استفاده از آمونیاک و آب به عنوان ماده مبرد و جاذب نسبت به زوج لیتیوم بروماید و آب قدمتی دیرینه‌تر دارد. به طوری که اولین واحد جذبی ساخته شده در سال ١٨٥٩ توسط فردیناند کاره از این نوع بود. البته قبل از او برادرش ادموند از محلول آب و اسید سولفوریک استفاده کرده بود. بعد از آن و در سال ١٩٢٦ میلادی شرکت الکترولوکس به کمک دو مهندس سوئدی به نام‌های کارل مونترز و بالتازار و ون پلاتن یخچال‌های جذبی خانگی را با نام تجاری سرول به بازار آمریکا معرفی کردند که بسیار مورد استقبال همگانی قرار گرفت و میلیون‌ها نفر از این محصول بهره‌مند شدند. در ایران نیز این نوع یخچال‌ها با نام یخچال نفتی معروف بودند. تولید این نوع یخچال‌های جذبی آمونیاکی تا سال ١٩٥٠ میلادی همچنان ادامه داشت تا این‌که جای خود را به یخچال‌هایی با سیستم تراکمی داد. این در حالی است که سیستم‌های جذبی لیتیوم بروماید و آب از دهه٦٠ میلادی وارد بازار شدند و پس از آن با توجه به برخی قابلیت‌ها، به ویژه امکان تأمین ظرفیت‌های برودتی بالا و ایجاد آلودگی‌های کمتر نسبت به آمونیاک، سهم عمده‌ای از تولیدات را به خود اختصاص دادند. همان‌گونه که قبلاً اشاره شد در سیستم‌های لیتیوم بروماید و آب، مبرد در دمای صفر درجه منجمد می‌شود، بنابراین امکان استفاده از این‌گونه سیستم‌ها برای یخچال‌های خانگی وجود نداشت. از همین رو در این عرصه پس از خارج شدن سیستم‌های آمونیاکی، سیستم‌های لیتیومی جایگزین مناسبی محسوب نمی‌شدند و سیستم‌های تراکمی تمامی تولیدات مربوط به یخچال‌ها، یخ‌سازها و سیستم‌های تهویه مطبوع کوچک و کم‌ظرفیت را به خود اختصاص دادند؛ بنابراین سیستم‌های جذبی آمونیاکی از دور رقابت خارج شدند و امروزه به طور خاص برای سیستم‌های برودتی کم‌ظرفیت محلی مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته اخیراً استفاده از آن‌ها برای سیستم‌های آپارتمانی و محلی نسبتاً رواج بیشتری پیدا کرده است.

   در سیستم‌های آمونیاکی، ماده جاذب آب و ماده مبرد، آمونیاک است. در مورد خواص آب پیش از این مطالبی ارائه شد. در اینجا هم بد نیست قبل از پرداختن به چرخه سیستم جذبی آمونیاکی، ابتدا به صورت گذرا نگاهی به مشخصات آمونیاک داشته باشیم.

آمونیاک

   آمونیاک در میان مبردها با نام R-717 شناخته می‌شود و فارغ از کاربرد در سیستم‌های جذبی، در سیستم‌های تراکمی به ویژه برای سرمایش صنعتی و سردخانه‌های بزرگ هم مورد استفاده قرار می‌گیرد.

   آمونیاک با فرمول شیمیایی NH3 ترکیبی است از نیتروژن و هیدروژن که در فشار جو به صورت گازی بی‌رنگ وجود دارد. نقطه جوش این ماده (-28) درجه فارنهایت در فشار جو است. چنین نقطه جوش پایینی این امکان را می‌دهد که سیستم‌های سرمایشی بدون کاهش فشار اواپراتور تا زیر فشار جو امکان سردسازی در دماهای کمتر از صفر را داشته باشند. از همین رو مبردی چون آمونیاک نسبت به مبردی چون آب از برتری قابل ملاحظه‌ای برخوردار است؛ اما برای تأمین سرمایش ساختمان‌ها هیچ‌گاه نیازی به تأمین دمای زیر صفر وجود ندارد؛ بنابراین در این وادی چنین امتیازی کم‌رنگ‌تر می‌شود؛ اما در مورد سردخانه‌ها و یخچال‌ها این برتری حرف آخر را در مقایسه با سیستم‌های لیتیومی زده و در عرصه انتخاب واحدهای جذبی امکان هیچ انتخابی را باقی نمی‌گذارد.

   گرمای نهان آمونیاک در دمای 5 درجه فارنهایت یا (-15) درجه سانتی‌گراد، ٥٦٥ بی‌تی‌یو است؛ بنابراین در حجم کم، می‌تواند دماهای کم‌تری ایجاد کند. همین خصیصه این مبرد را برای سیستم‌های جذبی محلی و آپارتمانی مناسب کرده است. به طور معمول کندانسور واحدهای آمونیاکی با آب خنک می‌شوند اما در ظرفیت‌های پایین امکان استفاده از هوای خنک نیز وجود دارد.

