Verdampfer

Überblick

Der Verdampfer nimmt Wärme aus Luft, Wasser oder Produkten auf, während flüssiges Kältemittel bei niedrigem Druck verdampft. Der Dampf strömt durch die Saugleitung zum Verdichter zurück. Ein ordnungsgemäßer Betrieb sichert Kälteleistung, Effizienz und Produktqualität. Die EU-Zertifizierung für das Zertifikat A1 erfolgt gemäß Durchführungsverordnung (EU) 2024/2215 im Rahmen der Verordnung (EU) 2024/573.

Verdampferarten

Verdampfer lassen sich nach dem gekühlten Medium einteilen: Luft oder Flüssigkeiten wie Wasser, Sole oder Glykol.

• Direktverdampfung (DX): Ein Expansionsorgan dosiert das Kältemittel in den Verdampfer, wo es nach und nach verdampft. Grundbauarten sind Glattrohr-, Platten- und Lamellenverdampfer.
• Überflutete Verdampfer: Flüssiges Kältemittel benetzt die Wärmeübertragungsflächen. Eine Flüssigkeitsstandsregelung und ein Abscheider verhindern, dass Flüssigkeit zum Verdichter mitgerissen wird.
• Plattenverdampfer: Kompakte Wärmeübertrager, die häufig zur Flüssigkeitskühlung eingesetzt werden.
• Verdampfer mit erzwungener Luftströmung: Ventilatoren fördern Luft über berippte Rohre in Kühlräumen, Kühlschränken und Klimaanlagen.
• Verdampfer mit natürlicher Konvektion: Die Luft zirkuliert ohne Ventilatoren. Für eine vergleichbare Wärmeübertragung benötigen sie eine größere Temperaturdifferenz.

Verdampferbetrieb

Die Temperaturdifferenz (TD) ergibt sich aus der Lufteintrittstemperatur abzüglich der Verdampfungstemperatur des Kältemittels. Bei einem Kühlschrank mit natürlicher Konvektion, der 4 °C hält, kann die Verdampfungstemperatur beispielsweise −16 °C betragen: Das ergibt eine TD von 20 K. Bei erzwungener Luftströmung sind Werte von 7–15 K üblich.

Bei gleichen Bedingungen der eintretenden Luft erhöht ein kälterer Verdampfer die TD und entzieht der Luft in der Regel mehr Feuchtigkeit, wodurch die Luftfeuchte sinkt.

Ein Verdampfungsdruckregler (EPR) hält einen Mindestverdampfungsdruck aufrecht, indem er den Saugstrom hinter dem Verdampfer drosselt. Bei Anlagen mit gemeinsamem Verdichter ermöglichen EPR den Betrieb wärmerer Verdampfer bei einem höheren Druck als dem des kältesten Verdampfers und verhindern so eine übermäßige Kühlung.

Überhitzung

Die Überhitzung ergibt sich aus der gemessenen Rohrtemperatur am Austritt abzüglich der Sättigungstemperatur bei gleichem Druck. Verwenden Sie die Druck-Temperatur-Daten des Kältemittels; bei Gemischen mit Temperaturgleit ist die Taupunkttemperatur zu verwenden.

• Typische Überhitzung bei Direktverdampfung: Etwa 5–10 K, unter Beachtung der Herstellervorgaben. Eine Austrittstemperatur von 6 °C und eine Sättigungstemperatur von −2 °C ergeben 8 K.
• Niedrige Überhitzung: Erhöht das Risiko eines Flüssigkeitsrücklaufs und von Verdichterschäden.
• Hohe Überhitzung: Kann auf eine unzureichende Kältemittelversorgung und eine verminderte Ausnutzung des Verdampfers hindeuten.

Die Saugleitung führt normalerweise überhitzten Dampf bei niedrigem Druck.

Abtauverfahren

Reif isoliert den Verdampfer und behindert die Luftströmung. Kälteleistung und Saugdruck können sinken, während Verdichterlaufzeit und Energieverbrauch steigen.

