Trends bei Plattenwärmeübertragern

Dipl.-Ing. Rainer Karasch

Die grundsätzlichen Merkmale eines Plattenwärmeübertragers sind damals wie heute gleich: die Gestell- und Druckplatte, die Trag- und Führungsstange mit den notwendigen Stützen bzw. Füßen, das Plattenpaket und die Spannbolzen, mit denen das Plattenpaket zum Dichten zusammengespannt wird. Die Kanalplatten sind mit Endlosdichtungen aus Elastomerwerkstoffen versehen, die so gestaltet sind, daß sich jeweils ein Primär- und Sekundärkanal ergibt. Dadurch ergeben sich zwei Kanäle, die im 100%-Gegenstrom (in Sonderfällen auch Gleichstrom) arbeiten. Mit dieser Anordnung sind Temperaturannährungen zwischen kalten und warmen Medium bis zu einem 1 °K möglich.

In den 70er Jahren entstanden effektivere Plattenwärmeübertrager. Die Kombination von Platten mit unterschiedlichen Prägewinkeln in einem Gestell ermöglichte die Optimierung der spezifischen Leistungsfähigkeit mit den vorgegebenen Begrenzungen des zulässigen Druckabfalls. Die Anzahl der nötigen Platten wurde bis zu 25% reduziert.

Weiterentwicklungen der letzten Jahre waren der Freistrom-Plattenwärmeübertrager, der Kassetten-Plattenwärmeübertrager, der Doppelwand-Plattenwärmeübertrager und der Graphit-Plattenwärmeübertrager. Innerhalb der dichtungslosen Kassette strömt das „aggressive“ Medium.

Alle bisher erwähnten Plattenwärmeübertrager sind gedichtet, die wärmeübertragende Fläche ist beidseitig oder mindestens einseitig zugänglich. Die Einsatzgrenzen liegen bei einer Betriebstemperatur von ca. 150 °C, einem Betriebsdruck von 25 bar und einem Volumenstrom von 2 500 m³/h je Einheit.

Als eines der ersten Ergebnisse auf dem Weg zu dichtungsfreien Systemen wurde der gelötete Plattenwärmeübertrager zur Produktionsreife gebracht, der inzwischen aus der Haustechnik aber auch bei Industrieanwendungen kaum noch wegzudenken ist. Dabei handelt es sich um Apparate, bei denen die Edelstahlplatten in einem speziellen Lötverfahren mittels einer dazwischenliegenden Kupferfolie, die während des Lötverfahrens schmilzt und eine entsprechende Verbindung an allen Kontaktpunkten der Platten innerhalb des Plattenpaketes sowie an den dickeren Endplatten herstellt, zusammengefügt werden. Diese Apparate sind bis zu 60 m² Wärmeübertragungsfläche lieferbar. Die derzeitigen Einsatzgrenzen dieser Apparate liegen bei einem Betriebsdruck von ca.30 bar und Betriebstemperaturen bis 225°C. Eine Erweiterung des Einsatzgebietes dieser Apparate ergab sich durch den Einsatz von Nickel als Lötmaterial. Diese Apparate sind bis 16 bar und 400 °C lieferbar.

Eine weitere 100% dichtungsfreie Konstruktion stellen vollverschweißte Plattenwärmeübertrager wie der AlfaRex dar, die für härteste Prozeßbedingungen konzipiert wurden. Einige Konstruktionsmerkmale lassen die Vorzüge gegenüber anderen vollverschweißten Wärmeüebertragern erkennen. So hat man hier das Laserschweißverfahren angewandt, das gegenüber anderen Schweißverfahren eine geringere Wärmebeeinflussung auf die verschweißten Materialien ausübt. Im Gegensatz zu anderen vollverschweißten Konstruktionen (Schweißnähte in allen drei Achsen) weist das Plattenpaket des AlfaRex nur Schweißnähte in zwei Achsen auf, was eine spannungsfreie Ausdehnung unter Wärmeeinfluß zuläßt.

Im Härtetest wurden diese Apparate wechselnden Temperaturen ausgesetzt, die bei Temperaturgradienten von 5 bis 6 °K/s zwischen 7 °C und 95 °C schwankten, ohne daß es zu Materialermüdungen in der Schweißzone gekommen ist, und das nach einer Anzahl von bis zu 20 000 Zyklen.

Diese vollverschweißten Apparate lassen sich bis zu Betriebsdrücken von 40 bar und Betriebstemperaturen bis zu 350°C einsetzen. Sie werden in allen gebräuchlichen Plattenwerkstoffen gefertigt.

Plattenwärmeübertrager sind heute zunehmend auch für anspruchsvolle Prozesse geeignete Apparate, beispielsweise für mehrphasige Anwendungen.

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