Absorpsiyonlu buzdolabı - Absorption refrigerator

Bir absorpsiyon soğutma a, soğutma bir ısı kaynağı (örn kullanan güneş enerjisi, bir fosil yakıtlı alev, atık ısı fabrikalardan veya bölge ısıtma , soğutma işlemini yürütmek için gereken enerjiyi oluşturabilmektedir sistemler). Sistem, birincisi buharlaşmalı soğutma gerçekleştiren ve ardından ikinci soğutucuya emilen iki soğutucu kullanır ; iki soğutucuyu ilk durumlarına sıfırlamak için ısı gereklidir. Prensip, bir gaz türbini veya su ısıtıcısından gelen atık ısıyı kullanarak binaları iklimlendirmek için de kullanılabilir . Bir gaz türbininden çıkan atık ısıyı kullanmak, türbini çok verimli kılar çünkü önce elektrik , sonra sıcak su ve son olarak da klima - trijenerasyon üretir . Absorpsiyonlu buzdolapları, eğlence araçlarında (RV'ler), kampçılarda ve karavanlarda yaygın olarak kullanılır, çünkü onlara güç sağlamak için gereken ısı bir propan yakıt brülörü tarafından, düşük voltajlı bir DC elektrikli ısıtıcı (bir pilden veya araç elektrik sisteminden) veya bir ile şebeke beslemeli elektrikli ısıtıcı. Daha yaygın buhar sıkıştırmalı soğutma sistemlerinden farklı olarak, bir absorpsiyonlu buzdolabı, soğutucular dışında hiçbir hareketli parça olmadan üretilebilir.

Tarih

Yirminci yüzyılın ilk yıllarında, su-amonyak sistemlerinin kullanıldığı buhar absorpsiyon çevrimi popülerdi ve yaygın olarak kullanılıyordu, ancak buhar sıkıştırma çevriminin geliştirilmesinden sonra düşük performans katsayısı (yaklaşık beşte biri) nedeniyle önemini büyük ölçüde yitirdi. buhar sıkıştırma çevrimi). Absorpsiyonlu buzdolapları, elektriğin güvenilmez, maliyetli veya mevcut olmadığı, kompresörden gelen gürültünün sorunlu olduğu veya fazla ısının mevcut olduğu (örneğin türbin egzozlarından veya endüstriyel işlemlerden veya güneş santrallerinden) normal kompresörlü buzdolaplarına popüler bir alternatiftir.

1748'de Glasgow'dayken, William Cullen , kullanılabilir bir uygulama olarak kabul edilmese de, modern soğutmanın temelini icat etti. Soğutma geçmişi hakkında daha fazla bilgi, Soğutma sayfasındaki Soğutma Araştırması paragrafında bulunabilir .

Absorpsiyonlu soğutma, 1821'de Michael Faraday tarafından icat edilen adsorpsiyonlu soğutma ile aynı prensibi kullanır (ikinci harfin farklı olduğunu unutmayın) , ancak bir absorpsiyon sisteminde katı bir adsorbe edici kullanmak yerine, bir emici soğutucu buharını bir sıvıya emer. .

Absorpsiyonlu soğutma, 1858'de Fransız bilim adamı Ferdinand Carré tarafından icat edildi . Orijinal tasarımda su ve sülfürik asit kullanıldı. 1922 yılında Baltzar von Platen ve Carl Munters , hala öğrencileri iken Kraliyet Teknoloji Enstitüsü de Stockholm , İsveç , üç akışkan yapılandırma ile prensibini geliştirilmiş. Bu "Platen-Munters" tasarımı, pompa olmadan da çalışabilir.