   آمونیاک از جمله گازهای سمی نیست اما استنشاق زیاد آن می‌تواند موجب آزار شود و اصولاً تنفس آن تنها با درصد کم و در مدت‌زمان اندکی قابل تحمل است. این گاز بوی بسیار بد و نافذی دارد. از این جهت نشت آن کاملاً محسوس است. آمونیاک تا اندازه‌ای قابل اشتعال است و با مخلوط مناسبی از هوا احتمال انفجار آن نیز وجود دارد. تأثیر خوردگی آمونیاک بر روی آهن و فولاد اندک ولی در مجاورت رطوبت بر مس و برنز زیاد است، به همین دلیل در ساختار چیلرهای آمونیاکی از مس نمی‌توان استفاده نمود. در مجموع خوردگی در چیلرهای آمونیاکی کمتر از چیلرهای لیتیومی است؛ اما در هر حال در هر دو سیستم از محلول‌های بازدارنده خوردگی استفاده می‌شود. سایر خواص این مبرد به شرح زیر است:

1. وزن مولکولی: 3/17 گرم بر مول
2. دمای انجماد: (-77.7) درجه سانتی‌گراد
3. وزن مخصوص مایع در فشار 310 بار: 682 کیلوگرم بر مترمکعب
4. دمای بحرانی: 4/132 درجه سانتی‌گراد
5. فشار بحرانی: 4/112 بار
6. چگالی در حالت گاز و در نقطه جوش: 86 کیلوگرم بر مترمکعب
7. دمای خود اشتعالی: 630 درجه سانتی‌گراد

   در چرخه جذبی آمونیاکی، آب تحت دما و فشار معمولی آمونیاک را جذب می‌کند و سپس خود با گرما، احیا شده و آمونیاک از آن جدا می‌شود. گرمای نهان تبخیر زیاد آمونیاک این امکان را فراهم می‌آورد تا به هنگام تبخیر، گرمای زیادی را جذب نموده و موجب سردسازی در اواپراتور شود. از آنجا که سیستم‌های جذبی آمونیاکی در ظرفیت‌های کم مورد استفاده قرار می‌گیرند، برای احیای ماده جاذب یا آب به طور معمول از شعله مستقیم استفاده می‌شود؛ بنابراین چنین سیستم‌هایی به خودی خود، سیستم شعله مستقیم هم محسوب می‌شوند. البته امکان استفاده از سایر منابع حرارتی مانند بخار نیز وجود دارد. استفاده از شعله مستقیم برای گرم کردن ژنراتور یا تغلیظ کننده مستلزم در نظر گرفتن سیستم احتراق و سوخت‌رسانی و همین‌طور در نظر گرفتن تمهیداتی برای خروج دود و گازهای حاصل از احتراق است. به طور معمول مشعل سیستم‌های آمونیاکی از نوع اتمسفریک است.

   یکی از اختلافات اساسی بین چرخه جذبی سیستم‌های لیتیومی نسبت به چرخه سیستم‌های آمونیاکی، مربوط به کارکرد آب است. در سیستم‌های لیتیومی آب نقش مبرد را بازی می‌کند و این در حالی است که در سیستم‌های آمونیاکی، آب به عنوان جاذب مورد استفاده قرار می‌گیرد. همین موضوع ممکن است موجب برخی سردرگمی‌ها در رابطه با به کارگیری اصطلاحاتی همچون غلیظ و رقیق شود؛ زیرا به طور کلی عادت کرده‌ایم که محلولی آب‌دار را رقیق و محلولی بدون آب را غلیظ بدانیم. به عنوان مثال وقتی‌که آب به عنوان مبرد، جذب لیتیوم بروماید می‌شود، می‌توان گفت که محلول لیتیوم بروماید به عنوان ماده جاذب رقیق شده است که این رقیق شدن توأم با کاهش توان جذب ماده جاذب یا همان لیتیوم بروماید است. از سوی دیگر هنگامی‌که در ژنراتور، لیتیوم بروماید در مجاورت حرارت، آب خود را از دست می‌دهد، می‌توان گفت که محلول جاذب غلیظ شده است. چنانچه غلیظ یا رقیق بودن را منتسب به محلول جاذب بدانیم، نمی‌توانیم از همین عبارات به طور دقیق در سیستم‌های آمونیاکی استفاده کنیم، زیرا در این‌گونه سیستم‌ها، آب خود نقش جاذب را بازی می‌کند و با جذب آمونیاک، محلولی را به وجود می‌آورد که بخشی از آن آمونیاک است؛ بنابراین در واحد حجم و یا وزن از مقدار آب کاسته و به این ترتیب بر مبنای محوریت ماده جاذب بهتر است در سیستم‌های آمونیاکی به جای استفاده از واژه‌های غلیظ و رقیق از واژه‌های قوی و ضعیف استفاده کنیم؛ بنابراین محلول جاذب ضعیف، محلولی است که ظرفیت کمی برای جذب مبرد داشته باشد و برعکس محلول جاذب قوی، محلولی است که ظرفیت جذب ماده مبرد آن بالاست. در سیستم‌های لیتیومی به جای ضعیف از واژه رقیق و به جای قوی از واژه غلیظ استفاده می‌شود.

