Absorpční chladnička - Absorption refrigerator

Absorpce lednice je chladnička , která využívá zdroj tepla (např solární energie fosilní palivo plamene, odpadního tepla z továren, nebo dálkovým vytápěním systémy) poskytovat energii potřebnou pro pohon chladicího procesu. Systém používá dvě chladiva, z nichž první provádí odpařovací chlazení a poté je absorbováno do druhého chladiva; teplo je nutné k obnovení obou chladicích kapalin do jejich počátečních stavů. Tento princip lze také použít k klimatizaci budov pomocí odpadního tepla z plynové turbíny nebo ohřívače vody . Využívání odpadního tepla z plynové turbíny činí turbínu velmi účinnou, protože nejprve vyrábí elektřinu , poté horkou vodu a nakonec trigeneraci klimatizace . Absorpční chladničky jsou běžně používány v rekreačních vozidlech (RV), karavanů a obytných přívěsů , protože teplo potřebné k moci, je možné poskytnuté hořák propan paliva pomocí nízkého napětí stejnosměrného elektrického ohřívače (z baterie nebo elektrického systému vozidla) nebo pomocí elektrického ohřívače napájeného ze sítě . Na rozdíl od běžnějších parních kompresních chladicích systémů lze absorpční chladničku vyrábět bez pohyblivých částí kromě chladicích kapalin.

Dějiny

V prvních letech dvacátého století byl cyklus absorpce par využívající systémy voda-amoniak populární a široce používaný, ale po vývoji cyklu komprese páry ztratil velkou část svého významu kvůli nízkému výkonovému koeficientu (asi jedna pětina). cyklu komprese páry). Absorpční chladničky jsou oblíbenou alternativou běžných kompresorových chladniček, kde je elektřina nespolehlivá, nákladná nebo nedostupná, kde je problém s hlukem z kompresoru nebo kde je k dispozici přebytečné teplo (např. Z výfuků turbíny nebo průmyslových procesů nebo ze solárních zařízení).

V roce 1748, zatímco v Glasgow, William Cullen vynalezl základ pro moderní chlazení, ačkoli není připočítán s použitelnou aplikací. Více o historii chlazení najdete v odstavci Výzkum chlazení na stránce Chlazení .

Absorpční chlazení používá stejný princip jako adsorpční chlazení (všimněte si, že druhé písmeno je jiné), které vynalezl Michael Faraday v roce 1821, ale místo použití pevného adsorbéru v absorpčním systému absorbér absorbuje páry chladiva do kapaliny .

Absorpční chlazení vynalezl francouzský vědec Ferdinand Carré v roce 1858. Původní konstrukce používala vodu a kyselinu sírovou. V roce 1922 Baltzar von Platen a Carl Munters , ještě jako studenti Královského technologického institutu ve Stockholmu ve Švédsku , rozšířili princip pomocí konfigurace s třemi kapalinami. Tento design „Platen-Munters“ může pracovat bez čerpadla.

Komerční výroba byla zahájena v roce 1923 nově vytvořenou společností AB Arctic , kterou koupila společnost Electrolux v roce 1925. V šedesátých letech 20. století došlo díky velké poptávce po chladničkách pro karavany (cestovní přívěsy) k absorpci chladicího systému . Společnost AB Electrolux založila ve Spojených státech dceřinou společnost s názvem Dometic Sales Corporation. Společnost prodávala chladničky pro rekreační vozidla (RV) pod značkou Dometic . V roce 2001 společnost Electrolux prodala většinu řady produktů pro volný čas společnosti rizikového kapitálu EQT, která vytvořila společnost Dometic jako samostatnou společnost. Dometic v roce 2021 stále prodává absorpční chladničky.

V roce 1926 navrhl Albert Einstein a jeho bývalý student Leó Szilárd alternativní design známý jako Einsteinova lednička . V roce 2007 TED konferenci , Adam Grosser představil svůj výzkum nové, velmi malý, „přerušované absorpční“ Vakcína chladicí jednotky pro použití v zemích třetího světa. Chladnička je malá jednotka umístěná nad táborákem, kterou lze později použít k ochlazení 15 litrů vody na teplotu těsně nad bodem mrazu po dobu 24 hodin v prostředí s teplotou 30 ° C.