Ticari üretim , 1925'te Electrolux tarafından satın alınan yeni kurulan AB Arctic şirketi tarafından 1923'te başladı. 1960'larda, karavanlar (seyahat römorkları) için buzdolaplarına olan büyük talep nedeniyle absorpsiyonlu soğutma bir rönesans gördü . AB Electrolux, Amerika Birleşik Devletleri'nde Dometic Sales Corporation adlı bir yan kuruluş kurdu. Şirket , Dometic markası altında eğlence araçları (RV'ler) için buzdolapları pazarladı . 2001 yılında Electrolux onun boş ürünlerin çoğu risk sermayesi şirketine hat satılır EQT oluşturulan dometic tek başına bir şirket olarak. Dometic, 2021'de hala absorpsiyonlu buzdolapları satıyor.

1926'da Albert Einstein ve eski öğrencisi Leó Szilárd , Einstein buzdolabı olarak bilinen alternatif bir tasarım önerdi .

2007'de TED Konferansı , Adam Grosser üçüncü dünya ülkelerinde kullanılmak üzere yeni bir çok küçük, "kesintili emme" aşı soğutma ünitesinin araştırmalarını sundu. Buzdolabı, daha sonra 15 litre suyu 30 °C'lik bir ortamda 24 saat boyunca donma noktasının hemen üzerine soğutmak için kullanılabilen, bir kamp ateşi üzerine yerleştirilmiş küçük bir ünitedir.

Prensipler

Yaygın absorpsiyonlu buzdolapları, tıpkı kompresörlü buzdolapları gibi çok düşük kaynama noktasına sahip (-18 °C'den (0 °F) daha düşük ) bir soğutucu kullanır . Sıkıştırmalı buzdolapları tipik olarak bir HCFC veya HFC kullanırken, absorpsiyonlu buzdolapları tipik olarak amonyak veya su kullanır ve soğutucuyu, emiciyi , sırasıyla suyu (amonyak için) veya tuzlu suyu (su için) emebilen en az ikinci bir sıvıya ihtiyaç duyar . Her iki tip de evaporatif soğutma kullanır : soğutucu buharlaştığında (kaynadığında), onunla birlikte bir miktar ısıyı alarak soğutma etkisi sağlar. İki sistem arasındaki temel fark, çevrimin tekrarlanabilmesi için soğutucunun gazdan sıvıya dönüşme şeklidir. Absorpsiyonlu bir buzdolabı, yalnızca ısıya ihtiyaç duyan ve sıvılardan başka hareketli parçası olmayan bir yöntemle gazı tekrar sıvıya dönüştürür.

Absorpsiyonlu soğutma işlemi

Absorpsiyonlu soğutma döngüsü üç aşamada tanımlanabilir:

  1. Buharlaşma : Bir sıvı soğutucu akışkan, düşük kısmi basınç ortamında buharlaşır , böylece çevresinden ısı çeker (örn. buzdolabının bölmesi). Düşük kısmi basınç nedeniyle, buharlaşma için gereken sıcaklık da düşüktür.
  2. Absorpsiyon : İkinci sıvı, tükenmiş bir durumda, artık gaz halindeki soğutucuyu emer, böylece düşük kısmi basıncı sağlar. Bu, daha sonra bir sonraki adıma akan bir soğutucu doymuş sıvı üretir:
  3. Rejenerasyon : Soğutucuya doymuş sıvı ısıtılır ve soğutucunun buharlaşmasına neden olur.
a. Buharlaşma, dar bir tüpün alt ucunda gerçekleşir; soğutucu gaz kabarcıkları, soğutucusu tükenmiş sıvıyı, yerçekimi ile emme odasına akacağı daha yüksek bir odaya iter.
B. Sıcak gaz halindeki soğutucu akışkan bir ısı eşanjöründen geçerek ısısını sistemin dışına aktarır (çevredeki ortam sıcaklığındaki hava gibi) ve daha yüksek bir yerde yoğuşur. Yoğunlaştırılmış (sıvı) soğutucu daha sonra buharlaşma fazını sağlamak için yerçekimi ile akacaktır.

Böylece sistem, normal bir pompa olmadan sıvının mekanik sirkülasyonunu sessizce sağlar. Yoğunlaşma meydana geldiğinde basınç endişelerini önlemek için genellikle gaz halindeki üçüncü bir sıvı eklenir (aşağıya bakın).

