Bibliographie & annexes
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En anglais
RÉSUMÉ
Les systèmes de réfrigération magnétique autour de la température ambiante sont une solution alternative à la réfrigération par gaz compressé. Ces appareils ont atteint le stade de l'industrialisation, préalable à une prochaine mise sur le marché pour des puissances aujourd'hui limitées. La réfrigération, basée sur la compression/détente, est confrontée à des environnements contraignants sans véritable solution alternative, alors que le froid magnétique peut apporter des solutions crédibles au remplacement des compresseurs. Après un rappel du contexte et de l'effet magnétocalorique, l'article se focalise sur les spécifications marchés, les contraintes d'industrialisation et de coûts, et les prototypes rotatifs industrialisés et leurs composants. Des perspectives d'évolution vers des puissances plus élevées sont avancées.
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Les systèmes de réfrigération magnétique autour de la température ambiante sont une solution alternative à la réfrigération par gaz compressé. Ces appareils ont atteint le stade de l'industrialisation, préalable à une prochaine mise sur le marché pour des puissances aujourd'hui limitées (voir cependant en fin d'article ,l'évolution possible) La réfrigération, basée sur la compression/détente, est confrontée à des environnements contraignants sans véritable solution alternative, alors que le Froid magnétique peut apporter des solutions crédibles au remplacement des compresseurs. Après un rappel du contexte et de l'effet magnétocalorique, l'article se focalise sur les spécifications marchés, sur les contraintes d'industrialisation et de coûts et sur les prototypes rotatifs industrialisés et leurs composants. L'article finit par les perspectives d'évolution vers des puissances plus élevées.
Auteur(s)
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Christian MULLER : Directeur de recherche dans le domaine du froid magnétique - Président de la société Cooltech Applications
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Guillaume BRUMPTER : Ingénieur conception en systèmes de froid magnétique - Ingénieur en mécanique de l'ENIM,Cooltech Applications
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Lhassan ELOUAD : Docteur en sciences - Ingénieur de recherches pour les sciences fondamentales - Ingénieur essais, Cooltech Applications
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Jean-Baptiste POLMARD : Ingénieur en mécanique énergie – UHP Nancy 1 - Ingénieur de recherches - Ingénieur essais, Cooltech Applications
INTRODUCTION
Le domaine de la réfrigération et de la climatisation recouvre des secteurs d'applications larges, multiples et diversifiés (tant industriels que grand public). C'est également un marché fortement porteur, en progression régulière de 2 à 4 % par an.
Le froid, nécessaire à l'économie et à la société moderne pour l'alimentation, la santé et le confort (réfrigération, climatisation...) est majoritairement produit par des systèmes basés sur le principe thermodynamique classique de compression et de détente d'un fluide.
Cette technologie, datant des années 1880, est mature et bien maîtrisée. Elle est régulièrement confrontée à un environnement réglementaire et sociétal qui devient très contraignant. (voir articles [BE 9 720] et [BE 9 723]).
Le froid magnétique peut apporter des réponses crédibles aux industriels et utilisateurs en recherche de solutions alternatives aux systèmes de compression de gaz (compresseurs à gaz actuels).
Les systèmes de réfrigération magnétique autour de la température ambiante ont atteint le stade du développement industriel.
1881. Découverte par Warburg de l'effet magnétocalorique. Propriétés des matériaux = variation de température sous l'action d'un champ magnétique.
1949. Prix nobel de chimie. Reconnaissance scientifique = élargissement et intérêt accru pour des travaux de recherche.
1980. Preuve du concept. Écarts de température (spans) importants et mesurés de plus de 45 oC avec du gadolinium en utilisant des aimants supraconducteurs (B > 7 T).
1994. Progression des performances des aimants permanents de type NdFeB (Néodyme Fer Bore) permettant des applications industrielles et des innovations importantes dans le froid magnétique (par exemple : B > 1,2 T avec des aimants standard).
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KEYWORDS
applications | magnetic cool | refrigeration | air conditioning | magnetism | thermo-fluidics
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Perspectives d'évolution des systèmes vers des puissances plus élevées
En anglais
6. Validations
6.1 Mesures du champ magnétique d'un rotor
Les mesures sont effectuées sur un système magnétique à deux pôles développé pour l'industrialisation (figure 22).
HAUT DE PAGE6.2 Tests d'étanchéité
En procédure simplifiée, ces tests sont réalisés simplement en « plongeant » dans un bac rempli d'eau les supports matériaux déjà assemblés et pressurisés à l'air sec (environ 1 à 2 bar). L'apparition de bulles indique un défaut d'étanchéité et sa localisation pour une intervention éventuelle.
Une autre procédure consiste à utiliser un gaz neutre (argon...) et à mettre sous pression en circuit fermé les logements des MMC vers 4 à 5 bar. Toute variation de pression mesurée (à température constante) avec un manomètre de précision indique l'existence et/ou l'emplacement de microfuites.
HAUT DE PAGE6.3 Tests thermiques
Des sondes de températures et des capteurs de pressions et de débits sont utilisés pour mesurer en un point déterminé de la machine les températures des bains, les pertes de charges hydrauliques et les puissances thermiques échangées.
Mais une caméra thermique permet d'accéder en dynamique (vidéo Infrarouge IR) ou en statique (image IR) à des mesures globales de températures dans une machine de froid magnétique (figure 26).
Sur la figure 27, on peut voir, pour une fréquence de 1 Hz, l'évolution des températures côté source chaude et côté source froide pendant le fonctionnement d'une machine de froid magnétique.
Pour cet appareil, 80 % du span thermique entre les deux sources est atteint en environ 200 s et le span thermique en mode établi est proche de 45 K.
À t = 0,...
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Validations
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - NIELSEN (K.K.), TUSEK (J.), ENGELBRECHT (K.), SCHOPFER (S.), KITANOVSKI (A.), BAHL (C.R.H.), SMITH (A.), PRYDS (N.), POREDOS (A.) - Review on numerical modeling of active magnetic regenerators for room temperature applications. - Int. J. Refrigeration, 34(3), p. 603-616 (2011).
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(2) - PETERSEN (T.F.), PRYDS (N.), SMITH (A.), HATTEL (J.), SCHMIDT (H.), KNUDSEN (H.-J.H.) - Two-dimensional mathematical model of a reciprocating room-temperature Active Magnetic Regenerator. - Int. J. Refrigeration, DOI:10.1016/j.ijrefrig.2007.07.009 (2007).
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(3) - BOUCHARD (J.) et al - Model of a porous regenerator used for magnetic refrigeration at room temperature. - Int. J. Heat Mass Transfer, DOI:10.1016/j.ijheat mass transfer, 2008.08.031 (2008).
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(5) - ALLAB (F.), KEDOUS-LEBOUC (A.), YONNET (J.P.), FOURNIER (J.M.) - A magnetic field source system for magnetic refrigeration and its interaction with magnetocaloric material. - ...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
Flux 3D http://www.cedrat.com/fr/software/flux.html
Fem 4.0 http://www.femm.info/wiki/HomePage
CFX http://www.ansys.com/Products/Simulation+Technology/Fluid+Dynamics/Fluid+Dynamics+Products/ANSYS+CFX
Comsol http://www.comsol.com/
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THERMAG : conférence internationale sur le froid magnétique, organisé par l'IIFIIR, a lieu tous les deux ans ...
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