Machine frigorifique à tube pulsé

Figure 6.13 Tube pulsé

Figure 6.14 Coupe d’un tube pulsé de type « Stirling »



Les tubes pulsés cryogéniques constituent une technologie mature depuis le début des années 90 où les performances énergétiques ont rejoint celles des systèmes cryogénique Stirling. On peut considérer que les tubes pulsés constituent au moins 50 % du marché actuel des cryostats ou réfrigérateurs cryogéniques dont les températures se situent autour de -200 °C et jusqu’à - 270 °C.



Le principe du tube pulsé à orifice s’explique assez simplement par comparaison aux systèmes Stirling et Gifford-Mac Mahon, le simple volume du tube pulsé remplace le déplaceur des autres systèmes. Le débit gazeux oscillant passant à travers l’orifice situé en aval du tube et en amont d’un réservoir. Cet ensemble volume du tube pulsé, orifice et réservoir a le même effet que le déplaceur des 2 autres systèmes, à savoir séparer le bout chaud et le bout froid. Le cycle est le suivant :

1. Compression de l’hélium dans le tube pulsé.
2. Ecoulement du gaz comprimé à travers l’orifice et rejet de la chaleur au bout chaud situé en amont de l’orifice.
3. Aspiration de l’hélium et détente de l’hélium dans le tube pulsé.
4. Transfert du gaz froid vers le bout froid (an aval du régénérateur) via la surpression provenant du réservoir.

Les puissances frigorifiques varient de 1 à 100 kW à des températures de l’ordre de -200 °C.

Les COP référés à Carnot sont de l’ordre de 5 à 10 %.

Les écarts de températures accessibles varient de 220 à 280 K

Les marchés sont :

• les cryostats pour les cryo-pompes nécessaires à la fabrication de semi-conducteurs, soit un marché de 20 000 cryostats /an encore dominé par les Cryostat Gifford - McMahon,
• les applications d’observations satellitaires, 500 à 1000 cryostats par an, puissance 1 à 2 W,
• les applications médicales,
• la liquéfaction du gaz naturel (démonstration en préparation).

Les coûts des machines se situent entre 30 k€ et 80 k€ selon les puissances.