Lange Zeit wurde angenommen, dass ein spiralförmiges Lamellendesign die einzige Option für den Einsatz in Umgebungen sei, in denen schwere Materialien, eine lange Lebensdauer und allgemeine Robustheit erforderlich sind. Es wurde angenommen, dass Plattenlamellenspulen für die Strapazen vieler industrieller Anwendungen zu zerbrechlich seien. Doch in den letzten Jahrzehnten kommt es immer häufiger vor, dass in industriellen Anwendungen Plattenwärmetauscher in Form von Lamellen zum Einsatz kommen.
Das heißt nicht, dass Plattenrippenspulen die Spiralrippen ersetzt haben. Es gibt immer noch unzählige Anwendungen, bei denen Spiralrippenspulen die beste Option sind, aber neue Prozesse, die beispielsweise größere Rippenstärken ermöglichen, haben dazu geführt, dass Plattenrippenoptionen für Anwendungen beliebter geworden sind, bei denen zuvor nur Spiralrippenkonstruktionen in Betracht gezogen wurden.
In diesem Beitrag besprechen wir beide Arten von Wärmetauschern – einige Details zu ihrer Konstruktion und die jeweiligen Vorteile.
Plattenflosse
Bei einem Plattenwärmetauscher werden Rohre durch eine Reihe metallischer „Rippen“ eingeführt. Diese Rippen werden aus einer Endlosrolle aus Metall (0,004 bis 0,032 Zoll) – zum Beispiel Kupfer oder Aluminium – hergestellt, die durch eine Presse geführt wird, die Löcher für Rohre stanzt und das Blech auf die richtige Größe schneidet. Um dies zu erreichen, verwenden Pressen verschiedene Arten von Matrizen, die variable Konfigurationen von Lamellen pro Zoll (FPI), Rohr-zu-Rohr-Abstand und Rohrdurchmesser ermöglichen.
Anschließend werden Rohre durch die Rippen eingeführt. Anschließend werden die Rohre aufgeweitet, um eine sichere Verbindung innerhalb des Lamellenpakets zu bilden und die Wärmeübertragung zwischen Rohren und Lamellen zu maximieren. Dies kann entweder durch einen mechanischen Prozess oder durch die Verwendung von Druckwasser erreicht werden.
Vorteile
1. Vielzahl an Materialoptionen: Bei Lamellenspulen können die Lamellen aus einer beliebigen Anzahl von Materialien hergestellt werden. Einige beliebte Beispiele sind Kupfer, Aluminium, Kohlenstoffstahl und Edelstahl, wobei Materialien wie Kupfer-Nickel weniger verbreitet, aber nicht ungewöhnlich sind.
2. Verschiedene Konfigurationsmöglichkeiten für die Lamellenoberfläche: Lamellen können mit einer Vielzahl von Mustern und Verbesserungen hergestellt werden, die unter anderem die Luftturbulenzen erhöhen oder die Reinigung der Spule erleichtern. Einige beliebte Flossenoberflächen sind:
Flache Flosse
Wellflosse
Sinuswellenflosse
Erhöhte Lanzenflosse
Lamellenflosse
3. Wärmeübertragungsleistung: Plattenlamellenregister könnten aufgrund der größeren sekundären Oberfläche einen besseren Wärmeübertragungskoeffizienten auf der Luftseite bieten als spiralförmig gewickelte Lamellen, was bedeutet, dass die Energie effizienter durch das Register übertragen wird.
4. Variabilität der Lamellendichte: Das Design von Plattenwärmetauschern ermöglicht eine große Auswahl an Lamellendichten mit einem typischen Bereich von 1 bis 25 FPI. Spulen mit standardmäßigen spiralförmig gewickelten Lamellen sind in diesem Bereich tendenziell eingeschränkter, wobei 4 bis 13 FPI ein typischer Bereich sind, aber einige spiralförmig gewickelte Lamellen mit sehr geringen Lamellenhöhen können einen weitaus größeren FPI erreichen.
Spiralflosse
Spiralförmig gewickelte Flossen, auch spiralförmig gewickelte Flossen genannt, sind im Grunde genau das – eine helixförmige Flosse, die um ein Rohr gewickelt ist. Im Gegensatz zu Plattenrippenkonstruktionen, bei denen mehrere Rohre durch eine gemeinsame Rippe verlaufen, ist bei spiralförmig gewickelten Rippen jedes Rohr über seine gesamte Länge von Spiralrippen umgeben.
Vorteile
1. Möglichkeit eines einfachen Austauschs: Im Gegensatz zu Plattenrippenkonstruktionen, bei denen das Entfernen und Ersetzen einzelner Komponenten weniger wirtschaftlich sein kann als der Austausch der gesamten Spule, ermöglichen bestimmte spiralförmig gewickelte Konstruktionen einen einfachen Austausch der Rohre, falls eines beschädigt sein sollte.
2. Sehr guter Rippen-zu-Rohr-Kontakt und gute Bindung (insbesondere bei Verwendung der Methode mit eingebetteten Rippen): Es gibt verschiedene Methoden zur Herstellung eines spiralförmig gewickelten Rippenrohrs. Die Methode mit eingebetteten Rippen sorgt für die beste Verbindung zwischen Rippe und Rohr und kann bei höheren Temperaturen verwendet werden, wohingegen die Kantenwicklungs- und L-Fuß-Optionen besser für Anwendungen bei niedrigeren Temperaturen geeignet sind.
• Randgewickelt – ein Streifen Rippenmaterial wird in senkrechter Ausrichtung auf das Rohr gewickelt, wodurch eine durchgehende Spiralrippe entlang der Länge des Rohrs entsteht. Die Verbindung zwischen Rippe und Rohr erfolgt durch Spannung.
• Aufwickel- oder „L“-Fuß – ein Streifen eines Lamellenmaterials wird so auf das Rohr gelegt, dass ein Teil des Lamellenstreifens um 90° gebogen wird und parallel zum Rohr liegt, wodurch ein „Fuß“ entsteht. Dieser Fuß vergrößert die Kontaktfläche der Lamellen mit dem Rohr und sorgt so für eine zusätzliche Wärmeübertragung. Auch bei dieser Methode wird auf einen Zugverbund zurückgegriffen.
• Eingebettet: Bei dieser Methode wird eine Rille in die Rohroberfläche gepflügt und der Rippenstreifen in die Rille gewickelt. Die Kanten der Rille werden wieder nach unten über die Kante der Flosse gedrückt, um die Flosse an Ort und Stelle zu fixieren. Bei dieser Methode verbindet sich das Rohrmaterial selbst mit der Rippe, eine Verbindung, die auch bei Hochtemperaturanwendungen erhalten bleibt.
3. Mehr Materialoptionen bei hohen Temperaturen: Für Anwendungen mit Lufttemperaturen zwischen 400 und 700 °F sind spiralförmig gewickelte Rippen aus Aluminium und Stahl möglich, wohingegen Plattenrippenspulen bei Betrieb bei solchen Temperaturen aus Stahlrippen und -rohren hergestellt werden müssen.
