EP2809945A1 - Dispositif de chauffage d'un moteur thermique d'un vehicule - Google Patents

Dispositif de chauffage d'un moteur thermique d'un vehicule

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Publication number
EP2809945A1
EP2809945A1 EP13706606.4A EP13706606A EP2809945A1 EP 2809945 A1 EP2809945 A1 EP 2809945A1 EP 13706606 A EP13706606 A EP 13706606A EP 2809945 A1 EP2809945 A1 EP 2809945A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
reactor
circuit
heat
fluid
engine
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13706606.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Damien Alfano
Pauline LARTIGUE
Thierry Cheng
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Original Assignee
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes de Controle Moteur SAS filed Critical Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Publication of EP2809945A1 publication Critical patent/EP2809945A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N19/00—Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/02—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks
    • F02N19/04—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks by heating of fluids used in engines
    • F02N19/10—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks by heating of fluids used in engines by heating of engine coolants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02N—STARTING OF COMBUSTION ENGINES; STARTING AIDS FOR SUCH ENGINES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02N19/00—Starting aids for combustion engines, not otherwise provided for
    • F02N19/02—Aiding engine start by thermal means, e.g. using lighted wicks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24V—COLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F24V30/00—Apparatus or devices using heat produced by exothermal chemical reactions other than combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • F28D20/003—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00 using thermochemical reactions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to the heating of at least one component of a vehicle.
  • the invention applies in particular, but not exclusively, to the heating of a heat engine when it is started, for example an internal combustion engine.
  • Heating the engine when it starts can reduce the
  • This heat can also, in very cold conditions, be transmitted to the cabin to improve the comfort of the vehicle users.
  • Reagents such as zeolite, are also known which can react in a highly exothermic manner with a reaction fluid and be subsequently regenerated.
  • the heat exchange circuit and the regeneration circuit being separate and each comprising a portion extending into the reactor.
  • the reactor can thus be qualified as a "three-fluid" reactor, receiving three fluids each having a distinct function, namely:
  • reaction fluid reacts with the reagent
  • the three circuits above can be distinct, that is to say do not present portions in common. Each of these circuits can thus be dedicated to the function or functions it has to fulfill.
  • the heat exchange circuit notably makes it possible to transfer the heat of the exothermic reaction to the component to be heated, in particular to the heat engine.
  • the device provides an architecture adapted to the release of heat by the reaction of the reagent, the transfer of this heat to the component to be heated and the regeneration of the reagent.
  • the reagent may be zeolite and the reaction fluid may be water.
  • water designates both pure water and a mixture of water and one or more other components in smaller proportions.
  • An example of such a mixture is brine.
  • the adsorption reaction of the water with the anhydrous zeolite is highly exothermic, the zeolite having in particular a storage capacity of 300 kWh per 1 kg of zeolite.
  • the zeolite may be in the form of beads stacked in the reactor.
  • the zeolite can be anhydrous before the reaction with the reaction fluid.
  • the reagent regeneration circuit may form part of the engine exhaust line. In this case, the regeneration fluid flowing through the regeneration circuit is constituted by the exhaust gas.
  • the exhaust line may be devoid of a burner placed therein, in particular upstream of the reactor, such a burner for heating the exhaust gas.
  • the regeneration circuit may comprise in parallel with the portion extending in the reactor a portion bypassing the reactor.
  • the reaction fluid supply circuit may comprise a condenser and a pipe connecting the reactor to the condenser.
  • the reaction fluid supply circuit may further comprise a reservoir capable of storing the reaction fluid.
  • This tank may be arranged at altitude with respect to the reactor so that the reaction fluid present in the reservoir in liquid form can flow by gravity into the reactor to cause its adsorption by the reagent.
  • the condenser may be disposed at an altitude with respect to the reservoir so that the reaction fluid in liquid form in the condenser can flow by gravity into the reservoir.
  • the portion of the reaction fluid supply circuit between the reservoir and the reactor can be traversed by the fluid in the liquid state when it is desired to cause the exothermic adsorption reaction and the portion of the fluid supply circuit.
  • the condenser and the pipe can be traversed by the fluid when the latter is desorbed from the reagent during the regeneration of the latter.
  • the fluid can then travel the pipe in the gaseous state, condense in the condenser and then gain the tank, especially by gravity.
  • Such a circuit makes it possible to regenerate both the reagent and the reaction fluid, so that the latter will be able to react together again when it will subsequently be necessary to heat the component.
  • the heat produced by the condensation of the fluid in the condenser can be reused, for example to heat the passenger compartment of the vehicle.
  • the conduct taken by the reaction fluid in the gaseous state between the reactor and the condenser can extend in altitude from the reactor and be placed near a source of heat. This reduces the risk that the desorbed fluid of the zeolite and borrowing this pipe condenses and falls by gravity into the reactor before reaching the condenser.
  • the reagent can be received in a reactor compartment. This compartment can be unique.
  • the reservoir may contain a volume of reaction fluid, in particular water,
  • This tank volume may be large enough to ensure a satisfactory exothermic reaction to heat the component.
  • the condenser can be sized to allow rapid regeneration of the zeolite, for example in less than twenty minutes.
  • the heat exchange circuit can be traversed by a single exchange fluid.
  • This exchange fluid then takes heat from the reactor when the exothermic reaction takes place and transfers it to the component.
  • the exchange fluid may be the fluid, in particular liquid, engine cooling.
  • a system for emptying the portion in the reactor of the heat exchange circuit can be added to prevent the exchange fluid, which may be the engine coolant, from being subjected to high temperatures in the reactor. the reactor during the regeneration of the reagent.
  • These temperatures can indeed be of the order of 150 ° C or more, and the engine cooling fluids may not be suitable for such temperatures.
  • the heat exchange circuit may comprise two subcircuits separated by a heat exchanger. This is for example a heat exchanger type "stacked flat engine oil cooler".
  • a first exchange fluid can flow in a first sub-circuit between the vehicle component and said heat exchanger and a second exchange fluid can flow in a second sub-circuit between the reactor and said heat exchanger.
  • the first sub-circuit is for example traversed by brine, especially when the component to be heated is the heat engine, and the second sub-circuit is for example traversed by a synthetic oil.
  • the second sub-circuit may further comprise a pump.
  • the heat exchange circuit may comprise a portion bypassing the reactor and disposed in parallel with the portion in the reactor of said circuit and a valve may be arranged at the inlet of said bypassing portion the reactor.
  • a valve may be arranged at the inlet of said bypassing portion the reactor. This is for example a three-way valve disposed at the bifurcation between said portions in parallel and can, depending on its state, to direct the exchange fluid in one and / or the other of the portions. parallel of said circuit or in any of these portions.
  • the reaction fluid supply circuit can communicate with the inside of the reactor via a valve, in particular a three-way valve.
  • This valve may or may not allow the passage of the reaction fluid in the liquid state of the reservoir of the reagent supply circuit to the reactor and or not the passage of the reaction fluid in the gaseous state of the reactor to the conduit of said reactor circuit. 'food.
  • the regeneration circuit may further comprise a valve whose state allows or not the circulation of fluid through the portion bypassing the reactor. If necessary, the access of the regeneration fluid to the portion of the regeneration circuit disposed in the reactor can be conditioned in the state of another valve of the regeneration circuit.
  • the heat exchange circuit between the component and the reactor may comprise a valve upstream of its portion in the reactor, the state of this valve controlling the flow of exchange fluid in said portion.
  • the valve of the supply circuit can be controlled to have a state permitting the gravitational passage of the reaction fluid from the reservoir to the reactor and preventing the access of this fluid to the condenser via the pipe.
  • the state of the exchange circuit valve controlling the inlet of the exchange fluid in the portion of said circuit in the reactor can be controlled according to the amount of exchange fluid that is to be heated in the reactor, by example depending on the number of components of the vehicle to be heated and / or the nature thereof.
  • the regeneration circuit valve controlling the flow of regeneration fluid in the portion bypassing the reactor can be opened or closed when the reaction
  • the feed circuit valve may be controlled to allow passage of the gaseous reaction fluid in the conduit and then into the condenser and to prevent a direct passage of this reaction fluid to the reaction medium. the gaseous state in the reservoir from the reactor.
