Wasserkühlung
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Als Wasserkühlung (allgemeiner: Flüssigkeitskühlung) bezeichnet man ein Kühlsystem, bei dem das primär wärmeabführende Kühlmittel Wasser ist. Eine Wasserkühlung kann für die Kühlung eines Motors, eines Rührkessels, eines Hochofens, einer Klimaanlage, eines Getränkekühlers, einer Senderendstufe, eines Stromrichters, eines Computers (PC-Wasserkühlung) etc. mittels stehendem Wasser oder eines anliegenden oder durchlaufenden Wasserkreislaufes, angewandt werden.
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[Bearbeiten] Wasserkühlung in Kraftwerken
Die Wasserkühlung in kalorischen Kraftwerken bedient sich eines geschlossenen Kühlkreislaufs. Meist unter der Turbine wird der Dampf im Kondensator mit Hilfe von Wasser, welches aus einem nahegelegenen Gewässer entnommen wird, wieder zur Kondensation gebracht. Ist das dem Fluss entnommene Wasser nach der Kühlung für eine Einleitung in das Gewässer zu warm, so wird es in einem Kühlturm auf die nötige Temperatur herabgekühlt. Manche Reaktortypen, wie der Druckwasserreaktor, besitzen zwei geschlossene Kühlkreisläufe. Diese Konstruktion hat den Vorteil, dass im Bereich der Turbine im Regelfall keine radioaktiven Substanzen auftreten. Kühlwasser, das in einem Kernreaktor verwendet wird, muss frei von neutronenabsorbierenden Substanzen wie Bor und Cadmium sein.
Bei den Wellen von Großgeneratoren werden die in den beiden Gleitlagern entstehenden Wärmeverluste durch Zufuhr von ca. 10-20 °C kaltem Wasser umspült bzw. das Lageröl abgekühlt um so die Lagertemperatur auf rund 50 - 55 °C konstant zu halten. Zirka 25 Liter/s und Maschine sind ein unterer Richtwert für eine 20 MVA- Maschine bei 600 1/min und natürlich abhängig von der Maschinenleistung. Die Wassermengen für die Lagerkühlung sind ungleich weniger, als es kalorische Kraftwerke zur Dampfkondensation benötigen.
[Bearbeiten] Einsatz in Verbrennungsmotoren
Hauptartikel: Kühlung (Verbrennungsmotor)
Moderne Viertaktmotoren werden bis auf wenige Ausnahmen wassergekühlt. Die Wasserkühlung bietet gegenüber der Luftkühlung verschiedene Vorteile. Wasser gewährleistet einen gleichmäßigen Wärmetransport und kann eine große Wärmemenge abführen. Für die Kühlung wird kaum Leistung (Hilfsenergie) benötigt, gegenüber Kühlgebläsen bei der Luftkühlung; ganz ohne Hilfsenergie kann eine Flüssigkeits-Kühlung auskommen, wenn die Thermosyphon-Wirkung einen ausreichenden Umlauf des Kühlmediums sicherstellt. Eine Gestaltung der Heizung ist denkbar einfach durch einen Heizungswärmetauscher möglich. Die Motorblockgestaltung und damit die notwendigen Gussformen sind leicht herzustellen. Die Wasserkühlung hält den Temperaturunterschied einzelner Motorteile und damit den möglichen Verzug gering. Dies wiederum erlaubt es, die Leistungsdichte von Verbrennungsmotoren zu erhöhen. Der Wassermantel wirkt zudem geräuschdämmend. Insbesondere Hochleistungsottomotoren sind im Bereich der Zylinderköpfe auf Wasserkühlung angewiesen, da es sonst vermehrt zu einer Klopfneigung käme.
Üblicherweise werden dem Kühlmittel Korrosionsschutz- und Gefrierschutzmittel zugesetzt.
Die Wasserkühlung hat auch verschiedene Nachteile. Bei großer Kälte kann das Kühlmittel einfrieren und den Motorblock zum Platzen bringen. Durch zusätzliche Fehlermöglichkeiten, wie undichter Kühlkreislauf, Defekte an Wasserpumpe, Kühler, Thermostat, sinkt die Zuverlässigkeit.
Bei Verbrennungsmotoren in Schiffen und auf Booten bietet sich das Umgebungwasser als Kühlmittel an.
Durch die hohe Wärmetransportfähigkeit von Wasser können die Motoren kompakter gebaut werden. Um die Siedetemperatur des Kühlmittels zu erhöhen, wird das Kühlsystem meistens mit Überdruck betrieben.
