[Blog de Remundo] Machines et Animaux non conventionnels

[Remundo]

La "réflectivité" sur l'absorbeur est un autre problème que supprime le concept PHRSD puisque le rayonnement s'engouffre dans une cavité.

Pour les températures, c'est une question de qualité des matériaux et d'investissement. 1000°C sont tout à fait envisageable, n'importe quel foyer d'une chaudière à bois bien alimenté en air atteint cette température. Elle est en fonte/acier pourtant. Au delà de 1000°C, il faut du réfractaire/matériaux spécifiques (céramiques...)

Pour limiter les "tuyaux", le concept PHRSD préconise l'implantation d'un moteur Stirling directement au contact de l'enceinte de confinement de l'énergie (ECE), à l'instar de réalisations ayant déjà opté pour cette conception (Disch Stirling réalisé avec le Solo161 de 10 kW électrique (Solo Sindelfingen, Allemagne)

@+

[GillesH38]

La "réflectivité" sur l'absorbeur est un autre problème que supprime le concept PHRSD puisque le rayonnement s'engouffre dans une cavité.

certes mais il y a forcément une température d'équilibre pour laquelle l'afflux de rayonnement est compensé par le rayonnement des parois, qui ne peut pas etre réfléchi à 100 % : tu ne pourras pas dépasser cette valeur, qui dépend de la modélisation précise de ton système. Les faces "réflechissantes" seront néanmoins chauffées et emettront aussi vers l'extérieur...même un thermos finit par se refroidir !

[energy_isere]

Ainsi, la géométrie anti-émissive de la cavité (6) doit être capable de confiner à la fois les rayons injectés et le rayonnement thermique résultant de l’échauffement des parois (9,10).

Pour cela, tel qu’illustré aux figures 11A et 11H, la présente invention préconise l’utilisation :
- de deux miroirs paraboliques (9,10) de distance focale différente,
- de confondre les foyers F de ces 2 miroirs de manière à créer une cavité afocale (6) dont les deux variantes sont :
o cavité biconcave (présentée à la figure 11A)
o cavité convexe/concave (figure 11H),
- de préférence, d’aligner les axes optiques des 2 miroirs (9,10) ainsi positionnés.
Tel qu’illustré à la figure 11B pour une cavité (6) biconcave, des petits miroirs (17A,17B) optimisant le confinement ou simplifiant la construction de la cavité peuvent parfaire cette géométrie afocale anti-émissive.
Tel qu’illustré aux figures 11C et 11I, tout rayon (R) incident et parallèle aux axes alignés des miroirs paraboliques (9,10) à foyers confondus se voit alors imposer un trajet géométrique infini, et donc un nombre de réflexions infini. C’est le caractère afocal de la cavité (6) qui permet ce phénomène fondamental pour la présente invention.
Tel qu’illustré aux figures 11D et 11L, un faisceau parallèle (FP) est piégé sur l’axe des miroirs paraboliques, comme s’il était géométriquement attracteur.
Il s’agit là d’un piégeage progressif et irrémédiable obtenu par réflexions successives sur les parois des miroirs. Ce phénomène ne fonctionne que si les distances focales des deux miroirs sont différentes, le premier impact devant se faire préférentiellement sur le miroir de plus grande distance focale (9).
Tel qu’illustré aux figures 11E et 11F pour les géométries biconcaves, et 11J et 11K pour les géométries de type concave/convexe, le piégeage reste de très bonne qualité pour des rayons (R) légèrement inclinés par rapport à l’axe des miroirs, imposant des dizaines de réflexions avant d’offrir une possibilité géométrique de sortie de la cavité (6). L’enveloppe des rayons dans le cas de la cavité biconcave est sensiblement parabolique et l’orientation de cette courbe caustique parabolique s’inverse au moment où l’incidence est parallèle à l’axe des miroirs (9,10).

Il ya un truc qui me chagrine : dés lors que tu va mettre à l' intérieur un dispositif de captation de l' energie calorifique tu va perturber les reflexions infinies entre les deux miroirs et generer une nouvelle source à temperature élevée, qui elle méme va rayonner (et éventuellement pouvoir ressortir par reflexions multiples).

As tu estimé l' elevation de Temperture que subiraient les miroirs ? Car méme avec un renvoi de 99% des rayonnements, par reflexions multiple tu fini par accumuler pas mal de % de ce rayonnement dans le verre du reflecteur.

Cette elevation de temperature va créer de fortes dilatations dans le verre et la structure porteuse.