Buna karşılık, bir kompresörlü buzdolabı, gaz halindeki soğutucu akışkan üzerindeki basıncı artırmak için genellikle elektrikli veya içten yanmalı bir motorla çalışan bir kompresör kullanır. Ortaya çıkan sıcak, yüksek basınçlı gaz, dış ortama (genellikle odadaki hava) maruz kalan bir ısı eşanjöründe ("kondenser") soğutularak sıvı bir forma yoğunlaştırılır. Şimdi dış ortamın sıcaklığına yakın bir sıcaklıkta fakat daha yüksek basınçta olan yoğuşmuş soğutucu, daha sonra bir orifis veya bir kısma valfinden evaporatör bölümüne geçer. Orifis veya kısma valfi, yüksek basınçlı kondenser bölümü ile düşük basınçlı evaporatör bölümü arasında bir basınç düşüşü oluşturur. Evaporatör bölümündeki daha düşük basınç, sıvı soğutucu akışkanın buharlaşmasına izin verir, bu da soğutucu gıda bölmesinden ısıyı emer. Şimdi buharlaşan soğutucu akışkan daha sonra çevrimi tekrarlamak için kompresöre geri döner.

Basit tuz ve su sistemi

Büyük ticari tesislerde yaygın olan basit bir absorpsiyonlu soğutma sistemi, bir lityum bromür veya lityum klorür tuzu ve su çözeltisi kullanır . Düşük basınç altındaki su, soğutulacak serpantinlerden buharlaştırılır. Su, bir lityum bromür/su çözeltisi tarafından emilir. Sistem, lityum bromür çözeltisindeki suyu ısıyla dışarı atar.

Su spreyi emme soğutma

Su püskürtme emme sistemi

Başka bir varyant, hava, su ve tuzlu su çözeltisi kullanır. Sıcak, nemli havanın girişi, püskürtülen tuzlu su çözeltisinden geçirilir. Sprey nemi düşürür, ancak sıcaklığı önemli ölçüde değiştirmez. Daha az nemli, ılık hava daha sonra havayı soğutan ve yeniden nemlendiren bir tatlı su spreyinden oluşan evaporatif bir soğutucudan geçirilir . Soğutulmuş havadaki nem, başka bir tuz çözeltisi spreyi ile uzaklaştırılarak soğuk, kuru hava çıkışı sağlanır.

Tuz çözeltisi, düşük basınç altında ısıtılarak suyun buharlaşmasına neden olarak yeniden üretilir. Tuz çözeltisinden buharlaşan su yeniden yoğuşturulur ve tekrar buharlaşmalı soğutucuya yönlendirilir.

Tek basınç absorpsiyonlu soğutma

Ev içi absorpsiyonlu buzdolabı.
1. Hidrojen, sıvı amonyak ile boruya girer
2. Amonyak ve hidrojen, iç bölmeye girer. Hacim artışı, sıvı amonyağın kısmi basıncının düşmesine neden olur. Amonyak buharlaşarak sıvı amonyaktan (ΔH Vap ) ısı alarak sıcaklığını düşürür. Isı, buzdolabının daha sıcak iç kısmından daha soğuk sıvıya akar ve daha fazla buharlaşmayı teşvik eder.
3. Amonyak ve hidrojen iç bölmeden döner, amonyak emiciye döner ve suda çözünür. Hidrojen yükselmek için serbesttir.
4. Amonyak gazı yoğuşması (pasif soğutma).
5. Sıcak amonyak gazı.
6. Amonyak gazının sudan ısı yalıtımı ve damıtılması.
7. Elektrikli ısı kaynağı.
8. Emici kap (su ve amonyak çözeltisi).
Yukarıdaki etiketli görüntüdekiyle karşılaştırılabilir tipte bir Ev tipi absorpsiyonlu buzdolabının termal görüntüsü . Renk bağıl sıcaklığı gösterir: mavi=soğuk, kırmızı en sıcaktır. Isı kaynağı (7) tamamen yalıtım bölümü (6) içinde yer almaktadır.