  • the valve of the heat exchange circuit controlling the passage of exchange fluid in the portion in the reactor can then be not closed. For example, when only one exchange fluid circulates in the heat exchange circuit, this valve can be closed to avoid degrading the fluid. However, when this portion in the reactor is traversed by the second exchange fluid, this valve can be opened to allow the circulation of this fluid and prevent it from heating locally.
  • the valve of the regeneration circuit controlling the regeneration fluid passage in the portion bypassing the reactor can be closed. In some cases, the latter valve may be fully or partially open during the regeneration of the reagent to limit the temperature in the reactor.
  • the feed can be controlled so that the fluid can not leave the tank and the above valves of the heat exchange circuit and the regeneration circuit can be opened.
  • the portion of the heat exchange circuit may be in the form of a plurality of second pipes, said portion of the exchange circuit possibly comprising layers of second pipes, and the portion of the regeneration circuit may be in the form of a plurality of first conduits.
  • the first and second conduits may extend substantially parallel in the reactor.
  • the reagent receiving compartment may be formed by the interstices between said conduits passing through the reactor.
  • the invention further relates, in another of its aspects, to a method of heating at least one component of a vehicle using the device defined above, in which:
  • the reactant is supplied with reaction fluid into the reactor so as to cause an exothermic reaction in the reactor, and
  • the heat generated by said reaction is transferred to the component by means of the heat exchange circuit.
  • the method may include the step of regenerating the reagent by circulating regeneration fluid in the regeneration circuit, including exhaust gas.
  • the component may be at least one of the engine of the vehicle, of the gearbox, of a de-icing system and of an air-conditioning and / or heating system of the passenger compartment, of a system for wiping window (s) of the vehicle or a battery of the vehicle.
  • the method can be implemented when starting the heat engine, in particular to heat the latter.
  • the method may be implemented prior to starting the engine, the latter then not necessarily a heat engine.
  • the implementation of the method can be performed in response to a set point imposed by the user of the vehicle or be automatic, for example after detection of an action by the user, such as the
  • the method then allows a pre-conditioning of certain components of the vehicle.
  • This pre-conditioning can be used to defrost windows of the vehicle or to heat the oil of the gearbox, for example.
  • This pre-conditioning can also or alternatively allow to heat the oil or water in the engine and / or the cabin of the vehicle and / or the product for wiping window (s) of the vehicle.
  • the invention further relates, in another of its aspects, to a device for heating at least one component of a vehicle, comprising:
  • a heat exchange circuit between the reactor and the vehicle component, and a reactant regeneration circuit comprising in parallel a portion passing through the reactor and a portion bypassing the reactor.
  • FIG. 1 schematically represents a vehicle in which a device according to an exemplary implementation of the invention is integrated
  • FIG. 2 schematically represents a device according to a first example of implementation of the invention
  • FIG. 3 represents a detail of the device of FIG. 2
  • FIG. 4 schematically represents a device according to a second exemplary implementation of the invention
  • FIG. 5 represents a detail of the device of FIG. 4,
  • Figure 6 shows an end of an example reactor.
  • FIG. 1 shows a vehicle 1 in which a heating device 2 is integrated according to an embodiment of the invention.
  • the device 2 comprises a reactor 3 in which is disposed a reagent, a reactor fluid supply circuit 3 of the reactor 3, this fluid reacts with the reagent exothermically, a heat exchange circuit 8 between the reactor 3 and a component 7 of the vehicle 1 to be heated and a regeneration circuit 9 of the reagent in the reactor 3.
  • the reagent is zeolite and the reaction fluid is brine.
  • the regeneration circuit 9 is traversed by a regeneration fluid formed by the exhaust gas, so that the regeneration circuit 9 forms part of the exhaust line of the internal combustion engine of the vehicle .
  • the invention is however not limited to these examples.
  • the component 7 of the vehicle is an internal combustion engine of the vehicle.
  • the device 2 is then used to heat the engine 7 when it starts.
  • the device 2 can be used to heat one or more components of the vehicle at other times than when starting the engine.
  • the device 2 may, for example, heat one or more components before starting the engine, making a pre-conditioning of this or these components 7.
  • This pre-conditioning can result from an order given by the user of the vehicle before it starts the vehicle, for example pressing a trigger button of the device 2.
  • the pre-conditioning results from a generated order
  • the device 2 can thus transfer, prior to starting the engine, heat to a window defrosting system, for example the windshield of the vehicle 1, to the gearbox. of vehicles, particularly for heat the oil thereof, or the cabin of the vehicle, for the comfort of the vehicle user (s) 1.
  • a window defrosting system for example the windshield of the vehicle 1
  • the gearbox for example the gearbox. of vehicles, particularly for heat the oil thereof, or the cabin of the vehicle, for the comfort of the vehicle user (s) 1.
  • the reactor 3 is in the example described in the form of a cylinder of longitudinal axis X and of circular section, perpendicular to this axis X.
  • the reactor 3 may comprise an enclosure inside which the fluid conveyed by each circuit 5, 8 and 9 can access.
  • a compartment in the chamber of the reactor 3 receives the reagent which is in the described example of the zeolite.
  • the compartment contains, for example, some kg of zeolite, in particular 2 kg of zeolite, and this zeolite is in the example described in the form of balls stacked in the compartment.
  • the reaction fluid supply circuit 5 comprises, in the example described, a fluid reservoir 13 and a condenser 14.
  • the circuit 5 is disposed at an altitude relative to the reactor 3 in the example under consideration, being above the reactor 3 or at an angle to it.
  • the reaction fluid supply circuit 5 may communicate with the
  • One of the channels of this valve 16 can communicate with a pipe 17 connected to the condenser 14, another channel of the valve 16 can communicate with a pipe 19 connected to the tank 13 and the third channel of the valve 16 can communicate with the access 12.
  • the pipe 17 may extend vertically and may or may not be disposed along a hot source of the vehicle.
  • the condenser 14 and the reservoir 13 may be sized according to the volume of reaction fluid that it is desired to react with the zeolite.
  • the condenser may also be sized to have a condensing power compatible with a given zeolite regeneration time, for example less than 20 minutes.
  • the reservoir 13 has for example a capacity to receive a quantity of liquid corresponding in mass to 20% of the anhydrous zeolite contained in the reactor 3.
  • the heat exchange circuit 8 between the reactor 3 and the component 7 comprises in the example described a portion extending in the reactor 3. This portion extends for example between two diametrically opposite ports in the chamber, one of the ports 20 forming an inlet of said portion in the reactor while the other of the ports 20 forms an outlet of said portion.
  • the ports 20 may be provided at a longitudinal end of the reactor 3.
  • the inside of the enclosure may be divided into three regions by two walls 23 and 24. extending parallel to the axis X of the reactor.
  • the first wall 23 externally surrounds a first region 26 communicating with the access 20 forming the outlet of the exchange fluid of the reactor 3.
  • the second wall 24, radially external to the first wall 23, defines internally a third region 27 communicating with the access 20 forming the inlet of the exchange fluid in the reactor 3.
  • This second region 28 does not communicate with any of the ports 20 and may be devoid of exchange fluid.
  • the first region 26 forms in the example of Figure 6 an outlet collector of the exchange fluid while the third region 27 forms an inlet manifold of the fluid.
  • a plurality of webs comprising second conduits may extend along the reactor 3 from holes opening into the third region 27 to holes 31 opening into the first region 26, these webs having the shape of a coil.
  • a valve 32 may be arranged upstream of the access 20 connected to the inlet manifold 27, the state of this valve 32 deciding the circulation of the exchange fluid in the reactor 3. In the example shown in the figures 3 and 5, this valve 32 also makes it possible to direct or not the exchange fluid in a portion 40 of the heat exchange circuit 8 bypassing the reactor 3. This portion 40 may further comprise a non-return valve 39 to near the place where the portion in the reactor and the portion 40 bypassing the reactor 3 meet.
  • the reaction fluid entering the port 20 upstream of the inlet manifold 27 may have a temperature related to the outside temperature.
