Avancement des projets ESIMCETI et CETI François Lanzetta, Philippe Nika

Contexte Programmes - PIE CNRS PR ESIMCETI (2008-2009) Etude des spécificités intrinsèques d’un micro cogénérateur Électrothermique intégré - ANR PB CETI (2009-2011) Chaudière électrothermique intégrée Travaux en collaboration - FEMTO-ST Département ENISYS Belfort : mécanique/thermique SATIE/CNAM Paris : électrotechnique/commande GdF Suez (CETI) 2

Objectifs poursuivis (FEMTO) : 1 - PIE CNRS ESIMCETI (2008-2009) Etude des spécificités intrinsèques d’un micro cogénérateur Électrothermique intégré Objectifs poursuivis (FEMTO) : Réalisation d’une maquette de moteur Stirling à pistons libres simple effet Affiner la modélisation des pertes et imperfections du Stirling : - efficacité du régénérateur - pertes de charge, échanges thermique, couplages des phénomènes - Trouver les méthodes de résolution efficace pour la dynamique des cogénérateurs (selon conditions internes et externes, consommation…) - conséquences sur le dimensionnement - Mise au point de méthodes d’optimisation des performances Définir les lois de contrôle – commande des machines 3

Point N°1 Réalisation d’une maquette de moteur Stirling à pistons libres simple effet   Intérêts : S’adapte bien à un générateur électrique linéaire Pas de liaisons mécaniques, compact Étanchéité obtenue en englobant ensemble la machine et le générateur électrique Attention : Stabilité de fonctionnement difficile Influence de la position de la machine Amplitudes et phases non fixées Rendement des alternateurs linéaires 4

Maquette de moteur Stirling à pistons libres simple effet Caractéristiques Puissance électrique = 100 W Pmax = 25 bars Tchaud = 600 à 800 °C Fréquence = 15 Hz 5

Maquette de moteur Stirling à pistons libres simple effet Echangeur chaud Réalisation fusion laser de poudre déposée en couches minces Frittage cobalt chrome (1400 °C) Entreprise BV-PROTO Echangeur froid Cylindre et déplaceur en céramique Piston en Invar Jeu pour hélium sous pression < 3m Usinages ultrasons, rectification de précision Société HARDEX 6

Caractérisation expérimentale de régénérateurs Point N°2 Caractérisation expérimentale de régénérateurs Etude des performances dynamiques : Pertes de charge Transfert de chaleur Détermination de lois semi-empiriques Efficacité du régénérateur Fréquence : 0 – 30 Hz Gaz = air, azote pour l’instant Banc expérimental 7

Banc de test de régénérateurs Vérin : - Course maxi = 30 cm - Diamètre = 60 mm Echangeur froid Echangeur chaud Echangeur chaud : - circulation de liquide : 100 °C - chauffage électrique : 400 °C Echangeur froid : - circulation de liquide : - 10 °C mini 8

Banc de test de régénérateurs mousses métalliques céramique poreuse (Société HARDEX) Capteur de pression (Kulite) 9 microthermocouples (Femto) : Tgaz Type K (Chromel/Alumel) diam = 7.6 µm, 12.7 µm, 25.4 µm Capteur de pression avec refroidisseur (Kulite) 9

2 - ANR PB CETI (2009-2011) 10 Chaudière électrothermique intégrée USA N. Zélande Allemagne Angleterre France ? Electricité = 1-3 kW Objectif Thermique = 5-10 kW Whisper Tech (N. Zélande) 1.4 kWe – 9.2 kWth 10 10

Contexte général 11

Projet multi compétences : Collaboration SATIE – FEMTO – GdF Suez Projet multi compétences : Thermique / Mécanique / Electrotechnique / Commande Objectifs : Cogénération résidentielle : 1 kWélec – 10 kWtherm Moteur Stirling pistons libres Architecture d’une chaudière électrothermique intégrée FEMTO : dimensionnement mécanique / thermique ANR : recrutement 1 ingénieur mécanicien (Steve DJETEL) GdF Suez : - master (2009) : dimensionnement mécanique/thermique - thèse CIFRE (2009-2012) Sous-traitance : BE 12

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