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Objet

Dans le but de réaliser une unité de production de froid par adsorption compacte et puissante, des études ont été menées pour augmenter le coefficient global d'échange de l'adsorbeur afin de réduire la taille des composants et de diminuer le temps de cycle de la machine. Dans ce contexte, un travail de recherche a été mené sur le matériau adsorbant et sur le fluide caloporteur pour augmenter les paramètres caractéristiques de transfert de chaleur. Une installation expérimentale a été mise au point dans le cadre d'une collaboration avec Gaz de France.

Description

Une installation expérimentale fonctionnant avec deux adsorbeurs en opposition de phase selon un cycle avec une récupération de chaleur entre les deux adsorbeurs a été mise au point. A partir des résultats expérimentaux obtenus sur la machine, une analyse des production d'entropie est menée qui vise à comprendre pourquoi les performances obtenues sur l'installation sont différentes des performances d'une machine de Carnot fonctionnant dans les mêmes conditions de températures.

Résultats et perspectives

Les résultats expérimentaux obtenus sur l'installation expérimentale montrent des performances différentes qui varient fortement en fonction de la température d'évaporation. Ainsi, à température élevée d'évaporation, soit 25C, il a été observé une augmentation des performances d'un facteur 10 sur la puissance extraite, comparativement aux expériences antérieures, soit 260 W de froid produit par kg d'adsorbant pur. La puissance volumique extraite est accrûe d'un facteur 6 (54 W/l de lit d'adsorbant) et le COP atteint 0.68, soit 21% du COP de Carnot. A basse température d'évaporation par contre, à cause d'une résistance au transfert de la vapeur dans le lit d'adsorbant, qui provient de la faible perméabilité du milieu adsorbant, les performances de la machine sont pénalisées. Ainsi, à une température d'évaporation de 6C, la puissance de froid extraite est de 95 W par kg d'adsorbant, tandis que le COP atteint 0.41. Dans tous les cas, les performances obtenues sur cette machine sont très éloignées de celles que pourrait atteindre une machine de Carnot dans de telles conditions de travail. C'est pourquoi, une étude des productions d'entropie a été menée sur les résultats expérimentaux. Cette étude met en relief l'importance de l'inadéquation des niveaux de températures entre les réservoirs de chaleur (boucles chaude et froide) et les composants du système (adsorbeurs, évaporateur, condenseur). Dans le cas d'un cycle avec récupération de chaleur, les phases de complément de chauffage et de refroidissement de l'adsorbeur contribuent à 66% à la chute du COP de la machine comparativement au COP d'une machine de Carnot (contre 90% dans le cas d'un cycle intermittent) tandis que les phases de récupération de chaleur y contribuent à 12%. Cette analyse originale des productions d'entropie peut devenir un outil d'analyse puissant pour investiguer de nouveaux types de cycles plus performants.

Références

[1] F. Poyelle : <<Etude de systèmes énergétiques à adsorption modulés en température. Application à la réfrigération>>. Thèse de l'Université de Paris XI Orsay, soutenue le 17 décembre 1996.

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