Was ist ein Wärmetauscher?
Ein Wärmetauscher ist ein Gerät, das Wärme zwischen Flüssigkeiten wie Luft und Wasser überträgt.
Ein typisches Gerät, das einen Wärmetauscher verwendet, ist eine Klimaanlage, eine Maschine, die die Temperatur in einem Raum durch einen Wärmeaustausch zwischen einem Kältemittel und der Luft reguliert. Es wurden verschiedene Konstruktionen entwickelt, die je nach der für den Wärmeaustausch verwendeten Flüssigkeit ausgewählt werden sollten.
Anwendungen von Wärmetauschern
Wärmetauscher werden in einem breiten Spektrum von Anwendungen eingesetzt, von Haushaltsgeräten bis hin zu industriellen Anwendungen. Nachfolgend einige Beispiele für den Einsatz von Wärmetauschern:
- Klimageräte wie Haushaltsklimageräte und Warmwasserbereiter
- Kühler in Autos
- Gewerbliche Kühlschränke in Tiefkühlbetrieben
- Gastemperaturregelung in Prozessanlagen
- Kondensatoren und Kohle-Economiser in Dampfturbinen
- Für die CPU-Kühlung in Computern
Im häuslichen Bereich werden Wärmetauscher in Klimaanlagen und Kühlschränken eingesetzt. Sie halten die erforderliche Temperatur aufrecht, indem sie Wärme aus dem Raum oder aus dem Inneren übertragen. Wärmetauscher können auch in Warmwasserbereitern und Fußbodenheizungen eingesetzt werden.
An Beispielen aus der Industrie herrscht kein Mangel. In Fabriken mit Industrieöfen wird zum Beispiel Brauch- oder Meerwasser zur Kühlung des Mantels in Wärmetauschern verwendet. Auch in Kraftwerken und anderen Infrastruktureinrichtungen werden häufig Wärmetauscher eingesetzt. Kondensatoren in der Dampferzeugung sind eine Art Wärmetauscher.
Wärmetauscher wie Wärmesenken werden zur Kühlung von Computern verwendet. Dabei handelt es sich um ein Produkt mit einer Reihe von Kühlkörpern, die direkt am wärmeerzeugenden Medium angebracht sind und die Umgebungsluft als Kühlmedium nutzen.
Funktionsweise von Wärmetauschern
Wärmetauscher bestehen aus Rohrleitungen und Kühlrippen.
Die Rohrleitungen sind die Struktur, durch die das zu erwärmende oder zu kühlende Medium fließt. Sie werden in der Regel aus Metall gefertigt und sind je nach Anwendung in verschiedenen Ausführungen erhältlich, z. B. aus rostfreiem Stahl oder Kupfer. Wenn die Flüssigkeit, die als Wärmequelle dient, durch sie fließt, spricht man von Wärmeübertragungsrohren, wenn die Flüssigkeit, die als Kühlquelle dient, durch sie fließt, von Kältemittelrohren.
Lamellen sind Strukturen, die die Wärme effizient ableiten. Aluminium wird aufgrund seiner hervorragenden Wärmeübertragungseigenschaften häufig verwendet. Sie sind in Form von Falten an den Rohren angebracht.
Je nach Strömungsrichtung von Nieder- und Hochtemperaturflüssigkeiten werden sie in zwei Typen unterteilt: gerichtete Strömung und parallele Strömung. Der Typ mit gerichteter Strömung wird verwendet, wenn die Strömung in entgegengesetzter Richtung erfolgt, während der Typ mit paralleler Strömung verwendet wird, wenn die Strömung in dieselbe Richtung erfolgt. Im Allgemeinen gilt der Typ mit gerichteter Strömung als effizienter für den Wärmeaustausch.
Arten von Wärmetauschern
Die gebräuchlichsten Bauarten sind Mehrrohr-Wärmetauscher, Plattenwärmetauscher und Spiralwärmetauscher. Andere Typen sind Luftkamm-, Rippenrohr- und Schlangenwärmetauscher.
1. Mehrrohr-Wärmetauscher
Mehrrohr-Wärmetauscher bestehen aus einem dicken Rundrohr und einer Reihe dünner Rundrohre im Inneren des Kreisrings. Das auszutauschende Fluid fließt durch das dicke Rundrohr, während das Kältemittel und das Kühlwasser zum Wärmeaustausch durch die dünnen Rundrohre fließen. Da jedes Rohr geteilt ist, vermischen sich die Flüssigkeiten nicht und die Wärme wird zwischen ihnen ausgetauscht.
2. Plattenwärmetauscher
Hierbei handelt es sich um einen Wärmetauscher, bei dem eine Reihe speziell bearbeiteter Wärmeübertragungsplatten aus Metall übereinander gestapelt werden und die heißen und kalten Flüssigkeiten abwechselnd über die Platten fließen.
Mit diesem Wärmetauscher lassen sich leicht ein Turbulenzeffekt und eine hohe Wärmeaustauschrate erzielen. Sie haben auch den Vorteil einer kompakten Bauweise und sind weniger problematisch in Bezug auf die Einbaulage. Aufgrund des gestapelten Aufbaus der Wärmeübertragungsplatten kann die Anzahl der Platten je nach den Prozessanforderungen geändert werden. Allerdings sind Flüssigkeiten mit einer hohen Viskosität oder mit Partikeln schwierig zu verwenden, da dies zu Verstopfungen zwischen den Platten führen kann.
3. Spiralwärmetauscher
Hierbei handelt es sich um einen Wärmetauscher, bei dem Wärme zwischen zwei Flüssigkeiten in einem spiralförmigen Strömungsweg ausgetauscht wird, in dem sich die beiden Flüssigkeiten nicht vermischen.
Der Strömungsweg ist ein einziger Kanal, so dass an den Wänden des Wärmetauschers anhaftendes Material von den Wänden abgeschält werden kann. Dies ist auf die verkürzte Kanalbreite und die erhöhte Strömungsgeschwindigkeit zurückzuführen. Sie sind daher für den Wärmeaustausch von Flüssigkeiten mit Verunreinigungen geeignet.
4. Luft-Wasser-Wärmetauscher
Dieser Wärmetauscher besteht aus einem Rohr und einem Ventilator. Er wird zur Kühlung eingesetzt. Die zu kühlende Flüssigkeit fließt durch das Rohr und wird durch den Luftstrom mit Hilfe des Ventilators gekühlt.
5. Rippenrohr-Wärmetauscher
Ein Wärmetauscher, bei dem Rippen (Wärmeübertragungsplatten) auf den Rohrleitungen angebracht sind, um die Wärmeübertragungsfläche zu vergrößern. Wird in Wärmetauschern für Klimaanlagen verwendet.
6. Gewickelter Wärmetauscher
Dies ist ein Wärmetauscher, bei dem die Wärmeübertragungsrohre gewickelt sind und die Außenseite von einem Zylinder oder ähnlichem umschlossen ist. Ein Kühl- oder Heizmedium wird zugeführt und die Wärme wird mit der Rohrseite ausgetauscht.