Plattenwärmetauscher
Plattenwärmetauscher bestehen aus unter Vakuum miteinander verlöteten
Edelstahlplatten. Je nach Anwendung
wird Kupfer, Nickel oder Edelstahl als Lotmaterial verwendet.
Durch das Lötverfahren sind die Plattenwärmetauscher dauerhaft miteinander
verbunden, haben eine hohe Druck-
und Temperaturbeständigkeit und sind praktisch wartungsfrei ohne
Dichtungen.
Die um 180° zueinander verdrehten Platten, bilden mit ihren Prägungen
voneinander getrennte Strömungskanäle, in denen die Fluide in Entgegengesetzter
Flussrichtung (im Gegenstromprinzip) geführt werden.
Die Edelstahlplatten gibt es mit unterschiedlichen thermischen
Plattenprägemustern, diese sinusförmigen Wellenmuster, von standardmäßig 60° bis
130° sind entscheidend über die thermischen Eigenschaften.
Platten mit einem Prägungswinkel von 130° haben eine hochturbulente Strömung und
damit eine hohe Wärmeübertragung und Druckverlust.
Prägungswinkel von 60° haben eine geringe Strömungsturbulenz, mit niedrigem
Druckverlust und Wärmeübergang und eignen sich daher bestens für hohe
Temperaturspreizungen und Volumenströme.
Gleich- und Gegenstromprinzip
Die maximale zu übertragene Wärmeenergie eines Plattenwärmetauschers hängt nicht nur von
der Größe der Aus-tauschfläche und der Wärmedurchgangszahl (k) ab, mit
entscheidend sind auch die Flussrichtungen der Medien.
Wenn beide Medien im Plattenwärmetauscher in die gleiche Richtung fließen spricht man
vom Gleichstromprinzip, wenn sie entgegengesetzt fließen vom Gegenstromprinzip.
Die Flussrichtung, ist entscheidend für die mittlere Temperaturdifferenz
zwischen den beiden Medien.
Theoretische Betrachtung der beiden Anschlussmöglichkeiten eines Plattenwärmetauschers:
Für die Betrachtung nehmen wir an das es sich um zwei Medien mit gleicher Wärmekapazität und gleichem Massenstrom handelt.
Medium 1: 80°C
Medium 2: 20°C
Die maximal erreichbare Temperatur beim Gleichstromprinzip für beide Medien wäre
50 °C, dies würde der Mischungstemperatur entsprechen.
Beim Gegenstromprinzip hingegen ist die maximal erreichbare Temperatur für
Medium 2: 80°C und für
Medium 1: 20°C.
Daraus folgt, bei Verwendung des Gegenstromprinzips kann eine größere Wärmemenge bei gleicher Austauschfläche übertragen werden.
Die Grädigkeit:
Die Temperaturdifferenz zwischen der Primär-Eintrittstemperatur und
Sekundär-Austrittstemperatur bezeichnet man
als Grädigkeit. Als Richtwert sollte bei Heizungsanlagen mindestens ≥ 5 Kelvin und
bei Kühlanlagen ≥ 2 Kelvin gewählt werden.
Bei geringerer Grädigkeit und gleicher thermischer Leistung nimmt die benötigte Austauchfläche stetig zu.
Formeln zur thermischen Berechnung von Wärmetauscher:
