Stirling pour solaire

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Téji
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Stirling pour solaire




par Téji » 09/05/17, 11:45

Bonjour à vous,

je cherche un moyen simple et compact pour tester du Stirling solaire, et je suis arrivé sur le concept suivant, sur l'idée d'utiliser des genre de refroidisseurs ou 'heatsink' à ailettes / picots. ça s'apparente à un bêta, où le rhomboïde est remplacé par une came : ça me paraît plus simple à réaliser (y compris en impression 3D...). La came est associée, vous vous en doutez, à une génératrice.
Le radiateur supérieur type picots (2 séries de rainures à 90°) est soumis à du solaire concentré (ici en rouge pour symboliser le chaud, mais peint en noir mat). Sa face inférieure est aussi rainurée pour meilleure diffusion de la chaleur, avec une dépouille pour chasser l'air, le volume mort étant réduit au minimum. Même chose en dessous...
Le déplaceur est en 2 parties séparées par 40mm de laine de roche, avec un chanfrein qui permet au gaz de passer en fond de rainures vers l'autre face. Le pourtour est occupé par de la paille d'inox qui joue le rôle de régénérateur.
Le piston de travail en bas est équipé d'un bloc refroidisseur genre watercooling.
Le tout dans une 'chemise' en tube inox 200mm type fumisterie.
Le déplaceur et le piston sont guidés par une came cylindrique. 2 sinusoïdes par tour, pour 2 supports symétriques. Le décalage est ici de 45°, pourrait être mis à 40° pour correspondre au #80° du rhomboïde classique bêta.
On peut envisager une double rainure pour contrôler séparément les cinématiques du déplaceur et du piston, et optimiser le cycle Stirling...

Cette approche vous paraît-elle cohérente ? Je suis curieux de vos critiques ;-)

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chatelot16
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Re: Stirling pour solaire




par chatelot16 » 09/05/17, 18:56

l'idée de mettre des ailette dans la partie chaude et dans la partie froide m'est deja passé par la tête ... mais ce n'est pas forcement la meilleure : une autre solution est de mettre un echangeur de chaleur chaud entre le cylindre chaud et le regenerateur ... et un echangeur de chaleur froid entre le regenerateur et le cylindre froid

en reflechissant bien ce n'est pas une fois que le gaz est dans le volume au dessus du deplaceur qu'il faut le chauffer : il vaut mieux le chauffer en sortant du regenerateur pour etre sur que le volume au dessus du deplaceur se remplisse uniquement avec du gaz chaud

avantage de chauffer par un echangeur et non par un truc integré dans la mecanique : l'ecahngeur peut monter en temperature a la limite de la tenue des matériaux sans avoir peur de dilatation et deformation , ce qui n'est pas le cas d'ailette dans une culasse devant s'ajuster au piston

reste le probleme principal : trouver une application rentable au stirling : pour le solaire le stirling a perdu toutes les bataille : le photovoltaique est la a prix raisonable , le stirling n'a plus aucune chance d'etre rentable

pour les temperature moyenne genre chaudiere a vapeur les machines a vapeur on définitivement gagné : plus puissant pour la même dimension ... ou plus petit et moins cher pour la même puissance

pour des temperature ou la vapeur d'eau n'est pas optimum il y a les gaz frigorifique des pompes a chaleur : le fonctionnement de machine frigorifique est comparable au stirling : on pourait faire des machine frigorifique stirling : si on n'en fait pas pour le frigorifique ou les congelateur c'est que le stirling est plus cher

il y a bien des stirling frigorifique pour la liquefaction des gaz : j'ai vu une description d'un stirling pour faire de l'azote liquide a l'université de strasbourg : un stirling fabriqué par philips , pas un bricolage , mais un truc parfaitement etudié ... justement avec partie chaude et froide par des echangeur
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Téji
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Re: Stirling pour solaire




par Téji » 10/05/17, 11:46

Merci chatelot16 pour ces remarques constructives !

je commence par replacer le cadre principal...
reste le probleme principal : trouver une application rentable au stirling : pour le solaire le stirling a perdu toutes les bataille : le photovoltaique est la a prix raisonable , le stirling n'a plus aucune chance d'etre rentable

mon problème n'est pas industriel, c'est que je ne peux fabriquer moi-même de cellule photovoltaïque !
me semblent idéalement plus abordables des réalisations de ce type, moteurs lents (qqs Hz), diamètre #1m en ordre de grandeur
essai de gros Stirling basse temp. : 2kW solaire (pas ou peu concentré)
SunPulse 500W
en attendant, se faire la main sur un petit système aiguise ma curiosité...

