Das Prinzip der Verdunstungskühlung

Verdunstungskühlung ist der Prozess der Abkühlung durch Verdampfen von Wasser, um Wärme abzuführen. Wasser verdunstet, wenn es seine latente Verdunstungswärme aufnimmt. Wasser nimmt Wärme auf, bis es seine latente Verdampfungswärme erhält, das heiße Medium verliert aber auch die gleiche Wärmemenge.

Das Verdunstungskühlsystem macht sich dies aktiv zunutze. Auch das Prinzip der Verdunstungskühlung kommt an überraschend bekannter Stelle zum Einsatz.

Einige Hochleistungsautomobile sind beispielsweise mit Wassereinspritzsystemen zur Verdunstungskühlung ausgestattet, um die Kühlleistung luftgekühlter Ladeluftkühler in Kombination mit Turboladern zu verbessern.

An heißen Sommertagen ist das Versprühen von Wasser im Freien auch eine Form der Verdunstungskühlung, bei der Verdunstungswärme genutzt wird, um die Temperatur von Straßenoberflächen und anderen Oberflächen zu senken.

Vakuum-Verdunstungskühlung

Wasser kann sogar bei Raumtemperatur unter Atmosphärendruck verdunsten. In diesem Fall verdampft die Wassermasse nur und kocht nicht. Wenn beispielsweise Wasser bei 40 °C [104 °F] kocht und verdampft, führt dies zur Übertragung großer Wärmemengen, die der latenten Verdampfungswärme entsprechen.

Bei atmosphärischem Druck siedet Wasser bei 100 °C [212 °F]. Wenn der Druck dann unter den atmosphärischen Druck gesenkt wird, sinkt auch der Siedepunkt unter 100 °C [212 °F]. Dies liegt daran, dass die Sättigungstemperatur unter 100 °C [212 °F] liegt. Die Einzelheiten werden in Vakuum-Dampfheizsysteme erläutert.

Bei der Vakuum-Dampfheizung wird Sattdampf bei 100 °C [212 °F] oder niedriger als Heizquelle verwendet, während bei der Vakuum-Dampfkühlung das Siedephänomen genutzt wird, das bei 100 °C [212 °F] oder niedriger auftritt.

Vakuum-Verdunstungskühlung in Produktionsanlagen

Technisch gesehen liegt der Sättigungsdruck von Dampf im Temperaturbereich der Vakuum-Verdunstungskühlung unter Vakuumbedingungen im Bereich von mehreren kPa, und es ist nicht so schwierig, den Druck auf dieses Niveau zu senken. Das Problem besteht darin, dass bei der Verdunstungskühlung umso mehr Dampf auf der Wärmeübertragungsfläche erzeugt wird, je stärker abgekühlt wird, was irgendwie gehandhabt werden muss.

In diesem Druckbereich ist das Dampfvolumen tausend- bis mehrere hundertmal größer als das Wasservolumen, sodass der Druck schnell ansteigt, wenn der erzeugte Dampf nicht abgeführt wird. Steigt der Druck, ist eine Verdunstungskühlung bei der gewünschten Temperatur nicht mehr möglich.

Aus diesem Grund kommt im Verdunstungskühlsystem eine leistungsstarke Vakuumpumpe zum Einsatz, die nicht nur durch Luftansaugung ein Vakuum erzeugen, sondern auch den bei der Verdunstungskühlung entstehenden Dampf abführen kann.

Vakuum-Verdunstungskühlungsanwendungen

Wie oben beschrieben, fördert die Verdunstungskühlung die Verdampfung von Wasser im Vakuumdruckbereich und erreicht auf der Kühlseite eine mit der Dampfheizung vergleichbare Wärmeübertragungsleistung. In der Industrie wird Verdunstungskühlung für folgende Zwecke eingesetzt.

01. Schnelle und gleichmäßige Abkühlung, um die Bildung von Verunreinigungen zu reduzieren
02. Steigerung der Produktionsausbeute durch Hochleistungskühlung, die exotherme Reaktionen unterdrückt.
03. Verkürzung der Prozesschargenzeiten durch schnellere Abkühlung

Darüber hinaus ist durch die Kombination der Verdunstungskühlungstechnologie mit der Vakuumdampfheizung ein schneller Wechsel zwischen Heizen und Kühlen möglich und eine hochpräzise Temperaturregelung möglich. Aufgrund ihrer hohen Reproduzierbarkeit und Kontrolle werden Vakuum-Verdunstungskühlsysteme häufig in den folgenden Situationen eingesetzt.

01. Wenn eine schnelle Temperaturregulierung von entscheidender Bedeutung ist, z. B. beim Eintropfen von Rohstoffen, bei exothermen oder endothermen Reaktionen, bei der Wärmeübertragung in Rührbehältern usw.
02. Wenn viele Betriebsmittel verwendet werden und es wünschenswert ist, die Temperaturschwankungen zwischen Produktionschargen zu eliminieren.
03. Wenn für die Pilotierung neuer Produkte oder für die tatsächliche Produktion eine schnelle Bestimmung der Prozessbedingungen erforderlich ist
04. Beim Testen mehrerer Produktionsbedingungen für die Entwicklung neuer Produkte

Wir hoffen, dass Ihnen diese Serie über Dampfregelung sowie Vakuumerwärmung und -kühlung gefallen hat. Eine wirksame Dampfsteuerung kann eine höhere Produktivität und kürzere Chargenzeiten ermöglichen und gleichzeitig den Energieaufwand und den Platzbedarf der Ausrüstung verringern.