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Autoren
OldBo
17.03.2021
Wärmetauscher (Wärmeübertrager) sind Bauteile, die thermische Energie von einem Wärmeträger (Wasser, Sole, Luft, Dampf, Abwasser, Gase, Ab- und Rauchgase) auf einen anderen übertragen. Dabei wird ein einfaches physikalisches Naturgesetz aus der Entropie genutzt.
Wärmetauscher - Wärmeübertrager

Wärmetauscher (Wärmeübertrager) sind Bauteile, die thermische Energie von einem Wärmeträger (Wasser, Sole, Luft, Dampf, Abwasser, Gase, Ab- und Rauchgase) auf einen anderen übertragen. Dabei wird ein einfaches physikalisches Naturgesetz aus der Entropie genutzt. Es geht dabei darum, dass die Natur immer versucht ein Gleichgewicht bzw. einen Ausgleich der Wärme bzw.Kälte zu schaffen. Im Wärmetauscher findet der gleiche Wärme-Austausch-Prozess statt, wobei zwei Medien räumlich voneinander getrennt sind. Die beiden Wärmeträger werden im Wärmetauscher durch voneinander getrennte Metallkammern oder Metallrohre gepumpt. Eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls gewährleistet einen guten Wärmeaustausch durch die Trennwände hindurch.

Einsatzgebiete für Wärmetauscher

Gelötete Plattenwärmetauscher
Gelötete Plattenwärmetauscher
 Gelötete Plattenwärmetauscher
Quelle: GEA Ecoflex GmbH

Ein Plattenwärmetauscher (PWT) (Plattenwärmeübertrager ([PWÜ], Plattenkühler [PK]) besteht aus wellenförmig profilierten Platten, die so zusammengelötet, zusammengeschraubt oder zusammengeschweißt sind, dass jeweils in den aufeinanderfolgenden Zwischenräumen einmal der aufzuwärmende und danach der wärmeabgebenden Wärmeträger (Wasser, Sole, Luft, Dampf, Abwasser, Gase, Ab- und Rauchgase) durchfließt.

Plattenwärmetauscherarten

  • Gelötete Plattenwärmetauscher
  • Dichtende (geschraubte) Plattenwärmetauscher
  • Geschweißte Plattenwärmetauscher
Rohrbündelwärmetauscher
Schema-Rohrbündel-WT - 1. Rohrbündel  2. Mantel 3. Innenrohr 4. Umlenkblech 5. Entlüftungsmuffe 6. Mantelseite 7. Rohrboden  8. Entleerungsmuffe
 Schema-Rohrbündel-WT - 1. Rohrbündel 2. Mantel 3. Innenrohr 4. Umlenkblech 5. Entlüftungsmuffe 6. Mantelseite 7. Rohrboden 8. Entleerungsmuffe
Quelle: AAN Nürnberg GmbH

In einem Rohrbündelwärmetauscher durchströmt ein Medium die Rohre und das Zweite den Mantelraum. Im Mantelraum sind Umlenkbleche angebracht, die einerseits das im Mantelraum fließende Medium quer zu den Bündelrohren leiten, anderseits verhindern, dass die Innenrohre Vibrationen unterliegen.

Bei Rohrbündelwärmetauscher wird der Rohrraum ein- oder mehrwegig ausgeführt. Hierfür entscheidend sind Geschwindigkeit und Druckverlust des durch die Rohre fließenden Mediums.

Ein Rohrbündelwärmetauscher kann sowohl als Kühler, wie auch als Erwärmer für flüssige bzw. gasförmige Medien eingesetzt werden.


Flexrohrwärmetauscher
Flexrohrwärmetauscher
 Flexrohrwärmetauscher
Quelle: Witzenmann GmbH
Der Wärmetauscher hat auf Grund der größeren Oberfläche des innenliegenden gewellten Flexrohres eine größere Leistung gegenüber den Glattrohrwärmetauschern.

Durch Verwirbelung in den gewellten Rohren entsteht eine turbulente Strömung, die zu einer Leistungssteigerung führt und das Ablagern von Kalk und Schmutz verhindern. Der Einsatzbereich liegt zwischen 90 bis 1000 °C.

Einsatzgebiete
Luft-Luft-Wärmetauscher
Quelle: Paul Wärmerückgewinnung GmbH
Kreuzstrom-Platten-Wärmetauscher sind einfach konstruierte Bauteile, aber thermodynamisch ungünstig und verhältnismäßig groß, werden aber am häufigsten eingebaut. Die Rückwärmezahl liegt zwischen 50 und 70.

