Tube de ranque-hilsch

Le tube de Ranque-Hilsch est un dispositif thermodynamique sans pièce en mouvement permettant de produire de l'air froid, imaginé par le Français Georges Joseph Ranque et amélioré par l'Allemand Rudolph Hilsch.

Sommaire 1 Fonctionnement pratique 2 Un peu de thermodynamique 2.1 Premier principe 2.2 Second principe 3 Utilisations et rendement 3.1 Voir 4 Liens externes 4.1 Thèse récente

Fonctionnement pratique

L'air injecté tangentiellement crée par effet vortex un écoulement tourbillonnaire extrêmement rapide (un million de tours par minute) et est freiné par une valve conique. L'échange de chaleur avec l'onde produite en retour refroidit l'air réfléchi.

Il doit être alimenté en air comprimé (5 à 10 bars) très sec et propre. Fabriqué dans des dimensions de 10 à 30 cm de long et d'environ 1 cm de diamètre, il atteint une différence de température de 70°C entre l'air entrant et le côté froid. Dans ces conditions, la puissance frigorifique est de l'ordre de 2 500 kcal/h.

Il peut fonctionner avec n'importe quel gaz qui ne se condense pas aux températures produites.

Il peut être utilisé partout où est nécessaire un refroidissement sans contact (usinage, test de composants électroniques, fabrication du chocolat). Par contre, le système (compresseur+tube) est beaucoup moins efficace en termes d'énergie que les groupes réfrigérants classiques.

Un peu de thermodynamique

Premier principe

Celui de la conservation de l'énergie. L'équation thermodynamique :

Soit p la fraction (en masse) de gaz sortant du côté froid, et c la chaleur massique du gaz, avec les indices a(alimentation), f(côté froid) et c(côté chaud):

c_aT_a = pc_fT_f + (1-p)c_cT_c

En supposant un gaz parfait, on peut simplifier :

T_a = pT_f + (1-p)T_c

Plus on cherchera à augmenter les performances, plus on s'éloignera du gaz parfait.

Second principe

D'après le second principe de la thermodynamique, il est impossible de refroidir un corps froid grâce à un autre plus chaud sans dépenser de l'énergie. C'est pourtant ce que semble faire ce dispositif. En considérant l'ensemble du système, compresseur et tube de Ranque-Hilsch, il devient clair que c'est le compresseur qui fournit ce travail.

En 2008, les principes de fonctionnement du tube ne sont pas complètement élucidés. Son action est liée à la compressibilité du fluide, car il est totalement inopérant avec un liquide.

Utilisations et rendement

Diverses utilisations ont été ou sont encore étudiées. Elles se heurtent toutes au rendement déplorable de l'ensemble compresseur et tube, de l'ordre de 0,10 alors que celui d'un réfrigérateur (le COP) atteint 10.

• Production d'air liquide par une cascade de tubes
• Séparation de gaz de densités différentes

Voir

• gaz parfaits

Liens externes

• Ce dispositif a été breveté par G. J. Ranque en 1931 en France, puis aux États-Unis en 1934 : brevet US-1,952,281

Thèse récente

• Tim Cockerill, 1995

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