Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur LUO Ercang de l’Institut de physique et de chimie appliquée (TIPC) de l’Académie chinoise des sciences, en collaboration avec d’autres experts, a développé un réfrigérateur thermoacoustique innovant (HDTR). Cette nouvelle configuration de bypass améliore considérablement l’efficacité de cette technologie.
Le HDTR est reconnue comme une nouvelle technologie de refroidissement prometteuse présentant de nombreux avantages. Par exemple, il ne comporte aucune pièce mobile, 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.
L’efficacité des HDTR peut être estimée par le coefficient de performance (FLIC), c’est-à-dire le rapport entre la puissance de refroidissement produite et la puissance de chauffage entrante. Pour les HDTR avancés à couplage direct existants, les chercheurs ont constaté une diminution inattendue du COP avec une augmentation de la température de chauffage. De plus, ils en ont découvert la raison : il existe une limitation d’adaptation à la température dans ces systèmes qui empêche l’amélioration du COP à des températures de chauffage élevées.
Une configuration innovante pour plus d’efficacité
Pour surmonter cet obstacle, les chercheurs ont proposé une configuration de dérivation créative pour éliminer la limitation du réglage de la température. Cette nouvelle configuration permet de contourner une partie de la puissance acoustique, obtenant ainsi une adaptation 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 dans le domaine du flux d’énergie, ce qui améliore considérablement l’efficacité. Les chercheurs ont ensuite construit un prototype 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 puissance de refroidissement de 2,53 kW, à des températures de chauffage, ambiante et de refroidissement de 450 °C, 35 °C et 7 °CC respectivement. Le COP est 2,7 fois plus élevé au meilleur résultat jamais obtenu pour les HDTR existants.
Une technologie prometteuse pour des applications commerciales
Selon les chercheurs, leur nouvelle technologie HDTR surpasse non seulement les réfrigérateurs à adsorption et à absorption simple effet en termes de refroidissement à température ambiante et d’entraînement thermique, mais est également comparable aux réfrigérateurs à absorption double effet. Ces résultats mettent en évidence 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, plus économique et plus respectueux de l’environnement. C’est pourquoi les chercheurs ont également testé les performances du système avec de l’azote. Les résultats du COP sont meilleurs que ceux rapportés précédemment par le TIPC.
Un potentiel exceptionnel pour l’avenir
Les chercheurs affirment que le nouveau système HDTR a un COP intrinsèquement plus élevé que les réfrigérateurs à absorption en raison de son utilisation efficace de l’énergie thermique à haute température. Leur analyse numérique suggère une valeur COP potentiellement exceptionnelle de 2 pour le système HDTR proposé à une température de chauffage supérieure à 800 ℃.
Les chercheurs ont déclaré qu’ils apporteraient quelques modifications au système actuel et augmenteraient la température de chauffage pour améliorer encore les performances de refroidissement du système. Après avoir effectué ce changement, ils prévoient d’atteindre dans un avenir proche un COP supérieur à celui des réfrigérateurs à absorption à double effet.
Article : « Un système de refroidissement thermoacoustique hautement efficace alimenté par la chaleur » – DOI : 10.1016/j.xcrp.2024.101815
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