  • the temperature upstream of the inlet manifold 27 of the reaction fluid will be respectively -7 ° C., 0 ° C. or 20 ° C., but these values are not limiting.
  • the exchange fluid passing through the access 20 downstream of the outlet manifold 26 may have a temperature of the order of 110 ° C when the exothermic reaction occurs in the reactor 3.
  • the exchange circuit 8 extends to component 7 to be heated.
  • the regeneration circuit 9 comprises in the example considered two parallel portions 33 and 34.
  • the portion 33 passes through the reactor 3 while the portion 34 bypasses the latter (this portion being called "bypass" in English).
  • a valve 36 is disposed in the portion 34 in the example shown and, depending on the position of this valve 36, the exhaust gases bypass the reactor 3 or not.
  • the portion 33 can pass through the reactor 3 between two accesses to the enclosure
  • the portion 33 is for example divided into a plurality of first pipes passing through the reactor 3 along its longitudinal axis X.
  • These first pipes can pass through the inlet manifold 27 or the outlet manifold 26 described with reference to FIG. 6.
  • the reagent may be disposed in the interstices of the enclosure formed between the pipes of the heat exchange circuit 8 and the pipes of the regeneration circuit 9 therethrough, these interstices then forming the reactor compartment.
  • the heat exchange circuit 8 is traversed end to end by the same exchange fluid.
  • the component 7 being the heat engine of the vehicle 1 the exchange fluid can be the engine coolant.
  • the exchange circuit 8 may in this case contain a not shown draining system. This emptying system prevents the exchange fluid to come into contact with the exhaust gas during the regeneration of the zeolite, as will be explained later.
  • the cooling fluid is engine coolant such as brine
  • this fluid is not adapted to sustain higher or even much higher temperatures at 130 ° C.
  • the exhaust gas flowing through the portion 33 of the regeneration circuit 9 can bring the temperature in the reactor 3 to a value greater than 130 ° C.
  • the emptying system avoids degrading the exchange fluid that would be present in the reactor at that time.
  • the valve 32 may be a three-way valve and, depending on its state, allow the exchange fluid to gain the reactor 3 or to gain the portion 40 of the heat exchange circuit 8 bypassing the reactor 3. When it is not or that little need to heat the fluid flowing in the heat exchange circuit 8, the valve 32 may have a state in which all or part of the exchange fluid avoids the reactor 3, circulating in the portion 40 of the heat exchange circuit 8.
  • the device which will now be described with reference to FIGS. 4 and 5 differs from that just described in that the exchange circuit 8 is divided into two sub-circuits 41 and 42, each being traversed by a fluid exchange.
  • the two sub-circuits 41 and 42 each pass through the same heat exchanger 43.
  • the first circuit 41 circulates a first exchange fluid between the exchanger 43 and the engine 7 while the second circuit 42 circulates a second exchange fluid between the exchanger 43 and the reactor 1. A transfer of heat between the second exchange fluid and the first exchange fluid takes place in the heat exchanger 43.
  • the first exchange fluid is engine coolant, for example glycol water
  • the second exchange fluid is a synthetic oil, for example of the Jarytherm R type marketed by the company. Total R. This oil in fact withstands the high temperatures that can be reached in the reactor 3 when the exhaust gas flows through it.
  • the second sub-circuit 42 comprises a pump 45 promoting the circulation of the second exchange fluid, so as to prevent the second exchange fluid from stagnating in the reactor, which could lead to a local blistering of this second exchange fluid.
  • the valve 12 When it is desired to react together the zeolite and water, the valve 12 is brought into a state in which only the transfer of the liquid water contained in the reservoir 13 to the reactor 3 is possible. During this step, the state of the valve 32 can be controlled to allow the passage of a predefined quantity of exchange fluid, or second exchange fluid if appropriate, in the reactor 3.
  • the valve 36 can be:
  • the water passes by gravity from the tank 13 into the reactor 3 where it is adsorbed by the anhydrous zeolite. Due to the specific capacity of the zeolite (of the order of 300 kWh per kg of zeolite), a strongly exothermic reaction occurs in the reactor 3. This step can last about 2 minutes and a power of about 15 kW can be released by the reaction during this time.
  • the condenser 14 can see its pressure decrease while the water leaving the condenser via the pipe 19 may have a low temperature, for example of the order of -7 ° C, 0 ° C or 20 ° C, according to the outside temperature. Still during this step, the temperature in the reactor 3 may be of the order of 150 ° C while the pressure in the reactor 3 increases as the reaction.
  • the fluid leaving the portion of the exchange circuit 8 can have a temperature of about 110 ° C while its inlet temperature of this portion can be -7 ° C, 0 ° C or 20 ° C.
  • the exchange fluid at the outlet of the reactor 3, where appropriate the second exchange fluid then travels through the exchange circuit 8 to the engine 7, where appropriate, transfers its heat to the first exchange fluid flowing through. 7. The heat is then transmitted to the engine 7 which is thus heated.
  • all the water initially contained in the reservoir 13 may have been adsorbed by the zeolite.
  • the valves 12, 32 and 36 of the device 2 can be controlled as follows.
  • the valve 12 has a state allowing the communication between the reactor 3 and the pipe 17 connected to the condenser 14 and the absence of communication between the reactor 3 and the pipe 19 connected to the tank 13.
  • the valve 32 may have a state preventing the crossing by the exchange fluid of the reactor 3. If necessary, this fluid is discharged through the emptying system. If necessary, the valve 32 can allow the circulation of exchange fluid in the portion 40 bypassing the reactor 3 during regeneration.
  • the valve 36 can be closed, so that the exhaust gases run exclusively through the portion 33 in the reactor 3. In a variant, the valve 36 can be opened in order to avoid generating a too high temperature in the reactor 3.
  • the exhaust gases increase the temperature in the reactor 3.
  • the pressure increases and the water is desorbed from the pores of the zeolite in which it was following the previous step.
  • the desorbed water in the vapor state can then gain the pipe 17 in which it rises to the condenser 14 in which it condenses and then flows into the reservoir 13 in which it accumulates.
  • This regeneration step can take about 20 minutes.
  • the condensation of the water generates heat that can be used to heat the passenger compartment of the vehicle 1.
  • the desorbed water may have a temperature of about 110 ° C.
  • the temperature of the water condensed in the condenser may be 40 ° C.
  • the total pressure in the condenser 14 may be around 70 mbar
  • the partial pressure in water can be about 70 mbar
  • the temperature in the reactor 3 can be about 250 ° C
  • the total pressure in the reactor 3 can be about 70 mbar
  • the partial pressure in water can be about 70 mbar.
  • the desorbed water may have a temperature of about 110 ° C.
  • the temperature of the water condensed in the condenser 14 may be 20 ° C.
  • the total pressure in the condenser 14 is about 30 mbar
  • the partial water pressure can be about 30 mbar
  • the temperature in the reactor 3 can be about 250 ° C
  • the total pressure in the reactor 3 can be about 30 mbar
  • the partial pressure in water can be about 30 mbar.
  • the desorbed water may have a temperature of about 110 ° C.
  • the temperature of the water condensed in the condenser 14 may be 10 ° C.
  • the total pressure in the condenser 14 is about 10 mbar
  • the partial water pressure can be about 10 mbar
  • the temperature in the reactor 3 can be about 250 ° C
  • the total pressure in the reactor 3 can be about 10 mbar
  • the partial pressure in water can be about 10 mbar.
  • the device 2 is at rest. At rest, the valves 12, 32 and 36 of the device may have the following state.
  • the valve 12 prevents any communication between the reaction fluid supply circuit 5 and the reactor 3.
  • the valve 32 allows the circulation of the exchange fluid, the case the second exchange fluid, in the reactor 3.
  • the valve 36 is open, allowing all or part of the exhaust gas to bypass the reactor 3.
  • the temperature of the water in the condenser can drop to about 20 ° C.
  • the total pressure in the condenser 14 and the partial pressure of water in the condenser can be reduced to 20 mbar
  • the temperature in the reactor 3 may be about 20 ° C
  • the total pressure in the reactor 3 and the partial pressure of water in the reactor may be less than 0.1 mbar.
