Analyse expérimentale d'une machine frigorifique à adsorption à régénération de chaleur

Experimental analysis of an adsorptive cooling system with heat-regeneration

• Auteur / Autrice : Stéphanie Szarzynski
• Direction : Francis Meunier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées. Dynamique des fluides et des transferts
• Date : Soutenance en 1998
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique pour la mécanique et les sciences de l'ingénieur (Orsay, Essonne ; 1972-2020)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Labrosse
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : André Lallemand, Benoit Lambotte, Michel Pons, Bernard Spinner
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : André Lallemand

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermodynamique

Adsorption

Réfrigération

Mots clés libres

échangeur régénérateur

étude experimentale

Fonctionnement

Performance

Modèle thermodynamique

Deuxième principe thermodynamique

Résumé

Pour des raisons écologiques, les systèmes à sorption solide appliqués à la réfrigération ou à la climatisation bénéficient ces dernières années d'un contexte favorable à leur émergence. L’objectif de ce travail est de réaliser l'analyse expérimentale d'une machine frigorifique à adsorption fonctionnant selon un procédé à régénération de chaleur (température non-uniforme). L’établissement d'un fort gradient thermique le long de l'adsorbeur permet d'augmenter la proportion de chaleur échangée de manière interne au système et ainsi d'augmenter les performances de ce dernier. Nous avons conçu puis montré un dispositif expérimental permettant de mettre en œuvre ce procédé. Il intègre l'utilisation d'un nouveau composite adsorbant, la présence d'inserts dans les tubes et l'emploi d'un évaporateur inhabituel. Une analyse expérimentale est réalisée qui montre que des facteurs de récupération de chaleur dépassant 0,5 ont été obtenus. Le COP reste proche de 0,4 quelle que soient la valeur du débit de fluide caloporteur et le temps de cycle alors que la PSF dépasse aisément 100 W. Kg⁻¹ de zéolite. Les performances de la machine sont principalement affectées par la présence de pertes thermiques non négligeables et de masses thermiques inertes importantes à l'intérieur de l'adsorbeur. Pour comprendre le fonctionnement de l'adsorbeur, nous utilisons un modèle numérique qui intègre la répartition des pertes thermiques et des masses inertes de l'adsorbeur. Les paramètres du modèle sont ajustés afin qu'il rende compte des résultats expérimentaux. Une fois ajusté, ce modèle nous a permis de prédire quelles seraient les performances de la machine si on réduisait les effets limitant inhérents à notre installation. Une analyse du dispositif expérimental selon le second principe de la thermodynamique complète cette étude et met en évidence la répartition des différentes irréversibilités responsables de la faiblesse de nos performances expérimentales.