ตู้เย็นแบบดูดซับความร้อนเป็นตู้เย็นที่ใช้แหล่งความร้อนเพื่อให้พลังงานที่จำเป็นในการขับเคลื่อนกระบวนการทำความเย็น ตัวอย่างของแหล่งความร้อนที่สามารถนำมาใช้ได้ ได้แก่ พลังงาน แสงอาทิตย์การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลความร้อนเหลือทิ้งจากโรงงาน และระบบ ทำความร้อนส่วนกลาง

ตู้เย็นแบบดูดซับใช้สารทำความเย็นสองชนิด โดยสารทำความเย็นชนิดแรกทำหน้าที่ทำความเย็นโดยการระเหยก่อนที่จะถูกดูดซับเข้าไปในสารทำความเย็นชนิดที่สอง จากนั้นจึงต้องใช้ความร้อนเพื่อปรับสารทำความเย็นทั้งสองชนิดให้กลับสู่สภาวะเริ่มต้น

ตู้เย็นแบบดูดซับความร้อนมักใช้ในรถบ้าน (RV) รถแคมป์และคาราวานเนื่องจากความร้อนที่จำเป็นในการทำงานสามารถมาจากเตาเผาเชื้อเพลิงโพรเพน เครื่องทำความร้อนไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันต่ำ (จากแบตเตอรี่หรือระบบไฟฟ้าของรถยนต์) หรือ เครื่องทำความร้อนไฟฟ้า ที่ใช้ไฟบ้าน ตู้เย็นแบบดูดซับความร้อนยังสามารถใช้ในการปรับอากาศอาคารโดยใช้ความร้อนเหลือทิ้งจากกังหันก๊าซหรือ เครื่องทำน้ำอุ่น ในอาคาร การใช้ความร้อนเหลือทิ้งจากกังหันก๊าซทำให้กังหันมีประสิทธิภาพสูงมาก เนื่องจากมันจะผลิตไฟฟ้า ก่อน จากนั้นจึงผลิตน้ำร้อน และสุดท้ายจึงผลิตเครื่องปรับอากาศ— เป็นการผลิตพลังงานสามอย่างพร้อมกัน ( ไตรเจนเนอเรชั่น )

แตกต่างจากระบบ ทำความเย็นแบบอัดไอทั่วไปตู้เย็นแบบดูดซับไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้

ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 วงจรการดูดซับไอโดยใช้ระบบน้ำ-แอมโมเนียได้รับความนิยมและใช้งานอย่างแพร่หลาย แต่หลังจากมีการพัฒนาวงจรการอัดไอ วงจรการดูดซับไอก็สูญเสียความสำคัญไปมากเนื่องจากมีค่าสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ ต่ำ (ประมาณหนึ่งในห้าของวงจรการอัดไอ) ตู้เย็นแบบดูดซับเป็นทางเลือกแทนตู้เย็นแบบคอมเพรสเซอร์ในกรณีที่ไฟฟ้าไม่เสถียร มีราคาแพง หรือหาได้ยาก ในกรณีที่เสียงดังจากคอมเพรสเซอร์เป็นปัญหา หรือในกรณีที่มีความร้อนเหลือเฟือ

ในปี ค.ศ. 1748 ที่เมืองกลาสโกว์วิลเลียม คัลเลนได้คิดค้นพื้นฐานของระบบทำความเย็นสมัยใหม่ แม้ว่าเขาจะไม่ได้รับการยกย่องว่าเป็นผู้คิดค้นการใช้งานที่เป็นรูปธรรมก็ตาม สามารถอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับประวัติศาสตร์ของระบบทำความเย็นได้ในหัวข้อ " การวิจัยด้านการทำความเย็น"ในหน้า " การทำความเย็น "

การทำความเย็นแบบดูดซับใช้หลักการเดียวกับการทำความเย็นแบบดูดกลืนซึ่งคิดค้นโดยไมเคิล ฟาราเดย์ในปี ค.ศ. 1821 แต่แทนที่จะใช้ตัวดูดกลืนที่เป็นของแข็ง ในระบบดูดซับจะใช้ตัวดูดกลืนไอสารทำความเย็นเข้าไปในของเหลว

การทำความเย็นแบบดูดซับถูกคิดค้นโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสเฟอร์ดินานด์ การ์เรในปี พ.ศ. 2391 ^{[ 1 ]}การออกแบบดั้งเดิมใช้น้ำและกรดซัลฟิวริก หลักการได้รับการปรับปรุงด้วยการกำหนดค่าของเหลวสามชนิดในปี พ.ศ. 2465 โดยบัลต์ซาร์ ฟอน พลาเทนและคาร์ล มันเตอร์สนักศึกษาสองคนจากสถาบันเทคโนโลยีหลวงในสตอกโฮล์มการออกแบบ "พลาเทน-มันเตอร์ส" นี้สามารถทำงานได้โดยไม่ต้องใช้ปั๊ม

