Une équipe de chercheurs dirigée par le Professeur LUO Ercang de l’Institut de Physique et de Chimie Technique (TIPC) de l’Académie des Sciences Chinoise, en collaboration avec d’autres experts, a mis au point un réfrigérateur thermoacoustique à entraînement thermique (HDTR) innovant. Cette nouvelle configuration de dérivation améliore considérablement l’efficacité de cette technologie.
Le HDTR est reconnu comme une nouvelle technologie de refroidissement prometteuse avec de nombreux avantages. Par exemple, il n’a pas de pièces mobiles, utilise des substances respectueuses de l’environnement (comme l’hélium et l’azote), et est très fiable. Cependant, son efficacité relativement faible a entravé son application commerciale.
Le rendement des HDTR peut être estimé par le coefficient de performance (COP), c’est-à-dire le rapport entre la puissance de refroidissement de sortie et la puissance de chauffage d’entrée. Pour les HDTR à couplage direct avancés existants, les chercheurs ont constaté une diminution inattendue du COP avec une augmentation de la température de chauffage. De plus, ils ont découvert la raison : il existe une contrainte de correspondance de température dans ces systèmes qui empêche l’amélioration du COP à des températures de chauffage élevées.
Une configuration innovante pour une meilleure efficacité
Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs ont proposé une configuration de dérivation créative pour éliminer la contrainte de correspondance de température. Cette nouvelle configuration permet à une partie de la puissance acoustique d’être dérivée, réalisant ainsi une correspondance efficace de la puissance acoustique entre l’unité moteur et l’unité de refroidissement à des températures de chauffage élevées.
En conséquence, le système réalise une synergie de champ de flux d’énergie, ce qui améliore considérablement l’efficacité. Les chercheurs ont ensuite construit un prototype de HDTR à l’échelle du kilowatt.
En utilisant l’hélium comme gaz de travail, ils ont atteint un COP expérimental record de 1.12 avec une capacité de refroidissement de 2.53 kW, aux températures de chauffage, ambiantes, et de refroidissement de 450 °C, 35 °C, et 7 °C, respectivement. Ce COP est 2.7 fois supérieur au meilleur résultat jamais obtenu pour les HDTR existants.
Une technologie prometteuse pour les applications commerciales
Selon les chercheurs, dans le domaine de la réfrigération à température ambiante et à entraînement thermique, leur nouvelle technologie HDTR surpasse non seulement les réfrigérateurs à adsorption et les réfrigérateurs à absorption à effet unique, mais est comparable aux réfrigérateurs à absorption à double effet. Ces résultats soulignent le grand potentiel de cette nouvelle technologie HDTR dans les applications de climatisation commerciale.
Comparé à l’hélium, l’azote est un réfrigérant plus abondant, économique et respectueux de l’environnement. Par conséquent, les chercheurs ont également testé les performances du système en utilisant de l’azote. Les résultats du COP sont meilleurs que ceux précédemment rapportés par le TIPC.
Un potentiel exceptionnel pour le futur
Les chercheurs affirment que le nouveau système HDTR a un COP intrinsèquement supérieur aux réfrigérateurs à absorption en raison de son utilisation efficace de l’énergie thermique à haute température. Leur analyse numérique suggère une valeur de COP potentiellement exceptionnelle de 2 pour le système HDTR proposé à une température de chauffage de plus de 800 ℃.
Les chercheurs ont déclaré qu’ils apporteraient quelques modifications au système actuel et augmenteraient la température de chauffage pour améliorer davantage les performances de refroidissement du système. Après avoir effectué ce changement, ils prévoient d’atteindre un COP qui dépasse les réfrigérateurs à absorption à double effet dans un avenir prévisible.
Article : “A highly efficient heat-driven thermoacoustic cooling system” – DOI: 10.1016/j.xcrp.2024.101815
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