Was ist ein Verdampfer im Kühlsystem?

Der Verdampfer ist die Komponente eines Kühlsystems, in der der entscheidende Prozess der Wärmeaufnahme stattfindet. Strategisch innerhalb der Niederdruckseite positioniert, dient es als Brücke zwischen dem Expansionsgerät und dem Kompressor. Seine Aufgabe besteht darin, die Umwandlung des Kältemittels vom flüssigen in den gasförmigen Zustand zu erleichtern, indem es Wärme aus der zu kühlenden Umgebung aufnimmt.

Die Kernfunktion eines Verdampfers

Im Mittelpunkt des Verdampferbetriebs steht die Übertragung von Wärme aus dem zu kühlenden Raum oder Produkt in das Kältemittel. Wenn das flüssige Kältemittel das Expansionsventil verlässt, gelangt es in den Verdampfer und beginnt zu „verdampfen“, ein Begriff, der die Verdampfung des Kältemittels beschreibt. Dieser Phasenwechsel, der durch die Niederdruckumgebung des Verdampfers verursacht wird, ermöglicht es dem Kältemittel, Wärme effizient zu absorbieren, wodurch es bei einer Temperatur verdampft, die niedriger ist als die des Kühlraums.

Der Verdunstungsprozess entzieht dem Kältemittel nicht nur latente Wärme, sondern senkt auch seine Temperatur erheblich. Dadurch entsteht eine gekühlte Verdampferschlange, die dann als Kühlschnittstelle für das Kühlsystem fungiert. Die Wirksamkeit dieses Prozesses ist entscheidend für die Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur im Kühlraum und dafür, dass das System innerhalb der vorgesehenen Parameter arbeitet.

Verdampfertypen

Basierend auf den aufgeführten Verdampfertypen und der Art der Wärmeübertragung ist es offensichtlich, dass Design und Betrieb eines Verdampfers so ausgewählt werden, dass sie den spezifischen Anforderungen der Anwendung am besten entsprechen. Hier ein kurzer Überblick über die genannten Typen:

Je nach Bauart

Blankrohrschlangenverdampfer: Einfach im Design, werden sie in Anwendungen eingesetzt, bei denen das Risiko einer Verschmutzung gering ist. Sie bestehen aus Spulen aus blanken Rohren und weisen im Vergleich zu anderen Typen im Allgemeinen eine weniger effiziente Wärmeübertragung auf.

Plattenverdampfer: Besteht aus einer Reihe von Metallplatten, zwischen denen Kältemittel fließt. Dieser Typ ist für seine hohe Wärmeübertragungseffizienz bekannt und wird häufig in kompakten Systemen eingesetzt.

Shell-and-Coil-Verdampfer: Besteht aus einer großen Hülle mit einem spiralförmigen Rohr im Inneren, durch das das Kältemittel strömt. Die Sekundärflüssigkeit umgibt die Spule innerhalb der Hülle.

Rippenrohrverdampfer: Verfügt über Rohre, an deren Außenflächen Rippen angebracht sind, um die Kontaktfläche mit der Luft zu vergrößern und so die Wärmeübertragungseffizienz zu verbessern. Diese sind häufig in Klimaanlagen zu finden.

Rohrbündelverdampfer: Der am weitesten verbreitete Typ, insbesondere in industriellen Anwendungen, besteht aus einem Gehäuse mit mehreren Rohren, durch die das Kältemittel fließt, wie bereits erwähnt.

Rohr-in-Rohr-Verdampfer: Besteht aus einem Rohr in einem anderen, wobei das Kältemittel im Innenrohr und die Sekundärflüssigkeit im Raum zwischen Innen- und Außenrohr strömt.

Entsprechend der Art der Wärmeübertragung

Natürliche Konvektion: Verlässt sich auf die natürliche Zirkulation des Kältemittels aufgrund der Dichteunterschiede, die durch Temperaturänderungen entstehen. In diesem Modus sind keine externen Pumpen oder Ventilatoren erforderlich, um das Kältemittel zu bewegen.

Erzwungene Konvektion: Verwendet externe Mittel wie Pumpen oder Ventilatoren, um das Kältemittel umzuwälzen und die Wärmeübertragungsrate zu erhöhen. Diese Methode ist effizienter und wird typischerweise verwendet, wenn höhere Wärmeaustauschraten erforderlich sind.

