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Objet

L'objectif à long terme est de mettre au point des climatiseurs à adsorption qui soient suffisamment compacts, efficaces et puissants pour être attractifs commercialement. Le procédé étudié ici concerne les cycles avec régénération de chaleur, dits aussi <<à fronts de température>>. Atteindre cet objectif ambitieux nécessite à la fois de bons transferts de chaleur entre le fluide caloporteur et l'adsorbant, de bons transferts de masse de l'évaporateur vers l'adsorbant et un procédé optimisé.

Description

La première innovation de ce banc expérimental concerne l'adsorbant. Un composite nouveau a été mis au point et breveté en collaboration avec Le Carbone Lorraine [1]. Il consiste en une sorte d'ailette de graphite sur laquelle sont fixés des grains de zéolite. Ce composite permet de bons transferts de chaleur ( = 15 W.m^-1.k^-1) ainsi que de bons transferts de masse ( = 10^-9 m²). La seconde innovation porte sur l'utilisation des inserts fabriqués par Cal-Gavin (Birmingham). Ils permettent d'obtenir de bons coefficients d'échange du côté fluide caloporteur malgré des faibles valeurs du nombre de Reynolds. La Figure 1 donne le principe retenu pour l'agencement interne de l'adsorbeur. Hors enveloppe, il pèse 26 kg, dont 2,2 seulement de zéolite. Cette proportion devrait être nettement améliorée dans une version industrielle de l'adsorbeur. La troisième innovation consiste à tester un évaporateur à bain agité, afin de résoudre le problème de l'évaporation de l'eau à basse pression, cf. Figure 2. Cette solution donne, dans un encombrement très réduit et sans risque de cavitation, des résultats remarquablement efficaces et certainement encore susceptibles d'être améliorés. La Figure 3 présente l'ensemble du banc expérimental. La continuité de la boucle fluide caloporteur est conservée grâce à la mise en place d'un régénérateur inerte. L'instrumentation permet d'effectuer tous les bilans de chaleur de l'installation.

Résultats et perspectives

La Figure 4 montre les évolutions de température aux bornes et à l'intérieur de l'adsorbeur au cours d'un cycle. Le sens de circulation du fluide caloporteur est inversé à chaque demi-cycle. Les évolutions très différentes des températures à l'entrée et à la sortie de l'adsorbeur montrent que de vrais fronts s'établissent. Le bon fonctionnement de l'unité montre que les transferts de chaleur entre fluide caloporteur et adsorbant sont corrects et que les transferts de masse sont corrects, en particulier en cours d'évaporation à basse température. L'analyse des bilans de chaleur montre que le niveau de puissance est assez satisfaisant (plus de 110 W par kg d'adsorbant) mais que les pertes thermiques de l'adsorbeur, non seulement grèvent fortement le COP, mais aussi imposent des cycles notablement plus longs que l'optimum. Très probablement, un autre dessin de l'adsorbeur, de taille industrielle (des centaines de kilos de zéolite) et mieux équilibré, rendra accessibles des COP proches de 1. Alors, ce procédé-ci pourra être comparé à celui décrit par Guilleminot, Poyelle et Chalfen. L'avenir de ces deux procédés s'avère tout-à- fait ouvert, en particulier pour des applications où d'autres systèmes concurrents subissent un handicap important, notamment lorsque la température du condenseur est élevée.

Référence

[1] P. Bou, J.J. Guilleminot and M. Pons : <<Composite actif à structure feuilletée comprenant un agent actif sous forme de granules>>. Brevet Elf Aquitaine déposé le 21/10/96, N96 12762.

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