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Applications du moteur Stirling

Applications du moteur Stirling

Les applications du moteur Stirling peuvent être divisées en trois catégories principales:

  • Propulsion mécanique
  • Chauffage et climatisation
  • Systèmes de production d'énergie

Un moteur Stirling est un moteur thermique qui fonctionne par compression cyclique et expansion de l'air ou d'un autre gaz, le fluide de travail. Pendant le cycle de Stirling, il y a une conversion nette de la chaleur en travail mécanique. Le moteur à cycle de Stirling fonctionne également en marche arrière, en utilisant une entrée d'énergie mécanique pour entraîner le transfert de chaleur en sens inverse (c.-à-d. Une pompe à chaleur ou un réfrigérateur).

Génération d'énergie électrique par un moteur Stirling

Énergie nucléaire

Il existe un potentiel pour les moteurs de propulsion nucléaire Stirling dans les centrales électriques. Le remplacement des turbines à vapeur des centrales nucléaires par des moteurs Stirling pourrait simplifier l'usine, produire une plus grande efficacité et réduire les sous-produits radioactifs. Plusieurs modèles de réacteurs surgénérateurs utilisent du sodium liquide comme réfrigérant. Si la chaleur doit être utilisée dans une centrale à vapeur, un échangeur de chaleur eau / sodium est nécessaire, ce qui est préoccupant car le sodium réagit violemment avec l'eau. Un moteur Stirling élimine le besoin d'eau dans n'importe quelle partie du cycle. Cela aurait des avantages pour les installations nucléaires dans les régions sèches.

Énergie solaire

Le moteur Stirling est situé au centre d'un miroir parabolique, un moteur Stirling peut convertir l'énergie solaire en électricité avec une meilleure efficacité que les cellules photovoltaïques non concentrées, et comparable au photovoltaïque concentré.

Chaleur et puissance combinées

Dans un système de production combinée de chaleur et d'électricité (PCCE), l'énergie mécanique ou électrique est générée de la manière habituelle, cependant, la chaleur résiduelle émise par le moteur est utilisée pour fournir une application de chauffage secondaire. Cela peut être pratiquement tout ce qui utilise la chaleur à basse température. Il s'agit souvent d'une utilisation d'énergie préexistante, comme le chauffage des locaux commerciaux, le chauffage de l'eau résidentiel ou un procédé industriel.

Les centrales thermiques du réseau électrique utilisent du carburant pour produire de l'électricité. Cependant, il y a de grandes quantités de chaleur perdue qui ne sont souvent pas utilisées. Dans d'autres situations, le combustible de haute qualité est brûlé à haute température pour une application à basse température. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, un moteur thermique peut générer de l'énergie à partir de cette différence de température. Dans un système de cogénération, la chaleur primaire à haute température pénètre dans le réchauffeur du moteur Stirling, puis une partie de l'énergie est convertie en énergie mécanique dans le moteur et le reste dans le refroidisseur, où il sort à basse température. La chaleur «résiduelle» provient en fait du refroidisseur principal du moteur, et éventuellement d'autres sources telles que l'échappement du brûleur, s'il y en a un.

La puissance produite par le moteur peut être utilisé pour exécuter un processus industriel ou agricole, qui à son tour génère des déchets de la biomasse des déchets qui peut être utilisé comme combustible libre pour le moteur, ce qui réduit les coûts d'élimination des déchets. Le processus général peut être efficace et rentable.

Moteur Strirling pour la production mécanique et la propulsion

Moteurs de voitures

On dit souvent que le moteur Stirling a un rapport puissance / poids trop bas, un coût trop élevé et un temps de démarrage trop long pour les applications automobiles. Ils ont aussi des échangeurs de chaleur complexes et coûteux. Un refroidisseur Stirling devrait rejeter deux fois plus de chaleur qu'un moteur Otto ou un radiateur de moteur diesel.

Le réchauffeur doit être en acier inoxydable, en alliage exotique ou en céramique pour résister à des températures de chauffage élevées nécessaires à une densité de puissance élevée et pour contenir du gaz hydrogène souvent utilisé dans les wagons Stirling pour maximiser la puissance. La principale difficulté à l'utilisation du moteur Stirling dans une application automobile sont le temps de démarrage, la réponse d'accélération, le temps libre et le poids, ils ne sont pas toutes les solutions toutes prêtes.

Moteurs d'avions

Les moteurs Stirling peuvent être théoriquement prometteurs en tant que moteurs d'aviation, si une densité de puissance élevée et un faible coût peuvent être atteints. Ils sont plus silencieux, moins polluants, gagnent en efficacité avec l'altitude en raison des températures ambiantes plus basses, sont plus fiables en raison du moins de pièces et de l'absence de système d'allumage, produisent beaucoup moins de vibrations (les fuselages peuvent durer plus longtemps) et utiliser des carburants plus sûrs et moins explosifs. Cependant, le moteur Stirling a souvent une faible densité de puissance par rapport au moteur Otto couramment utilisé et à la turbine à gaz Brayton. Ce problème a été une source de discorde dans les automobiles, et cette caractéristique de performance est encore plus critique dans les moteurs d'avion.

Véhicules électriques

Les moteurs Stirling faisant partie d'un système de propulsion électrique hybride peuvent éviter les défis de conception ou les désavantages d'une voiture Stirling non hybride.

En novembre 2007, le projet Precer en Suède a annoncé un prototype de voiture hybride avec du biocarburant solide et un moteur Stirling.

Moteurs marins

Le moteur Stirling pourrait convenir aux systèmes d'énergie immergés où des travaux électriques ou mécaniques sont requis à un niveau intermittent ou continu. General Motors a effectué une quantité considérable de travail sur les moteurs à cycle avancé de Stirling qui incluent le stockage thermique pour des applications sous-marines. United Stirling, à Malmö, en Suède, développe un moteur expérimental à quatre cylindres qui utilise du peroxyde d'hydrogène comme oxydant dans les systèmes d'alimentation sous-marine.

Moteurs de pompe

Les moteurs Stirling peuvent entraîner des pompes pour déplacer des fluides tels que l'eau, l'air et les gaz. Par exemple, la puissance de sortie ST-5 de Stirling Technology Inc. de 5 chevaux (3,7 kW) peut faire fonctionner une génératrice de 3 kW ou une pompe à eau centrifuge.

Chauffage et climatisation

S'il est alimenté mécaniquement, un moteur Stirling peut fonctionner en marche arrière comme une pompe à chaleur pour chauffer ou refroidir. À la fin des années 1930, Philips Corporation des Pays-Bas a utilisé avec succès le cycle de Stirling dans des applications cryogéniques. Les expériences ont été réalisées en utilisant l'énergie éolienne entraînant une pompe à chaleur à cycle Stirling pour le chauffage domestique et la climatisation.

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Dernier examen: 7 mai 2018

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