Etude théorique d'un système de stockage d’énergie par chaleur latente couplé à un système frigorifique

Abstract

Le présent travail démontre l’efficacité d’utilisation d’un dispositif de stockage thermique par MCP dans l’amélioration des performances énergétiques et la diminution du travail du réfrigérateur domestique, sur la base de résultats expérimentaux et numériques. Une première configuration d’un dispositif de stockage thermique a été étudiée qui consiste en un MCP en plaque de forme parallélépipédique en contact direct avec la surface d’un évaporateur plat. Une deuxième configuration a ensuite été proposée en réponse à deux inconvénients rencontrés lors de l’étude la première configuration, qui consistent à l’augmentation de la résistance thermique au niveau de l’évaporateur, et le temps d’arrêt du compresseur qui n’est pas contrôlable. Cette configuration consiste en un MCP confiné dans des sphères et intégrés dans un échangeur de chaleur de type lit tassé (packed bed), et en contact seulement avec l’air intérieur du réfrigérateur. Il est également question d’une discussion portant sur l’effet du MCP, en comparaison à celui du givre, sur le transfert de chaleur pour le cas d’un réfrigérateur muni d’un évaporateur plat. Il a été noté que la résistance thermique dû à la présence du MCP est du même ordre de grandeur que celle du givre durant la phase de marche du compresseur (solidification), mais elle est plus faible que celle du givre durant la phase d’arrêt (fusion du MCP). Le MCP mis en contact avec l’évaporateur a permit de prolonger le temps d’arrêt journalier de 17%, d’améliorer le COP du cycle frigorifique de 5%. Cependant, le MCP a causé la limitation du transfert de chaleur au niveau de l’évaporateur vers l’air à l’intérieur du réfrigérateur qui a augmenté légèrement la température de l’air de 1°C. La configuration d’un échangeur de chaleur en configuration de lit tassé de sphères (packed bed), comportant un matériau à changement de phase (MCP) a été développé, dans laquelle le MCP n’est en contact qu’avec l’air à l’intérieur du réfrigérateur, et n’affecte pas le transfert de chaleur. Le dimensionnement optimisé de l’échangeur de chaleur a permit également de contrôler le régime de fonctionnement du réfrigérateur et de prolonger le temps d’arrêt journalier de 12,6h (52.5%).