Moteur Quasiturbine Stirling (Sterling)
Moteur à Vapeur-cycle-court
Moteur à Air Chaud Rotatif
Pompe à Chaleur
Jusqu'à 16 fois plus de puissance qu'un piston avec une chambre de
volume comparable!
Étude de cas pour une unité de 50 kW
(67 cv)
(Modes hélium ou eau-vapeur / Moteur Quasiturbine Stirling
Vapeur)
Un nouveau Stirling à gaz ou à
liquide, puissant et compact comme moteur, pompe à chaleur & cryogénique
pour usage dans les sous-marins, les gradients
thermiques de l'espace, les véhicules...
par co-génération, radio-isotope ou solaire.
* * * * *
Un moteur Stirling sera toujours un moteur Stirling.
L'objectif n'est pas de compétitionner avec d'autres types de machine, mais
avec d'autres moteurs Stirling.
Les moteurs Stirling offrent des avantages environnementaux dans des usages
particuliers.
* * * * *
Considérez une Quasiturbine sans fenêtre d'admission ni d'échappement,
où toutes les chambres sont remplies avec la même quantité d'un gaz
compressible,
et supposez que deux cadrans opposés soient maintenus chauds,
alors que les deux autres seront gardés froides.
Le lancement de la rotation va déplacer le gaz
froid (ou l'eau) dans la région chaude
où il va (s'évaporer) s'expandre et produire un couple moteur,
jusqu'à ce qu'il soit refroidi (condensé) à nouveau dans les cadrans suivants et ainsi
de suite.
Cette rotation est produite simultanément par deux circuits opposés de gaz,
chacun travaillant selon le principe du moteur thermique Stirling
(travail mécanique produit par un circuit fermé de
fluide simplement par un flux constant de chaleur entre
deux pôles froid et chaud,
par opposition aux moteurs-à-air-chaud qui sont des machines à
monopole-chaud,
puisqu'elles admettent généralement de l'air frais à la température ambiante
et laissent échapper leur gaz chaud résiduel).
Comme il y a un retard dans le changement de température du gaz,
il est en fait souhaitable d'appliquer la chaleur avec une légère avance sur
leurs quadrants respectifs.
Comme le gaz se déplace séquentiellement plutôt qu'alternativement entre les
zones de température différente,
la Quasiturbine Stirling est exemptée du besoin de régénérateur sans perte
d'efficacité,
ce qui en accroît sa puissance via une augmentation du RPM.
La Quasiturbine n'a pas non plus besoin d'un "déplaceur de gaz".
La Quasiturbine Stirling a besoin d'être lancée, et elle a un sens
privilégié de rotation.
Les pertes d'hydrogène et d'hélium (bonne
conductivité et meilleure pression par incrément de température)
sont connues comme les faiblesses des moteurs Stirling.
Dans la Quasiturbine Stirling, toute l'enceinte moteur est pressurisée à
l'hélium,
de sorte que les fuites inter-chambres sont automatiquement recyclées par
la région centrale,
et requiert seulement l'étanchéité d'un arbre tournant
(comparativement à l'étanchéité du va-et-vient de bielles pour le piston,
à moins de machines scellées, ce que la Quasiturbine peut aussi être).
Les moteurs Stirling sont aussi réputés lourds et encombrants,
ce que le concept Quasiturbine Stirling devrait permettre de contrer.
Quasiturbine Pompe à Chaleur
En entraînant cette machine avec un moteur extérieur,
elle va aussi déplacer la chaleur d'un cadran à l'autre.
Le gaz chaud comprimé donnera sa chaleur à un cadran,
alors que la détente suivante prélèvera de la chaleur (refroidissement) du
suivant.
En cycle inversé, ce dispositif est une boucle complète
et une "Quasiturbine Pompe à
Chaleur" avec échangeurs intégrés.
(Un tel dispositif aussi compact n'est pas possible avec le piston,
parce que la compression et la détente se produisent tous les deux au même
endroit physique,
ce qui n'est pas le cas avec la Quasiturbine)
De plus, aucun liquide ou gaz polluant n'est requis.
La partie thermalisée à l'air ou au liquide peut selon le cas être la chaude
ou la froide.
Concept Quasiturbine Stirling à 4 pôles
Quasiturbine Stirling à quatre pôles
La figure montre des longueurs et positions angulaires arbitraires des zones
chaudes et froides.
