Переваги

- простота конструкції апаратури

- простота самої схеми трансформації теплоти

- можуть бути автоматизовані і працювати в автоматичному режимі

Недоліки

- необхідність високої степені очищення робочої пари (ВЕР) низького і середнього тиску

- агресивність більшості водних розчинів які використовуються в процесі по відношенню до металів

- обов’язковість використання зовнішнього джерела теплоти для функціонування схеми.

Найбільш повно принцип термохімічного трансформування теплоти виражений в “трансформаторі тепла” де в якості робочого тіла використовується водоаміачний розчин.

Вибір аміаку в якості робочого тіла обумовлений тим, що йому властиві ряд особливостей:

- менша в порівнянні з водою теплота випаровування ( 1300кДж/кг NH₃) і більшою теплотою розчинення в воді ( 2100 кДж/кг NH₃)

- низька температура кипіння розчину (зі збільшенням концентрації NH₃ в розчині температура його кипіння понижується – при тиску 0,6 МПа Т_кип NH₃= 30^оС (60% розчин), а для води при даному тиску - 158^оС.

- Інертність водоаміачного розчину по відношенню до металу

- різкий запах, характерний навіть для найменших концентраціях NH₃.

Завдяки низькій температурі кипіння аміак можна випаровувати з розчину при температурі 40-50^оС використовуючи при цьому будь-які інші носії низько потенційної теплоти:

- гарячі димові гази;

- гаряче вологе повітря;

- відпрацьована пара турбіни, пресів;

- тепла вода.

Вся апаратура термохімічного трансформатора теплоти виготовляється з сталі (самого дешевого металу).

Крім того, якщо теплообмін між низько потенціальними ВЕР і робочим тілом проходить в теплообміннику без безпосереднього контакту, тоді немає необхідності очищати теплоносій від можливих домішок.

Схема термохімічного трансформатора теплоти з струминним абсорбером

Т₁Р₁ та Т₂Р₂ – параметри пари низького та високого потенціалу

Q₁ і Q₂ – теплота яка підводиться та відводиться

Принцип дії:

В випарнику 3 з рахунок підведеної теплоти Q₁ до теплообмінника 4 проходить нагрівання розчину NH₄(ОН) nН₂О і виділенням з нього газоподібного NH₃.

В результаті розчин стає менш насиченим NH₃, або точніше більше розбавлений водою:

NH_3газ

(m-1)

На виділення 1 кг NH₃ з водного розчину витрачається 3030 кДж теплоти, яка витрачається на підвищення ентальпія розчину, а також на випаровування NH₃ та розрив зв’язків між молекулами.

Причому енергія зв’язку (хімічного) – це постійне значення для системи NH₃-Н₂О і рівне 840 кДж/кг.

Водний розчин моногідрату амонію має значну перевагу в тому, що NH₃ виділяється і при дуже низьких температурах

0,01 МПа – Ткип розчину 45^оС

Значить для трансформації теплоти можна використовувати самі низько потенціальні ВЕР

Одержання теплоти високого потенціалу проходить в зворотному напрямку при одночасному підвищенні тиску, тобто в результаті реакції

NH_3газ

Н₂О_рід

Дана реакція проходить в струминному абсорбері – ежекторі 6:

Розведений (мало концентрований) розчин з випарника 3 направляється насосом 5 в теплообмінник 1, де нагрівається за рахунок теплоти зворотного потоку концентрованого розчину

Потім потік підігрітого слабоконцентрованого розчину направляється в сопло абсорбера 6.

В абсорбері струмина підігрітого розчину поглинає і стискає газоподібний NH₃ , який поступає з випарника. (Явище пульверизатора)

В результаті насичений аміаком розчин на виході з дифузору досягає підвищення температури.

Цей розчин використовується в якості теплоносія високого потенціалу для:

- одержання пари

- нагрівання води, або газу в генераторі 8 через теплообмінник 7.

Після охолодження насичений розчин через теплообмінник 1 та дросель 2 подається в випарник. Таким чином цикл термотрансформатора замикається

Основний елемент даної системи – абсорбер струминний.

З сопла абсорбера струмина розчину витікає з великою швидкістю, яка залежить від тиску та температури рідини. Це спричиняє захоплення парів NH₃.

Внаслідок цього в горловині дифузору створюється двофазний потік, швидкість якого гальмується. Кінетична енергія потоку перетворюється в потенціальну енергію тиску.

При цьому NH₃ переходить в розчин з виділенням теплоти внаслідок розчинення NH₃ в розчині.

Значить, оскільки процес розчинення проходить при підвищеному тиску (більшому ніж в випарнику) тоді буде і більша температура розчину.

Запас потенціальної енергії в слабоконцентрованому розчині створює також насос 5.

Особливістю даної схеми є те, що на привід насосу можна не затрачувати зовнішню енергію, а замість дросельного вентилю поставити гідро двигун для приводу насосу.

Економічні розрахунки показали, що вихід високо потенціальної енергії в даній схемі складає до 90% від низько потенціальної енергії, яка входить в дану установку.

Тоді теоретичний тепловий баланс установки:

Q₁+W_H=Q₂

W_H – зовнішня енергія, яка вноситься в цикл насосом і яка перетворюється в потенціальну енергію тиску.

Значить коефіцієнт перетворення

g завжди ® 1 тому що W_H<<Q₁

Крім цього для даної схеми характерним є коефіцієнт перетворення первинної енергії

h _ТМ – ккд машини яка приводить в рух насос

h_Н – ккд насосу

h_абс – ккд абсорберу.

Даний термотрансформатор (ТХТ) може працювати за понижуючою схемою, що дозволяє за рахунок низько потенціальної теплоти одержати холод, або безпосередньо електроенергію.