WO2004102084A1 - Compact thermoacoustic refrigerator - Google Patents

Abstract

The invention relates to a thermoacoustic device (20), comprising a cavity, containing a fluid amongst other things, at least one pair of transducers (24a, 24c) for the generation of an acoustic pressure in the fluid and a particular velocity field in the fluid, the transducers of a pair (24a, 24c) being placed facing each other on the sides (21a, 21c) of the cavity and supplied with electrical signals. The device is characterised in also comprising means for adaptation of the electrical signals for the control of the fields in the cavity.

Description

Réfrigérateur thermoacoustique compact Compact thermoacoustic refrigerator

La présente invention concerne un dispositif thermoacoustique permettant de réaliser des transferts thermiques à partir d'énergie acoustique.The present invention relates to a thermoacoustic device for performing heat transfers from acoustic energy.

Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif de réfrigération pouvant être utilisé dans des domaines tels que la cryogénie, la réfrigération domestique, la climatisation, et l'évacuation de la chaleur entre autre de composants électroniques.More specifically, the present invention relates to a refrigeration device that can be used in fields such as cryogenics, domestic refrigeration, air conditioning, and the evacuation of heat among other electronic components.

Les ondes acoustiques consistent en un déplacement particulaire fonction du point dans l'espace et du temps auquel sont associées notamment des variations de pression et de température. Loin de toute paroi, la propagation d'une onde acoustique ^• peut souvent être considérée comme adiabatique, c'est-à-dire que les transferts d'énergie thermique entre particules de fluide soumises à une oscillation acoustique peuvent être négligés.Acoustic waves consist of a particle displacement which is a function of the point in space and of time, with which variations in pressure and temperature are associated. Far from any wall, the propagation of an acoustic wave ^• can often be considered adiabatic, that is to say, the thermal energy transfer between fluid particles subjected to acoustic oscillation can be neglected.

Dans ces conditions, la température locale évolue en phase avec la pression acoustique. Cette différence locale de température engendre un gradient instantané de température dans le fluide. Le gradient instantané de température est si faible que le flux de chaleur qui en résulte est négligeable en première approximation. Le principe de la thermoacoustique est de faire interagir, en terme d'échanges thermiques, le fluide dans lequel se propage l'onde acoustique avec un matériau solide ou corps poreux.Under these conditions, the local temperature changes in phase with the sound pressure. This local temperature difference generates an instantaneous temperature gradient in the fluid. The instantaneous temperature gradient is so small that the resulting heat flux is negligible as a first approximation. The principle of thermoacoustics is to make interact, in term of thermal exchanges, the fluid in which the acoustic wave propagates with a solid material or porous body.

Le matériau solide, présentant une capacité calorifique et une conductivité thermique beaucoup plus élevées que celles du fluide, conserve une température locale constante à l'échelle d'un cycle acoustique, impose cette température aux particules qui sont en contact direct avec lui et, par diffusion, perturbe les oscillations en son voisinage.The solid material, having a much higher heat capacity and thermal conductivity than that of the fluid, maintains a constant local temperature on the scale of an acoustic cycle, imposes this temperature on the particles which are in direct contact with it and, by diffusion, disturbs the oscillations in its vicinity.

La présence de la paroi du matériau solide tend donc à imposer en son voisinage immédiat des oscillations isothermes aux particules, le comportement des particules restant adiabatique à distance de la paroi. Il existe alors une zone de transition à proximité de la paroi où les phénomènes sont polytropiques. Il y a déphasage entre la pression et la température du fluide dans cette zone de transition, associé à une consommation ou génération d'énergie acoustique. De façon schématique, les échanges de chaleur et le travail acoustique peuvent se décomposer comme suivant en considérant le mouvement d'une particule au voisinage d'une paroi du matériau.The presence of the wall of the solid material therefore tends to impose isothermal oscillations on the particles in its immediate vicinity, the behavior of the particles remaining adiabatic at a distance from the wall. There is then a transition zone near the wall where the phenomena are polytropic. There is a phase difference between the pressure and the temperature of the fluid in this transition zone, associated with consumption or generation of acoustic energy. Schematically, heat exchanges and acoustic work can be broken down as follows by considering the movement of a particle in the vicinity of a wall of the material.

Il y a une première phase dans laquelle la particule se déplace tout en subissant une compression quasi adiabatique ou polytropique puis une élévation de sa température.There is a first phase in which the particle moves while undergoing an almost adiabatic or polytropic compression then an increase in its temperature.

Il y a une seconde phase dans laquelle la particule ralentit, s'arrête et fait demi-tour, sa température étant supérieure à celle du matériau solide, un transfert de chaleur s'établit de la particule vers la paroi du matériau.There is a second phase in which the particle slows down, stops and turns around, its temperature being higher than that of the solid material, a heat transfer is established from the particle to the wall of the material.

Il y a une troisième phase dans laquelle la particule parcourt le chemin inverse et subit un abaissement de la température dû à une dilatation quasi adiabatique ou polytropique.There is a third phase in which the particle travels the opposite path and undergoes a lowering of the temperature due to an almost adiabatic or polytropic expansion.

Et enfin il y a une quatrième phase dans laquelle lorsque la particule ralentit, s'arrête et fait demi tour, sa température est inférieure à celle du matériau solide et un flux de chaleur s'établit de la paroi du matériau vers la particule. Ainsi, globalement, la particule a assuré le transport de la chaleur d'un endroit à un autre du matériau.And finally there is a fourth phase in which when the particle slows down, stops and turns around, its temperature is lower than that of the solid material and a heat flux is established from the wall of the material towards the particle. Thus, overall, the particle ensured the transport of heat from one place to another of the material.

Au cours de ce cycle, la particule a consommé de l'énergie acoustique, ceci venant du fait que globalement elle a cédé de la chaleur avant sa phase de détente ou dilatation et a reçu de la chaleur avant sa phase de compression. Une partie de l'énergie étant utilisée pour assurer le transfert de chaleur, c'est un fonctionnement en réfrigérateur.During this cycle, the particle consumed acoustic energy, this coming from the fact that overall it gave up heat before its expansion or expansion phase and received heat before its compression phase. A part of the energy being used to ensure the heat transfer, it is an operation in refrigerator.

Bien entendu, ce même dispositif thermoacoustique peut assurer la fonction de pompe à chaleur. Un dispositif thermoacoustique est constitué de plusieurs éléments : une source acoustique, un matériau solide, des échangeurs de chaleur, des résonateurs et un fluide.Of course, this same thermoacoustic device can perform the function of heat pump. A thermoacoustic device is made up of several elements: an acoustic source, a solid material, heat exchangers, resonators and a fluid.

La source acoustique est classiquement un haut-parleur électrodynamique ou piézoélectrique. Les parois du matériau solide sont agencées de manière à constituer un ensemble poreux.The acoustic source is conventionally an electrodynamic or piezoelectric speaker. The walls of the solid material are arranged so as to constitute a porous assembly.

Ce corps poreux est par exemple constitué d'un empilement de plaques parallèles devant présenter une capacité calorifique et une conductivité thermique bien supérieures à celles du fluide afin de pouvoir imposer des oscillations isothermes aux particules du fluide en contact avec ses parois.This porous body is for example constituted by a stack of parallel plates which must have a heat capacity and a thermal conductivity much higher than those of the fluid in order to be able to impose isothermal oscillations on the particles of the fluid in contact with its walls.

Il doit aussi présenter une conductivité thermique relativement faible pour limiter le flux de chaleur retour s 'opposant au flux de chaleur thermoacoustique par simple conduction thermique.It must also have a relatively low thermal conductivity to limit the return heat flow opposing the thermoacoustic heat flow by simple thermal conduction.

Par exemple, des matières plastiques, des matériaux céramiques sont utilisés. Le fluide utilisé doit avoir de bonnes propriétés, en particulier un bon rapport entre les effets visqueux et les effets thermiques (nombre de Prandtl faible). Il peut être constitué d'air, de mélanges gazeux, hélium-xénon ou autre.For example, plastics, ceramic materials are used. The fluid used must have good properties, in particular a good ratio between viscous and thermal effects (low Prandtl number). It can consist of air, gas mixtures, helium-xenon or other.

Les échangeurs assurent le transport de la chaleur aux extrémités de l'empilement. Ils sont formés d'empilements courts de plaques métalliques parallèles, généralement en cuivre, traversés par des tubes dans lesquels circule par exemple de l'eau.The exchangers transport the heat to the ends of the stack. They are formed of short stacks of parallel metal plates, generally made of copper, crossed by tubes in which water, for example, circulates.

Les réfrigérateurs thermoacoustiques classiques sont constitués dans leur version la plus simple d'une source acoustique couplée à un résonateur comprenant l'empilement de plaques et les échangeurs. Ce système couplé fonctionne à sa première fréquence de résonance, le résonateur présentant alors un comportement proche d'un résonateur demi ou quart d'onde.Conventional thermoacoustic refrigerators consist in their simplest version of an acoustic source coupled to a resonator comprising the stack of plates and the exchangers. This coupled system operates at its first resonant frequency, the resonator then exhibiting behavior close to that of a half or quarter wave resonator.

Le fonctionnement à la résonance permet d'obtenir, au niveau de l'empilement placé entre un ventre de pression et un ventre de vitesse particulaire, des amplitudes de pression acoustique et de vitesse particulaire, ainsi qu'une phase relative entre ces deux grandeurs, favorables au processus thermoacoustique.The resonance operation makes it possible to obtain, at the level of the stack placed between a pressure belly and a particle speed belly, amplitudes of acoustic pressure and particle velocity, as well as a relative phase between these two quantities, favorable to the thermoacoustic process.

Cependant, l'utilisation d'un résonateur implique la présence d'un volume perdu, correspondant au volume du résonateur inoccupé par l'empilement. Dans le cadre de la réduction de l'encombrement des systèmes thermoacoustiques avec un maintien de performances égales, ce volume perdu constitue une limite au gain de place recherché.However, the use of a resonator implies the presence of a lost volume, corresponding to the volume of the resonator unoccupied by the stack. In the context of reducing the size of thermoacoustic systems while maintaining equal performance, this lost volume constitutes a limit to the space saving sought.

