RÉsumé Ce papier a pour but de présenter une architecture et une application particulières de Quasiturbines
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La régénérationPour la régénération, on pourra utiliser surtout la chaleur résiduelle des gaz d'échappement que celle générée par le système de refroidissement de l'ensemble moteur. L'échangeur de chaleur devra être très compact et d'efficacité très élevée pour les transferts thermiques dans le court conduit de transvasement sans trop nuire aux flux de gaz en transit vers le rotor supérieur. Les gaz d'admission sont aspirés et « poussés » par le rotor inférieur via le conduit vers le rotor supérieur pour vaincre la résistance due au transfert mécanique, l'expansion thermique et la compression additionnelle pour être portés à des températures proches de celles de fonctionnement et de combustion optimales. Il y a là un potentiel réel d'économie et d'efficacité supérieures pour une puissance et une taille données. La réchauffePour la réchauffe, l'architecture à fonctionnement étagé décrite précédemment pour le mode compound et la régénération permet encore sans complexité majeure d'obtenir ce type de fonctionnement exceptionnel quasiment impossible à atteindre dans les moteurs conventionnels à pistons. Le seul autre ajout sera un système d'injection séquentiel relié au système principal d'alimentation et fonctionnant « sur demande ». L'injecteur assurant la réchauffe sera placé du côté de la chambre de détente du rotor supérieur: il y injectera de biais la quantité nécessaire de carburant juste après le passage du joint de pales sur l'orifice de transvasement vers le rotor inférieur où se produira la détente additionnelle. Cet arrangement permet d'obtenir une puissance de pointe « sur demande » pour une courte période, par intermittence ou de longue durée. L'aspect intéressant, c'est qu'il offre 2 niveaux de puissance adaptés aux besoins, soit: - un mode économique par la récupération de puissance en mode compound sans réchauffe; - un mode puissance de pointe avec la réchauffe sur courtes ou longues périodes. Cela ajoute un facteur de plus pour le « downsizing » ou la réduction de taille pour une puissance supérieure dans les limites de poids et/ou de volume exigés par des applications particulières dans des domaines industriels, aéronautique, automobile et ferroviaire. 5 - LA QUASITURBINE ET LE MODE ADIABATIQUEConsidérations généralesLe mot adiabatique qualifie, en thermodynamique, tout procédé où il n'y a ni gain ni perte de chaleur à l'extérieur, convertissant 100 % de l'énergie thermique en travail utile. En pratique, pour une machine donnée dans l'état actuel de la technique, c'est impossible; on tendra donc vers la meilleure conversion possible de la chaleur en travail et en minimisant les rejets par les systèmes de refroidissement et d'échappement. Cela suppose en théorie et en pratique: - une dynamique des transferts gazeux quasi continue non alternative à l'admission et à l'échappement pour minimiser les pertes de charge; - une combustion parfaite par une géométrie optimale des chambres de combustion pour favoriser les flux et les échanges thermiques dans les masses gazeuses en mouvement; - une détente la plus parfaite possible des gaz en expansion et leur transformation non sinusoïdale mais linéaire en mouvement mécanique; - minimiser, régénérer ou éliminer le rejet thermique du système de refroidissement; - minimiser ou éliminer les frottements et les résistances mécaniques internes; - récupérer l'énergie résiduelle des gaz d'échappement en chaleur et en pression sans complication majeure; - utiliser des matériaux appropriés (céramiques, revêtements spéciaux, alliages, etc.) dans la construction pour minimiser ou éliminer les frottements internes et les transferts thermiques vers l'extérieur; - adapter la machine au carburant utilisé. Note: À titre d'exemple, un gallon d'essence a la valeur de 110,000 BTU; 27,500 soit 25 % sont convertis en énergie mécanique, le reste étant perdu, dissipé dans l'échappement et surtout dans le système de refroidissement, soit 75% de la chaleur totale du pouvoir calorifique. Il y a là matière à amélioration substantielle en ce qui concerne le rendement et l'efficacité thermique des moteurs actuels. |
