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Schaltvariationen

Plattenspaltgeometrien
Durch den Aufbau eines Plattenwärmeübertragers bedingt ergibt sich die Möglichkeit, Plattenspaltgeometrien mit unterschiedlichem Verhalten hinsichtlich Wärmeübergang und Druckverlust jeweils in Abhängigkeit der zu fahrenden Produkte in einem Apparat optimal anzuordnen.

Plattenwärmeübertrager werden aus einzelnen Platten aufgebaut. Mit der Wahl des Prägemusters der Platten kann das hydraulische und thermische Verhalten eines Apparates verändert werden.

Die jeweiligen Prägeformen variieren hauptsächlich im Anstellwinkel der Rippen und in der Spalthöhe.

Zur Optimierung der thermodynamischen Eigenschaften eines einzelnen Wärmeübertragers werden die Platten und somit die Produktfließwege durch den Apparat in verschiedensten Varianten angeordnet.

Als Schaltungsvarianten kommen grundsätzlich die Parallelschaltung oder Blockschaltung von Fließkanälen innerhalb eines Durchganges und die Serienschaltung von mehreren Durchgängen zum Tragen.

Die Fließrichtungen der Produkte werden in der Regel im Gegenstromprinzip ausgeführt, d.h. die an der Wärmeübertragung beteiligten Medien strömen in gegenläufiger Richtung.

Parallel- oder Blockschaltung

Blockschaltung

In der Regel wird versucht, alle Produktanschlüsse eines Plattenwärmeübertragers an der feststehenden Gestelldruckplatte zu installieren, um im Falle des Öffnens keine Rohrleitungen demontieren zu müssen.

Durch diese Anschlußanordnung können die Produkte während ihrer Verweilzeit im PWÜ nur einmal durch einen Fließspalt strömen. Als Optimierungsmöglichkeit kann nur die Anzahl oder die Art der parallel durchflossenen Plattenspalte variiert werden. Es kann also nur einmal die thermische Länge der entsprechenden Plattenspaltgeometrie zur Wärmeübertragung genutzt werden.

Wird bei Parallelschaltung von zwei unterschiedlichen Plattenspaltgeometrien (Blockschaltung) das Verhältnis der Plattenspaltanzahlen der einzelnen Geometrien verändert, kann die Charakteristik des Wärmeübertragers in eine gewünschte Richtung beeinflußt werden.

Bei einer Blockschaltung werden stets Plattenspaltgeometrien zweier unterschiedlicher hydraulischer und thermischer Eigenschaften parallelgeschaltet.

Bei einer parallelen Durchströmung von Spalten mit differenten Strömungswiderständen stellen sich unterschiedlich große Strömungsgeschwindigkeiten ein. Aus diesem Grund sollte eine Blockschaltung nur bei "sauberen" Produkten angewandt werden, um keine Zonen im Apparat zu erhalten, die zu Fouling neigen.

Serienschaltung
Serienschaltung

Es gibt Anwendungsfälle, für die die thermische Länge einer bestimmten Baugröße eines Plattenwärmeübertragers nicht ausreicht.

Zur Erhöhung der thermischen Länge bzw. der Wärmeübertragungsfähigkeit können mehrere Durchgänge seriell in einem Druckgestell geschaltet werden.

Durch die serielle Anordnung der Durchgänge wird eine Gegenstromreihenschaltung erzeugt. Sie entsteht dadurch, daß eines der beiden Medien im ersten Durchgang in den Wärmeübertrager eintritt und nach dem letzten Durchgang den Apparat verläßt. Das andere Fluid tritt im Gegenzug dazu im letzten Durchgang in den Wärmeübertrager ein und strömt am ersten Durchgang aus.

Die Serienschaltung eröffnet die Möglichkeit, bei kleinen Volumenströmen auch mit kleinen Baugrößen sehr hohe Wärmeübertragungs- bzw. NTU-Werte realisieren zu können.

Zur Optimierung der Serienschaltung können auch die einzelnen Durchgänge mit verschiedenen Plattenspaltgeometrien, die unterschiedliche hydraulische und thermische Eigenschaften haben, ausgerüstet werden.

So kann im Verlaufe des Wärmeübertragungsprozesses z.B. mit zunehmender Produktviskosität die Prägungscharakteristik angepasst werden. Gerade bei scherempfindlichen Medien kann dies sehr hilfreich sein.