An alternate geometric arrangement would be to
use one lateral enlarged flat side engine cover
as a cold plate linked to the corresponding cold radial zone,
and the other lateral enlarged flat side engine cover as a hot plate linked to
the corresponding hot radial zone.
This would give a sandwich like compact disk engine with wide flat head
exchanger surfaces
particularly appropriate for solar free space applications (with cold shadow
side).
Electricity production generator with magnets
can be incorporated
into the Quasiturbine core to make the system a seal unit.
Furthermore, due to the high torque continuity resulting from the 16 pulses per
revolution,
the Quasiturbine Stirling can provide optimum no-controller-sine wave electrical
output,
without risking to over modulate the engine RPM or to stop the engine rotation
at instantaneous peak power.
Pourquoi la Quasiturbine Stirling est elle supérieure aux Stirling conventionnels?
The regenerator:
The Stirling is a class of engine able to produce mechanical energy from a constant heat
flow,
which the open Otto Cycle is not, having furthermore an intake and exhaust. The regenerator
is not mandatory in the Stirling engine, but when the gas flow alternatively from the hot to cold, to hot...
like in the piston Stirling engine, the regenerator is a temporary heat storage aimed at
increasing the "thermal efficiency" by energy-free preheating and
precooling. This may look good on the thermal balance sheet, but it is not so
good in the mechanical energy output because the regenerator add an extra volume
in the chamber (increasing the total gas mass), any preheating and precooling increases
the chamber charging pressure before the TDC, and this is mechanically counter
productive on the piston (gas chambers loading requires less mechanical energy
in absence of preheating and precooling, which make the regenerator less
effective that one may think?). Power increases with the extreme gas
temperature differences in the chamber between cold-gas-TDC intake and hot-gas-BTC
end, which means on mechanical point of view that the gas should get the coolest
possible in the hot chamber, and the hottest possible in the cold chamber (like
the Quasiturbine does). Sure the regenerator lower the thermal energy
consumption, but also the mechanical output, with limited effect on total
efficiency. Notice that the problem is not with the regenerator concept or existence,
but with the time frame in which they work, and also with the extra chamber
volume they often add to the pressure system. Furthermore, the regenerator add to time
constant in the process and lower the maximum engine speed. The removal of the regenerator with the
Quasiturbine is not for space/weight/power density considerations, but because there is never any flow back
since the gas
is progressing forward all the time, and there is further no real need here to
incorporate such a temporary heat storage called the "regenerator".
This is a typical conceptual case where the amount of knowledge in engine and
thermodynamic cannot replace the basic understanding.
Thermal transitional effect ( "hot and cold"
losses):
The fluid (gas or vapor) faces the "cold" side when it first begins to be heated by the hot side, and
similarly, the fluid faces the "hot" side when it first begins to be cooled.
It is important to notice that heat exchange is done radially, and not by convection from the
beginning to the end of the chamber. Consequently, when the fluid leave a chamber side for the next,
it is already at the "behind" side chamber temperature, and little happened to this fluid until it gets facing the next chamber side temperature plate. For this reason, the temporary
coexistence of the fluid in the two chambers during transitions is not a thermal
waste at all.
Torque continuity, RPM and Power:
Stirling cycle produces pressure variations seen by the piston alternatively as
pressure and vacuum. In good working condition, the Stirling piston is pushed
during gas heating and pull during gas cooling, but never those two forces act
upon the piston at the same time. Instantaneous resulting torque on piston is
more constant than internal combustion engine (but less powerful) because it has
2 positive contributions by revolution about 90 to 120 degrees in duration each,
that is one push and one pull. For each revolution of the Quasiturbine
rotor, each one of the four pivoting blades receives a push at the top and at
the bottom hot plate (approximate angular location), and a pull at the left and
the right cold plate, that is 8 pushes and 8 pulls, for a total of 16
torque impulses per rotation, which level out the instantaneous torque
fluctuations, increases the power density, and remove the need for a flywheel (further
reducing substantially the engine weight and size). Because each Quasiturbine
pivoting blade goes through 2 pushes per revolution compare to 1 for the piston,
the same time constant would means that the Quasiturbine rotor RPM would be half
of the piston equivalent machine. However, time constant in the Quasiturbine are
anticipated to be quite shorter, so that about the same RPM can fairly be
expected. Consequently, based on equal chamber volume, a Quasiturbine rotor will
produce up to 16 times more power than a piston (8 times due to the geometrical
frequency, and 2 times due to the RPM), and hopefully with less than 16 times
the heat flow... (and this does not take into account other valuable
improvements like the suppression of inter-chamber tubing connections which will
highly increase the maximum pressure and vacuum).
