Parallelstromwärmeübertrager
Wärmeübertrager werden in zahlreichen technischen Anwendungen eingesetzt. Beispiele sind Kondensatoren, Rektifikationskolonnen, Wärmepumpen, Kühlsysteme für Antriebsmotoren, Klimaanlagen, Anlagen zur Energierückgewinnung sowie Heizsysteme mit Thermalfluiden. Ziel ist stets die Übertragung thermischer Energie von einem wärmeren Medium auf ein kälteres Medium. Eine stoffliche Vermischung der Medien findet dabei nicht statt.
Die treibende Kraft der Wärmeübertragung ist ein Temperaturunterschied. Die übertragene Wärmestromleistung Q˙ lässt sich allgemein beschreiben durch
dQ/dt = dm/dt · cp · ΔT
Q˙= m˙· cp · ΔT
m˙ ist der Massenstrom, cp ist die spezifische Wärmekapazität und ΔT ist die Temperaturänderung des Mediums. Diese Formel gilt Einphasen‑Strömung mit konstantem cp.
Beim Parallelstromwärmeübertrager strömen beide Medien in gleicher Richtung entlang der Wärmeübertragungsfläche. Die höchsten Temperaturdifferenzen treten im Eintrittsbereich auf. Entlang der Strömungsrichtung nähern sich die Temperaturen der beiden Medien rasch an. Die mittlere treibende Temperaturdifferenz wird immer kleiner.
Für die Auslegung wird häufig die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz verwendet. Voraussetzungen sind: keine chemische Reaktionen stattfindet und kein Phasenwechsel:
ΔTlm = (ΔT1−ΔT2) / ln (ΔT1 / ΔT2)
Der konträre Fall zum Parallelstromwämeübertrager ist der Gegenstromwärmeübertrager. Im Gegenstromwärmeübertrager resultieren aus der entgegengesetzten Strömungsführung höhere mittlere treibende Temperaturdifferenz ΔTlm. Dies führt bei gleicher Wärmeübertragungsfläche und gleichem Wärmeübergangskoeffizienten zu einem höheren thermischen Wirkungsgrad im Vergleich zum Parallelstromwärmeübertrager.
- ΔTlm ist die logarithmische mittlere Temperaturdifferenz
- Th,in ist die Eintrittstemperatur heißes Medium
- Th,out ist die Austrittstemperatur heißes Medium
- Tc,in ist die Eintrittstemperatur kaltes Medium
- Tc,out ist die Austrittstemperatur kaltes Medium
- Q˙ ist die Wärmestromleistung
- Index G steht für Gegenstrom
- Index P steht für Parallelstrom
- Index c steht für kalt
- Index h steht für warm
- U ist der gesamte Wärmeübergangskoeffizient
- A ist Wärmeübertragungsfläche