DE20102546U1

DE20102546U1 - Cooling system

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Publication number: DE20102546U1
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Priority date: 1999-09-08
Filing date: 2001-02-12
Publication date: 2001-04-19
Anticipated expiration: 2011-02-13
Also published as: ATA154199A; AT410135B

Description

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Hermann Gautsch
St. Gilgen (AT)Hermann Gautsch
St. Gilgen (AT)

KühlanlageCooling system

Die Erfindung betrifft eine Kühlanlage mit einer Kältemaschine, die einen über einen Kompressor, einen Kondensator, ein Expansionsventil und einen Verdampfer führenden Kältemittelkreislauf umfaßt, wobei der Verdampfer mit einem Kühlkreis zur Kühlung eines Kälteverbrauchers und der Kondensator mit einem Heizkreis zum Heizen eines Wärmeverbrauchers zusammenwirken.The invention relates to a cooling system with a refrigeration machine which comprises a refrigerant circuit leading via a compressor, a condenser, an expansion valve and an evaporator, wherein the evaporator cooperates with a cooling circuit for cooling a cold consumer and the condenser cooperates with a heating circuit for heating a heat consumer.

Solche Kühlanlagen werden in verschiedensten Ausführungen vielfältig genutzt, beispielsweise in Kaufhäusern zum Kühlen von Verkaufsvitrinen und zum klimatisieren der Verkaufsräume, welche Kühlanlagen aber nicht nur über ihren Kühlkreis die gewünschten Kühltemperaturen liefern, sondern mit der Abwärme ihrer Kältemaschine über einen entsprechenden Heizkreis zu Heizzwecken, meist zur Warmwasseraufbereitung, genutzt wird. Dabei könnten durchaus die Kühl- und Heizkreise der Kältemaschine direkt in den Kältemittelkreislauf eingebunden und der Verdampfer als Wärmetauscher im Bereich des Kälteverbrauchers bzw. der Kondensator als Wärmetauscher im Bereich des Wärmeverbrauchers angeordnet sein, doch empfiehlt sich aus baulichen, wirtschaftlichen und umwelttechnologischen Gründen, den Kühlmittelkreislauf der Kältemaschine in sich geschlossen zu führen und eigene den Verdampfer bzw. Kondensator des Kältemittelkreislaufes beaufschlagende Kühl- bzw. Heizkreise auszulegen, wodurch einerseits die Kältemaschine als kompakte, handelsübliche Baueinheit zur Verfügung steht, mit verhältnismäßig geringen Kältemittelmengen das Auslangen gefunden wird und anderseits für die Kühl- und Heizkreise unbedenklicheSuch cooling systems are used in a wide variety of designs, for example in department stores for cooling display cases and for air conditioning the sales rooms, which cooling systems not only provide the desired cooling temperatures via their cooling circuit, but also use the waste heat from their refrigeration machine via a corresponding heating circuit for heating purposes, usually for hot water preparation. The cooling and heating circuits of the refrigeration machine could certainly be integrated directly into the coolant circuit and the evaporator could be arranged as a heat exchanger in the area of the cold consumer or the condenser could be arranged as a heat exchanger in the area of the heat consumer, but for structural, economic and environmental reasons it is advisable to keep the coolant circuit of the refrigeration machine closed and to design separate cooling and heating circuits that act on the evaporator or condenser of the coolant circuit, which on the one hand means that the refrigeration machine is available as a compact, commercially available unit, which suffices with relatively small amounts of coolant and on the other hand ensures that the cooling and heating circuits are safe.

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Wärmeträger, wie Sole, einsetzbar sind und für die Auslegung und Installation der Kühl- und Heizkreise entsprechend große Freiheiten bestehen.Heat transfer media such as brine can be used and there is correspondingly great freedom in the design and installation of the cooling and heating circuits.