چرخه تبرید جذبی آمونیاکی

   چرخه تبرید جذبی آمونیاکیبسیار شبیه به چرخه سیستم‌های لیتیومی است. در این سیستم‌ها نیز چهار بخش اصلی اواپراتور، ابزوربر، ژنراتور و کندانسور وجود دارد. آمونیاک در محفظه اواپراتور تبخیر شده و جذب آب در محفظه ابزوربر می‌شود. این محلول به ژنراتور فرستاده می‌شود و در مجاورت گرمای حاصل از شعله مستقیم و یا سیال گرم، آب از آمونیاک جدا می‌شود. آب به عنوان ماده جاذب به ابزوربر و آمونیاک هم پس از تقطیر در کندانسور به اواپراتور باز می‌گردند و بار دیگر چرخه از سر گرفته می‌شود.

   همان‌گونه که پیش از این اشاره شد، در سیستم‌های آمونیاکی برای سرد کردن کندانسور و ابزوربر از هوا نیز می‌توان استفاده نمود. در مدل‌های پیشرفته‌تر یخچال‌های سرول از سال ١٩٣٦ میلادی به بعد استفاده از هوا برای خنک کردن ابزوربر و کندانسور کاملاً رایج شد و امروزه نیز برای سیستم‌های جذبی کم‌ظرفیت یا پمپ‌های حرارتی جذبی از کندانسورهای هوایی استفاده می‌شود.

   برای جداسازی هر چه بهتر آمونیاک از آب و همین‌طور استفاده از گرمای آب خروجی از ژنراتور برای گرم کردن محلول ورودی، از آنالیزور (تجزیه‌کننده) و رکتیفایر (یکسو کننده) استفاده می‌شود. آنالیزور و رکتیفایر هر دو در مسیر کندانسور و بعد از ژنراتور قرار می‌گیرند. آنالیزور می‌تواند جزئی از ساختار ژنراتور باشد و یا به صورت جداگانه به آن متصل شود.

    در ساختار سیستم‌های جذبی آمونیاکی از تجهیزات کمکی دیگر مانند منبع جمع‌آوری آمونیاک و مبدل حرارتی مبرد برای متعادل‌سازی دمای سیال ورودی و خروجی اواپراتور نیز استفاده می‌شود. وجود مبدل حرارتی مبرد موجب می‌شود که انرژی موجود در مایع خروجی از کندانسور صرف تبخیر مبرد شود. با چنین تمهیدی تا حدودی انرژی مورد استفاده در رکتیفایر جبران شده و ضریب کارایی بهبود می‌یابد.

   در سیستم‌های جذبی آمونیاکی کوچک و خانگی که فاقد پمپ محلول هستند، برای ایجاد تعادل در بین دو بخش فشار ضعیف (اواپراتور و ابزوربر) و فشارقوی (ژنراتور و کندانسور) از گاز سومی مانند هیدروژن استفاده می‌شود؛ بنابراین سیستم‌های خانگی مانند یخچال‌های سرول بی‌نیاز از پمپ یا هرگونه قطعه متحرک دیگر برای به گردش درآوردن محلول هستند.

   اما این به معنای عدم کاربرد پمپ محلول در کلیه سیستم‌های کم‌ظرفیت آمونیاکی نیست. چرخه آمونیاکی سرول بر مبنای قانون دالتون عمل می‌کند. بر اساس این قانون، فشار کلی مخلوطی از گازها در یک فضای بسته برابر است با مجموع فشار جزئی هر یک از گازهای مخلوط و هر گاز تمایل دارد که به‌تنهایی کل فضا را اشتغال کند؛ بنابراین در نقاط کم‌فشاری که هیدروژن حضور دارد، مایع مبرد یا آمونیاک مایع تبخیر می‌شود.

سیستم جذبی آمونیاکی یک و چندمرحله‌ای

   سیستم‌های آمونیاکی از نظر اثرات انرژی ورودی به گروه‌های مختلف یک یا چند اثره تقسیم نمی‌شوند؛ اما از نظر مراحل کار سردسازی در دو گروه عمده یک یا چندمرحله‌ای طبقه‌بندی می‌شوند. در نوع یک مرحله‌ای سیستم دارای یک اواپراتور و یک ابزوربر است؛ اما در انواع دومرحله‌ای، سیستم از دو اواپراتور و دو ابزوربر بهره گرفته و عملیات سردسازی در دو مرحله با دماهای متفاوت انجام می‌شود. این نوع سیستم‌ها را نه بر مبنای اثر بلکه بر مبنای تعداد مراحل به انواع یک یا چندمرحله‌ای دسته‌بندی می‌کنند.