REFROIDISSEURS DE GAZ DE RESONANCE

Les refroidisseurs de gaz de résonance sont des dispositifs frigorifiques non-polluants, n’utilisant pas du fréon, de l’ammoniaque et d’autres frigorigènes pareils à ceux-ci, à la base desquels les machines à compression de vapeur fonctionnent. Le coefficient de performance de ces dispositifs n’est pas inférieur et dans de nombreux cas il est même supérieur à celui des installations à compression de vapeur. N’importe quel gaz, y compris l’air est un agent actif de ces machines.

A la différence des machines à compression de vapeur, dont le fonctionnement n’est optimal que dans la zone limitée de températures de l’environnement à la suite des propriétés physiques des frigorigènes qui y sont utilisés, les refroidisseurs de résonance fonctionnent avec la même efficacité à n’importe quelle température. Outre les refroidisseurs de résonance on distingue aussi d’autres dispositifs pour la production frigorifique sans utilisation des frigorigènes tels que des détendeurs à piston, des turbodétendeurs, des tubes vortex de Ranque et des tubes à impulsion de Gifford. Ainsi les détendeurs à piston permettent d’obtenir les températures assez basses du gaz de refoulement, mais leur coefficient de performance n’est pas haut suite aux consommations énergétiques importantes liées au moteur mécanique à piston. C’est pourquoi à présent les détendeurs à piston sont presque entièrement substitués par les turbodétendeurs ayant un haut coefficient de performance, mais étant des dispositifs techniquement complexes, produisant de hautes exigences envers la qualité du gaz ou de l’air, sont difficiles à réparer et à maintenir, et de ce fait sont applicables dans les domaines assez limités et spécifiques.

Dans les tubes vortex de Ranque on utilise l’effet de séparation de température du gaz dans les zones centrale et périphérique du courant tourbillonnaire en mouvement. Mais puisque la partie refroidie du courant n’y est pas supérieure à 30%, et 70% environ s’échauffe, ces tubes ont le coefficient de performance très bas et ne peuvent être utilisés que dans les cas où les dépenses pour la consommation énergétique ne jouent pas un grand rôle – dans les unités de laboratoire de capacité insignifiante. Les élargeurs à impulsion de Grifford ont le coefficient de performance plus haut par comparaison aux tubes vortex, les premiers ont aussi un mécanisme simple et ont un haut degré de fiabilité. Mais leur coefficient de performance n’est pas assez haut tout de même pour concourir valablement avec les cycles à compression de vapeur. Les refroidisseurs de gaz de résonance incluent les propriétés positives des tubes à impulsion de Grifford et utilisent le principe de travail presque pareil où au lieu des pistons, des cylindres mécaniques etc. on utilise le piston à gaz dynamique, se formant à l’aide des ondes de choc périodiques, créées en volume utile par le vannage spécial. La formation de tel piston à gaz après lequel le refroidissement adiabalique du gaz se passe est réalisée avec les dépenses énergétiques minimales. La partie de l’énergie du gaz utilisé comprimé est destiné à la création du piston à gaz chaud, qui sort en dehors de la chambre de travail dans le refroidisseur de résonance avec le gaz refroidi à travers le distributeur de gaz.

Cette partie du gaz est compensée par la portion du gaz qui est plus froid, amené de l’autre volume, qui se mélange avec le gaz froid élargi et le pousse dans la tuyauterie d’échappement du refroidisseur de résonance. La partie du gaz chaud qui est sortie produit effectivement le surplus chaud dans le milieu extérieur et dans le système de refroidissement forcé, qui peut fonctionner comme une source de chaleur et de l’eau chaude pour les besoins techniques, en diminuant les dépenses énergétiques générales du consommateur. Ultérieurement cette partie du gaz refroidie entre de nouveau dans le cycle de travail de l’installation de résonance. Aussi dans les refroidisseurs de résonance les volumes utiles s’unissent en zones de résonance pour le pompage et la transformation plus efficaces de l’énergie du gaz comprimé pour la minimalisation des pertes dissipatives non-productives dans le cycle de travail. Tout cela avec d’autres principes, formant KNOW-HOW des concepteurs permet d’augmenter considérablement le coefficient de performance des refroidisseurs de résonance. Pendant le fonctionnement ces dispositifs forment la chute de température entre le gaz d’entrée et le gaz de refoulement (l’air), qui peut être réglée dans les proportions importantes. Avec cela on peut aussi régler les performances de l’installation selon le volume du gaz ou de l’air refroidi.

