Wärmetauscher

Defintion

Ein Wärmetauscher ist ein Apparat, der dazu dient, Wärme von einem Fluid (flüssig oder gasförmig) auf ein anderes Fluid zu übertragen. Die beiden Fluide sind voneinander getrennt. Das Fluid mit hoher Temperatur gibt Wärme ab, dadurch sinkt die Temperatur (Abkühlung). Das Fluid mit niedriger Temperatur nimmt Wärme auf, dadurch steigt die Temperatur (Erwärmung).

Bauarten

Rohrbündelwärmetauscher

Aufbau

Rohrbündelwärmetauscher sind thermische Geräte, die zum Austausch zweier Wärmemengen eingesetzt werden. Die Medien werden so aneinander vorbeigeführt, dass sie ihre Temperaturen gegeneinander austauschen können. Das soll heißen, egal ob flüssig oder gasförmig, sie können sich gegenseitig erwärmen oder kühlen. Der Einsatz eines Rohrbündelwärmetauschers ist sehr wirkungsvoll, da beide Medien zwar voneinander getrennt sind, jedoch trotzdem ein Wärmetausch stattfindet und somit das eine Medium durch die Rohre und das andere Medium durch den Mantelraum fließt.

Beispiel: Damit die Wärme von dem zu kochenden Wasser bestehen bleibt, wird der ausgetretene Wasserdampf per Rohrbündelwärmetauscher in die Rohre geleitet und erhitzt somit das neue dazukommende Wasser.

Aufbau

Der Plattenwärmetauscher besteht aus wellenförmigen Platten, zwischen den Platten sind Zwischenräume vorhanden, wo jeweils in den aufeinanderfolgenden Zwischenräumen das wärmeaufnehmende und das wärmeabgebende Medium fließt. Sowohl außen als auch innen des Tauschers sind alle Platten abgedichtet, die einzelnen Platten hängen im Gestell, um einen 100% geschlossenen Wärmetauscher zu haben. Der Anpressdruck zwischen den einzelnen Platten wird durch Muttern am Gewinde eingestellt. Der Platten- Wärmeaustauscher hat ein Gestell. In diesem Gestell befindet sich am Anfang und am Ende jeweils eine Endplatte, wo die Medien eingeführt und ausgeführt werden. Zwischen diesen Endplatten sind Kanalplatten, zwischen denen die Medien durchströmen. Je nach Menge und Größe der Produktion können die Anzahl der Platten variieren.

Funktion

Zwischen den Wärmetauscherplatten bilden sich zwei Strömungskanäle, in denen die wärmeaustauschenden Medien entgegengesetzt strömen. Dies nennt man Gegenstromprinzip.

Die Vorgehensweise des Wärmetauschers funktioniert wie folgt:

Die anliegenden Kanalplatten werden von der dazwischen liegenden Kanalplatte aufgewärmt oder abgekühlt. Dies kann nur funktionieren, wenn die Kanalplatten der jeweils verschiedenen Medien umgekehrt voneinander in das Gestell eingehängt werden. So fließt das eine Medium nach oben und das andere nach unten. Der blaue Laufweg ist das kalte Medium, es wird von oben in den Wärmetauscher hineingeführt. Die erste Kanalplatte ist für das warme Medium. Durch einen Sicherungsring in jeder Kanalplatte die oben in den Platten befestigt sind, verhindert dies, das Eindringen des kalten Mediums in die Kanalplatte (Nummer 1) und wird weiter geleitet in die nächste Kanalplatte (Nummer 2), dort läuft das kalte Medium von oben nach unten durch die Kanalplatte. Durch den Sicherungsring wird verhindert, dass sich die Medien vermischen. Die gleiche Vorgehensweise geschieht mit der warmen Flüssigkeit (roter Laufweg) die von unten nach oben geführt wird. Durch diese Vorgehensweise, dass die kalte Flüssigkeit nach unten läuft und die warme Flüssigkeit nach oben, also im Gegenstrom, tauschen sie die Temperaturen aus. Somit kühlen und wärmen sie sich gegenseitig ab und auf. So kühlt z.B. - Kanalplatte 2 die Kanalplatte 1 oder - Kanalplatte 5 wärmt so die Flüssigkeit von Kanalplatte 4 und kühlt sich selber ab Wichtig ist, dass jede Kanalplatte einzeln mit den anliegenden Kanalplatten zu betrachten ist. Zum Beispiel hat die Kanalplatte 1 nichts mit der Kanalplatte 3 zu tun. Die Kanalplatte 3 ist nur für Kanalplatte 2 und 4 relevant zum austauschen der Temperaturen.

Wärmetauscher in der Lebensmittelindustrie

Wärmetauscher werden in vielen Bereichen der Lebensmitteltechnik und der Getränketechnik eingesetzt:

• Bierherstellung, die Würze wird traditionell in zwei Stufen in einem Plattenwärmetauscher abgekühlt. Für die 1. Stufe wird Brauwasser verwendet, für die weitere Abkühlung wird in der 2. Stufe Eiswasser verwendet
• Kurzzeiterhitzung von z.B. Bier, Fruchtsäften und Milch
• Eindampfung von Lösungen (Extraktlösungen (Zucker-, Kaffee-, Tee-, Malzextrakt), Fruchtsäften und Milch