Deux cylindres de volumes balayés différents, reliés par deux lignes munie chacune d’un échangeur thermique et d’un clapet passif.
La cadence des pistons est organisée de manière à réaliser une compression et une détente, entrecoupées de phases d’échanges thermiques. Il faut donc qu’à la fin de ces compressions ou détente le gaz soit très majoritairement contenu dans l’un des cylindres, pour pouvoir être transféré vers l’autre à travers l’un des échangeurs thermiques.
L’échangeur qui reçoit le gaz entre compression et détente est l’échangeur chaud,
l’échangeur qui reçoit le gaz entre détente et compression est l’échangeur froid.
Si la machine sert de pompe à chaleur, l’échangeur chaud travaille quand le gaz passe du grand au petit cylindre,
si elle sert de moteur, l’échangeur chaud travaille quand le gaz passe du petit au grand cylindre.
L’idée est présentée avec d’autres mots sur ce wiki si jamais vous ne me trouvez pas clair : https://dada-engine.org
Ces deux derniers mois j’ai bien profité de l’IA pour dépasser mes incompétences et en faire une étude thermodynamique, qui a servi de base pour un simulateur 0D : https://github.com/99epep/dada-engine-solver
Une animation du cycle moteur :
Les données de cette animation, mouvements des pistons, températures du gaz, rapport du volume des pistons, fermeture des clapets, sont issues d’une simulation d’un modèle optimisé pour travailler avec une différence de température de 260°. L’optimisation tend à réduire la durée des détentes et compressions pour maximiser le temps de passage dans les échangeurs, qui sont très clairement le point sensible.
Cette machine demande des échangeurs qui offrent à la fois une faible perte de charge, une surface d’échange importante, et un volume minimal. Pour le simulateur je n’ai pour l’instant considéré que les échangeurs à microtubes. On peut y simuler des échangeurs de qualité intergalactique, composés de quelques centaines de milliers de tube de 0,2mm de diamètre, et obtenir des rendements faramineux. Plus on visera des échangeurs réalisables, moins bon sera le rendement, il y a un compromis à trouver.
Je n’ai pas encore consacré beaucoup de temps à chercher une solution côté moteur, mais j’ai abouti sur un modèle réaliste pour une pompe à chaleur de cellule de refroidissement, pour vous donner un exemple elle comporte 2 échangeurs faits d’environ 220 tubes de 3mm, 30cm de long d’un côté et 50cm de l’autre. Sur ces échangeurs la machine arrive à tirer 220W côté froid et cracher 370W côté chaud. Cette solution est présentée sur cette page avec différentes possibilités pour déplacer les pistons : https://dada-engine.org/Pedal_Cooling_Cell/fr
Je viens vous présenter cette machine dans l’espoir que l’un de vous sera motivé pour en construire le premier prototype. Personnellement il me manque le matériel, les compétences, le budget, et le temps. Je préviens, l’étude thermodynamique me parait sérieuse et cohérente, mais je n’ai pas vraiment les compétences pour le juger, une relecture par un physicien confirmé serait nécessaire. Mais un prototype qui fonctionne serait une encore meilleure preuve !
