GAZUNO

Technologia absorpcyjna oparta na patencie Alberta Einsteina

Gazowe absorpcyjne urządzenia Robur w swoim działaniu opierają się na patencie Alberta Einsteina i Leo Szilarda z 1930 roku dotyczącego urządzenia chłodniczego, które ma możliwość przenoszenia energii cieplnej z miejsca o niższej temperaturze do miejsca o temperaturze wyższej dzięki m.in. różnicy ciśnień, różnicy gęstości, zastosowaniu absorbentu oraz dostarczenia ciepła, np. poprzez spalanie gazu czy podłączenie elektrycznego elementu grzejnego. Urządzenie opatentowane przez Einsteina pracuje dzięki przemianom termodynamicznym zachodzącym w układzie, nie potrzebuje do tego celu żadnych części mechanicznych, a urządzenia Robur w pełni wykorzystują wiedzę zawartą w patencie.

Poniżej został zamieszczony oryginalny patent w tłumaczeniu na język polski.

Patent

Technologia absorpcyjna

Pompy ciepła oparte o absorpcyjny układ chłodniczy, zasilane gazem i wykorzystujące energię odnawialną są efektem połączenia zaawansowanych badań i innowacyjnej myśli technicznej. Charakteryzują się niskim oddziaływaniem na środowisko naturalne.

Technologia absorpcyjna amoniak-woda jest z powodzeniem rozwijana przez firmę Robur w produkcji wytwornic wody lodowej. Od dłuższego już czasu obejmuje również pompy ciepła. Urządzenia te stanowią źródło ciepła, jak i chłodu o wysokiej sprawności, do 40% wyższej, niż ta uzyskiwana przez najlepsze kotły gazowe dostępne na rynku.

Pompa ciepła to urządzenie, które jest w stanie transportować ciepło z otoczenia o niższej temperaturze (dolne źródło) do otoczenia o wyższej temperaturze (górne źródło), wykorzystując układ chłodniczy. Typowe, sprężarkowe pompy ciepła wykorzystują energię elektryczną, która zasila sprężarkę wymuszającą przepływ czynnika w układzie urządzenia. W przypadku urządzeń absorpcyjnych paliwem jest gaz ziemny lub LPG, który spalany w palniku zapewnia ciepło napędzające urządzenie.

Przykłady urządzeń chłodniczych:

• klimatyzatory,
• sprężarkowe pompy ciepła zasilane energią elektryczną,
• absorpcyjne pompy ciepła zasilane gazem ziemnym (lub LPG).

W przypadku klimatyzacji termin pompa ciepła odnosi się do urządzeń rewersyjnych, które dzięki wbudowanemu w układzie zaworowi rewersyjnemu (zmieniającemu kierunek przepływu czynnika w urządzeniu) mogą produkować ciepło lub chłód dla potrzeb zmiany temperatury powietrza w pomieszczeniu.

Pompy ciepła klasyfikowane są według różnych kryteriów. Główny podział odnosi się do ich przeznaczenia (ogrzewanie, chłodzenie, praca rewersyjna, odzysk lub transformacja ciepła), jak również rodzaju dolnego i górnego źródła ciepła (otoczenia, z którego ciepło jest pozyskiwane i otoczenia, do którego to ciepło przekazujemy):

• powietrze-woda: urządzenie zwane powietrzną pompą ciepła pozyskuje ciepło z powietrza atmosferycznego (za pomocą wymiennika lamelowego, przez który przepływa powietrze zewnętrzne) i za pomocą wody w instalacji grzewczej przekazuje to ciepło do poszczególnych pomieszczeń w ogrzewanym budynku.
• woda-woda: urządzenie tego typu pozyskuje ciepło z gruntu za pomocą specjalnego wymiennika zainstalowanego w gruncie, w którym krąży płyn niezamarzający. Urządzenia tego typu mogą również wykorzystywać ciepło zawarte w wodach gruntowych lub powierzchniowych.
• powietrze-powietrze: urządzenie tego typu pozyskuje ciepło z powietrza atmosferycznego (za pomocą wymiennika lamelowego, przez który przepływa powietrze zewnętrzne) i następnie przekazuje je do ogrzewanego otoczenia. W tym przypadku powietrze ogrzewane jest bezpośrednio poprzez wymiennik zainstalowany w urządzeniu – przykład stanowią tutaj klimatyzatory z opcja pompy ciepła (np.”split”).
• woda-powietrze: pompa ciepła pozyskuje ciepło z dolnego źródła w postaci wody gruntowej, powierzchniowej lub gruntu i następnie ogrzewa powietrze w pomieszczeniu bezpośrednio poprzez wymiennik zainstalowany w urządzeniu (w jednostce wewnętrznej). Tego typu urządzenia stanowią najmniej popularna grupę pomp ciepła.

CZYM RÓŻNI SIĘ ABSORPCYJNA POMPA CIEPŁA OD POMPY SPRĘŻARKOWEJ?

