Simulations et optimisation des transferts thermochimiques dans un réacteur solide-gaz

(Reçu le 12 avril 1996, révisé le 24 octobre 1996 et le 12 mars 1997, accepté le 8 avril 1997)

Abstract
This paper deals with optimization of heat pipe in a solid-gas chemical heatpump. The core of such a system, namely a reactor, contains a porous solid able to react with a gas coming from an evaporator. The latter chemical reaction gives off heat. Conversely, if we supply the reactive media with heat, the previous chemical reaction occurs in the endothermic way and the gas so desorbed goes to a condensor. Two networks of gravitational heat pipes perform the energetical transfers between exchangers and porous media relies. The main goal of this work is to make an optimization of these transfers in shifting both dimension and localization of the exchangers. To carry out such a problem, we obviously need the knowledge of temperature and reaction advancement during any absorption or desorption process. We were face with the choice of an apt-method to figure out the governing non-linear partial differential equations axe available in the literature. We implemented first the finite difference technique but we were quickly compeled into using an advanced numerical method, namely the finite element method. A comparison between these two approaches has allowed to get the most adaptative numerical tool as regards to the optimization problem set.

Résumé
Cet article présente des résultats d'optimisation d'échangeurs dans un réacteur thermochimique. Ce dernier contient un solide poreux capable de réagir exothermiquement avec un gaz réactif venant d'un évaporateur. Inversement, s'il reçoit un apport de chaleur, la réaction précédente se produit dans le sens endothermique et le gaz désorbé est renvoyé vers un condenseur. Les transferts énergétiques entre les échangeurs de chaleur et le solide poreux sont assurés par des caloducs gravitationnels. Le principal objectif de cet article consiste à optimiser ces transferts en jouant sur le dimensionnement et la localisation de ces échangeurs. Ce problème d'optimisation nécessite bien entendu, dans un premier temps, la connaissance spatiale et temporelle de la température et de l'avancement de la réaction chimique en phase d'absorption ou de désorption du gaz réactif. Un système d'équations aux dérivées partielles non linéaire modélise les phénomènes physico-chimiques dans le réacteur. Deux études de résolution numérique ont été menées au laboratoire, la première utilisant la technique des différences finies et la seconde, celle des éléments finis. Une confrontation de ces deux méthodes a permis de déterminer l'outil numérique le mieux adapté au problème d'optimisation posé.