Plattenwärmeaustauscher bestehen hauptsächlich aus Wärmeaustauscherplatte, Wärmeaustauscherrahmen und Wärmeaustauscher-Dichtung. Daher bestimmen Leistung und Qualität der PHE-Dichtung unmittelbar, ob der Plattenwärmeaustauscher sicher, effizient und über einen langen Zeitraum betrieben werden kann.
Wärmeaustauscherplatte: Stellt die feste Oberfläche und die strukturelle Festigkeit für den Wärmeaustausch bereit.
Wärmeaustauscherrahmen: Stellt die Klemmkraft bereit und bindet damit alle Platten und Dichtungen fest zusammen.
Wärmeaustauscher-Dichtung: Übernimmt sowohl die Abdichtung als auch die präzise Steuerung der Strömungsrichtung des Fluids.
Zu den Kernfunktionen der Plattenwärmeaustauscher-Dichtung gehören folgende:
Die Dichtung des Wärmetauschers ist typischerweise mit einer speziellen Querschnittsform ausgeführt und wird innerhalb der Dichtungsnuten der PHE-Platte einer genau kontrollierten Kompression unterzogen. Dadurch wird die für die Abdichtung erforderliche Kontaktspannung sichergestellt, während gleichzeitig die Elastizität erhalten bleibt, um Druckschwankungen im Betrieb standzuhalten.
Jede Platte ist von Gummidichtungen umgeben. Wenn alle Platten durch die vordere und hintere Klemmplatte zusammengedrückt werden, werden die PHE-Dichtungen komprimiert und bilden einen elastischen Dichtungsring, der ein Austreten des Mediums aus dem Wärmeaustauscher (z. B. heißes Wasser mit hoher Temperatur, korrosive chemische Lösungen, Dampf usw.) in die Umgebung verhindert. Ein externes Leck führt nicht nur zu Energie- und Medienverlusten, sondern kann auch Verbrennungen, Kontaminationen oder sogar Sicherheitsunfälle verursachen.
Gummidichtungen erfüllen zudem eine Dichtfunktion rund um die vier Ecklöcher jeder Platte. In einem Plattenwärmetauscher die kalten und heißen Medien treten durch verschiedene Ecklöcher ein und austreten. Wenn die Dichtungen an den Ecklöchern versagen, kann das Medium der Hochdruckseite in die Niederdruckseite eindringen und so eine Vermischung beider Medien verursachen. Beispielsweise kann in einer Heizungsanlage eine unkontrollierte Erhöhung der Heizwassertemperatur für die Endverbraucher auftreten, wenn Hochtemperaturwasser aus dem Primärnetz mit dem Sekundärnetz vermischt wird; in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie kann eine solche Kreuzkontamination direkt zur Entsorgung einer gesamten Produktcharge führen.
Die Anordnung der Gummipads erfolgt nicht willkürlich, sondern folgt einer spezifischen Logik, um den Strömungsweg der heißen und kalten Medien auf beiden Seiten der Platten zu steuern. Man kann sich vorstellen, dass ohne die Gummipads die PHE-Platten lediglich einen Stapel aus Metallblechen darstellen, während sie mit sorgfältig konzipierten Gummipads zu effizienten und geordneten Wärmeaustauschern werden.
Die Dichtungen des Wärmeaustauschers an benachbarten Platten berühren sich, wodurch der Raum zwischen den Platten in abwechselnd kalte und heiße Strömungskanäle unterteilt wird. Das Medium wird durch die Ecklöcher eingeführt, strömt entlang der gewellten Richtung der Plattentfläche und tritt dann durch die gegenüberliegenden Ecklöcher wieder aus.
Durch Änderung der offenen oder geschlossenen Gestaltung der Gummidichtungen um die Ecklöcher herum können ein-, zwei- und sogar mehrfach durchströmte Anordnungen realisiert werden. Beispielsweise bewirkt eine zweifach durchströmte Ausführung, dass das Medium einmal innerhalb der Gruppe von Wärmeaustauscherplatten zirkuliert, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit erhöht, die Turbulenz verstärkt und der Wärmeübergangskoeffizient um mehr als 30 % verbessert wird.
Die strömungsführende Zone auf der Gummi-PHE-Dichtung verteilt das einströmende Medium gleichmäßig über die gesamte Plattenoberfläche und verhindert so Strömungs-„Tote Zonen“ oder Strömungsabweichungen. Ohne eine geeignete Strömungsführung durch die Gummidichtung nimmt die Flüssigkeit einfach den „kürzesten Weg“ vom Einlass zum Auslass, wodurch der größte Teil der Wärmeaustauschfläche ungenutzt bleibt und der Wärmeaustauschwirkungsgrad stark auf weniger als 20 % des Auslegungswerts absinkt.
Die Elastizität der Gummidichtung für Wärmeaustauscher dient nicht nur der Abdichtung, sondern bietet auch einen wichtigen mechanischen Schutz.
Während Montage und Verschraubung führt das Fehlen des gummierten Puffers dazu, dass sich die Wellungsspitzen benachbarter Platten direkt berühren und lokal zu Vertiefungen, Verformungen oder sogar Rissen führen. Die Gummi-PHE-Dichtung fungiert als „flexibles Polster“ und sorgt dafür, dass die Verschraubungskraft gleichmäßig auf die Plattenränder und Eckbereiche verteilt wird.
Während des Betriebs erfahren Wärmeaustauscher aufgrund von Temperaturschwankungen und Druckpulsationen geringfügige Vibrationen. Ohne die Isolation durch Gummidichtungen reiben sich die Platten aneinander, wodurch die oberflächliche Korrosionsschutzschicht allmählich beschädigt wird und es zu Lochkorrosion oder Spannungskorrosion kommt. Die elastomere Struktur der Gummidichtung kann diese Mikrovibrationen absorbieren.
Wenn die Materialien der Plattenwärmeaustauscher (PHE) voneinander abweichen oder wenn sie sich von den Materialien der Klemmbolzen unterscheiden, können in einer feuchten elektrolytischen Umgebung galvanische Zellen entstehen. Als nichtmetallischer Trenner kann die PHE-Dichtung den elektrischen Strompfad unterbrechen und die elektrochemische Korrosion verlangsamen.
Während des Anfahrens, Abschaltens und der Lastregelung kann die Temperaturänderung der Metallplatten in einem Plattenwärmeaustauscher von Raumtemperatur bis auf 150 °C oder sogar noch höher reichen. Obwohl der Wärmeausdehnungskoeffizient von Metallen nicht groß ist, kann sich bei großen Wärmeaustauschern durch den kumulativen Effekt eine Längenänderung der gesamten Plattenanordnung um mehrere Millimeter ergeben.
Die Gummidichtung weist hervorragende Kompressionsrückstellfähigkeit und geringe bleibende Verformung auf. Wenn sich die Platten thermisch ausdehnen, wird die Gummidichtung stärker komprimiert; beim Abkühlen und Zusammenziehen federt die Gummidichtung zurück, um die entstandenen Spalte zu füllen. Diese „dynamische Folgeleistung“ ist eine Eigenschaft, die starre Dichtungen nicht aufweisen können.
Hochwertige Wärmeaustauscher-Dichtungen sind so formuliert, dass sie einer Spannungsrelaxation bei hohen Temperaturen und Drücken widerstehen und dadurch mehrere Jahre lang eine stabile Dichtkraft gewährleisten. Einige Hochleistungs-Dichtungen verfügen sogar über eine selbstverdichtende Struktur.
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