Dans la demande de brevet publiée aux Etats-Unis sous le numéroIn the patent application published in the United States under the number

US 2002/0166325, est décrite l'utilisation de résonateurs mécaniques en remplacement d'une partie d'un résonateur demi ou quart d'onde afin de réduire l'encombrement d'un appareil thermoacoustique. Leur fonction est d'imiter les conditions dynamiques à une position du résonateur et il est même envisagé l'utilisation de deux résonateurs mécaniques afin de pallier les problèmes de vibrations liés à ce type de dispositifs. La publication « Thermoacoustics with idealized heat exchangers and no stack » de Ray Scott Wakeland and Robert M.Keolian parue dans la revue « Journal of the Acoustical Society of America » décrit une modélisation de dispositifs thermoacoustiques ne disposant pas d'empilement.US 2002/0166325, describes the use of mechanical resonators to replace part of a half or quarter wave resonator in order to reduce the size of a thermoacoustic device. Their function is to imitate the dynamic conditions at a position of the resonator and it is even envisaged the use of two mechanical resonators in order to overcome the problems of vibrations linked to this type of device. The publication "Thermoacoustics with idealized heat exchangers and no stack" by Ray Scott Wakeland and Robert M. Keolian published in the journal "Journal of the Acoustical Society of America" describes a modeling of thermoacoustic devices without stacking.

Les dispositifs thermoacoustiques sans empilement fonctionnent similairement aux dispositifs avec empilement. Ces dispositifs, par contre, nécessitent une pression beaucoup plus importante à performance équivalente que celle nécessaire dans les dispositifs thermoacoustiques avec empilement.Thermoacoustic devices without stacking work similarly to devices with stacking. These devices, on the other hand, require a much greater pressure with equivalent performance than that required in thermoacoustic devices with stacking.

Dans cette publication, est aussi décrite une configuration non résonante, sans empilements et à un transducteur. Est aussi décrite dans cette publication une configuration équivalente à la configuration précédemment mentionnée à la quelle on associe une configuration miroir pour éviter les vibrations du dispositif thermoacoustique.In this publication, a non-resonant, stackless configuration with a transducer is also described. Also described in this publication is a configuration equivalent to the previously mentioned configuration which is associated with a mirror configuration to avoid vibrations of the thermoacoustic device.

Ainsi, dans l'état de la technique, l'amplitude relative et la phase relative de la pression acoustique et de la vitesse particulaire sont essentiellement imposées par les caractéristiques des dispositifs thermoacoustiques. Ces caractéristiques ne correspondent pas nécessairement à une configuration optimale.Thus, in the state of the art, the relative amplitude and the relative phase of the acoustic pressure and the particle velocity are essentially imposed by the characteristics of the thermoacoustic devices. These characteristics do not necessarily correspond to an optimal configuration.

En d'autres mots, la configuration mécanique du système impose des conditions d'utilisations particulières. En effet, la condition d'accord du résonateur est essentielle pour un fonctionnement optimal. Cet accord dépend essentiellement des dimensions de la cavité, des caractéristiques mécaniques de la source acoustique, de la géométrie et de la position de l'empilement dans ladite cavité.In other words, the mechanical configuration of the system imposes special conditions of use. Indeed, the tuning condition of the resonator is essential for optimal operation. This agreement essentially depends dimensions of the cavity, mechanical characteristics of the acoustic source, the geometry and the position of the stack in said cavity.

Les dimensions de la cavité imposent, pour un bon fonctionnement du dispositif thermoacoustique, une fréquence de fonctionnement particulière. Finalement, les solutions proposées dans l'état de la technique ne permettent pas de réaliser des dispositifs thermoacoustiques d'encombrement réduit à performances égales.The dimensions of the cavity require, for a proper functioning of the thermoacoustic device, a particular operating frequency. Finally, the solutions proposed in the prior art do not make it possible to produce thermoacoustic devices of reduced size with equal performance.

Le but de l'invention est de remplacer le résonateur par une cavité dont les dimensions intérieures sont ramenées à celles de l'empilement et dans laquelle les champs de pression et de vitesse particulaire sont créés par un jeu de haut-parleurs placés et alimentés de manière à contrôler le processus thermoacoustique.The object of the invention is to replace the resonator with a cavity whose internal dimensions are reduced to those of the stack and in which the pressure and particle velocity fields are created by a set of loudspeakers placed and supplied with so as to control the thermoacoustic process.

A cette fin, l'invention propose un dispositif thermoacoustique comprenant une cavité contenant entre autre un fluide, au moins une paire de transducteurs générant un champ de pression acoustique dans le fluide et un champ de vitesse particulaire du fluide, les transducteurs d'une paire étant placés en vis-à-vis sur des côtés de la cavité et alimentés par des signaux électriques, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre des moyens d'adaptation des signaux électriques pour contrôler les champs de pression et de vitesse particulaire dans ladite cavité.To this end, the invention provides a thermoacoustic device comprising a cavity containing inter alia a fluid, at least one pair of transducers generating a field of acoustic pressure in the fluid and a particle velocity field of the fluid, the transducers of a pair being placed facing each other on sides of the cavity and supplied with electrical signals, characterized in that the device further comprises means for adapting the electrical signals to control the pressure and particle velocity fields in said cavity.

Ainsi, l'adaptation des signaux électriques va permettre d'obtenir une efficacité plus importante que celle obtenue dans l'état de la technique. Par une simple adaptation des signaux électriques, l'invention fait abstraction des contraintes liées à la configuration de la cavité et va permettre d'obtenir à encombrement identique et selon le besoin une efficacité, un gradient de température, un flux de chaleur supérieur. Plus particulièrement, les moyens d'adaptation des signaux électriques pour contrôler les champs de pression et de vitesse particulaire dans ladite cavité contrôlent les champs de pression et de vitesse indépendamment.Thus, the adaptation of the electrical signals will make it possible to obtain a greater efficiency than that obtained in the state of the art. By a simple adaptation of the electrical signals, the invention disregards the constraints linked to the configuration of the cavity and will make it possible to obtain, with identical dimensions and as required, efficiency, a temperature gradient, a higher heat flux. More particularly, the means for adapting the electrical signals to control the pressure and particle velocity fields in said cavity control the pressure and velocity fields independently.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, la cavité contient en outre un corps poreux. Grâce à ce corps poreux, l'invention ne nécessite pas un champ de pression aussi important que celui nécessaire aux dispositifs thermoacoustiques sans corps poreux à performance équivalentes.According to an additional characteristic of the invention, the cavity further contains a porous body. Thanks to this porous body, the invention does not require a pressure field as large as that necessary for thermoacoustic devices without porous bodies with equivalent performance.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, les moyens d'adaptation sont composés de moyens de déphasage d'un signal électrique alimentant un transducteur par rapport à un autre signal électrique alimentant l'autre transducteur de la même paire.According to an additional characteristic of the invention, the adaptation means are composed of means for phase shifting of an electrical signal supplying a transducer with respect to another electrical signal supplying the other transducer of the same pair.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, les moyens d'adaptation des signaux électriques comportent en outre des moyens d'ajustement d'au moins une des amplitudes d'un des signaux électriques.According to an additional characteristic of the invention, the means for adapting the electrical signals further comprise means for adjusting at least one of the amplitudes of one of the electrical signals.

Ainsi, en déphasant un des signaux électriques on joue sur la phase entre les signaux électriques et par suite la vitesse particulaire, plus précisément le champ de vitesse particulaire, est très faible voire s'annule au centre de l'empilement quand les débits des deux sources sont égaux, et la pression acoustique, plus précisément le champ de pression acoustique, est très faible voire s'annule au centre de l'empilement quand les débits des deux sources sont égaux mais de signe opposé.Thus, by shifting one of the electrical signals, we play on the phase between the electrical signals and consequently the particle speed, more precisely the particle speed field, is very low or even vanishes at the center of the stack when the flow rates of the two sources are equal, and the sound pressure, more precisely the sound pressure field, is very low or even vanishes at the center of the stack when the flow rates of the two sources are equal but of opposite sign.

De plus, en adaptant amplitudes et phases les unes par rapport aux autres l'invention permet d'adapter chacun des champs aux conditions optimales de fonctionnement. Par exemple, en augmentant une des amplitudes par rapport à l'autre, le déplacement d'un des transducteurs est augmenté et le champ préalablement annulé est contrôlé.In addition, by adapting amplitudes and phases with respect to each other, the invention makes it possible to adapt each of the fields to optimal operating conditions. For example, by increasing one of the amplitudes relative to the other, the displacement of one of the transducers is increased and the previously canceled field is checked.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, les moyens d'adaptation des signaux électriques comportent en outre des moyens d'ajustement des fréquences des signaux électriques. Ainsi, une fréquence optimale pourra être déterminée et ceci indépendamment de la cavité. La fréquence peut alors être ajustée de manière à obtenir un transfert de chaleur dont l'efficacité est optimale.According to an additional characteristic of the invention, the means for adapting the electrical signals further comprise means for adjusting the frequencies of the electrical signals. Thus, an optimal frequency can be determined and this independently of the cavity. The frequency can then be adjusted so as to obtain a heat transfer whose efficiency is optimal.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, la cavité est un cylindre et le dispositif comporte une paire de transducteurs placés aux extrémités dudit cylindre.According to an additional characteristic of the invention, the cavity is a cylinder and the device comprises a pair of transducers placed at the ends of said cylinder.

Cette configuration est particulièrement économique en ce sens qu'elle ne nécessite qu'une paire de transducteurs. Le coût du dispositif est alors diminué.This configuration is particularly economical in that it requires only one pair of transducers. The cost of the device is then reduced.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le cylindre est de dimensions inférieures au quart de la longueur d'onde de la fréquence de fonctionnement.According to an additional characteristic of the invention, the cylinder is of dimensions less than a quarter of the wavelength of the operating frequency.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le corps poreux est conformé pour occuper la quasi totalité du cylindre.According to an additional characteristic of the invention, the porous body is shaped to occupy almost all of the cylinder.

Ainsi, le dispositif thermoacoustique est applicable dans un nombre important de domaines nécessitant un dispositif thermoacoustique de faible encombrement. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le corps poreux est un monolithe de céramique à canaux.Thus, the thermoacoustic device is applicable in a large number of fields requiring a thermoacoustic device of small bulk. According to an additional characteristic of the invention, the porous body is a ceramic monolith with channels.

Ce type de monolithe est particulièrement avantageux, il dispose d'une géométrie régulière, rigide et conductivité thermique anisotrope adaptée à l'application. Il est aussi de faible coût.This type of monolith is particularly advantageous, it has a regular, rigid geometry and anisotropic thermal conductivity adapted to the application. It is also low cost.

Le monolithe occupant la totalité du cylindre, l'écart de température obtenu est beaucoup plus important du fait que le monolithe est beaucoup plus long à longueur de cavité égale que dans l'état de la technique.Since the monolith occupies the entire cylinder, the difference in temperature obtained is much greater because the monolith is much longer with an equal cavity length than in the prior art.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, les fréquences des signaux électriques sont ajustées en fonction du corps poreux.According to an additional characteristic of the invention, the frequencies of the electrical signals are adjusted as a function of the porous body.

