Procédé à sorption solide/gaz pour le transport de chaleur et de froid à longue distance

par Julien Berthiaud

Thèse de doctorat en Énergétique et génie des procédés

Sous la direction de Nathalie Mazet.

Soutenue en 2007

à Perpignan , dans le cadre de École doctorale Énergie environnement (Perpignan) .

mots clés

• Thermochimie
• Transfert de chaleur
• Interfaces gaz-solide
• Adsorption

Résumé

Networks of thermal energy transportation are classically based on sensible heat transport and thus they are limited to short distances. In order to realize a long-distance transport, thermochemical processes are investigated, and particularly an innovating system that couples two thermochemical dipoles. The advantages of thermochemical processes, the energetic performances and the operating cost of transport are presented. A comparison with sensible heat network is also done. An experimental study of this innovating system is also made in order to understand the main point of the system: autothermal reactor

Titre traduit

Long-distance transport of thermal energy using thermochemical processes

Résumé

Le transport de froid ou de chaleur sur longues distances constitue un enjeu majeur d’un point de vue énergétique, économique (valorisation de rejets thermiques) et environnemental (diminution des émissions de CO2). Jusqu’à présent, le transport d’énergie est basé sur la chaleur sensible (eau chaude) ou latente (vapeur). En raison de leurs importantes déperditions thermiques, ces réseaux se limitent aux réseaux urbains (<10km). D’autres systèmes, basés sur des processus endo/exothermiques, permettent un transport d’énergie à plus longue distance. Notre étude s’intéresse en particulier aux procédés thermochimiques utilisant des réactions chimiques renversables solide/gaz : le fluide transporté est du gaz à température ambiante. La première partie du manuscrit décrit les potentialités des procédés thermochimiques : températures de fonctionnement et rendements énergétiques. La partie du procédé relative au transport, est étudiée pour comprendre la gestion et de l’impact du transport du fluide sur les performances du procédé. Une comparaison avec les réseaux de chaleur sensible est également réalisée. La deuxième partie s’intéresse au couplage de deux procédés thermochimiques en cascade thermique. Ce nouveau procédé présente des performances idéales, énergétiques et températures de fonctionnement, supérieures à celles des procédés classiques. Ce système innovant met en jeu un nouveau réacteur : réacteur autotherme. L’analyse théorique du fonctionnement cyclique et énergétique de ce réacteur est décrite. Une étude expérimentale est réalisée : la conception, la construction du prototype et les résultats expérimentaux sont détaillées