  • the water temperature in the condenser may drop to about 0 ° C
  • the total pressure in the condenser 14 and the partial pressure of water in the condenser may drop at 8 mbar
  • the temperature in the reactor 3 may be about 0 ° C
  • the total pressure in the reactor 3 and the partial pressure of water in the reactor may be less than 0.1 mbar.
  • the temperature of the water in the condenser can drop to about -7 ° C.
  • the total pressure in the condenser 14 and the partial pressure of water in the condenser can down to 2 mbar
  • the temperature in the reactor 3 may be about -7 ° C
  • the total pressure in the reactor 3 and the partial pressure of water in the reactor may be less than 0.1 mbar.

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Abstract

Dispositif de chauffage du moteur thermique (7) d'un véhicule, comprenant : - un réacteur (3) dans lequel un réactif susceptible de provoquer une réaction exothermique avec un fluide de réaction est disposé, • - un circuit (5) d'alimentation en fluide de réaction du réacteur (3), • - un circuit (8) d'échange de chaleur entre le réacteur (3) et le moteur thermique (7) du véhicule, et • - un circuit (9) de régénération du réactif,

Description

DISPOSITIF DE CHAUFFAGE D'UN MOTEUR THERMIQUE D'UN VEHICULE
La présente invention concerne le chauffage d'au moins un composant d'un véhicule. L'invention s'applique notamment, mais non exclusivement, au chauffage d'un moteur thermique lors de son démarrage, par exemple un moteur à combustion interne.
Chauffer le moteur thermique lorsqu'il démarre peut permettre de réduire la
consommation en essence et/ou les émissions de polluants. Cette chaleur peut également, dans des conditions de grand froid, être transmise à l'habitacle pour améliorer le confort des utilisateurs du véhicule.
Des solutions existant pour chauffer un moteur thermique lors du démarrage d'un véhicule sont par exemple : l'utilisation d'une bougie de pré-chauffage, l'encapsulation du moteur, l'enrichissement du mélange air/carburant pour obtenir plus rapidement un meilleur rendement du moteur, l'emploi d'éléments de chauffage externes fixés sur le bas du bloc moteur, l'utilisation d'un thermoplongeur plongeant dans l'huile du bloc moteur.
Ces différentes solutions ne sont pas réellement satisfaisantes en termes de
consommation et/ou de coût et/ou de durée de vie et/ou d'efficacité du transfert de chaleur au moteur thermique.
On connaît par ailleurs des réactifs, tel que la zéolite, susceptibles de réagir de façon fortement exothermique avec un fluide de réaction et d'être régénérés ultérieurement.
Un exemple de dispositif permettant d'utiliser ces réactifs pour le chauffage de composants d'un moteur thermique est divulgué dans la demande EP 1 391 238. Selon ce dispositif, le transfert de la chaleur dégagée par la réaction exothermique et la régénération du réactif sont effectués à l'aide d'un même circuit véhiculant le liquide de refroidissement du moteur. Or, un tel fluide n'est pas adapté à supporter de hautes températures et sa pression est trop importante, de sorte que ce dispositif présente des inconvénients en termes de complexité et de coût. Il existe en outre des risques importants de dégrader le liquide de refroidissement.
On connaît par ailleurs de la demande EP 1 331 113 un dispositif de climatisation de l'habitacle d'un véhicule, le dispositif utilisant de la zéolite. Ce dispositif ne permet pas de chauffer le moteur à l'aide de la réaction exothermique produite lorsque la zéolite réagit avec de l'eau.
Il existe un besoin pour permettre d'utiliser de tels réactifs pour chauffer des composants de véhicule, et en particulier leur moteur thermique. L'invention a pour but de répondre à ce besoin et elle y parvient, selon l'un de ses aspects, à l'aide d'un dispositif de chauffage d'au moins un composant d'un véhicule, notamment du moteur thermique du véhicule, comprenant :
un réacteur dans lequel un réactif susceptible de provoquer une réaction
exothermique avec un fluide de réaction est disposé,
un circuit d'alimentation en fluide de réaction du réacteur,
un circuit d'échange de chaleur entre le réacteur et le composant du véhicule, et un circuit de régénération du réactif,
le circuit d'échange de chaleur et le circuit de régénération étant distincts et comprenant chacun une portion s 'étendant dans le réacteur.
Le réacteur peut ainsi être qualifié de réacteur « trois fluides », recevant trois fluides ayant chacun une fonction distincte, à savoir :
le fluide de réaction réagissant avec le réactif,
le fluide d'échange circulant entre le réacteur et le composant à chauffer pour transférer la chaleur dégagée par la réaction, et
le fluide de régénération régénérant le réactif et, le cas échéant, le fluide de réaction. Les trois circuits ci-dessus peuvent être distinct, c'est-à-dire ne pas présenter de portions en commun. Chacun de ces circuits peut ainsi être dédié à la ou les fonctions qu'il a à remplir.
Le circuit d'échange de chaleur permet notamment de transférer la chaleur de la réaction exothermique au composant à chauffer, notamment au moteur thermique.
Le dispositif fournit une architecture adaptée au dégagement de chaleur par la réaction du réactif, au transfert de cette chaleur au composant à chauffer et à la régénération du réactif.
Le réactif peut être la zéolite et le fluide de réaction peut être de l'eau. Au sens de la présente invention, « eau » désigne aussi bien de l'eau pure qu'un mélange d'eau et d'un ou plusieurs autres composants en proportions moindres. Un exemple d'un tel mélange est l'eau glycolée. La réaction d'adsorption de l'eau par la zéolite anhydre est fortement exothermique, la zéolite ayant notamment une capacité massique de stockage de 300 kWh pour 1 kg de zéolite.
La zéolite peut se présenter sous la forme de billes empilées dans le réacteur.
La zéolite peut être anhydre avant la réaction avec le fluide de réaction. Le circuit de régénération du réactif peut former une partie de la ligne d'échappement du moteur. Dans ce cas, le fluide de régénération parcourant le circuit de régénération est constitué par les gaz d'échappement.
La ligne d'échappement peut être dépourvue d'un brûleur placé dans celle-ci, notamment en amont du réacteur, un tel brûleur permettant de réchauffer les gaz d'échappement.
Le circuit de régénération peut comprendre en parallèle de la portion s'étendant dans le réacteur une portion contournant le réacteur.
Le circuit d'alimentation en fluide de réaction peut comprendre un condenseur et une conduite reliant le réacteur au condenseur.
Le circuit d'alimentation en fluide de réaction peut encore comprendre un réservoir apte à stocker le fluide de réaction. Ce réservoir peut être disposé en altitude vis-à-vis du réacteur de manière à ce que le fluide de réaction présent dans le réservoir sous forme liquide puisse s'écouler par gravité dans le réacteur pour provoquer son adsorption par le réactif.
Le condenseur peut être disposé en altitude vis-à-vis du réservoir de manière à ce que le fluide de réaction sous forme liquide dans le condenseur puisse d'écouler par gravité dans le réservoir.
La partie du circuit d'alimentation en fluide de réaction entre le réservoir et le réacteur peut être parcourue par le fluide à l'état liquide lorsque l'on veut provoquer la réaction exothermique d'adsorption et la partie du circuit d'alimentation en fluide de réaction comprenant le condenseur et la conduite peut être parcourue par le fluide lorsque celui-ci est désorbé du réactif pendant la régénération de ce dernier. Le fluide peut alors parcourir la conduite à l'état gazeux, se condenser dans le condenseur et gagner ensuite le réservoir, notamment par gravité. Un tel circuit permet de régénérer à la fois le réactif et le fluide de réaction, de sorte que ces derniers seront aptes à réagir de nouveau ensemble lorsqu'il sera ultérieurement nécessaire de chauffer le composant.
En outre, la chaleur produite par la condensation du fluide dans le condenseur peut être réutilisée, par exemple pour chauffer l'habitacle du véhicule.
