporators provides the cooling capacity for the components of the standard cooling and the second group of evaporators the cooling capacity for the components of the indoor air climate, wherein the evaporator of the integrated heat pump circuit is connected in parallel to the group of compressors, the cooling capacity for the components of the indoor air provides.
  • the evaporators of the part of the refrigeration system used for normal cooling produce the cooling capacity at a temperature level between -5 ° C and -15 ° C.
  • the evaporators, which provide the cooling capacity of the indoor climate, operate at a temperature level between 0 ° C and 10 ° C.
  • the refrigerant is de-pressurized and / or liquefied after compression within a heat exchanger of the system of heat recovery. If vaporous refrigerant is present at the outlet of the heat exchanger, the vaporous component in the condenser of the refrigeration system is completely liquefied.
  • the evaporator of the integrated heat pump circuit can be switched.
  • the integrated condenser-evaporator is designed switchable as needed.
  • the evaporator of the integrated heat pump circuit by switching to operation as a condenser of the refrigeration system is advantageous without additional expenditure of components and thus costs abtaubar.
  • the refrigeration system with additional evaporator of a heat pump circuit can also be designed as a cascade circuit. Also in this case, the evaporator of the heat pump circuit can be integrated within the condenser of the refrigeration system.
  • FIG. 2 the flow diagram of the refrigeration system 1 is shown with integrated heat pump circuit.
  • the refrigeration system 1 for example as a supermarket refrigeration system with different consumers at different temperature levels, this has one or more compressors 5, 6, the compressor 5 of the normal refrigeration cycle and the compressor 6 of the air conditioning circuit and the heat pump circuit due to different inlet pressures are connected separately.
  • the heat pump compressor works reversibly and, with appropriate design, can cover the entire climate requirement of the building.
  • the compressor 5 of the normal cooling circuit are connected in parallel and form a compressor unit.
  • a non-illustrated development of the system is that a freezing circuit is connected to the composite.
  • the compressors 5, 6 compress the refrigerant due to a uniform condensation temperature or a uniform condensation pressure in a common pressure line 17, which connects the compressor unit or compressor 5, 6 with the heat exchanger of the heat recovery 7.
  • the superheated present as hot gas refrigerant is cooled in the heat exchanger 7 of the heat recovery or deprived and condensed at large dissipating heat output of the heat recovery at least partially.
  • the refrigerant is thus partially or completely deprived and / or partially or completely liquefied.
  • the heat transferred to the heat recovery system can be used, for example, to heat a medium within a heating system.
  • the refrigerant is completely condensed and then stored in the collector 9. If the refrigerant from the heat exchanger 7 of the heat recovery already completely liquefied, the liquid is passed through a bypass (not shown) to the condenser 8 directly into the collector 9.
  • the decom- missioning ends on reaching the dew line, where the process of condensation begins. At complete condensation or liquefaction, the refrigerant is at the outlet of each heat exchanger completely as a liquid. If the condensation takes place only partially, the refrigerant exits as a liquid-vapor mixture.
  • the liquid refrigerant is distributed via the liquid line 18, which connects the collector 9 with the consumers, on the different evaporators 2, 3, 4 and before entering the evaporator 2, 3, 4 by means of expansion valves 11, 13, 15 on the desired pressure level is relaxed.
  • the process of evaporation to provide the cooling capacity of the normal cooling takes place at a different pressure level than the Process of evaporation for providing the cooling capacity for air conditioning and the heat absorption in the heat pump cycle.
  • Evaporators 2, 3, 4 shown as individual components can also be arranged as composites of a plurality of evaporators, which are each connected in series.
  • the cooling capacity of the standard cooling system is provided at a temperature level between -5 ° C and -15 ° C and the cooling capacity for air conditioning at a temperature level between 0 ° C and 10 ° C.
  • the evaporator 2 of the normal cooling at an evaporation temperature of -8 ° C and the evaporator 3, 4 for air conditioning and the integrated heat pump circuit operated at an evaporation temperature of +8 ° C.
  • the individual evaporators 2, 3, 4 are connected via solenoid valves 10, 12, 14 switched on and off.
  • the vaporized, gaseous refrigerant passes back via suction lines 19, 20 to the compressors 5, 6.
  • the cycle is closed.
  • the circuit may additionally be designed with internal heat exchangers as thermal connections between the liquid line 18 and the suction line 19, 20 (not shown).
  • the inner heat exchangers are each in the flow direction on the high pressure side or within the liquid line 18 between the solenoid valve 10, 12, 14 and the expansion valve 11, 13, 15 and within the suction line 19, 20 between the evaporator 2, 3, 4 and the compressor 5, 6 arranged.
  • the heat is transferred from the liquid refrigerant after the outlet of the collector 9 to the gaseous refrigerant before entering the compressor 5, 6.
  • the refrigerant is on the one hand supercooled on the high pressure side and on the other hand overheated before entering the compressor 5, 6.
  • the cooling capacities of the evaporators 2, 3, 4 vary depending on the time of day and the season. Depending on the need for heat output within the system of heat recovery, this is the power consumed in the evaporators 2, 3, 4 plus the refrigerant during the Compressor operations supplied heat covered. If the required heat output and the sum of the supplied powers deviate from one another such that the heat output within the system of heat recovery can not be covered, the evaporator 4 of the circuit of the heat pump is switched on. The heat absorbed and heat supplied during the compression process are available as additional services to the heat recovery system. The evaporator 4 of the circuit of the heat pump is as well as the condenser 8 subjected to air.
  • the evaporators 2, 3 can be operated either as a direct evaporator. In this case, the evaporators 2, 3 are arranged directly in the refrigerator. However, it is also possible to use the evaporator with an additional brine.
  • the cooling capacities are made available to the individual consumers by means of a brine circulation system. As brine cooling brines, such as ethylene glycol, or carbon dioxide are used as fluid.
  • Fig. 3 shows the flow diagram of the refrigeration system with integrated heat pump circuit and integrated condenser-evaporator 16 as a heat exchanger, the conceptually the condenser 8 of the refrigeration system 1 and the evaporator 4 of the integrated heat pump circuit with respect to in Fig. 2 connected circuit as an integral component connects.
  • the integrated condenser-evaporator 16 may be formed, for example, as a tube bundle heat exchanger with fins, the fins are advantageously thermally conductively connected both to the tubes of the evaporator 4 of the heat pump circuit and with the tubes of the condenser 8 of the refrigeration system. This increases the area of heat transfer during condensation and evaporation. The ambient air flows through the interstices of the fins and on the outside of the tubes.
  • the refrigerant flows in each case within the tubes in Case of the evaporator 4 of the heat pump circuit under evaporation pressure and in the case of the condenser 8 under condensation pressure of the refrigeration system.
  • the integrated condenser-evaporator 16 also referred to as condenser with integrated evaporator coil, one another results in significant advantages in the operation of the refrigeration system. 1 Due to the dual use of the integrated condenser-evaporator 16, the operation is possible even at temperatures around 0 ° C, without the need for an additional system for defrosting the evaporator 4 of the heat pump.
  • the defrosting is realized by the heat transfer of the refrigerant during the condensation.
  • the integration of the evaporator 4 of the heat pump circuit and the condenser 8 of the refrigeration system results in a large area for heat transfer, which in turn advantageously changes the process of heat transfer to lower temperature differences.
  • the evaporation of the refrigerant in the circulation of the heat pump at a higher temperature and the condensation of the refrigerant at a lower temperature which leads to a reduction in the supplied compressor power.
  • the space requirement is reduced by the integration of two heat exchangers in one component.
  • the present invention can be used anywhere where refrigeration systems are needed for cooling and at the same time there is a heat demand. Any conventional, even combustible, refrigerant can be used. In particular, halogenated fluorohydrocarbons HFCs and fluorinated hydrocarbons HFCs such as R134a are used.

Abstract

The refrigeration system (1) has an air impinged condenser, a collector (9), an expansion device (11,13), an evaporator (2,3) and a compressor unit (5, 6) comprising a closed cooling circuit in flow direction of a refrigerant. A heat exchanger (7) recovers heat, where other evaporator is provided with upstream expansion device (15) in the circuit of a heat pump set-up which is integrated in the refrigeration system. An independent claim is included for a method for operating a refrigeration system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kälteanlage mit integrierter Wärmepumpenschaltung zum Kühlen, Klimatisieren und Heizen. Ein Strang des Kältemittelkreislaufes ist in Verbindung mit Komponenten der Kälteanlage als Wärmepumpenanlage ausgebildet. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage mit integrierter Wärmepumpenschaltung.The invention relates to a refrigeration system with integrated heat pump circuit for cooling, air conditioning and heating. A strand of the refrigerant circuit is formed in connection with components of the refrigeration system as a heat pump system. Furthermore, the invention relates to a method for operating a refrigeration system with integrated heat pump circuit.

