Utilisations modernes des moteurs Stirling
Leurs applications pratiques Aujourd’hui
Un moteur de centrale thermique et électrique combiné, fabriqué par Wudag en Allemagne. Les moteurs Stirling sont verts et les foyers sont bleus.
Vous vous dites probablement quelque chose comme ça: « Si les moteurs Stirling sont si cool, à quoi servent-ils aujourd’hui? »
Les utilisations actuelles des moteurs Stirling vont des jouets et des ventilateurs de poêle à bois aux centrales thermiques et électriques combinées pour les entreprises, en passant par l’alimentation des sous-marins les plus silencieux et les plus meurtriers des mers.
Alors Quelles utilisations sont incluses dans Cet article?
Cette page ne comprend QUE les moteurs Stirling qui sont des produits facilement disponibles. Cela n’inclut pas le projet de recherche ou les moteurs Stirling historiques.
J’ai également expliqué pourquoi certaines utilisations spécifiques des moteurs Stirling, telles que les moteurs pour votre voiture et les moteurs solaires Stirling efficaces, ne sont pas susceptibles de s’appliquer non plus.
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- Jouets
- Outils pédagogiques
- Ventilateurs de poêle à bois
- Chaleur et Électricité combinées
- Exemple d’Impression 3D Cool
- Puissance sous–marine
- Climatisation et Réfrigération
- Cryocooleurs
- Bien–être des scientifiques et des ingénieurs
- Arnaques à l’investissement
- Moteurs Stirling pour Voitures – Jamais
- Générateurs d’énergie solaire – Efficaces et hors de prix
- Moteurs Stirling à Énergie Nucléaire Profonde
Jouets
Les jouets à moteur Stirling peuvent être enchanteurs et cela est vrai depuis depuis que Robert Stirling les a inventés.
Il existe encore d’anciens jouets de moteurs Stirling construits peu de temps après l’invention du moteur par Robert Stirling.
Plus Ancien Moteur Stirling Antique Existant
Un jouet modèle de moteur Stirling antique, vers 1910.
Typiquement, ils fonctionnent sur une flamme d’alcool et il existe des milliers de variantes de conceptions de moteur possibles.
Mes favoris personnels d’un point de vue visuel sont ceux qui ont juste beaucoup de pièces mobiles.
Jouets à faible différence de température
Je suis aussi un grand fan des moteurs Stirling à faible différence de température qui peuvent fonctionner à la chaleur d’une tasse d’eau chaude ou à la chaleur de votre main.
Moteur Stirling Eco Power
Les prix commencent autour de 30 $ et montent jusqu’à ce que vous voulez payer.
Outils pédagogiques
Les moteurs Stirling Aident à engager les étudiants de manière sûre
Moteur Stirling MM-7
Les moteurs Stirling occupent une place particulière dans les salles de classe des universités et des écoles.
Cela est particulièrement vrai pour les moteurs Stirling à faible différence de température qui peuvent fonctionner sans remplir votre salle de classe de fumées de monoxyde de carbone.
Il y a quelque chose d’inspirant à voir un moteur tourner sous la chaleur d’une tasse d’eau chaude ou de la chaleur de votre main. Ces moteurs amènent les étudiants en sciences et en ingénierie à s’intéresser davantage à tous les types de moteurs et à les comprendre.
Les laboratoires de physique et d’ingénierie en particulier peuvent bénéficier d’un moteur de laboratoire Stirling instrumenté qui peut fonctionner sans hotte et sans risque de fuites de monoxyde de carbone.
Ventilateurs de poêle à bois
L’un des gros problèmes avec l’utilisation d’un poêle à bois pour chauffer une maison est qu’il fera généralement trop chaud près du poêle alors que d’autres parties de la pièce seront trop froides.
Évidemment, vous avez besoin d’un moyen de déplacer l’air autour de la maison et, dans certains cas, vous utiliserez le poêle à bois dans une zone où l’électricité n’est pas disponible ou vous ne voulez tout simplement pas l’utiliser pour une raison quelconque.
C’est là que les ventilateurs de poêle à bois Stirling Engine brillent. Nous avons une page détaillée sur les fans de Stirling anciens et modernes que vous pourriez apprécier.