Zásady

Běžné absorpční chladničky používají chladivo s velmi nízkým bodem varu (méně než −18 ° C (0 ° F)), stejně jako kompresorové chladničky . Kompresní chladničky obvykle používají HCFC nebo HFC , zatímco absorpční chladničky obvykle používají čpavek nebo vodu a potřebují alespoň druhou tekutinu schopnou absorbovat chladicí kapalinu, absorbent , respektive vodu (pro čpavek) nebo solanku (pro vodu). Oba typy používají odpařovací chlazení : když se chladivo odpaří (vře), odnese s sebou trochu tepla a zajistí chladicí účinek. Hlavním rozdílem mezi těmito dvěma systémy je způsob, jakým se chladivo mění z plynu zpět na kapalinu, aby se cyklus mohl opakovat. Absorpční chladnička mění plyn zpět na kapalinu metodou, která potřebuje pouze teplo a kromě tekutin nemá žádné pohyblivé části.

Absorpční chladicí proces

Cyklus absorpčního chlazení lze popsat ve třech fázích:

  1. Odpařování : Kapalné chladivo se odpařuje v prostředí s nízkým parciálním tlakem , čímž odebírá teplo ze svého okolí (např. Přihrádka chladničky). Kvůli nízkému parciálnímu tlaku je teplota potřebná pro odpařování také nízká.
  2. Absorpce : Druhá tekutina v vyčerpaném stavu odsává nyní plynné chladivo, čímž zajišťuje nízký parciální tlak. Tím se vytvoří kapalina nasycená chladivem, která poté proudí do dalšího kroku:
  3. Regenerace : Kapalina nasycená chladivem se zahřeje, což způsobí odpaření chladiva.
A. K odpařování dochází na dolním konci úzké trubice; bubliny chladicího plynu tlačí kapalinu ochuzenou o chladivo do vyšší komory, ze které bude gravitačně proudit do absorpční komory.
b. Horké plynné chladivo prochází výměníkem tepla, přenáší své teplo mimo systém (například do okolního vzduchu o okolní teplotě) a kondenzuje na vyšším místě. Kondenzované (kapalné) chladivo pak bude gravitačně proudit, aby dodalo fázi odpařování.

Systém tak tiše zajišťuje mechanickou cirkulaci kapaliny bez obvyklého čerpadla. Třetí tekutina, plynná, se obvykle přidává, aby se předešlo problémům s tlakem, když dojde ke kondenzaci (viz níže).

Pro srovnání, kompresorová chladnička používá ke zvýšení tlaku na plynné chladivo kompresor, obvykle poháněný buď elektrickým nebo spalovacím motorem. Výsledný horký, vysokotlaký plyn se kondenzuje do kapalné formy ochlazením ve výměníku tepla („kondenzátor“), který je vystaven vnějšímu prostředí (obvykle vzduch v místnosti). Kondenzované chladivo, nyní při teplotě blízké teplotě vnějšího prostředí, ale při vyšším tlaku, pak prochází otvorem nebo škrticím ventilem do sekce výparníku. Otvor nebo škrticí ventil vytváří pokles tlaku mezi sekcí vysokotlakého kondenzátoru a sekcí nízkotlakého výparníku. Nižší tlak v sekci výparníku umožňuje odpařování kapalného chladiva, které absorbuje teplo z prostoru pro potraviny v chladničce. Nyní odpařené chladivo se poté vrací zpět do kompresoru a cyklus se opakuje.

Jednoduchý systém soli a vody

Jednoduchý absorpční chladicí systém běžný ve velkých komerčních závodech používá roztok bromidu lithného nebo soli chloridu lithného a vody. Voda pod nízkým tlakem se odpařuje z cívek, které mají být chlazeny. Voda je absorbována roztokem bromidu lithného/vody. Systém vytlačuje vodu z roztoku bromidu lithného teplem.

Absorpční chlazení vodou

Absorpční systém stříkající vody

Další varianta využívá vzduch, vodu a roztok slané vody. Příjem teplého, vlhkého vzduchu prochází stříkaným roztokem slané vody. Sprej snižuje vlhkost, ale výrazně nemění teplotu. Méně vlhký, teplý vzduch pak prochází odpařovacím chladičem , který se skládá ze spreje čerstvé vody, která vzduch ochlazuje a znovu zvlhčuje. Vlhkost je z ochlazeného vzduchu odstraněna dalším postřikem solného roztoku, který zajišťuje výstup chladného a suchého vzduchu.

Solný roztok se regeneruje jeho zahřátím na nízký tlak, což způsobí odpaření vody. Voda odpařená ze solného roztoku se znovu zkondenzuje a přesměruje zpět do odpařovacího chladiče.