The inter-chamber tubing connections:
Conventional Stirling engine needs inter-chamber connecting pipes to carry the
gas to and from the cold and hot areas (displacer side spacing plays the same
role). Those pipes are passive extension of the compression chambers, and since
they are keep at a near constant intermediary temperature, their gas content do
not actively participates to the pushing effort, but rather attenuates them. The
Quasiturbine Stirling concept suppresses the need for such interconnecting
pipes, and allow for higher peak pressure in the chambers, and consequently
higher specific power density.
The Quasiturbine-Stirling operation:
This concept moves the gas around in a way which
suppresses the need for the regenerative device, which is quite imperfect in
other Stirling engines. It is the purpose of the Stirling to work by bringing
the most possible heat by gas absorption from the hot to the cold area. The
Quasiturbine concept does it frequently without regenerator, which is to be the
source of its higher power density. More there is heat moved by gas absorption,
higher is the engine power output. Furthermore, one should remember that when 2
parallel surfaces move, the gas tend to roll (in the moving referential) due to
its adherence to the two surfaces, which roll confirm that the gas behind the
chamber comes up in the new zone attached essentially to the pivoting blade
surface. This roll effect is so important in the Wankel engine that a second
sparkplug is needed in the back chamber area to prevent the combustion
squelching. This roll is less important in the QT, but there is some helping
convective heat transfer within the chambers.
Quasiturbine Short-Steam-Circuit engine - Phases change mode? To increase the heat flow transfer rate, this Quasiturbine- Stirling engines can be operated with fluid like water, where steam is produced in the hot zones and condensed in the cold zones. This require only a small quantity of liquid water, which the centrifugal force of the Quasiturbine rotation can maintain permanently in contact with the perimeter for an optimum heat transfer. Ultimately, this option could also be considered as an attractive Quasiturbine-Stirling-Steam engine.
Méthode de calcul du dimensionnement en puissance de la Quasiturbine
Voici quelques hypothèses préliminaires à ajuster selon le cas:
1) Pour réduire les pertes thermiques et permettre une efficacité optimum, supposons que les zones chaudes et froides du stator soient faites d'excellent conducteur thermique, que les isolants intermédiaires aient une faible conductivité thermique, et que les parois latérales et les pales de la Quasiturbine soient faites de céramique à très faible conduction thermique (ou d'un conducteur revêtu d'isolant).
2) Supposons que les fluctuations de température moyenne du gaz dans chaque chambre soient comprises entre 100 degrés C et 400 degrés C au cours de la rotation (Un différentiel de température de 300 degrés C). Ceci peut signifier que les zones froides soient maintenues en dessous de 50 degrés C (une augmentation de 50 degrés C pour tenir compte de la discontinuité de température du gaz à la surface et du gradient dans la plaque froide), et que les zones chaudes soient maintenues au dessus de 600 degrés C (une diminution de 200 degrés C pour tenir compte de la discontinuité de température du gaz à la surface et du gradient dans la plaque chaude). Cela peut aussi conséquemment exiger que la température du brûleur soit de l'ordre de 1000 degrés C (une température élevée avantageuse qui permet de brûler les poussières et matières solides responsable du Smog).
3) Lets assume that these temperature fluctuations (and corresponding pressures) are produced at the optimum angle in stationary regime operation, which means approximately when the ends of the pivoting blades are at the limits of the hot or cold zones. This may required that the thermal quadrant separation insulators be placed at a shifted angle (positive or negative, to be calculated by engine computer simulation) in reference to the rotation, such as to compensate the thermalisation time lag due to the delay of heat transfer. The thickness of these inter-chambers insulators may also be adjusted to minimized the transitional thermal effect between the different temperature zones, mainly during pressure increase where the gas may slightly flow back into the insulation area. Before to initiate a thermal transition zone, one can reasonably supposed that the gas is thermalized with its facing stator surface, and when the forth section of the pivoting blade passes the insulator toward the next thermal zone, the thermal variations occur only in this forward pivoting blade section, the section behind the separator insulation being always thermalized to its previous environment.