La conduite empruntée par le fluide de réaction à l'état gazeux entre le réacteur et le condenseur peut s'étendre en altitude depuis le réacteur et être disposée à proximité d'une source de chaleur. On réduit ainsi les risques que le fluide désorbé de la zéolite et empruntant cette conduite se condense et retombe par gravité dans le réacteur avant d'être parvenu au condenseur.
Le réactif peut être reçu dans un compartiment du réacteur. Ce compartiment peut être unique.
Le réservoir peut contenir un volume de fluide de réaction, notamment d'eau,
correspondant à 20% de la masse totale à l'état anhydre de la zéolite dans le compartiment. Ce volume du réservoir peut être suffisamment important pour garantir une réaction exothermique satisfaisante pour chauffer le composant.
Le condenseur peut être dimensionné pour permettre une régénération rapide de la zéolite, par exemple en moins de vingt minutes.
Dans un exemple de mise en œuvre de l'invention, le circuit d'échange de chaleur peut être parcouru par un seul fluide d'échange. Ce fluide d'échange prélève alors de la chaleur dans le réacteur lorsque la réaction exothermique s'y déroule et la transfère au composant. Lorsque le composant à chauffer est le moteur thermique du véhicule, le fluide d'échange peut être le fluide, notamment liquide, de refroidissement du moteur.
Dans cet exemple, un système de vidange de la portion dans le réacteur du circuit d'échange de chaleur peut être ajouté pour éviter que le fluide d'échange, qui peut être le liquide de refroidissement du moteur, ne soit soumis aux hautes températures dans le réacteur lors de la régénération du réactif. Ces températures peuvent en effet être de l'ordre de 150°C, voire plus, et les fluides de refroidissement de moteur peuvent ne pas être adaptés à de telles températures.
Dans un autre exemple de mise en œuvre de l'invention, le circuit d'échange de chaleur peut comprendre deux sous-circuits séparés par un échangeur thermique. Il s'agit par exemple d'un échangeur thermique de type « stacked plate engine oil cooler ».
Dans cet exemple, un premier fluide d'échange peut circuler dans un premier sous-circuit entre le composant du véhicule et ledit échangeur thermique et un deuxième fluide d'échange peut circuler dans un deuxième sous-circuit entre le réacteur et ledit échangeur thermique. Une telle structure permet que chaque sous-circuit soit parcouru par un fluide d'échange propre et adapté à l'environnement dans lequel il circule.
Le premier sous-circuit est par exemple parcouru par de l'eau glycolée, notamment lorsque le composant à chauffer est le moteur thermique, et le deuxième sous-circuit est par exemple parcouru par une huile de synthèse.
Le deuxième sous-circuit peut en outre comprendre une pompe.
Dans les deux exemples de mise en œuvre ci-dessus, le circuit d'échange de chaleur peut comprendre une portion contournant le réacteur et disposée en parallèle de la portion dans le réacteur dudit circuit et une vanne peut être disposée en entrée de ladite portion contournant le réacteur. Il s'agit par exemple d'une vanne trois voies disposée au niveau de la bifurcation entre lesdites portions en parallèle et pouvant permettre selon son état, de diriger le fluide d'échange dans l'une et/ou l'autre des portions en parallèle dudit circuit ou dans aucune de ces portions.
Le circuit d'alimentation en fluide de réaction peut communiquer avec l'intérieur du réacteur par l'intermédiaire d'une vanne, notamment d'une vanne trois voies. Cette vanne peut permettre ou non le passage du fluide de réaction à l'état liquide du réservoir du circuit d'alimentation en réactif au réacteur et ou non le passage du fluide de réaction à l'état gazeux du réacteur à la conduite dudit circuit d'alimentation.
Le circuit de régénération peut par ailleurs comprendre une vanne dont l'état permet ou non la circulation de fluide à travers la portion contournant le réacteur. Le cas échéant, l'accès du fluide de régénération à la portion du circuit de régénération disposée dans le réacteur peut être conditionné à l'état d'une autre vanne du circuit de régénération.
Le circuit d'échange de chaleur entre le composant et le réacteur peut comprendre une vanne en amont de sa portion dans le réacteur, l'état de cette vanne contrôlant la circulation de fluide d'échange dans ladite portion.
Lorsque l'on cherche à faire réagir le fluide de réaction et le réactif pour obtenir la réaction exothermique, la vanne du circuit d'alimentation peut être commandée pour avoir un état permettant le passage par gravité du fluide de réaction du réservoir au réacteur et empêchant l'accès de ce fluide au condenseur via la conduite. L'état de la vanne du circuit d'échange commandant l'entrée du fluide d'échange dans la portion dudit circuit dans le réacteur peut être commandé selon la quantité de fluide d'échange que l'on souhaite réchauffer dans le réacteur, par exemple selon le nombre de composants du véhicule à chauffer et/ou la nature de ceux-ci.
La vanne du circuit de régénération contrôlant le passage de fluide de régénération dans la portion contournant le réacteur peut être ouverte ou fermée lorsque la réaction
exothermique se produit. Lorsque cette vanne est ouverte, elle peut être complètement ouverte ou non.
Lorsque l'on cherche à régénérer le réactif, la vanne du circuit d'alimentation peut être commandée pour permettre le passage du fluide de réaction sous forme gazeuse dans la conduite puis dans le condenseur et pour empêcher un passage direct de ce fluide de réaction à l'état gazeux dans le réservoir depuis le réacteur. La vanne du circuit d'échange de chaleur commandant le passage de fluide d'échange dans la portion dans le réacteur peut alors être ou non fermée. Par exemple, lorsqu'un seul fluide d'échange circule dans le circuit d'échange de chaleur, cette vanne peut être fermée pour éviter de dégrader le fluide. Par contre, lorsque cette portion dans le réacteur est parcourue par le deuxième fluide d'échange, cette vanne peut être ouverte pour permettre la circulation de ce fluide et éviter que celui-ci ne chauffe localement.
La vanne du circuit de régénération contrôlant le passage de fluide de régénération dans la portion contournant le réacteur peut être fermée. Dans certains cas, cette dernière vanne peut être en tout ou partie ouverte lors de la régénération du réactif pour limiter la température dans le réacteur.
Lorsque le fluide de réaction est stocké dans le réservoir, la vanne du circuit
d'alimentation peut être commandée de manière à ce que le fluide ne puisse pas quitter le réservoir et les vannes ci-dessus du circuit d'échange de chaleur et du circuit de régénération peuvent être ouvertes.
Dans le réacteur, la portion du circuit d'échange de chaleur peut se présenter sous la forme d'une pluralité de deuxièmes conduites, ladite portion du circuit d'échange comprenant éventuellement des nappes de deuxièmes conduites, et la portion du circuit de régénération peut se présenter sous la forme d'une pluralité de premières conduites.
Les premières et deuxièmes conduites peuvent s'étendre sensiblement parallèlement dans le réacteur.
Le compartiment recevant le réactif peut être formé par les interstices entre lesdites conduites traversant le réacteur.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un procédé de chauffage d'au moins un composant d'un véhicule à l'aide du dispositif défini ci-dessus, dans lequel :
- on alimente en fluide de réaction le réactif dans le réacteur de manière à provoquer une réaction exothermique dans le réacteur, et
- on transfère la chaleur dégagée par ladite réaction au composant à l'aide du circuit d'échange de chaleur.
Le procédé peut comporter l'étape selon laquelle on régénère le réactif en faisant circuler du fluide de régénération dans le circuit de régénération, notamment des gaz d'échappement.
Le composant peut être l'un au moins du moteur thermique du véhicule, de la boîte de vitesse, d'un système de dégivrage et d'un système de climatisation et/ou de chauffage de l'habitacle, d'un système d'essuyage de vitre(s) du véhicule ou une batterie du véhicule. Le procédé peut être mis en œuvre lors du démarrage du moteur thermique, notamment pour chauffer ce dernier.
En variante, le procédé peut être mis en œuvre préalablement au démarrage du moteur, ce dernier n'étant alors pas nécessairement un moteur thermique. La mise en œuvre du procédé peut être effectuée en réponse à une consigne imposée par l'utilisateur du véhicule ou être automatique, par exemple après détection d'une action de l'utilisateur, comme le
déverrouillage des portes du véhicule, l'insertion de la clef de contact ou l'ouverture d'une porte du véhicule, par exemple.