Jednorázové absorpční chlazení

Domácí absorpční chladnička.
1. Vodík vstupuje do potrubí s kapalným amoniakem
2. Amoniak a vodík vstupují do vnitřního prostoru. Zvýšení objemu způsobuje snížení parciálního tlaku kapalného amoniaku. Amoniak se odpařuje a odebírá teplo kapalnému amoniaku (ΔH Vap ), čímž snižuje jeho teplotu. Teplo proudí z teplejšího vnitřku chladničky do chladnější kapaliny, což podporuje další odpařování.
3. Amoniak a vodík se vracejí z vnitřního prostoru, amoniak se vrací do absorbéru a rozpouští se ve vodě. Vodík může volně stoupat.
4. Kondenzace plynného amoniaku (pasivní chlazení).
5. Horký plynný amoniak.
6. Tepelná izolace a destilace plynného amoniaku z vody.
7. Elektrický zdroj tepla.
8. Absorpční nádoba (voda a roztok amoniaku).
Tepelný obraz domácí absorpční chladničky srovnatelného typu s tím, který je na výše uvedeném obrázku. Barva udává relativní teplotu: modrá = studená, červená je nejžhavější. Zdroj tepla (7) je zcela obsažen v izolační části (6).

Jednotlaková absorpční chladnička využívá skutečnosti, že rychlost odpařování kapaliny závisí na parciálním tlaku páry nad kapalinou a stoupá s nižším parciálním tlakem. Přestože má chladnička stejný celkový tlak v celém systému, udržuje nízký parciální tlak chladiva (tedy vysokou rychlost odpařování) v části systému, která čerpá teplo z nízkoteplotního vnitřku chladničky, ale udržuje chladivo při vysokém parciálním tlaku (tedy nízké rychlosti odpařování) v části systému, která odvádí teplo do vzduchu okolní teploty mimo chladničku.

Chladnička používá tři látky: čpavek , plynný vodík a vodu . Cyklus je uzavřen, veškerý vodík, voda a amoniak jsou shromažďovány a donekonečna znovu použity. Systém je natlakován na tlak, kde je bod varu čpavku vyšší než teplota cívky kondenzátoru (cívka, která přenáší teplo na vzduch mimo chladničku tím, že je teplejší než venkovní vzduch.) Tento tlak je typicky 14– 16 atm, při kterém tlaku bude rosný bod čpavku asi 35 ° C (95 ° F).

Cyklus chlazení začíná vstupem kapalného amoniaku při pokojové teplotě do výparníku. Objem výparníku je větší než objem kapaliny, přičemž přebytečný prostor zaujímá směs plynného amoniaku a vodíku. Přítomnost vodíku snižuje parciální tlak plynného amoniaku, a tím snižuje bod odpařování kapaliny pod teplotu vnitřku chladničky. Amoniak se odpařuje, přičemž z kapaliny odebírá malé množství tepla a snižuje teplotu kapaliny. Pokračuje v odpařování, zatímco velká entalpie odpařování (tepla) proudí z teplejšího interiéru chladničky do chladnějšího kapalného amoniaku a poté do dalšího plynného amoniaku.

V následujících dvou krocích se plynný amoniak oddělí od vodíku, aby mohl být znovu použit.

  1. Směs amoniaku (plyn) a vodíku (plyn) proudí potrubím z výparníku do absorbéru. V absorbéru se tato směs plynů dotýká vody (technicky slabý roztok amoniaku ve vodě). Plynný amoniak se rozpouští ve vodě, zatímco vodík, který ne, se shromažďuje v horní části absorbéru a zanechává nyní silný roztok amoniaku a vody na dně. Vodík je nyní oddělen, zatímco amoniak je nyní rozpuštěn ve vodě.
  2. Dalším krokem je oddělení amoniaku a vody. Roztok amoniaku/vody proudí do generátoru (kotle), kde se aplikuje teplo na vyvaření amoniaku, přičemž většina vody (která má vyšší bod varu) za sebou nechává. Některé vodní páry a bubliny zůstávají smíchány s čpavkem; tato voda je odstraněna v závěrečném separačním kroku průchodem separátorem, řadou zkroucených trubek do kopce s drobnými překážkami, aby bubliny praskly, což umožňuje vodní páře kondenzovat a odtékat zpět do generátoru.

Čistý plynný amoniak pak vstupuje do kondenzátoru. V tomto výměníku tepla předává horký plynný čpavek své teplo venkovnímu vzduchu, který je pod bodem varu plného tlaku čpavku, a proto kondenzuje. Kondenzovaný (kapalný) amoniak stéká dolů, aby se smíchal s plynným vodíkem uvolněným z absorpčního kroku, přičemž se cyklus opakuje.

Viz také

Reference

Další čtení

externí odkazy