Adsorpčná technológia odvlhčovania
Ako funguje a v ktorých aplikáciách je potrebná?
Cieľom článku je vysvetliť princíp adsorpčného odvlhčovania, prečo vznikla potreba tohto typu odvlhčovania a uviesť príklady z praxe.
Potreba a vznik adsorpčného odvlhčovania, porovnanie s kondenzačným odvlhčením
Kondenzáciu poznajú ľudia už od staroveku, preto po vynáleze kompresorového chladiaceho okruhu v 19. storočí veľmi rýchlo došlo k používaniu týchto zariadení aj na odvlhčovanie.
Klasické kondenzačné odvlhčovače pracujú s kompresorovým okruhom s freónovou náplňou a odlučujú vlhkosť z prúdiaceho vzduchu na podchladenom povrchu výparníka. Ide o najbežnejší typ odvlhčovania pre teploty vzduchu vyššie ako +16 °C a relatívnu vlhkosť viac ako 35 %.
Ich prevádzka pri nižších teplotách prináša výraznú stratu účinnosti a problémy s namŕzaním chladiča (výparníka).
Špecifické požiadavky niektorých aplikácií (napr. výroba liekov, práškových zmesí, a pod.) vo veľmi suchom prostredí s relatívnou vlhkosťou menej ako 20 % viedli k objavu sorpčného odvlhčovania.
V ranom období sa využíval princíp chemickej väzby, teda absorpcie vodnej pary do inej látky, napr. lítium-chloridu. Lítium-chlorid má vynikajúcu schopnosť absorpcie aj pri nízkej vlhkosti prostredia. Jedna jeho molekula môže absorbovať 1 000-krát viac vody, ako je jej hmotnosť.
Napriek týmto vynikajúcim vlastnostiam sa tento princíp prestal používať vzhľadom na veľkú toxicitu látky a dosah na zdravie človeka pri práci s ňou. To však nepriamo viedlo k objavu silikagélových rotorov, ktoré využívajú fyzikálny princíp odvlhčenia – adsorpciu –, teda mechanické zachytenie molekúl vodnej pary v silikagéli, ktorý funguje ako molekulové sito. Štruktúra silikagélu má póry, do ktorých sa presne zmestia molekuly vodnej pary (obr. 1).
Treba zdôrazniť, že sa tam zachytia mechanicky, bez zmeny skupenstva. Voda zostáva v silikagélovom rotore vo forme vodnej pary a nedochádza ku kondenzácii! Rotor sa postupne zaplní vodnou parou, takže je nutné ho zregenerovať, čo však prebieha kontinuálne v hornej časti rotora – horúcim vzduchom s teplotou +100 až +140 °C (obr. 2).
Aj napriek týmto vysokým teplotám ide o najúčinnejší spôsob odvlhčenia pri nízkych teplotách alebo nízkej relatívnej vlhkosti. Účinnosť silikagélového materiálu stúpa pri nízkych teplotách, naopak, pri vyšších teplotách klesá.
Ide teda o úplne protichodné správanie oproti kondenzačným zariadeniam, ktorých účinnosť sa končí pri teplotách nižších ako +16 °C. Naopak, adsorpčné zariadenia dosahujú najvyššiu účinnosť a hodnoty mernej vlhkosti vystupujúceho vzduchu až 0,5 g/kg s. v. pri teplotách vstupujúceho vlhkého vzduchu nižších ako +10 °C.
Ďalšou prednosťou adsorpčného odvlhčovania je prevádzka bez freónov, používaných ako náplň do chladiacich okruhov kondenzačných zariadení.
Kondenzačné alebo adsorpčné odvlhčenie?
Pracovná oblasť kondenzačného a adsorpčného odvlhčovania sa čiastočne prekrýva, oblasť použitia je však rozdielna. Adsorpčné odvlhčovače určite nie sú alternatívou ku kondenzačným odvlhčovačom.
Navzájom sa dopĺňajú v rozsahu a účinnosti odvlhčenia a správna voľba metódy, prípadne aj ich kombinácia, závisí od požiadaviek danej aplikácie.
Vznik, vývoj a druhy odvlhčovacích rotorov
Adsorpčný rotor je vyrobený z vrstiev plochého a vlnitého materiálu impregnovaného aktívnym prvkom, ktorý má anglický názov „desiccant“, voľne preložené ako „sušivo“ (obr. 3).