Tek basınçlı absorpsiyonlu bir buzdolabı, bir sıvının buharlaşma hızının , sıvının üzerindeki buharın kısmi basıncına bağlı olması ve daha düşük kısmi basınçla artması gerçeğinden yararlanır . Sistem boyunca aynı toplam basınca sahipken, buzdolabı, sistemin düşük sıcaklıktaki iç kısmından ısıyı çeken, ancak soğutucuyu koruyan kısmında soğutucu akışkanın düşük kısmi basıncını (dolayısıyla yüksek buharlaşma hızı) korur. sistemin, buzdolabının dışındaki ortam sıcaklığındaki havaya ısı veren kısmında yüksek kısmi basınçta (dolayısıyla düşük buharlaşma hızında).

Buzdolabı üç madde kullanır: amonyak , hidrojen gazı ve su . Tüm hidrojen, su ve amonyak toplanarak ve sonsuz bir şekilde yeniden kullanılarak döngü kapatılır. Sistem, amonyağın kaynama noktasının yoğuşturucu serpantinin (dış havadan daha sıcak olarak buzdolabının dışındaki havaya ısı aktaran serpantin) sıcaklığından daha yüksek olduğu basınca kadar basınçlandırılır. Bu basınç tipik olarak 14– 16 atm basınçta amonyağın çiy noktası yaklaşık 35 °C (95 °F) olacaktır.

Soğutma döngüsü, evaporatöre giren oda sıcaklığında sıvı amonyak ile başlar. Buharlaştırıcının hacmi, gaz halindeki amonyak ve hidrojen karışımı tarafından işgal edilen fazla boşlukla sıvının hacminden daha büyüktür. Hidrojenin varlığı , amonyak gazının kısmi basıncını düşürür , böylece sıvının buharlaşma noktasını buzdolabının iç sıcaklığının altına düşürür . Amonyak buharlaşarak sıvıdan az miktarda ısı alarak sıvının sıcaklığını düşürür. Büyük buharlaşma entalpisi (ısı), daha sıcak olan buzdolabının iç kısmından daha soğuk sıvı amonyağa ve ardından daha fazla amonyak gazına akarken , buharlaşmaya devam eder .

Sonraki iki adımda, amonyak gazı hidrojenden ayrılarak yeniden kullanılabilir.

  1. Amonyak (gaz) ve hidrojen (gaz) karışımı bir borudan buharlaştırıcıdan emiciye akar. Absorberde, bu gaz karışımı suyla temas eder (teknik olarak, suda zayıf bir amonyak çözeltisi). Gaz halindeki amonyak suda çözülürken, çözünmeyen hidrojen, emicinin tepesinde toplanır ve şimdi güçlü olan amonyak ve su çözeltisini altta bırakır. Amonyak suda çözülürken hidrojen şimdi ayrıdır.
  2. Bir sonraki adım, amonyak ve suyu ayırır. Amonyak/su çözeltisi, amonyağı kaynatmak için ısının uygulandığı jeneratöre (kazan) akar ve suyun çoğunu (kaynama noktası daha yüksek olan) geride bırakır. Bir miktar su buharı ve kabarcıklar amonyakla karışmış halde kalır; bu su, son ayırma adımında, su buharının yoğunlaşmasına ve jeneratöre geri akmasına izin vererek, kabarcıkları patlatmak için küçük engeller bulunan bir yokuş yukarı bükülmüş boru dizisi olan ayırıcıdan geçirilerek çıkarılır.

Saf amonyak gazı daha sonra kondansatöre girer. Bu ısı eşanjöründe , sıcak amonyak gazı, ısısını tam basınçlı amonyağın kaynama noktasının altındaki dış havaya aktarır ve bu nedenle yoğuşur. Yoğunlaştırılmış (sıvı) amonyak, absorpsiyon adımından salınan hidrojen gazı ile karıştırılmak üzere aşağı akar ve döngü tekrarlanır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

daha fazla okuma

Dış bağlantılar