Sprühkühlung

Sprühkühlung ist ein Wärmeübertragungsverfahren, bei dem ein Kühlmittel in feinen Tröpfchen auf eine heiße Oberfläche aufgebracht wird. Die Tröpfchen verdunsten oder verdampfen, wobei Verdampfungswärme abgeführt wird und der Wärmeübertragungskoeffizient deutlich steigt. In vielen Anwendungen kommt auch die Zweiphasen-Sprühkühlung zum Einsatz, bei der das Kühlmittel als Flüssigkeit auf die Fläche trifft und dort verdampft.

Aufbau und Betrieb erfolgen über eine Pumpe oder Druckquelle, die das Kühlmittel durch Düsen zu dem zu kühlenden Bauteil leitet. Wichtige Parameter sind Tröpfchengröße, Spritzdruck, Düsenabstand, Sprühwinkel und Temperaturdifferenz zwischen Kühlmittel und Bauteil. Geeignete Kühlmittel reichen von Wasser und Wasser-Gemischen bis hin zu Ölen oder dielektrischen Flüssigkeiten; die Wahl hängt von Anwendung, Brandschutz, Umwelt- und Wirtschaftlichkeitsaspekten ab.

Anwendungen finden sich vor allem in Bereichen mit hohem Wärmestrom, wie der Zerspanung von Hochleistungskomponenten, der Kühlung von Hochleistungselektronik (z. B. Leistungshalbleiter, Laser- und Optikprozesse) sowie in Fertigungsprozessen, bei denen lokal begrenzte Hitzeabfuhr erforderlich ist. Sprühkühlung ermöglicht eine kompakte Bauweise bei hohem Wärmeabtransport und kann die Oberflächentemperatur rasch senken.

Vorteile umfassen hohen Wärmeübertragungskoeffizienten, schnelle Reaktion auf Wärmeanforderungen und gezielte Kühlung bei geringem Kühlmittelbedarf. Zu den Herausforderungen zählen Aerosolbildung, Kontamination des Kühlmittels, Düsenverstopfung, erhöhten Anlagenaufwand sowie Brandschutz- und Umweltschutzanforderungen. Sicherheits- und Umweltaspekte erfordern oft spezielle Flüssigkeiten und Abfallbehandlung.

Siehe auch: Nasskühlung, Trockenkühlung, Verdampfungswärme.