4) Supposons que les constantes de temps de thermalisation permettent à chaque chambre de subir 24 cycles de thermalisation par seconde. Comme chaque chambre fait 2 cycles par tour, cela donne 12 tours à la seconde, soit une révolution de 720 RPM.
5) Supposons que la Quasiturbine peut être initialement uniformément pressurisée à la pression absolue de P0 (bar ou Atm.) (à la température ambiante, et généralement avec de l'hélium) dans les chambres (configuration carré pour avoir la même quantité de gaz dans chacune d'elles, où l'usage de clapets dans les pales en direction de la région centrale) et aussi en son centre creux (volume constant). La seule zone de fuite sera alors le joint de l'arbre du coté sortant de la Quasiturbine, ce qu'un joint standard pourra facilement étanché. D'autre part, cette enceinte fermée pourra contenir de l'huile pour la lubrification de la Quasiturbine si requise.
6) Ignorant les fluctuations de pression dues au taux de compression (simulant un taux de 1:1, équivalent à 2 pistons hors de phase interconnectés dont la somme des volumes demeure constante), les fluctuations de températures indiquées en 2) vont produire à elles seules des fluctuations moyennes de pression dans les chambres de Pmin = 1.33 P0 (bar ou Atm.) à Pmax = 2.33 P0 (bar ou Atm.) (un simple rapport aux températures absolues), soit un différentiel de pression entre les chambres égal à P0. Comme pour tous les moteur Stirling, remarquez que plus P0 sera grand, plus les fluctuations de pressions seront importantes et plus la puissance du moteur sera élevée (Un bon moyen de contrôler la puissance plus rapidement qu'en agissant sur la température de la zone chaude, en supposant un accès aux chambres par la région centrale de la Quasiturbine via des vannes à clapets dans les pales).
7) Les moteurs Stirling opèrent généralement avec des taux de compression assez faibles, bien qu'ils répondent à la fois à un taux de compression thermique et à un taux de compression géométrique (les deux varient avec le temps, et le produit des deux donne le taux réel). En fait, il est probable qu'on gagne peu à choisir un taux de compression géométrique qui élèverait par compression adiabatique la température du gaz au dessus de la température du point chaud (si ce n'est l'accélération du réchauffement du gaz par effet de densité et de proximité, qui permet d'obtenir des vitesses de révolution plus élevées). Pour le présent calcul, nous suggérons de garder en réserve les effets de rendement dus au taux de compression géométrique pour compenser les pertes diverses du cycle encore peu étudiées. Notons cependant que la Quasiturbine-Stirling permet des taux de compression beaucoup élevés que les dispositifs à pistons, et donc une masse moindre de gaz, ce qui améliore le rendement.
8) Heat flow bottle neck: Heat flow is like water in a pipe network, the maximum flow is control by the bottle neck element, and a good efficient design is made of a sequence of element having equal flow capability at full power, no more, no less. In thermal gas-solid device, this is further complicated by the gas contraction-expansion effect (ignoring radiation), by which a gas flow is more efficient to heat a cold object (on which the hot gas is attracted by contraction) than to cool a hot object (on which the cold gas expands away). Reciprocally, an object is more efficient to cool a gas (which hot gas is attracted by contraction) than to heat it (which cold gas expands away). Consequently, heat exchange flux between a solid and a gas shows a diode effect, which induces hysteresis effect in the reversibility. The proper argument applies here on the outside of the Quasiturbine-Stirling, but more critically inside, where the transition from a cold chamber to a hot chamber will increase the pressure and produce a small reverse flow into the cold behind chamber, which will demand for a relatively longer angular hot pole. Conversely, a transition from a hot chamber to a cold one will reduce the pressure and produce a small forward flow which will accelerate the cooling, demanding for a relatively shorter angular cold pole for the same heat flow. Such optimization will make a better performing design, but will destroy the reversibility, for which an other optimizes machine should be design.