การผลิตเชิงพาณิชย์เริ่มต้นขึ้นในปี 1923 โดยบริษัทAB Arctic ที่เพิ่งก่อตั้งใหม่ ซึ่งต่อมาถูกElectrolux ซื้อกิจการ ในปี 1925 ในช่วงทศวรรษ 1960 การทำความเย็นแบบดูดซับกลับมาได้รับความนิยมอีกครั้งเนื่องจากความต้องการตู้เย็นสำหรับคาราวาน มีจำนวนมาก ต่อมา AB Electrolux ได้ก่อตั้งบริษัทสาขาในสหรัฐอเมริกาชื่อ Dometic Sales Corporation บริษัทนี้ทำการตลาดตู้เย็นสำหรับรถบ้าน (RV) ภายใต้ แบรนด์ Dometicในปี 2001 Electrolux ได้ขายสายผลิตภัณฑ์เพื่อการพักผ่อนหย่อนใจส่วนใหญ่ให้กับบริษัทร่วมทุนEQTซึ่งได้ก่อตั้งDometicขึ้นมาเป็นบริษัทอิสระ Dometic ยังคงจำหน่ายตู้เย็นแบบดูดซับจนถึงเดือนกรกฎาคม 2025 ^{[ 2 ]}

เมื่อปี พ.ศ. 2469 อัลเบิร์ต ไอน์สไตน์และเลโอ ซิลาร์ด อดีตนักศึกษาของเขา ได้เสนอการออกแบบทางเลือกที่เรียกว่าตู้เย็นไอน์สไตน์^{[ 3 ]}

ในการประชุม TED ปี 2007 Adam Grosserได้นำเสนอผลงานวิจัยเกี่ยวกับหน่วยทำความเย็นวัคซีนแบบ "การดูดซับแบบไม่ต่อเนื่อง" สำหรับใช้ในประเทศโลกที่สาม ตู้เย็นนี้เป็นหน่วยขนาดเล็กที่วางอยู่เหนือกองไฟ ซึ่งต่อมาสามารถใช้ทำความเย็นน้ำ 15 ลิตร (3.3 แกลลอนอังกฤษ; 4.0 แกลลอนสหรัฐ) ให้มีอุณหภูมิเหนือจุดเยือกแข็งเล็กน้อยเป็นเวลา 24 ชั่วโมงในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิ 30 °C (86 °F) [ ^{4 ] แนวคิด}นี้คล้ายกับอุปกรณ์ทำความเย็นรุ่นแรกๆ ที่รู้จักกันในชื่อIcyball

ตู้เย็นแบบดูดซับทั่วไปใช้สารทำความเย็นที่มีจุดเดือด ต่ำมาก (ต่ำกว่า −18 °C (0 °F)) เช่นเดียวกับตู้เย็นแบบคอมเพรสเซอร์ตู้เย็นแบบคอมเพรสเซอร์มักใช้HCFCหรือHFCในขณะที่ตู้เย็นแบบดูดซับมักใช้แอมโมเนียหรือน้ำและต้องการของเหลวอย่างน้อยอีกหนึ่งชนิดที่สามารถดูดซับสารทำความเย็นได้ เรียกว่า สาร ดูดซับซึ่งก็คือน้ำ (สำหรับแอมโมเนีย) หรือน้ำเกลือ (สำหรับน้ำ) ทั้งสองประเภทใช้การทำความเย็นแบบระเหย : เมื่อสารทำความเย็นระเหย (เดือด) มันจะดึงความร้อนบางส่วนออกไปด้วย ทำให้เกิดผลการทำความเย็น ความแตกต่างหลักระหว่างสองระบบนี้คือวิธีการเปลี่ยนสารทำความเย็นจากก๊าซกลับไปเป็นของเหลวเพื่อให้วงจรสามารถเกิดขึ้นซ้ำได้ ตู้เย็นแบบดูดซับเปลี่ยนก๊าซกลับไปเป็นของเหลวโดยใช้วิธีที่ต้องการเพียงความร้อน และไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้อื่นใดนอกจากของเหลว

วัฏจักรการทำความเย็นแบบดูดซับสามารถอธิบายได้เป็นสามขั้นตอน:

• การระเหย: สารทำความเย็นที่เป็นของเหลวจะระเหยใน สภาพแวดล้อม ที่มีความดันย่อย ต่ำ จึงดึงความร้อนจากสิ่งแวดล้อมโดยรอบ (เช่น ช่องแช่เย็นของตู้เย็น) เนื่องจากความดันย่อยต่ำ อุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการระเหยจึงต่ำเช่นกัน
• การดูดซับ: ของเหลวตัวที่สองซึ่งอยู่ในสภาวะที่พร่องสารทำความเย็น จะดูดสารทำความเย็นที่กลายเป็นก๊าซออกไป ทำให้เกิดความดันย่อยต่ำ ส่งผลให้ของเหลวอิ่มตัวด้วยสารทำความเย็น จากนั้นของเหลวนี้จะไหลไปยังขั้นตอนต่อไป:
• การฟื้นฟูสภาพ: ของเหลวที่อิ่มตัวด้วยสารทำความเย็นจะถูกให้ความร้อน ทำให้สารทำความเย็นระเหยออกไป
  1. การระเหยเกิดขึ้นที่ปลายด้านล่างของท่อแคบๆ ฟองก๊าซสารทำความเย็นจะดันของเหลวที่สารทำความเย็นหมดไปแล้วขึ้นไปยังห้องด้านบน จากนั้นของเหลวนั้นจะไหลลงสู่ห้องดูดซับด้วยแรงโน้มถ่วง
  2. สารทำความเย็นที่เป็นก๊าซร้อนจะไหลผ่านเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน ถ่ายเทความร้อนออกไปนอกระบบ (เช่น สู่อากาศโดยรอบที่มีอุณหภูมิแวดล้อม) และควบแน่นในที่สูงกว่า สารทำความเย็นที่ควบแน่นแล้ว (ของเหลว) จะไหลลงมาตามแรงโน้มถ่วงเพื่อป้อนเข้าสู่ขั้นตอนการระเหย

ระบบนี้จึงช่วยให้ของเหลวไหลเวียนอย่างเงียบ ๆ โดยไม่ต้องใช้ปั๊มตามปกติ โดยปกติจะมีการเติมของเหลวชนิดที่สามซึ่งเป็นก๊าซ เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาเรื่องแรงดันเมื่อเกิดการควบแน่น (ดูด้านล่าง)

ในทางตรงกันข้าม ปั๊มความร้อนแบบใช้คอมเพรสเซอร์ทำงานโดยการปั๊มก๊าซสารทำความเย็นจากเครื่องระเหยไปยังเครื่องควบแน่น ซึ่งจะลดความดันและอุณหภูมิเดือดในเครื่องระเหย และเพิ่มความดันและอุณหภูมิควบแน่นในเครื่องควบแน่น จำเป็นต้องใช้พลังงานจากมอเตอร์ไฟฟ้าหรือเครื่องยนต์สันดาปภายในเพื่อขับเคลื่อนปั๊มคอมเพรสเซอร์ การอัดสารทำความเย็นใช้พลังงานนี้ในการทำงานกับก๊าซ ทำให้อุณหภูมิของก๊าซเพิ่มขึ้น ก๊าซอุ่นที่มีความดันสูงจะเข้าสู่เครื่องควบแน่น ซึ่งจะเกิดการเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวและปล่อยความร้อนสู่สิ่งแวดล้อมรอบข้าง สารทำความเย็นเหลวอุ่นจะเคลื่อนที่จากเครื่องควบแน่นที่มีความดันสูงไปยังเครื่องระเหยที่มีความดันต่ำผ่านวาล์วขยายตัว หรือที่เรียกว่าวาล์วควบคุมการไหลหรือวาล์วจูล-ทอมสัน วาล์วขยายตัวจะทำให้สารทำความเย็นกลายเป็นไอบางส่วน ทำให้เกิดการระบายความร้อนด้วยการระเหย และไอที่เกิดขึ้นจะถูกระบายความร้อนด้วยการขยายตัว นี่เป็นการรวมกันของการระบายความร้อนแบบจูล-ทอมสันและการทำงานที่เกิดจากการขยายตัวของก๊าซ โดยทั้งสองอย่างนี้เกิดขึ้นจากพลังงานภายในของก๊าซ สารทำความเย็นเหลวที่มีอุณหภูมิต่ำและความดันต่ำจะดูดซับความร้อนจากสภาพแวดล้อมรอบๆ เครื่องระเหยและกลายเป็นไอ ก๊าซที่เกิดขึ้นจะเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ และวงจรก็จะเริ่มต้นใหม่อีกครั้ง

