
Die Plattenwärmetauscher bzw. Plattenwärmeüberträger sind für die Wärmeübertragung zwischen verschiedenen Medien bestimmt. Als zusammenwirkende Arbeitsmedien können dabei Dampf und Flüssigkeit oder zwei unterschiedliche Flüssigkeiten verwendet werden.
Als wärmeübertragende Oberfläche dienen dünne gestanzte Wellenplatten.
Die Wärmeüberträger bewegen sich im Wärmetauscher zwischen den Nachbarplatten durch die Schlitzkanäle komplizierter Form. Die Kanäle für den Wärmeträger, der die Wärme abgibt oder übernimmt, folgend abwechselnd hintereinander.
Die dünnen Wellenplatten haben einen niedrigen thermischen Widerstand und sorgen außerdem für die Turbulenz des Wärmeträgerstromes. Deswegen zeichnen sich die Wärmetauscher dieses Typs durch eine hohe Wärmeübertragungsleistung aus.
Die Luftdichtigkeit der Kanäle, über die sich die Wärmeträger bewegen, sowie deren Verteilung zwischen den Kanälen werden durch die Gummidichtungen gewährleistet, die entlang des Perimeters der Platte angeordnet sind.
Eine dieser Dichtungen umfasst zwei Öffnungen an den Ecken der Platte, über die der Wärmeträger in den Kanal zwischen den Platten eintritt bzw. diesen verlässt. Der Wärmeträger-Gegenstrom geht durch zwei andere Öffnungen, die zusätzlich durch Ringdichtungen isoliert sind. Die Luftdichtigkeit der Kanäle wird durch Doppeldichtungen um die Eingangs- und Ausgangsöffnungen herum gewährleistet. Falls die Dichtung beschädigt wird, fließt der Wärmeträger durch spezielle Nuten hinaus (auf Abbildung mit Pfeilen markiert). Das hilft, eine Störung der Luftdichtigkeit rein optisch zu merken und die Dichtung schnell auszuwechseln.
Die Platten werden im Wärmetauscher nach dem Zusammenbau mit Hilfe von Bolzen bis zur erforderlichen Größe zusammengezogen. Die Gummidichtungseinlagen bilden dabei Systeme voneinander isolierter luftdichter Kanäle – jeweils für den wärmenden und den zu erwärmenden Wärmeträger. Jede nächste Platte ist gegenüber der vorherigen um 180 Grad gedreht. Dies schafft Voraussetzungen für turbulente Bewegung der Flüssigkeit, erhöht die Wärmeaustauschleistung und sorgt zugleich für die Steifheit des Plattenpaketes.
Die Kanalsysteme zwischen den Platten sind jeweils mit dem zugehörigen Sammelgefäß verbunden. Jedes hat eigene Stellen für den Ein- und Austritt des Wärmeträgers an der unbeweglichen Platte.
Am Wärmetauscher-Rahmen wird ein Paket von Platten befestigt.
Der Aufbau des Wärmetauscherrahmens: unbewegliche Platte, bewegliche Platte, ein Gestell, obere und untere Führung, Spannbolzen.
Beim Zusammenbau werden die obere und untere Führung zuerst am Gestell und an der unbeweglichen Platte befestigt. Dann werden zunächst das Plattenpaket und anschließend die bewegliche Platte auf die Führungen aufgesetzt. Danach werden die bewegliche und die unbewegliche Platte mit Bolzen zusammengezogen.
Die Einhub-Wärmetauscher sind so konstruiert, dass die Anschluss-Stutzen auf einer unbeweglichen Platte untergebracht sind. Für die Befestigung des Wärmetauschers an den Bauteilen und verfahrenstechnischen Elementen sind auf dem Gestell und auf der unbeweglichen Platte Montagefüße vorgesehen.
Eine zusammengebaute und betriebsbereite Plattenwärmetauscher-Anlage zeichnet sich durch kleine Abmessungen und hohe Arbeitsleistung aus. Die spezifische Arbeitsfläche des Gerätes kann beispielsweise 1.500 m2/m3 erreichen. Zur Konstruktion gehört ein Satz von Wellenplatten, die jeweils durch Einlagen voneinander getrennt sind. Von den Einlagen werden luftdichte Kanäle gebildet. Das wärmeabgebende Medium fließt im Raum zwischen den Hohlräumen, während in den Hohlräumen selbst wärmeabsorbierendes Medium befindet – oder umgekehrt. Die Platten werden an einem Stangenrahmen montiert und liegen dicht zueinander.
