V dnešním příspěvku se podíváme na historii a krátký popis absorpčního chlazení. Absorpční chlazení využívá odpadního tepla, které lze efektivně transformovat na chlad. Chlad vyrobený absorpční jednotkou lze distribuovat pomocí vzduchotechniky kamkoli např. do administrativní budovy nebo výrobní haly. Tento druh chlazení je možné využít i k technologickému chlazení při výrobě. Možnosti, kde využívat absorpční chlazení je celá řada, záleží na vydatnosti odpadního tepla, dispozici objektu a celkové návratnosti investice.
První zmínky o absorpčním chlazení
První jednotka využívající principu absorpčního chlazení byla vynalezena roku 1850 Edmondem Carréem. Absorpční chlazení využívalo pracovní látky vodu a kyselinu sírovou. Později v roce 1859 byla bratrem Ferdinandem Carréem představena absorpční jednotka pracující s amoniakem a vodou. O rok později bylo zařízení patentováno patentovým úřadem Spojených států Amerických jako první komerční absorpční jednotka. V roce 1926 byla na trh uvedena absorpční chladnička na plyn AB Electrolux, kterou vynalezli o rok dříve Švédští studenti Carl G. Munters and Baltzar von Platen. Lednička způsobila převrat na trhu a byla dodána do více jak milionu amerických domácností.
Portrét Ferdinanda Carrého - vynálezce adsorpčního principu chlazení [zdroj wikipedia]
Převrat v absorpčním chlazení nastal v roce 1960, kdy byl zdokonalen celý princip chlazení a bylo poprvé využito pracovních látek LiBr/H2O. O deset let později došlo k dalšímu milníku ve vývoji toho typu chlazení společností Trade Company, která uvedla na trh dvojitě účinný absorpční chladič LiBr/H2O. V polovině 70. let a v průběhu 80. let došlo ve Spojených státech k úpadku prodejů absorpčních chladičů z důvodů cen zemního plynu, dostupnosti paliva a vládní politiky. K nárustu prodejů absorpčních chladičů došlo po celém světě až na počátku 90. let, kdy začaly i jiné státy jako Japonsko, Jižní Korea a další Asijské země ve velkém měřítku využívat tuto technologii. V České republice se s tímto druhem chlazení lze v dnešní době setkat u velkých obchodních center, chlazení technologií či trigenerace. Menší chillery nejsou příliš využívány, a to nejspíš z důvodů nízkého povědomí veřejnosti a malé produktové nabídky na trhu.
Na jakém principu funguje absorpční chlazení?
Absorpční chlazení je druh chlazení, které využívá k transformaci energie fyzikálních principů absorpčního parního cyklu. Pracovní látky v pracovní soustavě rozlišujeme na chladivo a absorbent. V praxi se lze nejčastěji setkat s dvojicemi pracovních látek voda/bromid lithný (H2O/LiBr) nebo čpavek/voda (NH3/H2O). Ve srovnání s klasickým kompresorovým chlazením, kde ke zvýšení tlaku a teploty je využíván kompresor je u absorpčního cyklu využíváno velice obdobného efektu, který je docílen zahříváním roztoku na vysoké teploty a následným vypuzením chladiva z roztoku fyzikálními změnami. Chceme-li provozovat absorpční chlazení je zapotřebí zajistit stálý přísun teplonosné látky např. vody o teplotě 90 až 120 °C.
Studie využití odpadního tepla ze zkušebny kotlů
Absorpce a desorpce, základní princip
Absorpce par je děj, při kterém roztok absorbentu a chladiva pohlcuje páry chladiva v jeho okolí. Mezi hlavní faktory ovlivňující celý fyzikální děj patří složení roztoku absorbentu a chladiva a jakou teplotu a tlak roztok má.
Absorpce – dvě uzavřené nádoby, které jsou spolu spojeny potrubím a ventilem, který je v počáteční fázi uzavřen. Nádoba č. 1 obsahuje kapalné chladivo a nádoba č.2 obsahuje roztok chladiva a absorbentu. Otevřeme-li ventil mezi nádobami, dojde za optimálních podmínek (za určité teploty, tlaku, hmotnostního podílu) k absorpci par chladiva do roztoku chladiva a absorbentu. Díky tomuto ději se roztok začne zahřívat vlivem absorpčního tepla a hmotnostního podíl absorbentu v roztoku se začne snižovat podle množství absorbovaných par chladiva. Abychom mohli absorbovat další páry chladiva je nezbytné absorpční teplo odvádět tzn. roztok chladit. Celý děj probíhá do té doby, dokud roztok (chladiva a absorbentu) a páry chladiva nedosáhnou vzájemné rovnováhy za daných fyzikálních podmínek (teploty, tlaku, hmotnostní podílu). Když dojde k rovnovážnému stavu musí být k zajištění další absorpce par chladiva upraveny podmínky absorbentu (snížit tlak, zvýšit koncentraci absorbentu nebo snížit teplotu).
Desorpce – dvě uzavřené nádoby, které jsou spojeny potrubím obdobně jako tomu bylo v případě absorpce. První nádoba je naplněna kapalným chladivem a druhá nádoba roztokem chladiva a absorbentu. Desorpce par a chladiva je způsobena zahříváním roztoku. Páry chladiva z tohoto důvodu proudí do první nádoby, kde kondenzují. Jak si můžete všimnout tento proces je zcela obdobný jako je tomu v případě absorpce. Hmotnostní podíl absorbentu díky zahřívání roztoku vzrůstá podle množství vypařených par chladiva. Teplota kapalného chladiva v první nádobě důsledkem kondenzace par vzrůstá. Toto vytvořené teplo během kondenzace par chladiva do kapalného stavu je vhodné pro správnou funkci celého systému odvádět ze soustavy do okolí.
Výše popsané příklady absorpce a desorpce mají samostatně velice strohé praktické uplatnění, jelikož popsané fyzikální procesy mohou efektivně fungovat jen do rovnovážného stavu. V případě, pokud dojde ke kombinaci absorpce a desorpce dojde k vytvoření jednoho procesu, který principiálně funguje nepřetržitě. V kombinaci těchto dvou popsaných oběhů (absorpce a desorpce) navíc bývají použity další dodatečná zařízení (oběhová čerpadla, škrticí ventily). Zařízení jsou v oběhu instalovány z důvodu, aby kondenzátor mohl být chlazen médii s běžnou venkovní teplotou nebo teplotou, která je vyšší než ve výparníku. Pokud bychom nepoužili škrticí ventily a oběhová čerpadla, nebylo by také možné dosáhnout nízké teploty ve výparníku. Co se týče tlaků je kondenzátor společně s generátorem na vyšší tlakové hladině než výparník a absorbér.
Na obrázku níže je k dispozici princip absorpce a desorpce v jednostupňového zapojení. U absorpčního chlazení je možné se setkat s více druhy zapojení (jednostupňové, dvoustupňové, třístupňové, půl stupňové), přičemž každý oběh má své výhody a nevýhody a způsoby použití.
ZDROJE:
[1] Transient Simulation of a Lithium Bromide-WaterVapour Absorption Refrigeration System by Dawood Jeggels
[2] The Future of Absorption Technology in America by Gearoid Foley, National Sales & Marketing Manager, Broad USA; Robert DeVault, Building EquipmentTechnology; Oak Ridge National Laboratory; Richard Sweetser, President, EXERGY Partners
[3] Wikipedia.org
