Wärmetauscher

Ausgabe 3/2003 Seite 12 f.

Ausbildung

Fachbericht (Beschreibung/Skizze) Nr.: 3 Woche: 12

Thema: Wärmetauscher

Die Aufgabe von Wärmetauschern besteht darin, Wärme von einem Medium (Flüssigkeit oder Gas) auf ein anderes zu übertragen - ohne dass diese zwei Medien in direktem Kontakt zueinander stehen oder sich vermischen. Wärme wird immer vom wärmeren auf das kältere Medium übertragen.
Bereits in der Antike wurde dieses Prinzip in Form einer Fußbodenheizung genutzt. Rauchgase wurden in ein Kanalsystem unterhalb des Fußbodens geleitet, über dem ein Frischluftkanal angeordnet war. Die Rauchgase kühlten sich ab und wurden über eine Abgasanlage ins Freie geführt. Die Frischluft erwärmte sich und gelangte durch Auftrieb über Kanäle in die zu heizenden Räume.
Im 19. Jahrhundert wurden Röhrenwärmetauscher entwickelt, die sehr groß sind, jedoch nur einen geringen Wärmeübertrag haben. Die Grundidee, dass ein Medium ein anderes erwärmen oder kühlen soll, wurde weiter vorangetrieben. Im Laufe der Zeit wurden Plattenwärmetauscher entwickelt, die sehr kompakt sind und deren Wärmeübertragungsfähigkeit sehr effizient ist. Bei diesen wird nahezu die gesamte Oberfläche des Materials als Wärmetauscherfläche genutzt.

Einsatzgebiete

Wärmetauscher werden für eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben und Anforderungen eingesetzt.

Heizungstechnik

Fernwärmeübergabestationen,
Trinkwassererwärmern,
Solaranlagen.

Industrielle Anwendungen

Chemie und Pharmazie,
Blockheiz- und konventionelle Kraftwerke,
Maschinenbau,
Nahrungsmitteltechnik.

Kälte- und Klimatechnik

Kondensator,
Verdampfer,
Economizer,
Unterkühler,
Überhitzer.

Schiffbau- und Offshoretechnik

Zentralkühler,
HT- und NT-Kühler,
Ölkühlung,
Dieselölvorwärmung.

Gelötete Kompakt-Wärmetauscher

Diese Bauart stellen momentan die effizienteste Lösung wärmetechnischer Aufgabenstellungen dar. Ihre Vorteile sind:

extrem kompakt gegenüber konventionellen Röhrenwärmetauschern; sie sparen 85 bis 90% Volumen und Gewicht,
maximale Materialausnutzung; bis zu 25% höhere Kapazität als gedichtete Plattenwärmetauscher, 10 mal höher als bei Röhrenwärmetauschern,

nur geringes Füllvolumen; es wird nur eine geringe Menge Wärmeträgermedium benötigt,
geringerer Energieverbrauch, da besserer Wärmeübergangskoeffizient zu einer höheren Temperaturdifferenz führt,
Wärmeaustausch auch bei Temperaturdifferenzen von 1 K,
meist weniger Druckverlust als in anderen Systemen,
Möglichkeit hoher Betriebsdrücke,
Gegenstromprinzip,
durch hohen Turbulenzgrad Selbstreinigungseffekt; dadurch Kostenreduzierung und längere Haltbarkeit.

Aufbau eines gelöteten Kompaktwärmetauschers

1 Anschlüsse
2 Deckplatten
3 Blindringe
4 Start- und Endplatte
5 Kanalplatten
6 O-Loch Kanalplatte

Kombinationsmöglichkeiten

Plattenwärmetauscher gibt es in vielfältigsten Variationen. Veränderliche Komponenten:

Plattenanzahl,
Plattengröße,
Plattenmaterial,
Plattenprägung,
Deckplattenmaterial,
Lötmaterial,
Anschlüsse.

Funktion eines Wärmetauschers

Zwischen den Wärmetauscherplatten bilden sich zwei Strömungskanäle, in denen die wärmeaustauschenden Medien entgegengesetzt strömen. (Gegenstromprinzip)

Beispiel für einen zweiwegigen Wärmetauscher.

Nach Art der Durchströmung werden zwei Arten von Plattenwärmetauschern unterschieden: parallel durchströmte und diagonal durchströmte. Bei den parallel durchströmten ist es möglich, das Medium im Gegen- oder Gleichstrom passieren zu lassen. Mittels der Plattenprägung kann die thermische Charakteristik des Wärmetauschers modifiziert werden.

Spezielle Ausführungen

Dual-Wärmetauscher

In Dual-Wärmetauschern können z.B. zwei Kältekreisläufe auf einen Wasserkreislauf wirken (als Kondensator- und als Verdampferausführung). Für den Fall, dass weniger Kühlleistung benötigt wird, kann ein Kältekreislauf einfach abgeschaltet werden. Weiterhin dient diese Wärmetauscherausführung auch der Betriebssicherheit, da bei Ausfall eines Kompressors immer noch 50% der Leistung zur Verfügung stehen.

Mehrwegige Wärmetauscher

Mit mehrwegigen Wärmetauschern wird eine sehr enge Temperaturannäherung erreicht. Besonders in Wärmerückgewinnungssystemen, aber auch zur Ölkühlung, kommt diese Ausführung häufig zum Einsatz.

Mehrwegige Dual-Wärmetauscher

Für ganz spezielle Anwendungen werden mit dieser Ausführung die Vorteile des Dualsystems mit den Vorzügen einer mehrwegigen Bauart kombiniert.

Weitere Spezialausführungen

doppelwandige Wärmetauscher zur Minimierung des Risikos einer Leckage zwischen beiden Medien,
Hochdruck-Wärmetauscher für die Anforderungen der Prozessindustrie,
kupferfreie Wärmetauscher zur besseren Haltbarkeit gegenüber aggressiven Medien,
hoch widerstandsfähige Wärmetauscher aus speziellem Stahl, die über große Widerstandsfähigkeit gegenüber Korrosion verfügen,
Wärmetauscher für die Anwendung als Lufttrockner.

Montage

Gelötete Wärmetauscher sind aufrecht stehend zu montieren, mit der Pfeilspitze nach oben zeigend. Hiervon abweichende Einbaulagen bewirken Leistungsverluste. Befestigungsbolzen sind in verschiedenen Versionen erhältlich. Anschlüsse können auf vielerlei Arten ausgeführt werden, z.B. Gewinde, durch Löten, Schweißen usw. Die maximal erlaubten Anschlusskräfte sind einzuhalten.

Zu den Wärmetauschern ist reichhaltiges Zubehör erhältlich:

Isolierungen gegen Kälte oder Wärmeverlust,
Filter bei Medien, die Partikel enthalten,
Isolierungen für die Kältetechnik (diffusionsdicht).

Für einen störungsfreien Betrieb sind die Einsatzbedingungen des Herstellers zu beachten.

B i l d e r : SWEP AG, Hildesheim