Le moteur Stirling

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Le régénérateur

Quand on songe à Robert Stirling, il vient à l'esprit de citer le moteur de même nom. En fait, il faudrait peut-être faire référence, d'abord, au régénérateur. C'est probablement son invention principale. Comme on va le voir ci-dessous, le rendement global du moteur Stirling est lié à la différence de température entre la source chaude et la source froide, mais surtout au rôle joué par le régénérateur.

Le diagramme ci- contre nous montre les 4 phases de fonctionnement :
- Chauffage à volume constant Vm (pour faire passer le gaz de Tm à TM ). De l'énergie thermique doit être fournie : pendant le chauffage Qchauf.
- Détente à température constante TM. De l'énergie thermique doit être fournie pour maintenir le gaz en température TM pendant la détente Qdet.
- Refroidisssement à volume constant VM de TM à Tm, l'énergie thermique cédée par le gaz est égale à Qrefroid. Celle-ci est la même que celle utilisée pour réchauffer le gaz à volume constant : Qrefroid = Qchauf.
- Compression à température constante Tm. Pendant cette phase, on fournit du travail mais on récupère de l'énergie thermique Qcomp .

L'énergie mécanique récupérée est égale à l'énergie mécanique récupérée au cours de la détente Wdet moins l'énergie mécanique Wcomp qu'on doit fournir pour recomprimer le gaz. L'énergie récupérée au cours d'un cycle est proportionnelle à la surface colorée en vert. (voir la page les principes du chapitre "Comment ça marche ?")

Maintenant, si on fait nos comptes (en Ecossais ou Auvergnat) :
- on dépense Qchauf + Qdet
- en énergie mécanique, on récupère Wdet - Wcomp

Si on savait récupérer Qrefroid pour la "ré-injecter" au moment du chauffage à volume constant, on économiserait Qchauf. Les comptes deviendraient :
- on dépense Qdet
- en énergie mécanique, on récupère Wdet - Wcomp

Pour le même gain mécanique, on dépense moins de calories. Le régénérateur inventé par Robert Stirling permet cette économie !

C'est ce qu'on peut voir sur le diagramme ci-contre. Sur un plan pratique, le régénérateur est un échangeur de chaleur qu'on place entre la source chaude et la source froide. Voir les schémas ci-dessous.

En réalité, c'est un appareil délicat à concevoir. Les échanges de chaleur avec un gaz sont difficiles et demandent en général des dispositifs encombrants. Le régénérateur constitue un volume "mort" qui vient contrecarrer le bénéfice de sa présence. Il n'y a jamais de vérité absolue !

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