ระบบทำความเย็นแบบดูดซับอย่างง่ายที่พบได้ทั่วไปในโรงงานเชิงพาณิชย์ขนาดใหญ่ใช้สารละลายของ เกลือ ลิเธียมโบรไมด์หรือลิเธียมคลอไรด์และน้ำ น้ำภายใต้ความดันต่ำจะระเหยออกจากขดลวดที่ต้องการทำให้เย็น น้ำจะถูกดูดซับโดยสารละลายลิเธียมโบรไมด์/น้ำ ระบบจะขับน้ำออกจากสารละลายลิเธียมโบรไมด์ด้วยความร้อน^{[ 5 ]}

อีกรูปแบบหนึ่งใช้อากาศ น้ำ และสารละลายน้ำเกลือ โดยอากาศอุ่นชื้นที่ถูกดูดเข้าไปจะถูกส่งผ่านสารละลายน้ำเกลือที่ฉีดพ่น สารละลายนี้จะลดความชื้นแต่ไม่เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างมีนัยสำคัญ จากนั้นอากาศอุ่นที่มีความชื้นน้อยลงจะถูกส่งผ่านเครื่องทำความเย็นแบบระเหยซึ่งประกอบด้วยการฉีดพ่นน้ำจืด เพื่อลดอุณหภูมิและเพิ่มความชื้นให้กับอากาศ ความชื้นจะถูกกำจัดออกจากอากาศที่เย็นลงด้วยการฉีดพ่นสารละลายเกลืออีกครั้ง ทำให้ได้อากาศเย็นและแห้งออกมา

สารละลายเกลือจะถูกสร้างขึ้นใหม่โดยการให้ความร้อนภายใต้ความดันต่ำ ทำให้เกิดการระเหยของน้ำ น้ำที่ระเหยออกจากสารละลายเกลือจะถูกควบแน่นอีกครั้ง และส่งกลับไปยังเครื่องทำความเย็นแบบระเหย

ตู้เย็นแบบดูดซับความดันเดียวใช้ประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่า อัตราการระเหยของของเหลวขึ้นอยู่กับ ความดัน ย่อยของไอเหนือของเหลว และจะสูงขึ้นเมื่อความดันย่อยต่ำลง ในขณะที่ความดันรวมเท่ากันตลอดทั้งระบบ ตู้เย็นจะรักษาความดันย่อยของสารทำความเย็นให้ต่ำ (ดังนั้นอัตราการระเหยสูง) ในส่วนของระบบที่ดึงความร้อนออกจากภายในตู้เย็นที่มีอุณหภูมิต่ำ แต่จะรักษาความดันย่อยของสารทำความเย็นให้สูง (ดังนั้นอัตราการระเหยต่ำ) ในส่วนของระบบที่ระบายความร้อนออกสู่อากาศภายนอกที่มีอุณหภูมิแวดล้อม

ตู้เย็นใช้สารสามชนิด ได้แก่แอมโมเนียก๊าซไฮโดรเจนและน้ำวงจรการทำงานเป็นแบบปิด โดยไฮโดรเจน น้ำ และแอมโมเนียทั้งหมดจะถูกรวบรวมและนำกลับมาใช้ซ้ำอย่างไม่สิ้นสุด ระบบจะถูกอัดแรงดันเพื่อเพิ่มจุดเดือดของแอมโมเนียให้สูงกว่าอุณหภูมิของขดลวดคอนเดนเซอร์ (ขดลวดที่ถ่ายเทความร้อนไปยังอากาศภายนอกตู้เย็น โดยมีอุณหภูมิสูงกว่าอากาศภายนอก) แรงดันนี้โดยทั่วไปอยู่ที่ 14–16 บรรยากาศมาตรฐาน (1,400–1,600 กิโลปาสคาล) ทำให้จุดน้ำค้างของแอมโมเนียอยู่ที่ประมาณ 35 องศาเซลเซียส (95 องศาฟาเรนไฮต์)

วงจรการทำความเย็นเริ่มต้นด้วยแอมโมเนียเหลวที่อุณหภูมิห้องไหลเข้าสู่คอยล์เย็น ปริมาตรของคอยล์เย็นจะมากกว่าปริมาตรของของเหลว โดยพื้นที่ส่วนเกินจะเต็มไปด้วยส่วนผสมของแอมโมเนียและไฮโดรเจนในสถานะก๊าซ การมีอยู่ของไฮโดรเจนจะลดความดันย่อยของก๊าซแอมโมเนีย ทำให้จุดระเหยของของเหลวลดลงต่ำกว่าอุณหภูมิภายในตู้เย็น แอมโมเนียจะระเหย โดยดูดความร้อนเล็กน้อยจากของเหลวและลดอุณหภูมิของของเหลวลง มันจะระเหยต่อไปเรื่อยๆ ในขณะที่พลังงานความร้อน (เอนทาลปีของการระเหย ) จำนวนมากไหลจากภายในตู้เย็นที่อุ่นกว่าไปยังแอมโมเนียเหลวที่เย็นกว่า และจากนั้นไปยังแอมโมเนียในสถานะก๊าซเพิ่มเติม