Grâce à leurs particularités, les refroidisseurs de résonance peuvent avoir les configurations constructives les plus différentes, par exemple, prévoir le refroidissement par liquide ou par air ou être sans refroidissement, mais avec la régénération de l’énergie thermique en énergie mécanique ou électrique, être à un cycle et à deux cycles, ainsi que à cascade. Les schémas les plus simples des refroidisseurs de résonance permettent d’obtenir la chute de température de 50 degrés environ à l’entrée et à la sortie de la machine. Les cycles plus parfaits donnent la possibilité d’obtenir la chute de température jusqu’à 100 degrés et plus, et les cycles de récupération peuvent envahir déjà les températures cryogènes. Les installations indiquées peuvent fonctionner, par exemple, à l’air de toute humidité.

La fiabilité de ces machines est essentiellement supérieure à celle d’autres types des dispositifs frigorifiques. La durée d’exploitation de l’installation frigorifique à la base du refroidisseur de résonance est déterminée en général par la durée d’exploitation du compresseur amenant du gaz ou de l’air. L’exploitation des refroidisseurs de résonance est essentiellement plus simple et peu coûteuse, et pendant le fonctionnement à la base des gaz et de l’air inoffensifs ils n’ont pas du tout de facteurs de risques quelconques, susceptibles de provoquer les situations d’avarie avec les conséquences négatives pour l’environnement et la santé des personnes. Ces derniers temps les producteurs des chlorofluorocarbonés et des réfrigérateurs à compression de vapeur déclarent qu’ils se sont mis à produire des machines soi-disant sans fréon, mais à vrai dire ce n’est qu’ « un truc de promotion » analogue « aux fréons plus amicaux envers l’atmosphère » de la société « Dupont ». Ainsi, « le coefficient de performance d’exploitation » des refroidisseurs de résonance, incluant tous les facteurs tels que l’efficacité thermodynamique, les dépenses d’exploitation et de réparation, les dépenses liées à l’assurance des mesures de sécurité et d’élimination des conséquences des situations d’avarie, la qualification et le nombre du personnel de maintenance etc., est essentiellement supérieur à celui d’autres types des installations frigorifiques. Et dans certains cas ces installations fonctionnement presque gratuitement en ce qui concerne la consommation énergétique.

En fabrication en série le prix de revient des refroidisseurs de résonance est inférieur à celui des installations à compression de vapeur et de turbodétendeurs. Les dispositifs mentionnés peuvent être exploités avec la pression du gaz ou de l’air de 2,0 atmosphères et plus à l’entrée de la machine. Cette technologie est protégée par les brevets de procédés et de dispositifs, ainsi que par tout un ensemble de « KNOW-HOW ».

A la base des refroidisseurs de résonance on peut produire tout un ensemble d’installations frigorifiques industrielles, telles que des réfrigérateurs de transport, des climatiseurs pour les wagons et les poids lourds, des installations pour la congélation et le stockage des produits, des installations pour « la congélation de choc », des systèmes de conditionnement des mines à niveau profond, des tunnels et des bâtiments, des installations de congélation des sols aquifères pendant l’exécution des travaux de construction et de traçage. Cette technologie est susceptible de réaliser les missions de dessalement et de nettoyage de l’eau de mer, ainsi que d’obtention de l’eau de l’air atmosphérique, quand il y a des problèmes liés à l’utilisation de l’eau salée après le dessalement de l’eau de mer. Les refroidisseurs de gaz de résonance peuvent être utilisés beaucoup plus efficacement que les autres machines dans les dispositifs de condensation à température basse des gaz de pétrole associés pour leur nettoyage des produits lourds et de l’humidité, ainsi que pour la liquéfaction des gaz avec les dépenses énergétiques insignifiantes.

Dans de nombreux cas il sera tout à fait impossible de se passer des refroidisseurs de résonance. Par exemple, pendant le conditionnement des mines profondes. Dans plusieurs autres cas leur utilisation dans les cycles technologiques et industriels permet d’obtenir du froid presque sans les dépenses énergétiques (nettoyage du gaz de pétrole associé avec l’obtention du condensat et des produits lourds hydrocarbonés, la liquéfaction du gaz aux terminaux de livraison). En perspective on planifie de simplifier les installations cryogènes à l’aide des refroidisseurs de résonance, se débarrassant des machines à compression de vapeur pour le refroidissement intermédiaire, et plus tard du turbodétendeur aussi, ce qui diminuera énormément le prix de revient et les dimensions des installations et augmentera leur fiabilité et simplifiera l’exploitation. Cette liste de domaines d’utilisation des refroidisseurs de résonance n’est pas du tout exhaustive, et en tenant compte de la situation écologique actuelle dans le monde les refroidisseurs de résonance prétendent déplacer des dispositifs frigorifiques industriels d’autres types des marchés mondiaux grâce à leurs particularités.