As tu estimé les dilatations qui vont se produire un peu partout ?

[energy_isere]

Animation montrant le piégeage progressif et géométriquement irrémédiable d'un rayon parallèle à l'axe de la cavité afocale de type concave/concave

ben dis moi ou tu met l' échangeur calorifique dans cette histoire.

[energy_isere]

En conclusion

Principe général de fonctionnement

Schéma aimablement fourni par un ami forumer Toto65

L'exposé est maintenant achevé et je serai ravi de répondre à vos remarques ou de discuter de vos idées...

Remundo pour SYCOMOREEN, micro PME familiale

je comprend mieux ou se situe l' echangeur.

Mais , comment fait tu pour garder au vide une telle surface ?
(vide pour l' isolation thermique)

As tu calculé les forces sachant que 1m2 de surface au vide et la pression atmosphérique derriere te genere une force de 1kg/cm2 soit 10 tonnes au m2.

Comment fait tu la liaison thermique entre les tubes d 'échange de chaleur et le miroir ?
Quelle sont les différences de coefficient de dilatation thermique des matériaux ?

[Remundo]

certes mais il y a forcément une température d'équilibre pour laquelle l'afflux de rayonnement est compensé par le rayonnement des parois, qui ne peut pas etre réfléchi à 100 % : tu ne pourras pas dépasser cette valeur, qui dépend de la modélisation précise de ton système. Les faces "réflechissantes" seront néanmoins chauffées et emettront aussi vers l'extérieur...même un thermos finit par se refroidir !

Tout à fait Gilles, celle-ci peut aller est jusqu'à plusieurs milliers de degré. Les simulations numériques que j'ai faites prévoient jusqu'à 3000°C... Je publierai une annexe scientifique ultérieurement.

C'est pour ça aussi que les "faces réfléchissantes" ont une structure en poupées russes. le simple fait de mettre 2 couche divise pas bien plus que 2 les pertes par rapport à une seule couche, etc...

@+

[Remundo]

As tu calculé les forces sachant que 1m2 de surface au vide et la pression atmosphérique derriere te genere une force de 1kg/cm2 soit 10 tonnes au m2.

Comment fait tu la liaison thermique entre les tubes d 'échange de chaleur et le miroir ?
Quelle sont les différences de coefficient de dilatation thermique des matériaux ?

Pour un proto, on ne pourra pas aller jusqu'au vide poussé, mais déjà, de l'air à 0,5 Bar est un bon isolant thermique, surtout en multicouches Mais cela ne pose pas de problème technique. J'ai dans l'idée d'utiliser un extincteur au rebus et coupé en 2. Faudra faire un peu de soudure, mais ça devrait tenir. Faut que je fasse une simulation par éléments finis pour voir l'épaisseur d'acier nécessaire. Mais par exemple ton écran cathodique de téléviseur est dans la situation que tu décris et il est en verre... C'est gérable avec de l'acier un peu épais (>6 mm).

Les dilatations thermiques importent peu puisqu'il n'y a aucune pièce mobile. L'échangeur thermique est un bloc d'acier soudé au tôles surchauffées et percé : le fluide circule directement dans les perçages.

A bientôt !

[energy_isere]

Pour un proto, on ne pourra pas aller jusqu'au vide poussé, mais déjà, de l'air à 0,5 Bar est un bon isolant thermique,

totalement faux !

Pour que l' air soit isolant il faut tomber à un bon vide primaire.
Document toi sur la conductivité thermique de l' air en fonction de la pression, et tu sera trés surpris.

Les dilatations thermiques importent peu puisqu'il n'y a aucune pièce mobile. L'échangeur thermique est un bloc d'acier soudé au tôles surchauffées et percé : le fluide circule directement dans les perçages.

c'est bien le probléme !

Si l' échangeur est soudé sur les toles surchauffé, tu va avoir à gérer la dilatation entre ces deux matériaux quand ca va passer de la temperature ambiante à la temperature de fonctionnement ! Casse à prévoir. Ou alors il faut que les deux matériaux ait le meme coefficient de dilatation.

[GillesH38]

et tu prends quelle réflectivité dans tes calculs?

[Remundo]

-> EnergieIsère

Dans les phénomènes thermiques stationnaires (ce qui est le cas du PHRSD une fois en "croisière"), toutes les pertes de chaleurs sont proportionnelles à la conductivité thermique, sur http://fr.wikipedia.org/wiki/Conductivi ... _thermique
Tu pourras trouver un tableau montrant que l'air atmosphérique est 2 fois plus isolant que la laine de verre et 10 fois plus isolant que le liège, qui sont connus pour être déjà de bon isolants.

