Zaletą systemów absorpcyjnych jest prostota budowy, brak ruchomych części, cicha praca, brak problemów z korozją. Wprowadzane usprawnienia powodują wzrost wartości COP tego typu urządzeń a konieczność oszczędzania zasobów energii i ochrona środowiska naturalnego poprzez stosowanie czynników proekologicznych powoduje, że urządzenia tego typu stają się konkurencyjne w stosunku do urządzeń sprężarkowych.

Rys. 1. Schemat absorpcyjnego urządzenia chłodniczego

Zainteresowanie urządzeniami absorpcyjnymi w ostatnich latach wynika przede wszystkim z trzech faktów:

1. Nie osiągnięto jeszcze granicy efektywności energetycznej urządzeń absorpcyjnych oraz potencjalnego obszaru ich zastosowań.
2. Urządzenia tego typu są napędzane ciepłem, a więc mogą one zużytkowywać nie zagospodarowane dotąd źródła odpadowej energii cieplnej, ponadto mogą wykorzystywać w sposób efektywny źródła energii niekonwencjonalnej, na przykład energię słoneczną.
3. Kolejnym argumentem jest fakt, że wycofywanie wielu dotychczas stosowanych syntetycznych czynników chłodniczych ze względów ekologicznych wymusza poszukiwanie nowych płynów roboczych.

Rys. 2. Schemat absorpcyjnego urządzenia chłodniczego z regeneracyjnymi wymiennikami ciepła

Schemat działania absorpcyjnych urządzeń chłodniczych

Schemat ideowy absorpcyjnego urządzenia chłodniczego w układzie dwutlenek węgla-ciecz jonowa przedstawiono na rysunku 1. Podstawowe elementy tego typu urządzenia, jak parownik, skraplacz oraz element rozprężny funkcjonują tak, jak w tradycyjnych układach sprężarkowych. Unikalny dla urządzeń absorpcyjnych jest transport czynnika z parownika do skraplacza. Proces transportu polegający na przenoszeniu czynnika ze strony ciśnienia niskiego na stronę ciśnienia wysokiego nazywa się sprężarką termiczną. Układ po lewej stronie jest analogiczny do układów sprężarkowych, a transport czynnika jest taki sam: skroplony czynnik przez zawór rozprężny Z1 trafia do parownika, gdzie odparowując, pobiera ciepło z otoczenia. Zasada działania sprężarki termicznej o działaniu ciągłym dla płynów roboczych w układzie dwutlenek węgla-ciecz jonowa jest następująca: pary dwutlenku węgla o niskim ciśnieniu i temperaturze przepływają z parownika do absorbera, tam są pochłaniane przez ciecz jonową. Powstający w ten sposób tzw. roztwór bogaty, czyli zawierający dużą ilość dwutlenku węgla jest zasysany przez pompę i dostarczany pod wysokim ciśnieniem do warnika. Absorber służy do rozdzielenia cieczy jonowej i dwutlenku węgla z roztworu bogatego. Do warnika dostarczane jest w dużych ilościach ciepło, wskutek czego następuje proces desorpcji: dwutlenek węgla odparowuje z roztworu. W efekcie powstaje para dwutlenku węgla oraz tzw. roztwór ubogi, zawierający małe ilości dwutlenku węgla. Para dwutlenku węgla przepływa do skraplacza, zaś dalsze przemiany termodynamiczne obywają się analogicznie, jak w tradycyjnym układzie. Pozostały w warniku roztwór ubogi spływa do absorbera poprzez zawór rozprężny Z2, celem obniżenia jego ciśnienia do parametrów panujących po stronie niskociśnieniowej urządzenia.

Efektywność energetyczną urządzenia określa współczynnik wydajności chłodniczej zdefiniowany, podobnie jak dla każdego urządzenia chłodniczego, jako stosunek efektu do nakładu.

gdzie:
Q₀ – wydajność chłodnicza,
Q_w – strumień ciepła doprowadzany do warnika
P_p – moc napędowa pompy.

Możliwość zoptymalizowania konstrukcji omawianego urządzenia zaprezentowano na rysunku 2. Zasada działanie jest analogiczna dla przykładu opisującego powyżej za wyjątkiem zainstalowania dwóch dodatkowych wymienników. Wymiennik regeneracyjny I uzyskuje dodatkowe dochłodzenie ciekłego czynnika zasilającego parownik, co powoduje wzrost wydajności chłodniczej. Wymiennik regeneracyjny II pozwala odzyskać moc cieplną dostarczaną do warnika oraz pozwala na zmniejszenie ilości wody chłodzącej absorber.

Rys. 3. Układ chłodniczy absorpcyjny wyposażony w podsprężarkę strumienicową: 1 – desorber, 2 – absorber, 3 – wymiennik ciepła roztworów, 4 – pompa roztworu bogatego, 5 – skraplacz, 6 –parownik, 7 – strumienica, 8 – zawór regulacyjny, 9 – zawór odcinający, 10 – wymiennik ciepła (dochładzacz)

Układy absorpcyjne strumienicowe

Strumienicę jako podsprężarkę można wykorzystać także w układach absorpcyjnych. Rozpatrywany układ to chłodziarka amoniakalno-wodna. Para amoniaku pobrana z rurociągu pomiędzy desorberem (1) a skraplaczem (5) dopływa do dyszy napędowej strumienicy (7), ciekły czynnik jest dochładzany przed zaworem dławiącym, kosztem przegrzania pary zasysanej do strumienicy z parownika w dochładzaczu. Ze strumienicy mieszanina strumieni czynnika napędowego i zasysanego trafia do absorbera. Z absorbera wychodzi roztwór bogaty wody i amoniaku, który pompowo doprowadzany jest do desorbera. W desorberze następuje odparowanie amoniaku, a roztwór ubogi poprzez zawór rozprężny doprowadzany jest do absorbera. Ciepło roztworu ubogiego trafiającego do absorbera przed zaworem rozprężnym jest odzyskiwane przez roztwór bogaty, który jest kierowany do desorbera, dzięki temu możemy doprowadzić mniejsza ilość ciepła do desorbera aby oddzielić amoniak od wody. Pary amoniaku z desorbera trafiają do skraplacza i dyszy napędowej strumienicy.

Piotr BAJ
Specjalista w dziedzinie chłodnictwa i klimatyacji

LITERATURA:
[1] Dariusz BUTRYMOWICZ: Analiza pracy absorpcyjnych urządzeń chłodniczych. Politechnika Białostocka. 2007.
[2] Dariusz BUTRYMOWICZ: Absorpcyjne urządzenia chłodnicze. Politechnika Białostocka. 2007.
[3] Aleksander PALIWODA: Urządzenia chłodnicze strumienicowe. Wydawnictwo Naukowo-Techniczne. Warszawa, 1971.