Contrairement à l'état de la technique où les fréquences sont imposées par la configuration de la cavité, les caractéristiques du corps poreux et la source acoustique, seules les caractéristiques du corps poreux et plus particulièrement les dimensions de ses canaux vont nécessiter l'utilisation d'une fréquence prédéterminée. Ainsi, un changement de type de corps poreux n'impliquera alors qu'une simple modification de la fréquence pour optimiser les champs dans la cavité. Le dispositif peut donc être utilisé dans de multiples applications.Unlike the state of the art where the frequencies are imposed by the configuration of the cavity, the characteristics of the porous body and the acoustic source, only the characteristics of the porous body and more particularly the dimensions of its channels will require the use of '' a predetermined frequency. Thus, a change in the type of porous body will then only involve a simple modification of the frequency to optimize the fields in the cavity. The device can therefore be used in multiple applications.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le dispositif comporte en outre au moins un échangeur de chaleur. L'exploitation du champ thermique généré au sein de la cavité est alors assurée par les échangeurs de chaleur afin de refroidir ou de réchauffer un quelconque système.According to an additional characteristic of the invention, the device further comprises at least one heat exchanger. The heat field generated within the cavity is then exploited by the heat exchangers in order to cool or heat any system.

Selon une variante de l'invention, le dispositif comporte deux paires de transducteurs. En utilisant deux paires de transducteurs, l'optimisation des champs, et plus particulièrement l'adaptation des signaux électriques, sera beaucoup plus aisée à réaliser. Ainsi, une paire de transducteurs va générer le champ de pression dans la cavité, tandis que l'autre paire va générer le champ de vitesse dans la cavité. De cette façon, il est alors très simple de faire varier et d'ajuster les champs de manière à ce qu'ils soient optimum et ainsi d'optimiser les propriétés recherchées en fonction de l'application visée sans avoir à réaliser une cavité de grand encombrement.According to a variant of the invention, the device comprises two pairs of transducers. By using two pairs of transducers, the optimization of the fields, and more particularly the adaptation of the electrical signals, will be much easier to achieve. Thus, one pair of transducers will generate the pressure field in the cavity, while the other pair will generate the speed field in the cavity. In this way, it is then very simple to vary and adjust the fields so that they are optimum and thus to optimize the properties sought according to the intended application without having to make a large cavity. footprint.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, les moyens d'adaptation comportent en outre des moyens de déphasage des signaux électriques alimentant les transducteurs d'une paire par rapport à au moins un des signaux électriques alimentant l'autre paire de transducteurs.According to an additional characteristic of the invention, the adaptation means also comprise means for phase-shifting the electrical signals supplying the transducers of a pair with respect to at least one of the electrical signals supplying the other pair of transducers.

Ainsi, cette possibilité de réglage de la phase va augmenter significativement les performances du dispositif par rapport à l'état de la technique. Le réglage de la phase entre le champ de pression et le champ de vitesse, le réglage indépendant de l'amplitude du champ de pression et du champ de vitesse, grâce à l'invention sont désormais accessibles dans les dispositifs thermoacoustiques.Thus, this possibility of adjusting the phase will significantly increase the performance of the device compared to the state of the art. The adjustment of the phase between the pressure field and the speed field, the independent adjustment of the amplitude of the pressure field and of the speed field, thanks to the invention are now accessible in thermoacoustic devices.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, les moyens de déphasage des signaux électriques alimentant les transducteurs déphasent les signaux électriques pour obtenir une phase prédéterminée entre le champ de pression et le champ de vitesse dans la cavité.According to an additional characteristic of the invention, the means of phase shifting of the electrical signals supplying the transducers phase shift the electrical signals to obtain a predetermined phase between the pressure field and the speed field in the cavity.

Ainsi, les amplitudes et déphasages des signaux électriques de contrôle des transducteurs sont réalisés de façon optimale pour l'application recherchée.Thus, the amplitudes and phase shifts of the electrical signals for controlling the transducers are produced optimally for the desired application.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, la cavité est une cavité parallélépipédique, les transducteurs de chaque paire étant placés sur des faces opposées de la cavité parallélépipédique.According to an additional characteristic of the invention, the cavity is a parallelepipedic cavity, the transducers of each pair being placed on opposite faces of the parallelepipedic cavity.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, la cavité est de dimensions inférieures au quart de la longueur d'onde de fonctionnement, le corps poreux est conformé pour occuper la quasi totalité de la cavité. Ainsi, le dispositif thermoacoustique est applicable dans un nombre important de domaines nécessitant un dispositif thermoacoustique de faible encombrement.According to an additional characteristic of the invention, the cavity is of dimensions less than a quarter of the operating wavelength, the porous body is shaped to occupy almost all of the cavity. Thus, the thermoacoustic device is applicable in a large number of fields requiring a thermoacoustic device of small bulk.

L'empilement occupant la totalité du cylindre, l'écart de température obtenu est beaucoup plus important du fait que l'empilement est beaucoup plus long à longueur de cavité donné que dans l'état de la technique. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le corps poreux est constitué d'un empilement de feuilles parallèles d'une épaisseur prédéterminée et espacées les unes des autres d'un espacement prédéterminé.Since the stack occupies the entire cylinder, the difference in temperature obtained is much greater because the stack is much longer at given cavity length than in the prior art. According to an additional characteristic of the invention, the porous body consists of a stack of parallel sheets of a predetermined thickness and spaced from each other by a predetermined spacing.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, les transducteurs sont des haut-parleurs électrodynamiques, des transducteurs électromagnétiques, électrostatiques, à électret, thermoacoustiques, optoacoustiques ou à plasma.According to an additional characteristic of the invention, the transducers are electrodynamic loudspeakers, electromagnetic, electrostatic, electret, thermoacoustic, optoacoustic or plasma transducers.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, les transducteurs sont des transducteμrs piézoélectriques.According to an additional characteristic of the invention, the transducers are piezoelectric transducers.

Les transducteurs piézoélectriques, notamment en raison de leur faible encombrement, contribuent aussi à la miniaturisation du dispositif. Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le dispositif comporte en outre des moyens de mesure du champ de pression dans la cavité, des moyens de génération de commandes des moyens d'adaptation, lesdites commandes étant générées à partir des informations fournies par les moyens de mesure du champ de pression.The piezoelectric transducers, in particular because of their small size, also contribute to the miniaturization of the device. According to an additional characteristic of the invention, the device further comprises means for measuring the pressure field in the cavity, means for generating commands of the adaptation means, said commands being generated from information supplied by the means. for measuring the pressure field.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le dispositif comporte en outre des moyens de mesure du champ de vitesse particulaire du fluide dans la cavité, des moyens de génération de commandes des moyens d'adaptation, lesdites commandes étant générées à partir des informations fournies par les moyens de mesure du champ de vitesse particulaire.According to an additional characteristic of the invention, the device further comprises means for measuring the particle velocity field of the fluid in the cavity, means for generating commands of the adaptation means, said commands being generated from the information provided. by the means for measuring the particle velocity field.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, le dispositif comporte en outre des moyens de mesure du champ thermique du fluide dans la cavité, des moyens de génération de commandes des moyens d'adaptation, lesdites commandes étant générées à partir des informations fournies par les moyens de mesure du champ thermique.According to an additional characteristic of the invention, the device further comprises means for measuring the thermal field of the fluid in the cavity, means for generating commands of the adaptation means, said commands being generated from information provided by the means for measuring the thermal field.

Selon une caractéristique additionnelle de l'invention, les commandes sont générées à partir des informations fournies par les moyens de mesure du champ de pression, du champ de vitesse particulaire et du champs thermique.According to an additional characteristic of the invention, the commands are generated from information supplied by the means for measuring the pressure field, the particle velocity field and the thermal field.

Ainsi, la commande des moyens d'adaptation des signaux électriques à partir des informations fournies par les moyens de mesure va permettre de réaliser un système asservi permettant d'adapter les champs à des consignes et aussi de corriger les disparités qui sont susceptibles d'exister lors de la production en grande série du dispositif.Thus, the control of the means for adapting the electrical signals from the information provided by the measuring means will make it possible to produce a controlled system making it possible to adapt the fields to setpoints and also to correct the disparities which are likely to exist. during the mass production of the device.

Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: la Fig. 1 représente une vue schématique d'un premier dispositif thermoacoustique selon l'invention, la Fig. 2a représente une vue schématique d'un second dispositif thermoacoustique selon l'invention, la Fig. 2b représente une vue schématique de l'empilement contenu dans la cavité du second dispositif, la Fig. 3 représente le schéma bloc d'un système de commande du second dispositif thermoacoustique, etThe characteristics of the invention mentioned above, as well as others, will appear more clearly on reading the following description of an exemplary embodiment, said description being made in relation to the accompanying drawings, among which: FIG. . 1 represents a schematic view of a first thermoacoustic device according to the invention, FIG. 2a shows a schematic view of a second thermoacoustic device according to the invention, FIG. 2b represents a schematic view of the stack contained in the cavity of the second device, Fig. 3 represents the block diagram of a control system for the second thermoacoustic device, and

La Fig. 4 représente le schéma bloc d'un système de commande du dispositif thermoacoustique tel que décrit en Fig. 1.Fig. 4 represents the block diagram of a control system of the thermoacoustic device as described in FIG. 1.

L'idée générale de l'invention est de gérer de façon indépendante les champs de pression et de déplacement acoustique. Ils ne sont pas gérés par les propriétés des champs résonants et leur couplage avec une source.The general idea of the invention is to manage the pressure and acoustic displacement fields independently. They are not managed by the properties of the resonant fields and their coupling with a source.

La possibilité de régler les amplitudes de pression et de déplacement ainsi que leur phase relative permet de contrôler celles-ci en fonction du paramètre thermique désiré pour l'application.The possibility of adjusting the pressure and displacement amplitudes as well as their relative phase makes it possible to control these as a function of the thermal parameter desired for the application.

A la Fig. 1, une vue schématique du premier dispositif 10 est représentée.In Fig. 1, a schematic view of the first device 10 is shown.

Nous allons, dans un premier temps, expliquer les fondements théoriques de l'invention qui permettront de comprendre le fonctionnement du premier et du second dispositifs thermoacoustiques de l'invention.We will first explain the theoretical foundations of the invention which will allow us to understand the functioning of the first and second thermoacoustic devices of the invention.

La Fig. 1 représente un dispositif thermoacoustique 10 dans lequel deux transducteurs électroacoustiques notés l ia et 11b sont placés aux extrémités d'un cylindre 15 en regard l'un de l'autre. Le cylindre 15 est de dimensions très petites par rapport à la longueur d'onde associée à la fréquence de fonctionnement. Les quantités p_ls p₂ et p(z) représentent les pressions acoustiques dans les cavités notées respectivement 14, 13 et dans l'empilement 12.Fig. 1 shows a thermoacoustic device 10 in which two electroacoustic transducers denoted l ia and 11b are placed at the ends of a cylinder 15 opposite one another. The cylinder 15 is of very small dimensions compared to the wavelength associated with the operating frequency. The quantities p _ls p ₂ and p (z) represent the acoustic pressures in the cavities noted respectively 14, 13 and in the stack 12.