Déplacer l’air Sans électricité
Vous pouvez acheter des ventilateurs de poêle à bois afin de déplacer l’air doucement dans la pièce sans électricité.
Placez simplement le ventilateur sur le poêle à bois, attendez qu’il chauffe, retournez les pales du ventilateur et vous aurez un ventilateur qui déplace l’air doucement et silencieusement dans la pièce.
Ne vous attendez pas à ce que cela déplace l’air comme le ferait un ventilateur électrique puissant. Mais si vous avez un poêle à bois et que vous lisez ceci, vous apprécierez peut-être d’utiliser un ventilateur moteur Stirling pour uniformiser la température dans votre pièce.
Production combinée de chaleur et d’électricité
Un moteur combiné de chaleur et d’énergie à la maison, fabriqué par Ökofen1
L’un des problèmes avec tous les types de moteurs est qu’ils ne sont pas assez efficaces. Chaque fois qu’un moteur a des gaz chauds qui sortent du tuyau d’échappement, ce flux d’échappement chaud est de l’énergie que vous avez payée, mais que vous n’avez pas pu utiliser.
Mais si vous pouviez configurer un moteur pour que vous fassiez deux choses qui vous étaient précieuses en même temps? Par exemple, produire de l’électricité tout en faisant de l’eau chaude pour chauffer votre maison.
Il existe aujourd’hui plusieurs entreprises avec des produits sur le marché qui produisent de l’électricité et produisent également de l’eau chaude pour le chauffage des maisons et des bâtiments ou des besoins en eau chaude domestique ou commerciale.
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Exemple d’impression 3D Cool
Lorsque les imprimantes 3D sont devenues disponibles pour la première fois, j’ai immédiatement réalisé qu’elles pouvaient être utilisées pour construire un moteur Stirling. Beaucoup d’autres l’ont fait aussi.
La seule question était de savoir quelle partie du moteur pouvait-on réellement imprimer? De toute évidence, la chose la plus intéressante et la plus difficile à faire serait d’imprimer l’ensemble du moteur sans pièces non imprimées nécessaires.
Moteurs partiellement imprimés
Les premiers moteurs Stirling imprimés que j’ai vus n’ont été que partiellement imprimés.
Ils ont utilisé des roulements à billes pour le volant et quelques pièces métalliques ainsi qu’un piston en graphite très lisse de marque Airpot fonctionnant dans un cylindre en verre.
Il y avait beaucoup de composants achetés coûteux dans les premiers moteurs Stirling imprimés en 3D.
Je savais que ce serait beaucoup plus intéressant si quelqu’un pouvait trouver un moyen d’imprimer l’ensemble du moteur.
J’ai également passé beaucoup de temps à développer mes propres moteurs Stirling imprimés en 3D. Ce n’était pas facile.
Exemple d’Impression 3D Le plus Cool de Tous les Temps
Un moteur Stirling entièrement imprimé en 3D développé par Don Clucas.
Heureusement, Don Clucas de Christ Church, en Nouvelle-Zélande, a compris comment imprimer un moteur Stirling entier sans utiliser aucun composant acheté.
Don avait déjà conçu le moteur Stirling à chaleur et à puissance combinées Whispergen, il était donc un concepteur expérimenté de moteurs Stirling et trouver comment imprimer un moteur Stirling entier sans avoir à acheter de composants supplémentaires était presque miraculeux.
Imprimez un moteur pour chaque élève
Maintenant, si votre école dispose d’une imprimante 3D et que vous souhaitez expérimenter en classe les moteurs Stirling, vous pouvez simplement en imprimer un pour chaque élève de la classe.
C’est beaucoup plus intéressant que d’avoir seulement quelques moteurs à regarder pour les étudiants.
La solution de Don au problème du piston imprimable
La partie difficile avec l’impression d’un moteur Stirling 3D entier est le piston. Les imprimantes actuelles ne vous permettent pas d’imprimer un piston de petit diamètre avec suffisamment de précision pour qu’il fonctionne.