Gazowa absorpcyjna pompa ciepła różni się od pompy sprężarkowej w następujących kwestiach:

• napęd stanowi palnik gazowy zamiast elektrycznej sprężarki,
• w układzie znajduje się woda i amoniak zamiast czynników syntetycznych (HFC).

Absorpcyjna pompa ciepła realizuje układ chłodniczy bardzo zbliżony do pomp sprężarkowych. Podstawową różnicą w budowie jest część napędowa układu. Zamiast sprężarki stosowanej w typowych pompach ciepła w urządzeniu absorpcyjnym zastosowany jest układ generator-absorber. Podczas spalania paliwa w palniku gazowym (urządzenia zasilane są gazem ziemnym lub LPG) w komorze spalania wytwarza się ciepło dostarczane do warnika. Pod jego wpływem z roztworu bogatego (amoniak/woda) następuje odparowywanie amoniaku. Pary amoniaku o wysokim ciśnieniu i temperaturze przechodzą przez półki rektyfikatora. W procesie rektyfikacji pary amoniaku kontaktują z roztworem bogatym i dzięki temu opuszczają tą część warnika prawie całkowicie pozbawione pary wodnej.  Czynnik trafia do deflegmatora, gdzie następuje dalsze oczyszczanie pary amoniaku z pary wodnej. Następnie pary amoniaku oddają ciepło w skraplaczu (podgrzewając wodę CO/C.W.U.) i w postaci ciekłej czynnik dopływa do elementu rozprężnego. Za zaworem ciekły amoniak o niskim ciśnieniu i temperaturze doprowadzany jest do parownika, gdzie pobiera ciepło z  dolengo źródła i odparowuje. W absorberze pary amoniaku absorbowane są przez roztwór ubogi. Roztwór ten kierowany jest do absorbera z dolnej części warnika, zostaje on rozprężony do niskiego ciśnienia i w postaci „deszczu” rozpylony w absorberze. Amoniak pochłaniany jest przez krople wody i w ten sposób powstaje roztwór bogaty. Mieszanina bogata w amoniak kierowana jest do wymiennika rurowego (tego samego, w którym następuje skraplanie czynnika), gdzie oddaje do wody grzewczej ciepło powstałe w procesie absorpcji.

Pompy ciepła są w stanie wykorzystywać źródła o niskiej temperaturze (np. z powietrze zewnętrzne). Energia cieplna z odnawialnego źródła przejmowana jest przez czynnik chłodniczy, który odparowuje. Następnie w pompie ciepła, w procesie absorpcji, czynnik jest dogrzewany. Dogrzany czynnik kierowany jest na skraplacz, gdzie oddaje zgromadzone ciepło wodzie grzewczej. Woda grzewcza, po przez instalację, przenosi ciepło do pomieszczeń w budynku. Energia ze źródeł odnawialnych, którą można wykorzystywać, obecna jest w:

• POWIETRZU: pompy ciepła pobierają ciepło z powietrza zewnętrznego za pomocą wymiennika lamelowego, przepływ powietrza wymuszony jest przez wentylator urządzenia.
• WODA: ciepło akumulowane w wodzie w dużych zbiornikach wodnych (rzeki, jeziora), jak również w warstwach wodonośnych może być pozyskiwane poprzez pompowanie wody do odpowiednich wymienników ciepła i następnie na parownik urządzenia.
• GRUNT: przy użyciu specjalnych wymienników instalowanych w gruncie (np. sondy pionowe) połączonych z pompą ciepła możliwe jest pozyskiwanie ciepła zakumulowanego w ziemi. 

Źródła ciepła:

Powietrze

Energią aerotermalną można nazwać ciepło obecne w powietrzu atmosferycznym. Nawet przy temperaturze poniżej zera powietrze nadal zawiera ciepło, które może być wykorzystane, jeśli zostanie ono przepuszczone przez wymiennik, wewnątrz którego krąży płyn niskowrzący. Powietrzna pompa ciepła jest zdolna pobrać ciepło zgromadzone w powietrzu atmosferycznym i przekazać je do efektywnego ogrzania budynku.

Woda

Energię hydrotermalną można zwięźle zdefiniować jako ciepło obecne w wodach jezior, rzek i warstwach wodonośnych. Woda przy dnie nigdy nie zamarza i ma w miarę stałą temperaturę przez cały rok. Pompa ciepła, przy pomocy specjalnych wymienników zanurzonych w rzece, jeziorze lub w studni, jest zdolna pobrać energię hydrotermalną i przekazać ją do ogrzania budynku. Stała temperatura wody umożliwia pracę urządzenia ze stałą, wysoką efektywnością. 

Grunt

Energią geotermalną można nazwać ciepło obecne pod powierzchnią ziemi. Pochodzi ono w głównej mierze z wnętrza planety ale także od promieni słonecznych padających na jej powierzchnię. Temperatura gruntu pozostaje praktycznie niezmienna przez cały rok. Dzięki temu jest niezwykle efektywnym odnawialnym źródłem dla pompy ciepła.