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Wärmetauscher

COPYRIGHT TEXT & BILDER: Michael Bockhorst

Vorrichtung zum Austausch von Wärmeenergie zwischen zwei Medien. Der Wärmetauscher muss dazu den Wärmetransport zwischen diesen beiden Medien bewerkstelligen.

Optimierungskriterien für Wärmetauscher

Um eine möglichst effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten, müssen Wärmetauscher folgenden Bedingungen genügen:

  • Möglichst hohe Leitfähigkeit des Wärmetauscher-Materials.
  • Möglichst große Fläche des die Wärme übertragenden Bereiches.
  • Möglichst dünne Wand zwischen den beiden Medien, deren Wärme übertragen werden muss.

Zur Effizienz im ganzheitlichen Sinne sind weitere Kriterien von Bedeutung:

  • Langlebigkeit des Wärmetauschers, also Beständigkeit gegen mechanische Belastungen, Wärmeschäden, Korrosion, ggf. UV-Licht, usw.
  • Umweltverträglichkeit der verwendeten Materialien während Herstellung, Betrieb und Entsorgung.
  • Prinzipielle und technische Verfügbarkeit der Materialien
  • Kostengünstige Materialien und Bearbeitungstechnologien

Sind alle Punkte hinreichend erfüllt, ist die Gesamteffizienz eines Wärmetauschers im Sinne eines Life Cycle Assessments auch hoch: Er ist wirtschaftlich.

Anwendungen von Wärmetauschern

Wärmetauscher erfüllen typischerweise folgende Aufgabenbereiche:

  • Abführ von Wärme, um eine Temperaturdifferenz für Wärme-Kraft-Maschinen aufrecht zu erhalten.
  • Abführ überschüssiger Wärme, um ein Komponenten oder Systeme vor der Zerstörung zu bewahren.
  • Übertragung der Wärme von einem Medium auf ein anderes, welches sich z.B. effizienter verteilen lässt.
  • Trennung zwischen zwei Wärme-Transportmedien zur Erhöhung der Sicherheit.

Wärmetauscher sind in vielen wohlbekannten Einrichtungen eingebaut, verschiedene Beispiele sind in der folgenden Box aufgeführt:

  • Der Kühler eines Autos besteht aus einem langen mehrfach gebogenen Rohr, welches von dem Kühlwasser durchströmt wird. Dieses Rohr wird mit einem Luftstrom gekühlt, während der Fahrt durch den Fahrtwind, falls dieser nicht ausreicht, zusätzlich durch einem Ventilator. Die Oberfläche des Rohres wird mit vielen Metall-Lamellen vergrößert, um die Wärmeabgabe an die Luft möglichst effizient zu gestalten.
  • Kühlkörper auf Elektronikbauteilen, zum Beispiel einem Computer-Prozessor, verhindern, dass die Temperatur im Elektronikbauteil über einen Wert steigt, der zur Zerstörung dieses Bauteils führt.
  • In einer Gasetagenheizung wird Erdgas verbrannt, die heißen Abgase strömen entlang einer Rohrschlange, die von dem kühlen Heizungswasser durchlaufen wird. Hier gibt das heiße Verbrennungsgas seine Energie an das Wasser ab.
  • In Kernkraftwerken mit Druckwasserreaktoren werden Wärmetauscher zur Verbesserung der Sicherheit eingesetzt. Sie trennen den Primärkreislauf, der den radioaktiven Reaktorkern durchläuft, vom Sekundärkreislauf. Der Sekundärkreislauf wird zur Dampferzeugung und zum Antrieb der Turbine genutzt. Das Wasser des Sekundärkreislaufs wird nur geringfügig aktiviert und die bei einem Leck auftretende Strahlung ist vernachlässigbar. Der Primärkreislauf befindet sich vollständig im Containment, ein Leck in diesem Kreislauf würde durch das Containment zuverlässig abgeschottet.

2010-02-09: Beispiel abgesetzt, Optimierung von Wärmetauschern 1999-06-12: INIT


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