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Objet

L'objectif à long terme est de mettre au point des climatiseurs à zéolite+eau suffisamment compacts, efficaces et puissants pour être attractifs commercialement. Nous étudions ici les cycles avec régénération de chaleur.

Description

Une unité expérimentale utilisant un adsorbant composite zéolite+graphite a été testée au LIMSI [1]. Nous présentons ici ses performances et leur analyse thermodynamique selon les premier et second principes. Les bilans de chaleur de chaque échangeur, principalement adsorbeur, évaporateur et système de chauffage, sont établis directement à partir des mesures brutes de température. Le COP (Coefficient de Performance) et la Puissance Spécifique de Froid (PSF) peuvent être évalués (Figure 1). Les mesures de température internes à l'adsorbeur permettent d'évaluer la répartition de la chaleur entre les différents composants de ce dernier (Figure 2). Il apparaît que les plaques de céramique implémentées pour assurer une bonne tenue mécanique de l'ensemble grèvent lourdement le bilan de chaleur. L'analyse globale du cycle montre aussi que les pertes thermiques représentent une part importante de l'énergie fournie par la source chaude (Tableau 1). Par contre, le facteur de récupération interne de chaleur est satisfaisant puisqu'il peut largement dépasser 50%. Un modèle numérique [2] est confronté à ces mesures. En calant sur les expériences seulement deux des paramètres de transfert de chaleur entre fluide caloporteur et zéolite composite, ce modèle rend assez bien compte des performances mesurées (Figure 3). Les performances pourraient être améliorées par un effet de taille (diminution des pertes thermiques par kilo d'adsorbant) et par un dessin optimisé de l'adsorbeur (à la fois diminution de la masse de céramique et amélioration du contact thermique entre tubes et composite). Les performances évaluées par le modèle pour des unités ainsi "améliorées" sont donnés sur la Figure 3 : des COP de l'ordre de 1 sont possibles mais il apparaît que pour augmenter simultanément la puissance frigorifique au delà de 200 W.kg^-1, il faut dessiner l'adsorbeur selon des concepts tout à fait différents. Enfin, le bilan entropique de chaque appareil de l'installation est établi, en supposant que les sources de chaleur sont idéales. Cette analyse donne accès aux irréversibilités inhérentes au procédé. Elles sont présentées dans un diagramme nouveau (Figure 4), qui permet de les visualiser graphiquement. Il apparaît que dans cette unité ce sont les pertes thermiques, puis les échanges dans l'adsorbeur, qui provoquent les plus fortes irréversibilités.

Résultats et perspectives

L'expérience montre que, malgré les performances brutes de l'unité, le procédé de régénération de chaleur est très intéressant puisqu'il permet des récupérations internes d'énergie allant jusqu'à 60%, et probablement au-delà. L'enjeu est maintenant de trouver les applications dans lesquelles ce procédé aura un avenir.

Références

[1] S. Szarzynski et M. Pons : <<Climatisation par adsorption : étude expérimentale des cycles avec régénération de chaleur>>, Rapport Scientifique LIMSI 1998, pp. 136-137.
[2] M. Pons and S. Szarzynski : <<Accounting for the real properties of the heat transfer fluid in a heat regenerative adsorption cycle for refrigeration>>, Proc. EUTOTHERM No 59, Nancy (France), 6-7 July 1998, pp. 291-297, 1998.

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