Moteur Stirling - Stirling engine

Le moteur Stirling est un moteur à énergie externe. Le fluide principal est un gaz soumis à un cycle comprenant quatre phases : chauffage isochore (à volume constant), détente isotherme (à température constante), refroidissement isochore puis compression isotherme. On l'appelait au début « moteur à air chaud », mais ce nom a vite été abandonné car il existe un autre moteur à air chaud.

Robert Stirling a inventé en 1816 le moteur à air chaud mais, pour améliorer son efficacité, l'a muni d'une modification suffisamment importante pour lui donner un réel développement : un régénérateur entre les deux pistons qui a considérablement amélioré sa performance.

Peu connu du grand public, ce moteur a cependant quelques avantages. Il fut répandu au temps de la domination des machines à vapeur qui présentaient parfois le grave défaut d'exploser et de faire des victimes.

Le principe est relativement simple : le fluide principal qui produit un travail est un gaz (air, hydrogène ou hélium) soumis à un cycle comprenant quatre phases : chauffage isochore (à volume constant), détente isotherme (à température constante), refroidissement isochore puis compression isotherme.

Certains utilisent des poêles à bois inversés ou des Rocket Stoves pour y intégrer des Moteurs Stirling et produire de l'électricité en même temps que leur chauffage ...

Quelques autre exemples de moteurs stirling avec des Rocket Stoves ...

• ici : https://2bamboo.jimdo.com/conseils/rocket-stove-poele-fusee-poele-dragon-poele-de-masse/stirling-engine-and-roket-stoves/

D'autres en montent sur des paraboles solaires ... Comme celui ci :

Les avantages du moteur Stirling :

Produisant peu de vibration grâce à l'absence d'explosion, l'absence de valves qui s'ouvrent et se ferment, l'absence de gaz qui s'échappent. Cela le rend silencieux et réduit les contraintes mécaniques.

En plus de la pollution sonore réduite, l'absence d’échange de gaz avec le milieu extérieur le rend utile dans les milieux pollués, ou les milieux où il ne faut pas amener de matière étrangère.

Entretien facile : du fait de son absence d'échange de matière avec son environnement et l'absence de réaction chimique interne, ce moteur se détériore moins qu'un moteur à combustion interne.

Bon rendement : il peut avoisiner les 40 %6, tandis que le rendement d'un moteur à explosion pour usage automobile peut atteindre 35 % pour l'essence et 42% pour le diesel. Les moteurs électriques, dont le rendement peut certes atteindre 99 %, ne sont pas comparables, car l'électricité est une forme d'énergie dont la qualité n'est pas comparable à celles thermiques et/ou chimiques utilisées pour les moteurs Stirling ou à explosion (voir la notion d'exergie). Par ailleurs, l'électricité est difficile à stocker et à transporter avec un rendement proche de 100 %, ce qui est une limite forte pour certaines applications. On peut également discuter du niveau de comparabilité des sources d'énergies utilisées entre moteur Stirling et moteur à explosion, et surtout des écarts de température entre source froide et source chaude pour lesquels sont annoncés les pics de rendement, relativement au pic de rendement de Carnot.

Inversible. Le cycle de Stirling est inversible: un moteur Stirling entraîné par un autre moteur devient une pompe à chaleur capable de refroidir à -200 °C ou de chauffer à plus de 700 °C, selon le sens d'entraînement. Ceci, sans employer de gaz spéciaux avec des propriétés leur étant spécifiques, et qui leur confèrent des inconvénients pratiques ou chimiques (comme le fréon des machines frigorifiques d'anciennes générations, destructeur de la couche d'ozone). En pratique, d'ailleurs, c'est la fonction de pompe à chaleur efficace qui permet à quelques machines d'exister.

Multi-source. Du fait de son mode d'alimentation en chaleur ce moteur peut fonctionner à partir de n'importe quelle source de chaleur (combustion d'un carburant quelconque, solaire, nucléaire, ou encore chaleur humaine)

Pollution potentiellement plus faible. La chaleur venant de l'extérieur, il est possible, grâce aux énergies non fossiles, de la fournir de façon moins polluante que dans bien des moteurs thermiques dans lesquels la combustion est imparfaite.

On peut trouver des unités de cogénération actuelement dans le commerce ...

En voici un exemple :

http://www.qnergy.com/

La Nasa étudia et fit des tests en 1992 sur les Moteurs Stirling sur des véhicules ....

(Archive Vidéo)

Premier générateur stirling solaire européen de 10 Kw ...

Développé par un consortium Germano-Espagnol en 2001

et mis en activité à Milan, Italie.

(Archive Vidéo)

Doc .pdf : https://solutionera.jimdo.com/pdf-doc-mde-archives/stirling-engine-moteur-stirling/stirling-solar-generator-eurodish-g%C3%A9n%C3%A9rateur-solaire-stirling-eurodish/

Le  Record Mondial du système parabolique solaire stirling de 25 Kw ... à été établi en 1984 !!!

par l'unité Vanguard 1 ... fabriqué et assemblé à Los Angeles, California, et Malmoe, Sweden.

Installé et testé à Rancho Mirage, Californie.

(Archive Vidéo)

https://www.researchgate.net/publicat...

Et de nos jours... Nous pouvons nous équiper d'unités comme celles ci :

Ils existe plusieurs types de moteur Stirling ...

•  Stirling alpha
•  Stirling bêta
•  Stirling gamma

Un moteur Stirling alpha contient deux pistons de puissance séparés, un piston « chaud », et un piston « froid ». Le piston chaud est situé près de l'échangeur avec la plus haute température, et le piston froid est situé près du point d'échange de température la plus basse.

Ce type de moteur a un ratio puissance-volume très élevé, mais a des problèmes techniques, liés (fréquemment) aux températures trop élevées du piston chaud pour ses joints.

Un moteur Stirling bêta utilise également un volume de gaz délimité entre deux pistons. Ces deux pistons combinent :

• un mouvement relatif lors du changement de volume du gaz ;
• un mouvement commun qui déplace ce volume de la partie chaude vers la partie froide, et vice-versa.

Les volumes situés de l'autre côté des pistons ne sont pas fonctionnels. Sur l'illustration du haut de page, on aperçoit d'ailleurs l'orifice de communication de l'un de ces volumes avec l'extérieur. Les pistons sont donc tous les deux étanches. Le principe du moteur beta s'approche en réalité de celui du moteur gamma, à la différence que les deux zones chaude et froide sont situées dans le même cylindre. Les avantages sont la compacité et l'absence de perte aérodynamique ; l'inconvénient principal provient des pertes thermiques par conduction.

Un moteur Stirling gamma est un moteur stirling doté d'un piston de puissance et d'un piston jouant à lui seul le rôle de déplaceur. Seul le piston moteur dispose d'un système d'étanchéité.

Le déplaceur occupe successivement la zone chaude et la zone froide, chassant à chaque fois le gaz vers la zone opposée. Les variations de température que le gaz subit alors engendrent des variations de pression qui mettent en mouvement le piston moteur.

Certains moteurs Gamma ont un déplaceur étanche : le gaz emprunte donc un circuit externe pour passer d'une zone à l'autre ; il est alors possible de placer un régénérateur sur ce circuit extérieur, augmentant le rendement.

Un moteur à piston libre et à alternateur linéaire, a été inventé par le thermodynamicien Hubert Juillet et breveté à l'INPI le 4 septembre 1967 sous le n° P.V.190063.

Ce moteur a été modifié par la suite en y ajoutant des pièces élastiques en remplacement de pièces mécaniques et opérant sous un cycle Stirling. (dessin de la NASA)