Les quantités Ul, U2 et U(z) représentent les débits acoustiques respectivement du transducteur l ia, 1 lb et dans l'empilement 12.The quantities Ul, U2 and U (z) represent the acoustic flows respectively of the transducer 11a, 1 lb and in the stack 12.

Les transducteurs électroacoustiques l ia et 11b sont préférentiellement et de manière non limitative des haut-parleurs électrodynamiques et entretiennent un champ sinusoïdal quasi-plan voire quasi uniforme de fréquence f=ω/2π.The electroacoustic transducers l ia and 11b are preferably and in a nonlimiting manner electrodynamic loudspeakers and maintain a quasi-plane or even almost uniform sinusoidal field of frequency f = ω / 2π.

Les plaques, constituant l'empilement 22, étant rigides, de capacité calorifique et de conductivité thermique nettement supérieures à celles de l'air présent dans le cylindre faisant office de fluide, perturbent la forme de la vitesse particulaire, de la température et par la suite de la masse volumique de l'onde quasi- plane.The plates, constituting the stack 22, being rigid, of heat capacity and thermal conductivity significantly higher than those of the air present in the cylinder acting as fluid, disturb the shape of the particle speed, the temperature and by the continuation of the density of the quasi-plane wave.

L'empilement 12, de longueur sensiblement égale à celle du cylindre 15, est le siège de l'effet thermoacoustique proprement dit. Les deux cavités 14 et 13 sont considérées comme petites en regard de la longueur d'onde de l'onde acoustique et la pression dans ces cavités est donc uniforme. Cette pression peut donc être exprimée en fonction des débits entrants et sortants dans les cavités respectives suivant la loi :The stack 12, of length substantially equal to that of the cylinder 15, is the seat of the thermoacoustic effect proper. The two cavities 14 and 13 are considered to be small compared to the wavelength of the acoustic wave and the pressure in these cavities is therefore uniform. This pressure can therefore be expressed as a function of the incoming and outgoing flow rates in the respective cavities according to the law:

où Ui et U sont les débits acoustiques entrant dans la cavité fournis par les transducteurs l ia et 11b, U(-z_s) et U(z_s) les débits acoustiques entrant dans l'empilement 12 respectivement à chacune des ses extrémités, p₀ la masse volumique du fluide, V₀ le volume des deux cavités 13 et 14, c₀ la célérité adiabatique et l'origine de la coordonnée z étant prise au centre de l'empilement.where Ui and U are the acoustic flows entering the cavity supplied by the transducers l ia and 11b, U (-z _s ) and U (z _s ) the acoustic flows entering the stack 12 respectively at each of its ends, p ₀ the density of the fluid, V ₀ the volume of the two cavities 13 and 14, c ₀ the adiabatic speed and the origin of the z coordinate being taken at the center of the stack.

Il est à remarquer que, par soucis de simplification, les cavités 14 et 13 sont considérées être de même volume. Bien entendu, les volumes peuvent aussi être différents.It should be noted that, for the sake of simplification, the cavities 14 and 13 are considered to be of the same volume. Of course, the volumes can also be different.

Les équations qui régissent la propagation dans l'empilement 12 peuvent être réduites aux deux équations suivantes pour la pression acoustique p et le débit acoustique moyen U= S_su , en l'absence de gradient de température et dans le cadre de l'acoustique linéaire ô_zp+Z_vU=0

The equations which govern the propagation in the stack 12 can be reduced to the following two equations for the acoustic pressure p and the average acoustic flow U = S _s u, in the absence of a temperature gradient and in the context of acoustics linear ô _z p + Z _v U = 0

où Z_v et Y_h sont respectivement l'impédance et l'admittance linéique équivalente aux effets d'inertie corrigés des effets visqueux et de compressibilité corrigé des effets thermiques, définis comme suit :where Z _v and Y _h are respectively the impedance and the linear admittance equivalent to the effects of inertia corrected for viscous effects and compressibility corrected for thermal effects, defined as follows:

Zv=iωpo/(S_s(l-f_v)) Y_h=iωS_s(l+(γ-l)f_h)/ p₀c₀ ² Zv = iωpo / (S _s (lf _v )) Y _h = iωS _s (l + (γ-l) f _h ) / p ₀ c ₀ ²

où S_s=S_tyo/(yo+e_s) est la section de fluide utile dans la zone de l'empilementwhere S _s = S _t yo / (yo + e _s ) is the useful fluid section in the stacking area

12, S_t la section du cylindre, γ le rapport des capacités calorifiques, f_v la fonction qui représente les effets de couches limites visqueuses et fi, la fonction qui représente les effets des couches limites thermiques. y₀ est la moitié d'un espace entre deux plaques de l'empilement et e_s la moitié de l'épaisseur des plaques. Ces équations mènent à l'équation de propagation pour la pression acoustique : δ^p+^p = 0 avec

12, S _t the section of the cylinder, γ the ratio of heat capacities, f _v the function which represents the effects of viscous boundary layers and fi, the function which represents the effects of thermal boundary layers. y ₀ is half a space between two plates of the stack and e _s half the thickness of the plates. These equations lead to the propagation equation for the sound pressure: δ ^ p + ^ p = 0 with

la solution de l'équation de propagation prenant ainsi la forme p(z,fHAe^"ikz + Be^ikz)e^iωt et le débit U = -ô_zp/Z_v= ik(Ae^"ikz - Be^ikz) e^iωt / Z_v.the solution of the propagation equation thus taking the form p (z, fHAe ^"ikz + Be ^ikz ) e ^iωt and the flow rate U = -ô _z p / Z _v = ik (Ae ^{" ikz} - Be ^ikz ) e ^iωt / Z _v .

les constantes d'intégration A et B sont déterminées en écrivant les conditions de continuité de la pression et du débit acoustique en z=-z_s et z=+z_s. Il vient :the integration constants A and B are determined by writing the conditions of continuity of the pressure and the acoustic flow in z = -z _s and z = + z _s . He comes :

A= ((α+β)U_ιe ^ikzs +(α-β)U₂e-^ikzs)/ ((α+β)V^ikzs -(α-β)V^2ikzs)A = ((α + β) U _ιe ^ikzs + (α-β) U ₂ e- ^ikzs ) / ((α + β) V ^ikzs - (α-β) V ^2ikzs )

B= ((α-β)Ule^"ikzs +(α+β)U₂e^ikzs)/ ((α+β)²e^2ikzs -(α-β)V^2ikzs)B = ((α-β) Ule ^"ikzs + (α + β) U ₂ e ^ikzs ) / ((α + β) ² e ^2ikzs - (α-β) V ^2ikzs )

Où

Or

β=iωVo/p₀c₀ ² β = iωVo / p ₀ c ₀ ²

Les deux expressions exprimant alors le champ acoustique en tout point de l'empilement, montrent conformément à l'invention, que la pression acoustique est essentiellement proportionnelle à la somme des débits volumiques des transducteurs, tandis que la vitesse particulaire est elle essentiellement proportionnelle à la différence des débits des sources.The two expressions then expressing the acoustic field at any point of the stack, show in accordance with the invention, that the acoustic pressure is essentially proportional to the sum of the volumetric flow rates of the transducers, while the particle speed is it essentially proportional to the difference in source flows.

En effet, le champ acoustique au centre de l'empilement est approximativement : (α+β)e^ikzA(α-β)e^{~ ikZs} p(0)= (Uι+U₂)Indeed, the acoustic field at the center of the stack is approximately: (α + β) e ^ikz A (α-β) e ^{~ ikZs} p (0) = (Uι + U ₂ )

(α+β)²e^2ikZs-( -β)²e- ^2ikZs (α+β)e^ikZs -(α-β)e^{~ ikZs} α u(0)= - (Uι.U₂)(α + β) ² e ^2ikZs - (-β) ² e- ^2ikZs (α + β) e ^ikZs - (α-β) e ^{~ ikZs} α u (0) = - (Uι.U ₂ )

Ssss

(α+β)²e^2ikzs-(α-β)²e- ^2ikZs (α + β) ² e ^2ikzs - (α-β) ² e- ^2ikZs

Ces équations montrent que dans le cadre du dispositif décrit, la vitesse particulaire s'annule au centre de l'empilement quand les débits des deux sources sont égaux et que la pression acoustique s'annule au centre de l'empilement quand les débits des deux sources sont égaux mais de signe opposé.These equations show that within the framework of the device described, the particle velocity is canceled out at the center of the stack when the flow rates of the two sources are equal and that the acoustic pressure is canceled out at the center of the stack when the flow rates of the two sources are equal but of opposite sign.

Le débit volumique d'un transducteur 11 tel qu'un haut-parleur électrodynamique ou un transducteur piézoélectrique étant proportionnel à la tension électrique appliquée à ce transducteur, la pression acoustique est essentiellement proportionnelle à la somme des tensions appliquées aux transducteurs 11, tandis que la vitesse particulaire est elle essentiellement proportionnelle à la différence des tensions appliquées aux transducteurs. Ainsi, conformément à l'invention, en jouant sur les amplitudes des signaux appliqués aux deux transducteurs 11, en ajustant la phase relative entre ces deux signaux, il est possible de générer un champ de pression acoustique et un champ de vitesse particulaire élevés et à relation de phase relative adaptée au niveau de l'empilement 12 ou du dispositif poreux équivalent et donc de réaliser un dispositif de réfrigération acoustique 10 sans avoir recours à un champ résonant demi ou quart d'onde. La longueur d'onde peut donc être très supérieure à la longueur du dispositif.The volume flow of a transducer 11 such as an electrodynamic loudspeaker or a piezoelectric transducer being proportional to the electric voltage applied to this transducer, the acoustic pressure is essentially proportional to the sum of the voltages applied to the transducers 11, while the particle velocity is essentially proportional to the difference in voltages applied to the transducers. Thus, in accordance with the invention, by playing on the amplitudes of the signals applied to the two transducers 11, by adjusting the relative phase between these two signals, it is possible to generate a high sound pressure field and a particle velocity field and at relative phase relationship adapted to the level of the stack 12 or of the equivalent porous device and therefore of producing an acoustic refrigeration device 10 without using a half or quarter wave resonant field. The wavelength can therefore be much greater than the length of the device.

L'emploi de deux sources 11 permet de gérer la pression acoustique, le déplacement particulaire et leurs phases respectives.The use of two sources 11 makes it possible to manage the acoustic pressure, the particle displacement and their respective phases.

