Aufbau

Wärmetauscher können je nach Aufbau in folgende Typen eingeteilt werden:

Rohrbündelwärmetauscher: Dieser klassische Wärmetauschertyp besteht aus einem Bündel von Rohren, die in einem Gehäuse angeordnet sind. Eine Flüssigkeit strömt durch die Rohre, während die andere das Rohrbündel umspült. Aufgrund ihrer robusten Bauweise sind sie für hohe Drücke und Temperaturen geeignet und werden häufig in der chemischen Industrie und in Kraftwerken eingesetzt.

Plattenwärmetauscher: Diese kompakten Wärmetauscher bestehen aus einer Reihe dünner, gewellter Metallplatten, die zusammengepresst werden. Die Medien strömen im Gegenstrom durch die abwechselnden Kanäle zwischen den Platten. Sie zeichnen sich durch eine hohe Effizienz und einen geringen Platzbedarf aus, was sie ideal für Heizungs-, Klima- und Kühlsysteme macht.

Rippenrohrwärmetauscher: Bei diesem Typ sind Rippen auf den Rohren angebracht, um die wärmeübertragende Oberfläche deutlich zu vergrößern. Dies führt zu einer verbesserten Wärmeübertragung, insbesondere bei Medien mit geringer Wärmeleitfähigkeit wie Gasen. Sie sind die erste Wahl für Luftkühler, Klimaanlagen und Abwärmenutzungssysteme.

Spiralwärmetauscher: Zwei lange, gewickelte Metallbänder bilden zwei konzentrische Spiralkanäle für die Medien. Die spiralförmige Strömung erzeugt Turbulenzen, die den Wärmeübergang fördern und Ablagerungen reduzieren. Ihre selbstreinigende Wirkung macht sie besonders geeignet für viskose, partikelbeladene oder foulingneigte Flüssigkeiten.

Luftgekühlte Wärmetauscher: Diese Wärmetauscher nutzen Luft als Kühlmedium, das durch ein Rippenrohrbündel mittels Lüftern geblasen wird. Sie kommen dort zum Einsatz, wo Kühlwasser knapp, teuer oder umweltschädlich ist, beispielsweise in Raffinerien, Gaskompressorstationen oder in trockenen Regionen.

Strömungsanordnung

Wärmetauscher können auch anhand der Strömungsanordnung der ausgetauschten Flüssigkeiten klassifiziert werden. Die gängigsten Arten von Strömungsanordnungen sind:

Parallelstrom-Wärmetauscher: Bei dieser Anordnung strömen beide Medien in die gleiche Richtung. Die Temperaturdifferenz ist am Eintritt am größten und nimmt kontinuierlich ab. Dies führt zu einer geringeren mittleren treibenden Temperaturdifferenz und damit zu einer insgesamt niedrigeren Wärmeübertragungsleistung im Vergleich zum Gegenstrom.

Gegenstrom-Wärmetauscher: Hier strömen die beiden Medien in entgegengesetzte Richtungen. Diese Anordnung hält die Temperaturdifferenz zwischen den Medien über einen großen Teil der Übertragungsfläche nahezu konstant und ermöglicht so die höchstmögliche Wärmeübertragung und Annäherung der Austrittstemperaturen.

Kreuzstromwärmetauscher: Die Medien strömen senkrecht zueinander. Dies ist eine typische Anordnung bei luftgekühlten Apparaten oder Kfz-Kühlern. Die Effizienz liegt zwischen der von Parallel- und Gegenstromanordnungen, und das Design ist oft platzsparend.

Anwendung

Wärmetauscher können auch nach ihrer Anwendung klassifiziert werden. Einige gängige Arten von Wärmetauschern sind je nach Anwendung:

HVAC-Wärmetauscher: In Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik (HLK) sorgen Wärmetauscher für Raumheizung, Kühlung, Wärmerückgewinnung aus Abluft und Entfeuchtung. Platten- und Rippenrohrwärmetauscher sind hier aufgrund ihrer Kompaktheit und Effizienz weit verbreitet.

Kältewärmetauscher: Als Verflüssiger oder Verdampfer in Kälteanlagen und Wärmepumpen ermöglichen sie den Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittelkreislauf und einem Sekundärmedium (Luft oder Wasser). Sie sind für präzise Temperaturen und oft für hohe Drücke ausgelegt.

Kesselwärmetauscher: Diese speziellen Wärmetauscher, wie Economizer oder Luftvorwärmer, nutzen die Abgaswärme eines Kessels zur Vorwärmung von Speisewasser oder Verbrennungsluft. Sie steigern so den Gesamtwirkungsgrad des Kessels und reduzieren den Brennstoffverbrauch und Emissionen.

Prozesswärmetauscher: In der chemischen, petrochemischen oder lebensmittelverarbeitenden Industrie werden sie für spezifische Prozesse wie Erhitzen, Kühlen, Verdampfen oder Kondensieren eingesetzt. Robustheit, Korrosionsbeständigkeit und die Handhabung schwieriger Medien sind hier entscheidend.

Wärmeübertragungsmechanismus

Wärmetauscher können auch anhand des Wärmeübertragungsmechanismus zwischen den ausgetauschten Flüssigkeiten klassifiziert werden. Die gängigsten Arten von Wärmeübertragungsmechanismen sind:

Konduktionswärmetauscher: Die Wärme wird primär durch Leitung durch eine feste Trennwand übertragen. Fast alle gängigen Wärmetauscher (Rohrbündel-, Platten-, Rippenrohrtypen) arbeiten nach diesem Prinzip. Das Design zielt darauf ab, eine große, dünnwandige Fläche für einen geringen thermischen Widerstand zu schaffen.

Konvektionswärmetauscher: Hier wird Wärme durch die erzwungene Strömung eines Fluids übertragen, wobei die Konvektion den dominierenden Widerstand bildet. Die Gestaltung zielt darauf ab, die Strömung zu turbulieren (z.B. durch Rippen, gewellte Platten), um die Grenzschicht zu stören und den Wärmeübergangskoeffizienten zu erhöhen.

Strahlungswärmetauscher: Bei sehr hohen Temperaturen (wie in Ofenanlagen) wird ein signifikanter Teil der Wärme durch thermische Strahlung übertragen. Die Oberflächenbeschaffenheit und -anordnung (z.B. Reflektoren, Strahlungsschirme) werden optimiert, um diese Strahlung effektiv zu absorbieren oder zu reflektieren.