Táto konštrukcia vytvára obrovskú plochu paralelných kanálikov, cez ktoré prúdi odvlhčovaný vzduch. Len čo prejde vzduch cez tieto kanáliky, je vysušený.
V roku 1984 si firma Seibu Giken (Japonsko) dala patentovať prvý aktívny adsorpčný silikagélový rotor SSCR®.
Nasledovali ďalšie modely so zlepšenými vlastnosťami vďaka pridaniu kovových silikátov. Silikagél je chemicky naviazaný na vrstvy papiera alebo skleneného vlákna v rotore, čo znamená, že nedochádza k úletu tohto materiálu prechádzajúcim vzduchom. R
ovnako to znamená veľmi dlhú životnosť – výrobca deklaruje, že po 10 rokoch prevádzky si rotor zachováva viac ako 90 % svojej kapacity. Ďalšou skvelou vlastnosťou je, že rotor je umývateľný. To je dôležité najmä vtedy, ak rotor pracuje v náročných podmienkach (môže byť kontaminovaný napr. škrobom, ktorý zalepí povrch).
Japonské Laboratórium pre výskum potravín preukázalo, že nedochádza k žiadnemu úletu materiálu z rotora a zároveň testy zariadení používaných v potravinárstve preukázali, že rotory sú baktériostatické.
Druhy používaných odvlhčovacích rotorov
Patria sem:
a) štandardné silikagélové rotory;
b) hygienické silikagélové rotory s pridaním striebra pri výrobe (antibakteriálny účinok);
c) 100-percentne bezsilikónové rotory (automobilový priemysel a špeciálne lakovne);
d) zeolitové rotory (namiesto silikagélu) – pri požiadavke veľmi nízkych vlhkostí
(2 % r. v. ), napríklad pri výrobe lítiových batérií do elektromobilov.
Pracovné schémy odvlhčovacích rotorov a kombinácia s kondenzačným odvlhčovaním
Odvlhčovacie rotory sú vždy zabudované vo vzduchotechnickom zariadení, ktoré môže mať rôznu pracovnú schému. Tieto schémy vznikli postupným objavovaním a prispôsobovaním požiadavkám konkrétnej aplikácii.
Pracovný princíp Consorb®
Procesný (odvlhčovaný vzduch) prechádza ¾ plochy rotora a na regeneráciu sa využíva zvyšná štvrtina. Tento princíp sa využíva pri nízkych teplotách regenerácie, napríklad ak je k dispozícii nadbytočné teplo s teplotami do 100 °C, alebo keď sa odvlhčuje veľmi nasýtený vzduch. Consorb® princíp je vhodný aj pri veľkom rozdiele obsahu vody medzi procesným a regeneračným vzduchom (obr. 7).
Pracovný princíp Recusorb R®
Tento princíp (obr. 8) využíva vnútornú rekuperáciu tepla. Počas regenerácie rotora je teplo absorbované do časti rotora a následne odovzdané v „čistiacej zóne“, kde je vzduch týmto teplom predhriaty a čiastočne odvlhčený.
Vďaka tomu je v porovnaní s inými adsorpčnými odvlhčovačmi spotreba energie pri takýchto zariadeniach nižšia a suchý vzduch suchší a chladnejší. Procesný vzduch využíva spodnú polovicu rotora a regeneračný vzduch hornú časť rotora.
Pracovný princíp Econosorb®
Econosorb® (obr. 9) kombinuje tepelné čerpadlo a adsorpčný rotor unikátnym spôsobom, vďaka čomu má veľmi nízku spotrebu energie a nízku teplotu odvlhčeného vzduchu.
Pravdepodobne ide o energeticky najefektívnejší odvlhčovač na trhu s celkovou spotrebovanou energiou na úrovni štvrtiny bežného adsorpčného odvlhčovača. Vlhkosť z tohto zariadenia odchádza vo forme kondenzátu aj formou vlhkého regeneračného vzduchu.
Pracovný princíp Frigosorb®
Frigosorb® (obr. 10) je princíp patentovaný firmou DST. Používa sa všade tam, kde je zložité odvádzať vlhkosť prúdom vlhkého regeneračného vzduchu do exteriéru. Vlhký vzduch prechádza najprv kondenzátorom, kde sa ohreje a zvýši sa jeho schopnosť prijať ďalšiu vlhkosť.
