Refrigeration cryogenique par cycle de joule-thomson utilisant des melanges de gaz

par THIERRY TROLLIER

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Alain Ravex.

Soutenue en 1995

à l'INP GRENOBLE .

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  • Résumé

    Une des principales applications de la refrigeration cryogenique par cycle de joule-thomson consiste au refroidissement, dans la gamme 80-100 k, de detecteurs infrarouges ou de composants electroniques, au sol ou embarques. Pour ce type d'application, la simplicite technologique et la robustesse des mini-refroidisseurs utilises en circuit ouvert a l'atmosphere (alimentation a partir de reservoirs de gaz comprime) sont gages de fiabilite. Cependant, l'efficacite mediocre du cycle, due a une consommation specifique ainsi qu'un rapport de pressions hp/bp eleves, le rend inadapte aux applications necessitant une forte autonomie. L'amelioration des performances du refroidisseur (puissance frigorifique specifique et temps de mise en froid) est possible grace a l'utilisation de melanges gazeux azote-hydrocarbures plus performants que les gaz purs habituellement employes dans cette gamme de temperature. La reduction de la pression d'alimentation occasionnee permet alors le developpement de refrigerateurs autonomes, avec une efficacite thermodynamique et une fiabilite accrues. L'approche theorique met en uvre l'equation d'etat de peng-robinson, permettant de traduire le comportement des melanges gazeux a forte pression et a basse temperature. Les resultats experimentaux obtenus sur un refrigerateur prototype sont en bon accord avec la theorie. Ils sont egalement tres encourageants puisqu'une capacite de refrigeration comparable a celle de l'azote a une pression d'entree de 100 a 130 bars a pu etre atteinte grace a des melanges gazeux azote-methane-ethane-propane specifiques avec des pressions aussi basses que 30 a 40 bars, a une temperature tres voisine de celle de l'azote liquide (80-82 k)


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Informations

  • Détails : 98 P.
  • Annexes : 37 REF.

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