Où on découvre que si l'écart de température ΔT parait être un objectif critique,
que les chercheurs mettent souvent en avant pour montrer leurs bien meilleurs résultats que la concurrence
regardez le tableau de la page précédente,
le plus important reste quand même le transfert de chaleur, la puissance frigorifique à un rendement intéressant.
Et en plus, cette histoire de différence de température n'est pas si claire qu'elle en a l'air...
Au temps pour moi
T'as vu comment il a réussi à placer l'expression académique avec un à propos d'enfer et dans un titre ? Il est fort le bestiau ! Autant pour moi.
😖 Choisir un matériau électrocalorique n'est pas évident !
Je ne te le fais pas dire.
Et beaucoup de structures de machines sont proposées.
🤔 Mais quelle est la meilleure configuration ?
C'est l'objet des recherches.
🤕 Ces papiers de chercheurs sont souvent difficile à décrypter !
😩 Je confirme.
Mais au moins, ils parlent tous de la différence de température entre la source chaude et la source froide, c'est déjà ça.
Pour une machine frigorifique, thermique, ça parait normal.
Ils appellent ça le ΔTspan
Le ΔTspan est la différence de température entre la source chaude et la source froide
que l'on mesure au maximum sur la machine thermique.
Pour un congélateur normal, nous aurons -15°C à l'intérieur et 25°C à l'ambiante, soit un ΔTspan de 40°C.
🖐 Hopopop ! 🙋
😥 Quoi, la définition n'est pas juste ?
A un détail près
😕 Ben lequel ? On peut difficilement faire plus simple.
Rappelle-toi que nous avons à faire avec un phénomène temporel, avec production de chaleur et de froid au même endroit.
😣 Ah ça, on n'arrête pas de batailler avec
Eh bien il faut parler de différence de température
au même instant temporel.
Et c'est d'autant plus compliqué que pour faire une machine frigorifique,
ce qui va compter, c'est la différence de température avec l'ambiante, qui est un troisième larron.
Le ΔTspan est la différence de température entre la source chaude et la source froide
que l'on mesure au maximum au même instant sur la machine thermique.
Pour un congélateur normal, nous aurons -15°C à l'intérieur (évaporateur)
et 35°C sur le condenseur avec 25°C d'ambiance, soit un ΔTspan
de 50°C (mesurés au même instant)
Le changement parait subtil, mais il est important à saisir.
Eh bien, ce n'est pas vraiment bien expliqué dans les papiers.
Je reconnais que leur lecture réclame une attention de tous les instants.
🤨 Du coup, le ΔTspan n'est pas le double du ΔTEC,
comme on pourrait le croire en regardant les diagrammes.
🤓 Eh non, parce que ces diagrammes écrasent le temps.
A chaque instant, on a au maximum une différence d'un ΔTEC, mais pas les deux à la fois.
M'enfin, on doit pouvoir stocker le chaud et le froid qu'on produit, on finira par avoir le double !
Ce n'est alors plus un cas statique, mais dynamique, il va falloir ruser. Ou alors après beaucoup de cycles.
Mais bon, c'est la définition à employer.
OK. OK. J'ai compris. 🙄
Grandeur et dépendance
🤓 Tu raisonnes avec un ΔTEC constant.
Mais la situation est plus compliquée que ça.
🤨 ??
Le ΔTEC de l'électrocalorique dépend de la température.
😕 Ah oui, c'est vrai.
Il est plus fort près de la température de Curie.
Alors déjà ça, c'est pénible pour faire un frigo si cette température avoisine les 100°C
😬 Et même 50°C, d'ailleurs. Va expliquer que pour que ton frigo fonctionne, faut chauffer... et dépenser de l'énergie.
Mais en plus, la variation du ΔTEC peut être relativement importante en fonction de sa température,
ce qui ne facilite pas la conception et la mise au point...
Un exemple de variation du ΔTEC en fonction de la température et du champ électrique appliqué
(TGS, avec une technique de mesure spéciale). Ce n'est qu'un exemple pour illustrer, toutes sortes de variations existent,
et à des températures très différentes. Ce qui ne facilite pas le choix... et la mise au point !
🥺 C'est sûr que si la variation de ΔTEC va plus vite que la variation de température,
ça ne va pas être pratique !
Ou simplement quand tu modélises avec un ΔTEC constant pour te faciliter la tâche.
La réalité se révèlera alors nettement plus sombre qu'espéré.
🤪 T'espère augmenter ton ΔTspan, mais c'est ton ΔTEC qui se casse la figure !
Dépasser ΔTEC
😒 Dis-donc, les ΔTEC ne sont pas de ouf, malgré l'appellation géant.
C'est vrai, quelques degrés, voire 12 K.
Et pour faire un frigo, faudrait plutôt 40 à 50 K entre la source froide et la source chaude
Ce serait plus pratique. C'est pour ça qu'on se décarcasse pour augmenter le ΔTspan
Mais si on part de l'ambiante, le matériau électrocalorique augmentera (diminuera) de ΔTEC
Par définition
Eh bien jamais on ne dépassera cette température en procédant ainsi, puisque c'est le maximum (minimum)
😕 La thermodynamique est pénible de ce point de vue !
🤨 Mais dis-donc, dans le paquet de solutions proposées par les chercheurs,
on voit une histoire d'amplification.
