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Objet

La collaboration mise en place depuis plusieurs années avec Le Carbone Lorraine et à Perpignan avec l'I.M.P de B. Spinner a permis la mise au point de matériaux consolidés adsorbants très bons conducteurs de chaleur. La conductivité thermique de ces produits est améliorée d'un facteur 50 à 100 par rapport à celle d'un lit de grains d'adsorbants non consolidés. Cependant la consolidation des composites augmente la résistance au transfert de masse. La diminution des temps caractéristiques associés aux paramètres de transfert de chaleur dans les adsorbeurs conduit à une réduction du temps de cycle, soit à une augmentation de la puissance de réfrigération par unité de masse d'adsorbant. Dans cette perspective, et dans la cadre d'un contrat avec Gaz de France, un prototype de climatiseur fonctionnant avec le couple zéolithe-eau est mis au point et testé au LIMSI.

Contenu

L'objectif est de construire un climatiseur zéolithe-eau produisant 3 kW de froid. Le climatiseur se compose de deux adsorbeurs fonctionnant en opposition de phase selon un cycle pseudo continu quadritherme à récupération de chaleur et de masse (Fig.1). Chaque adsorbeur contient 5 kg de zéolithe. Outre l'amélioration des transferts thermiques dans les composites, la maîtrise des échanges de chaleur entre le fluide caloporteur et l'adsorbeur a été recherchée par l'emploi d'un fluide caloporteur approprié. Par ailleurs, le prototype est entièrement automatisé. Un programme de simulation numérique du climatiseur a été mis au point. Le logiciel prend en compte les transferts de chaleur et de masse à l'intérieur des adsorbeurs. Enfin à partir des données expérimentales, un bilan entropique du cycle est conduit de manière à mettre en évidence les irréversibilités et leur lieux de production.

Situation

Le prototype réalisé au LIMSI présente des performances nettement améliorées par rapport à une technologie d'adsorbeurs à lit granulaire. Actuellement la puissance de production de froid (P.P.F.) atteint 160 W.kg^-1 ce qui correspond à une amélioration d'un facteur 8 par rapport à l'adsorbeur zéolithe-eau à lit granulaire. Pour ce niveau de puissance de quelques centaines de W/kg, le transfert de chaleur est maîtrisé (temps de cycle de 20 à 30 mn) alors que la résistance au transfert de masse reste un point encore perfectible, notamment en raison du bas niveau de pression de la vapeur d'eau à l'évaporateur (7 hPa) pendant la phase d'adsorption. L'augmentation possible du P.P.F. passe par une amélioration de la qualité du transfert de masse: soit à un niveau global par un conditionnement différent des composites soit au niveau du matériau lui-même dont la perméabilité intrinsèque doit être augmentée. La figure 2 présente les évolutions de température et de puissance au cours d'un cycle. Par ailleurs, l'évaporation de l'eau s'effectue dans des conditions satisfaisantes dans l'évaporateur à film ruisselant.

Références

(1) F. Poyelle, J.J. Guilleminot, F. Meunier : "Analytical Study of a gas fired adsorptive air conditioning system". ASHRAE Winter Congress 16-21 Fev.96. Atlanta. US.

(2) J.J. Guilleminot. F. Poyelle, I. Soidé : " Experimental tests of a gas fired adsorptive air conditioning system". Ab-Sorption `96 Varennes Québec Canada, 1996

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