Kälteanlagen mit einer Vielzahl von Verdampfern sind als Verbundkälteanlagen bekannt. Diese Anlagen kommen beispielsweise in Supermärkten zur Anwendung, in denen die Verdampfer in sogenannten Verbrauchern, wie Kühlräumen, Kühl- und Tiefkühlmöbeln, integriert sind. Dabei werden Kälteleistungen auf verschiedenen Temperaturniveaus bereitgestellt. Die unterschiedlichen Temperaturniveaus bedingen unterschiedliche Drücke während der Verdampfung des Kältemittels. Eine herkömmliche Verbundkälteanlage wird anhand Fig. 1 näher erläutert.
Die Kälteanlage 1 besteht als geschlossenes System im Wesentlichen aus den Komponenten Verdampfer 2, 3, Verdichter 5, 6, Kondensator 8 und Expansionsorgan 11, 13. Das im Verdampfer 2, 3 verdampfende Kältemittel nimmt bei konstanter Temperatur Wärme auf, zum Beispiel im Falle von Kühlmöbeln aus der Luft, die sich innerhalb der Möbel befindet. Die Luft kühlt sich ab, von außen eindringende Wärme wird abgeführt. Nach Überhitzung des verdampften Kältemittels wird dieses durch eine Saugleitung 19, 20 als Verbindung zwischen Verdampfer 2, 3 und Verdichter 5, 6 vom Verdichter 5, 6 angesaugt und auf einen höheren Druck verdichtet. Dabei nimmt neben dem Druck auch die Temperatur des dampfförmigen Kältemittels zu. Das sogenannte Heißgas, auch als überhitzter Dampf bezeichnet, wird dem Kondensator 8 über eine Druckleitung 17 zugeführt, im Kondensator 8 auf Kondensationstemperatur abgekühlt und anschließend bei konstanter Temperatur verflüssigt. Die Abkühlung auf Kondensationstemperatur wird auch als Enthitzen bezeichnet. Die Verflüssigung des Kältemittels beginnt beim Erreichen der Taulinie.
Bei der Verwendung der Kälteanlage 1 innerhalb eines Supermarktes befindet sich der Kondensator 8 außerhalb des Marktes von Außenluft umgeben. Das Kältemittel gibt die im Verdampfer 2, 3 aufgenommene und bei der Verdichtung zugeführte Wärme an die Umgebungsluft wieder ab. Nach Austritt aus dem Kondensator 8 wird der Druck des flüssigen Kältemittels innerhalb eines Expansionsorgans 11, 13 auf Verdampfungsdruck abgesenkt. Als Verbindung zwischen Kondensator 8 und Expansionsorgan 11, 13 dient eine Flüssigkeitsleitung 18, die sich zur Speisung der einzelnen Verdampfer 2, 3 verzweigt. Der Durchfluss des Kältemittels zu den einzelnen Verdampfern wird dabei über Magnetventile 10, 12 gesteuert. Im Anschluss an den Expansionsvorgang liegt das Kältemittel als Flüssigkeits-Dampfgemisch vor und wird wiederum dem Verdampfer 2, 3 zugeführt. Der Kreislauf ist geschlossen.
Innerhalb eines derartigen Kältemittelkreislaufes ist ebenfalls die Anordnung eines Kältemittelsammlers 9 bekannt, der die Unterschiede an Kältemittelmenge während des Betriebes innerhalb der Kälteanlage 1 ausgleicht. Insbesondere bei Verbundkälteanlagen, bei denen eine Vielzahl von Verdampfern 2, 3 parallel betreibbar sind, ist der Einsatz des Kältemittelsammlers 9 notwendig. Innerhalb des Kältemittelkreislaufes einer Verbundkälteanlage muss hinreichend Kältemittelmenge zur Verfügung gestellt werden, sodass auch bei maximalen Kältebedarf alle Verdampfer 2, 3 ausreichend gespeist werden können. Andererseits muss bei geringem Kältebedarf, bei dem einzelne Verdampfer 2, 3 nur teilweise befüllt oder gar nicht mit Kältemittel beaufschlagt sind, überschüssiges Kältemittel gelagert werden.
Bei Verbundkälteanlagen ist vor jedem Verdampfer 2, 3 ein Expansionsventil 11, 13 vorgeschaltet, in dem der oben genannte Entspannungsbeziehungsweise Expansionsvorgang realisiert wird. Die in Fig. 1 dargestellten Kombinationen aus Verdampfer 2, 3 und Expansionsventil 11, 13 stellen lediglich beispielhaft jeweils eine solche Kombination dar, an deren Stelle jedoch jeweils eine Vielzahl von Kombinationen parallel betreibbar ist. Die Verdampfung innerhalb der Verdampfer 2, 3 kann auf unterschiedlichen Temperaturniveaus beziehungsweise Druckniveaus stattfinden.
Außerdem werden anstelle von einzelnen Verdichtern 5, 6 meist Verdichtereinheiten, bestehend aus mehreren parallel betriebenen Verdichtern, verwendet. Je nach auf der jeweiligen Saugseite anliegenden Drücke arbeiten die Verdichter 5 ,6 bei unterschiedlichen Druckverhältnissen. Der Austrittsdruck der Verdichter 5, 6, der im Wesentlichen dem Kondensationsdruck entspricht, ist von der Kondensationstemperatur und damit den äußeren Bedingungen des Kältemittelkreislaufes abhängig und entspricht damit für alle Verdichter 5, 6 oder deren Schaltung in Verdichtereinheiten dem gleichen Wert. Aus diesem Grund verdichten alle Verdichter 5, 6 das Kältemittel in eine gemeinsame Druckleitung 17.
Refrigeration systems with a variety of evaporators are known as composite refrigeration systems. These systems are used for example in supermarkets in which the evaporators in so-called consumers, such as refrigerators, refrigerators and freezers, are integrated. In this case, cooling capacities are provided at different temperature levels. The different temperature levels cause different pressures during the evaporation of the refrigerant. A conventional composite refrigeration system is based on Fig. 1 explained in more detail.
The refrigeration plant 1 consists of a closed system consisting essentially of the components evaporator 2, 3, compressor 5, 6, condenser 8 and expansion element 11, 13. The evaporating in the evaporator 2, 3 refrigerant at a constant temperature heat, for example in the case of Cooling furniture from the air, which is located inside the furniture. The air cools, heat from the outside is dissipated. After overheating of the vaporized refrigerant this is sucked through a suction line 19, 20 as a connection between the evaporator 2, 3 and compressor 5, 6 from the compressor 5, 6 and compressed to a higher pressure. In addition to the pressure, the temperature of the vaporous refrigerant also increases. The so-called hot gas, also referred to as superheated steam, is fed to the condenser 8 via a pressure line 17, cooled in the condenser 8 to the condensation temperature and then liquefied at a constant temperature. The cooling to condensation temperature will also designated as a dehairing. The liquefaction of the refrigerant starts when the dew line is reached.
When using the refrigeration system 1 within a supermarket, the condenser 8 is outside the market surrounded by outside air. The refrigerant releases the heat absorbed in the evaporator 2, 3 and supplied to the ambient air during the compression. After exiting the condenser 8, the pressure of the liquid refrigerant within an expansion element 11, 13 is lowered to evaporation pressure. As a connection between the condenser 8 and expansion element 11, 13 is a liquid line 18, which branches to feed the individual evaporator 2, 3. The flow of the refrigerant to the individual evaporators is controlled by solenoid valves 10, 12. Following the expansion process, the refrigerant is present as a liquid-vapor mixture and is in turn fed to the evaporator 2, 3. The cycle is closed.
Within such a refrigerant circuit, the arrangement of a refrigerant accumulator 9 is also known, which compensates for the differences in refrigerant quantity during operation within the refrigeration system 1. In particular, in composite refrigeration systems in which a plurality of evaporators 2, 3 are operated in parallel, the use of the refrigerant collector 9 is necessary. Sufficient amount of refrigerant must be made available within the refrigerant circuit of a composite refrigeration system so that all evaporators 2, 3 can be adequately supplied even with maximum refrigeration demand. On the other hand, in the case of low refrigeration requirement, in which individual evaporators 2, 3 are only partially filled or are not even supplied with refrigerant, excess refrigerant must be stored.
In composite refrigeration systems upstream of each evaporator 2, 3, an expansion valve 11, 13 upstream, in which the above-mentioned relaxation or expansion process is realized. In the Fig. 1 shown combinations of evaporator 2, 3 and expansion valve 11, 13 provide merely by way of example in each case represents such a combination, but in each case a multiplicity of combinations can be operated in parallel. The evaporation within the evaporator 2, 3 can take place at different temperature levels or pressure levels.
In addition, instead of individual compressors 5, 6 usually compressor units consisting of several parallel operated compressors used. Depending on the pressures applied to the respective suction side, the compressors 5, 6 operate at different pressure ratios. The outlet pressure of the compressor 5, 6, which essentially corresponds to the condensation pressure is dependent on the condensation temperature and thus the external conditions of the refrigerant circuit and thus corresponds to the same value for all compressors 5, 6 or their circuit in compressor units. For this reason, all the compressors 5, 6 compress the refrigerant into a common pressure line 17.

