LE PROJET : On plante le décor ...


Le Projet

Ce site à vu le jour suite à mon projet de concevoir un moteur Stirling qui équipera un générateur électrique. 

Mais l'ambition est de fabriquer un appareil le plus performant possible pour une utilisation domestique.

Il faut définir le meilleur compromis possible pour un cout raisonnable.


Pour Qui ?

Les recherches exposées dans ce site s'adressent à des personnes qui connaissent déjà bien le fonctionnement du moteur Stirling et appréhendent son intérêt dans le cadre du développement durable.

La littérature sur ce sujet est bien fournie: Il existent de nombreux sites sur la toile. Je ne m'appesantirais donc pas.

Qui ne rêve pas de pouvoir générer sa propre électricité à partir de son chauffage ou de son soleil ! Avec un système mécanique réparable sur place!  (Alors que les cellules photovoltaïques fabriquées à l'autre bout du monde à grand coup de terre polluée ....)  Bref, cogénération ! ..

 

Ça existe déjà, mais ...

 En cherchant sur internet, vous en trouverez d'autres...

Un tel moteur placé dans un poêle ... peut générer de l'électricité.

Schéma d'un poele à bois équipé d'un moteur stirling générant de l'électricité
Schéma d'un poele à bois équipé d'un moteur stirling générant de l'électricité

Ou bien placé au foyer d'une parabole tournée vers le soleil..



Rappel du fonctionnement d'un moteur Stirling

Les sites sur la toile reprennent tous les mêmes animations et schémas. Tout cela est bien beau à regarder, mais les explications claires sont inexistantes !

 

On fait appel à des notions de thermodynamique que peu de gens maitrisent.

Tout cela n'est pas à la portée de tout un chacun qui se pose bien des questions.

 

Écoutez les explications très claires de PHILIPS ci-contre.

Prenez le temps d'écouter jusqu'au bout!

Et revenez-y plusieurs fois pour bien comprendre...

 

Mécanismes filaires des 3 types de moteurs:

PHILIPS explique:  Très pédagogique, a voir absolument !



Une grande aide...

J'ai eu la chance de rencontrer une personne géniale, grand baroudeur, artiste, mais surtout mécanicien de génie, auprès de qui j'ai beaucoup appris.

 

Cette personne à longtemps été chef d'entreprise de mécanique marine, expert auprès des tribunaux de MONTPELLIER.

Mais surtout, c'est chez lui que j'ai découvert (entre autres choses) le moteur Stirling et profité de toute son expérience dans le domaine.

Je vous incite vivement à visiter son site:

Le Stirling n'y figure même  pas!  C'est dire le "touche à tout" que je vous fais connaitre...

Par contre vous y verrez des conceptions 3D réalisées par mes élèves en stage chez lui, ainsi qu'une petite idée de l'exposition de ces (et de ses) travaux réalisée dans les locaux du lycée.

C'est alors que je rencontre enfin des choses sérieuses:

Un livre capital:  L'expertise PHILIPS de 30ans d'études !       "The PHILIPS Stirling Engines"      Introuvable !

Un autre livre très instructif:  "Making Stirling engines" d'ANDY ROOS"   en pdf  libre de téléchargement :

       http://zigherzog.net/stirling/literature/books/makingStirlingEngines-2.pdf 

 


En résumé

Après avoir discuté, échangé, lu et relu toute littérature utile, je savais que les points importants à respecter sont:

1/ Minimiser les frottements:
          Roulements au lieu des coussinets des moteurs de voitures !         

  Pas d'efforts latéraux des pistons sur les cylindres pour éliminer les frottements:  Implique d'y réfléchir ...

2/ Travailler les échanges thermiques:
          Veiller à maximiser les surfaces de contact fluide/acier.
          Expérience de la difficulté à chauffer efficacement, alors que le refroidissement est plus aisé à obtenir.

3/ Minimiser les volumes morts.

4/ L'importance du régénérateur: J'ai trouvé (et perdu) sur internet, une étude sur les matériaux à utiliser pour le régénérateur: L'acier inoxydable y tenait le haut du pavé. Par contre je n'ai pas retenu le pourcentage de remplissage idéal du volume par le matériau régénérateur....

5/ Concevoir le moteur afin qu'il fonctionne sous pression. Toutefois la pression ne sera appliquée qu'après validation d'une efficacité déjà correcte à pression atmosphérique..

6/ Fonctionnement à sec pour éviter l'effet "diesel" qui peut faire exploser le moteur fonctionnant sous pression.

7/ Prévoir de changer la nature du fluide "air" par de l' "hélium", même si de la même façon, les premiers test seront faits à l'air.


Questions en suspens

Malgré tout cela, il me restait deux points essentiels à éclaircir:

1/ Quel est le type de moteur le plus efficace?   ( Alpha?  Béta?  Gamma? )   Aucune information claire.

2/ Quelle est l'influence du mécanisme transformant la translation du piston en rotation de l'arbre sur le cycle de Stirling ?

(La surface du cycle représente la puissance du moteur)

 

Conscient qu'un embiellage classique ne permet absolument pas un "échange thermique à volume constant " et tronque donc la surface du cycle de Stirling:

En réalité les deux isochores du cycle théorique n'existent pas!  Je devins vite persuadé qu'il y avait quelque chose à faire à ce niveau là.  (Ce que cette étude confirme ...)

 

Le seul endroit ou j'ai trouvé allusion à cet aspect est le livre de Daniel LYONNET; "Manuel des moteurs Stirling"  Édition Decoopman

Aux pages 48 et 49 (extrait ci-contre); il évoque ce fait en disant :

"... recherches purement académiques qui n'apportent qu'un faible gain de puissance le plus souvent largement consommé par les frottements dus à la complication mécanique..." , "... il y a beaucoup plus à gagner en améliorant les transferts de chaleurs et le régénérateur..."

         


Au début de mes lectures, j'ai été plutôt d'accord avec cette affirmation et j'ai laissé tomber.

Mais plus tard, je me suis dit : le plus important dans un moteur thermodynamique, ce sont bien évidement les échanges thermiques  !   

Et que décidément, les temps d’arrêt aux Points Morts Haut et Bas en font pleinement parti car sinon, on n'as pas d'échange "isochore" !

 

Bien évidemment, si cela doit se faire au pris de terribles frottements, la chose se discutera longtemps...

MAIS si on se débrouille pour trouver une solution dans laquelle les frottements sont remplacés par du roulement, ALORS le gain devrait être significatif.   Et les solutions existent !


Objectifs

Avant de me lancer dans la conception d'un moteur, les objectifs des recherches présentées ici sont:

  1. Calculer (et comparer) la puissance théorique des 3 types de Stirling qui auraient la même cinématique et les mêmes volumes caractéristiques.
  2. Comparer l'influence de diverses cinématiques sur la puissance (à volumes caractéristiques identiques) sans préjuger du type de moteur sur lequel l'adapter.

 

Avec cette étude, on saura quel moteur fabriquer, et avec quelles caractéristiques de volumes.

La conception d'un moteur visera directement le bon compromis,

selon le cahier des charges que chacun se donnera ...

Le progrès est en marche !