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Plate-and-Shell-Wärmeübertrager

Effiziente Wärmerückgewinnung

| Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Thorsten Klahm / Wolfgang Ernhofer

Ein Plate and Shell Wärmeübertrager sorgt für die effiziente Verstromung industrieller Abwärme (Plattenprägung nicht dargestellt).
Ein Plate and Shell Wärmeübertrager sorgt für die effiziente Verstromung industrieller Abwärme (Plattenprägung nicht dargestellt). (Bild: Gesmex)

Neben den klassischen Energie-Ressourcen werden alternative Energiequellen immer wichtiger. Eine alternative Energiequelle ist die Nutzung industrieller Abwärme. Mithilfe eines Plate-and-Shell-Wärmeübertragers kann diese genutzt werden.

Energiekreisläufe in industriellen Produktionsprozessen werden zunehmend geschlossen oder miteinander vernetzt. Eine Möglichkeit ist die Produktion elektrischen Stroms mittels eines ORC (Organic Rankine Cylce)-Prozesses. In diesem Kreis-Prozess wird ein organisches Fluid (z.B. Isobutan oder ein synthetisches Kältemittel wie R245fa) verdampft, überhitzt und in einer speziellen Turbine entspannt. Die Turbine treibt einen Generator an, der Strom erzeugt.

Der Prozess ähnelt dem klassischen Rankine-Kreislauf in konventionellen Kohlekraftwerken, nur kann kein Wasser als Arbeitsmedium eingesetzt werden. Die Abwärme z.B. in einem Abgasstrom wird auf einem viel niedrigeren Temperaturniveau bereitgestellt, als dies für das Arbeitsmedium Wasser notwendig wäre. Ein hohes Druckniveau im überhitzten Arbeitsmedium ist dennoch wünschenswert, da dadurch der Wirkungsgrad des Kreisprozesses gesteigert werden kann. Für die Verdampfung des organischen Mediums sind also Apparate notwendig, die bei hohem Betriebsdruck eine möglichst effiziente Wärmeübertragung gewährleisten können.

Plattengeometrie für hohe Temperatur- und Druckbereiche

Plate-and-Shell-Wärmeübertrager vereinen die Druck- und Temperaturbeständigkeit eines zylindrischen Mantels mit der hohen Wärmeübertragungseffizienz eines Plattenwärmeübertragers. Geht es um Anwendungen in extremen Druck- und Temperaturbereichen, so waren bisher Rohrbündelwärmeübertrager die Apparate der Wahl. Durch die Mantelbauweise der Plate-and-Shell-Wärmeübertrager kann die effiziente Plattengeometrie auch in höheren Temperatur- und Druckbereichen angewendet werden. Sie können bei Drücken bis 150 bar und Temperaturen bis 400 °C eingesetzt werden. Die runden Platten bewirken eine gleichmäßige Belastungsverteilung. Spannungsspitzen wie in den Ecken einer rechteckigen Geometrie gibt es nicht.

Gesmex Plate-and-Shell-Wärmeübertrager werden durch Laserschweißverfahren hergestellt. Am äußeren Umfang werden die Platten durch dieses Verfahren auf einer größeren Fläche miteinander verbunden. Dies macht das Plattenpaket zusätzlich robust gegenüber großen Belastungen.

Die Platten des Pakets besitzen nun nicht mehr vier Öffnungen wie bei rechteckigen Bautypen, sondern nur noch zwei, da ein Fluid über die Mantelöffnungen ein- und austritt. Das über die Plattenöffnungen zugeführte Fluid fließt zwischen den Platten in so genannten Plattenkanälen, entsprechend nennt man die anderen Kanäle Mantelkanäle. Um den Plattenkanal zu bilden, werden zwei Platten am äußeren Umfang verschweißt. Außerdem werden die Ränder der Plattenöffnungen verschweißt, dies bildet die Mantelkanäle.

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