Kreuz-Gegenstrom-Platten-Wärmetauscher haben eine thermodynamisch günstigere Strömungsführung. Hier wird die Strömung wird 90° umgelenkt und haben eine relativ geringe Wärmetauschfläche. Die Rückwärmezahl liegt zwischen 70 und 80. Die Wärmetauscher werden sehr selten eingesetzt.

Mit dem Gegenstrom-Kanal-Wärmetauscher wird auf Grund der neuen Profilstruktur eine Verdopplung der Wärmetauschfläche gegenüber dem Kreuzstrom-Wärmetauscher erreicht. Damit wird eine Rückwärmezahl von 85 bis 99 ermöglicht. Also können aus 20 °C Abluft bei 0 °C Außenluft ca. 18 °C Zuluft werden.
Lamellenwärmetauscher (Lufterwärmer)
Wärmetauscher - Kreuzstrom - Luft/Wasser
 Wärmetauscher - Kreuzstrom - Luft/Wasser
Quelle: Bosy-online
Wärmtauscher - Kreuzgegenstrom - Luft/Wasser
 Wärmtauscher - Kreuzgegenstrom - Luft/Wasser
Quelle: Bosy-online

In lüftungstechnischen Anlagen kommen hauptsächlich Lamellenwärmetauscher zum Einsatz. Die Wärmeträger verlaufen im Kreuzstrom. In diesen Wärmetauschern sind die Aluminiumlamellen durch die Erweiterung der Kupferrohre fest mit den Rohren verbunden, was eine sehr gute Wärmeleitung gewährleistet. Der Verteiler und Sammler besteht aus Stahl. Diese Bauart ermöglicht eine hohe Wärmeleistung. Die Leistung wird durch die Anzahl der Rohrreihen bestimmt.

Diese Wärmetauscher sind aber schwer zu reinigen, weil die Lamellen schnell verbiegen können. Aus sind diese Wärmetauscher nicht für Dampf und Thermoöl geeignet.

Außerdem gibt es Wärmetauscher mit ellipsenförmigen Rohren mit aufgesetzten Lamellen, die nachträglich verzinkt werden. die robusten Wärmetauscher können mit einem Hochdruckreiniger oder Pressluft gereinigt werden.




Lamellenwärmetauscher (Luftkühler)
Luftkühler
 Luftkühler
Quelle: Walter Nuding Wärmeaustauscher GmbH
Luftkühler - Innengerät
 Luftkühler - Innengerät
Quelle: Güntner AG & Co. KG

Bei den Luftkühlern (Wärmetauscher) sind die Lamellen so geformt, dass eine gute Luftzirkulation und ein leichtes Abtauen gewährleistet ist. Wichtig ist ein fester Sitz der Lamellen auf den Rohren, damit eine gute Wärmeübertragung erreicht wird. Jeder Luftkühler benötigt eine Kondeswasserwanne mit Ablauf über einen Siphon.

Die Lamellenabstände des Luftkühlers für Kühlräume liegen zwischen 3 und 12 mm , wobei die grösseren Abstände für grösseren Eisansatz, so z.B. in Gefrierräumen, bestimmt sind. Je kleiner der Lamellenabstand, desto kleiner kann der Wärmetauscher ausgeführt werden.

In Klimaanlagen werden kleinere Lamellenabstände eingesetzt. Die gebräuchlichsten Materialpaarungen zwischen Rohr und Lamelle sind Kupfer-Aluminium, beide stahlverzinkt oder Edelstahl-Aluminium, evtl. auch kunststoffbeschichtet. Der Materialeinsatz richtet sich nach den Korrosionsschutzanforderungen, die durch das jeweile Luftzusammensetzung festgelegt wird.

Der Lamellenverdampfer wird am häufigsten für Kühlräume, Kühlmöbel sowie Klimageräte und –anlagen eingesetzt. Für den Kanaleinbau gibt es Sonderausführungen.

Die einfachste Ausführung ist der Verdampfer mit konvektiver Luftbewegung (Konvektor). Diesen Einsatz nennt man dann „stille Kühlung“. Er kann in Deckenausführungen mit Tropfwasserjalousie oder als Wandverdampfer mit Luftleitblech verwendet werden.

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