Appliquons ces hypothèses au cas de la Quasiturbine QT400:
La Quasiturbine modèle QT400 (400 cc par chambre) a un rotor de 28 cm (11 po) de diamètre et de 10 cm (4
po) d'épaisseur,
chaque chambre ayant un volume maximale de 400cc. The internal surface of the
hot zone (same for the cold zone) is about 20 cm (8") along the perimeter
by 10 cm (4") thick, there are 2 hot zones, so that the total internal hot
surface is 400 cm2 (64 sq. in.) and the same for the total cold
surface. About the suggested design, cold area is liquid cooled while the hot
area is heated through hot gas contact. Notice that the external engine hot area
extend by the exterior over the cool area to increase chimney gas contact (which
can still be further double by the use of fins). The diameter of the stator
exterior is about 22 cm (8 1/2") and can be extend over the thickness of
the engine (say 4 time 10 cm (4") along the engine axis), and this would
give a total chimney surface of about 2500 cm2 (400 sq. in), which
can still be further double by the use of fins. The thermal flow to produce 50kW
mechanical with a 25% efficiency will be 4 X 50kW, which correspond to an
exterior heat flow at atmospheric pressure of 80 W/cm2 (500 W/sq.
in.) (half of that if fins are used). Internal heat flow at engine operational pressure will
be 500 W/cm2 (3000 W/sq. in.), which a 6 bar or Atm internal pressure
would theoretically balance the external atmospheric pressure gas conductibility. Avec un différentiel de
pression absolue de P0 et 720 RPM, on aura:
Le couple
moteur
= 50 x P0 (N-m) ou 37 x P0 (lb-pi)
Avec P0 (bar ou Atm.)
La puissance à 720 RPM
= 5 x P0 (kW) ou
6,7 x P0
(CV) Avec P0 (bar ou Atm.)
Compte-tenu des approximations et des facteurs de sécurité, un calcul de premiers
ordre comme celui-ci permet de présumer qu'il est raisonnable de penser pouvoir
produire dans les conditions exposées, plus de 50 kW mécanique ou électrique
en pressurisant la Quasiturbine à seulement 20 ou 30 bar ou Atmosphères
(généralement avec de l'hélium). Notez que rares sont les moteurs Stirling
commerciaux qui atteignent
ce niveau de puissance!
Besoin de plus de puissance? Effet de la pression: La même
Quasiturbine-Stirling pourrait être davantage pressurisée (certains moteurs
Stirling vont à 200 bars ou Atm et même plus), et produire ainsi davantage de puissance.
Parce que le rotor entier est pressurisé, la contrainte de robustesse due à la
pressurisation affecte surtout le boîtier moteur (la contrainte de robustesse
sur les pales dépend pour sa part des fluctuations relatives de pression des
chambres). Cependant, il est intéressant de noter que l'épaisseur des Quasiturbines (et autres
moteurs rotatifs) en mode combustion interne est limitée par la capacité
d'extraire la chaleur du centre du rotor. Or, en modes pneumatique, vapeur ou
Stirling, on thermalise le moteur et on n'a pas à extraire de chaleur
excédentaire du
centre du rotor, de sorte que l'épaisseur de la Quasiturbine-Stirling peut
considérablement être accrue, permettant ainsi de réduire les effets
thermique des bouts, et de construire des échangeurs de chaleur plus linéaires,
plus efficaces et surtout permettant encore plus de puissance à la
Quasiturbine-Stirling.
See investigation of concepts for high power Stirling engines at: http://www-ifkm.mach.uni-karlsruhe.de/Html-e/Project/Stirling/stirling.html
Concept Quasiturbine Stirling à 2 pôles
Le concept à 4 pôles est
complexe et peut présenter des nodes de poussée nulle (?).
Pourrait-on concevoir un cycle de compression chaud suivit d'une compression
froide ?
La Quasiturbine Stirling à 2 pôles (une moitié chaude, l'autre moitié froide)
permettrait certainement d'étudier et éventuellement de valider cette
possibilité... (?)
Concept Stirling à 2 Quasiturbines
Dual-Quasiturbines Stirling engine? One
hot and one cold? Side by side? On the same shaft?
After all, Quasiturbine
chambers are analog to pistons, but are making 2 compression-expansion per
revolution. Instead of cooling the hot gas into a cold quadrant, move it from
the hot-BDC into the cold-BDC chamber of a cold Quasiturbine located nearby, and
when the gas has cooled to cold-TDC, move it back to the hot-TDC Quasiturbine.
This will work, but the back and forth flows could still be one ways
(without regenerator), which is
again not appropriate for "regenerators" fans! However this
Dual-Quasiturbines configuration is not likely to raise the power density,
neither the efficiency(?), because it will introduces holes and may be pipes as
passive volume extending from the chambers.
Tout comme le moteur Stirling
à 2 pistons (évoluant à 90 degrés hors de phase), cette méthode consiste à utiliser 2 Quasiturbines,
une chaude et l'autre froide, montées à 45 degrés l'une de l'autre sur le même arbre commun
(ce qui déphase les chambres de 90 degrés),
et de permettre le va et vient du gaz entre les chambres de ces deux
Quasiturbines à travers un régénérateur ou non.
