Systèmes frigorifiques, pompes à chaleur et machines à cycle inverse

Ce chapitre décrit le fonctionnement réel idéal des machines à cycle inverse (pompes à chaleur et machines frigorifiques). Différentes architectures de machines dithermes à compression de vapeur et de machines trithermes courantes (à absorption et à éjection) sont présentées. Les indicateurs de performances (COP, coefficient d'effet frigorifique, rendement second principe) sont également proposés.

Ce chapitre porte sur le fonctionnement réel idéal de machines à cycle inverse. Dans ce chapitre, les analyses entropique et exergétique sont présentées : elles permettent d’évaluer l'écart à l’idéalité (ou à la réversibilité) en choisissant judicieusement leurs hypothèses sous-jacentes. Elles offrent des pistes pour identifier et améliorer les composants les plus critiques des systèmes.

Partant d’une description des machines réceptrices selon la thermodynamique de l’équilibre, on développe le modèle de la thermodynamique en temps fini, pour aller vers des modèles selon la Thermodynamique en Dimensions Physiques Finies (TDPF). Ainsi divers modèles de la littérature sont prolongés : machine frigorique de CARNOT, de CHAMBADAL et de CURZON-AHLBORN. D’autres extensions sont données en fin de chapitre.

Ce chapitre aborde les éléments essentiels à la compréhension du fonctionnement et du comportement des machines à compression thermique, ainsi que les problématiques scientifiques et technologiques soulevées par celles-ci. Les éléments de dimensionnements des différents composants de ces machines sont abordés, et des éléments pour effectuer des choix parmi les options technologiques usuelles sont proposés.

Ce chapitre porte sur la réfrigération magnétique, technologie émergente pour une réfrigération durable basée sur l'effet magnétocalorique. La première partie du chapitre développe la théorie de la réfrigération magnétique. Ensuite, un état de l’art des modèles est proposé. À la fin de ce chapitre les principaux prototypes magnétocaloriques, ainsi que les applications futures sont présentés.

Les systèmes basés sur les effets thermoélectriques permettent une conversion directe de l’énergie électrique en énergie thermique (et inversement). Les phénomènes physiques mis en jeu dans les matériaux semi-conducteurs et leur mise en œuvre sous forme de dispositifs thermoélectriques sont détaillés puis leurs performances sont discutées, en lien avec les applications visées.