La solution de Don était d’imprimer un piston qui fonctionne comme un soufflet. Dans l’image ci-dessus, le piston est blanc. Son site Web s’appelle Projects to Print et il y a un lien vers celui-ci ici à partir de notre page de liens du moteur Stirling.
Puissance sous–marine
Puissance Sous-marine – Propulsion Indépendante de l’Air
La marine américaine a embauché des sous-marins de conception suédoise, fabriqués par SAAB (anciennement Kockums) pour s’engager dans des jeux de guerre. Leurs sous-marins silencieux qui utilisent des moteurs Stirling se sont révélés « mortels » en simulation.
Les moteurs Stirling excellent dans toutes les applications où les gens accordent une très grande valeur au silence.
Étant donné que les moteurs Stirling peuvent être conçus pour être essentiellement silencieux, ils conviennent parfaitement à la propulsion des sous-marins.
Le constructeur de sous-marins suédois SAAB (anciennement Kockums) a ajouté un moteur Stirling à ses classes de sous-marins Gotland et Södermanland.
Diesel + Batteries + Stirling
Le moteur Stirling que SAAB utilise pour les sous-marins suédois de la classe Gotland.
Ces sous-marins utilisent ce qu’on appelle une propulsion indépendante de l’air pour leur permettre de rester immergés en pleine capacité opérationnelle pendant plusieurs semaines.
Ce sont essentiellement des sous-marins diesel-électriques qui peuvent simplement prolonger leur temps de fonctionnement (jusqu’à deux semaines) avec le moteur Stirling qui complète les batteries.
Les moteurs Stirling alimentent également le sous-marin japonais de classe Soryu et, selon la rumeur, certains nouveaux sous-marins chinois2.
Climatisation
Ce n’est pas immédiatement évident lorsque vous regardez un moteur Stirling, mais chaque moteur Stirling peut être transformé en pompe à chaleur en attachant un moteur électrique à l’arbre de sortie et en faisant fonctionner le moteur électrique.
Bien sûr, les moteurs Stirling à faible différence de température, conçus pour fonctionner avec de petites différences de température, ne produiront de petites différences de température que lorsqu’ils sont actionnés par un moteur.
N’essayez donc pas de le faire avec un moteur Stirling à faible différence de température.
Essayez d’utiliser un moteur chauffé à la flamme
Mais, si vous attachez un moteur électrique à l’arbre de sortie d’un moteur Stirling conçu pour fonctionner avec des différences de température plus élevées, et que vous faites fonctionner le moteur électrique, un côté deviendra chaud et l’autre côté deviendra froid.
Vous pouvez le faire même avec des modèles très simples, alors essayez-le.
Les moteurs Stirling Peuvent être utilisés comme climatiseurs
Évidemment, les refroidisseurs spécialement conçus fonctionneront mieux que les moteurs qui ont été convertis en refroidisseurs.
Si vous souhaitez en construire un pour climatiser une maison, vous serez en concurrence avec une technologie de refroidissement à cycle de vapeur bien établie qui a été réduite au cours de nombreuses générations de fabrication.
Donc, puisque la plupart des gens prennent leurs décisions d’achat pour de nouveaux réfrigérateurs et climatiseurs en fonction en grande partie du prix d’achat initial et qu’un nouveau climatiseur à moteur Stirling serait probablement au départ plus cher, ce n’est pas une application que vous êtes susceptible de voir largement utilisée de sitôt.
Mais des climatiseurs et des réfrigérateurs à moteur Stirling ont été construits.
Mais là où la technologie du cycle Stirling brille vraiment, c’est là où d’autres technologies ne peuvent pas facilement rivaliser, par exemple dans les refroidisseurs cryogéniques.
Refroidisseurs cryogéniques
Un cryocooler fabriqué par Janis3 utilisé dans le gaz d’échange statique.
Si vous souhaitez atteindre des températures très froides pour l’électronique de refroidissement afin d’atteindre la supraconductivité ou à des fins de recherche, les moteurs Stirling spécialement conçus pour être des refroidisseurs sont un excellent choix.
De tels refroidisseurs ont été développés à l’origine chez Phillips Electronics dans les années 1950 et continuent d’être vendus et utilisés aujourd’hui.
