Caractérisation thermique d'un matériau à changement de phase dans une structure conductrice

Présentation

La récupération de chaleur fatale est un véritable challenge pour l'amélioration de l'efficacité énergétique. Le stockage par chaleur latente est une solution qui répond à cet enjeu. Nous nous intéressons aux procédés industriels avec un rapport puissance sur énergie élevé. L'un des procédés identifiés est la stérilisation de produits agroalimentaires. Cependant, les matériaux à changement de phase, peu conducteurs, ne permettent pas d'obtenir des puissances thermiques suffisantes pour ces applications. L'amélioration de la surface d'échange ou l'augmentation de la conductivité thermique du matériau sont alors nécessaires. Un premier dispositif expérimental de stockage thermique comparant différentes techniques d'intensification des transferts a été réalisé. Le concept à base de paraffine et de Graphite Naturel Expansé (GNE) s'est montré le plus performant par rapport à des solutions de type ailettes ou poudre de graphite. La caractérisation thermique du matériau composite GNE/paraffine sélectionné a été réalisée par plusieurs méthodes. Des valeurs de conductivité thermique effective de l'ordre 20 W.m-1.K-1 ont été obtenues. Dans un second temps, un démonstrateur de 100kW/6kW.h est dimensionné et réalisé. Ce dispositif testé sur un procédé de stérilisation existant permet une économie d'énergie de 15%, conforme aux prévisions. L'identification de la conductivité thermique plane du matériau et l'influence de la résistance thermique de contact sont réalisées à l'aide d'un dispositif expérimental, couplé à un modèle numérique. Enfin, le développement d'un dispositif de vieillissement permet l'étude de la stabilité thermique de ce matériau.