Gleichstromwärmeübertrager Gegenstromwärmeübertrager
Wärmeübertrager zur Kühlung von Flüssigkeiten bestehen im einfachsten Fall aus einem Innenrohr mit Fluid a und einem dieses umhüllenden Außenrohr mit Fluid b. Sie können im Gleichstrom und im Gegenstrom betrieben werden.
In solchen Wärmeübertragern ist die Temperaturdifferenz zwischen den beteiligten Fluiden nur konstant, wenn beide einen Phasenwechsel durchlaufen (latente Wärme). Das ist z. B. im Verdampfer/Verflüssiger von Kaskadenkälteanlagen der Fall: Das Kältemittel der unteren Temperaturstufe verflüssigt (tc = const.) und gibt seine Wärme an das verdampfende Kältemittel (t0 = const.) der oberen Temperaturstufe ab. In den meisten Fällen ändert sich aber die Temperatur von mindestens einem der beiden Fluide:
In diesen Fällen muss mit der mittleren logarithmischen Temperaturdifferenz ΔTm gerechnet werden:
Mit einem Doppelrohr-Wärmeübertrager wird Wasser von 28 °C auf 10 °C gekühlt. Im Innenrohr fießt Eiswasser, das sich von 0,5 °C auf 6 °C erwärmt. Berechnen Sie die mittlere logarithmische Temperaturdifferenz
a) im Gleichstrombetrieb,
b) im Gegenstrombetrieb.
c) Bewerten Sie den Unterschied.
Lösung:
Zur Berechnung der beiden Temperaturdifferenzen ΔTmax und ΔTmin empfehlt es sich, eine Skizze für Gleich- und Gegenstrombetrieb anzufertigen:
Die Rechnung zeigt, dass Gegenstrombetrieb die größere mittlere logarithmische Temperaturdifferenz ergibt. Da der übertragene Wärmestrom proportional zur Temperaturdifferenz ist, hat also ein Wärmeübertrager im Gegenstrombetrieb mehr Wärmeübertragungsleistung als im Gleichstrombetrieb.
Herleitung der Gleichung
