Modélisation et conception de systèmes de réfrigération magnétique autour de la température ambiante

Magnetic refrigeration around room temperature

• Auteur / Autrice : Julien Roudaut
• Direction : Afef Kedous-Lebouc, Jean-Paul Yonnet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences et technologie industrielles
• Date : Soutenance le 16/09/2011
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Bernard Saulnier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Afef Kedous-Lebouc, Jean-Paul Yonnet, Sylvain Allano, Christian Muller, Florence Druart, Luca Perniola
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Christophe Espanet, Michel Pons, Christian Degache

Mots clés

Mots clés libres

Réfrigération magnétique

Régénérateur magnétique actif (AMR)

Modélisation numérique

Transferts thermique

Structures d’aimants

Magnetic refrigeration

Magnetic refrigeration

Numerical modeling

Heat transfer

Permanent magnet structures

Résumé

La réfrigération magnétique est une technologie de rupture pour produire du froid qui n’utilise pas de gaz à effet de serre et est plus efficace que la réfrigération à compression de gaz. Elle est basée sur l’effet magnétocalorique, une propriété de certains matériaux à changer de température lorsqu’ils sont soumis à une variation de champ magnétique. Ces travaux de thèse ont porté sur l’étude des systèmes de réfrigération magnétique. Nous avons effectué une analyse critique des prototypes existants et proposé de nouveaux critères de performances pour les comparer de manière effective. Nous avons développé un modèle numérique des transferts thermiques au sein des réfrigérateurs magnétiques, pour étudier leur comportement en régime transitoire et permanent. Une analyse fine de la source de champ et de son interaction avec le matériau a permis de proposer des règles de conception et de dimensionnement d’un système performant.

Magnetic refrigeration is a good alternative to gas compression refrigeration systems because it does not involve the use of greenhouse gases and it is more efficient. This technology is based on the magnetocaloric effect, which manifests itself as a temperature change of a magnetocaloric material upon changing the magnetic field. This thesis is dedicated to the study of magnetic refrigerators. We reviewed the former prototypes and defined a set of performance criteria to make an accurate comparison. A numerical model of heat transfer in magnetic refrigerators was developed, and the transient and steady state response were studied. A thorough analysis of magnetic field sources was performed and we proposed guidelines to design a new magnetic refrigerator.