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 Apparate, die zum Austausch zweier Wärmemengen eingesetzt werden. Die Medien werden so aneinander vorbeigeführt, dass Wärme von einem auf das andere Medium übertragen wird. 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.

Ein Rohrbündelwärmetauscher besteht aus zwei getrennten Räume: Einem zylinderförmigen Gehäuse(Mantel)und einem Rohrbündel, das mit dem Rohrboden verbunden ist. Dadurch entstehen zwei geschlossene Kreisläufe. Ein Fluid durchströmt den Mantelraum, das andere Fluid durch das Rohrbündel. Das Fluid mit der höheren Temperatur gibt Wärme ab (Temperaturabnahme), das mit der geringeren Temperatur nimmt Wärme auf (Temperaturerhöhung).

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 wellenförmig profilierten Platten. Diese sind so zusammengesetzt , dass jeweils in den aufeinanderfolgenden Zwischenräumen einmal das aufzuwärmende und danach das wärmeabgebende Medium fließt. Die Platten sind nach außen und zwischen den Medien durch Gummidichtungen abgedichtet. Die einzelnen Platten hängen in einem Stangenrahmen und dichten durch Verschraubungen der Endplatten ab. Die Platten sind mittels Durchführungen miteinander Verbunden. Der Anpressdruck zwischen den einzelnen Platten wird durch Muttern am Gewinde eingestellt. Je nach Menge und Größe der Produktion können die Anzahl der Platten schnell und Einfach erweitert werden erweitert werden.

Funktion

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

Der Plattenwärmetauscher funktioniert wie folgt:

Durch die Kanalplatten werden die beiden Medien voneinander getrennt. Von dem warmen Medium wird die Kanalplatte erwärmt und leitet die Wärme auf das aufzuwärmende Medium. Dabei kühlt das abzunehmende Medium ab und fließt aus dem Wärmetäuscher. Der blaue Laufweg ist das kalte Medium, es wird von oben in den Wärmetauscher hineingeführt. In der ersten Kanalplattenseite wird das wärmeabgebende Medium durchgeführt, durch ein Dichtungsring (Sicherungsring) wird dadurch das wärmeaufnehmende Medium in die nächste Kanalplattenseite geführt, wo es die Wärme von der ersten Kanalplattenseite aufnimmt.Durch diese Vorgehenweise nimmt das wärmeaufnehmene Medium an Temperatur zu und das wärmeabgebende Medium an Temperarur ab. Durch den Sicherungsring wird verhindert, dass sich die Medien vermischen. Das wärmeaufnehmende Medium läuft von oben nach unten und die wärmeabgebende Medium von unten nach oben, das nennt man Gegenstromprinzip, dabei tauschen sie die Temperaturen aus. Somit kühlen und wärmen sie sich gegenseitig ab und auf.

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