Zur Verwendung von Hochdurchfluss-Rohr-Wärmeaustauschern

Bitte, ihr Experten, helft mir – ich warte darauf

“Der Begriff „Hochdurchsatz-Rohr-Wärmeaustauscher“ ist nicht präzise. Im Allgemeinen gilt: Je höher die Verarbeitungsmenge, desto größer ist auch der Durchsatz – und es gibt dabei keine festen Grenzen. Daher hat diese Frage keine Bedeutung.

Hocheffiziente Wärmeaustauscher mit Hochdurchflussrohren werden zur Steigerung der Wärmeübertragung durch Verdampfung eingesetzt. Seine Hauptmerkmal ist die Erzeugung einer porösen Metallschicht auf der Außen- oder Innenoberfläche des metallischen Lichtrohrs. Dadurch wird eine effiziente Wärmeübertragung bei geringen Temperaturunterschieden ermöglicht. Dies fördert die schrittweise Nutzung von Energie, erhöht die Energieeffizienz und verringert den Ausstoß von Abwärme. Es kann in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt werden, darunter Ölindustrie, Chemieindustrie, Metallverarbeitung, Energieerzeugung, Wärmerückgewinnung, Meerwasseraufbereitung, Geothermie sowie Kraftwerke, die auf dem Temperaturunterschied von Meerwasser basieren. 1. Eigenschaften des Hochdurchsatz-Rohr-Wärmeaustauschers 1) Der Wärmeübergangskoeffizient des Hochdurchsatz-Rohr-Wärmeaustauschers ist hoch. Da das Sieden stets im Kernsiedezustand bleibt, beträgt der Wärmeübergabekoeffizient beim Sieden 3 bis 8 Mal so hoch wie bei Rohrleitungen. Dadurch erhöht sich der Gesamtwärmeübergabekoeffizient der Siedeanlagen erheblich. 2) Der Wärmeübergang bei Hochdurchfluss-Rohr-Wärmetauschern ist gering. Da die Flüssigkeit in Form einer dünnen Schicht Wärme überträgt und verdampft, beträgt der Temperaturunterschied bei derselben Wärmelast nur 1/4 bis 1/7 des Wertes bei gewöhnlichen Oberflächen. Das Sieden setzt bereits bei einem Temperaturunterschied von 0,6–1,0 °C ein. Und es kann in der Biotechnologie und Pharmatechnik auf Stoffe angewandt werden, die bei hohen Temperaturen nicht zum Sieden gebracht werden dürfen. 3) Der kritische Wärmelast der Hochdurchflussrohrwärmetauscher ist hoch. Die kritische Wärmelast von Rohren mit poröser Oberfläche ist 1,5–2,0-mal höher als die von glatten Rohren. 4) Die Hochdurchsatz-Rohr-Wärmeaustauscher weisen eine starke Verkalkungsresistenz auf. Da es sich um Rohre mit poröser Oberfläche handelt, beträgt die Menge des Fluids, das in der porösen Oberfläche zirkuliert, 10–15 Mal so viel wie in den normalen Rohren. Die starke Zirkulation des Flüssigkeitsstroms reinigt die Oberfläche der Wärmetauschrohre. Dadurch weisen sie bessere Eigenschaften gegen Verschmutzungen auf und verkrusten weniger leicht. 5) Der Wirkungspreisverhältnis von Hochdurchfluss-Rohr-Wärmeaustauschern ist hoch. Durch die verbesserte Wärmeübertragungseffizienz wird das Volumen der Anlage verringert. Dadurch sinken nicht nur die Anschaffungskosten der Anlage, sondern auch die damit verbundenen Baukosten – was eine gute Kosten-Leistungs-Relation ergibt. Aus den strukturellen Eigenschaften des Hochdurchsatz-Wärmeaustauschers sowie den Prinzipien zur Steigerung der Wärmetransferleistung lässt sich ableiten, für welche Anwendungsgebiete er geeignet ist. 6) Steigerung des Siedens: Die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung durch Sieden hängt eng mit der Geschwindigkeit zusammen, mit der an der Wärmeübertragungsfläche Blasen entstehen. An der Oberfläche herkömmlicher Rohre zur Wärmeübertragung entstehen die Verdampfungskerne für die Blasen in den vorhandenen Oberflächenfehlern. High-Throughput-Rohre weisen eine poröse Metallschicht auf, die die Oberfläche der herkömmlichen Wärmeaustauschrohre bedeckt. Diese Schicht enthält zahlreiche Mikroporen sowie miteinander verbundene Kanäle. Dadurch entstehen viele künstliche Verdampfungskerne, wodurch die Geschwindigkeit der Blasenbildung erheblich erhöht wird. Die miteinander verbundenen porösen Schichten beschleunigen durch die Siphonwirkung die Vermischung der Flüssigkeit in den Bereichen, in denen Blasen wachsen und entweichen, was wiederum eine globale konvektive Wärmeübertragung bewirkt. Gleichzeitig erhöht die poröse Oberflächenschicht die Wärmeübertragungsfläche, was ein weiterer wichtiger Grund dafür ist, dass Hochdurchflussrohre die Verdampfungswärmeübertragung verbessern können. Im Prozess der Wärmeübertragung durch Kochen ist die Überhitzung der Flüssigkeit eine der notwendigen Voraussetzungen für den Phasenwechsel. Die Oberflächenrauheit der Wärmetauscherrohre aus gewöhnlichen Glasrohren ist relativ gering, und auch der Krümmungsradius der Blasen ist klein. Daher sind hohe Übertemperaturwerte erforderlich, damit Blasen entstehen können. Hochdurchflussrohre können die für das Sieden erforderliche Übertemperatur verringern. Dadurch kann bereits bei einer sehr geringen Übertemperatur an der Rohrwand eine starke kernartige Verdampfung stattfinden. Die für das Sieden benötigte Übertemperatur beträgt dabei nur 1/7 bis 1/8 derjenigen, die bei herkömmlichen Rohren erforderlich ist. Der Einsatz von Hochdurchflussrohr-Exchangers anstelle von herkömmlichen Exchangern ist nicht nur technisch machbar, sondern führt auch zu einer deutlich besseren Wärmeübertragung. Bei einer Wärmequelle in Form eines Kondensationsmittels ist der Gesamtwärmeübergangskoeffizient von Hochdurchflussrohr-Wärmeaustauschern mit denselben Spezifikationen 2 bis 5 Mal höher als der von herkömmlichen Rohr-Wärmeaustauschern. 7) Verstärkte Kondensation: Durch den Gregorig-Effekt entsteht an den Zähnen, die auf der Oberfläche der Wärmeaustauschrohre angefertigt werden, eine dünne Kondensatsschicht. Die Vertiefungen an der Unterseite ermöglichen es außerdem, den Fluss dieser Flüssigkeitsschicht zu beschleunigen. Dadurch wird der Wärmewiderstand der Flüssigkeitsschicht verringert, was wiederum eine verstärkte Kondensation bewirkt. Die Längsrillen, die die Wärmeaustauschfläche vergrößern, sind ein weiterer wichtiger Grund dafür, dass poröse Hochdurchflussrohre die Kondensation verstärken können.