Die Kühlanlagen müssen auf die zu erwartende größte Kühlleistung ausgelegt sein, so daß die Kältemaschine in Sommerzeiten auf Vollast fährt, um das geforderte Kälteniveau zur Kühlung des Kälteverbrauchers abzudecken, wobei allerdings das dabei anfallende Abwärmeangebot den Wärmebedarf des zu heizenden Wärmeverbrauchers beträchtlich übersteigt und einen entsprechenden Energieverlust mit sich bringt. In Winterzeiten wiederum wird die Kältemaschine wesentlich weniger beansprucht und braucht vielfach nur im Teillastbereich zu arbeiten, was aber auch die entstehende Abwärme verringert, die den gesteigerten Wärmebedarf eines Wärmeverbrauchers nicht mehr abdecken kann und die Notwendigkeit mit sich bringt, eine eigene, vom Kältemittelkreislauf unabhängige Heizvorrichtung zum Heizen des Wärmeverbrauchers zu installieren.The cooling systems must be designed for the greatest cooling capacity to be expected, so that the refrigeration machine runs at full load in summer to cover the required cooling level for cooling the refrigeration consumer, although the waste heat produced thereby considerably exceeds the heat requirement of the heat consumer to be heated and results in a corresponding loss of energy. In winter, on the other hand, the refrigeration machine is used much less and often only needs to work at partial load, which also reduces the waste heat produced, which can no longer cover the increased heat requirement of a heat consumer and results in the need to install a separate heating device, independent of the refrigerant circuit, to heat the heat consumer.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kühlanlage der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die bestens an den Winter- und Sommerbetrieb angepaßt ist und neben der erforderlichen Kühlleistung im Sommer auch eine ausreichende Abwärme im Winter für den Betrieb eines leistungsstarken Heizkreises zur Verfügung stellt.The invention is therefore based on the object of creating a cooling system of the type described above which is optimally adapted to winter and summer operation and which, in addition to the required cooling capacity in summer, also provides sufficient waste heat in winter for the operation of a powerful heating circuit.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß ein zusätzlicher wahlweise an den Kühl- bzw. Heizkreis anschließbarer Kollektorkreis vorgesehen ist, der vorzugsweise einen Erdkollektor aufweist.The invention solves this problem by providing an additional collector circuit which can be optionally connected to the cooling or heating circuit and which preferably has a ground collector.

Durch den zusätzlichen Kollektorkreis ist es möglich, die Kältemaschine auf einem annähernd gleichbleibenden, der Auslegung entsprechenden Leistungsniveau zu halten und damit einen entsprechend hohen Wirkungsgrad zu erreichen. Der Kollektorkreis erlaubt es nämlich, beispielsweise in Sommerzeiten mit hoher Kühlleistung und einem Überangebot an Abwärme, diese Abwärme über den Erdkollektor zu speichern und die überschüssige Wärmeenergie auf der Kondensatorseite der Kältemaschine durch den Erdkollektor rückzukühlen. Im Winter hingegen wird bei zu kleiner Kühllast für die Kältemaschine der ErdkollektorThe additional collector circuit makes it possible to keep the chiller at a nearly constant performance level that corresponds to the design and thus achieve a correspondingly high level of efficiency. The collector circuit allows, for example, in summer times with high cooling capacity and an excess of waste heat, this waste heat to be stored via the ground collector and the excess heat energy on the condenser side of the chiller to be cooled down by the ground collector. In winter, however, when the cooling load for the chiller is too small, the ground collector is used.

zusätzlich als Energiequelle für die Verdampferbeaufschlagung genützt, so daß die Kältemaschine wiederum auf Vollast arbeitet. Aufgrund dieses Vollastbetriebes der Kältemaschine wird kondensatorseitig auch soviel Abwärme frei, daß ein hochleistungsfähiger Heizkreis mit entsprechender Heizleistung entsteht, der in den meisten Fällen zusätzliche Heizvorrichtungen überflüssig macht.additionally used as an energy source for the evaporator load, so that the refrigeration machine again operates at full load. Due to this full load operation of the refrigeration machine, so much waste heat is released on the condenser side that a high-performance heating circuit with corresponding heating output is created, which in most cases makes additional heating devices superfluous.

Führt der Kühl- und/oder Heizkreis über einen dem jeweiligen Kreis zugehörigen Pufferspeicher, an den auch der Kollektorkreis angeschlossen ist, läßt sich ohne Schwierigkeiten im Normalfall Kälte- und Wärmebedarf im Gleichgewicht halten und lediglich zur Spitzenabdeckung der Kollektorkreis zuschalten.If the cooling and/or heating circuit is connected to a buffer tank belonging to the respective circuit, to which the collector circuit is also connected, the cooling and heating requirements can normally be kept in balance without difficulty and the collector circuit can only be switched on to cover peak demand.

