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Objet

Les cycles à adsorption avec régénération de chaleur représentent une des techniques possibles pour réaliser des machines frigorifiques, ou des pompes à chaleur, sans CFC et à hautes performances. Les différents aspects de ce type de cycles (résistances aux transferts de chaleur, analyse second principe, etc...) sont explorés afin de bien les comprendre et de pouvoir en obtenir les meilleures performances expérimentales.

Contenu

Diverses possiblités d'augmentation des performances des cycles avec régénération de chaleur par l'amélioration de leur efficacité thermodynamique sont explorées. Dans un premier temps, des cycles alternatifs sont modélisés. Dans un deuxième temps, la notion de temps de cycle optimal est dégagée, et des corrélations fortes sont établies pour ces cycles optimaux.

Situation

Le modèle numérique 1-D développé par L.M. Sun (1) a été modifié pour simuler divers cycles alternatifs avec régénération de chaleur. Les premiers cycles alternatifs étudiés sont les cycles avec "pressurisation/dépressurisation directe", voir Figure 1. Dans ces cycles, la phase de pressurisation (resp. dépressurisation), au lieu d'être effectuée par une transformation isostérique de l'adsorbeur fermé, est effectuée en connectant par la phase vapeur l'adsorbeur en fin de refroidissement-adsorption (resp. chauffage-désorption) au condenseur (resp. à l'évaporateur), ce qui va faire passer la pression du premier de Pev à Pcond (resp. de Pcond à Pev) sans intervention des sources de chaleur. Les seconds cycles alternatifs étudiés sont les cycles avec récupération de masse, voir Figure 2. Dans ces cycles, à la fin de chaque demi-cycle, les deux adsorbeurs sont mis en communication via leur phase vapeur. L'échange de vapeur qui en résulte les conduit à une même pression, intermédiaire entre Pcond et Pev. La Figure 3 présente la comparaison des performances (COP vs PPF) de ces cycles alternatifs avec celles du cycle "simple". Elle montre que la pressurisation/dépressurisation directe dégrade notablement les performances alors que la récupération de masse les améliore sensiblement, bien que les principes de ces deux cycles alternatifs semblent très proches, voir Figures 1 et 2. L'analyse par le second principe (2) permet d'expliquer ces différences.

D'autre part, l'analyse des résultats de ce même modèle a permis de déterminer l'existence de conditions opératoires optimales pour chaque valeur de la PPF, une fois l'adsorbeur donné. Puis une série de cycles optimaux a été calculée en changeant tous les paramètres sauf les températures du cycle. Des corrélations fortes ont été recherchées, et l'analyse montre que le nombre d'unités de transfert "global" (NUT = [hg.Sg]/[qf.Cpf]) et la température adimensionnelle du fluide caloporteur à la sortie de l'adsorbeur en fin de refroidissement (Qo) sont les paramètres principaux des cycles avec régénération de chaleur, voir Figures 4 et 5, bien qu'ils n'apparaissent pas dans les équations. Ces résultats sont utilisés pour le dimensionnement de l'expérimentation de seconde génération.

Références

(1) L.M. Sun, Y. Feng, M. Pons : "Numerical investigation of adsorptive heat pump systems with thermal wave heat regeneration under uniform pressure conditions", submitted to Int. J. Heat Mass Transfer .

(2) M. Pons : "Second law analysis of adsorption cycles with thermal regeneration", submitted to J. Energy Resources Technology, Trans. ASME.

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