Les tôles surchauffées et le bloc doivent idéalement être dans le même matériau, mais ont peut envisager énormément de solutions à ce sujet... Le plus simple est d'aménager un trou d'entrée et un trou de sortie pour le fluide sans "bloc de stockage"

-> Gilles

Je prends une loi de corps noir, corrigée par un facteur d'émissivité que l'on trouve dans des recueils de données expérimentales, couplée à un coefficient d'aborption à chaque impact sur les tôles de 65% correspondant à un tôle laminée en acier.

Tiens, pour te donner une idée... http://www.outilssolaires.com/Glossaire ... rption.htm

@+

[energy_isere]

-> EnergieIsère

Dans les phénomènes thermiques stationnaires (ce qui est le cas du PHRSD une fois en "croisière"), toutes les pertes de chaleurs sont proportionnelles à la conductivité thermique, sur http://fr.wikipedia.org/wiki/Conductivi ... _thermique
Tu pourras trouver un tableau montrant que l'air atmosphérique est 2 fois plus isolant que la laine de verre et 10 fois plus isolant que le liège, qui sont connus pour être déjà de bon isolants.

Bien sur que les pertes de chaleurs sont proportionnelles à la conductivité thermique, c' est la Ba Ba pour l' ingénieur thermicien !

Ce que je t' ai dit est différent.

C'est le fait de croire qu' en divisant par 2 la pression de l' air tu pense diviser par 2 la conductivté thermique. Et bien cela est faux.
La conductivité thermique d' un gaz est lié au libre parcour moyen des molécule du Gaz, et elle n 'est pas linéaire avec la pression du Gaz. Documente toi.

[Remundo]

C'est le fait de croire qu' en divisant par 2 la pression de l' air tu pense diviser par 2 la conductivté thermique. Et bien cela est faux.
La conductivité thermique d' un gaz est lié au libre parcour moyen des molécule du Gaz, et elle n 'est pas linéaire avec la pression du Gaz. Documente toi.

BOnjour Energie Isère,

Mais ai-je affirmé cela ou suggéré que j'y croyais ?

Merci de ces remarques et je vais préciser...

Ce que tu dis est vrai tant que l'on reste dans des gammes de pression de plusieurs kiloPascal. On remarque que la conductivité thermique baisse très peu avec P sur la gamme des kPa. Cela s'explique...

On exprime approximativement en théorie cinétique des gaz le fameux libre parcours moyen l* d'une molécule comme:

l* = µ /P x racine(Pi R T/ 2 / M)
avec µ la viscosité du gaz, P la pression, M la masse molaire, T la température. R constante des gaz parfaits

Expérimentalement, on remarque aussi que µ est quasi indépendante de P. Donc à température constante, l* chute à peu près proportionnellement à l'inverse de 1/P.

Où je veux en venir... Une petite baisse de pression "ne fait pas de mal" pour augmenter l'isolation, mais a une influence faible tant qu'on reste sur des kPa de pression, c'est à dire tant que l*<<L dimension du récipient. Vu qu'on part déjà d'un bon isolant (conductivité faible de l'air), cela ne coûte rien de depressuriser un peu et va dans le bon sens.

Mais lorsqu'on passe à une forte baisse, cad qu'on n'a plus que quelques dizaines de Pascal, alors l* >> L (L est la dimension du récipient). Et là, la conductivité thermique définie macroscopiquement à partir de l'énergie d'agitation thermique des molécules de gaz n'a plus de sens car les chocs molécules/molécules ne sont plus prépondérants devant les chocs molécules/paroi.

Autrement dit, on passe d'un régime moléculaire collectif à un régime moléculaire individuel, c'est à dire que les échanges thermiques ne transitent plus de de molécules à molécules (ce qui se passe en CNTP), MAIS PRINCIPALEMENT sur les chocs molécules/paroi.

Et une pression de quelques Pascal limite ces chocs à peau de chagrin. Donc isole quasi parfaitement en bloquant la conduction thermique. C'est l'isolation par le vide... Je n'ai rien inventé sur ce point précis

Le rayonnement lui passe encore... mais on peut le forcer efficacement à rebrousser chemin avec une face réfléchissante. Les miroirs standards réfléchissent plus de 90% et sont très efficaces dans l'infrarouge. ça tombe bien puisque qu'un rayonnement de 1000°C à 2000°C est en plein dans l'infrarouge.

