Crest CNRS –UMR 6174 Journée SFT du 30 mars 2006 : Optimisation énergétique des moteurs thermiques : nouveaux défis . Julien Boucher, François Lanzetta, Philippe Nika Institut FEMTO-ST, CNRS UMR 6174, Département CREST Parc technologique, 2 avenue Jean Moulin, 90000 Belfort [email protected] Crest CNRS –UMR 6174 Sommaire 1) Généralités et principe de fonctionnement (avantages, inconvénients,géométries Stirling « classiques ».) 2) Cogénérateurs Stirling sur le marché (STC, Sunpower, SES, STM, Solo, Whispergen…) 3) Thèse Stirling Pistons libres (Projets, recherches atypiques, modélisations, étude paramétrique, maquette…) Conclusions Crest CNRS –UMR 6174 Crest Généralités et principe de fonctionnement CNRS –UMR 6174 Inventeur du moteur Stirling (1816): Le Pasteur Robert Stirling Ce moteur est aussi appelé "moteur à air chaud" ou "moteur à combustion externe". Machines dithermes à compression de gaz Qc Le principe de fonctionnement est relativement W Qf simple : - combustion est externe, Tc - fluide principal : air, faible pression Tf - 4 transformations : chauffage, détente, refroidissement puis compression. Machine idéale réversible Crest Avantages CNRS –UMR 6174 1) Multitude de sources chaudes (combustion externe) 2) Fonctionnement silencieux (pas de détente à l’atmosphère, pas de soupapes d’admission et d’échappement ). 3) Aptitude écologique (répondre aux exigences environnementales , combustion stœchiométrique). Stirling est connu dans le monde du maquettisme 4) Rendement élevé (fonction des températures de la source chaude et du puit froid). 5) Fiabilité et maintenance aisées (relative à la simplicité technologique), 6) Utilisation flexible (autonomie et adaptabilité). 7) Durée de vie importante « rusticité ». Crest Inconvénients CNRS –UMR 6174 Techniques: 1) Problème d’étanchéité (pression et parties tournantes). 2) Les joints d'étanchéité. 3) Le fluide fugace utilisé dans le moteur (hélium, hydrogène, air…) 4) Les échangeurs (refroidisseur, régénérateur, Machine expresso Stirling réchauffeur). (Sunpower) Contextuel: 1) Le prix: (frein à son développement), 2) Méconnaissance (Stirling, amateurs), 3) Variété des modèles (empêche une standardisation et par conséquent une baisse des prix) Crest Géométries Stirling « classiques » CNRS –UMR 6174 CS = Volume de compression ES = Volume de détente C = Refroidisseur R = Régénérateur H = Réchauffeur P = Piston D = Déplaceur Mécaniques bielle-manivelle ou swash-plate Problème étanchéité à l’hélium ou hydrogène Faible puissance volumique Durée de vie, maintenance Crest Géométries Stirling «Alpha» CNRS –UMR 6174 coEmspparcees sdioe n Refroidisseur Réchauffeur Edspéatecnet ede Piston de Piston de compression détente Moteur Alpha Régénérateur Crest Géométries Stirling «Beta» CNRS –UMR 6174 Déplaceur Piston Compression Détente Moteur Beta Refroidisseur Régénérateur Réchauffeur Crest Géométries Stirling « Gamma » CNRS –UMR 6174 Déplaceur Espace Espace de de Compression détente Moteur Gamma Piston Refroidisseur Réchauffeur Régénérateur