Le procédé permet alors un pré -conditionnement de certains composants du véhicule. Ce pré -conditionnement peut permettre de dégivrer des vitres du véhicule ou de chauffer l'huile de la boîte de vitesse, par exemple. Ce pré -conditionnement peut en outre ou en variante permettre de chauffer l'huile ou l'eau dans le moteur et/ou l'habitacle du véhicule et/ou le produit pour l'essuyage de vitre(s) du véhicule.
Tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus en rapport avec le dispositif de chauffage s'appliquent au procédé de chauffage ci-dessus.
L'invention a encore pour objet, selon un autre de ses aspects, un dispositif de chauffage d'au moins un composant d'un véhicule, comprenant :
un réacteur dans lequel un réactif susceptible de provoquer une réaction
exothermique avec un fluide de réaction est disposé,
- un circuit d'alimentation en fluide de réaction du réacteur,
un circuit d'échange de chaleur entre le réacteur et le composant du véhicule, et un circuit de régénération du réactif, ledit circuit comprenant en parallèle une portion traversant le réacteur et une portion contournant le réacteur.
Tout ou partie des caractéristiques mentionnées ci-dessus en rapport avec le procédé s'appliquent au dispositif ci-dessus.
L'invention pourra être mieux comprise à la lecture qui va suivre d'un exemple non limitatif de mise en œuvre de celle-ci et à l'examen du dessin annexé sur lequel :
la figure 1 représente de façon schématique un véhicule dans lequel un dispositif selon un exemple de mise en œuvre de l'invention est intégré,
- la figure 2 représente de façon schématique un dispositif selon un premier exemple de mise en œuvre de l'invention,
la figure 3 représente un détail du dispositif de la figure 2, la figure 4 représente de façon schématique un dispositif selon un deuxième exemple de mise en œuvre de l'invention,
la figure 5 représente un détail du dispositif de la figure 4,
la figure 6 représente une extrémité d'un exemple de réacteur.
On a représenté à la figure 1 un véhicule 1 au sein duquel est intégré un dispositif de chauffage 2 selon un exemple de mise en œuvre l'invention. Le dispositif 2 comprend un réacteur 3 dans lequel est disposé un réactif, un circuit 5 d'alimentation en fluide de réaction du réacteur 3, ce fluide réagissant avec le réactif de façon exothermique, un circuit 8 d'échange de chaleur entre le réacteur 3 et un composant 7 du véhicule 1 à chauffer et un circuit 9 de régénération du réactif dans le réacteur 3.
Dans les exemples décrits ci-après, le réactif est de la zéolite et le fluide de réaction est de l'eau glycolée. Toujours dans les exemples décrits, le circuit 9 de régénération est parcouru par un fluide de régénération formé par les gaz d'échappement, de sorte que le circuit 9 de régénération forme une partie de la ligne d'échappement du moteur à combustion interne du véhicule. L'invention n'est cependant pas limitée à ces exemples.
Dans l'exemple qui va être décrit, le composant 7 du véhicule est un moteur à combustion interne du véhicule. Le dispositif 2 est alors utilisé pour chauffer ce moteur 7 lors de son démarrage.
Dans des variantes non décrites, le dispositif 2 peut être utilisé pour chauffer un ou plusieurs composants du véhicule à d'autres moments que lors du démarrage du moteur. Le dispositif 2 peut par exemple chauffer un ou plusieurs composants avant le démarrage du moteur, réalisant un pré -conditionnement de ce ou ces composants 7.
Ce pré -conditionnement peut résulter d'un ordre donné par l'utilisateur du véhicule avant que celui-ci ne démarre le véhicule, par exemple un appui sur un bouton de déclenchement du dispositif 2. En variante, le pré -conditionnement résulte d'un ordre généré
automatiquement, par exemple du fait de la détection de l'entrée dans le véhicule d'un utilisateur, notamment l'insertion de la clef de contact, le déverrouillage des portes ou l'ouverture d'une porte.
Dans le cas d'un tel pré -conditionnement, le dispositif 2 peut ainsi transférer, préalablement au démarrage du moteur, de la chaleur à un système de dégivrage de vitres, par exemple le pare -brise du véhicule 1 , à la boîte de vitesses du véhicules, notamment pour chauffer l'huile de celle-ci, ou à l'habitacle du véhicule, pour le confort du ou des utilisateurs du véhicule 1.
On va maintenant décrire plus en détail en référence aux figures 2 à 5 plusieurs exemples de dispositifs 2 selon l'invention.
Le réacteur 3 se présente dans l'exemple décrit sous la forme d'un cylindre d'axe longitudinal X et de section circulaire, perpendiculairement à cet axe X. Le réacteur 3 peut comprendre une enceinte à l'intérieur de laquelle le fluide véhiculé par chaque circuit 5, 8 et 9 peut accéder.
Un compartiment ménagé dans l'enceinte du réacteur 3 reçoit le réactif qui est dans l'exemple décrit de la zéolite. Le compartiment contient par exemple quelques kg de zéolite, notamment 2 kg de zéolite et cette dernière se présente dans l'exemple décrit sous la forme de billes empilées dans le compartiment.
Le circuit 5 d'alimentation en fluide de réaction comprend dans l'exemple décrit un réservoir de fluide 13 et un condenseur 14. Le circuit 5 est disposé en altitude par rapport au réacteur 3 dans l'exemple considéré, étant au-dessus du réacteur 3 ou en biais par rapport à celui-ci.
Le circuit d'alimentation 5 en fluide de réaction peut communiquer avec le
compartiment via un accès 12 à l'intérieur de l'enceinte. Entre cet accès 12 et le circuit 5 peut être disposée une vanne trois voies 16.
L'une des voies de cette vanne 16 peut communiquer avec une conduite 17 reliée au condenseur 14, une autre voie de la vanne 16 peut communiquer avec une conduite 19 reliée au réservoir 13 et la troisième voie de la vanne 16 peut communiquer avec l'accès 12.
La conduite 17 peut s'étendre verticalement et être ou non disposée le long d'une source chaude du véhicule.
Le condenseur 14 et le réservoir 13 peuvent être dimensionnés en fonction du volume de fluide de réaction que l'on souhaite faire réagir avec la zéolite. Le condenseur peut par ailleurs être dimensionné de manière à présenter une puissance de condensation compatible avec une durée donnée de régénération de la zéolite, par exemple moins de 20 minutes.
Le réservoir 13 a par exemple une contenance permettant de recevoir une quantité de liquide correspondant en masse à 20% de la zéolite anhydre contenue dans le réacteur 3.
Comme on le verra par la suite, le fluide de réaction 5, qui est dans l'exemple décrit de l'eau glycolée, circule à l'état gazeux dans la conduite 17 et à l'état liquide dans la conduite 19. Le circuit 8 d'échange de chaleur entre le réacteur 3 et le composant 7 comprend dans l'exemple décrit une portion s'étendant dans le réacteur 3. Cette portion s'étend par exemple entre deux accès 20 diamétralement opposés dans l'enceinte, l'un des accès 20 formant une entrée de ladite portion dans le réacteur tandis que l'autre des accès 20 forme une sortie de ladite portion.
Comme représenté sur la figure 6, les accès 20 peuvent être ménagés au niveau d'une extrémité longitudinale du réacteur 3. Au niveau de cette extrémité longitudinale, l'intérieur de l'enceinte peut être partagé en trois régions par deux parois 23 et 24 s'étendant parallèlement à l'axe X du réacteur. La première paroi 23 entoure extérieurement une première région 26 communiquant avec l'accès 20 formant la sortie du fluide d'échange du réacteur 3. La deuxième paroi 24, radialement extérieure à la première paroi 23, délimite intérieurement une troisième région 27 communiquant avec l'accès 20 formant l'entrée du fluide d'échange dans le réacteur 3.
Entre les parois 23 et 24, une deuxième région 28 existe. Cette deuxième région ne communique avec aucun des accès 20 et peut être dépourvue de fluide d'échange.