Pour cela, les sources 11 sont alimentées en opposition de phase, ce qui confère un mouvement d'ensemble à la colonne de fluide contenue dans la cavité.For this, the sources 11 are supplied in phase opposition, which gives an overall movement to the column of fluid contained in the cavity.

L'une d'entre elles est alimentée par une tension d'amplitude supérieure, impliquant ainsi un déplacement plus important de sa membrane et engendrant ainsi un effet de compression.One of them is supplied with a voltage of higher amplitude, thus implying a greater displacement of its membrane and thus generating a compression effect.

L'influence de cette tension supérieure sur le champ de vitesse particulaire est ici moindre que sur le champ de pression.The influence of this higher voltage on the particle velocity field is here less than on the pressure field.

Ainsi, les champs de pression et de vitesse particulaire dans la cavité sont contrôlés indépendamment.Thus, the pressure and particle velocity fields in the cavity are independently controlled.

Dans la Fig. 1, deux transducteurs électroacoustiques notés lia et 11b sont placés aux extrémités d'un cylindre 15 en regard l'un de l'autre. Le cylindre 15 est de dimensions très petites par rapport à la longueur d'onde des signaux générés par les transducteurs 11. L'emploi de deux transducteurs ou sources l ia et 11b permet de gérer la pression acoustique, le déplacement particulaire et leurs phases respectives. Deux transducteurs l ia et 11b en regard l'un de l'autre et en opposition de phase, assurent la génération du champ de vitesse, et le champ de pression est généré par un déplacement additionnel de l'un des transducteurs 11.In Fig. 1, two electroacoustic transducers denoted 11a and 11b are placed at the ends of a cylinder 15 opposite one another. The cylinder 15 is of very small dimensions compared to the wavelength of the signals generated by the transducers 11. The use of two transducers or sources l ia and 11b makes it possible to manage the acoustic pressure, the particle displacement and their respective phases. Two transducers 1a and 11b facing each other and in phase opposition, generate the speed field, and the pressure field is generated by an additional displacement of one of the transducers 11.

Le cylindre 15 est par exemple réalisé dans une matière telle que du « Plexiglas », il a une longueur de 8,5 cm, un diamètre intérieur de 44 mm et une épaisseur de 5 mm. II est à remarquer que le diamètre ou la forme du cylindre 15 n'est pas nécessairement constante sur toute sa longueur. Celui-ci peut être plus étroit au niveau du corps poreux ou au contraire de section beaucoup plus importante au niveau dudit corps poreux.The cylinder 15 is for example made of a material such as "Plexiglas", it has a length of 8.5 cm, an internal diameter of 44 mm and a thickness of 5 mm. It should be noted that the diameter or the shape of the cylinder 15 is not necessarily constant over its entire length. The latter may be narrower at the level of the porous body or, on the contrary, a much larger section at the level of said porous body.

Deux flasques circulaires (non représentées) d'un même matériau sont placés aux extrémités du cylindre 15 afin de permettre la fixation des transducteurs 11.Two circular flanges (not shown) of the same material are placed at the ends of the cylinder 15 in order to allow the transducers 11 to be fixed.

Les transducteurs électroacoustiques l ia et 11b sont par exemple des haut- parleurs électrodynamiques et entretiennent dans le dispositif 10 un champ sinusoïdal quasi-plan de fréquence f=ω/2π. Ce sont par exemple des haut-parleurs haute fidélité électrodynamiques classiques fabriqués par la société Davis sous la référence 13KLV5A d'un diamètre de 10 cm et d'une puissance nominale de 50W.The electroacoustic transducers 1a and 11b are for example electrodynamic loudspeakers and maintain in the device 10 a quasi-plane sinusoidal field of frequency f = ω / 2π. These are, for example, conventional electrodynamic high fidelity speakers manufactured by the company Davis under the reference 13KLV5A with a diameter of 10 cm and a nominal power of 50W.

Bien entendu, ils peuvent être remplacés par des transducteurs piézoélectriques.Of course, they can be replaced by piezoelectric transducers.

Le corps poreux 12, ou empilement, est de longueur sensiblement égale à celle du tube et est le siège de l'effet thermoacoustique proprement dit. L'empilement 12 est à titre préférentiel constitué d'un monolithe de céramique à canaux de section carrée. C'est un monolithe 12 du type de ceux utilisés pour la fabrication de pots catalytiques de véhicules automobiles et usiné de façon à remplir la totalité du cylindre 15. La longueur d'un canal carré est égale à 2y₀=0,9 mm et l'épaisseur d'une paroi séparant les deux canaux est de 2e_s=0,lmm. Ce type de monolithe 12 est particulièrement avantageux, disposant d'une géométrie régulière, rigide, de faible conductivité thermique. Il est de plus de faible coût. Ce monolithe 12 a, par exemple et de manière non limitative, les caractéristiques suivantes : masse volumique p_s de 1300kgm^" , conductivité thermique Ks=lWm^"1K^"1 et capacité calorifique Cs=1500Jkg^" K^" .The porous body 12, or stack, is of length substantially equal to that of the tube and is the seat of the thermoacoustic effect proper. The stack 12 is preferably made up of a ceramic monolith with square section channels. It is a monolith 12 of the type used for the manufacture of catalytic converters for motor vehicles and machined so as to fill the entire cylinder 15. The length of a square channel is equal to 2y ₀ = 0.9 mm and the thickness of a wall separating the two channels is 2e _s = 0.1 mm. This type of monolith 12 is particularly advantageous, having a regular, rigid geometry, of low thermal conductivity. It is more low cost. This monolith 12 has, for example and without limitation, the following characteristics: density p _s of 1300kgm ^" , thermal conductivity Ks = lWm ^{" 1} K ^"1 and heat capacity Cs = 1500Jkg ^" K ^" .

Le dispositif 10 comporte en outre des échangeurs de chaleur non représentés dans la Fig . 1. Ceux-ci seront préférentiellement placés aux extrémités de du corps poreux 12.The device 10 also includes heat exchangers not shown in FIG. 1. These will preferably be placed at the ends of the porous body 12.

A titre d'exemple, avec une tension d'alimentation du haut-parleur l ia de 5 volts RMS (efficace), une tension d'alimentation du haut-parleur 11b de 10 volts RMS, un écart de température de l'ordre de 15 degrés Kelvin a été obtenu entre les extrémités de l'empilement 12. Ces performances sont identiques à celles obtenues, dans des configurations similaires, avec des systèmes résonant d'encombrement (longueur) trois fois supérieur à celui du dispositif 10 selon l'invention.For example, with a speaker supply voltage l ia of 5 volts RMS (effective), a speaker supply voltage 11b of 10 volts RMS, a temperature difference of the order of 15 degrees Kelvin was obtained between the ends of the stack 12. These performances are identical to those obtained, in similar configurations, with resonant systems of size (length) three times greater than that of the device 10 according to the invention .

La Fig. 2a représente une coupe du second dispositif thermoacoustique dans lequel quatre transducteurs électroacoustiques sont utilisés.Fig. 2a shows a section through the second thermoacoustic device in which four electroacoustic transducers are used.

Dans ce type de dispositif thermoacoustique 20 réfrigérateur, un champ de pression noté p_y (non représenté) est généré par les sources 24b et 24d, alors qu'un champ de débit noté U_z (non représenté) est généré par les sources 24a et 24c. En appliquant ceci aux équations fondamentales précédemment rappelées dans le modèle à deux sources, nous obtenons donc :In this type of thermoacoustic device 20 refrigerator, a pressure field noted p _y (not shown) is generated by the sources 24b and 24d, while a flow field noted U _z (not shown) is generated by the sources 24a and 24c. By applying this to the fundamental equations previously recalled in the two-source model, we therefore obtain:

p_y= (p₀co² /iω)(U_pl+Up₂)/(Vo+(l+(γ-l)f_h)V_s) Pz= (p₀c₀ ² /iω)(U_dl+U_d2)/(V₀+(l+(γ-l)f_h)V_s) U_y = ¹/₂(Up₁-U_p2)/(l-(ko²VoL_s)/2S_s(l-f_v) U_z = ¹/₂(U_dl-U_d2)/(l-(ko²VoL_s)/2S_s(l-f_v)p _y = (p ₀ co ² / iω) (U _pl + Up ₂ ) / (Vo + (l + (γ-l) f _h ) V _s ) Pz = (p ₀ c ₀ ² / iω) (U _dl + U _d2) / (V ₀ + (l + (γ-l) f _h) V _s) U _y = _^1/2 (Up ₁ -U _p2) / (l- ⁽² kb VoL _s) / 2S _s (lf _v) U _z = _^1/2 (U -U _{dl d2)} / (l- ⁽² kb VoL _s) / 2S _s (lf _v)

Où L_s est la longueur de l'arête de la cavité qui est ici cubique. Les sources de pression étant alimentées en phase (U_pl=U_P2-U_p) et les sources de débit en opposition de phase (U_di=-U_d2 ⁼U_d), les équations se résument à :Where L _s is the length of the edge of the cavity which is here cubic. The pressure sources being supplied in phase (U _pl = U _P2 -U _p ) and the flow sources in phase opposition (U _d i = -U _d2 ⁼ U _d ), the equations can be summarized as:

U_y=0 et p_z=0 p= (poc₀ ² /iω)2U_p/(V+(l+(γ-l)f_h)V_s)U _y = 0 and p _z = 0 p = (poc ₀ ² / iω) 2U _p / (V + (l + (γ-l) f _h ) V _s )

et par approximation: p= (poC₀ ² /iω)2U_p/(V+V_s) U=Ud/(l-(ko²VL_s)/2S_s(l-f_v)) et par approximation: U=U_d Ainsi, la pression p et le débit U sont découplés lorsque deux paires de transducteurs sont mis en œuvre : la pression p est proportionnelle à la somme des débits des sources de pression U_pi et le débit acoustique est lui proportionnel à la différence des débits U_dj ; les deux effets sont donc considérés comme indépendants.and by approximation: p = (poC ₀ ² / iω) 2U _p / (V + V _s ) U = Ud / (l- (ko ² VL _s ) / 2S _s (lf _v )) and by approximation: U = U _d Thus, the pressure p and the flow rate U are decoupled when two pairs of transducers are used: the pressure p is proportional to the sum of the flow rates of the pressure sources U _p i and the acoustic flow rate is proportional to the difference of the flow rates U _d j; the two effects are therefore considered to be independent.