Eine ähnlich der in Fig. 1 beschriebene Verbundkälteanlage geht aus der DE 10 2004 038 640 A1 hervor. Die Anlage weist neben mehreren zu Einheiten zusammengefassten Verdichtern parallel betreibbare Verdampfer auf, die Kälteleistungen auf verschiedenen Temperaturniveaus bereitstellen. Der Betrieb der Verdampfer auf unterschiedlichen Temperaturniveaus und damit Druckniveaus wird mittels Kaskadenschaltung unterschiedlicher Kältemittelkreisläufe oder mittels mehrstufiger Verdichtungsvorgänge realisiert.A similar to the one in Fig. 1 described composite refrigeration system goes out of DE 10 2004 038 640 A1 out. In addition to several compressors grouped into units, the system has evaporators that can be operated in parallel and that provide cooling capacities at different temperature levels. The operation of the evaporator at different temperature levels and thus pressure levels is realized by means of cascade connection of different refrigerant circuits or by means of multi-stage compression processes.

Zum Stand der Technik gehören des Weiteren Kälteanlagen mit einem System zur Wärmerückgewinnung. Dabei wird nicht die vollständige, bei Hochdruck anfallende Wärme im Kondensator an die Umgebungsluft übertragen. Vielmehr ist in Strömungsrichtung des Kältemittels vor dem ursprünglichen Kondensator ein zusätzlicher Wärmeübertrager angeordnet. Innerhalb des zusätzlichen Wärmeübertragers wird das Kältemittel, das als Heißgas aus dem Verdichter austritt, abgekühlt beziehungsweise enthitzt. Die dabei abgegebene Wärme wird an das System der Wärmerückgewinnung übertragen und in diesem beispielsweise zum Erwärmen eines Mediums innerhalb eines Heizungssystem genutzt. Je nach übertragener Wärme kann das Kältemittel im Wärmeübertrager des Systems der Wärmerückgewinnung vollständig enthitzt und zumindest zum Teil bereits verflüssigt werden. Im ursprünglichen Kondensator wird das Kältemittel je nach Eintrittszustand weiter enthitzt und/oder verflüssigt.The prior art further includes refrigeration systems with a system for heat recovery. It is not the complete, resulting from high pressure heat in the condenser transferred to the ambient air. Rather, an additional heat exchanger is arranged in the flow direction of the refrigerant upstream of the original condenser. Within the additional heat exchanger, the refrigerant, which emerges as hot gas from the compressor, cooled or re-heated. The resulting heat is transferred to the system of heat recovery and in this used for example for heating a medium within a heating system. Depending on the transferred heat, the refrigerant in the heat exchanger of the system of heat recovery can be completely de-icing and at least partially already liquefied. In the original condenser, the refrigerant is further de-oiled and / or liquefied, depending on the state of entry.

Aus der DE 298 10 584 U1 geht eine temperaturgeführte Regelung einer kombinierten Wärmepumpe-Kälteanlage hervor. Das Prinzip der Anlage beruht auf der gleichzeitigen Erzeugung beziehungsweise Bereitstellung von Kälte auf Niederdruckniveau und der Abgabe von Nutzwärme an beispielsweise ein Heizsystem auf Hochdruckniveau eines geschlossenen Kältemittelkreislaufes. Die Anlage besteht aus mehreren Wärmeübertragern, die als Verdampfer oder Kondensatoren eingesetzt werden.From the DE 298 10 584 U1 is a temperature-controlled control of a combined heat pump refrigeration system out. The principle of the system is based on the simultaneous generation or provision of cold at low pressure level and the output of useful heat to, for example, a heating system at high pressure level of a closed refrigerant circuit. The system consists of several heat exchangers, which are used as evaporators or condensers.

Ein Verfahren zur Nutzung der Verflüssigungswärme einer Kälteanlage wird auch in der DE 36 09 313 C2 beschrieben. Die Verflüssigungswärme des Kältemittelkreislaufes wird zur Wärmerückgewinnung in einem ersten Wärmeübertrager an einen flüssigen Wärmeträger abgegeben. Besteht kein Bedarf an Heizwärme bei gleichzeitigem Bedarf an Nutzkälte wird ein zweiter Wärmeübertrager durch ein Kühlmittel, zum Beispiel Luft, beaufschlagt und die Verflüssigungswärme an die Umgebungsluft übertragen.A method for using the liquefaction heat of a refrigeration system is also in the DE 36 09 313 C2 described. The liquefaction heat of the refrigerant circuit is discharged to heat recovery in a first heat exchanger to a liquid heat carrier. If there is no need for heating heat with simultaneous need for useful cooling, a second heat exchanger is acted upon by a coolant, for example air, and the condensing heat is transferred to the ambient air.

Abhängig von der Jahreszeit und/oder Tageszeit werden unterschiedliche Kälteleistungen der Verbraucher benötigt und innerhalb der Verdampfer an das Kältemittel übertragen. Die verfügbare Leistung des Systems der Wärmerückgewinnung ist folglich von der in den Verdampfern aufgenommenen Gesamtwärme abhängig und unterliegt damit ebenso den veränderlichen Kälteleistungen der Verbraucher. In Bezug auf Fig. 1 stellen die Verdampfer 2, 3 die die Wärme aufnehmenden Komponenten dar, die bei hohem, im Kondensator 8 herrschenden Druck wieder abgeführt wird.Depending on the season and / or time of day, different cooling capacities of the consumers are needed and transferred to the refrigerant within the evaporator. The available power of the system of heat recovery is thus dependent on the total heat absorbed in the evaporators and thus also subject to the variable cooling capacities of the consumers. In relation to Fig. 1 represent the evaporator 2, 3, the heat-absorbing components, which is discharged again at high pressure prevailing in the condenser 8 pressure.

Infolge der veränderlichen Kälteleistungen der Verbraucher können bestimmte Betriebsbedingungen auftreten, bei denen die gesamte bei Hochdruck abzugebende Wärmemenge nicht ausreicht, um den Bedarf an Wärme des Systems der Wärmerückgewinnung zu decken. Für diesen Fall ist es notwendig, neben der Kälteanlage, die auch zur Wärmeerzeugung dient, eine zusätzliche Wärmeerzeugungseinheit, zum Beispiel einen zu befeuernden Kessel, zu installieren. Diese zusätzliche Installation bewirkt nachteilig zusätzliche Kosten bei der Investition und im Betrieb.Due to the variable cooling capacities of the consumers, certain operating conditions may occur in which the total amount of heat to be delivered at high pressure is insufficient to meet the heat demand of the heat recovery system. In this case, it is necessary, in addition to the refrigeration system, which also serves to generate heat, to install an additional heat generating unit, for example, a boiler to be fired. This additional installation disadvantageously adds additional investment and operational costs.

In der WO 01/20234 A1 wird ein kombinierter Kältemittel-WärmepumpenKreislauf mit Komponenten zur Wärmerückgewinnung offenbart, bei dem die Verflüssigungswärme des Kältemittelkreislaufes zur Erwärmung von Wasser eines Heizkreislaufes genutzt werden kann. Ein parallel zum Verdampfer des Kältemittelkreislaufes installierter Verdampfer einer Wärmepumpenschaltung nimmt bei Bedarf zusätzlich Wärme aus der Umgebungsluft auf, die nach dem Verdichtungsvorgang des Kältemittels an den Kreislauf der Wärmerückgewinnung übertragen wird.In the WO 01/20234 A1 a combined refrigerant heat pump cycle is disclosed with components for heat recovery, in which the liquefaction heat of the refrigerant circuit can be used to heat water of a heating circuit. If necessary, an evaporator of a heat pump circuit installed parallel to the evaporator of the refrigerant circuit also absorbs heat from the ambient air, which is transferred to the circuit of the heat recovery after the compression process of the refrigerant.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kälteanlage sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage zur Verfügung zu stellen, mit der zum einen der Bedarf an Kälteleistungen bei unterschiedlichen Temperaturniveaus und zum anderen der Bedarf an Wärmeleistung eines Systems der Wärmerückgewinnung bereitgestellt werden. Die Anlage soll bei der Installation und beim Betreiben weniger kostenintensiv als die im Stand der Technik bekannten Anlagen sein.The object of the present invention is to provide a refrigeration system and a method for operating a refrigeration system, with which, on the one hand, the demand for refrigeration capacities at different temperature levels and, on the other hand, the need for heat output of a system of heat recovery are provided. The installation should be less expensive to install and operate than the systems known in the art.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kälteanlage mit einem geschlossenen Kältekreislauf gelöst, die in Strömungsrichtung des Kältemittels mindestens eine Verdichtereinheit, einen Wärmeübertrager, der der Wärmerückgewinnung dient, einen luftbeaufschlagten Kondensator, einen Sammler, ein Expansionsorgan und einen Verdampfer aufweist. Im Kreislauf der Kälteanlage ist zusätzlich ein Verdampfer einer integrierten Wärmepumpenschaltung mit vorgeschaltetem Expansionsorgan integriert, der konzeptionsgemäß luftbeaufschlagt ausgebildet ist. Der Verdampfer der Wärmepumpenschaltung ist erfindungsgemäß mit dem Kondensator der Kälteanlage wärmeleitend gekoppelt. Dieser doppelt wirkende Wärmeübertrager wird im Weiteren auch als integrierter Kondensator-Verdampfer bezeichnet.The object is achieved by a refrigeration system with a closed refrigeration cycle having in the flow direction of the refrigerant at least one compressor unit, a heat exchanger, which serves for heat recovery, a luftbeaufschlagten capacitor, a collector, an expansion element and an evaporator. In the cycle the refrigeration system is also an evaporator integrated heat pump circuit integrated with an upstream expansion element, which is designed according to the concept luftbeaufschlagt. The evaporator of the heat pump circuit according to the invention with the condenser of the refrigeration system coupled thermally conductive. This double-acting heat exchanger is also referred to below as an integrated condenser-evaporator.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Verdampfer der Wärmepumpenschaltung so im Kältemittelkreislauf integriert, dass er parallel zu einem weiteren Verdampfer geschaltet ist.According to a preferred embodiment of the invention, the evaporator of the heat pump circuit is integrated in the refrigerant circuit, that it is connected in parallel to another evaporator.