La première région 26 forme dans l'exemple de la figure 6 un collecteur de sortie du fluide d'échange tandis que la troisième région 27 forme un collecteur d'entrée de ce fluide. Une pluralité de nappes comprenant des deuxièmes conduites peuvent s'étendre le long du réacteur 3 depuis des trous 30 débouchant dans la troisième région 27 jusqu'à des trous 31 débouchant dans la première région 26, ces nappes ayant la forme de serpentin.
Une vanne 32 peut être disposée en amont de l'accès 20 relié au collecteur d'entrée 27, l'état de cette vanne 32 décidant de la circulation du fluide d'échange dans le réacteur 3. Dans l'exemple représenté sur les figures 3 et 5, cette vanne 32 permet en outre de diriger ou non le fluide d'échange dans une portion 40 du circuit 8 d'échange de chaleur contournant le réacteur 3. Cette portion 40 peut en outre comprendre un clapet anti-retour 39 à proximité de l'endroit auquel la portion dans le réacteur et la portion 40 contournant le réacteur 3 se rejoignent.
Le fluide de réaction pénétrant dans l'accès 20 en amont du collecteur d'entrée 27 peut avoir une température liée à la température extérieure. Dans les exemples développés par la suite, la température en amont du collecteur d'entrée 27 du fluide de réaction sera respectivement de -7°C, 0°C ou 20°C mais ces valeurs ne sont pas limitatives. Le fluide d'échange transitant par l'accès 20 en aval du collecteur de sortie 26 peut avoir une température de l'ordre de 110°C lorsque la réaction exothermique se produit dans le réacteur 3.
Comme on peut le voir sur la figure 1 , le circuit 8 d'échange s'étend jusqu'au composant 7 à chauffer.
Le circuit 9 de régénération comprend dans l'exemple considéré deux portions en parallèles 33 et 34. La portion 33 traverse le réacteur 3 tandis que la portion 34 contourne ce dernier (cette portion étant appelée « bypass » en anglais).
Une vanne 36 est disposée dans la portion 34 dans l'exemple représenté et, selon la position de cette vanne 36, des gaz d'échappement contournent ou non le réacteur 3.
La portion 33 peut traverser le réacteur 3 entre deux accès 35 à l'enceinte
longitudinalement opposés. Entre ces deux accès 35, la portion 33 est par exemple divisée en une pluralité de premières conduites traversant le réacteur 3 le long de son axe longitudinal X.
Ces premières conduites peuvent traverser le collecteur d'entrée 27 ou le collecteur de sortie 26 décrits en référence à la figure 6.
Le réactif peut être disposé dans les interstices de l'enceinte ménagés entre les conduites du circuit 8 d'échange de chaleur et les conduites du circuit 9 de régénération la traversant, ces interstices formant alors le compartiment du réacteur.
Dans l'exemple des figures 2 et 3, le circuit 8 d'échange de chaleur est parcouru de bout en bout par un même fluide d'échange. Dans l'exemple décrit, le composant 7 étant le moteur thermique du véhicule 1, le fluide d'échange peut être le liquide de refroidissement du moteur. Le circuit d'échange 8 peut dans ce cas contenir un système de vidange non représenté. Ce système de vidange permet d'éviter au fluide d'échange de venir au contact des gaz d'échappement lors de la régénération de la zéolite, comme cela sera expliqué par la suite. A titre d'exemple, lorsque le fluide de refroidissement est du liquide de refroidissement de moteur tel que de l'eau glycolée, ce fluide n'est pas adapté à subir des températures supérieures, voire très supérieures, à 130°C. Or, les gaz d'échappement parcourant la portion 33 du circuit 9 de régénération peuvent amener la température dans le réacteur 3 à une valeur supérieure à 130°C. Le système de vidange évite de dégrader le fluide d'échange qui serait présent dans le réacteur à ce moment-là.
La vanne 32 peut être une vanne trois voies et, selon son état, permettre au fluide d'échange de gagner le réacteur 3 ou de gagner la portion 40 du circuit 8 d'échange de chaleur contournant le réacteur 3. Lorsqu'il n'est pas ou que peu nécessaire de réchauffer le fluide circulant dans le circuit 8 d'échange de chaleur, la vanne 32 peut avoir un état dans lequel tout ou partie le fluide d'échange évite le réacteur 3, en circulant dans la portion 40 du circuit 8 d'échange de chaleur.
Le dispositif qui va maintenant être décrit en référence aux figures 4 et 5 diffère de celui qui vient d'être décrit par le fait que le circuit 8 d'échange est divisé en deux sous-circuits 41 et 42, chacun étant parcouru par un fluide d'échange propre.
Les deux sous-circuit 41 et 42 traversent chacun un même échangeur thermique 43.
Le premier circuit 41 fait circuler un premier fluide d'échange entre l'échangeur 43 et le moteur 7 tandis que le deuxième circuit 42 fait circuler un deuxième fluide d'échange entre l'échangeur 43 et le réacteur 1. Un transfert de chaleur entre le deuxième fluide d'échange et le premier fluide d'échange a lieu dans l'échangeur thermique 43.
Dans l'exemple considéré, le premier fluide d'échange est du liquide de refroidissement moteur, par exemple de l'eau glycolée, et le deuxième fluide d'échange est une huile de synthèse, par exemple de type JarythermR commercialisée par la société TotalR. Cette huile résiste en effet aux températures élevées qui peuvent être atteintes dans le réacteur 3 lorsque les gaz d'échappement parcourent ce dernier.
Toujours dans l'exemple considéré, le deuxième sous-circuit 42 comprend une pompe 45 favorisant la circulation du deuxième fluide d'échange, de manière à éviter que le deuxième fluide d'échange ne stagne dans le réacteur, ce qui pourrait conduire à un cloquage local de ce deuxième fluide d'échange.
On va maintenant décrire un exemple de cycle d'utilisation du dispositif 2 qui vient d'être décrit en référence à l'une quelconque des figures 1 à 6, ce cycle comprenant selon cet exemple une étape de réaction exothermique entre la zéolite et l'eau, une étape de régénération de la zéolite et de l'eau et une étape de repos.
Lorsque l'on souhaite faire réagir ensemble la zéolite et l'eau, on amène la vanne 12 dans un état dans lequel seul le transfert de l'eau liquide contenue dans le réservoir 13 vers le réacteur 3 est possible. Lors de cette étape, l'état de la vanne 32 peut être contrôlé pour permettre le passage d'une quantité prédéfinie de fluide d'échange, ou deuxième fluide d'échange le cas échéant, dans le réacteur 3.
La vanne 36 peut être :
- fermée, auquel cas les gaz d'échappement présents dans la ligne d'échappement traversent le réacteur. Cela peut permettre de réduire la durée de l'étape suivante de régénération de la zéolite puisque la température monte plus rapidement dans le réacteur 3 et qu'en conséquence moins d'eau sera adsorbée par la zéolite. Ainsi, il y aura moins d'eau à désorber à l'étape suivante de régénération qui sera alors plus courte.
ouverte, pour réduire les pertes, auquel cas les gaz d'échappement présents dans la ligne d'échappement se partagent entre les portions 33 et 34.
Lors de cette étape, l'eau passe par gravité du réservoir 13 dans le réacteur 3 où elle est adsorbée par la zéolite anhydre. Du fait de la capacité massique de la zéolite (de l'ordre de 300 kWh par kg de zéolite), une réaction fortement exothermique se produit dans le réacteur 3. Cette étape peut durer environ 2 minutes et une puissance de l'ordre de 15 kW peut être dégagée par la réaction pendant cette durée.
Lors de cette étape, le condenseur 14 peut voir sa pression diminuer tandis que l'eau quittant le condenseur par la conduite 19 peut avoir une température basse, par exemple de l'ordre de -7°C, 0°C, voire 20°C, selon la température extérieure. Toujours lors de cette étape, la température dans le réacteur 3 peut être de l'ordre de 150°C tandis que la pression dans le réacteur 3 augmente au fur et à mesure de la réaction. Le fluide en sortie de la portion du circuit 8 d'échange peut avoir une température d'environ 110°C alors que sa température en entrée de cette portion peut être de -7°C, 0°C ou 20°C.
