Dampfdurchflussregelung

Durch Erhöhen der Temperatur oder Verringern des Drucks kann eine Flüssigkeit verdampfen und sich in einen Dampf umwandeln. Auf molekularer Ebene gibt es bei jeder Temperatur an der Oberfläche der Flüssigkeit immer Moleküle mit ausreichender Geschwindigkeit, um die Flüssigkeit zu verlassen. Über einer Flüssigkeit befindet sich also immer ein Dampf derselben Flüssigkeit. Die Verdunstung erfolgt bei jeder Temperatur und nicht nur bei der Siedetemperatur der Flüssigkeit. Diese Siedetemperatur ist nur eine Definition: Es ist ein Punkt, an dem der Dampfdruck der Flüssigkeit dem Umgebungsdruck entspricht.

Mit Temperatur und Druck hat man zwei Parameter, den Dampfdruck und damit die Menge des Dampfes oder - in einer dynamischen Situation - den Dampfstrom zu kontrollieren. Eine dritte Möglichkeit, den Dampfdruck zu kontrollieren - ihn tatsächlich zu verringern - besteht darin, den Dampf zu verdünnen, beispielsweise durch Zugabe eines Inertgases wie Stickstoff.

Warum verwendet man Dämpfe?

Es gibt Umstände, unter denen Sie Dampf auf kontrollierte Weise einem Prozess hinzufügen möchten. Betrachten Sie beispielsweise Brennstoffzellen - PEMFC -, bei denen die Elektrolyte in einem hydrierten Zustand (befeuchtet) sein müssen, um eine hohe Leitfähigkeit und damit optimale Leistung zu gewährleisten. 

Alternativ möchten Sie möglicherweise genaue Wasserdampfkonzentrationen für die Kalibrierung und Zertifizierung von Feuchtigkeitssensoren liefern, damit diese Geräte die korrekten Werte anzeigen können.
Ein weiterer Typ der Dampfzufuhr erfolgt bei der kontrollierten Zufuhr von metallorganischen Dämpfen zu einem Reaktor. Diese Dampfverbindungen wirken als Vorläufer in einer chemischen Gasphasenabscheidungsreaktion, um eine dünne Schicht auf ein Objekt abzuscheiden, beispielsweise um halbleitende Dünnschichten abzuscheiden. Eine genaue Dampfzufuhr ist hier notwendig, um das Schichtwachstum präzise zu kontrollieren - auch auf komplex geformten Objekten - und um das Verschütten teurer metallorganischer Vorläufer zu vermeiden. 

Ein vollständiges CEM-System kann mit einer externen Anzeige-/Steuerungseinheit, einschließlich Stromversorgung, oder mit einem PC über Bronkhorst-Software wie der Bronkhorst Flowsuite überwacht werden, um die CEM-Systemkomponenten zu betreiben. Ein CEM-System ist ein unkompliziertes Modul um Damp kontrolliert zuzufügen, welches auf viele Arten einem klassischen Bubbler überlegen ist. Der Prozess ist unabhängig von Druck und Temperatur, da Gas- und Flüssigkeitsströme mithilfe von Massenstromreglern gesteuert werden, was eine präzise Steuerung des molaren Verhältnisses aufgrund der Präzision und Wiederholbarkeit der Massenstrominstrumente gewährleistet. Diese präzise Massenstromsteuerung sorgt für eine erhebliche Stabilität der Dampfausgabe aus dem Verdampfer.

Die direkte Injektion des Flüssigkeitsstroms in den Trägergasstrom ermöglicht eine bessere Dispersion der Flüssigkeit im Gas und reduziert signifikant die Reaktionszeit. 

Die Verdampfungskammer ist mit einer Form gestaltet, welche Turbulenzen erzeugt und somit die Homogenität der Gas-Flüssigkeitsmischung verbessert. Darüber hinaus dient sie dazu, die feinen Flüssigkeitstropfen, die in den Gasstrom eingeführt werden, zu erhitzen und ihre Verdampfung zu erleichtern.

Die Massenflussrate der Flüssigkeit kann leicht mithilfe der Online-Anwendung Fluidat on the Net bestimmt werden. Darüber hinaus können auch die relative Feuchtigkeit (%RH) und die molare Konzentration berechnet werden, was die Nutzung des CEM-Verdampfungssystems von Bronkhorst erleichtert.