5 • Cycles
thermodynamiques
222
5.6 Les cycles inverses
à compression de gaz
5.6.3 Le cycle à tube pulsé
La notion de tube pulsé est une version dérivée du cycle inverse de Stirling dans laquelle le piston et le régénérateur sont conservés mais le
déplaceur est supprimé. Le schéma de principe est présenté sur la
figure 5.36 où l’on a un tube pulsé muni d’un échangeur à chacune de
ses extrémités. Ce tube est fermé à une de ses extrémités et de l’autre
côté, il est relié à un piston via un régénérateur. La pulsation du gaz
(généralement de l’hélium) est générée par le piston. Au cours de la
compression, le gaz est déplacé vers l’extrémité fermée du tube alors que
sa température s’élève à cause de la compression. La chaleur de la compression est évacuée par l’échangeur haute température. En revanche, au
cours de la détente, le gaz est déplacé vers l’extrémité ouverte du tube
alors que sa température s’abaisse suite à la détente. La production du
froid a lieu au niveau de l’échangeur situé à l’extrémité ouverte du tube.
Comme dans le cas du cycle de Stirling, le régénérateur placé entre le
piston et le tube permet l’échange de chaleur pour le gaz déplacé au
cours des deux phases de compression et de détente. C’est notamment
grâce au régénérateur que l’échauffement du point froid lors de la compression est limité. Un avantage déterminant du tube pulsé est que toutes les pièces en mouvement sont à température ambiante, ce qui
augmente fortement la fiabilité par rapport au cycle de Stirling. Néanmoins, contrairement au cycle de Stirling, ce cycle n’est plus un cycle
ditherme réversible et son COP est inférieur au COP de Carnot.
En fait, on peut montrer que, pour fonctionner, le tube doit être ouvert.
Le COP d’un tel tube (version dite « tube pulsé à orifice ») est égal à :
[5.52]
où T 0 est la température de production du froid et T s.c. est la température
du rejet thermique. Lorsqu’on compare ce COP au COP de Carnot, on
en déduit que le tube à gaz pulsé ne présente un intérêt pour la production du froid qu’aux très basses températures quand
.
0
s.c.
T
COP
T
=
0
0
0
c
c
T
T
T
T T
ª
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5.6 Les cycles inverses
à compression de gaz
5.6.3 Le cycle à tube pulsé
La notion de tube pulsé est une version dérivée du cycle inverse de Stirling dans laquelle le piston et le régénérateur sont conservés mais le
déplaceur est supprimé. Le schéma de principe est présenté sur la
figure 5.36 où l’on a un tube pulsé muni d’un échangeur à chacune de
ses extrémités. Ce tube est fermé à une de ses extrémités et de l’autre
côté, il est relié à un piston via un régénérateur. La pulsation du gaz
(généralement de l’hélium) est générée par le piston. Au cours de la
compression, le gaz est déplacé vers l’extrémité fermée du tube alors que
sa température s’élève à cause de la compression. La chaleur de la compression est évacuée par l’échangeur haute température. En revanche, au
cours de la détente, le gaz est déplacé vers l’extrémité ouverte du tube
alors que sa température s’abaisse suite à la détente. La production du
froid a lieu au niveau de l’échangeur situé à l’extrémité ouverte du tube.
Comme dans le cas du cycle de Stirling, le régénérateur placé entre le
piston et le tube permet l’échange de chaleur pour le gaz déplacé au
cours des deux phases de compression et de détente. C’est notamment
grâce au régénérateur que l’échauffement du point froid lors de la compression est limité. Un avantage déterminant du tube pulsé est que toutes les pièces en mouvement sont à température ambiante, ce qui
augmente fortement la fiabilité par rapport au cycle de Stirling. Néanmoins, contrairement au cycle de Stirling, ce cycle n’est plus un cycle
ditherme réversible et son COP est inférieur au COP de Carnot.
En fait, on peut montrer que, pour fonctionner, le tube doit être ouvert.
Le COP d’un tel tube (version dite « tube pulsé à orifice ») est égal à :
[5.52]
où T 0 est la température de production du froid et T s.c. est la température
du rejet thermique. Lorsqu’on compare ce COP au COP de Carnot, on
en déduit que le tube à gaz pulsé ne présente un intérêt pour la production du froid qu’aux très basses températures quand
.
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0
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c
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