Développement d’un moteur de cogénération thermoacoustique

Promoteur principal : Etalim Inc.
Lieu : Vancouver (Colombie-Britannique)
Contribution du écoEIN : 1 402 550 $
Total du projet : 4 914 600 $

Contexte du projet :

Dans la micro-production combinée de chaleur et d’électricité ou « m-PCCE », il s’agit de la production simultanée de chaleur et d’électricité dans une maison ou un petit bâtiment. La force motrice (un moteur ou une pile à combustible) au cœur des systèmes de m-PCCE est ce qui les distingue. L’entreprise Etalim Inc. a créé un tel moteur. Le convertisseur thermoacoustique ou « TAC » a le potentiel de convertir toute source de chaleur ou tout combustible en électricité. Le TAC est un moteur thermique qui conjugue des concepts d’un moteur Stirling et des principes de la thermodynamique, de l’acoustique de grande amplitude, de la résonance mécanique et de la science des matériaux de façon unique. Le résultat est un petit moteur à haut rendement et intrinsèquement fiable

De plus, l’appareil unique d’Etalim Inc. a du potentiel dans des marchés au-delà de celui de la m-PCCE. La récupération de la chaleur de grands moteurs ou d’installations industrielles, la production d’énergie à partir du biogaz, du gaz d’enfouissement ou d’autres combustibles renouvelables, l’énergie solaire ou auxiliaire à l’échelle commerciale et la production d’énergie dans les régions rurales et aux fins des télécommunications sont toutes des applications possibles du TAC. À cette fin et dans le cadre de l’Initiative écoÉNERGIE Innovation, Etalim Inc. a reçu 1,4 M$ pour réaliser son projet de « Développement d’un moteur de cogénération thermoacoustique ». Les deux principaux objectifs du projet étaient les suivants : achever le développement et la mise à l’essai d’une unité bêta précommerciale du TAC à carburants multiples

Dans la micro-production combinée de chaleur et d’électricité ou « m-PCCE », il s’agit de la production simultanée de chaleur et d’électricité dans une maison ou un petit bâtiment. La force motrice (un moteur ou une pile à combustible) au cœur des systèmes de m-PCCE est ce qui les distingue. L’entreprise Etalim Inc. a créé un tel moteur. Le convertisseur thermoacoustique ou « TAC » a le potentiel de convertir toute source de chaleur ou tout combustible en électricité. Le TAC est un moteur thermique qui conjugue des concepts d’un moteur Stirling et des principes de la thermodynamique, de l’acoustique de grande amplitude, de la résonance mécanique et de la science des matériaux de façon unique. Le résultat est un petit moteur à haut rendement et intrinsèquement fiable

De plus, l’appareil unique d’Etalim Inc. a du potentiel dans des marchés au-delà de celui de la m-PCCE. La récupération de la chaleur de grands moteurs ou d’installations industrielles, la production d’énergie à partir du biogaz, du gaz d’enfouissement ou d’autres combustibles renouvelables, l’énergie solaire ou auxiliaire à l’échelle commerciale et la production d’énergie dans les régions rurales et aux fins des télécommunications sont toutes des applications possibles du TAC. À cette fin et dans le cadre de l’Initiative écoÉNERGIE Innovation, Etalim Inc. a reçu 1,4 M$ pour réaliser son projet de « Développement d’un moteur de cogénération thermoacoustique ». Les deux principaux objectifs du projet étaient les suivants : achever le développement et la mise à l’essai d’une unité bêta précommerciale du TAC à carburants multiples

Résultats :

Une nouvelle architecture TAC, surnommée le HT, a été conçue aux débuts du projet. Le TAC-HT consistait en deux modules distincts : le module thermique, qui convertissait l’énergie thermique en énergie acoustique, et le module générateur, qui convertissait l’énergie acoustique en énergie électrique. Le premier TAC-HT prototype a été construit et mis à l’essai. Il fonctionnait à 700 ⁰C et acceptait la chaleur d’une source externe (à l’extérieur de la paroi du récipient sous pression du TAC) – une première pour Etalim Inc.. De plus, le TAC-HT a atteint une puissance mécanique de 860 watts (puissance de crête) à 700 ⁰C et plus de 40 heures de fonctionnement.

Un brûleur récupérateur compact à gaz naturel a été créé pour s’intégrer dans la nouvelle architecture TAC-HT.   Le prototype a permis de valider le concept et la fonctionnalité. L’efficacité opérationnelle du deuxième appareil prototype était supérieure. Simultanément, les autres composants du système m-PCCE et de la récupération de la chaleur résiduelle étaient élaborés. Un échangeur de chaleur à condensation s’est ajouté au système prototype, simulant ainsi un système complet de m-PCCE. Les essais et la mise au point du système complet se sont poursuivis jusqu’au moment où le brûleur a atteint les valeurs prévues quant à l’efficacité (puissance calorifique supérieure de 70 %) et à la puissance (3,5 kW).

Le potentiel de l’application du TAC pour la récupération de la chaleur résiduelle d’un grand moteur à combustion interne a aussi fait l’objet d’études. Il a été déterminé que la meilleure façon d’alimenter le TAC en chaleur (d’une source éloignée de chaleur résiduelle) serait au moyen d’une boucle à autocirculation acoustique pour la transmission de la chaleur. Le concept était une réussite. Un modèle a été créé et son fonctionnement a été démontré.

Avantages pour le Canada :

Dans la m-PCCE, il s’agit d’une approche à la production d’énergie et de chaleur à haute efficacité dont les propriétaires de maisons pourraient tirer des avantages économiques considérables. Les maisons au Canada ont des besoins considérables en chauffage localisé et elles se prêtent particulièrement bien à la m-PCCE. De plus, le TAC peut récupérer la chaleur résiduelle des gaz d’échappement de véhicules ou d’une installation industrielle. Les moteurs classiques dans les camions et les voitures gaspillent deux tiers de l’énergie du carburant comme chaleur non récupérée. Le TAC peut réduire la consommation globale de carburant d’un grand camion d’environ 4 %.

Prochaines étapes :

À l’avenir comme par le passé, Etalim Inc. a pour unique concentration de faire avancer la technologie du TAC relative à un système de m-PCCE et un système de récupération de la chaleur résiduelle d’automobiles, jusqu’à l’étape de l’adoption commerciale. Etalim Inc. travaille actuellement avec des partenaires industriels importants sur l’élaboration d’appareils prototypes aux fins de la mise à l’essai sur le terrain du système de m-PCCE et du système pour automobiles.

Pour en savoir davantage

Rapport public