Der Betrieb der Anlage ist unter anderem von der Umgebungstemperatur und damit den aufzubringenden Leistungen für Heizung und Kühlung abhängig. Der Verdampfer der Wärmepumpenschaltung ist bei den äußeren Bedingungen zu betreiben, bei denen die gesamte bei Hochdruck abzugebende Wärmemenge nicht ausreicht, um den Bedarf an Wärme des Systems der Wärmerückgewinnung zu decken. Die bei Hochdruck abzugebende Wärmemenge ergibt sich dabei aus der Gesamtheit der im herkömmlichen Kältemittelkreislauf aufgenommenen Kälteleistungen zuzüglich der über die Verdichtungsvorgänge eingebrachten Wärmemengen.
Die bei herkömmlichen Anlagen bei den genannten Betriebsbedingungen extra benötigten Wärmeerzeugungseinheiten, wie zu befeuernde Kessel, werden erfindungsgemäß durch lediglich einen in der Kälteanlage zusätzlich integrierten Wärmeübertrager ersetzt. Da dieser Wärmeübertrager zudem parallel zu einem zur herkömmlichen Kälteanlage gehörenden Verdampfer geschaltet ist und damit kein zusätzlicher Bedarf an weiteren Komponenten, beispielsweise einem Verdichter, besteht, ist der Aufwand an Kosten der Erweiterung der Kälteanlage sehr gering.
The operation of the system depends, among other things, on the ambient temperature and thus on the services to be provided for heating and cooling. The evaporator of the heat pump circuit is to operate in the external conditions in which the total amount of heat to be discharged at high pressure is insufficient to meet the heat demand of the heat recovery system. The amount of heat to be dispensed at high pressure results from the entirety of the cooling capacities taken up in the conventional refrigerant circuit plus the quantities of heat introduced via the compression processes.
The heat generation units, such as boilers to be fired, which are required extra in conventional systems under the aforementioned operating conditions, are replaced according to the invention by only one heat exchanger additionally integrated in the refrigeration system. Since this heat exchanger is also connected in parallel to a conventional refrigeration unit associated evaporator and thus no additional need for other components, such as a compressor exists, the cost of the cost of expanding the refrigeration system is very low.

Konzeptionsgemäß ist der integrierte Kondensator-Verdampfer als Rohrbündelwärmeübertrager mit Lamellen ausgebildet. Die Lamellen umfassen dabei vorteilhaft sowohl die Rohre des Verdampfers der Wärmepumpenschaltung als auch die Rohre des Kondensators der Kälteanlage. Durch die zusätzlich angeordneten Rohre, zum einen des Verdampfers für den Kondensator und zum anderen des Kondensators für den Verdampfer und die damit in Verbindung stehenden Lamellen, die die unterschiedlichen Rohre zudem thermisch kontaktieren, wird die Fläche zur Wärmeübertragung vergrößert. Die Lamellen sind mit den Rohren des Verdampfers und des Kondensators wärmeleitend gekoppelt. Die Außenluft beziehungsweise Umgebungsluft strömt dabei durch die Zwischenräume zwischen den Lamellen auf der Außenseite der Rohre. Das Kältemittel strömt jeweils innerhalb der Rohre im Falle des Verdampfers der Wärmepumpenschaltung unter Verdampfungsdruck und im Falle des Kondensators unter Kondensationsdruck der Kälteanlage. Durch die vergrößerte Fläche ergeben sich vorteilhaft geringere Temperaturdifferenzen beim Vorgang der Wärmeübertragung. Der Vorgang der Verdampfung findet bei höherer Verdampfungstemperatur und höherem Verdampfungsdruck, als bei Einsatz eines einzelnen Wärmeübertragers mit geringerer Fläche, statt. Das Druckverhältnis und damit die zugeführte Leistung am Verdichter sind geringer. Die Leistungszahl der Anlage wird vorteilhaft größer. Die Anlage arbeitet effizienter.Conceptually, the integrated condenser-evaporator is designed as a tube bundle heat exchanger with fins. The lamellae advantageously comprise both the tubes of the evaporator of the heat pump circuit and the tubes of the condenser of the refrigeration system. By the additionally arranged tubes, on the one hand, the evaporator for the condenser and the other of the condenser for the evaporator and the associated fins, which also thermally contact the different tubes, the area for heat transfer is increased. The fins are thermally conductively coupled to the tubes of the evaporator and the condenser. The outside air or ambient air flows through the spaces between the slats on the outside of the tubes. The refrigerant flows in each case within the tubes in the case of the evaporator of the heat pump circuit under evaporation pressure and in the case of the condenser under condensation pressure of the refrigeration system. Due to the increased area advantageously lower temperature differences result in the process of heat transfer. The process of evaporation takes place at a higher vaporization temperature and higher vapor pressure than when using a single heat exchanger with a smaller area. The pressure ratio and thus the power supplied to the compressor are lower. The coefficient of performance of the system is advantageously larger. The system works more efficiently.

Durch die Integration von Verdampfer und Kondensator innerhalb einer Komponente der Anlage ergeben sich neben den geringeren Temperaturdifferenzen und damit höherer energetischer Effizienz der gesamten Anlage weitere Vorteile. Da anstelle zweier Wärmeübertrager lediglich ein integrierter Kondensator-Verdampfer zum Einsatz kommt, werden sämtliche zu jedem einzelnen Wärmeübertrager gehörenden peripheren Einrichtungen, wie Ventilatoren und Installationselemente, eingespart. Dieses Einsparen steht in Verbindung mit wesentlich geringeren Kosten als beim Einsatz zweier getrennter Wärmeübertrager.
Sowohl der Verdampfer der Wärmepumpenschaltung als auch der Kondensator der Kälteanlage sind luftbeaufschlagte Wärmeübertrager, die beide jeweils in Kontakt mit der Außenluft stehen, wobei der Verdampfer Wärme aus der Umgebungsluft aufnimmt und der Kondensator Wärme an die Umgebungsluft abgibt. Beim Einsatz der Kälteanlage, beispielsweise in einem Supermarkt, wären beide Wärmeübertrager unabhängig voneinander auf der Außenseite des Gebäudes, zum Beispiel auf dem Dach oder an einer Seite der Außenwand des Gebäudes, zu platzieren. Durch die konzeptionsgemäße Zusammenführung der Wärmeübertrager in einem einzelnen integrierten Kondensator-Verdampfer kann zusätzlich Platz eingespart werden.
Bei Betrieb der Wärmepumpenschaltung und Betriebsbedingungen mit Temperaturen der Außenluft um 0 °C und damit Verdampfungstemperaturen unterhalb von 0 °C kommt es zur Vereisung der Wärmeübertragerfläche und einer zunehmenden Verschlechterung des Wärmeüberganges. Die Flächen müssen in regelmäßigen Abständen abgetaut werden. Je größer die Fläche und je höher die Verdampfungstemperatur, um so langsamer vollzieht sich der Vorgang der Vereisung. Da konzeptionsgemäß beide Kriterien durch die Erfindung erfüllt sind, wird die Vereisung der Wärmeübertragfläche verzögert. Zudem liegt das Temperaturniveau des Wärmeübertragers im Betrieb als Kondensator der Kälteanlage bei Werten oberhalb der Umgebungstemperatur, sodass die vereisten Flächen ohne zusätzliche Einrichtungen, wie sie beispielsweise zum Heißgasabtauen oder elektrischem Abtauen notwendig sind, abgetaut werden können. Dazu ist der integrierte Wärmeübertrager vorteilhaft in den Modus als Kondensator umzuschalten. Die bei der Kondensation abgeführte Wärme dient dabei zum Schmelzen des Eises und Verdunsten des Wassers. Durch den Verzicht auf zusätzliche Einrichtungen zum Abtauen der Wärmeübertragerfläche können weitere Kosten an Material und beim Installationsaufwand eingespart werden. Auch der Betrieb der Anlage verursacht weniger Kosten.
The integration of evaporator and condenser within one component of the system, in addition to the lower temperature differences and thus higher energy efficiency of the entire system resulting in further advantages. Since only one integrated condenser-evaporator is used instead of two heat exchangers, all belonging to each heat exchanger peripheral equipment, such as fans and installation elements, saved. This Savings are associated with significantly lower costs than when using two separate heat exchangers.
Both the evaporator of the heat pump circuit and the condenser of the refrigeration system are luftbeaufschlagte heat exchanger, both of which are each in contact with the outside air, wherein the evaporator absorbs heat from the ambient air and the condenser emits heat to the ambient air. When using the refrigeration system, for example in a supermarket, both heat exchangers would be placed independently on the outside of the building, for example on the roof or on one side of the exterior wall of the building. The conceptional merging of the heat exchangers in a single integrated condenser-evaporator can save additional space.
When operating the heat pump circuit and operating conditions with temperatures of the outside air around 0 ° C and thus evaporation temperatures below 0 ° C it comes to icing of the heat exchanger surface and an increasing deterioration of heat transfer. The surfaces must be defrosted at regular intervals. The larger the area and the higher the evaporation temperature, the slower is the process of icing. Since, according to the conception, both criteria are fulfilled by the invention, the icing of the heat transfer surface is delayed. In addition, the temperature level of the heat exchanger is in operation as a condenser of the refrigeration system at values above ambient temperature, so that the icy surfaces can be thawed without additional facilities, such as are necessary for hot gas defrosting or defrosting. For this purpose, the integrated heat exchanger is advantageous to switch to the mode as a capacitor. The heat dissipated during condensation serves to melt the ice and evaporate the water. By dispensing with additional devices for defrosting the heat exchanger surface further costs of material and installation costs can be saved. The operation of the system also causes less costs.

