Unterkühlung

Unterkühlung ist der Vorgang bei dem Phasenwechselmaterial in einem Latentwärmespeicher trotz Unterschreiten der Schmelztemperatur nicht bzw. verzögert erstarrt. Das Phasenwechselmaterial befindet sich in einem metastabilen thermodynamischen Zustand. Eine Kristallisation wird trotz Unterschreiten der Schmelztemperatur verhindert, da für das Kristallwachstum zunächst Energie benötigt wird. Diese Energie wird im System z. B. für die Anlagerung und den Transport der Moleküle an der Oberfläche benötigt, bevor durch den volumetrischen Gitteraufbau die Kristallisationswärme frei wird. Kleine Keime zerfallen wieder, da vor dem Freiwerden der Kristallisationswärme erst Energie für das Kristallwachstum benötigt wird. Ein Kristallwachstum erfolgt erst nach Unterkühlung und ausreichender Aktivierungsenergie.

In Wärmeversorgungsanlagen ist die Unterkühlung bei einem Latentwärmespeicher unerwünscht, da die gespeicherte Wärme bei der Entladung auf einem geringeren Temperaturniveau zur Verfügung gestellt wird. Bei Kälteversorgungssystemen kann sich die Effizienz einer Kältemaschine durch Unterkühlung verschlechtern, da geringere Temperaturen bei der Beladung des Speichers notwendig sind.

Maßnahmen um die Auslösung der Kristallisation zu beschleunigen und dadurch der Unterkühlung entgegenzuwirken sind der Einsatz von Impfkristallen, gezielte lokale Unterkühlung, elektrische Aktivierung und mechanische Beansprungung z. B. durch Druckwellen. Außerdem können Keimbildner eingesetzt werden um die Unterkühlung des Phasenwechselmaterials zu verringern.

Eine Überhitzung des Phasenwechselmaterials beim Schmelzen ist auf Grund der thermodynamischen Eigenschaften des Vorgangs nicht möglich.

Englische Übersetzung(en):

subcooling