Si vous en avez besoin pour vos applications industrielles, elles sont disponibles.
Les refroidisseurs Stirling à deux étages peuvent produire des températures allant jusqu’à environ 20 degrés Kelvin, ce qui est suffisamment froid pour liquéfier l’hydrogène et le néon.
Bien-être des scientifiques et des ingénieurs
Sur ce sujet, on dirait que je ne suis pas sérieux, mais vraiment je le suis.
Un certain montant du budget de recherche du gouvernement est consacré chaque année à des projets de développement de nouvelles technologies. C’est une question de politique publique.
Au cours des nombreuses années où je me suis intéressé aux moteurs Stirling, j’ai vu des gens demander et recevoir des subventions de recherche gouvernementales afin de développer des moteurs Stirling.
Pourquoi est-Ce un Problème?
Le problème de cette recherche financée par le gouvernement est qu’elle aboutit rarement à de nouveaux produits que les gens peuvent acheter. Les produits sont souvent conçus à un niveau élevé d’efficacité, de complexité et de coût, ce qui les rend impossibles à produire et à vendre commercialement.
Prenez la société Sunpower d’Athens, Ohio par exemple.
Ils ont développé beaucoup de produits intéressants au fil des ans, mais essaient d’en trouver sur le marché aujourd’hui. Vous ne pouvez vraiment pas.
Le client est la prochaine subvention de recherche gouvernementale
Sunpower a passé tant d’années à créer des produits intéressants qui n’ont jamais atteint le marché, que ma seule hypothèse peut être qu’ils n’avaient vraiment pas l’intention de mettre des produits sur le marché.
Au lieu de cela, ils ont créé ces produits afin d’obtenir la prochaine ronde d’argent de recherche du gouvernement.
Il n’y a pas nécessairement de problème à cela, rappelez-vous simplement que les subventions gouvernementales aboutissent rarement à de nouveaux produits.
Si vous êtes intéressé par les raisons pour lesquelles les projets de recherche n’aboutissent souvent pas à de nouveaux produits, lisez ma page sur les raisons pour lesquelles les moteurs Stirling ne sont pas plus populaires.
Escroqueries à l’investissement
De nombreuses sociétés de moteurs Stirling sont allées et venues au fil des ans. La technologie et les marchés sont difficiles, donc je suppose qu’il faut s’y attendre.
Mais il y a un type particulier d’entreprise qui est venu et qui semble n’avoir jamais eu l’intention de faire autre chose que de lever des fonds auprès des investisseurs et de payer des salaires élevés aux administrateurs.
Ils ont toujours de beaux sites Web et de beaux bureaux. Souvent, ils ont même un prototype qu’ils ont acheté à un développeur.
Mais il ne semble pas y avoir eu de véritable tentative de commercialiser les moteurs Stirling auprès de certains de ces escrocs / sociétés.
Comment ils le rendent réel
Le prototype sera généralement acheté auprès d’un ingénieur qui a passé énormément de temps à le développer.
Il le vend aux escrocs sur l’histoire qu’ils vont mettre son produit sur le marché avec leur expertise marketing supérieure.
Ils en prennent des photos, construisent un beau site Web, publient des brochures sur papier glacé, collectent beaucoup d’argent auprès d’investisseurs et s’effacent dans l’histoire.
Le Cycle d’arnaque et de disparition Semble se répéter
Cela s’est produit tellement de fois que je suis déprimé chaque fois que j’en vois un nouveau.
Alors, escrocs, veuillez trouver un autre centre technologique autour de vos escroqueries.
Il y a évidemment un besoin d’argent de nouveaux investisseurs pour faire le bon type de développement de moteurs Stirling, mais les entreprises qui ont un bon personnel de marketing et aucun personnel d’ingénierie ne sont probablement pas celles qui mettent de nouveaux produits de moteurs Stirling sur le marché.
Pourquoi les moteurs Stirling dans les voitures sont peu probables
Les moteurs Stirling ont du sens pour de nombreuses applications, mais alimenter des automobiles n’en fait pas partie.
Pourquoi?