l'idée de mettre des ailette dans la partie chaude et dans la partie froide m'est deja passé par la tête ... mais ce n'est pas forcement la meilleure : une autre solution est de mettre un echangeur de chaleur chaud entre le cylindre chaud et le regenerateur ... et un echangeur de chaleur froid entre le regenerateur et le cylindre froid
en reflechissant bien ce n'est pas une fois que le gaz est dans le volume au dessus du deplaceur qu'il faut le chauffer : il vaut mieux le chauffer en sortant du regenerateur pour etre sur que le volume au dessus du deplaceur se remplisse uniquement avec du gaz chaud
avantage de chauffer par un echangeur et non par un truc integré dans la mecanique : l'ecahngeur peut monter en temperature a la limite de la tenue des matériaux sans avoir peur de dilatation et deformation , ce qui n'est pas le cas d'ailette dans une culasse devant s'ajuster au piston

ces remarques sont très cohérentes, mais le gain en rendement a - a priori - pour corolaire une complexification à la réalisation : je cherche une réalisation la plus simple possible... mais je vais creuser...

pour les temperature moyenne genre chaudiere a vapeur les machines a vapeur on définitivement gagné : plus puissant pour la même dimension ... ou plus petit et moins cher pour la même puissance

cela peut être une piste : le solaire concentré permet d'atteindre de bonnes températures, et de passer de l'eau en phase vapeur (le premier moteur ci-dessus tourne à 180°)

pour des temperature ou la vapeur d'eau n'est pas optimum il y a les gaz frigorifique des pompes a chaleur : le fonctionnement de machine frigorifique est comparable au stirling : on pourait faire des machine frigorifique stirling : si on n'en fait pas pour le frigorifique ou les congelateur c'est que le stirling est plus cher

pas possible pour moi de 'bricoler' avec des gaz frigorifiques :-/
àmha la non-utilisation courante du Stirling pour ces usages est dû à la facilité et au silence du moteur électrique accouplé à un compresseur frigo, scellés et super-fiable

il y a bien des stirling frigorifique pour la liquefaction des gaz : j'ai vu une description d'un stirling pour faire de l'azote liquide a l'université de strasbourg : un stirling fabriqué par philips , pas un bricolage , mais un truc parfaitement etudié ... justement avec partie chaude et froide par des echangeur

à ma connaissance, le super-froid est LE domaine du Stirling...
J'ai d'ailleurs vu un petit groupe Stirling à piston libre utilisé dans des glacières : plus efficace et puissant qu'un Peltier !
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Re: Stirling pour solaire




par Gaston » 10/05/17, 12:15

Téji a écrit :J'ai d'ailleurs vu un petit groupe Stirling à piston libre utilisé dans des glacières : plus efficace et puissant qu'un Peltier !
Plus efficace, oui.
Plus puissant... pas vraiment : ce Stirling pèse 1,9 kg pour une puissance thermique de 40W (et une consommation de 50W) alors que ce module Peltier pèse 1,8 kg pour la même puissance (et une consommation de 70W).

A puissance comparable, le Stirling est bien plus bruyant, complexe (sans parler de l'électronique de contrôle) et cher qu'un Peltier...


Au final, le Stirling ne se justifie par rapport aux autres solutions que par son rendement élevé... qui nécessite une construction de haute précision (et généralement un fonctionnement à l'Helium, voire à l'Hydrogène).
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Re: Stirling pour solaire




par izentrop » 11/05/17, 00:00

Bonjour,
Un peltier de 40 w aura du mal à maintenir +4° par une température extérieure de 25° (pompe à bière), alors qu'une glacière stirling est capable de maintenir une température de -40° avec 48W de consommation http://fpsc.twinbird.jp/legacy/en/catalog_SC-DF25.pdf
Mais pas à la portée de toutes les bourses https://www.amazon.com/gp/product/B008B ... ullets-btf

Un modèle grand public congélateur à - 18° par température extérieure de 30° http://fpsc.twinbird.jp/legacy/en/sc_c925_box_e.html
Par contre, je n'ai pas trouvé son prix ni si il était commercialisé ?
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