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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
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
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.
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