Moteur Ericsson à piston liquide libre : premiers résultats expérimentaux

Ryma Chouder1^{1}, Max Ndamé Ngangué2^{2}, Pascal Stouffs1^{1}, Azzedine Benabdesselam3^{3}
⋆^{\star} : pascal.stouffs@univ-pau.fr
1^{1} Universite de Pau et des Pays de l’Adour, E2S UPPA, LaTEP
2^{2} Laboratoire de Technologie et de Sciences Appliquées, IUT de l’Université de Douala
3^{3} Laboratoire des Transports Polyphasiques et Milieux Poreux (LTPMP), FGPGM, USTHB
Mots clés : Moteur Ericsson, moteur à piston libre, piston liquide, résultats expérimentaux
Résumé :

Les ’moteurs à air chaud’ sont définis comme des moteurs alternatifs à apport de chaleur externe, à cylindres de compression et de détente distincts, avec ou sans échangeur récupérateur ou régénérateur, et à fluide de travail monophasique gazeux. On distingue deux familles de ‘moteurs à air chaud’, celle des moteurs Stirling, qui n’ont ni soupapes ni clapets, et celle des moteurs Ericsson, qui possèdent des organes d’isolement autour des cylindres. Les moteurs Ericsson présentent, sur les moteurs Stirling, l’avantage majeur que les échangeurs de chaleur ne sont pas des volumes morts et peuvent donc être dimensionnés uniquement sur des considérations de transfert de chaleur.

Les machines à piston liquide sont particulièrement intéressantes car elles assurent une étanchéité parfaite entre le piston et le cylindre, tout en réduisant drastiquement les forces de frottement. En outre, elles peuvent considérablement améliorer les transferts de chaleur avec le fluide de travail, par exemple pour approcher une compression isotherme.

Les moteurs à piston libre s’affranchissent des dispositifs bielle-manivelle transformant le mouvement alternatif en mouvement rotatif. Les pertes mécaniques sont donc plus faibles et le coût du moteur est réduit.

Une nouvelle configuration de moteur Ericsson à piston liquide libre est présentée. Celle-ci est constituée d’un tube en U rempli d’eau dans sa partie inférieure, et dont les deux branches sont fermées par des culasses munies de soupapes. L’espace situé entre la surface du liquide et la culasse d’une des branches constitue l’espace de compression, tandis que ce même espace constitue l’espace de détente dans l’autre branche. La configuration étudiée fonctionne en cycle ouvert.

Le banc expérimental est décrit en détail et les premiers résultats expérimentaux obtenus sont présentés. Dans sa configuration actuelle, le banc n’a pas permis un fonctionnement en mode ‘moteur’. Les essais en mode ‘moteur entrainé’ par alimentation en air comprimé externe ont montré qu’il est possible d’obtenir un fonctionnement stable du moteur, moyennant un choix judicieux des paramètres opérationnels (pression d’alimentation, réglage des ouvertures/fermetures des soupapes). La fréquence d’oscillation du piston libre et sa course sont en bon accord avec les résultats du modèle théorique. L’examen des résultats expérimentaux a permis de mettre en lumière les améliorations à apporter au banc d’essai.

doi : https://doi.org/10.25855/SFT2023-074

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