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Kapillarkühlung ohne gegenläufige Wärmeströmungen

Die Kapillarzykluskühlung basiert auf dem Verdampfungsprinzip: Die Übertragung von erwärmter Luft über die Kapillarstruktur gestattet theoretisch die Verdampfung des Gases und somit die Verhinderung eines Wärmestaus. Zur Optimierung der Verdampfungszyklen werden Kühlmittel wie z.B. Ammoniak, Wasser, Alkohol oder Fluorchlorkohlenwasserstoffe verwendet. Grundsätzlich ist der Wirkungsgrad des Kühlvorgangs um so höher, je schneller die Verdampfung über die Kapillaren erfolgt. Die Schwierigkeit besteht in der Konstruktion einer Kapillarstruktur, die schnellere Verdampfungszyklen gestattet.
Kapillarkühlung ohne gegenläufige Wärmeströmungen
Ein deutsches Produktionsunternehmen der Luft- und Raumfahrttechnik hat jetzt ein Kühlsystem mit höherem Wirkungsgrad entwickelt. Dabei wurden einige innovative Konzepte umgesetzt, mit denen die Geschwindigkeit des Wärmeübergangs im Vergleich zu herkömmlichen Kapillarstrukturen um einen Faktor von 10 bis 100 gesteigert werden konnte. Dabei hat man sich vor allem auf Veränderungen an den Verdampfungs- und Konvektionssystemen konzentriert. Konkret gesagt, führten die im neuen System angewandten Mechanismen der Wärmeströmung zu beträchtlichen Verbesserungen.

Die wahrscheinlich gravierendste Veränderung besteht darin, dass die verdampften und kondensierten Kühlmittel nicht im selben Rohrleitungssystem zirkulieren, wodurch gegenläufige Wärmeströmungen, wie sie in Standard-Kühlsystemen anzutreffen sind, vermieden werden. Hinzu kommt, dass die für den Verdampfungsvorgang benötigte Kapillarstruktur nur im Verdampfer selbst wirksam ist, nicht aber auf dem Wärmetransportweg. Durch die Anwendung separater Rohrleitungssysteme für die Kühlmittel und den Wärmetransport konnte somit das Phänomen der Gegenströmung eliminiert werden, das in konventionellen Kühlsystemen auftritt, bei denen das Kühlmittel nur in einem Leitungssystem zirkuliert. Erheblich feinere Poren in der Kapillare selbst bewirken wesentlich höhere Druckdifferenzen, optimieren so die Geschwindigkeit der Kühlmittel-Zirkulationszyklen und führen zu einem Kühlsystem mit Wärmetransportzyklen, die um einen Faktor von 10 bis 100 schneller ablaufen.

Da ein Wärmestau in solchen Systemen problematisch ist, trägt der erheblich schnellere Kühlzyklus zu einer deutlich höheren Lebenserwartung der Anlagen bei und ermöglicht zudem spürbare Senkungen der Betriebs- und Instandhaltungskosten. Anwendungen für dieses System finden sich in der Kernspaltung, beim Umgang mit radioaktiven Abfällen sowie in vielen Bereichen der Elektro- und Chemieindustrie.
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