Potom prejde cez rotor, čím ho vysuší/zregeneruje. Ďalej prejde cez výparník, kde sa kondenzáciou odlúči veľké množstvo vody.
Na záver prejde procesnou časťou rotora, kde sa maximálne vysuší. Princíp Frigosorb® je energeticky veľmi efektívny, potrebuje zhruba tretinu energie v porovnaní s bežnými adsorpčnými odvlhčovačmi.
Typické aplikácie adsorpčného odvlhčovania
Odvlhčovanie zimných štadiónov
Ide o veľmi častú aplikáciu v prostredí
s nízkou teplotou vzduchu. Nasadením adsorpčného odvlhčovania v zimných štadiónoch a iných halách s ľadovou plochou sa rieši problém s vytváraním hmly v priestore, eliminuje sa kondenzácia na mantineloch, konštrukciách a na samotnom strope haly.
Tým sa zabráni aj neželanému kvapkaniu vody na ľadovú plochu a vytváraniu hrboľov na ľade. Najzraniteľnejšími sú tréningové haly s nízkym stropom, kde dochádza k studenému osálaniu stropu a ku kondenzácii na ňom. Najčastejšie sa využíva cirkulačný spôsob odvlhčovania, prípadne s primiešaním potrebnej dávky vonkajšieho vzduchu.
Potravinársky priemysel
Čoraz väčšia obľuba polotovarov, instantných pokrmov a mrazených potravín kladie nároky aj na podmienky výroby a balenia týchto výrobkov, kde vyššia vlhkosť znižuje kvalitu a trvanlivosť finálneho výrobku.
Zvláštnou kapitolou je výroba cukroviniek, ktoré sa vo vlhkom vzduchu zlepujú. Výroba čokolády pri vyššej vlhkosti zase prináša problémy s namŕzaním dochladzovacej linky a vytvára biely povlak na povrchu výrobkov.
Farmaceutický a chemický priemysel
Rovnako ako pri výrobe cukroviniek dochádza pri vyššej vlhkosti k zlepovaniu kapsúl. Nízka vlhkosť je veľmi dôležitá pre presné dávkovanie práškových liekov. Minimálnu úroveň vlhkosti si vyžaduje aj výroba šumivých tabliet. Podobné podmienky platia takisto v chemickom priemysle.
Výroba elektrotechniky, plastov a skla
Pri výrobe kondenzátorov a niektorých ďalších špeciálnych komponentov pre mikroelektroniku závisí výstupná kvalita priamo od nízkej úrovne vlhkosti, rovnako ako pri spracovaní plastov. Výroba lepených automobilových skiel je možná iba pri minimálnej vlhkosti.
Skladové priestory bez vykurovania, vodné diela, prečerpávacie stanice
Svoju schopnosť účinnej prevádzky pri nízkych teplotách dokážu adsorpčné odvlhčovače v aplikáciách v nevykurovaných skladoch hygroskopických materiálov (soľ, papier, drevo, sypké materiály), poľnohospodárskych výrobkov (obilie, semená a pod.) alebo tiež vo vojenských skladoch, kde je dlhodobo uložená vojenská technika a munícia.
Podzemné priestory vodných diel s nízkou teplotou a vysokou vlhkosťou možno udržať dlhodobo prevádzkyschopné iba s adsorpčným odvlhčovaním. Podobnou aplikáciou sú všetky priestory, kde je nízka priestorová teplota a vedú cez ne potrubia prepravujúce médiá s nízkou teplotou (voda, nápoje, mlieko a pod.), na ktorých by sa mohla vytvárať kondenzácia, spôsobujúca koróziu potrubí a armatúr. Často sa odvlhčujú aj technické kolektory, mosty a pod.
Archívy, depozitáre a konzervácia historických pamiatok
Zoznam možných aplikácií by bol nekompletný bez využitia adsorpčných odvlhčovačov na uloženie niektorých typov archiválií, pri reštaurátorských prácach a konzervácii umeleckých diel.
Predchádza sa tým plesniam, korózii a znehodnoteniu vlhkosťou. Ako príklad môže poslúžiť kráľovská hrobka v Katedrále svätého Víta na Pražskom hrade, kde bol použitý adsorpčný odvlhčovač na zastavenie korózie medenej rakvy
Karla IV.
Zdroj: Literatúra
Podklady firiem
Seibu Giken DST, AB; Flair, a. s.