Vorteilhaft ist es auch, wenn der Kühlkreis eine den Kälteverbraucher umgehende, direkt in den zugehörigen Pufferspeicher führende Zweigleitung aufweist, da sich so die Kühlleistung des Kühlkreises zur Kühlung des Kälteverbrauchers rationell durch Umschalten auf die Zweigleitung bzw. durch Zu- und/oder Abschalten der Zweigleitung regeln läßt.It is also advantageous if the cooling circuit has a branch line that bypasses the cooling consumer and leads directly into the associated buffer storage tank, since the cooling capacity of the cooling circuit for cooling the cooling consumer can then be efficiently regulated by switching to the branch line or by switching the branch line on and/or off.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt, und zwar wird eine erfindungsgemäße Kühlanlage in einem schematischen Blockschaltbild gezeigt.The subject matter of the invention is illustrated by way of example in the drawing, namely a cooling system according to the invention is shown in a schematic block diagram.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel einer Kühlanlage ist der Kälteverbraucher 1 in einen Kühlkreis 2 mit einer Kältemaschine 3 eingebunden, die als Wärmepumpe ausgebildet ist und einen Kältemittelkreislauf 4 mit einem Kompressor 5, einen Kondensator 6, ein Expansionsventil 7 und einen Verdampfer 8 umfaßt. Im Wärmeaustausch mit dem Kondensator 6 steht ein Wärmeträger für einen Heizkreis 9, dessen Wärmeverbraucher 10 über eine Heizungspumpe 11 mit dem über den Kondensator 9 erwärmten Wärmeträger versorgt wird, und zwar in vorteilhafterweise über einen Pufferspeicher 12. Die mit vollen Linien gezeichnete Anordnung des Kondensators 6 innerhalb des Pufferspeichers 12 stellt zwar eine günstige Ausführungsform dar, doch kann der Pufferspeicher 12 auch an einen außerhalb des Pufferspeichers 12 vorgesehenen, beispielsweise mit der Kältemaschine 3 eine Baueinheit bildenden Kondensator angeschlossen werden,According to the illustrated embodiment of a cooling system, the cold consumer 1 is integrated into a cooling circuit 2 with a refrigeration machine 3, which is designed as a heat pump and comprises a refrigerant circuit 4 with a compressor 5, a condenser 6, an expansion valve 7 and an evaporator 8. In heat exchange with the condenser 6 is a heat transfer medium for a heating circuit 9, the heat consumer 10 of which is supplied with the heat transfer medium heated by the condenser 9 via a heating pump 11, advantageously via a buffer storage tank 12. The arrangement of the condenser 6 within the buffer storage tank 12, shown in solid lines, represents a favorable embodiment, but the buffer storage tank 12 can also be connected to a condenser provided outside the buffer storage tank 12, for example forming a structural unit with the refrigeration machine 3.

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wie dies in der Zeichnung durch den strichpunktiert eingezeichneten Kondensator 6a angedeutet wird, von dem dann Anschlußleitungen zum Pufferspeicher 12 ausgehen.as indicated in the drawing by the capacitor 6a shown in dash-dotted lines, from which connecting lines to the buffer storage 12 then originate.

Ähnlich dem Heizkreis 9 umfaßt auch der Kühlkreis 2 einen Pufferspeicher 13, der jedoch an den Verdampfer 8 der Kältemaschine 3 angeschlossen ist, so daß der ^Similar to the heating circuit 9, the cooling circuit 2 also includes a buffer storage 13, which is, however, connected to the evaporator 8 of the refrigeration machine 3, so that the ^

Wärmeträger für den Kühlkreis 2, beispielsweise Sole, mittels einer Kältepumpe 14 ©oHeat transfer medium for cooling circuit 2, e.g. brine, by means of a refrigeration pump 14 ©o

über diesen Pufferspeicher 13 gepumpt wird. Je nach dem Kältebedarf wird der Kälteverbraucher 1 mit dem über den Verdampfer 8 der Kältemaschine 3 qis pumped through this buffer tank 13. Depending on the cooling requirement, the cooling consumer 1 is connected to the evaporator 8 of the refrigeration machine 3 q

abgekühlten Wärmeträger beaufschlagt, wobei der Wärmeträgerstrom über ein {§ cooled heat transfer medium, whereby the heat transfer medium flow is controlled via a {§

Umschaltventil 15 entweder dem Kälteverbraucher 1 oder über eine Zweigleitung 16 unmittelbar dem Pufferspeicher 13 zugeführt werden kann.changeover valve 15 can be supplied either to the cooling consumer 1 or via a branch line 16 directly to the buffer storage 13.

Zum Unterschied zu bekannten Kühlanlagen dieser Art ist ein zusätzlicher Kollektorkreis 17 vorgesehen, der wahlweise an den Kühlkreis 2 oder den Heizkreis 9 angeschlossen werden kann. Zu diesem Zweck ist ein Umschaltventil 18 vorgesehen, über das entweder der Pufferspeicher 13 des Kühlkreises 2 oder der Pufferspeicher 12 des Heizkreises 9 mit dem Kollektorkreis 17 verbunden wird, der den dann beiden Kreisen 2 und 9 gemeinsamen Wärmeträger über eine Kollektorpumpe 19 durch einen Erdkollektor 20 pumpt.In contrast to known cooling systems of this type, an additional collector circuit 17 is provided, which can be connected either to the cooling circuit 2 or the heating circuit 9. For this purpose, a changeover valve 18 is provided, via which either the buffer storage 13 of the cooling circuit 2 or the buffer storage 12 of the heating circuit 9 is connected to the collector circuit 17, which then pumps the heat transfer medium common to both circuits 2 and 9 via a collector pump 19 through a ground collector 20.

