Rohrbündelwärmetauscher: Aufbau, Funktionsweise und Einsatz

Ein Rohrbündelwärmetauscher überträgt Wärme zwischen zwei Medien, die nur durch die Wand eines Rohrbündels voneinander getrennt sind. Die Bauform ist in Anlagenbau und Industrie verbreitet, wo Öle oder Dampf im Spiel sind.

Wie ist ein Rohrbündelwärmetauscher aufgebaut?

Der Apparat besteht aus einem zylindrischen Mantel, in dem das Rohrbündel sitzt. Das eine Medium strömt durch die Rohre (Rohrseite), das andere umströmt sie im Mantelraum (Mantelseite). Beide Räume sind über Rohrplatten dicht voneinander getrennt; die Wärme geht ausschließlich durch die Rohrwand.

Große klassische Apparate führen die Rohre gestreckt von Rohrplatte zu Rohrplatte. Unsere Apparate nutzen durchgehend eine Rohrwendel: dünnwandige Edelstahlrohre, schraubenförmig um einen Kern gewickelt. Das bringt viel Übertragungsfläche in einen schlanken Mantel, und die Wendel nimmt unterschiedliche Wärmedehnung von Rohr und Mantel auf, statt sie als Spannung in die Schweißnähte zu leiten. Das warme Medium strömt durch die Wendel, das kalte durch den Mantel.

Die Übertragungsfläche ergibt sich aus Rohranzahl, Rohrdurchmesser und Rohrlänge. Größere Leistungen erreicht man über größere Baugrößen - oder über mehrere Geräte parallel, wenn Druckverlust oder Bauraum das einzelne Gerät begrenzen.

Wie funktioniert die Wärmeübertragung?

Auf beiden Seiten bildet sich an der Rohrwand eine Grenzschicht. Bei Flüssigkeiten hängt ihr Wärmeübergang von Massenstrom und Stoffwerten ab - Dichte, Wärmekapazität, Wärmeleitfähigkeit und Viskosität; bei kondensierendem Dampf bestimmt ihn der Kondensatfilm, gerechnet aus Eintrittstemperatur und Temperaturdifferenz. Rohrseite und Mantelseite liegen mit dem Wärmeleitwiderstand der Rohrwand in Reihe; zusammen ergeben sie den Wärmedurchgang. Die treibende Kraft ist die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz zwischen beiden Medien.

Zähe Medien wie Öle bilden dicke Grenzschichten und übertragen schlechter - genau deshalb ist die Auslegung bei Ölkühlern anspruchsvoller als bei Wasser und der Grund, warum ein Katalog gemessener Baugrößen einer reinen Formelrechnung überlegen ist.

Wann ist die Bauform die richtige Wahl?

Rohrbündelwärmetauscher spielen ihre Stärken aus, wenn mindestens einer dieser Punkte zutrifft: Öle oder andere hochviskose Medien oder kondensierender Dampf. In den verschweißten Baureihen liegt zwischen den beiden Medien keine Dichtung, die altern oder getauscht werden müsste.

Für reine Wasser-Wasser-Aufgaben mit begrenztem Bauraum ist dagegen oft ein Plattenwärmetauscher die kompaktere Lösung - der Bauformvergleich ordnet beide ein.

Wie kommt man vom Betriebspunkt zum passenden Gerät?

Am Anfang stehen die Prozessdaten: Medien, Temperaturen, Massenströme oder Leistung. Daraus folgt die Energiebilanz, dann die Auswahl der Baugröße aus dem Katalog - Schritt für Schritt erklärt im Leitfaden Rohrbündelwärmetauscher auslegen. In unserem Konfigurator rechnet die Energiebilanz beim Tippen mit; die Auslegung rechnet unser Server gegen den Baugrößen-Katalog, und unser Team prüft sie oder legt selbst aus, wo das Rechenmodell endet.