Wärmetauscher

Wärmetauscher sind technische Vorrichtungen, die Wärme zwischen zwei Medien übertragen, ohne dass sich diese Medien vermischen. Die zu erwärmende und die zu wärmen bedienende Substanz fließen durch getrennte Kanäle oder Kammern, die durch eine thermische Trennwand verbunden sind. An dieser Wand wird Wärme von der heißeren auf die kühlere Seite übertragen, wodurch beide Medien ihre jeweilige Temperatur ändern.

Zu den häufigsten Bauformen gehören der Rohrbündel-Wärmetauscher (Shell-and-Tube) und der Plattenwärmetauscher. Rohrbündel-Wärmetauscher bestehen aus einem oder mehreren Röhrenbündeln in einem Mantel, Plattenwärmetauscher verwenden flache, dicht aneinander stehende Platten mit Spaltkanälen. Ergänzend gibt es luftgekühlte, luftseitige oder Wasser-zu-Luft-Wärmetauscher, die besonders in der Gebäude- und Automobiltechnik eingesetzt werden. Die Strömungsführung kann countercurrent, parallelfluss oder crossflow sein und beeinflusst den Wärmeübergang und die Effizienz.

Die Leistungsfähigkeit eines Wärmetauschers wird durch die Wärmeübertragungsfläche, den Wärmeübergangskoeffizienten und die Temperaturdifferenz bestimmt. In der Auslegung kommen das logarithmische Mittel der Temperaturdifferenz (LMTD) bzw. die NTU-Methode zum Einsatz. Hohe Wärmeleistung erfordert geeignete Materialien, gute Oberflächen, Minimierung von Druckverlusten und geringe Fouling-Tendenzen.

Materialien wie Kupfer, Edelstahl, Aluminium oder Titan werden je nach Betriebstemperatur, Druck, Korrosion und Hygienie-Anforderungen gewählt. Wichtige Designaspekte sind Druckverlust, Fouling, Korrosion, Wartungsfreundlichkeit und hygienische Anforderungen. Außerdem finden sich in Normen und Richtlinien wie ASME, EN oder DIN Vorgaben zur Konstruktion, Prüfung und Sicherheit von Wärmetauschern.

Anwendungen umfassen Heiz- und Kühlprozesse in Heizungs- und Klimaanlagen, Kraftwerke, chemische und petrochemische Prozesse, Lebensmittel- und Getränkeherstellung, Automobilkühlung und Wärmerückgewinnung.