Durch diesen zusätzlichen Kollektorkreis 17 wird es beispielsweise in der warmen Jahreszeit möglich, das zufolge eines hohen Kältebedarfs und eines niedrigen Wärmebedarfs bedingte Wärmeüberangebot im Bereich des Kondensators 6 abzubauen und über den Erdkollektor zu speichern, wobei die damit verbundene Energieableitung aus dem Bereich des Kondensators 6 zu einem vorteilhaften Vollastbetrieb der Kältemaschine 3 mit hohem Wirkungsgrad führt. Ist im Gegensatz dazu z. B. in der kalten Jahreszeit der Wärmebedarf größer als das durch den Kältebedarf bedingte Wärmeangebot der Kältemaschine 3, so kann der Kühlkreis 2 an den Kollektorkreis 17 angeschlossen werden, um durch eine zusätzliche Erwärmung des Wärmeträgers im Bereich des Pufferspeichers 13 die zusätzliche Energie zur Abdeckung des größeren Wärmebedarfs bereitstellen zu können. Über den Verdampfer 8 wird das Kältemittel des Kältemittelkreislaufes 4 auf eine höhereThis additional collector circuit 17 makes it possible, for example in the warm season, to reduce the excess heat in the area of the condenser 6 caused by a high cooling requirement and a low heating requirement and to store it via the ground collector, whereby the associated energy dissipation from the area of the condenser 6 leads to an advantageous full-load operation of the refrigeration machine 3 with a high degree of efficiency. In contrast, if, for example in the cold season, the heat requirement is greater than the heat supply of the refrigeration machine 3 caused by the cooling requirement, the cooling circuit 2 can be connected to the collector circuit 17 in order to be able to provide the additional energy to cover the greater heating requirement by additionally heating the heat transfer medium in the area of the buffer storage tank 13. The refrigerant of the refrigerant circuit 4 is heated to a higher

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Ausgangstemperatur erwärmt, was entsprechend höhere Temperaturen im Bereich des Kondensators 6 zur Folge hat. Auch in diesem Fall können die im Bereich der Kältemaschine 3 zu- und abgeführten Wärmemengen durch den Kollektorkreis 17 vorteilhaft aneinander angeglichen werden.Initial temperature is heated, which results in correspondingly higher temperatures in the area of the condenser 6. In this case too, the amounts of heat supplied and removed in the area of the refrigeration machine 3 can be advantageously equalized by the collector circuit 17.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt, anhand dessen lediglich das Prinzip einer erfindungsgemäßen \The invention is of course not limited to the embodiment shown, which merely illustrates the principle of an inventive \

Kühlanlage erläutert wurde. So wäre es beispielsweise möglich, ohne einen )Q Cooling system was explained. For example, it would be possible to use a )Q

Pufferspeicher 12 bzw. 13 auf der Seite des Kühlkreises 2 oder des Heizkreises 9 auszukommen, wenn in diesen Bereichen mit einer im wesentlichen konstanten &ogr;Buffer storage 12 or 13 on the side of the cooling circuit 2 or the heating circuit 9 is sufficient if a substantially constant &ogr;

Wärmebelastung gerechnet werden kann, so daß in diesem Fall die Abdeckung von ^fJHeat load can be expected, so that in this case the cover of ^fJ

Lastspitzen über die Pufferspeicher überflüssig wird.Peak loads via the buffer storage become unnecessary.

Claims

1. Cooling system with a refrigeration machine ( 3 ) which comprises a refrigerant circuit ( 4 ) leading via a compressor ( 5 ), a condenser ( 6 ), an expansion valve ( 7 ) and an evaporator ( 8 ), the evaporator ( 8 ) interacting with a cooling circuit ( 2 ) for cooling a cold consumer ( 1 ) and the condenser ( 6 ) interacting with a heating circuit ( 9 ) for heating a heat consumer ( 10 ), characterized in that an additional collector circuit ( 17 ) is provided which can be optionally connected to the cooling or heating circuit ( 2 or 9 ), which preferably has a ground collector ( 20 ).

2. Cooling system according to claim 1, characterized in that the cooling and/or heating circuit ( 2 or 9 ) leads via a buffer storage tank ( 12 or 13 ) associated with the respective circuit, to which the collector circuit ( 17 ) is also connected.

3. Cooling system according to claim 2, characterized in that the cooling circuit ( 2 ) has a branch line ( 16 ) bypassing the cold consumer ( 1 ) and leading directly into the associated buffer storage tank ( 13 ).