Le mode Stirling est alors possible parce qu'au cours d'une rotation de 0 à 90
degrés,
le volume d'une chambre passe de 0 à Vmax, et que simultanément l'arbre tournant
de -45 à +45 degrés dans l'autre Quasiturbine,
il produit dans cette dernière une variation net de volume "nulle". Le volume
additionné des 2 chambres couplées étant efficacement modulé
entre environ 1/2 chambre et 1 1/2 chambre, le volume variant peu pendant les
premiers 45 degrés, et beaucoup par la suite
(Notez que le concept circuit court permet des variations de volume de 0 chambre
à 1 chambre, soit de fort taux de compression).
Ce concept est plus facile à comprendre et à étudier, mais ne permet pas les
hauts taux de compression du concept ci-haut
(et conséquemment oblige à opérer avec un plus grand volume et masse de gaz,
d'où une perte d'efficacité).
Ce concept augmente les constantes de temps réduisant la puissance spécifique et double
l'équipement...
Cette solution n'est pas aussi pratique pour le moteur à vapeur à cycle court.
The Quasiturbine Aviation page http://quasiturbine.promci.qc.ca/QTAviation.html proposes a Brayton cycle where two distinct Quasiturbines
space away on the same shaft are sharing a common pressure in-between, one being
the cold-compressor Quasiturbine, the other the hot-power Quasiturbine (notice
that this common in-between pressure has unidirectional flow, unlike the present
Stirling Dual-Quasiturbines concept).
Considérations d'efficacité pour le
moteur Stirling et Vapeur-cycle-court
Stirling engine uses a close chamber (cylinder and piston) with a fix amount of
compressible fluid (no intake or exhaust).
This confined gas is alternatively moved from the hot to the cold end of the
cylinder
(generally by using a displacer object free to move within the chamber and
taking the place of the gas),
producing an alternative expansion-contraction pressure variation which does
drive a piston on a relatively short course.
This engine convert a constant heat flow from the hot to cold end of the
cylinder into mechanical work
with a superior potential efficiency since it does not exhaust any residual
thermal or mechanical energy,
but it is very limited in total power output density in weight and volume.
However, it can be combine with hydraulic engines to produce impressive power
where power density is no matter.
Comme le gaz se déplace séquentiellement plutôt qu'alternativement entre les
zones de température différente,
la Quasiturbine-Stirling est exemptée du besoin de régénérateur (pas
nécessairement dans le cas de deux Quasiturbines),
ce qui en accroît
son efficacité et sa puissance via une augmentation du RPM
parce que la préchauffe et le prérefroidissement
augmentent improductivement la pression de charge avant le point haut.
The Quasiturbine Stirling engine moves the gas around very efficiently,
with higher compression ratio (smaller gas mass), and
allow for more power density.
Since there is no exhaust, they are very quite engines, and the
Quasiturbine-Stirling is further vibration free.
Pour avoir une haute densité spécifique de puissance
et un rendement élevé, il est indispensable de réduire les pertes de temps dans
les moteurs (réduire les temps morts). Hors dans tous les concepts Stirling, il
y a une évidente perte considérable de temps lors du transvasage du gaz qui
s'étale souvent sur plus de 90 degrés d'arbre, écourtant la poussée et créant un
refoulement. Alors que les chercheurs semblent
unanimement porter leur attention sur l'usage de régénérateurs, nous croyons que
l'amélioration du Stirling passe plutôt par une augmentation de la rapidité du transvasage du gaz entre les cycles de détente et de contraction, et la complète
suppression du régénérateur (et oui !). Plusieurs se refusent à comprendre qu'au
moment du transvasage, plus les écarts de température sont grands et plus la
transition du gaz entre le chaud et le froid est brutale, plus le rendement sera
élevé. Le rendement ne vient pas du régénérateur, mais de la rapidité de ce
transvasage, lequel doit être écourté pour tous les présents concepts Stirling
(noter que le mouvement du déplaceur ne requiert en principe pas d'énergie, et
que son accélération ne consomme théoriquement rien !).