• Stillstandsabtauung: Die Kühlung wird unterbrochen, und wärmere Raumluft schmilzt den Reif. Die Ventilatoren können weiterlaufen. Die Lufttemperatur muss ausreichend weit über dem Gefrierpunkt liegen.
• Elektrische Abtauung: Widerstandsheizungen erwärmen den Verdampfer.
• Heißgasabtauung: Druckgas aus dem Verdichter erwärmt den Verdampfer und verflüssigt sich darin. Das Schmelzwasser wird separat abgeführt.
• Kaltgasabtauung: Gesättigter Dampf aus dem Flüssigkeitssammler verringert den Temperaturschock, taut jedoch langsamer ab als Heißgas.
• Abtauung durch Kreislaufumkehr: Der Außenwärmeübertrager der Wärmepumpe wird vorübergehend zum Verflüssiger.
• Geteilte Abtauung eines doppelten Außenwärmeübertragers: In einer Hälfte verflüssigt sich das Kältemittel, während es in der anderen weiter verdampft. Bei geeigneten Anlagen mit variablem Kältemittelstrom bleibt dadurch eine reduzierte Heizleistung im Innenraum erhalten.

Die Abtauung durch Besprühen mit Wasser wird für spezielle Anwendungen eingesetzt, gehört jedoch nicht zu den Standardverfahren dieses Lehrplans.

Während der elektrischen Abtauung oder Heißgasabtauung stehen die Ventilatoren still. Ein Abtauendthermostat beendet die Abtauung beim Erreichen der eingestellten Verdampfertemperatur. Eine Ventilatoranlaufverzögerung lässt den Verdampfer abkühlen, bevor die Ventilatoren wieder anlaufen. Übermäßiges Abtauen verschwendet Energie und erwärmt die Produkte.

Wasserkühler

Kühler übertragen Wärme aus zirkulierendem Wasser, Sole oder Glykol auf das Kältemittel.

• Rohrbündelbauweise: Bei Ausführungen mit Kältemittel in den Rohren stützen mantelseitige Umlenkbleche das Rohrbündel und lenken das Wasser wiederholt quer darüber. Dies verbessert die Durchmischung und Wärmeübertragung.
• Koaxialbauweise: Konzentrische Rohre bilden getrennte Strömungskanäle für Flüssigkeit und Kältemittel.
• Hartgelötete Plattenbauweise: Geprägte Platten bilden benachbarte Strömungskanäle. L-Kanäle eignen sich für hohe Massenströme bei geringeren Anforderungen an die Wärmeübertragung; H-Kanäle für niedrigere Massenströme bei hohen Anforderungen an die Wärmeübertragung, auch bei der Verdampfung. M-Kanäle liegen dazwischen. Die Kombination von M- und H-Kanälen kann während des Phasenwechsels zu einer ungleichmäßigen Kältemittelverteilung führen. Die Kühlung von Umgebungsluft ist mit diesen Wärmeübertragern im Allgemeinen nicht praktikabel.

Verdampferinspektion

• Luftströmung: Prüfen Sie die Sauberkeit des Verdampfers, Filter, Gitter sowie Drehrichtung, Drehzahl und Zustand der Ventilatorblätter, bevor Sie die Kältemittelregelung einstellen.
• Reifverteilung: Teilweise Bereifung mit warmen Abschnitten deutet auf verengte Verteilerrohre, eine Verstopfung im Kreislauf oder eine Fehlfunktion des Expansionsventils hin.
• Entwässerung: Prüfen Sie Auffangwannen, Abläufe und Heizungen. Verstopfungen führen zu Wasseransammlungen, erneutem Einfrieren und Hygieneproblemen.
• Leckagen: Prüfen Sie auf Korrosion und Ölspuren und kontrollieren Sie die U-förmigen Rücklaufbögen, insbesondere dort, wo Temperaturwechsel die Rohre beanspruchen.
• Steuerungen: Prüfen Sie die Beendigung der Abtauung und den verzögerten Wiederanlauf der Ventilatoren.

Prüfungstipp: Ein niedriger Saugdruck allein beweist keine zu geringe Füllmenge. Prüfen Sie Luftströmung, Vereisung und Verengungen. Beurteilen Sie den Druck anschließend zusammen mit der Überhitzung und der Reifverteilung.