Lassus-Junca-Renault-Anceau

Pieuvre

Aspect écologique

Avantages/inconvénients

Bête à cornes

Matériaux nécessaires

Contraintes de construction

À l’utilisateur Sur la chaleur des aliments

Le frigo solaire à adsorption

Créer du froid à partir du chaud/ refroidir les aliments.

À qui rend t’il service?

Sur quoi agit-il?

Dans quel but?

Utilisateur

SoleilMilieu extérieur

Pression

TempératureAliments

Réfrigérateur à adsorption

Créer du froid à partir de l’énergie solaire (chaleur).

Refroidir les aliments.

Le système doit résister à une pression de 10-3mbar.

Le système doit être simple d’utilisation et d’entretien, et destiné à tout utilisateur.

Le système doit être muni d’une chambre frigorifique suffisamment spacieuse, car il doit contenir des aliments, des vaccins, etc…

Le système doit résister au milieu extérieur (T° élevée, pluie, neige… )

Le système doit être pratique et esthétique.

• Aucune source d’énergie autre que le soleil (ou autre source de chaleur, comme des pertes thermiques) n’est nécessaire.

• Aucune pièce en mouvement (sauf le volet, si il y en a un), la maintenance est donc largement facilitée.

• Possibilité d’utiliser des fluides frigorifiques aussi simples que l’eau!

• COP (coefficient de performance=rendement en élec.) équivalent voir légèrement supérieur aux climatisations électro-solaires, les inconvénients en moins (pollution, maintenance).

• Délais de (au moins) 12h entre production de chaud et production de froid (ceci pourrait être assez facilement solvable par des accumulateurs tampons).

• Nécessité d’avoir une source froide (la nuit) pour produire le cycle « froid » d’adsorption.

• COP largement inférieur (1/10 environ) aux machines frigorifiques à compresseur (en contrepartie l’énergie solaire reste « illimitée »).

Nous pouvons affirmer que les réfrigérateurs à glace solaire sont 100% écologiques :

• Aucun moteur (ni électrique, ni thermique), pas de dégagement de CO2 dans l'atmosphère.

• Aucun carburant fossile (nous ne considérons pas le soleil comme un vieux fossile), préservation des ressources naturelles.

• Aucune batterie électrique de puissance, pas de résidu de plomb.

• Fluide frigorigène employé exclusivement à eau distillée, pas d'utilisation de CFC.

• Tous les matériaux utilisés sont inoffensif pour l'environnement.

Les premiers matériaux imposés sont ceux du couple adsorbeur-adsorbant utilisé: les dangers lié à certains type de couple (ex: méthanol , charbon actif… ) nous ont restreint au couple EAU/zéolithe ou EAU/silicagel.

La tuyauterie et le condenseur doivent être réalisés avec des matériaux de préférence métalliques afin de résister au vide: nous avons adopté la solution de tuyaux en cuivre.

Le capteur-adsorbeur et l’évaporateur doivent eux aussi pouvoir résister et l’ensemble doit être étanche une fois le vide fait. Solution adoptée: voir la partie « Notre maquette expérimentale ».

Ce sont les difficultés éprouvées lors de la recherche de ces matériaux ainsi que les contraintes de construction, qui ont fait que notre projet a avorté, et que nous n’avons pas réussi à construire la maquette.

La fabrication de la glace solaire nécessite des capteurs solaires. Ceux-ci, couvrent une superficie de 1m². Et, bien évidemment, plus on souhaite un réfrigérateur à glace solaire de grande capacité, plus le nombre de capteurs nécessaires est grand. Il faudra donc trouver un espace suffisamment grand et ensoleillé pour les accueillir (le toit d'une habitation est fort recommandé).

Le poids de chaque capteur solaire de 1m² est d'environ 100kg, et celui du compartiment froid est d'environ 60kg (contenu vide) pour une capacité de 70 litres. Le déplacement d'un réfrigérateur à glace solaire est donc difficile après son installation. De même, la jonction entre le(s) capteur(s) solaire(s) et le compartiment froid étant réalisé en tuyauterie rigide, la position des éléments du réfrigérateur doit rester figée.

Le dimensionnement a permis de mettre en évidence les limites de la miniaturisation de tels systèmes de réfrigération solaire. La masse propre de l'adsorbant (zéolithe) ainsi que celle de l'évaporateur auto-stockeur imposent une taille critique au dessous de laquelle le volume utile de réfrigération devient insignifiant vis-à-vis de la masse totale du réfrigérateur et de son prix de fabrication.

Dernière contrainte: l’ensemble du système (tuyauterie, capteur, évaporateur, etc…) doit (pour une meilleure efficacité) être mis sous un vide relatif de 10-3mbar.

