In diesem Beitrag soll ein sogenannter Wärmetauscher, auch als Wärmeübertrager oder Wärmeaustauscher bezeichnet, aus dem verfahrenstechnischen Bereich der Thermodynamik bzw. Wärmeübertragung vorgestellt werden, mit dessen Hilfe die thermische Energie (Wärme) von einem Stoffstrom auf ein anderes Medium bzw. auf eine andere Substanz übertragen werden kann.

Die beiden an diesem Prozess der Wärmeübertragung beteiligten zwei (Heiz-)Medien können dabei durchaus in unterschiedlichen Aggregatzuständen (gasförmig / flüssig / fest) vorliegen. So kann das wärmespendende Medium den Wärmetauscher im gasförmigen Zustand durchströmen, während der wärmeempfangende Stoff ein flüssiges Fluid ist. Der Wärmeübertrag findet stets vom wärmeren auf das kältere Medium statt. Die beiden Stoffströme stehen außer bei der direkten Wärmeübertragung in keinem unmittelbaren Kontakt zueinander und werden somit auch nicht vermischt, sondern sind räumlich durch eine wärmedurchlässige Wand getrennt, deren Material aus Effizienzgründen (Wirkungsgrad des Apparats) eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine große Oberfläche aufweisen sollte.

Für einen guten Wärmeübergang ist des Weiteren eine hohe Strömungsgeschwindigkeit sowie eine geringe Viskosität beider Medien von Vorteil, was allerdings mit einem entsprechend großen Energieaufwand verbunden ist. Die sogenannte Reynolds-Zahl Re, die dimensionslose Kennzahl in der Strömungsmechanik bezüglich des Verhältnisses von charakteristischen Trägheits- zu Zähigkeitskräften von strömenden flüssigen und gasförmigen Fluiden, sollte für einen hohen Energieübertrag von Stoff A auf Stoff B möglichst groß sein bzw. eine sogenannte turbulente Strömung ausweisen. Für den Quotient des Produktes aus mittlerer Fließgeschwindigkeit x Innendurchmesser und der Viskosität des betroffenen Fluids wird für Rohrströmungen in der Literatur häufig ein Wert von Re ≈ 2.300 zitiert, der die kritische Reynolds-Zahl als ungefähren Übergang von einer laminaren (< Re_krit) zu einer turbulenten Strömung (> Re_krit) angibt.

Apparate zum Wärmeaustausch respektive zur Wärmerückgewinnung lassen sich sowohl hinsichtlich des Prinzips der Wärmeübertragung als auch bezüglich des strömungs­technischen Verfahrens einteilen: bei ersterem Unterscheidungsmerkmal kommen die direkte (zum Beispiel der Nasskühlturm), die indirekte (= sogenannte Rekuperatoren, zum Beispiel der Heizkörper) und die halb­indirekte Wärmeübertragung (= sogenannte Regeneratoren, zum Beispiel das Wärmerad) zur Anwendung. Im Hinblick auf die geometrische Führung der beiden Stoffströme zueinander lässt sich in die Möglichkeiten des Gegenstrom-, des Gleichstrom-, des Kreuzstrom-, des Wirbelstrom- und des Kreuzgegenstromverfahrens differenzieren.

Wärmetauscher werden in der thermodynamischen Kraftwerks- und Verfahrenstechnik sowie im industriellen Maschinen- und Anlagenbau für die unterschiedlichsten Aufgaben und Anforderungen eingesetzt, so zum Beispiel in Fernwärmeübergabestationen, Blockheiz- und konventionellen Kraftwerken, ferner als Kondensatoren, Verdampfer, Überhitzer, Kühler oder – wie auch im letzten Artikel „Durchlauferhitzer in der Kraftwerkstechnik“ beschrieben – als Vor­wärm­­aggregate.