Die Beziehung zwischen Spiralplattenwärmetauscher und thermischem Energiesystem

Während des Kühlprozesses ist es erforderlich, nicht nur das Hochtemperatur-Wärmeträgeröl in den heißen Anlagen durch Kältemittel im Tank zu ersetzen, sondern die Anlagen auch in kürzester Zeit abzukühlen. Der Prozessablauf lässt sich wie folgt beschreiben: Das Wärmeträgeröl im Kältemittelspeicher wird durch einen Y-förmigen Ölfilter geleitet. Der erzwungene, geschlossene Flüssigphasenkühlkreislauf verläuft von der Kältemittelpumpe über den Öl-Gas-Abscheider des Wärmetauschers (Lipidisierungskessel) zurück zum Kältemittelspeicher. Die Schlüsselkomponente dieses Prozesses ist der Wärmetauscher.

Gemäß den Prozessanforderungen zeichnet sich der Spiralplattenwärmetauscher durch hohe Wärmeübertragungseffizienz, große Wärmeübertragungsfläche, geringe Temperaturdifferenzspannung, präzise Regelung der Austrittstemperatur und geringes Risiko von Ablagerungen und Verstopfungen aus. Der üblicherweise verwendete Rohrwärmetauscher weist hingegen eine geringe Wärmeübertragungseffizienz, ein großes Volumen und eine signifikante Temperaturdifferenzspannung auf. Bei Verwendung in thermischen Energiesystemen mit organischen Wärmeträgern müssen die Gehäuse mit Dehnungsfugen versehen werden, was den Materialverbrauch erhöht. Im Vergleich zu Rohrwärmetauschern bieten Spiralplattenwärmetauscher spezifische Vorteile und erfüllen präzise die Prozessanforderungen thermischer Energiesysteme mit organischen Wärmeträgern.

Ein Spiralplattenwärmetauscher wird hergestellt, indem zwei parallele, dünne Stahlplatten auf einem Spiralplattenformbett gewalzt werden. Dadurch entstehen zwischen den beiden Stahlplatten zwei parallele, rechteckige Spiralkanäle, durch die das Fluid strömt. Die dünne Stahlplatte dient als Wärmeübertragungsfläche. Ihre inneren Enden sind mit der zentralen Trennwand verschweißt, welche die Strömungskanäle abgrenzt. Die Endkappen verschließen das Strömungskanalsystem beidseitig. Abstandshalter sorgen dafür, dass die Spiralplatten einen gewissen Abstand zueinander haben und erhöhen die Druckfestigkeit der Spiralplatten.

Im Kühlprozess von Wärmeträgersystemen mit organischen Wärmeträgern ist die Temperaturdifferenz zwischen dem heißen und dem kalten Fluid groß, wobei die Temperatur des heißen Fluids etwa 200 °C erreichen kann. Das kalte Fluid, in diesem Fall zirkulierendes Wasser, hat Raumtemperatur, was zu erheblichen Temperaturspannungen im Rohrwärmetauscher führt. Spiralplattenwärmetauscher zeichnen sich durch ihre Expansionsfähigkeit aus.

Dank seiner zwei längeren Spiralkanäle kann sich der Spiralkörper beim Erhitzen oder Abkühlen wie die Zugfeder einer Uhr dehnen oder zusammenziehen. Der Spiralkörper ist einseitig von heißem und auf der anderen Seite von kaltem Fluid umgeben, während der äußere Ring mit der Atmosphäre in Kontakt steht. Der Temperaturunterschied zwischen den Spiralkörpern ist nicht so ausgeprägt wie der zwischen Rohr und Mantel in einem Rohrbündelwärmetauscher, wodurch keine signifikanten Temperaturspannungen entstehen. Das System eignet sich besonders für Wärmeträgersysteme mit organischen Wärmeträgern und zeichnet sich durch eine kompakte Bauweise, eine große Wärmeaustauschfläche, einfache Fertigung und geringe Investitionskosten aus. Es ist zudem unempfindlich gegenüber Verschmutzungen.

In einem Spiralplattenwärmetauscher führt der einkanalige Strömungsweg des Mediums und die im Vergleich zu anderen Wärmetauschertypen höhere zulässige Durchflussrate zu geringer Schmutzablagerung. Sollte sich dennoch Schmutz in einem bestimmten Kanalbereich ablagern, verringert sich dessen Querschnittsfläche, wodurch die lokale Durchflussrate steigt und der Schmutz ausgespült wird. Daher beträgt die Schmutzablagerungsrate nur 10 % derjenigen eines Rohrwärmetauschers, und die Reinigung ist unkompliziert. Dies begünstigt nicht nur den reibungslosen Betrieb des Wärmeträgersystems, sondern beeinträchtigt auch nicht die Wärmeübertragung und ermöglicht eine präzise Regelung der Austrittstemperatur.