Eh oui, l'idée est de dépasser la limitation thermodynamique et d'avoir des ΔTspan plus grand encore que ΔTEC.
Voire même plus grand que 2 ΔTEC
🥴 Ben comment ils font pour violer la thermodynamique ?
🤓 Ils ne la violent pas, ils vont plus vite qu'elle.
Statiquement, on ne peut pas dépasser la température maximale atteinte.
Mais dynamiquement, on peut ruser.
Je sens l'arnaque. Mais bon, explique-moi ça.
Régénération ou Dégénération ?
Nous avons vu dans la page précédente une histoire de régénération pour transporter la chaleur,
et on se demandait bien pourquoi ça s'appelait régénérateur. Ça régénère quoi ?
Avec un fluide caloporteur qui circule dans le module EC, les conditions de fonctionnement sont les suivantes :
- Le module EC doit être suffisamment long pour favoriser le phénomène de «régénération»
(une résonance entre vitesse de déplacement du fluide et de la vitesse de transfert de chaleur)
et pour éviter un court-circuit thermique entre les deux extrémités.
- Le volume de fluide déplacé dans un ½ cycle est égal ou inférieur au volume stocké dans le module EC.
- A chaque ½ cycle le sens de circulation est inversé.
- Le volume de fluide déplacé est stocké (sans mélange) tantôt dans un réservoir à une extrémité du module EC, tantôt à l’autre extrémité.
- Le volume est déplacé alternativement pendant les phases de polarisation et dépolarisation.
- Le temps de déplacement de ce volume est de l’ordre du temps de polarisation ou dépolarisation.
- La constante de temps d’échange calorifique module EC⇝fluide est inférieure ou égale aux temps précédent.
Alors pourquoi dans un tel système, après quelques dizaines ou centaines de cycles, peut-on étrangement obtenir un ΔTspan
nettement supérieur au ΔTEC ? 🤨
C’est une conséquence des choix temporels précédemment décrits :
- Le transfert thermique entre module EC et fluide ne peut être uniforme le long du module EC, le fluide se déplaçant trop vite.
- A la fin de chaque ½ cycle, ceci créé un gradient thermique à la fois dans le fluide stocké et dans la longueur du module EC.
- A chaque cycle ce gradient se renforce de manière symétrique, il apparait donc une extrémité chaude et une extrémité froide
dans la longueur du module EC, et de même respectivement un stock de fluide chaud et un autre froid.
- Par conséquent, la zone milieu du module EC se fixe à une température pile intermédiaire entre les températures max chaudes/froides.
- Cette zone milieu est la clé de ce principe car elle joue le rôle de tampon thermique entre les extrémités,
zone où la plus chaude ou la plus froide des vagues se neutralisent avant d’atteindre les extrémités opposées en température.
On a donné le nom de régénérateur à ce principe… Pourquoi ? Va savoir.
C’est simple et astucieux, notamment pour les laboratoires, car un seul module permet l’obtention
de l’effet d’une cascade de 10 modules, très fort ! 💪💪💪
Mouais, pas mal. Cela revient à faire une cascade "continue" au lieu de la faire de manière "discrète".
🤑 Mais dis-donc, au bout d’une semaine de cycle, à ce rythme-là,
on va enfoncer tous les records de ΔTspan !
Oh oui, bien sûr, y a une limite…😌
Tu m'étonnes ! 😒
Au fur et à mesure que le ΔTspan augmente, les quantités de chaleur/frigorie qui se régénèrent
se neutralisent et le système sature, sans compter l’augmentation des fuites thermiques… donc pas de 1000°C 🥵
Et pour que la zone centrale neutralise les assauts de chaque extrémité l’une vers l’autre,
il lui faut une masse thermique du même ordre de grandeur que les extrémités, disons 30 à 50% du module 🥸
😱 Hou là, mais cette zone elle est morte du point de vue génération chaud/froid, malgré le «ré» !
Ben ouais, vu que sa fonction est d’étouffer les écarts chaud/froid
Pour éviter d’attraper un rhume ? 😷
Mais elle est pilotée en tension ! Du coup, que devient l’énergie électrique ? 😳
Pfiou… perdue dans le bilan général…😭
Sur 50% du module, bonjour le gâchis !
Et puis vu la place restante aux extrémités, on a produit combien de quantité de chaud et froid ? 🤨
Pas grand-chose surtout que pour atteindre un ΔTspan élevé en un temps pas trop long,
on minimise le rapport capacité calorifique fluide / capacité calorifique module EC,
ce qui revient à dire qu’on fait plutôt du transfert de température que de chaleur ou frigorie.
😬 Ah ben bravo !
A ce rythme-là, on n'est pas près de voir un frigo électrocalorique.
C'est plutôt Dégénérateur qu'il faudrait l'appeler, ce système !
Ou Therminator 🤣
Certes, cette astuce permet d'obtenir un écart de température plus élevé, c'est le beurre,
mais pas vraiment plus de puissance frigorifique, l'argent du beurre.
Et la crémière le rendement ? On ne va pas aborder un sujet qui fâche.
Bon, on voit qu'on arrive à séparer le chaud du froid, difficilement, mais on y arrive, il n'y a pas (encore) de principe physique violé.
Mais si on veut obtenir un bon rendement, il va aussi falloir s'intéresser aux dépenses énergétiques, et là, c'est nettement moins clair.