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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Unité de puissance avec moteur Stirling basse température et tube vortex. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives La conversion de l'énergie thermique à basse température en chaleur industrielle est possible à l'aide d'une pompe à chaleur ou d'un moteur à cycle Stirling. Les pompes à chaleur à cycle de Stirling sont largement couvertes dans la littérature ; on considère ici l'utilisation d'un tube vortex, qui permet, grâce à l'effet Ranque-Hilsch, d'obtenir de la chaleur à une température suffisante pour le chauffage et du froid pour les groupes frigorifiques. Le schéma général de l'installation est illustré à la fig. 2.4.1. Comme source de chaleur, la chaleur des eaux usées, la chaleur des réservoirs, la chaleur de la terre (puits) peuvent être utilisées. Le transfert de chaleur vers la partie chauffée du moteur Stirling est effectué par un caloduc. Le refroidisseur est un environnement à basse température - air atmosphérique en hiver, masse de glace stockée en été. Le moteur à cycle de Stirling peut être un moteur à pistons libres Beale ou un moteur entraîné par diaphragme. Les caractéristiques de ces moteurs diffèrent des moteurs à manivelle; ils sont complètement hermétiques, ce qui permet l'utilisation de presque tous les fluides de travail.
Moteur fig. 2.4.2. se compose de trois éléments principaux : un piston de travail lourd, un plongeur léger et un cylindre avec joints. La cavité de travail est située au-dessus du piston et est divisée en une cavité de compression entre le piston de travail et le plongeur et une cavité d'expansion - au-dessus du plongeur. La cavité d'expansion interagit avec le réchauffeur, la cavité de compression interagit avec le refroidisseur. Le moteur (dans ce schéma) est utilisé comme compresseur de gaz, c'est-à-dire le piston de travail oscillant fait également office de piston compresseur. Les études réalisées sur ce type de moteur (Agbi, 1971) ont montré son fonctionnement tout à fait satisfaisant. Encore plus prometteur pour ce schéma est un moteur de compresseur à membrane avec une étanchéité absolue de la cavité du moteur. Une analyse du rendement thermodynamique du cycle d'un moteur Stirling à basse température par rapport aux conditions normales révèle, comme attendu, des paramètres de fonctionnement faibles : par exemple, à une température de chauffe de 300 K et une température de liquide de refroidissement de 250 K, le rendement thermique n'est que de 17 %, mais compte tenu du fait que la chaleur renouvelable basse température perdue est traitée ici, le système devient assez compétitif.
L'utilisation d'un fluide de travail à deux phases dans le moteur est particulièrement intéressante. La théorie du moteur Stirling montre que pour augmenter la puissance spécifique du moteur, il est nécessaire d'augmenter la pression moyenne du processus de travail. Le rapport des volumes de travail Vmax / Vmin pour de tels moteurs dépasse rarement 2-2,5 et les changements de pression sont entièrement déterminés par ces chiffres. A une pression inférieure égale ou proche de la pression atmosphérique, la pression supérieure ne dépasse pas 0,3-0,5 MPa. Cependant, les fluides de travail à deux phases - par exemple (butadiène-1,3, dont le point d'ébullition est de 4,4°AVEC; ammoniac - 33°DE; cis- et trans-Butène-2 +3 et 0, respectivement°C, etc.) permettent d'obtenir une pression moyenne de cycle plus élevée. Pour tout fluide de travail, le volume spécifique de liquide est bien inférieur au volume de vapeur saturée. Avec une augmentation de la pression moyenne, la puissance de sortie augmente et le transfert de chaleur à travers les processus d'évaporation et de condensation s'améliore. Ainsi, lors de l'utilisation d'un fluide de travail à deux phases, il est possible d'augmenter la puissance de travail de 2 à 3 fois aux mêmes limites de température. Les avantages bien connus du moteur Stirling - fonctionnement silencieux, absence d'émissions nocives, étanchéité et absence de vibrations - sont particulièrement précieux dans ce schéma, car ils permettent de placer l'unité de puissance à proximité des logements . Le tube vortex est aujourd'hui l'outil le plus simple et le plus étudié pour la production simultanée de chaud et de froid. Le rapport entre les débits de gaz chaud et froid est tout simplement régulé, c'est-à-dire En hiver, la majeure partie de l'énergie est dépensée pour le chauffage, en été pour le refroidissement.
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