Le débit volumique d'un transducteur 24 tel qu'un haut-parleur étant proportionnel à la tension électrique appliquée à ce transducteur 24, la pression acoustique est proportionnelle à la somme des tensions appliquées aux transducteursThe volume flow rate of a transducer 24 such as a loudspeaker being proportional to the electric voltage applied to this transducer 24, the acoustic pressure is proportional to the sum of the voltages applied to the transducers

24b et 24d, tandis que la vitesse particulaire est, elle, proportionnelle à la différence des tensions appliquées aux autres transducteurs 24a et 24c.24b and 24d, while the particle speed is proportional to the difference of the voltages applied to the other transducers 24a and 24c.

Ainsi, conformément à l'invention, en utilisant quatre transducteurs 24, en ajustant la phase relative entre les signaux, il est possible de générer un champ de pression acoustique et un champ de vitesse particulaire élevés au niveau de l'empilement 22 ou du dispositif poreux équivalent et de réaliser un dispositif de réfrigération acoustique 20 sans avoir recours à un champ résonant demi ou quart d'onde, la longueur d'onde pouvant être très supérieure aux dimensions du dispositif 20. En terme de performances, la détermination du flux de chaleur thermoacoustique va permettre de déterminer les caractéristiques optimales du dispositif 20 tel que décrit.Thus, in accordance with the invention, by using four transducers 24, by adjusting the relative phase between the signals, it is possible to generate a high acoustic pressure field and a particle velocity field at the level of the stack 22 or of the device. equivalent porous and to produce an acoustic refrigeration device 20 without using a half or quarter wave resonant field, the wavelength can be much greater than the dimensions of the device 20. In terms of performance, the determination of the flow of thermoacoustic heat will make it possible to determine the optimal characteristics of the device 20 as described.

Le flux de chaleur thermoacoustique est composé de deux classes de facteurs, la première traduisant le flux de chaleur thermoacoustique à gradient de température nulle et la seconde est un facteur limitant le flux de chaleur thermoacoustique indiquant que le flux de chaleur thermoacoustique cesse quand le gradient de température atteint sa valeur critique.The thermoacoustic heat flow is composed of two classes of factors, the first translating the thermoacoustic heat flow with zero temperature gradient and the second is a factor limiting the thermoacoustic heat flow indicating that the thermoacoustic heat flow ceases when the gradient of temperature reaches its critical value.

Dans les systèmes à ondes stationnaires, pression et vitesse acoustiques sont en quadrature de phase, si bien que le flux de chaleur thermoacoustique est stimulé par l'intensité acoustique réactive.In standing wave systems, acoustic pressure and velocity are in phase quadrature, so that the thermoacoustic heat flow is stimulated by the reactive acoustic intensity.

Dans les systèmes à ondes propagatives, pression et vitesse acoustiques sont en phase, si bien que le flux de chaleur thermoacoustique est stimulé par l'intensité acoustique active. Contrairement aux systèmes à ondes stationnaires ou propagatives dans lesquels la pression et la vitesse acoustiques sont déphasées de manière implicite et non modifiable, l'invention, en dissociant les champs de vitesse et de pression, permet avantageusement de régler librement la phase de ces deux champs. L'expression du flux de chaleur acoustique permet de déterminer la phase optimale théorique à maintenir entre le champ de pression et le champ de vitesse, cette phase est dans notre cas et pour de l'air à pression atmosphérique, de l'ordre de 110 degrés.In propagating wave systems, acoustic pressure and velocity are in phase, so that the thermoacoustic heat flow is stimulated by the active acoustic intensity. Unlike standing or propagating wave systems in which the acoustic pressure and speed are implicitly phase-shifted and cannot be modified, the invention, by dissociating the speed and pressure fields, advantageously allows the phase of these two fields to be freely adjusted. . The expression of the acoustic heat flux makes it possible to determine the theoretical optimal phase to be maintained between the pressure field and the speed field, this phase is in our case and for air at atmospheric pressure, of the order of 110 degrees.

Ainsi, cette possibilité de réglage de la phase permet d'augmenter notablement les performances du dispositif 20 par rapport à l'état de la technique.Thus, this possibility of adjusting the phase makes it possible to significantly increase the performance of the device 20 compared to the state of the art.

Le réglage de la phase, grâce à l'invention, est désormais accessible dans les dispositifs thermoacoustiques.The phase adjustment, thanks to the invention, is now accessible in thermoacoustic devices.

Il est alors possible de réaliser un réglage de la phase par asservissement et cela en fonction de l'état instantané du système. II est à remarquer qu'avec l'emploi d'un fluide plus adapté que l'air aux applications thermoacoustiques, par exemple un mélange Hélium-Xénon connu pour ses effets de minimisation des frottements visqueux, la phase optimale peut être différente de celle indiquée précédemment. Ce paramètre de phase peut aussi varier en fonction des dispersions entre les transducteurs. Un réfrigérateur thermoacoustique 20 à deux paires de transducteurs 24a etIt is then possible to carry out a phase adjustment by slaving and this according to the instantaneous state of the system. It should be noted that with the use of a fluid more suitable than air for thermoacoustic applications, for example a Helium-Xenon mixture known for its effects of minimizing viscous friction, the optimal phase may be different from that indicated. previously. This phase parameter can also vary depending on the dispersions between the transducers. A thermoacoustic refrigerator 20 with two pairs of transducers 24a and

24c, 24b et 24d, soit à quatre sources 24 met enjeu quatre haut-parleurs 24 placés sur quatre faces 21 d'une cavité parallélépipédique rectangle, faces deux à deux.24c, 24b and 24d, that is to say from four sources 24 puts into play four loudspeakers 24 placed on four faces 21 of a rectangular parallelepiped cavity, faces two by two.

Les quatre sources 24a, 24b, 24c et 24d sont alimentées par des tensions électriques dont la fréquence est telle que la longueur d'onde reste grande par rapport aux dimensions du système. Un rapport de l'ordre du dixième entre les dimensions du système et la longueur d'onde permet un bon fonctionnement du dispositif 20.The four sources 24a, 24b, 24c and 24d are supplied by electrical voltages whose frequency is such that the wavelength remains large compared to the dimensions of the system. A ratio of the order of a tenth between the dimensions of the system and the wavelength allows the device 20 to function properly.

Une paire de sources en vis-à-vis génère la pression acoustique, tandis que l'autre paire génère le déplacement particulaire.A pair of facing sources generates the sound pressure, while the other pair generates the particle displacement.

Les sources 24b et 24d gérant la pression sont alimentées en phase, tandis que les sources 24a et 24c gérant le déplacement sont alimentées en opposition de phase.The sources 24b and 24d managing the pressure are supplied in phase, while the sources 24a and 24c managing the displacement are supplied in phase opposition.

La phase relative entre sources de pression (24b, 24d) et sources de déplacement (24a, 24c) peut être fixée lors de la fabrication du dispositif 20 ou réglable manuellement ou encore modifiable en temps réel par asservissement, comme cela sera décrit ultérieurement en référence à la Fig. 3. L'empilement 22 est préférentiellement composé de plaques parallèles 22a à 22i et présente des ouvertures sur quatre côtés.The relative phase between pressure sources (24b, 24d) and displacement sources (24a, 24c) can be fixed during the manufacture of the device 20 or adjustable manually or even modifiable in real time by slaving, as will be described later with reference in Fig. 3. The stack 22 is preferably composed of parallel plates 22a to 22i and has openings on four sides.

Le dispositif 20 se compose par exemple d'une cavité de forme cubique d'arête de 3 cm environ. Cette cavité est délimitée par les côtés 21a, 21b, 21c et 21 d. Les parois 21 sont réalisées avec un matériau à la fois isolant thermique et électrique.The device 20 consists for example of a cubic cavity with an edge of about 3 cm. This cavity is delimited by the sides 21a, 21b, 21c and 21 d. The walls 21 are made with a material that is both thermal and electrical insulator.

A titre d'exemple, il peut être réalisé en thermoplastique polyether-cétone connu sous l'acronyme PEEK.For example, it can be made of polyether-ketone thermoplastic known by the acronym PEEK.

Sur quatre de ses faces 21, sont placées les sources 24 maintenues au dispositif à l'aide de bagues de serrage non représentées. Les sources ont par exemple une fréquence de résonance de l'ordre de 1500Hz, fréquence optimisant les performances de l'empilement 22. Les sources 24 sont par exemple des transducteurs piézoélectriques de référence FT-50T-1.9A fabriqués par la société Bimorph KEPO.On four of its faces 21 are placed the sources 24 held in place by the device using clamping rings, not shown. The sources have for example a resonance frequency of the order of 1500Hz, a frequency optimizing the performance of the stack 22. The sources 24 are for example piezoelectric transducers of reference FT-50T-1.9A manufactured by the company Bimorph KEPO.

Il est à remarquer que l'utilisation de haut-parleurs autres que piézoélectriques peut aussi être envisagée. Préférentiellement, la face supérieure 21b du dispositif est amovible afin de pouvoir placer l'empilement, voire de permettre l'accès à celui-ci.It should be noted that the use of speakers other than piezoelectric can also be envisaged. Preferably, the upper face 21b of the device is removable in order to be able to place the stack, or even to allow access to it.

Selon un mode particulier, au moins un microphone (non représenté) est encastré dans la face supérieure du dispositif de manière à ce que sa membrane soit affleurante à la paroi interne de la cavité. Ce microphone est particulièrement intéressant pour mesurer la pression à des points prédéterminés de la cavité et permettre un asservissement de celle-ci.According to a particular embodiment, at least one microphone (not shown) is embedded in the upper face of the device so that its membrane is flush with the internal wall of the cavity. This microphone is particularly useful for measuring the pressure at predetermined points in the cavity and allowing the latter to be controlled.

Des échangeurs thermiques 23 a et 23 b sont placés respectivement en contact avec les parois 21c et 21a. Comme l'empilement occupe la quasi-totalité du volume, il est donc possible d'envisager de placer ces échangeurs thermiques contre les parois tout en gardant un rendement optimal.Heat exchangers 23 a and 23 b are placed respectively in contact with the walls 21 c and 21 a. As the stack occupies almost the entire volume, it is therefore possible to envisage placing these heat exchangers against the walls while retaining optimum efficiency.

Bien sûr, en alternative, les échangeurs thermiques 23a et 23b peuvent être intégrés à l'empilement 22.Of course, as an alternative, the heat exchangers 23a and 23b can be integrated into the stack 22.

Selon un mode particulier, au moins un moyen de mesure de température non représenté est inclus dans l'empilement. Ce moyen de mesure de température, ici un thermocouple, est particulièrement intéressant pour mesurer la température à des points prédéterminés de l'empilement 22 et permettre un asservissement de celle-ci.According to a particular mode, at least one temperature measurement means, not shown, is included in the stack. This temperature measurement means, here a thermocouple, is particularly advantageous for measuring the temperature at predetermined points of the stack 22 and allowing the latter to be controlled.