En espérant que ces précisions répondent à tes interrogations.

A plus !

[GillesH38]

Le rayonnement lui passe encore... mais on peut le forcer efficacement à rebrousser chemin avec une face réfléchissante. Les miroirs standards réfléchissent plus de 90% et sont très efficaces dans l'infrarouge. ça tombe bien puisque qu'un rayonnement de 1000°C à 2000°C est en plein dans l'infrarouge.

En espérant que ces précisions répondent à tes interrogations.

A plus !

de toutes façons , à l'état stationnaire en fonctionnement, le système évacue toujours autant de calories que ce qui entre. la seule chose que tu gagnes à faire de l'isolation, c'est que la température centrale augmente effectivement. mais ce n'est intéressant que si ton fluide caloporteur garde cette température, et que l'essentiel de l'évacuation se fait par ce fluide et non par les parois : ce n'est donc pas qu'un probleme d'isolation, il faut aussi transférer très efficacement la chaleur dans le fluide , avec une température très élevée, et éviter les pertes une fois que le fluide sort de ton enceinte ! et plus il est chaud, plus il se refroidit aussi rapidement.

Il se peut que ta modélisation soit juste, mais ça demanderait quand meme à etre validée par un proto !

[energy_isere]

....
Ce que tu dis est vrai tant que l'on reste dans des gammes de pression de plusieurs kiloPascal. On remarque que la conductivité thermique baisse très peu avec P sur la gamme des kPa. Cela s'explique...

On exprime approximativement en théorie cinétique des gaz le fameux libre parcours moyen l* d'une molécule comme:

l* = µ /P x racine(Pi R T/ 2 / M)
avec µ la viscosité du gaz, P la pression, M la masse molaire, T la température. R constante des gaz parfaits

Expérimentalement, on remarque aussi que µ est quasi indépendante de P. Donc à température constante, l* chute à peu près proportionnellement à l'inverse de 1/P.

Où je veux en venir... Une petite baisse de pression "ne fait pas de mal" pour augmenter l'isolation, mais a une influence faible tant qu'on reste sur des kPa de pression, c'est à dire tant que l*<<L dimension du récipient. Vu qu'on part déjà d'un bon isolant (conductivité faible de l'air), cela ne coûte rien de depressuriser un peu et va dans le bon sens.

Mais lorsqu'on passe à une forte baisse, cad qu'on n'a plus que quelques dizaines de Pascal, alors l* >> L (L est la dimension du récipient). Et là, la conductivité thermique définie macroscopiquement à partir de l'énergie d'agitation thermique des molécules de gaz n'a plus de sens car les chocs molécules/molécules ne sont plus prépondérants devant les chocs molécules/paroi.

Autrement dit, on passe d'un régime moléculaire collectif à un régime moléculaire individuel, c'est à dire que les échanges thermiques ne transitent plus de de molécules à molécules (ce qui se passe en CNTP), MAIS PRINCIPALEMENT sur les chocs molécules/paroi.

Et une pression de quelques Pascal limite ces chocs à peau de chagrin. Donc isole quasi parfaitement en bloquant la conduction thermique. C'est l'isolation par le vide... Je n'ai rien inventé sur ce point précis

A plus !

OK, c' est bien de t' étre documenté sur la question.
C' est à peu prés ce que j' avais lu il y a 15 ans quand j' avais eu besoin de ces info dans le cadre d' un projet au boulot.

Ton probléme est donc d' assurer un bon vide entre les parois. Pas une mince affaire dans de tels volumes.

[Remundo]

Bonjour à vous,

Il se peut que ta modélisation soit juste, mais ça demanderait quand meme à etre validée par un proto !

Toutafé !! Et c'est prévu dès que j'en aurai le temps avec mon Père. On a déjà des mini-protos très sommaires encourageants avec des paraboles satellites de récup'. Mais il faut rendre le montage un peu plus "pro".

Pour Energy Isère

Les volumes ne sont pas si grands que ça (20 à 25 cm de diam pour un piège de 2m d'envergure).

On sait faire des corps de vérins qui encaissent 100 bar de pression hydraulique, et bien mon système peut être vu comme plusieurs corps de vérins en poupées russes, dont seuls le plus petit et le plus grand encaissent 1 bar de pression. C'est largement jouable.

@+