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Régénérateur-économiseur de moteur Stirling

1816-11-16
  • Robert Stirling
Matrice régénératrice d'un moteur Stirling démontrant le stockage d'énergie thermique en thermodynamique.

(Image générée à titre d'illustration uniquement)

Le régénérateur, ou « économiseur », est la contribution la plus importante de Robert Stirling et la clé du rendement élevé du moteur. Il s'agit d'un échangeur de chaleur interne qui stocke et libère temporairement de l'énergie thermique au cours du cycle. Lorsque les gaz chauds se déplacent vers le côté froid, ils déposent de la chaleur dans la matrice du régénérateur, chaleur qui est ensuite captée par les gaz froids lors de leur retour vers le côté chaud.

The regenerator’s function is to pre-cool the working gas before it enters the main cooler and pre-heat it before it enters the main heater. This dramatically reduces the amount of heat that must be added from the external source and rejected to the external sink during the isochoric (constant volume) phases of the cycle. In an ideal regenerator, the heat transferred from the gas to the matrix during the isochoric cooling process is exactly equal to the heat transferred back to the gas during the isochoric heating process. This internal heat recycling is what allows the ideal Stirling cycle’s efficiency to match the Carnot efficiency.

Designing an effective regenerator involves a careful balance of competing factors. It must have a high heat capacity to store sufficient energy, a large internal surface area for rapid heat transfer, and high thermal conductivity perpendicular to the gas flow to facilitate this transfer. However, it must also have low thermal conductivity parallel to the gas flow to prevent heat from simply bypassing the cycle and conducting from the hot to the cold end. Furthermore, it must have low aerodynamic resistance to minimize the work needed to pump the gas through it, and it must contain a minimal volume of gas (dead volume) to maximize the engine’s compression ratio. Common materials include stacks of fine metal wire mesh, metal foams, or ceramic matrices.

UNESCO Nomenclature: 2212
– Thermodynamique

Taper

Dispositif physique

Perturbation

Révolutionnaire

Usage

Utilisation généralisée

Précurseurs

  • Principes de base du transfert de chaleur (conduction, convection)
  • Compréhension de la capacité thermique des matériaux
  • Premiers modèles d'échangeurs de chaleur et de récupérateurs dans les fours industriels

Applications

  • Moteurs Stirling à haut rendement pour l'énergie solaire et la cogénération
  • cryorefroidisseurs et réfrigérateurs à tube pulsé où la régénération est essentielle pour atteindre les températures cryogéniques
  • moteurs et refroidisseurs thermoacoustiques
  • procédés de séparation des gaz
  • cryorefroidisseurs Giromill
  • certains types de pompes à chaleur à cycle de gaz

Brevets:

  • GB 4081 of 1816

Idées d'innovations potentielles

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Related to: regenerator, heat exchanger, thermal efficiency, stirling engine, isochoric process, heat storage, working fluid, Carnot efficiency, pumping loss, dead volume.

Contexte historique

Régénérateur-économiseur de moteur Stirling

1802
1810
1816
1816-11-16
1820
1820
1822
1802
1808
1811
1816-11-16
1820
1820
1821
1822

(si la date est inconnue ou non pertinente, par exemple « mécanique des fluides », une estimation arrondie de son émergence notable est fournie)

Inventions, innovations et principes techniques connexes

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