Cycle thermochimique hybride multifonctionnel : analyse expérimentale du couplage entre l'évaporateur, l'expandeur et le réacteur

Overview & Synopsis

Les procédés thermochimiques hybrides avec expandeur sont des cycles thermodynamiques innovants par leur multifonctionnalité (stockage, production de froid et d’électricité) et par leur capacité à valoriser des sources thermiques basse température telles les chaleurs fatales. Le concept d’hybridation de ces cycles thermochimiques consiste à valoriser non seulement les effets endo ou exothermiques liés à la réaction chimique gaz/solide en jeu, mais aussi le flux de gaz réactif résultant de cette réaction. Pour cela, un organe de détente (expandeur) est inséré sur ce flux de gaz. Le procédé opère alors de façon non isobare, contrairement au fonctionnement classique des procédés à sorption, et cet expandeur permet une production d'énergie mécanique, en plus des productions thermiques des procédés à sorption classiques. Les problématiques scientifiques portent essentiellement sur le couplage entre les composants du procédé, l'adéquation de leurs conditions de fonctionnement et de leurs dynamiques. Un couplage clé est celui entre l’évaporateur, l’expandeur et le réacteur, qui est caractérisé notamment par un effet antagoniste de la pression de couplage réacteur/expandeur sur le comportement de ces 2 composants. Cette pression peut favoriser la cinétique du réacteur et donc la puissance thermique en jeu, et défavoriser le rapport de pression aux bornes de l’expandeur et donc la puissance mécanique produite. Pour analyser ce fonctionnement, un prototype (preuve de concept) a été conçu et fabriqué. Il met en œuvre un réacteur à lit fixe, type tube-calandre (7 tubes, chacun de 4,15 kg de sel réactif MnCl2 et cyclant 3,35 kg de gaz réactif NH3) et un expandeur est de type scroll (nominal 1 kWméca). Ce prototype est en cours d’expérimentation. Les premières expériences réalisées avec le prototype ont permis d’établir la preuve de concept avec une production simultanée de froid et de mécanique pendant toute la réaction de la phase de production. Des expérimentations menées avec différentes charges électriques aux bornes de la génératrice de l’expandeur et à différentes températures de source froide ont permis d’analyser le couplage évaporateur/ expandeur /réacteur.Le poster présentera le prototype et une synthèse des premiers résultats expérimentaux obtenus. Le couplage évaporateur/expandeur/réacteur sera analysé à l’aide des résultats expérimentaux et de la modélisation de ces composants.