Plattenwärmetauscher: Vorteile, Bauarten und Auswahl

• Hohe Leistungsdichte. Der Wärmedurchgangskoeffizient liegt typischerweise um ein Mehrfaches über dem eines vergleichbaren Rohrbündels. Für dieselbe Leistung genügt ein Bruchteil des Bauvolumens.
• Kleine Grädigkeit. Durch den konsequenten Gegenstrom sind Temperaturdifferenzen von wenigen Kelvin zwischen den Austritten erreichbar. Das ist die Voraussetzung für Wärmerückgewinnung mit gutem Wirkungsgrad.
• Geringer Inhalt. Wenig Flüssigkeitsvolumen im Gerät bedeutet kurze Reaktionszeiten bei wechselnder Last und wenig Trägheit in der Regelung.
• Skalierbar. Bei geschraubten Geräten lässt sich die Leistung nachträglich durch zusätzliche Platten anpassen, solange Rahmen und Anschlüsse es hergeben.
• Wartungsfreundlich. Gedichtete Bauformen lassen sich öffnen, Platte für Platte reinigen und wieder verspannen.

 

Die Kehrseite: Enge Kanäle reagieren empfindlich auf Feststoffe und Ablagerungen. Wo mit Partikeln, Fasern oder starkem Fouling zu rechnen ist, ist ein Rohrbündelwärmetauscher die robustere Wahl.

Geschraubte (gedichtete) Plattenwärmetauscher spannen das Plattenpaket zwischen einer Kopf- und einer Endplatte in einem Rahmen zusammen. Elastomerdichtungen aus NBR, EPDM oder FKM trennen die Kanäle. Der große Vorteil ist die Zerlegbarkeit: Das Gerät lässt sich vollständig öffnen, mechanisch reinigen, mit neuen Dichtungen bestücken und um Platten erweitern. Die Dichtung setzt allerdings die Grenzen, sowohl bei Temperatur und Druck als auch bei der Medienverträglichkeit. Diese Bauform ist die richtige Wahl bei verschmutzungsanfälligen Medien, bei Lebensmittelanwendungen mit Reinigungspflicht und überall dort, wo sich der Leistungsbedarf noch ändern kann.

 

Gelötete Plattenwärmetauscher kommen ohne Dichtungen aus. Die Platten werden im Vakuumofen mit Kupfer oder Nickel verlötet und bilden einen geschlossenen Block. Das Ergebnis ist deutlich kompakter, druckfester und wartungsfrei, aber nicht mehr zerlegbar. Gereinigt wird chemisch im Spülverfahren. Für Heizungs-, Kälte- und Motoranwendungen mit sauberen Medien ist das die günstigste und platzsparendste Lösung. Nickelgelötete Ausführungen werden gewählt, wenn Kupfer vom Medium angegriffen wird.

 

Vollverschweißte Bauformen decken den Rest ab: aggressive Medien, hohe Temperaturen, Anwendungen, bei denen weder Dichtung noch Lot bestehen würden.

Pflanzenöl-Vorwärmung im Dieselmotor. Pflanzenöl ist bei Umgebungstemperatur deutlich zähflüssiger als Diesel. Damit die Einspritzpumpe sauber fördert und die Düsen ordentlich zerstäuben, muss das Öl auf etwa 70 bis 80 Grad gebracht werden. Die Wärme dafür liefert der Motor selbst über den Kühlwasserkreis. Ein kleiner gelöteter Plattenwärmetauscher mit rund 20 Platten reicht für diese Aufgabe in einem PKW-Motor aus und findet fast überall im Motorraum noch einen Platz. Wichtig sind die Anordnung im Gegenstrom und ein Einbau, bei dem sich keine Luftpolster halten können.

 

Würzekühlung beim Bierbrauen. Nach dem Kochen muss die Würze möglichst schnell von knapp 100 Grad auf Anstelltemperatur herunter. Schnelles Kühlen fällt den Kältetrub aus und verkürzt das Zeitfenster, in dem sich Fremdkeime festsetzen können. Ein Plattenwärmetauscher als Gegenstromkühler schafft das in einem Durchlauf. Zu beachten ist hier die Reinigung: Bei gelöteten Geräten geht das nur chemisch im Rückspülverfahren, und Hopfen- sowie Heißtrubreste setzen enge Kanäle zuverlässig zu. Wer häufiger und mit viel Trub braut, fährt mit einer geschraubten, zerlegbaren Ausführung oder einem großzügig dimensionierten Modell besser.

 

Heizung und Trinkwasser. Systemtrennung zwischen Heizkreis und Solarkreis, Frischwasserstationen, Übergabestationen für Fernwärme, Einbindung von Pufferspeichern und Wärmepumpen. Überall dort ist der Plattenwärmetauscher der Standard, weil er die Kreise hydraulisch trennt und trotzdem kaum Temperatur verschenkt.

 

Industrie und Anlagenbau. Kühlung von Hydraulik- und Schmieröl, Prozesswasserkühlung, Wärmerückgewinnung aus Abwasser, Zwischenkreise in Kälteanlagen.

Ein Plattenwärmetauscher wird nicht nach Größe gekauft, sondern nach Betriebspunkt. Diese Angaben braucht die Auslegung:

 

1. Wärmeleistung in kW oder alternativ die beiden Volumenströme mit Ein- und Austrittstemperatur.
2. Zulässiger Druckverlust auf beiden Seiten. Er entscheidet mit darüber, ob die vorhandene Pumpe reicht.
3. Medien auf beiden Seiten, inklusive Glykolanteil. Davon hängen Dichtungswerkstoff und Plattenwerkstoff ab.
4. Betriebsdruck und Spitzentemperatur, jeweils der ungünstigste Fall, nicht der Normalbetrieb.
5. Verschmutzungsneigung. Wer hier eine Reserve einplant, spart sich später den Austausch.
6. Werkstoff. Edelstahl 1.4401 deckt die meisten Fälle ab. Bei Seewasser oder chloridhaltigen Medien ist er nicht ausreichend, dort ist Titan gesetzt.

 

Ein häufiger Fehler ist die großzügige Überdimensionierung. Ein zu groß gewähltes Gerät wird bei Teillast zu langsam durchströmt, die Strömung schlägt in den laminaren Bereich um, der Wärmeübergang bricht ein und Ablagerungen setzen sich schneller fest.