le moteur ericsson : une technologie à...

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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

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LaTEP

Cinquièmes Journées micro-cogénération, 26-27 janvier 2011

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REMERCIEMENTS

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

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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

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INTRODUCTION La famille des “moteurs à air chaud”

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STIRLING

1816

ERICSSON

1833

ERICSSON

1853

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INTRODUCTION

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La famille des “moteurs à air chaud”• Fluide de travail monophasique gazeux

• Apport de chaleur externe

• 5 ‘espaces de travail’

• E expansion

• H heater

• R regenerator or recuperator

• K cooler

• C compression

QcQh

R

E

H K

C

Qh

Qc

E C

RH

K

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INTRODUCTION Qu’est-ce qu’un moteur Ericsson?

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Qh

Qc

E C

RH

K

Avec soupapes

‘ERICSSON’

QcQh

R

E

H K

C

Sans soupapes

‘STIRLING’

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INTRODUCTION

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• 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 !

Qu’est-ce qu’un moteur Ericsson?

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INTRODUCTION

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Ericsson ou Stirling ?

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

Qh

Qc

E C

RH

K QcQh

R

E

H K

C

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INTRODUCTION

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Ericsson ou Stirling ?

Qh

Qc

E C

RH

K QcQh

R

E

H K

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

Ericsson vs MCI : mêmes avantages que le Stirling : utilisation de tous types de source de chaleur, plus simple, plus silencieux, moins de maintenance...

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INTRODUCTION

Intérêt renouvelé pour des applications de

• Micro-cogénération

• Conversion de l’énergie solaire

• Conversion de la biomasse

• Production d’électricité en site isolé

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INTRODUCTION

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 indirected'un stockage de chaleur.

• possibilité de systèmes solaires hybrides simples et à hautrendement.

• fiabilité et durée de vie accrue, maintenance réduite parrapport aux solutions communes utilisant un moteur àcombustion interne et des batteries.

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• 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 640 000 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 2015. • Le besoin moyen de puissance permanente s’étend de

200 à 2000 W

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RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation

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Rappel : cycle de JOULE à récupération

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RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation

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Diagrammes indicateurs théoriques idéaux

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RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation

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Adimensionalisation

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RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation

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RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : modélisation

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Il est préférable de recomprimer le volume mort du cylindre de détente !

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Application à notre prototype :

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Application à notre prototype :

C

Net

Th

E

Puissances

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Application à notre prototype :

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RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : simulation dynamique

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Exemple : simulation d’une brusque chute de pression à l’admission du compresseur

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RÉSULTATS THÉORIQUES RÉCENTS : simulation dynamique

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Exemple : simulation d’une brusque chute de pression à l’admission du compresseur

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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

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LE PROTOTYPE

Caractéristiques principales du premier prototype

• 300 kPa• 650 °C• Cylindrée du cylindre de détente : 0.65 dm3

• Cylindrée du cylindre de compression : 0.28 dm3

• Alésage du cylindre de détente : 80 mm

• Course du piston : 129 mm

• Vitesse de rotation maximum : 950 tr/min

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LE PROTOTYPE

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Seule la partie chaude (cylindre de détente) a été testée jusqu’à présent

Actuellement, mise au point de l’ensemble du moteur et du banc

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Résultats

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300 400 500 600 700 800 900 1000300

400

500

600

700

800

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1300

n [tr/min]

Pui

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W]

P ind. à 310 °CP ind. à 400 °CP ind. à 500 °CP. ind. moyenne

Puissance indiquée du cylindre de détente

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Résultats

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300 400 500 600 700 800 900 1000300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

P. arbre à 310 °CP. arbre à 400 °CP. arbre à 500 °CP. arbre moyenne

Puissance à l’arbre du cylindre de détente

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Résultats

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• 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

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CONCEPTION du PROTOTYPE

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...par Luc DANDO

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CONCLUSION GÉNÉRALE

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• 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

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Merci de votre attention !

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