Je nach Bedarf an Kälteleistungen innerhalb der Gruppe der Verdampfer auf den jeweiligen Temperaturniveaus wird die Regelung der Verdichterleistungen dadurch vereinfacht, dass eine erste Gruppe der Verdampfer über Saugleitungen mit einer ersten Verdichtereinheit und eine zweite Gruppe der Verdampfer über Saugleitungen mit einer zweiten Verdichtereinheit verbunden sind. Als Verdichtereinheiten sind jeweils ein oder mehrere Verdichter zu verstehen, die parallel miteinander verschaltet sind. Die Parallelschaltung ermöglicht vorteilhaft das Zu- und Abschalten von Verdichtern, um die Masseströme des Kältemittels und damit die Kälteleistungen dem Bedarf der Verbraucher anzupassen. Schadhafte Verdichter können während des Betriebes der Anlage gewechselt werden.Depending on the need for cooling capacities within the group of evaporators at the respective temperature levels, the control of the compressor capacities is simplified in that a first group of evaporators are connected via suction lines to a first compressor unit and a second group of evaporators via suction lines to a second compressor unit. Compressor units are each one or more compressors to understand, which are connected in parallel with each other. The parallel connection advantageously allows the switching on and off of compressors to adapt the mass flows of the refrigerant and thus the cooling capacities to the needs of consumers. Damaged compressors can be changed during operation of the system.

Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage, wobei eine erste Verdichtereinheit über Saugleitungen das Kältemittel aus der ersten Gruppe der Verdampfer absaugt und eine zweite Verdichtereinheit über Saugleitungen das Kältemittel aus der zweiten Gruppe der Verdampfer absaugt, wird das Kältemittel in eine gemeinsame Druckleitung verdichtet. Der Verdampfer der integrierten Wärmepumpenschaltung wird dabei parallel zu einem Verdampfer der Kälteanlage betrieben.In the method according to the invention for operating a refrigeration system, wherein a first compressor unit sucks the refrigerant from the first group of evaporators via suction lines and a second compressor unit sucks the refrigerant from the second group of evaporators via suction lines, the refrigerant is compressed into a common pressure line. The evaporator of the integrated heat pump circuit is operated parallel to an evaporator of the refrigeration system.

Die Verdampfer der ersten Gruppe und die Verdampfer der zweiten Gruppe weisen vorteilhaft unterschiedlichen Temperaturniveaus beziehungsweise Druckniveaus auf.
Konzeptionsgemäß stellt eine Gruppe der Verdampfer die Kälteleistung für die Komponenten der Normalkühlung und die zweite Gruppe der Verdampfer die Kälteleistung für die Komponenten des Raumluftklimas bereit, wobei der Verdampfer der integrierten Wärmepumpenschaltung parallel zur Gruppe der Verdichter geschaltet ist, die die Kälteleistung für die Komponenten des Raumluftklimas bereitstellt.
The evaporators of the first group and the evaporators of the second group advantageously have different temperature levels or pressure levels.
According to the concept, one group of evaporators provides the cooling capacity for the components of the standard cooling and the second group of evaporators the cooling capacity for the components of the indoor air climate, wherein the evaporator of the integrated heat pump circuit is connected in parallel to the group of compressors, the cooling capacity for the components of the indoor air provides.

Die Verdampfer des Teils der Kälteanlage, der der Normalkühlung dient, erzeugen die Kälteleistung auf einem Temperaturniveau zwischen -5 °C und -15 °C. Die Verdampfer, die die Kälteleistung des Raumluftklimas bereitstellen, arbeiten auf einem Temperaturniveau zwischen 0 °C und 10 °C.The evaporators of the part of the refrigeration system used for normal cooling produce the cooling capacity at a temperature level between -5 ° C and -15 ° C. The evaporators, which provide the cooling capacity of the indoor climate, operate at a temperature level between 0 ° C and 10 ° C.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das Kältemittel nach der Verdichtung innerhalb eines Wärmeübertragers des Systems der Wärmerückgewinnung enthitzt und/oder verflüssigt. Liegt am Austritt des Wärmeübertragers dampfförmiges Kältemittel vor, wird der dampfförmige Anteil im Kondensator der Kälteanlage vollständig verflüssigt.According to a preferred embodiment of the invention, the refrigerant is de-pressurized and / or liquefied after compression within a heat exchanger of the system of heat recovery. If vaporous refrigerant is present at the outlet of the heat exchanger, the vaporous component in the condenser of the refrigeration system is completely liquefied.

Je nach Wärmebedarf des Systems der Wärmerückgewinnung und den Betriebsbedingungen der Verdampfer für die Normalkühlung und des Raumklimas, ist der Verdampfer der integrierten Wärmepumpenschaltung zuschaltbar.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der integrierte Kondensator-Verdampfer nach Bedarf umschaltbar ausgebildet. So ist der Verdampfer der integrierten Wärmepumpenschaltung durch Umschalten in den Betrieb als Kondensator der Kälteanlage vorteilhaft ohne Mehraufwand an Komponenten und damit Kosten abtaubar.
Depending on the heat demand of the system of heat recovery and the operating conditions of the evaporator for the normal cooling and the indoor climate, the evaporator of the integrated heat pump circuit can be switched.
According to an advantageous embodiment of the invention, the integrated condenser-evaporator is designed switchable as needed. Thus, the evaporator of the integrated heat pump circuit by switching to operation as a condenser of the refrigeration system is advantageous without additional expenditure of components and thus costs abtaubar.

Die Kälteanlage mit zusätzlichem Verdampfer einer Wärmepumpenschaltung kann ebenso als Kaskadenschaltung ausgeführt werden. Auch in diesem Fall ist der Verdampfer der Wärmepumpenschaltung innerhalb des Kondensators der Kälteanlage integrierbar.The refrigeration system with additional evaporator of a heat pump circuit can also be designed as a cascade circuit. Also in this case, the evaporator of the heat pump circuit can be integrated within the condenser of the refrigeration system.

Zusammenfassend ist für die Anlage mit integrierten Kondensator-Verdampfer gegenüber den im Stand der Technik bekannten Anlagen vorteilhaft festzustellen, dass die Anlage

  • weniger kostenintensiv und energetisch effektiver zu betreiben ist, da
    1. a) der Vorgang der Wärmeübertragung bei der Verdampfung des Kältemittels im Verdampfer der Wärmepumpenschaltung bei geringeren Temperaturdifferenzen und bei höherer Verdampfungstemperatur und höherem Verdampfungsdruck abläuft, was wiederum ein geringeres Druckverhältnis und damit eine geringere zuzuführende Leistung am Verdichter bewirkt,
    2. b) die Vereisung der Wärmeübertragerfläche im Verdampferbetrieb des integrierten Kondensator-Verdampfers verzögert wird sowie die vereisten Flächen ohne zusätzliche Einrichtungen und Energie abgetaut werden können,
  • platzsparend und mit weniger Installationsaufwand verbunden ist, da auf eine große Anzahl zusätzlicher Komponenten verzichtet wird.
In summary, it is advantageous for the system with integrated condenser-evaporator over the systems known in the prior art to determine that the system
  • less costly and energetically more effective to operate, since
    1. a) the process of heat transfer during the evaporation of the refrigerant in the evaporator of the heat pump circuit runs at lower temperature differences and at higher evaporation temperature and higher evaporation pressure, which in turn causes a lower pressure ratio and thus a lower power to be supplied to the compressor,
    2. b) the icing of the heat transfer surface in the evaporator operation of the integrated condenser-evaporator is delayed and the icy surfaces can be defrosted without additional facilities and energy,
  • saves space and requires less installation effort, because it dispenses with a large number of additional components.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:

  • Fig. 2: Fließbild der Kälteanlage mit integriertem Wärmepumpenkreislauf und
  • Fig. 3: Fließbild der Kälteanlage mit integrierten Kondensator-Verdampfer.
Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • Fig. 2 Flow diagram of the refrigeration system with integrated heat pump cycle and
  • Fig. 3 : Flow diagram of the refrigeration system with integrated condenser-evaporator.