Glace solaire Les techniques pour faire du froid dans les pays chauds utilisent soit du gaz soit de l'énergie solaire photovoltaïque dont l'électricité produite sert à faire fonctionner un frigo économe mais classique. Florian Butcher, objecteur au Centre Albert-Schweitzer de Neuchâtel (Suisse) a mis au point un frigo solaire où le phénomène d'absorption / désorption qui permet de faire du froid à partir du chaud fonctionne sans électricité directement grâce à la chaleur du soleil. Ce procédé utilise du méthanol et un charbon actif et nécessite l'ouverture et la fermeture d'une vanne deux fois par jour pour que cela marche. Le prototype a été fabriqué avec des artisans locaux en Afrique, à partir de matériaux disponibles, en particulier le kapok compressé pour l'isolation. Ce procédé sans matériel sophistiqué permet d'obtenir du froid à bas prix. Le Centre souhaitant aider les plus pauvres refuse que ce système soit breveté afin que chacun puisse soi-même le fabriquer. Contact : Centre Albert-Schweitzer, CH 12042 Assens.

L’adsorption, à ne pas confondre avec l’absorption, est un phénomène de surface par lequel des molécules de gaz ou de liquides se fixent sur les surfaces solides des adsorbants selon divers processus plus ou moins intenses. Ce phénomène a une très grande importance dans l’évolution de nombreuses réactions chimiques.

Le phénomène inverse, par lequel les molécules adsorbées sur une surface s’en détachent, notamment sous l’action de l’élévation de la température, ou de la baisse de pression, se nomme la désorption.

Grâce à leur structure cristalline en feuillets, les argiles et les zéolites sont de bons adsorbants naturels. Le charbon actif est un excellent adsorbant

Climat:

Tj:43°C ; Tnuit: 35°CH= 5kWh/m2 j

Energie froid:

604 Wh/j (100%)

PERTES:Enveloppe (42%)Renouvellement

d’air (2%)264 Wh/j (44%)

Eau cyclée:

1,5 – 3 L

Capto-adsorbeur:

1 m2

Adsorbant:

35~40 kg/m2

STOCK:Latent+sensible

2,5kg238 Wh/j (39%)

CHARGE:RefroidissementDe 2,5 L d’eau

De 30 K102 Wh/j (17%)

Climat:

Tj:43°C ; Tnuit: 35°CH= 5kWh/m2 j

Energie froid:

604 Wh/j (100%)

PERTES:Enveloppe (42%)Renouvellement

d’air (2%)264 Wh/j (44%)

Eau cyclée:

1,5 – 3 L

Capto-adsorbeur:

1 m2

Adsorbant:

35~40 kg/m2

STOCK:Latent+sensible

2,5kg238 Wh/j (39%)

CHARGE:RefroidissementDe 2,5 L d’eau

De 30 K102 Wh/j (17%)

Nous avons tenté à l’aide d’une petite entreprise de créer une maquette de ce réfrigérateur solaire à adsorption. Ce modèle aurait servi à démontrer que le principe d’adsorption pouvait mener à la création de froid.

Le produit est constitué de 4 parties : le capteur-adsorbeur, l’évaporateur, le condenseur et une vanne autonome (nous nous contenterons dans notre cas d’une vanne manuelle).

1ère étape : recherche d’un condenseur(fig.1) (étape la plus courte et la plus simple).Résultat : condenseur trouvé dans le centre de récupération et traitement des fers et métaux à Bordères sur l’Echez.

2ème étape : Recherche de matériaux pour la création du capteur-adsorbeur(fig.2) et de l’évaporateur suivant les conditions suivantes :

- Pour un volume V=8L du capteur ou de l’évaporateur on doit avoir une surface de zéolithe dans le capteur égale à 10dm 3.

- Les deux éléments cités plus haut doivent pouvoir résister à un vide relatif de 10-

3mbar.Après réflexion, nous entreprenons de créer le capteur et l’évaporateur avec pour base des bombonnes de gaz (pour la résistance à la pression éprouvée de celles-ci). Lors de l’expérimentation, n’ayant pas de capteur assez efficace et peu cher à portée de main nous avons décidé de chauffer le capteur pour arriver à la pression (et température) nécessaire. Nous avons donc découpé les bombonnes pour que le volume vérifie le rapport volume/surface de zéolithe énoncé plus haut… puis nous avons fait appel à un carrossier pour ressouder solidement notre capteur-adsorbeur et notre évaporateur.

Résultat : il ne reste que la vanne. Avantage encore de ces bombonnes : elles sont dotées d’un « robinet » donc le problème de la vanne est réglé.

Nous avons donc tous les éléments en main(fig.3) : 

Il reste à relier tout cela en faisant le vide avec de la tuyauterie résistant elle aussi aux différences de pression.

Malheureusement, après une discussion (avec une exposition du projet, explication du fonctionnement) avec un ingénieur issu de l’ENIT, nous avons abandonné la réalisation finale. Il nous a démontré rapidement que celle-ci avait un taux de réussite très faible et pouvait se montrer dangereuse. Le manque de motivation de l’artisan frigoriste qui fut loin de tenir ses promesses a incité également à l’abandon d’une quelconque réalisation expérimentale.

« On doit proposer une solution alternative et propre pour les pays en voie de développement afin de stocker médicaments et aliments . »

Sources