LES CLES DU DIMENSIONNEMENT
Ouvrages en commandePhotovoltaïque autonome
Photovoltaïque raccordé au réseau
Machine frigorifique thermo-acoustique
Figure 6.16 Congélateur thermoacoustique Ben & Jerry’s
Le froid thermo acoustique consiste à organiser le transfert de chaleur d’un fluide en résonnance acoustique (échauffement à la compression du gaz par l’onde acoustique, refroidissement lors de la détente) vers une structure solide isolante (figure 6.16 : Regenerator et figure 6.17 paroi). Ce transfert va créer un gradient thermique qui va permettre de générer un « bout » chaud (figure 1 : ambient Hx) et un « bout » froid (Cold Hx)
Figure 6.17 Principe de la compression/ détente du gaz par l’onde thermoacoustique et échange avec la paroi
Le système consomme de l’énergie acoustique générée par le résonateur acoustique qui est mu électriquement et développe un cycle qui se rapproche du cycle Stirling, à savoir deux évolutions isochores (l’une de détente, l’autre de compression) et deux évolution de transfert de chaleur dites « isothermes). Bien sûr les évolutions isothermes sont idéales et les transferts de chaleur se font avec des écarts de température.
L’effet thermo-acoustique est connu depuis le 19ème siècle mais la thermo-acoustique pratique n’a commencé qu’à partir de 1960, par les calculs de N. ROTT et sont liés aussi aux travaux sur les tubes pulsés qui en fait s’effectuent à plus basse fréquence. Mais les développements continus se font à l’université de PEN State sous la houlette de S. Garrett. En 2003, cette équipe a réalisé un congélateur démonstrateur « Ben’s & Jerry » dont on peut analyser les performances tableau 6.2 aux côté de deux prototypes, l’un pour l’espace STAR (1992) et TALSR (1991).
Tableau 6.2 Performances de systèmes thermo-acoustiques
Comme on peut le constater :
- les puissances frigorifiques des démonstrateurs sont de quelques dizaines à quelques centaines de Watts,
- les COP référés à Carnot sont de l’ordre de 20 % et peuvent s’élever à 40 %,
- les écarts de températures accessibles par des prototypes de 50 à 80 °C.
Les fabricants de machines
Des sociétés de R&D (Hekyom en France) ou des laboratoires (LAUM).
Les démonstrations ont été faites dans une quinzaine de laboratoires dans le monde.
Les usages potentiels sont : le petit froid commercial, mais aussi des systèmes de grandes tailles pour la liquéfaction du gaz naturel.
Les coûts des composants sont : plutôt du côté « high Tech ».
L’estimation des marchés potentiels porte sur la production d’électricité par le cycle thermoacoustique moteur par récupération de chaleurs perdues et pour la production d’électricité à bord de satellites.