In Fig. 2 ist das Fließbild der Kälteanlage 1 mit integrierter Wärmepumpenschaltung dargestellt. Bei der Anwendung der Kälteanlage 1, beispielsweise als Supermarktkälteanlage mit verschiedenen Verbrauchern auf unterschiedlichen Temperaturniveaus, weist diese einen oder mehrere Verdichter 5, 6 auf, wobei die Verdichter 5 des Normalkühlkreislaufes und der Verdichter 6 des Kreislaufes zur Klimatisierung sowie der Kreislauf der Wärmepumpe aufgrund unterschiedlicher Eintrittsdrücke separat angeschlossen sind. Der Wärmepumpenverdichter arbeitet reversibel und kann bei entsprechender Auslegung den gesamten Klimabedarf des Gebäudes decken. Die Verdichter 5 des Normalkühlkreislaufes sind parallel geschaltet und bilden eine Verdichtereinheit.In Fig. 2 the flow diagram of the refrigeration system 1 is shown with integrated heat pump circuit. When using the refrigeration system 1, for example as a supermarket refrigeration system with different consumers at different temperature levels, this has one or more compressors 5, 6, the compressor 5 of the normal refrigeration cycle and the compressor 6 of the air conditioning circuit and the heat pump circuit due to different inlet pressures are connected separately. The heat pump compressor works reversibly and, with appropriate design, can cover the entire climate requirement of the building. The compressor 5 of the normal cooling circuit are connected in parallel and form a compressor unit.

Eine nicht dargestellte Weiterbildung der Anlage besteht darin, das ein Tiefkühlkreislauf an den Verbund angeschlossen ist.
Die Verdichter 5, 6 komprimieren das Kältemittel aufgrund einer einheitlichen Kondensationstemperatur beziehungsweise eines einheitlichen Kondensationsdruckes in eine gemeinsame Druckleitung 17, die die Verdichtereinheit beziehungsweise Verdichter 5, 6 mit dem Wärmeübertrager der Wärmerückgewinnung 7 verbindet. Das überhitzte als Heißgas vorliegende Kältemittel wird im Wärmeübertrager 7 der Wärmerückgewinnung abgekühlt beziehungsweise enthitzt und bei großer abzuführender Wärmeleistung der Wärmerückgewinnung mindestens teilweise kondensiert. Je nach übertragener Wärme wird das Kältemittel somit teilweise oder vollständig enthitzt und/oder zum Teil oder vollständig verflüssigt. Die an das System der Wärmerückgewinnung übertragene Wärme kann beispielsweise zum Erwärmen eines Mediums innerhalb eines Heizungssystem genutzt werden.
Im Kondensator 8, der als luftbeaufschlagter Wärmeübertrager ausgebildet ist, wird das Kältemittel vollständig kondensiert und anschließend im Sammler 9 gespeichert. Tritt das Kältemittel aus dem Wärmeübertrager 7 der Wärmerückgewinnung bereits vollständig verflüssigt aus, wird die Flüssigkeit über einen Bypass (nicht dargestellt) um den Kondensator 8 direkt in den Sammler 9 geleitet.
Die Enthitzung endet beim Erreichen der Taulinie, an der der Vorgang der Kondensation beginnt. Bei vollständiger Kondensation beziehungsweise Verflüssigung liegt das Kältemittel am Austritt des jeweiligen Wärmeübertragers vollständig als Flüssigkeit vor. Findet die Kondensation nur teilweise statt, tritt das Kältemittel als Flüssigkeits-Dampf-Gemisch aus.
Das flüssige Kältemittel wird über die Flüssigkeitsleitung 18, die den Sammler 9 mit den Verbrauchern verbindet, auf die unterschiedlichen Verdampfer 2, 3, 4 verteilt und vor dem Eintritt in die Verdampfer 2, 3, 4 mit Hilfe von Expansionsventilen 11, 13, 15 auf das gewünschte Druckniveau entspannt. Der Vorgang der Verdampfung zur Bereitstellung der Kälteleistung der Normalkühlung findet dabei auf einem anderen Druckniveau statt als der Vorgang der Verdampfung zur Bereitstellung der Kälteleistung zur Klimatisierung und der Wärmeaufnahme im Wärmepumpenkreislauf. Die in Fig. 2 als einzelne Komponenten dargestellten Verdampfer 2, 3, 4 können ebenso als Verbunde aus mehreren Verdampfern, die jeweils in Reihe geschaltet sind, angeordnet sein. Die Kälteleistung der Normalkühlung wird auf einem Temperaturniveau zwischen -5 °C und -15 °C und die Kälteleistung zur Klimatisierung auf einem Temperaturniveau zwischen 0 °C und 10 °C bereitgestellt. Im speziellen Anwendungsfall werden die Verdampfer 2 der Normalkühlung bei einer Verdampfungstemperatur von -8 °C und die Verdampfer 3, 4 zur Klimatisierung und der integrierten Wärmepumpenschaltung bei einer Verdampfungstemperatur von +8 °C betrieben. Die einzelnen Verdampfer 2, 3, 4 sind über Magnetventile 10, 12, 14 zu- und abschaltbar ausgebildet.
Das verdampfte, gasförmige Kältemittel gelangt über Saugleitungen 19, 20 zu den Verdichtern 5, 6 zurück. Der Kreislauf ist geschlossen.
Der Kreislauf kann zusätzlich mit inneren Wärmeübertragern als thermische Verbindungen zwischen der Flüssigkeitsleitung 18 und der Saugleitung 19, 20 ausgestaltet sein (nicht dargestellt). Die inneren Wärmeübertrager sind dabei jeweils in Strömungsrichtung auf der Hochdruckseite beziehungsweise innerhalb der Flüssigkeitsleitung 18 zwischen dem Magnetventil 10, 12, 14 und dem Expansionsventil 11, 13, 15 und innerhalb der Saugleitung 19, 20 zwischen dem Verdampfer 2, 3, 4 und dem Verdichter 5, 6 angeordnet. Die Wärme wird dabei vom flüssigen Kältemittel nach dem Austritt des Sammlers 9 an das gasförmige Kältemittel vor dem Eintritt in den Verdichter 5, 6 übertragen. Das Kältemittel wird einerseits hochdruckseitig unterkühlt und andererseits vor dem Eintritt in den Verdichter 5, 6 überhitzt.
A non-illustrated development of the system is that a freezing circuit is connected to the composite.
The compressors 5, 6 compress the refrigerant due to a uniform condensation temperature or a uniform condensation pressure in a common pressure line 17, which connects the compressor unit or compressor 5, 6 with the heat exchanger of the heat recovery 7. The superheated present as hot gas refrigerant is cooled in the heat exchanger 7 of the heat recovery or deprived and condensed at large dissipating heat output of the heat recovery at least partially. Depending on the transferred heat, the refrigerant is thus partially or completely deprived and / or partially or completely liquefied. The heat transferred to the heat recovery system can be used, for example, to heat a medium within a heating system.
In the condenser 8, which is designed as luftbeaufschlagter heat exchanger, the refrigerant is completely condensed and then stored in the collector 9. If the refrigerant from the heat exchanger 7 of the heat recovery already completely liquefied, the liquid is passed through a bypass (not shown) to the condenser 8 directly into the collector 9.
The decom- missioning ends on reaching the dew line, where the process of condensation begins. At complete condensation or liquefaction, the refrigerant is at the outlet of each heat exchanger completely as a liquid. If the condensation takes place only partially, the refrigerant exits as a liquid-vapor mixture.
The liquid refrigerant is distributed via the liquid line 18, which connects the collector 9 with the consumers, on the different evaporators 2, 3, 4 and before entering the evaporator 2, 3, 4 by means of expansion valves 11, 13, 15 on the desired pressure level is relaxed. The process of evaporation to provide the cooling capacity of the normal cooling takes place at a different pressure level than the Process of evaporation for providing the cooling capacity for air conditioning and the heat absorption in the heat pump cycle. In the Fig. 2 Evaporators 2, 3, 4 shown as individual components can also be arranged as composites of a plurality of evaporators, which are each connected in series. The cooling capacity of the standard cooling system is provided at a temperature level between -5 ° C and -15 ° C and the cooling capacity for air conditioning at a temperature level between 0 ° C and 10 ° C. In the specific application, the evaporator 2 of the normal cooling at an evaporation temperature of -8 ° C and the evaporator 3, 4 for air conditioning and the integrated heat pump circuit operated at an evaporation temperature of +8 ° C. The individual evaporators 2, 3, 4 are connected via solenoid valves 10, 12, 14 switched on and off.
The vaporized, gaseous refrigerant passes back via suction lines 19, 20 to the compressors 5, 6. The cycle is closed.
The circuit may additionally be designed with internal heat exchangers as thermal connections between the liquid line 18 and the suction line 19, 20 (not shown). The inner heat exchangers are each in the flow direction on the high pressure side or within the liquid line 18 between the solenoid valve 10, 12, 14 and the expansion valve 11, 13, 15 and within the suction line 19, 20 between the evaporator 2, 3, 4 and the compressor 5, 6 arranged. The heat is transferred from the liquid refrigerant after the outlet of the collector 9 to the gaseous refrigerant before entering the compressor 5, 6. The refrigerant is on the one hand supercooled on the high pressure side and on the other hand overheated before entering the compressor 5, 6.