Jede Platte hat folgenden Einlagensatz:
Somit enthält die Konstruktion vier getrennte Kanäle für den Eintritt und Auslass der beiden Medien, die an den Wärmeaustauschprozessen teilnehmen. Dieser Gerätetyp ist imstande, die Ströme parallel oder seriell unter allen Kanälen zu verteilen. So kann bei Bedarf jeder Strom alle Kanäle oder bestimmte Gruppen durchlaufen.
Zu den Vorteilen dieses Gerätetyps zählt man gewöhnlich die Intensität des Wärmeaustauschvorgangs, kompakte Bauweise sowie die Möglichkeit, das Aggregat für die Reinigungszwecke komplett auseinanderzunehmen. Zu den Nachteilen gehört die Notwendigkeit höchster Präzision beim Zusammenbau, um die Luftdichte beizubehalten (bedingt durch die große Anzahl der Kanäle). Nachteilig ist an dieser Konstruktion auch die Korrosionsanfälligkeit der Werkstoffe, aus denen die Dichtungseinlagen hergestellt sind, sowie begrenzte Wärmebeständigkeit.
Soweit die Verschmutzung der Erwärmungsoberfläche durch einen der Wärmeträger möglich ist, verwendet man solche Aggregate, deren Konstruktion aus paarweise zusammengeschweißter Platten besteht. Falls die Verschmutzung der zu erwärmenden Oberfläche seitens beider Wärmeträger ausgeschlossen ist, verwendet man geschweißte unzerlegbare Wärmetauschgeräte (z.B. den Wärmetauscher mit wellenförmigen Kanälen und einer Kreuzstrombewegung der Wärmeträger).
Die Plattenwärmetauscher werden je nach der Konstruktion und der Größe der Wärmetauschplatte in mehrere Arten eingeteilt.*
Von der Konstruktion her unterscheidet man folgende Gruppen:
Die Plattenwärmetauscher weisen gegenüber den anderen Wärmetauscherarten folgende Vorteile auf:
Der wichtigste Faktor, der bei der Zusammenstellung und Anordnung der Ausrüstungen eine große Rolle spielt, ist deren kompakte Bauweise. Der Platten-Wärmetauscher hat kleinere Abmessungen als etwa ein Rohrbündel-Wärmetauscher. Die kompakten Abmessungen sind der hohen Wärmeübertragungszahl zu verdanken. Die wärmeübertragende Oberfläche beträgt beispielsweise 99,0 - 99,8% von der Gesamtfläche der Platte.
Sämtliche Anschluss-Stellen befinden sich auf der unbeweglichen Platte, was den Einbau und Anschluss des Wärmetauschers spürbar erleichtert. Außerdem braucht man für die Reparaturen weit weniger Fläche als bei anderen Wärmetauschern.
Die Bewegung des Wärmeträgers durch die Kanäle in einer dünnen Schicht sowie hohe Turbulenz dessen Stromes sorgen für eine hohe Wärmeübertragungszahl. Dabei gestattet es die gewellte Oberfläche der Platte, bereits bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten des Wärmeträgers einen turbulenten Strom zu erhalten. Deswegen erreicht in diesem Fall die Untererwärmungsgröße bei den berechneten Betriebsparametern 1-2 оС, während bei den Rohrbündel-Wärmetauschern diese Größe bestenfalls 5-10 оС beträgt.
Die konstruktive Besonderheit der Platten-Wärmetauscher gestattet es, den hydraulischen Widerstand zu verringern – beispielsweise durch die stufenlose Veränderung der Gesamtbreite des Kanals. Darüber hinaus lässt sich die Maximalhöhe der zulässigen hydraulischen Verluste mittels Vergrößerung der Anzahl von Kanälen verringern. Die Verringerung des hydraulischen Widerstandes führt ihrerseits zum geringeren Stromverbrauch bei den Pumpen.
Die ab und zu erforderlichen Wartungen an den Ausrüstungen sind stets mit dem Auseinander- und Zusammenbau verbunden. Der Abbau eines Rohrbündel-Wärmetauschers ist eine überaus schwierige technische Maßnahme. Für die Demontage und das Herausnehmen des Rohrbündels braucht man Hebemechanismen und ziemlich viel Zeit. Bei der Reparatur des Platten-Wärmetauschers werden keine Hebemechanismen gebraucht. Die nötigen Reparaturen erledigt recht schnell ein 2-3köpfiges Arbeitsteam.
Außerdem lässt sich die Arbeitsleistung des Wärmetauschers stufenlos verändern, indem man die Wärmeaustausch-Oberfläche vergrößert. Das ist von Bedeutung, wenn zum Beispiel bei der Produktionserweiterung es notwendig wird, die Leistung der Wärmeaustauschausrüstungen zu erhöhen. In diesem reicht es aus, ohne den Wärmetauscher auszuwechseln, einfach die notwendige Anzahl von Platten hinzuzufügen.
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