Un dispositif de l'invention a été réalisé. Ses dimensions sont de l'ordre de 3*3*3 cm. Dans celui-ci, l'empilement occupe la quasi-totalité du volume interne du prototype. La Fig. 2b représente l'empilement 22. Dans le mode préféré, il est sous la forme d'un cube d'arête correspondant au volume interne du dispositif 20.A device of the invention has been produced. Its dimensions are of the order of 3 * 3 * 3 cm. In it, the stack occupies almost the entire internal volume of the prototype. Fig. 2b represents the stack 22. In the preferred mode, it is in the form of an edge cube corresponding to the internal volume of the device 20.

Il est constitué par exemple d'un ensemble de feuilles en PVC d'une épaisseur inférieure à lOOμm et espacées de 200μm les unes des autres. L'espacement est obtenu à l'aide de plots placés aux quatre coins des feuilles.It consists for example of a set of PVC sheets with a thickness of less than 100 μm and spaced at 200 μm from one another. The spacing is obtained using studs placed at the four corners of the sheets.

Selon une variante particulièrement intéressante, l'empilement est réalisé en utilisant les technologies MEMS (Micro Electro Mechanical System). Ces technologies permettent d'obtenir des empilements ayant des épaisseurs, des espacements bien inférieurs à ceux précédemment cités (de l'ordre d'une dizaine de micro mètres). Les technologies MEMS permettent aussi la réalisation d'empilements ayant des géométries adaptées aux besoins de la thermoacoustique.According to a particularly interesting variant, the stacking is carried out using MEMS technologies (Micro Electro Mechanical System). These technologies make it possible to obtain stacks having thicknesses, spacings much less than those previously mentioned (of the order of ten micro meters). MEMS technologies also allow the creation of stacks with geometries adapted to the needs of thermoacoustics.

Il est aussi à remarquer que l'épaisseur, l'espacement, la géométrie sont déterminés en fonction de la fréquence du signal acoustique, de la composition du matériau ainsi que du fluide utilisé. La Fig. 3 représente le schéma bloc d'un système de commande du second dispositif thermoacoustique.It should also be noted that the thickness, the spacing, the geometry are determined as a function of the frequency of the acoustic signal, of the composition of the material as well as of the fluid used. Fig. 3 shows the block diagram of a control system for the second thermoacoustic device.

Le dispositif 20 de la Fig. 2 comporte un capteur de pression noté 34, et deux capteurs de température 35a et 35b placés ici à proximité des échangeurs thermiques 23 représentés en Fig. 2. Un nombre plus important de capteurs 34 et 35 peut être utilisé afin de permettre une commande plus précise du dispositif thermoacoustique 20.The device 20 of FIG. 2 comprises a pressure sensor denoted 34, and two temperature sensors 35a and 35b placed here near the heat exchangers 23 shown in FIG. 2. A larger number of sensors 34 and 35 can be used to allow more precise control of the thermoacoustic device 20.

Les capteurs 34 et 35 sont reliés par exemple à un processeur 36.The sensors 34 and 35 are connected for example to a processor 36.

Le système comporte une source de tension 31 qui fournit un signal électrique sinusoïdal. Cette source de tension est une source de tension à fréquence variable qui peut par exemple être commandée par le processeur 36.The system includes a voltage source 31 which provides a sinusoidal electrical signal. This voltage source is a variable frequency voltage source which can for example be controlled by the processor 36.

Ce signal sinusoïdal est amplifié par des amplificateurs 33a, 33b, 33c et 33d. Ces amplificateurs 33 sont par exemple des amplificateurs à gain programmable. Le gain de chacun des amplificateurs 33a, 33b, 33c et 33d peut être modifié afin de pouvoir corriger les dispersions existant au niveau des composants utilisés. Ce même signal sinusoïdal est aussi déphasé par des circuits déphaseurs 32a et 32b. Le circuit déphaseur 32a déphase le signal sinusoïdal de 180 degrés. Ce déphasage peut être modifiable afin de pouvoir corriger les dispersions existant au niveau des composants utilisés. Ce déphasage permet d'optimiser, de contrôler la vitesse particulaire dans la cavité. Le circuit déphaseur 32b déphase le signal sinusoïdal de 110 degrés par exemple. Ce déphasage peut être modifiable afin de pouvoir corriger les dispersions existant au niveau des composants utilisés ou plus particulièrement en fonction de la nature du fluide contenu dans la cavité. Ce déphasage permet d'optimiser la phase entre le champ de pression et le champ de vitesse.This sinusoidal signal is amplified by amplifiers 33a, 33b, 33c and 33d. These amplifiers 33 are for example programmable gain amplifiers. The gain of each of the amplifiers 33a, 33b, 33c and 33d can be modified in order to be able to correct the dispersions existing at the level of the components used. This same sinusoidal signal is also phase-shifted by phase-shifting circuits 32a and 32b. The phase shifting circuit 32a dephases the sinusoidal signal by 180 degrees. This phase shift can be modified in order to be able to correct the dispersions existing at the level of the components used. This phase shift makes it possible to optimize and control the particle speed in the cavity. The phase shifter circuit 32b phase-shifts the sinusoidal signal by 110 degrees, for example. This phase shift can be modified in order to be able to correct the dispersions existing at the level of the components used or more particularly as a function of the nature of the fluid contained in the cavity. This phase shift optimizes the phase between the pressure field and the speed field.

Un troisième circuit déphaseur 32c déphase le signal de sortie du déphaseur 32b. Ce déphasage peut être modifiable afin de pouvoir corriger les dispersions existant au niveau des com posants 33b, 33d, 24b et 24d utilisés.A third phase shifter circuit 32c phase-shifts the output signal of the phase shifter 32b. This phase shift can be modifiable in order to be able to correct the dispersions existing at the level of the components 33b, 33d, 24b and 24d used.

Le processeur 36 commande, à partir des informations fournies par les moyens de mesure 34 et 35, les moyens d'adaptation que sont les amplificateurs 33 et déphaseurs 32.The processor 36 controls, from information supplied by the measurement means 34 and 35, the adaptation means that are the amplifiers 33 and phase shifters 32.

Ainsi, le processeur 36 ajuste, en temps réel, soit à partir de tables de correspondance stockées dans sa mémoire interne, soit par des incréments de commandes des amplificateurs 33 et des déphaseurs 32, les signaux électriques délivrés aux transducteurs 24a, 24b, 24c et 24d de manière à avoir des champs accordés de façon optimale.Thus, processor 36 adjusts, in real time, either from correspondence tables stored in its internal memory, or by command increments of amplifiers 33 and phase shifters, the electrical signals delivered to transducers 24a, 24b, 24c and 24d so as to have fields optimally tuned.

Les transducteurs 24a, 24b, 24c et 24d sont des transducteurs piézoélectriques, mais il est possible d'utiliser des haut-parleurs électrodynamiques, des transducteurs électromagnétiques, électrostatiques, à électret, optoacoustiques, thermoacoustiques ou à plasma.The transducers 24a, 24b, 24c and 24d are piezoelectric transducers, but it is possible to use electrodynamic speakers, electromagnetic, electrostatic, electret, optoacoustic, thermoacoustic or plasma transducers.

Bien entendu, une réalisation d' un tel système de commande peut être réalisé entièrement avec des circuits analogiques.Of course, an embodiment of such a control system can be realized entirely with analog circuits.

La Fig. 4 représente le schéma bloc d'un système de commande du dispositif thermoacoustique 10 tel que décrit en Fig. 1. Le dispositif 10 de la Fig. 1 comporte un capteur de pression noté 34, et deux capteurs de température 35a et 35b placés ici à proximité des échangeurs thermiques non représentés ici.Fig. 4 represents the block diagram of a control system of the thermoacoustic device 10 as described in FIG. 1. The device 10 of FIG. 1 includes a pressure sensor denoted 34, and two temperature sensors 35a and 35b placed here near the heat exchangers not shown here.

Un nombre plus important de capteurs 34, 35 peut être utilisé afin de permettre une commande plus précise du dispositif thermoacoustique. Les capteurs 34 et 35 sont reliés par exemple à un processeur 36.A larger number of sensors 34, 35 can be used to allow more precise control of the thermoacoustic device. The sensors 34 and 35 are connected for example to a processor 36.

Le système comporte une source de tension 31 qui fournit un signal électrique sinusoïdal. Cette source de tension est une source de tension à fréquence ajustable qui peut par exemple être commandée par le processeur 36. Ce signal sinusoïdal est amplifié par des amplificateurs 33a et 33c. Ces amplificateurs 33 sont par exemple des amplificateurs à gain programmable. Le gain de chacun de ces amplificateurs 33a, 33c peut être modifié afin de pouvoir corriger les dispersions existant au niveau des composants utilisés. Ce même signal sinusoïdal est aussi déphasé par un circuit déphaseur 32a.The system includes a voltage source 31 which provides a sinusoidal electrical signal. This voltage source is an adjustable frequency voltage source which can, for example, be controlled by the processor 36. This sinusoidal signal is amplified by amplifiers 33a and 33c. These amplifiers 33 are for example programmable gain amplifiers. The gain of each of these amplifiers 33a, 33c can be modified in order to be able to correct the dispersions existing at the level of the components used. This same sinusoidal signal is also phase shifted by a phase shifting circuit 32a.

Le circuit déphaseur 32a déphase le signal sinusoïdal de 180 degrés. Ce déphasage peut être modifié afin de pouvoir corriger les dispersions existant au niveau des composants utilisés. Ce déphasage permet d'optimiser, de contrôler la vitesse particulaire dans la cavité. Le processeur 36 commande, à partir des informations fournies par les moyens de mesure 34 et 35, les moyens d'adaptation que sont les amplificateurs 33 et déphaseurs 32.The phase shifting circuit 32a dephases the sinusoidal signal by 180 degrees. This phase shift can be modified in order to be able to correct the dispersions existing at the level of the components used. This phase shift makes it possible to optimize and control the particle speed in the cavity. The processor 36 controls, from information supplied by the measurement means 34 and 35, the adaptation means that are the amplifiers 33 and phase shifters 32.

Ainsi, le processeur ajuste, en temps réel, soit à partir de tables de correspondance stockées dans sa mémoire interne, soit par des incréments de commandes des amplificateurs 33 et des déphaseurs 32, les signaux électriques délivrés aux transducteurs lia et 11b de manière à avoir des champs accordés de façon optimale.Thus, the processor adjusts, in real time, either from correspondence tables stored in its internal memory, or by command increments of amplifiers 33 and phase shifters, the electrical signals delivered to transducers 11a and 11b so as to have optimally tuned fields.