Die Kälteleistungen der Verdampfer 2, 3, 4 variieren je nach Tages- und Jahreszeit. Je nach Bedarf an Wärmeleistung innerhalb des Systems der Wärmerückgewinnung wird diese durch die in den Verdampfern 2, 3, 4 aufgenommenen Leistungen zuzüglich der dem Kältemittel während der Verdichtervorgänge zugeführte Wärme abgedeckt. Weichen die geforderte Wärmeleistung und die Summe der zugeführten Leistungen derart voneinander ab, dass die Wärmeleistung innerhalb des Systems der Wärmerückgewinnung nicht abgedeckt werden kann, wird der Verdampfer 4 des Kreislaufes der Wärmepumpe zugeschaltet. Die dabei aufgenommene Wärme und während des Verdichtungsvorganges zugeführte Wärme stehen als zusätzliche Leistungen dem System der Wärmerückgewinnung zur Verfügung. Der Verdampfer 4 des Kreislaufes der Wärmepumpe ist ebenso wie der Kondensator 8 luftbeaufschlagt.The cooling capacities of the evaporators 2, 3, 4 vary depending on the time of day and the season. Depending on the need for heat output within the system of heat recovery, this is the power consumed in the evaporators 2, 3, 4 plus the refrigerant during the Compressor operations supplied heat covered. If the required heat output and the sum of the supplied powers deviate from one another such that the heat output within the system of heat recovery can not be covered, the evaporator 4 of the circuit of the heat pump is switched on. The heat absorbed and heat supplied during the compression process are available as additional services to the heat recovery system. The evaporator 4 of the circuit of the heat pump is as well as the condenser 8 subjected to air.

Die Verdampfer 2, 3 können entweder als Direktverdampfer betrieben werden. In diesem Fall sind die Verdampfer 2, 3 direkt im Kühlmöbel angeordnet. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Verdampfer mit einem zusätzlichen Kälteträger zu verwenden. Die Kälteleistungen werden mit Hilfe eines Kälteträgerkreislaufs an den einzelnen Verbrauchern zur Verfügung gestellt. Als Kälteträger werden Kühlsole, wie zum Beispiel Ethylenglykol, oder auch Kohlendioxid als Fluid eingesetzt.The evaporators 2, 3 can be operated either as a direct evaporator. In this case, the evaporators 2, 3 are arranged directly in the refrigerator. However, it is also possible to use the evaporator with an additional brine. The cooling capacities are made available to the individual consumers by means of a brine circulation system. As brine cooling brines, such as ethylene glycol, or carbon dioxide are used as fluid.

Fig. 3 zeigt das Fließbild der Kälteanlage mit integrierter Wärmepumpenschaltung und integriertem Kondensator-Verdampfer 16 als Wärmeübertrager, der konzeptionsgemäß den Kondensator 8 der Kälteanlage 1 und den Verdampfer 4 der integrierten Wärmepumpenschaltung gegenüber der in Fig. 2 dargestellten Schaltung als integrales Bauteil verbindet.
Der integrierte Kondensator-Verdampfer 16 kann beispielsweise als Rohrbündelwärmeübertrager mit Lamellen ausgebildet sein, wobei die Lamellen vorteilhaft sowohl mit den Rohren des Verdampfers 4 der Wärmepumpenschaltung als auch mit den Rohren des Kondensators 8 der Kälteanlage wärmeleitend verbunden sind. Dadurch wird die Fläche zur Wärmeübertragung bei der Kondensation und bei der Verdampfung vergrößert. Die Umgebungsluft strömt durch die Zwischenräume der Lamellen und auf der Außenseite der Rohre. Das Kältemittel strömt jeweils innerhalb der Rohre im Falle des Verdampfers 4 der Wärmepumpenschaltung unter Verdampfungsdruck und im Falle des Kondensators 8 unter Kondensationsdruck der Kälteanlage 1.
Durch die Verschachtelung der Kreisläufe des integrierten Kondensator-Verdampfers 16, auch als Verflüssiger mit integrierter Verdampferschlange bezeichnet, ineinander ergeben sich wesentliche Vorteile beim Betrieb der Kälteanlage 1.
Durch die Doppelnutzung des integrierten Kondensator-Verdampfers 16 ist der Betrieb auch bei Temperaturen um 0 °C möglich, ohne das ein zusätzliches System zur Abtauung des Verdampfers 4 der Wärmepumpe benötigt wird. Durch Abschalten des Verdampfers 4 und Zuschalten des Kondensators 8, bei gegebenenfalls reduzierter Wärmeleistung des Systems der Wärmerückgewinnung, wird das Abtauen durch die Wärmeabgabe des Kältemittels während der Kondensation realisiert.
Die Integration des Verdampfers 4 der Wärmepumpenschaltung und des Kondensators 8 der Kälteanlage ergibt sich eine große Fläche zur Wärmeübertragung, was wiederum den Vorgang der Wärmeübertragung zu geringeren Temperaturdifferenzen vorteilhaft verändert. Dadurch kann die Verdampfung des Kältemittels im Kreislauf der Wärmepumpe bei höherer Temperatur und die Kondensation des Kältemittels bei geringerer Temperatur erfolgen, was zu einer Verringerung der zuzuführenden Verdichterleistung führt.
Des Weiteren wird der Platzbedarf durch die Integration zweier Wärmeübertrager in einem Bauelement verringert.
Fig. 3 shows the flow diagram of the refrigeration system with integrated heat pump circuit and integrated condenser-evaporator 16 as a heat exchanger, the conceptually the condenser 8 of the refrigeration system 1 and the evaporator 4 of the integrated heat pump circuit with respect to in Fig. 2 connected circuit as an integral component connects.
The integrated condenser-evaporator 16 may be formed, for example, as a tube bundle heat exchanger with fins, the fins are advantageously thermally conductively connected both to the tubes of the evaporator 4 of the heat pump circuit and with the tubes of the condenser 8 of the refrigeration system. This increases the area of heat transfer during condensation and evaporation. The ambient air flows through the interstices of the fins and on the outside of the tubes. The refrigerant flows in each case within the tubes in Case of the evaporator 4 of the heat pump circuit under evaporation pressure and in the case of the condenser 8 under condensation pressure of the refrigeration system. 1
By interleaving the circuits of the integrated condenser-evaporator 16, also referred to as condenser with integrated evaporator coil, one another results in significant advantages in the operation of the refrigeration system. 1
Due to the dual use of the integrated condenser-evaporator 16, the operation is possible even at temperatures around 0 ° C, without the need for an additional system for defrosting the evaporator 4 of the heat pump. By switching off the evaporator 4 and connecting the capacitor 8, with optionally reduced heat output of the system of heat recovery, the defrosting is realized by the heat transfer of the refrigerant during the condensation.
The integration of the evaporator 4 of the heat pump circuit and the condenser 8 of the refrigeration system results in a large area for heat transfer, which in turn advantageously changes the process of heat transfer to lower temperature differences. As a result, the evaporation of the refrigerant in the circulation of the heat pump at a higher temperature and the condensation of the refrigerant at a lower temperature, which leads to a reduction in the supplied compressor power.
Furthermore, the space requirement is reduced by the integration of two heat exchangers in one component.

Die vorliegende Erfindung kann überall da eingesetzt werden, wo Kälteanlagen zur Kühlung benötigt werden und gleichzeitig ein Wärmebedarf vorhanden ist. Dabei kann jedes herkömmliche, auch brennbare, Kältemittel genutzt werden. Insbesondere werden halogenierte Fluor-Kohlenwasserstoffe HFKW und Fluor-Kohlenwasserstoffe FKW wie R134a eingesetzt.The present invention can be used anywhere where refrigeration systems are needed for cooling and at the same time there is a heat demand. Any conventional, even combustible, refrigerant can be used. In particular, halogenated fluorohydrocarbons HFCs and fluorinated hydrocarbons HFCs such as R134a are used.

