Réfrigération solide par effet élastocalorique du caoutchouc naturel, développement d’une preuve de concept

Marianne Sion2^{2}, Gaël Sebald3^{3}, Gildas Coativy4^{4}, Giulia Lombardi5^{5}, Jacques Jay1,⋆^{1,\star}, Atsuki Komiya5^{5}
⋆^{\star} : jacques.jay@insa-lyon.fr
1^{1} INSA Lyon, CETHIL UMR5008
2^{2} ElyTMax IRL3757 et Institute of Fluid Science, Tohoku University et INSA-Lyon, CETHIL UMR5008
3^{3} ELyTMaX IRL3757
4^{4} INSA Lyon, LGEF EA682
5^{5} ElytMaX IRL3757 et Institute of Fluid Science, Tohoku University
Mots clés : Pompe à chaleur, réfrigération solide, élastocalorique
Résumé :

L’utilisation de l’effet élastocalorique du caoutchouc naturel (NR) est une des voies vers la réfrigération solide. Les performances sont faibles, sous des élongations variant d’un facteur compris entre 4 et 6. La puissance thermique visée est de l’ordre de 40 W/kg, aujourd’hui, une valeur de 1000 W/kg est potentiellement envisageable. L’écart de température recherchée est de l’ordre 3 à 5 K, 10 K selon certains auteurs, par rapport à une réfrigération par compression de gaz. C’est tout de même une voie à étudier car l’impact environnemental est très faible : le NR est non toxique, durable, très abondant et peu coûteux. Son potentiel de réchauffement planétaire est faible et les faibles forces mécaniques nécessaires à son étirement sont modestes.

L’effet élastocalorique consiste en la libération de chaleur lors de l’étirement du caoutchouc et la production de froid lors de la relaxation de la contrainte du caoutchouc. Les contraintes générées par les élongations provoquent des changements de phase, cette cristallisation partielle est à l’origine des flux de chaleur.

Une installation expérimentale a été développée et est composée d’un système d’étirement alternatif du NR avec un vérin électrique. Un autre vérin permet la mise en contact avec le NR de deux échangeurs de manière séquentielle et synchronisée avec le premier moteur. Un échangeur dit ‘froid’ sera en contact pour une élongation d’un facteurde 4 et un échangeur dit ‘chaud’ sera en contact pour une élongation d’un facteur de 6. Différents capteurs sont placés dans les échangeurs et la fixation afin d’obtenir des paramètres tels que la force, la position, les flux de chaleur et les températures produites pendant les cycles. Sont enregistrés l’écart de température entre les deux échangeurs, les flux de chaleur échangés entre le NR et chacun des échangeurs. La puissance de froid produite sera alors calculée ainsi que le coefficient de performance.

Les premiers résultats sont en encourageants et seront présentés dans l’article.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-004

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