Verdampfungszyklus

Der Verdampfungszyklus ist ein thermodynamischer Zyklus, bei dem ein Arbeitsmedium während eines Abschnitts vom Flüssig- in den Gaszustand übergeht. Die Verdampfung erfolgt meist bei annähernd konstantem Druck und erfordert Zufuhr latenter Verdampfungswärme, wodurch die Enthalpie des Mediums steigt. Im weiteren Verlauf des Zyklus wird der Dampf genutzt, um Arbeit zu leisten oder Wärme abzugeben, anschließend kondensiert und das Medium wieder verflüssigt.

Typische Beispiele sind der Rankine-Zyklus in Dampf- und Kraftwerken, bei dem Wasser verdampft, der Dampf expandiert, kondensiert und das Speisewasser erneut gepumpt wird; sowie Kühlsysteme mit Verdampfungsabschnitt, bei dem ein Kühlmittel im Verdampfer Wärme aus dem zu kühlenden Raum aufnimmt. In vielen Anwendungen kommt auch der Organic Rankine Cycle zum Einsatz, bei dem organische Flüssigkeiten verdampft werden. Die Leistungsfähigkeit hängt von Verdampfungsenthalpie, Sättigungsdruck und Sättigungstemperatur der Flüssigkeit ab.

Wichtige Parameter sind außerdem Effizienzverluste durch irreversibilities, Wärmeübertragungsgrenzen und Druckverluste. Typische Optimierungen umfassen Vorwärmen, Regeneration, Superheating und die passende Auslegung von Verdampfer, Kondensator und Expansionsvorrichtung. Der Verdampfungszyklus ist zentral für Dampfmaschinen, Dampfturbinen, Heißwasserkraftwerke und Kälteanlagen. Sein Verständnis umfasst Phasenwechsel, Enthalpieänderungen und die Kopplung von Wärmeübertragung mit mechanischer Arbeit.