- Ils sont lents à démarrer
- Il est difficile de changer rapidement les niveaux de puissance
- Ils n’accélèrent pas rapidement
- Ils sont plus lourds et plus chers
Les moteurs Stirling Aiment fonctionner à une vitesse constante
Toutes ces choses, plus le fait qu’elles sont plus chères qu’un moteur à combustion interne typique, en font un mauvais mélange pour les voitures.
Véhicules hybrides
Maintenant que nous voyons plus de véhicules hybrides, de plus en plus de gens se demandent quel impact un moteur Stirling pourrait avoir.
Les moteurs Stirling ont du sens en tant que source d’énergie dans certains véhicules hybrides électriques, mais, encore une fois, ils ont tendance à être lourds.
Si vous pouvez résoudre le problème de poids, ils pourraient être un bon match.
Générateurs d’énergie solaire
Qu’en est-il des moteurs Stirling pour l’énergie solaire?
Il semble assez évident que les moteurs Stirling peuvent être utilisés pour fonctionner à l’énergie solaire concentrée.
Le problème avec cette approche est que les programmes d’ingénierie pour développer ces moteurs ont généralement pour objectif une efficacité élevée. Cela signifie que des alliages coûteux à haute température seront utilisés et au moment où le moteur tourne comme prévu, il est trop coûteux de concurrencer les cellules solaires.
Le soleil concentré produit des moteurs à haute température qui doivent utiliser des métaux coûteux à haute température et, bien que de nombreuses recherches aient été effectuées dans ce domaine, aucun produit commercial n’est disponible sur le marché aujourd’hui.
Moteurs Stirling à propulsion nucléaire dans l’espace profond
Les moteurs Stirling peuvent fonctionner sous n’importe quelle forme de chaleur. En ce qui concerne le moteur, la chaleur d’un isotope nucléaire est aussi bonne que n’importe quel autre type de chaleur.
Cela a été bien étudié dans ce qu’on appelle les générateurs de radio-isotopes de Stirling pour une utilisation dans l’exploration spatiale.
Important Lorsque les Satellites ne sont pas proches du Soleil
Il est facile de penser que les cellules solaires peuvent être utilisées partout dans l’espace, mais elles ne le peuvent pas.
Comme un satellite vole plus loin de l’orbite de la Terre autour du Soleil, la densité solaire n’est tout simplement pas suffisante pour alimenter l’électronique du satellite et vous avez besoin d’une autre méthode pour produire de l’énergie.Des moteurs Stirling
ont été développés pour cette application, en utilisant un isotope radioactif comme source de chaleur connectée à un moteur Stirling.
Plus de puissance À partir du même plutonium
Les moteurs Stirling configurés de la sorte peuvent produire environ trois fois plus d’électricité qu’ils n’en obtiendraient en utilisant un appareil thermoélectrique.
Les moteurs peuvent être développés pour fonctionner quatre ans sans aucun entretien.
Sunpower d’Athens Ohio, les construit pour NASA⁵.
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N’oubliez pas de consulter nos autres pages sur les moteurs Stirling à faire soi-même.
1 Crédit photo: Ökofen
2Farley, R. (2018). « Sous-marins à propulsion Indépendante de l’Air: Furtifs, Bon marché et l’avenir? » L’Intérêt national. Centre d’intérêt national de Washington, D.C. Extrait de http://nationalinterest.org/blog/the-buzz/air-independent-propulsion-submarines-stealth-cheap-the-24245
3 Crédit photo: Janis
⁴Schreiber, J., & Wong, W. (2007). Générateur avancé de Radio-isotopes Stirling pour les missions Scientifiques et d’Exploration Spatiales de la NASA. Cleveland, OH: Administration nationale de l’Aéronautique et de l’Espace. Extrait de: https://web.archive.org/web/20120929064709/http://www.grc.nasa.gov/WWW/TECB/RPS_ASRG_%20Handout.pdf
Administration nationale de l’Aéronautique et de l’Espace. (Avril 2018). Centre de recherche Glenn de la NASA. Extrait de https://tec.grc.nasa.gov/rps/stirling-research-lab/advanced-stirling-convertor/