Valorization of heat lost by refrigeration equipment for desalination by membrane distillation - Université de Rennes Accéder directement au contenu
Poster De Conférence Année : 2017

Valorization of heat lost by refrigeration equipment for desalination by membrane distillation

Résumé

Le secteur du bâtiment représente 40% de la consommation mondiale d'énergie, en particulier pour la climatisation et la réfrigération1. En outre, les climatiseurs rejettent de l'air chaud sortant des condenseurs, en partie responsable de l'effet d'îlot de chaleur urbain. La proximité des bâtiments et de leur équipement de refroidissement crée un environnement extérieur chaud provoquant des exigences de refroidissement plus élevées et une baisse des performances des climatiseurs. A cela s’ajoute le phénomène de la croissance de la population mondiale qui entraîne une augmentation des besoins en réfrigération commerciale et domestique et en climatisation, ainsi qu’en eau potable. Les activités humaines conduisent parallèlement à la diminution des ressources en eau disponibles à la consommation à cause des pollutions et de leur utilisation pour l'agriculture et l’industrie. Plus de 40% de la population mondiale vit dans les bassins hydrographiques. La demande en matière de prélèvement des ressources en eau devrait augmenter d'environ 55% d’ici 20502. Le dessalement de l'eau de mer est souvent une solution au manque d'eau douce dans les régions du monde en état de stress hydrique. Ce travail présente les principaux résultats d’un projet de couplage d’une machine frigorifique à une unité de distillation membranaire. Cette technique de dessalement d’eau de mer est basée sur la création entre un canal chaud et un canal froid d’un gradient de température. Un flux de vapeur d’eau pure traverse une membrane microporeuse et hydrophobe vers un canal d’air sous l’effet d’un gradient de pression de vapeur. Enfin, l’eau condense sur la paroi froide extérieure du canal froid. Une étude expérimentale sur un pilote de distillation membranaire a été réalisée pour évaluer l’influence, sur le flux de perméat, des températures et des débits d’alimentation des fluides chaud et froid, de l’épaisseur du canal d’air et de la composition de la solution à dessaler. Ces résultats ont été utilisés pour construire et valider un modèle numérique. Des simulations ont permis de dimensionner un prototype de distillation membranaire fabriqué avec une imprimante 3D. En parallèle, un petit réfrigérateur a été modifié. Le condenseur statique d’origine a été remplacé par un échangeur bitube coaxial pour transférer la chaleur de condensation à une boucle d’eau. Finalement, le réfrigérateur et la distillation membranaire ont été couplés afin que la chaleur généralement perdue dans l’air de la pièce soit valorisée par le chauffage de la solution salée. Le circuit d’eau du prototype dispose d’un réservoir d’eau salée. Une pompe y puise la solution et alimente successivement le canal froid du distillateur, un échangeur de récupération de chaleur, le condenseur modifié du réfrigérateur puis le canal chaud du distillateur. Le flux de solution s’y divise entre perméat produit et saumure légèrement plus concentrée en sels. Le flux de saumure poursuit dans l’autre côté de l’échangeur de récupération avant d’être rejeté dans le réservoir. Au fur et à mesure du fonctionnement, le volume de solution diminue et sa concentration augmente. D’après nos résultats de simulation, ce couplage présente un GOR (Gained Output Ratio) maximal de 10 et un PR (ratio de performance) de 5 kg/MJ pour des températures élevées d’alimentation du fluide chaud. Les valeurs du GOR et du PR diminuent lorsque le débit d’eau augmente car la température d’eau chaude diminue. Cependant, à l’inverse, le COP du réfrigérateur augmente. Ainsi, les conditions optimales de fonctionnement ont été déterminées pour ce système en termes de consommations d’énergie et d’exergie pour les productions de froid et d’eau dessalée. 1 BYRNE P., J. MIRIEL, Y. LENAT, Design and simulation of a heat pump for simultaneous heating and cooling using HFC or CO2 as a working fluid, International journal of refrigeration 32 (2009) 1711–1723 2 HLPE, L’eau, enjeu pour la sécurité alimentaire mondiale. Rapport du Groupe d’experts de haut niveau sur la sécurité alimentaire et la nutrition du Comité de la sécurité alimentaire mondiale, Rome 2015
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-01579709 , version 1 (31-08-2017)

Identifiants

  • HAL Id : hal-01579709 , version 1

Citer

Ahmadou Tidiane Diaby, Paul Byrne, Patrick Loulergue, Béatrice Balannec, Anthony Szymczyk, et al.. Valorization of heat lost by refrigeration equipment for desalination by membrane distillation. MemPro6 Intégration des membranes dans les procédés, Jun 2017, Saint-Malo, France. ⟨hal-01579709⟩
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