Ainsi, conformément à l'invention, en jouant sur les amplitudes des signaux appliqués aux deux transducteurs lia et 11b, en ajustant la phase relative entre ces deux signaux, il est possible de générer un champ de pression acoustique et un champ de vitesse particulaire élevés et à relation de phase relative adaptée au niveau de l'empilement ou du dispositif poreux équivalent.Thus, in accordance with the invention, by varying the amplitudes of the signals applied to the two transducers 11a and 11b, by adjusting the relative phase between these two signals, it is possible to generate a high sound pressure field and a high particle speed field. and with a relative phase relationship adapted to the level of the stack or of the equivalent porous device.

L'emploi de deux amplificateurs 33a et 33c permet de gérer la pression acoustique, le déplacement particulaire et leurs phases respectives. Pour cela, les transducteurs 1 la et 1 lb sont alimentées en opposition de phase grâce au déphaseur 32a, ce qui confère un mouvement d'ensemble à la colonne de fluide contenue dans la cavité.The use of two amplifiers 33a and 33c makes it possible to manage the sound pressure, the particle displacement and their respective phases. For this, the transducers 11a and 11b are supplied in phase opposition thanks to the phase shifter 32a, which gives an overall movement to the column of fluid contained in the cavity.

Un des transducteurs 11, par exemple le transducteur l ia, est alimenté par une tension d'amplitude supérieure à celle du transducteur 11b, impliquant ainsi un déplacement plus important de sa membrane et engendrant ainsi un effet de compression. L'amplitude supérieure est obtenue en augmentant le gain de l'amplificateur 33a par rapport à celui de l'amplificateur 33c.One of the transducers 11, for example the transducer 11a, is supplied with a voltage of amplitude greater than that of the transducer 11b, thus implying a greater displacement of its membrane and thus generating a compression effect. The higher amplitude is obtained by increasing the gain of the amplifier 33a compared to that of the amplifier 33c.

Les transducteurs l ia et 11b sont par exemple des transducteurs piézoélectriques, mais il est possible d'utiliser des haut-parleurs électrodynamiques, des transducteurs électromagnétiques, électrostatiques, à électret, optoacoustiques, thermoacoustiques ou à plasma.The transducers 11a and 11b are for example piezoelectric transducers, but it is possible to use electrodynamic loudspeakers, electromagnetic, electrostatic, electret, optoacoustic, thermoacoustic or plasma transducers.

Bien entendu, une réalisation d' un tel système de commande peut être réalisé entièrement avec des circuits analogiques. II est à remarquer que l'invention est aussi applicable pour des dispositifs thermoacoustiques permettant de convertir l'énergie thermique en énergie acoustique.Of course, an embodiment of such a control system can be realized entirely with analog circuits. It should be noted that the invention is also applicable for thermoacoustic devices making it possible to convert thermal energy into acoustic energy.

Il est à remarquer aussi que l'invention est aussi applicable dans un système comprenant un premier dispositif convertissant l'énergie thermique en énergie acoustique et un second dispositif de réfrigération tel que décrit dans la présente demande et distant du premier dispositif . A titre d'exemple, le premier dispositif peut être placé dans ou à proximité du pot d'échappement d'un véhicule motorisé, le second dispositif est quant à lui placé dans la boite à gants dudit véhicule motorisé. Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ici, mais englobe, bien au contraire, toute variante à la portée de l'homme du métier. It should also be noted that the invention is also applicable in a system comprising a first device converting thermal energy into acoustic energy and a second refrigeration device as described in the present application and remote from the first device. For example, the first device can be placed in or near the exhaust of a motor vehicle, the second device is in turn placed in the glove compartment of said motor vehicle. Of course, the present invention is not limited to the embodiments described here, but encompasses, quite the contrary, any variant within the reach of ordinary skill in the art.

Claims

REVENDICATIONS

1) Dispositif thermoacoustique comprenant une cavité contenant entre autre un fluide, au moins une paire de transducteurs générant un champ de pression acoustique dans le fluide et un champ de vitesse particulaire du fluide, les transducteurs d'une paire étant placés en vis-à-vis sur des côtés de la cavité et alimentés par des signaux électriques, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre des moyens d'adaptation des signaux électriques pour contrôler les champs de pression et de vitesse particulaire indépendamment dans ladite cavité.1) Thermoacoustic device comprising a cavity containing inter alia a fluid, at least one pair of transducers generating a sound pressure field in the fluid and a particle velocity field of the fluid, the transducers of a pair being placed facing each other screws on sides of the cavity and supplied with electrical signals, characterized in that the device further comprises means for adapting the electrical signals to control the pressure and particle velocity fields independently in said cavity.

2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cavité contient en outre un corps poreux.2) Device according to claim 1, characterized in that the cavity further contains a porous body.

3) Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens d'adaptation sont composés de moyens de déphasage d'un signal électrique alimentant un transducteur par rapport à un autre signal électrique alimentant l'autre transducteur de la même paire.3) Device according to claim 2, characterized in that the adaptation means are composed of means of phase shift of an electrical signal supplying a transducer with respect to another electrical signal supplying the other transducer of the same pair.

4) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les moyens d'adaptation des signaux électriques comportent en outre des moyens d'ajustement d'au moins une des amplitudes d'un des signaux électriques.4) Device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the means for adapting the electrical signals further comprise means for adjusting at least one of the amplitudes of one of the electrical signals.

5) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d'adaptation des signaux électriques comportent en outre des moyens d'ajustement des fréquences des signaux électriques.5) Device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the means for adapting the electrical signals further comprise means for adjusting the frequencies of the electrical signals.

6) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la cavité est un cylindre et le dispositif comporte une paire de transducteurs placés aux extrémités dudit cylindre.6) Device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the cavity is a cylinder and the device comprises a pair of transducers placed at the ends of said cylinder.

7) Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que le cylindre est de dimensions inférieures au quart de la longueur d'onde de la fréquence de fonctionnement. 8) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps poreux est conformé pour occuper la quasi totalité du cylindre.7) Device according to claim 6, characterized in that the cylinder is of dimensions less than a quarter of the wavelength of the operating frequency. 8) Device according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the porous body is shaped to occupy almost all of the cylinder.

9) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le corps poreux est un monolithe de céramique à canaux9) Device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the porous body is a ceramic monolith with channels

10) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les fréquences des signaux électriques sont ajustées en fonction du corps poreux.10) Device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the frequencies of the electrical signals are adjusted according to the porous body.

11) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre au moins un échangeur de chaleur.11) Device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that the device further comprises at least one heat exchanger.

12) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le dispositif comporte deux paires de transducteurs.12) Device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the device comprises two pairs of transducers.

13) Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les moyens d'adaptation comportent en outre des moyens de déphasage des signaux électriques alimentant les transducteurs d'une paire par rapport à au moins un des signaux électriques alimentant l'autre paire de transducteurs.13) Device according to claim 12, characterized in that the adaptation means further comprise means for phase shifting of the electrical signals supplying the transducers of a pair with respect to at least one of the electrical signals supplying the other pair of transducers .

14) Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que les moyens de déphasage des signaux électriques alimentant les transducteurs déphasent les signaux électriques pour obtenir une phase prédéterminée entre le champ de pression et le champ de vitesse dans la cavité.14) Device according to claim 13, characterized in that the phase shifting means of the electrical signals supplying the transducers phase the electrical signals to obtain a predetermined phase between the pressure field and the speed field in the cavity.

15) Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la cavité est une cavité parallélépipédique, les transducteurs de chaque paire étant placés sur des faces opposées de la cavité parallélépipédique.15) Device according to claim 12, characterized in that the cavity is a parallelepiped cavity, the transducers of each pair being placed on opposite faces of the parallelepiped cavity.

16) Dispositif selon la revendication 15, caractérisé en ce que la cavité est de dimensions inférieures au quart de la longueur d'onde de fonctionnement. 17) Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le corps poreux est conformé pour occuper la quasi totalité de la cavité.16) Device according to claim 15, characterized in that the cavity is of dimensions less than a quarter of the operating wavelength. 17) Device according to claim 12, characterized in that the porous body is shaped to occupy almost all of the cavity.

18) Dispositif selon la revendication 12 caractérisé en ce que le corps poreux est constitué d'un empilement de feuilles parallèles d'une épaisseur prédéterminée et espacées les unes des autres d'un espacement prédéterminé.18) Device according to claim 12 characterized in that the porous body consists of a stack of parallel sheets of a predetermined thickness and spaced from each other by a predetermined spacing.

19) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les transducteurs sont des haut-parleurs électrodynamiques.19) Device according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the transducers are electrodynamic loudspeakers.

20) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les transducteurs sont des transducteurs piézoélectriques.20) Device according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the transducers are piezoelectric transducers.

21) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que les transducteurs sont du groupes des transducteurs électromagnétiques, électrostatiques, à électret, optoacoustiques, thermoacoustiques ou à plasma.21) Device according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the transducers are from the group of electromagnetic, electrostatic, electret, optoacoustic, thermoacoustic or plasma transducers.

22) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre des moyens de mesure du champ de pression dans la cavité et en ce qu'il comporte en outre des moyens de génération de commandes des moyens d'adaptation, lesdites commandes étant générées à partir des informations fournies par les moyens de mesure du champ de pression.22) Device according to any one of claims 1 to 21, characterized in that the device further comprises means for measuring the pressure field in the cavity and in that it further comprises means for generating commands for adaptation means, said commands being generated from information supplied by the pressure field measurement means.

23) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre des moyens de mesure du champ de vitesse particulaire du fluide dans la cavité et en ce qu'il comporte en outre des moyens de génération de commandes des moyens d'adaptation, lesdites commandes étant générées à partir des informations fournies par les moyens de mesure du champ de vitesse particulaire.23) Device according to any one of claims 1 to 22, characterized in that the device further comprises means for measuring the particle velocity field of the fluid in the cavity and in that it further comprises generation means of commands of the adaptation means, said commands being generated from information supplied by the means for measuring the particle velocity field.

24) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que le dispositif comporte en outre des moyens de mesure du champ thermique du fluide dans la cavité et en ce qu'il comporte en outre des moyens de génération de commandes des moyens d'adaptation, lesdites commandes étant générées à partir des informations fournies par les moyens de mesure du champ thermique.24) Device according to any one of claims 1 to 22, characterized in that the device further comprises means for measuring the thermal field of the fluid in the cavity and in that it further comprises means for generating commands of the adaptation means, said commands being generated from information supplied by the means for measuring the thermal field.

25) Dispositif selon l'une quelconque des revendications 22 à 24, caractérisé en ce que les commandes sont générées à partir des informations fournies par les moyens de mesure du champ de pression, du champ de vitesse particulaire et du champs de température. 25) Device according to any one of claims 22 to 24, characterized in that the commands are generated from information supplied by the means for measuring the pressure field, the particle velocity field and the temperature field.