Zur weiteren Erhöhung der Siedetemperatur wurde - speziell in Flugmotoren - auch Glykol als Kühlmittel eingesetzt
[Bearbeiten] Wasserkühlung bei elektronischen Geräten
Schon seit 1930 werden die Endstufen von Hochleistungssendern mit Wasser gekühlt. Da hierbei hohe elektrische Spannungen zum Einsatz kommen, kann nur destilliertes deionisiertes Wasser zum Einsatz kommen. Dieses gibt in einem Wärmetauscher seine Wärme an einem zweiten Kreislauf ab, in dem das Wasser keinen besonderen Reinheitsanforderungen genügen muss, da es mit keinen spannungsführenden Komponenten in Kontakt kommt.
Bei Hochleistungsröhren wird die Siedekondensationskühlung angewandt. Bei dieser Technik sind Dampferzeugung und Kondensation räumlich nicht voneinander getrennt. Das Kühlmittel durchfließt den Kühlkanal, der mit zur Anodeninnenseite hin orientierten Nuten ausgestattet ist. Der in diesen Nuten entstehende Dampf gerät in den Hauptkühlkanal, wo er verwirbelt wird und wieder kondensiert. Da sich dieser Vorgang bei Temperaturen von über 100 °C abspielt, können mit diesem Kühlverfahren von relativ kleinen Röhren große Leistungen abgeführt werden.
Moderne halbleiterbestückte Sender haben keine Wasserkühlung mehr. Sie wird aber auch angewandt für Stromrichter in Anlagen der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung.
[Bearbeiten] Wasserkühlung in Personal Computern
Hauptartikel: PC-Wasserkühlung
Wasserkühlungen werden auch in modernen PC-Systemen zur leisen und effektiven Kühlung einzelner Komponenten eingesetzt. Dabei wird am häufigsten die CPU gekühlt. Weitere Komponenten, die in den Kühlkreislauf eingebunden werden können, sind Grafikkarten, Hauptplatinenchipsätze, Festplatten, Netzteile, Spannungswandler und auch RAM-Bausteine.
Für eine PC-Wasserkühlung werden folgende Teile benötigt:
Kühlkörper für die zu kühlenden Teile, Schläuche, Schlauchanschlüsse (Schraub- oder Steckverbinder), Radiator (Wärmetauscher), Ausgleichsbehälter (sorgt für luftblasenfreies System), Pumpe.
Die Einzelkomponenten der Kühlung werden zu einem Kreislauf verbunden, dieser kann mit destilliertem Wasser befüllt werden, welches zusätzlich zum Schutz vor Korrosion, aber auch aus optischen Gründen, mit einem Wasserzusatz gemischt werden kann. Die Umwälzung des Wassers übernimmt dabei eine Pumpe, die zumeist aus dem Aquarienbereich stammt.
Wasserkühlungen für PCs sind in PC-Moddingkreisen sehr verbreitet. Mittlerweile ist ein großer Markt um Wasserkühlungen entstanden, so dass man im Internet leicht entsprechende Seiten findet, die sich näher mit der PC Wasserkühlung beschäftigen. Fertige Wasserkühlungssets, die nur die CPU kühlen, gibt es schon ab ca. 100 Euro. Jedoch sollte man nicht nach der billigsten Lösung suchen, da man bei schlechter Qualität das Risiko eingeht, dass Teile des Kreislaufs undicht werden und austretendes Wasser die Hardware des Computers zerstört.
Die Vorteile einer Wasserkühlung sind zum einen die effektive Kühlung der Hardware mit für Modder und Overclocker wichtigem Übertaktungsspielraum der CPU durch verbesserte Wärmeabfuhr und zum anderen, dass die Kühlung fast lautlos arbeitet, da auf dem Radiator (Wärmetauscher) große, langsam drehende Lüfter eingesetzt oder auch passive Radiatoren ohne Lüfter verwendet werden können.
Nachteilig ist der erheblich größere Installationsaufwand, die vergleichsweise hohen Kosten und der Wartungsbedarf. Häufig führt der Verzicht auf den Einsatz von Gehäuselüftern dazu, dass einzelne Komponenten überhitzen, die nicht in den Kühlkreislauf einbezogen werden können.
Seit Anfang 2005 haben sich, auch durch den Einsatz der Wärmerohr-Technik (englisch: heat pipe), die verfügbaren Prozessorkühler auf Luftkühlungsbasis stark verbessert und erfordern nur noch langsam drehende und damit leise Lüfter (zum Teil unter 800 Umdrehungen pro Minute, auch erste vollkommen passive Modelle sind schon verfügbar), so dass für den Aufbau eines leisen PC-Systems die Verwendung eines Luftkühlers wieder eher in Frage kommt als eine Wasserkühlung, welche ihre Daseinsberechtigung dadurch nur noch im Bereich des Overclocking hat. Durch das mittlerweile weitreichende Angebot von vorkonfektionierten Wasserkühlungen hat die Wasserkühlung für PC-Komponenten seit etwa Mitte 2004 auch ihren Ruf als besonders "professionell" und "cool" zunehmend verloren.
