Kissenplatten-Wärmeaustauscher: Technologie, Auslegung, Leistungsgrenzen
Kissenplatten-Wärmeübertrager (Pillow Plates) sind aus zwei verschweißten Blechen aufgebaute Druckelemente. Charakteristisch ist das Punktschweißmuster im Inneren – es definiert Strömungsquerschnitte, Druckfestigkeit und Wärmeübergangsverhalten. Wir legen dieses Muster seit 1958 in eigenen Berechnungsmodellen fest und entwickeln es auf Basis von Prozessdaten und Projektrückkopplungen kontinuierlich weiter.
Das Punktmuster – Kernparameter der Auslegung
Das Schweißpunktmuster ist kein konstruktives Detail, sondern der entscheidende Auslegungsparameter. Es beeinflusst gleichzeitig:
- Druckfestigkeit (Berstdruck PB, berechnet nach AD 2000 S5 / ASME-Code)
- Strömungsverteilung und Totraumminimierung
- Wärmeübergangskoeffizienten auf der Innenseite der Platte
- Mechanische Stabilität durch Kaltverfestigung beim Aufdrückvorgang
Unsere Ingenieure definieren Punktmuster und Aufdrückhöhe als integriertes Ergebnis aller relevanten Prozessparameter – nicht sequenziell, sondern als Gesamtoptimum.
Strömungstechnischer Vorteil gegenüber Rohrbündeln
Durch die dreidimensionale Kissengeometrie entstehen bereits bei niedrigen Reynolds-Zahlen turbulente Strömungen. Das erzeugt vergleichsweise hohe innere Wärmeübergangskoeffizienten – früher und bei niedrigeren Druckverlusten als in Rohrsystemen.
Die Konsequenz für die Auslegung:
- Gleiche Wärmeleistung mit geringerer Wärmeaustauschfläche
- Geringerer Stahlbedarf gegenüber Rohrbündelkonstruktionen
- Niedrigerer Druckverlust bei gleicher thermischer Leistung
Wir denken in Systemen: von der thermodynamischen Simulation über die Strömungsoptimierung bis zur werkstoffgerechten Konstruktion.
Druckfestigkeit – Nachweis durch Berstdruckversuch
Die Druckfestigkeit jeder Kissenplatte wird durch Berstdruckversuche an repräsentativen Mustern nachgewiesen – im Beisein eines Sachverständigen der zuständigen Prüforganisation. Die maximal zulässigen Drücke werden nach AD 2000 Merkblatt S5 oder dem ASME-Code berechnet.
Berstdrücke >450 bar sind realisierbar. Maximal zulässige Betriebsdrücke PS >70 bar und Betriebstemperaturen TS >400 °C werden durch unser Auslegungsverfahren abgedeckt.
Fluidgruppen – Anwendungsbreite
| Fluidgruppe | Beispiele |
| Einphasige Flüssigkeiten | Wasser, Thermoöle, hochviskose Kälteträger |
| Überhitzte Gase | Prozessgase, Luft |
| Verdampfende Medien | Natürliche Kältemittel, Freone |
| Kondensierende Medien | Wasserdampf, Prozessdämpfe |
Validiert durch jahrzehntelange Projekterfahrung in Chemie, Pharmazie, Energietechnik und Lebensmitteltechnik.