Le fluide d'échange en sortie du réacteur 3, le cas échéant le deuxième fluide d'échange, parcourt alors le circuit 8 d'échange jusqu'au moteur 7, le cas échéant cède sa chaleur au premier fluide d'échange circulant jusqu'au moteur 7. La chaleur est alors transmise au moteur 7 qui est ainsi réchauffé.
A l'issue de cette étape, toute l'eau initialement contenue dans le réservoir 13 peut avoir été adsorbée par la zéolite.
Lorsque l'on souhaite régénérer la zéolite et l'eau, on peut commander les vannes 12, 32 et 36 du dispositif 2 comme suit. La vanne 12 présente un état permettant la communication entre le réacteur 3 et la conduite 17 reliée au condenseur 14 et l'absence de communication entre le réacteur 3 et la conduite 19 reliée au réservoir 13. La vanne 32 peut avoir un état empêchant la traversée par le fluide d'échange du réacteur 3. Le cas échéant, ce fluide est évacué par le système de vidange. Le cas échéant, la vanne 32 peut permettre la circulation de fluide d'échange dans la portion 40 contournant le réacteur 3 lors de la régénération. La vanne 36 peut être fermée, de sorte que les gaz d'échappement parcourent exclusivement la portion 33 dans le réacteur 3. En variante, la vanne 36 peut être ouverte afin d'éviter de générer une température trop importante dans le réacteur 3.
Lors de cette étape, les gaz d'échappement font augmenter la température dans le réacteur 3. La pression augmente et l'eau est désorbée des pores de la zéolite dans lesquelles elle se trouvait à la suite de l'étape précédente. L'eau désorbée à l'état de vapeur peut alors gagner la conduite 17 dans laquelle elle s'élève jusqu'au condenseur 14 dans lequel elle se condense puis s'écoule dans le réservoir 13 dans lequel elle s'accumule. Cette étape de régénération peut durer environ 20 minutes. La condensation de l'eau génère de la chaleur qui peut être utilisée pour chauffer l'habitacle du véhicule 1.
Lors de cette étape de régénération, l'eau désorbée peut avoir une température d'environ 110°C, la température de l'eau condensée dans le condenseur peut être de 40°C, la pression totale dans le condenseur 14 être d'environ 70 mbar, la pression partielle en eau peut y être d'environ 70 mbar, la température dans le réacteur 3 peut être d'environ 250°C, la pression totale dans le réacteur 3 peut être d'environ 70 mbar et la pression partielle en eau peut y être d'environ 70 mbar.
En première variante, lors de cette étape de régénération, l'eau désorbée peut avoir une température d'environ 110°C, la température de l'eau condensée dans le condenseur 14 peut être de 20°C, la pression totale dans le condenseur 14 être d'environ 30 mbar, la pression partielle en eau peut y être d'environ 30 mbar, la température dans le réacteur 3 peut être d'environ 250°C, la pression totale dans le réacteur 3 peut être d'environ 30 mbar et la pression partielle en eau peut y être d'environ 30 mbar.
En deuxième variante, lors de cette étape de régénération, l'eau désorbée peut avoir une température d'environ 110°C, la température de l'eau condensée dans le condenseur 14 peut être de 10°C, la pression totale dans le condenseur 14 être d'environ 10 mbar, la pression partielle en eau peut y être d'environ 10 mbar, la température dans le réacteur 3 peut être d'environ 250°C, la pression totale dans le réacteur 3 peut être d'environ 10 mbar et la pression partielle en eau peut y être d'environ 10 mbar.
A l'issue de cette étape de régénération, le dispositif 2 est au repos. Au repos, les vannes 12, 32 et 36 du dispositif peuvent avoir l'état suivant.
La vanne 12 empêche toute communication entre le circuit 5 d'alimentation en fluide de réaction et le réacteur 3. La vanne 32 permet la circulation du fluide d'échange, le cas échéant du deuxième fluide d'échange, dans le réacteur 3. La vanne 36 est ouverte, permettant à tout ou partie des gaz d'échappement de contourner le réacteur 3.
Lors de cette étape de repos, la température de l'eau dans le condenseur peut baisser à environ 20°C, la pression totale dans le condenseur 14 et la pression partielle en eau dans le condenseur peuvent baisser à 20 mbar, la température dans le réacteur 3 peut être d'environ 20°C, la pression totale dans le réacteur 3 et la pression partielle en eau dans le réacteur peuvent être inférieures à 0,1 mbar.
Selon la première variante ci-dessus, lors de cette étape de repos, la température de l'eau dans le condenseur peut baisser à environ 0°C, la pression totale dans le condenseur 14 et la pression partielle en eau dans le condenseur peuvent baisser à 8 mbar, la température dans le réacteur 3 peut être d'environ 0°C, la pression totale dans le réacteur 3 et la pression partielle en eau dans le réacteur peuvent être inférieures à 0, 1 mbar.
Selon la deuxième variante ci-dessus, lors de cette étape de repos, la température de l'eau dans le condenseur peut baisser à environ -7°C, la pression totale dans le condenseur 14 et la pression partielle en eau dans le condenseur peuvent baisser à 2 mbar, la température dans le réacteur 3 peut être d'environ -7°C, la pression totale dans le réacteur 3 et la pression partielle en eau dans le réacteur peuvent être inférieures à 0, 1 mbar.
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits.

Claims

Revendications
1. Dispositif (2) de chauffage du moteur thermique (7) d'un véhicule, comprenant :
un réacteur (3) dans lequel un réactif susceptible de provoquer une réaction exothermique avec un fluide de réaction est disposé,
- un circuit (5) d'alimentation en fluide de réaction du réacteur (3),
un circuit (8) d'échange de chaleur entre le réacteur (3) et le moteur thermique (7) du véhicule, ce circuit (8) permettant de transférer la chaleur de la réaction exothermique au moteur thermique (7), et
un circuit (9) de régénération du réactif,
le circuit (8) d'échange de chaleur et le circuit (9) de régénération du réactif étant distincts et comprenant chacun une portion s'étendant dans le réacteur (3).
2. Dispositif selon la revendication 1, le réactif étant la zéolite et le fluide de réaction étant l'eau.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, le circuit (9) de régénération du réactif formant une partie de la ligne d'échappement du moteur.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, le circuit (9) de régénération du réactif comprenant en parallèle de la portion (33) s'étendant dans le réacteur (3) une portion (34) contournant le réacteur (3).
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, le circuit (8) d'échange de chaleur étant parcouru par un seul fluide d'échange.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, le circuit (8) d'échange de chaleur comprenant deux sous-circuits (41, 42) séparés par un échangeur thermique (43), un premier fluide d'échange circulant dans un premier sous-circuit (41) entre le composant (7) et ledit échangeur thermique (43) et un deuxième fluide d'échange circulant dans un deuxième sous-circuit (42) entre le réacteur (3) et ledit échangeur thermique (43).
7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, le ou l'un des fluides d'échange étant le liquide de refroidissement du moteur.
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, le circuit (5) d'alimentation en fluide de réaction étant dédié à l'alimentation en fluide de réaction du réactif dans le réacteur.
9. Procédé de chauffage du moteur thermique (7) d'un véhicule (1) à l'aide du dispositif (2) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : - on alimente en fluide de réaction le réactif dans le réacteur (3) de manière à provoquer une réaction exothermique dans le réacteur (3), et
- on transfère la chaleur dégagée par ladite réaction au moteur thermique (7) à l'aide du circuit (8) d'échange de chaleur.
10. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on régénère le réactif après la réaction exothermique en faisant circuler du fluide de régénération dans le circuit (9) de régénération, notamment des gaz d'échappement.
11. Procédé selon la revendication 9 ou 10, étant mis en œuvre pour chauffer le moteur thermique (7) du véhicule (1), lorsque ce dernier démarre.
12. Procédé selon la revendication 9 ou 10, étant mis en œuvre pour chauffer le moteur thermique (7) avant que ce dernier ne démarre.
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