Bien que la Quasiturbine Stirling présente des caractéristiques étonnantes,
c'est la version à vapeur-cycle-court qui offre le plus brutal transvasage et
permet d'anticiper de spectaculaires efficacités. En effet, le raclage du joint
de contour sur la partie froide accumule progressivement les goutelettes (d'eau
ou d'autres liquides) de condensation et les amène brutalement sur la partie
chaude, créant une transition extrêmement rapide et hautement bénéfique à
l'efficacité.
Nous croyons ces quelques commentaires utiles pour comprendre l'effet des
limitations dans les moteurs Stirling,
même s'il faut parfois inévitablement accepter !
Cycles thermiques combinés avec le moteur
Quasiturbine Stirling
dans “GHG
Alberta Solutions Showcase Newsletter”
http://quasiturbine.promci.qc.ca/GHGAlberta0205.html
Véhicule hybride
Les usages sont multiples, incluant comme unité d'énergie silencieuse,
a
zéro vibration et à faible pollution dans les véhicules hybrides.
http://quasiturbine.promci.qc.ca/FQTVehiculeF.html
Locomotive Hybride Stirling-Quasiturbine Hydraulique
Voir la section Quasiturbine Moteur Hydraulique à:
quasiturbine.promci.qc.ca/FQTHydraulique.html
La Quasiturbine-Stirling nucléaire continue
pour véhicules
laquelle pourrait entraîner une génératrice de plusieurs CV en continue pendant
plusieurs années
à partir d'une simple pastille de produit radioactif...
http://quasiturbine.promci.qc.ca/QTVehiculeF.html
Réserve - Ces calculs sont sujets à
vérification,
et la faisabilité pratique de ce
principe appliquée à la Quasiturbine
n'a pas encore été vérifiée expérimentalement.
Pour en connaître davantage sur le moteur Stirling, visiter les sites Internet de
La société du moteur Stirling:
UK - http://www.argonet.co.uk/users/bobsier/inde.html
É.-U. - http://www.sesusa.org
Modèle en développement, seulement des
PROTOTYPES DE RECHERCHE D'USAGES
sont disponibles présentement.
Questions?
The matter of heat transfer should be well assessed. Considering the details given previously, the thermal flow to produce 50kW mechanical with a 25% efficiency will be 4 X 50kW. The questions become:
a) From the hot-stator exterior: Is it feasible to flow that much heat power thought 2500 cm2 (400 sq. in.) gas-metal interface in the chimney (surface can still be doubled by fins)?
b) From the hot-stator interior: Can this same heat flow be extracted by the pressurized gas from the two hot surfaces totalizing 400 cm2 (64 sq. in.)?
c) From the rotor: Can the internal pressurized gas move this heat flow from the hot to cold zone?
d) From the cold-stator exterior: Can the liquid cooled cold-stator zone extract this kind of heat flow out of the engine?
e) What is the main limiting factor?
f) Are the temperature gradients in the right orders?
g) What is the fair power output of such a design?
h) Is the RPM hypothesis sustainable?
Remember, the objective for now is to bring the hypothesis to fair realistic values.
Le concept ci-haut
fonctionne, mais pas celui ci-bas!
Attention aux variations
du concept
Ce concept n'est pas aussi simple que
certains pourraient croire. Soyez très attentifs pour ne pas vous faire piéger.
Par exemple, éviter le concept suivant (utilisé par l'auteur comme question
d'examen à ses élèves ingénieurs!):
Attention aussi lorsque vous comparez le
cycle Quasiturbine Stirling
avec le "cycle Bayton" (Aussi connu comme le Cycle de Joule) des
turboréacteurs.
http://www.fas.org/man/dod-101/navy/docs/swos/eng/62n1-16/sld003.htm
Brayton Cycle uses the intermediary transformation of pressure energy into
kinetic energy,
which allow later the kinetic energy recovery at the same pressure that the
chamber intake.
Remember that the Quasiturbine is pressure sensitive and requires a higher
pressure at intake than at exit,
because it does not use kinetic energy transformation.
However, two distinct Quasiturbines space away on the same shaft sharing a common pressure in
between may be linked and/or looped (?)
(If the first one is a cold high pressure low flow rate, the second one will have to
be a hot low pressure high flow rate,
providing that some combustion comes in, to increase the flow at constant
pressure like in turboreactor).
From a high pressure source like in jet airplane conditioning system,
a Quasiturbine compressor could be link with a Quasiturbine pneumatic motor
through a cooling heat exchanger to act as a heat pump.
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Quasiturbine Vapeur Inc.
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