Optimierung der Verdampferleistung in der Kältetechnik

Damit ein Verdampfer innerhalb eines Kühlsystems mit Höchstleistung arbeiten kann, müssen bestimmte ideale Bedingungen erfüllt sein:

1. Maximierte Oberfläche: Der Verdampfer sollte über eine möglichst große Oberfläche verfügen, die gleichmäßig gekühlt werden kann. Durch diese Maximierung wird sichergestellt, dass ausreichend Platz für die Wärmeabsorption vorhanden ist, wodurch die Effizienz des Phasenübergangs des Kältemittels von Flüssigkeit zu Dampf verbessert wird.
2. Verbesserte Luft-(Flüssigkeits-)Zirkulation: Eine effektive und schnelle Luft-(Flüssigkeits-)Zirkulation um den Verdampfer ist unerlässlich. Indem die Oberflächen des Verdampfers sauber und frostfrei gehalten werden, wird sichergestellt, dass das Gerät Wärme ohne isolierende Barrieren austauschen kann, die die Leistung beeinträchtigen könnten.
3. Optimaler Temperaturunterschied: Die Aufrechterhaltung eines Temperaturunterschieds von 8 °C bis 10 °C zwischen dem Kältemittel und der Luft um den Verdampfer ermöglicht eine effiziente Wärmeübertragung, ohne das System zu überlasten.
4. Erhöhter Saugdruck: Ein höherer Saugdruck im Verdampfer führt zu einer höheren Kapazität und einem höheren Wirkungsgrad der Kondensatoreinheit, sodass das System optimal arbeiten kann.
5. Kontrolliertes Feuchtigkeitsmanagement: Der Verdampfer sollte so ausgelegt sein, dass die Entnahme von Wasserdampf minimiert wird. Auf diese Weise hält das System eine höhere Luftfeuchtigkeit aufrecht, was für die Erhaltung des Aussehens, des Feuchtigkeitsgehalts und des Gewichts verderblicher Waren wie Lebensmittel von entscheidender Bedeutung ist.

Verdampfer im Kühlsystem

Kühlsysteme, die in verschiedene industrielle und gewerbliche Anwendungen integriert sind, hängen stark von der Effizienz der Verdampfer ab. Unter den vorherrschenden Typen sind zwei Haupttypen der Rohrbündelverdampfer und der Rohrbündelverdampfer – letzterer wird häufig in bestimmten luftgekühlten Kältemaschinen eingesetzt.

Rohrbündelverdampfer

Vorteile:

• Dank der großen Oberfläche der Rohre weisen sie eine bemerkenswerte Wärmeübertragungsfähigkeit auf.
• Robustheit ist ein Schlüsselmerkmal und ermöglicht es ihnen, erhebliche Druckunterschiede und raue Betriebsbedingungen zu bewältigen.
• Die Wartung, einschließlich Reinigung und Inspektion, wird durch die Konstruktion erleichtert, die oft über abnehmbare Rohrbündel verfügt.

Nachteile:

• Diese Verdampfer können sperrig sein und mehr Platz benötigen, was für kompakte Anlagen möglicherweise nicht ideal ist.
• Die Anfangsinvestition kann je nach Komplexität und Materialkosten des Entwurfs höher sein.
• Es besteht eine Anfälligkeit für Ablagerungen und Verschmutzungen, die eine routinemäßige Wartung erforderlich machen, um einen optimalen Betrieb zu gewährleisten.

Rohrbündelverdampfer

Vorteile:

• Aufgrund ihres kompakten Designs eignen sie sich gut für luftgekühlte Kältemaschinen, bei denen der Platz knapp ist.
• Im Vergleich zu Rohrbündelkonstruktionen sind sie im Hinblick auf die Vorabkosten häufig wirtschaftlicher.
• Kann bei Anwendungen wirksam sein, bei denen eine geringere Kältemittelfüllung wünschenswert ist.

Nachteile:

• Typischerweise ist die Wärmeübertragungseffizienz geringer als bei Rohrbündelkonstruktionen.
• Aufgrund des spiralförmigen Designs ist die Reinigung und Wartung möglicherweise nicht so einfach.
• Kann weniger langlebig sein, insbesondere wenn die Spulen nicht ausreichend geschützt sind oder aus elastischen Materialien bestehen.

Geeignete Kältemaschinentypen

• Für Rohrbündelverdampfer: Aufgrund ihres kompakten Designs und der geringeren Kältemittelfüllung eignen sie sich für kleine Kältemaschinen. Luftgekühlte Kältemaschinen nutzen diese Verdampfer häufig und profitieren von deren platzsparenden Eigenschaften und Kosteneffizienz.

• Für Rohrbündelverdampfer: Aufgrund ihrer Effizienz und Haltbarkeit eignen sich diese Verdampfer gut für mittlere bis größere Anwendungen und sind daher die erste Wahl für wassergekühlte Kältemaschinen, die eine stabile Kühlung mit hoher Kapazität erfordern.

Abschluss

Im Kühlkreislauf ist die Wahl des Verdampfers von entscheidender Bedeutung. Rohrbündelverdampfer sind das Rückgrat wassergekühlter Kältemaschinen in größeren Anwendungen und bieten eine hohe Wärmeübertragung und Robustheit. Rohrbündelverdampfer hingegen sind auf die kompakten Anforderungen kleinerer, luftgekühlter Kältemaschinen zugeschnitten. Die Wahl zwischen ihnen hängt von der Systemgröße, den Effizienzanforderungen und den Platzbeschränkungen ab, was die entscheidende Rolle des Verdampfers für die Leistung von Kühlsystemen unterstreicht.