ในสองขั้นตอนถัดไป ก๊าซแอมโมเนียจะถูกแยกออกจากไฮโดรเจนเพื่อให้สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้

1. ส่วนผสมของแอมโมเนีย (ก๊าซ) และไฮโดรเจน (ก๊าซ) ไหลผ่านท่อจากเครื่องระเหยไปยังเครื่องดูดซับ ในเครื่องดูดซับ ส่วนผสมของก๊าซนี้จะสัมผัสกับน้ำ (ในทางเทคนิคคือสารละลายแอมโมเนียเจือจางในน้ำ) แอมโมเนียที่เป็นก๊าซจะละลายในน้ำ ในขณะที่ไฮโดรเจนซึ่งไม่ละลายจะสะสมอยู่ที่ด้านบนของเครื่องดูดซับ ทำให้สารละลายแอมโมเนียและน้ำที่มีความเข้มข้นสูงขึ้นอยู่ที่ด้านล่าง ไฮโดรเจนจึงแยกตัวออกมา ในขณะที่แอมโมเนียละลายอยู่ในน้ำแล้ว
2. ขั้นตอนต่อไปคือการแยกแอมโมเนียและน้ำ สารละลายแอมโมเนีย/น้ำจะไหลไปยังเครื่องกำเนิด (หม้อไอน้ำ) ซึ่งจะให้ความร้อนเพื่อต้มแอมโมเนียให้เดือด เหลือเพียงน้ำส่วนใหญ่ (ซึ่งมีจุดเดือดสูงกว่า) ไอน้ำและฟองอากาศบางส่วนยังคงผสมอยู่กับแอมโมเนีย น้ำส่วนนี้จะถูกกำจัดออกในขั้นตอนการแยกขั้นสุดท้าย โดยการส่งผ่านไปยังตัวแยก ซึ่งเป็นชุดท่อบิดงอที่มีสิ่งกีดขวางเล็กน้อยเพื่อทำให้ฟองอากาศแตก ทำให้ไอน้ำควบแน่นและไหลกลับไปยังเครื่องกำเนิด

จากนั้นก๊าซแอมโมเนียบริสุทธิ์จะเข้าสู่คอนเดนเซอร์ ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน นี้ ก๊าซแอมโมเนียร้อนจะถ่ายเทความร้อนไปยังอากาศภายนอก ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าจุดเดือดของแอมโมเนียที่ความดันเต็มที่ จึงเกิดการควบแน่น แอมโมเนียที่ควบแน่น (ของเหลว) จะไหลลงไปผสมกับก๊าซไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาจากขั้นตอนการดูดซับ และวนซ้ำวัฏจักรนี้

• การทำความเย็นแบบดูดซับ
• ไอซ์บอล
• ตู้เย็นดูดซับควอนตัม

• Levy, A.; Kosloff, R. (2012). "ตู้เย็นการดูดกลืนควอนตัม". Phys. Rev. Lett . 108 (7) 070604. arXiv : 1109.0728 . Bibcode : 2012PhRvL.108g0604L . doi : 10.1103/PhysRevLett.108.070604 . PMID  22401189 . S2CID  6981288 .

• ปั๊มความร้อนแบบดูดซับ ( สำนักงานประสิทธิภาพพลังงานและพลังงานหมุนเวียน )
• คำอธิบายเกี่ยว กับพลังงานในรัฐแอริโซนาพร้อมแผนภาพประกอบ
• วงจรลิเธียมโบรไมด์/น้ำ – ระบบทำความเย็นแบบดูดซับสำหรับใช้ในวิทยาเขตของมหาวิทยาลัย BYU
• สถาบันมาตรฐานแห่งชาติอเมริกัน (American National Standards Institute ) “ มาตรฐาน AHRI 560–2000 สำหรับตู้เย็นแบบดูดซับ” (PDF)เก็บถาวรจากต้นฉบับ(PDF)เมื่อ 31 ตุลาคม 2555 เรียกดูเมื่อ31 มีนาคม 2555