Wärmeaustauscher
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Allgemeines zu Wärmeaustauscher
Der Wärmeübertrager (auch Wärmetauscher oder Wärmeaustauscher) ist ein Apparat, der thermische Energie von einem Stoffstrom auf einen anderen überträgt.
Wärmeaustauscher sind Vorrichtungen zur Übertragung von Wärmeenergie. Beispielsweise im Heizkessel dienen speziell geformte, wasserdurchströmte Heizflächen als Wärmeaustauscher. Wärmeaustauscher übertragen die vom Brenner erzeugte Wärme an das Wasser im Heizkreislauf. Geräte mit Brennwerttechnik verfügen über besonders große Wärmeaustauscher, die auch die Abgaswärme nutzen können.
Einteilung
Wärmeübertrager sind in eine dreigegliederte Klassifizierung der thermischen Vorgänge hinsichtlich der Wärmeübertragung geordnet:
Direkte Wärmeübertragung beruht auf dem Vorgang der kombinierten Wärme- und Stoffübertragung bei trennbaren Stoffströmen. Repräsentativer Anwendungsfall ist der Nasskühlturm.
Indirekte Wärmeübertragung ist dadurch gekennzeichnet, dass Stoffströme räumlich durch eine wärmedurchlässige Wand getrennt sind. Wärmeübertrager dieser Klasse werden Rekuperator genannt. In diese Klasse fällt z. B. der Autokühler.
Halbdirekte Wärmeübertragung nutzt die Eigenschaften eines Wärmespeichers. Dabei werden beide Stoffe zeitversetzt mit dem Wärmespeicher in Kontakt gebracht. Der Wärmespeicher wird abwechselnd durch das heißere Medium erwärmt und danach durch das kältere Medium abgekühlt, um so thermische Energie vom heißeren auf das kältere Medium zu übertragen. Wärmeübertrager dieser Klasse werden Regenerator genannt. Beispielsweise wird hier das Wärmerad eingeordnet.
Das Ausmaß der Wärmeübertragung ist im starken Maße von der geometrischen Führung beider Stoffströme zueinander abhängig. Die Führung der Stoffströme ist in drei Grundformen zu unterscheiden.
Gegenstrom führt die Stoffe so, dass sie entgegenkommend aneinander vorbei strömen. Idealerweise werden die Temperaturen der Stoffströme getauscht, das heißt, dass das ursprünglich kalte Medium die Temperatur des ursprünglich heißen Mediums erreicht und umgekehrt. Voraussetzung für diesen Idealfall sind gleiche Wärmekapazitätenströme auf beiden Seiten des Wärmeübertragers. Darüber hinaus müsste der Wärmeübertrager einen Wirkungsgrad von 100 Prozent haben. Aus diesem Grund ist ein Tausch der Temperaturen in der Praxis nur näherungsweise möglich.
Gleichstrom führt die Stoffe so, dass sie nebeneinander in gleicher Richtung strömen. Idealerweise werden beide Stofftemperaturen angeglichen und liegen immer zwischen den Ausgangstemperaturen. Kreuzstrom führt die Stoffströme so, dass sich ihre Richtungen kreuzen. Diese Stoffführung liegt im Ergebnis zwischen Gegen- und Gleichstrom. Auch Kombinationen der Grundformen sind gebräuchlich, da sich dadurch ihre Vorteile ergänzen.
Kreuzgegenstrom lässt die Stoffe insgesamt entgegenkommend aneinander vorbei strömen, obwohl sie sich auf ihrem Weg immer wieder kreuzen. Idealerweise werden die Temperaturen der Stoffströme wie beim Gegenstrom getauscht.
Dieser Artikel basiert auf dem Artikel Wärmeübertrager aus der freien Enzyklopädie Wikipedia.
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