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Verschweißte Hybrid-Plattenwärmetauscher

50 Jahre und immer noch "heiß": Warum verschweißte Hybrid-Plattenwärmetauscher noch Potenzial haben

| Redakteur: Dominik Stephan

Die Bundesregierung möchte den Primärenergieverbrauch in Deutschland bis 2020 um 20 Prozent senken. Tatsächlich gibt es noch viele nicht ausgeschöpfte Potenziale für eine effizientere Energienutzung – etwa im Bereich der Wärmeübertragung. So werden Rohrbündelwärmetauscher nach wie vor in Anwendungen mit Drücken von 10-60 bar eingesetzt, obwohl es für diese Bereiche längst eine deutlich effizientere Alternativtechnologie gibt: Der vollverschweißte Hybrid-Plattenwärmetauscher wurde bereits 1967 entwickelt und zeichnet sich durch eine kompaktere Bauweise aus, die mit geringerem Materialeinsatz, vermindertem Betriebsgewicht und einer deutlichen Kostenreduktion einhergeht.

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Der Hybrid-Plattenwärmetauscher von VAU Thermotech ist vollkommen verschweißt und für flüssige und gasförmige Medien zur Kondensation und Verdampfung geeignet.
Der Hybrid-Plattenwärmetauscher von VAU Thermotech ist vollkommen verschweißt und für flüssige und gasförmige Medien zur Kondensation und Verdampfung geeignet.
(Bild: VAU Thermotec)

Durch ihre K-Werte bis 5.000 W/m²k bei Flüssigkeiten sorgen die Apparate für eine erhebliche Steigerung des Wärmeübergangs, so dass im Vergleich zu Rohrbündelmodellen entweder eine Kapazitätsverdopplung bei gleichbleibendem Energieeinsatz oder eine deutliche Energieeinsparung bei gleicher Leistung möglich ist. Daher eignen sich Hybridapparate im Besonderen für Verdampfungs- und Kondensationsprozesse für fast alle industriellen Anwendungen.

Laut der Sächsischen Energieagentur (SAENA) dient ein Großteil des Energieverbrauchs der deutschen Industrie der Bereitstellung von Prozesswärme. Die Erzeugung von Warmwasser und anderer Formen von Prozesswärme, so das Kompetenzzentrum, habe im Jahr 2012 fast zwei Drittel der eingesetzten Energie benötigt – also mehr als alle anderen Nutzungsformen zusammen.

Dabei gibt es gerade hinsichtlich des Einsatzes von thermischer Energie in der Wirtschaft noch viele Optimierungsmöglichkeiten – beispielsweise im Bereich der Wärmeübertragung: „Die derzeit vorherrschende Technologie sind Rohrbündelwärmetauscher. Sie werden über alle Branchen hinweg eingesetzt – etwa in der Chemie-, Petrochemie- Lebensmittel- und Pharmaindustrie“, so Osama Nasser, Geschäftsführer der Vau Thermotech, einer der führenden Anbieter von Wärmetauschern „made in Germany“. „Ihre wesentliche Komponente ist eine große Zahl von parallelen Rohren, die vom ersten Medium durchströmt werden. Dieses Rohrbündel befindet sich in einem Zylinder, durch den das zweite Medium fließt.“

Energie- und Materialeinsparung...

Für einen Druckbereich bis 60 bar und einen Temperaturbereich bis 900 °C gibt es jedoch eine energieeffizientere Alternative: den vollverschweißten Hybrid-Plattenwärmetauscher. Grundelement für alle Bauformen dieses Wärmeübertragers ist ein geprägtes Blech mit einer Breite von 360 mm und einer Dicke von 0,4 bis 1,0 mm. Hybrid-Wärmetauscher werden im Kreuzstromverfahren betrieben. Die senkrecht durchströmte Rohrseite und die waagerecht durchströmte Wellenseite des Apparates entstehen durch übereinander gestapelte Formbleche, von denen jeweils zwei ein Formblechelement bilden, das den wellenförmigen Strömungskanal darstellt.

Zwei verschweißte Formblechelemente aneinander gelegt ergeben eine Rohrreihe umgeben von zwei Wellenkanälen. Aus diesem Aufbau resultieren Rohrdurchmesser, die in der Regel zwischen 5 und 10 mm betragen, während die Spaltbreite auf der Wellenseite zwischen 4 und 8 mm liegt. Querprägungen dienen als Stützen zwischen den einzelnen Formblechelementen und erhöhen die Turbulenz auf der Rohrseite.

...dank doppeltem Wärmedurchgangskoeffizienten

„Da die spezielle Prägestruktur der Wärmetauscherplatten nach dem Zusammenbau auf der einen Seite einen rohrförmigen Strömungsquerschnitt und auf der anderen einen wellenförmigen erzeugt, ist hier die Ähnlichkeit zum Rohrbündelwärmetauscher sehr groß“, erklärt Nasser, der sich bereits seit mehr als 30 Jahren mit der Technologie auseinandersetzt. „Allerdings ergeben sich aus der Plattenform zusätzliche Vorteile.“

Während die Rohre eines Rohrbündelwärmetauschers eine Wandstärke von 1,2 bis 1,5 mm aufweisen, ist der Wert bei der Platte mit im Schnitt 0,8 mm deutlich geringer. Dies führt einerseits zwar dazu, dass die Druckstabilität auf 60 bar begrenzt ist, bedeutet andererseits aber eine deutliche Materialeinsparung und einen besseren Wärmeübergang. Da für die Mehrheit der Wärmetauscher Edelstähle oder noch hochwertigere Materialien eingesetzt werden, ermöglicht dies – zusammen mit dem verminderten Betriebsgewicht durch die kompakte Bauweise – eine merkliche Kostenreduktion.

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