Gleichfalls ist auch der Einsatz von natürlichen Kältemitteln, wie R717, R723, R744 und weiteren Kältemitteln möglich.Likewise, the use of natural refrigerants such as R717, R723, R744 and other refrigerants is possible.

LISTE DER BEZUGSZEICHENLIST OF REFERENCE SIGNS

11
Kälteanlagerefrigeration plant
22
Verdampfer (Normalkühlung)Evaporator (normal cooling)
33
Verdampfer (Klimakühlung)Evaporator (climate cooling)
44
Verdampfer (Wärmepumpe)Evaporator (heat pump)
55
Verdichter / Verdichtereinheit (Normalkühlung)Compressor / compressor unit (normal cooling)
66
Verdichter / Verdichtereinheit (Klimakühlung / Wärmepumpe)Compressor / compressor unit (air conditioning / heat pump)
77
Wärmeübertrager (Wärmerückgewinnung)Heat exchanger (heat recovery)
88th
Kondensatorcapacitor
99
Sammlercollector
10, 12, 1410, 12, 14
Magnetventilesolenoid valves
11, 13, 1511, 13, 15
Expansionsorgan / ExpansionsventilExpansion organ / expansion valve
1616
integrierter Kondensator-Verdampferintegrated condenser-evaporator
1717
Druckleitungpressure line
1818
Flüssigkeitsleitungliquid line
19, 2019, 20
Saugleitungsuction

Claims (15)

Kälteanlage (1) mit einem geschlossenen Kältekreislauf aufweisend in Strömungsrichtung des Kältemittels mindestens eine Verdichtereinheit (5, 6), einen Wärmeübertrager (7), der der Wärmerückgewinnung dient, einen luftbeaufschlagten Kondensator (8), einen Sammler (9), ein Expansionsorgan (11, 13) und einen Verdampfer (2, 3), dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Verdampfer (4) mit vorgeschaltetem Expansionsorgan (15) im Kreislauf einer in der Kälteanlage (1) integrierten Wärmepumpenschaltung vorgesehen ist, wobei der Verdampfer (4) der Wärmepumpenschaltung mit dem Kondensator (8) wärmeleitend gekoppelt ist, sodass der Verdampfer (4) und der Kondensator (8) als integrierter Kondensator-Verdampfer (16) ausgebildet sind.Refrigeration system (1) with a closed refrigeration cycle having in the flow direction of the refrigerant at least one compressor unit (5, 6), a heat exchanger (7), which serves for heat recovery, an air-charged capacitor (8), a collector (9), an expansion element (11 , 13) and an evaporator (2, 3), characterized in that in addition an evaporator (4) with upstream expansion element (15) in the circuit of a refrigeration system (1) integrated heat pump circuit is provided, wherein the evaporator (4) of the heat pump circuit is thermally conductively coupled to the capacitor (8), so that the evaporator (4) and the capacitor (8) as an integrated condenser-evaporator (16) are formed. Kälteanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (4) der Wärmepumpenschaltung luftbeaufschlagt ist.Refrigeration system (1) according to claim 1, characterized in that the evaporator (4) of the heat pump circuit is subjected to air. Kälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (4) der Wärmepumpenschaltung parallel zu einem weiteren Verdampfer (2, 3) geschaltet ist.Refrigeration system (1) according to one of claims 1 or 2, characterized in that the evaporator (4) of the heat pump circuit is connected in parallel to a further evaporator (2, 3). Kälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Kondensator-Verdampfer (16) als Rohrbündelwärmeübertrager ausgebildet ist.Refrigeration system (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the integrated condenser-evaporator (16) is designed as a tube bundle heat exchanger. Kälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der integrierte Kondensator-Verdampfer (16) als Lamellenwärmeübertrager ausgebildet ist, wobei die Lamellen sowohl die Rohre des Verdampfers (4) der Wärmepumpenschaltung als auch die Rohre des Kondensators (8) der Kälteanlage umfassen.Refrigeration plant (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the integrated condenser-evaporator (16) is designed as a plate heat exchanger, wherein the lamellae both the tubes of the evaporator (4) of the heat pump circuit and the tubes of the capacitor (8 ) of the refrigeration system. Kälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Gruppe der Verdampfer (2, 3) über Saugleitungen (19, 20) mit einer ersten Verdichtereinheit (5, 6) und eine zweite Gruppe der Verdampfer (2, 3) über Saugleitungen (19, 20) mit einer zweiten Verdichtereinheit (5, 6) verbunden sind.Refrigeration plant (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that a first group of evaporators (2, 3) via suction lines (19, 20) with a first compressor unit (5, 6) and a second group of evaporators (2 , 3) via suction lines (19, 20) with a second compressor unit (5, 6) are connected. Kälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdichtereinheiten (5, 6) aus mehreren Verdichtern (5, 6) bestehen.Refrigeration system (1) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the compressor units (5, 6) consist of a plurality of compressors (5, 6). Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine erste Verdichtereinheit (5, 6) über Saugleitungen (19, 20) das Kältemittel aus der ersten Gruppe der Verdampfer (2, 3) absaugt und eine zweite Verdichtereinheit (5, 6) über Saugleitungen (19, 20) das Kältemittel aus der zweiten Gruppe der Verdampfer (2, 3) absaugt und das Kältemittel in eine gemeinsame Druckleitung (17) verdichtet, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdampfer (4) einer integrierten Wärmepumpenschaltung in Parallelschaltung zu einem Verdampfer (2, 3) der Kälteanlage (1) betrieben wird.Method for operating a refrigeration system (1) according to one of the preceding claims, wherein a first compressor unit (5, 6) sucks the refrigerant out of the first group of evaporators (2, 3) via suction lines (19, 20) and a second compressor unit (5 , 6) via suction lines (19, 20), the refrigerant from the second group of evaporators (2, 3) sucks and compresses the refrigerant in a common pressure line (17), characterized in that an evaporator (4) of an integrated heat pump circuit in parallel to an evaporator (2, 3) of the refrigeration system (1) is operated. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer (2, 3, 4) auf unterschiedlichen Temperaturniveaus beziehungsweise Druckniveaus betrieben werden.Method for operating a refrigeration system (1) according to claim 8, characterized in that the evaporators (2, 3, 4) are operated at different temperature levels or pressure levels. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gruppe der Verdampfer (2) die Kälteleistung für die Komponenten der Normalkühlung und die zweite Gruppe der Verdampfer (3) die Kälteleistung für die Komponenten des Raumluftklimas bereitstellt.Method for operating a refrigeration system (1) according to one of claims 8 or 9, characterized in that one group of evaporators (2) the cooling capacity for the components of the normal cooling and the second group of evaporators (3) the cooling capacity for the components of the indoor air provides. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (4) der integrierten Wärmepumpenschaltung parallel zur Gruppe der Verdampfer (3) geschaltet ist, die die Kälteleistung für die Komponenten des Raumluftklimas bereitstellt.Method for operating a refrigeration system (1) according to one of claims 9 to 10, characterized in that the evaporator (4) of the integrated heat pump circuit is connected in parallel to the group of evaporators (3), which provides the cooling capacity for the components of the indoor air. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfer (2) die Kälteleistung der Normalkühlung auf einem Temperaturniveau zwischen -5 °C und -15 °C und die Verdampfer (3) die Kälteleistung des Raumluftklimas auf einem Temperaturniveau zwischen 0 °C und 10 °C bereitstellen.Method for operating a refrigeration system (1) according to one of claims 9 to 11, characterized in that the evaporator (2) the cooling capacity of the normal cooling at a temperature level between -5 ° C and -15 ° C and the evaporator (3) the cooling capacity provide the indoor climate at a temperature level between 0 ° C and 10 ° C. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittel nach der Verdichtung innerhalb eines Wärmeübertragers (7) des Systems der Wärmerückgewinnung enthitzt und/oder verflüssigt wird, wobei am Austritt des Wärmeübertragers (7) dampfförmig vorliegendes Kältemittel im Kondensator (8) vollständig verflüssigt wird.Method for operating a refrigeration system (1) according to one of claims 9 to 12, characterized in that the refrigerant after compression within a heat exchanger (7) of the system of heat recovery is deprived and / or liquefied, wherein at the outlet of the heat exchanger (7) vapor refrigerant present in the condenser (8) is completely liquefied. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (4) der integrierten Wärmepumpenschaltung nach Wärmebedarf des Systems der Wärmerückgewinnung zugeschaltet wird.Method for operating a refrigeration system (1) according to one of claims 9 to 13, characterized in that the evaporator (4) of the integrated heat pump circuit is switched on according to the heat demand of the system of heat recovery. Verfahren zum Betreiben einer Kälteanlage (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (4) der integrierten Wärmepumpenschaltung je nach Bedarf durch Umschalten in den Betrieb als Kondensator (8) der Kälteanlage abtaubar ist.Method for operating a refrigeration system (1) according to one of claims 9 to 14, characterized in that the evaporator (4) of the integrated heat pump circuit can be defrosted as required by switching to operation as a condenser (8) of the refrigeration system.
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