Le moteur Ericsson : une technologie à privilégier

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Marianne Beauregard
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1 Le moteur Ericsson : une technologie à privilégier A. TOURE, A. FULA, P. STOUFFS, Université de Pau et des Pays de l Adour, France L. DANDO, Ingénieur Consultant, Alzen, France D. MARQUET, France Télécom RD, France 1

2 REMERCIEMENTS UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Travaux réalisés grâce au concours financier de : Projet MiCoDo (PIE CNRS) France Télécom (Didier Marquet) Conseil Régional d Aquitaine Services de Coopération et d Action Culturelle 2

3 PLAN Introduction Qu est-ce qu un moteur Ericsson? Intérêt par rapport au moteur Stirling et aux moteurs à combustion interne Résultats théoriques récents Modélisation (thèse Abdou Touré, 18 novembre 2010) Simulation dynamique (thèse Frédéric Lontsi, 8 décembre 2010) Le prototype Présentation et premiers résultats expérimentaux Conception (Luc DANDO) Conclusion générale 3

4 INTRODUCTION La famille des moteurs à air chaud STIRLING 1816 ERICSSON 1833 ERICSSON

5 INTRODUCTION La famille des moteurs à air chaud Q h Q c Fluide de travail monophasique gazeux H R K Apport de chaleur externe 5 espaces de travail E C E expansion K Q c H heater H R R regenerator or recuperator Q h K cooler C compression E C 5

6 INTRODUCTION Qu est-ce qu un moteur Ericsson? K Q c Q h Q c H R H R K Q h E C E C Avec soupapes ERICSSON Sans soupapes STIRLING 6

7 INTRODUCTION Qu est-ce qu un moteur Ericsson? Dans sa version la plus simple : TAG dont on a remplacé les turbomachines par des machines piston/cylindre Moteur volumétrique alternatif basé sur un cycle de JOULE! 7

8 INTRODUCTION Ericsson ou Stirling? K Q c Q h Q c H R H R K Q h E C E C ERICSSON: les échangeurs ne sont pas des volumes morts ERICSSON: le circuit fluide est une boucle ; modélisation précise possible ; récupérateur = échangeur à contre-courant ERICSSON supprime «l aberration thermique» du Stirling ERICSSON: les soupapes peuvent être utilisées pour le contrôle/commande du moteur 8

9 INTRODUCTION Ericsson ou Stirling? K Q c Q h Q c H R H R K Q h E C ERICSSON: le type de mouvement relatif des pistons n a pas d importance (recours à des cinématiques simples) ERICSSON: nécessité des organes de fermeture E C Ericsson vs MCI : mêmes avantages que le Stirling : utilisation de tous types de source de chaleur, plus simple, plus silencieux, moins de maintenance... 9

10 INTRODUCTION Intérêt renouvelé pour des applications de Micro-cogénération Conversion de l énergie solaire Conversion de la biomasse Production d électricité en site isolé 10

11 INTRODUCTION UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Applications de télécommunication : utilisation directe de la chaleur de l'énergie solaire concentrée, d'un biocombustible ou d'un combustible fossile, d'un récupérateur de chaleur ou bien la chaleur indirecte d'un stockage de chaleur. possibilité de systèmes solaires hybrides simples et à haut rendement. fiabilité et durée de vie accrue, maintenance réduite par rapport aux solutions communes utilisant un moteur à combustion interne et des batteries. 11

12 Rapport GSMA (Global System Mobile Association) Green Power for Mobile November 2010 : 1.6 Milliards de personnes sans électricité + 1 milliard avec un mauvais réseau Le réseau telecom s'étend plus vite que le réseau électrique à base de diésel, Mais le groupe électrogène Diesel coûte 50% plus cher en OPEX que l'énergie renouvelable en 2012, il y aurait stations sur diesel soit 15 G$/an Des milliers de nouvelles stations solaires sont installées chaque année et le remplacement de 50% des stations Diesels par du renouvelable a commencé en Inde, en Chine, en Afrique, etc. Orange a déployé environ 1000 stations GSM solaires ou hybrides, ce qui économise 10 M de litres de gazole par an Il est prévu de doubler le nombre de stations d'ici Le besoin moyen de puissance permanente s étend de 200 à 2000 W 12

13 RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation Rappel : cycle de JOULE à récupération 13

14 RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation Diagrammes indicateurs théoriques idéaux 14

15 RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation Adimensionalisation 15

16 RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation 16

17 RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation Il est préférable de recomprimer le volume mort du cylindre de détente! 17

18 18

19 19

20 Application à notre prototype : UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR 20

21 Application à notre prototype : UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Puissances Th E Net C 21

22 Application à notre prototype : UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR 22

23 RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : simulation dynamique Exemple : simulation d une brusque chute de pression à l admission du compresseur 23

24 RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : simulation dynamique Exemple : simulation d une brusque chute de pression à l admission du compresseur 24

25 LE PROTOTYPE Objectif à terme 3 kw à 950 tr/min 300 kpa 650 C Alésage du cylindre de détente : 254 mm Course du piston : 129 mm 25

26 LE PROTOTYPE Caractéristiques principales du premier prototype 300 kpa 650 C Cylindrée du cylindre de détente : 0.65 dm 3 Cylindrée du cylindre de compression : 0.28 dm 3 Alésage du cylindre de détente : 80 mm Course du piston : 129 mm Vitesse de rotation maximum : 950 tr/min 26

27 LE PROTOTYPE Seule la partie chaude (cylindre de détente) a été testée jusqu à présent UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Actuellement, mise au point de l ensemble du moteur et du banc 27

28 Résultats Puissance indiquée du cylindre de détente UNIVERSITÉ DE PAU ET DES PAYS DE L'ADOUR Puissance indiquée [W] P ind. à 310 C P ind. à 400 C P ind. à 500 C P. ind. moyenne n [tr/min] 28

29 Résultats Puissance à l arbre du cylindre de détente P. arbre à 310 C P. arbre à 400 C P. arbre à 500 C P. arbre moyenne

30 Résultats Puissance indiquée du cylindre de détente : 1160 W à 950 tr/min (valeur attendue : 1142 W) 73,3 J/cycle Puissance à l arbre du cylindre de détente : 1003 W à 950 tr/min (valeur attendue : 1028 W) Rendement mécanique moyen : 0,87 30

31 CONCEPTION du PROTOTYPE...par Luc DANDO 31

32 CONCLUSION GÉNÉRALE Approche combinée : modélisation, simulation dynamique, expérimentale Des premiers résultats expérimentaux qui confirment l intérêt de la technologie Importance d une collaboration étroite et d un dialogue constant : approche thermodynamique conception et réalisation mécanique 32

33 Merci de votre attention! 33

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