FR2901310A1 - DISPOSITIF POUR RECUPERER DE l'ENERGIE THERMIQUE DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE AINSI QU'UN VEHICULE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF - Google Patents

DISPOSITIF POUR RECUPERER DE l'ENERGIE THERMIQUE DES GAZ D'ECHAPPEMENT D'UN MOTEUR A COMBUSTION INTERNE AINSI QU'UN VEHICULE COMPORTANT UN TEL DISPOSITIF Download PDF

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Abstract

L'invention concerne un dispositif pour récupérer de l'énergie thermique des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, le dispositif étant conformé pour récupérer l'énergie sur une ligne d'échappement (3) moyennant un liquide caloporteur circulant dans un conduit. Le dispositif comprend un échangeur thermique (1) formé à partir d'un conduit (2) pour le liquide caloporteur, le conduit (2) étant conformé pour entourer la ligne d'échappement (3).

Description

conformé pour récupérer l'énergie sur une ligne d'échappement moyennant un
liquide caloporteur circulant dans un conduit. Ce dispositif comprend un échangeur thermique formé à partir du conduit de liquide caloporteur, ce conduit étant conformé pour entourer la ligne d'échappement. Le dispositif selon l'invention est donc conçu pour une récupération de l'énergie thermique par connexion. C'est pour cette raison que l'échangeur thermique ne comporte pas de chemise d'eau ni tout autre corps épousant la ligne d'échappement. Par ailleurs, l'échangeur thermique entoure la ligne d'échappement et récupère ainsi l'énergie thermique dans toutes les directions d'émission. De plus, cet échangeur thermique peut être implanté à un endroit proche du moteur pour bénéficier de la plus grande énergie thermique possible. L'échangeur thermique peut avoir l'une ou l'autre des caractéristiques suivantes : - l'échangeur thermique présente une forme 20 hélicoïdale à plusieurs spires, chacune des spires entourant la ligne d'échappement ; - l'échangeur thermique présente la forme d'une enveloppe cylindrique obtenue par une disposition du conduit en méandres longeant la ligne d'échappement ; 25 - l'échangeur thermique est conformé pour ne pas entrer en contact physique avec la ligne d'échappement ; - l'échangeur thermique est recouvert, au moins partiellement, d'un corps isolant. Afin d'assurer que l'échangeur thermique ne vienne 30 pas en contact direct avec la ligne d'échappement, il peut être fixé à la caisse du véhicule en étant positionné de manière approximativement équidistante par rapport à la ligne d'échappement. Le chauffage de l'habitacle et les autres endroits 35 d'exploitation d'énergie thermique étant alimentés principalement par le liquide de refroidissement du système de refroidissement du moteur thermique, l'énergie thermique récupérée des gaz d'échappement constitue un complément d'énergie. En même temps, l'énergie thermique récupérée des gaz d'échappement est plus rapidement disponible que l'énergie thermique du circuit de refroidissement, en particulier après démarrage du véhicule à froid. Aussi, le dispositif de récupération est conçu de manière à effectuer la récupération d'énergie thermique en permanence, mais cette énergie est mise à disposition uniquement de manière commandée. A cet effet, le dispositif comprend au moins une électrovanne destinée à relier l'échangeur thermique alternativement à un circuit de chauffage lorsque l'énergie récupérée doit être utilisée (mode d'opération "récupération") ou à un conduit formant une zone de refroidissement lorsque l'énergie récupérée ne doit pas être utilisée (mode d'opération "sans récupération"). La commutation entre le mode d'opération "récupération" et le mode d'opération "sans récupération" est obtenue grâce à une électrovanne à quatre voies et deux positions de fonctionnement ou avec deux électrovannes binaires à trois voies et deux positions de fonctionnement. Dans les deux cas, le liquide caloporteur entrant dans l'échangeur thermique est chauffé par la ligne d'échappement dès qu'elle est suffisamment chaude. A la sortie de l'échangeur thermique, le liquide caloporteur est dirigé, en fonction de la position de la vanne à quatre voies ou des deux vannes à trois voies, vers le système de chauffage de l'habitacle ou autre, ou vers le circuit formant zone de refroidissement lorsque l'énergie récupérée n'est pas utilisée. Lorsque le liquide caloporteur est le même que le liquide de refroidissement, c'est-à-dire lorsque les deux circuits sont reliés l'un à l'autre, la liaison effective entre les deux circuits est avantageusement commandée par une boîte de servitude d'eau. Celle-ci gère la répartition des "eaux chaudes" aux différents récepteurs suivant des priorités prédéterminées. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description des deux modes de réalisation de l'invention qui est faite en référence aux dessins dans lesquels : - la figure 1 représente l'agencement d'un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention ; - la figure 2 représente l'agencement de la figure 1 dans une vue en perspective simplifiée ; - la figure 3 représente l'agencement d'un dispositif selon un second mode de réalisation de l'invention ; et -la figure 4 représente le dispositif de la figure 3 dans une vue en perspective simplifiée. Comme visible sur la figure 1, le dispositif selon l'invention comprend un échangeur thermique 1 formé à partir d'un conduit 2 pour un liquide caloporteur.
Ce conduit 2 fait partie d'un circuit fermé de chauffage et de refroidissement et est conformé pour entourer une ligne d'échappement 3, telle qu'une ligne intermédiaire du système d'échappement d'un moteur à combustion interne.
Afin d'assurer une récupération d'énergie thermique par connexion, et non pas par conduction, l'échangeur thermique 1 présente avantageusement une forme hélicoïdale à plusieurs spires, ou bien la forme d'une enveloppe cylindrique.
Dans ce cas, le diamètre intérieur des spires est supérieur au diamètre extérieur de la ligne d'échappement lorsque la ligne d'échappement et l'échangeur thermique sont chauds. Lorsque l'échangeur thermique présente la forme d'une enveloppe cylindrique, il est avantageusement obtenu par une disposition du conduit 2 en méandres, ou serpentin, avec des parties allongées des méandres longeant la ligne d'échappement 3. L'échangeur thermique est traversé par un fluide caloporteur venant d'un boîtier de servitude d'eau 9.
Pour diriger le liquide caloporteur sortant de l'échangeur thermique 1 vers une zone de refroidissement 4 ou vers des radiateurs destinés respectivement au chauffage de l'habitacle et au refroidissement du moteur thermique, le dispositif comprend au moins une électrovanne. Cette électrovanne oriente le liquide caloporteur selon des besoins momentanés définis suivant des températures mesurées à des endroits déterminants. Comme la figure 1 l'indique, l'échangeur thermique 1 est avantageusement disposé en aval d'un catalyseur 11 et/ou d'un filtre à particules du système d'échappement, et en amont d'un silencieux ou pot d'échappement 12. Le flux du liquide caloporteur est orienté vers la zone de refroidissement 4 ou vers les radiateurs moyennant une ou deux électrovannes 6, 7, 7'. La ou les électrovannes sont commandées par un module de commande 8 prenant en compte des signaux représentatifs de la température du liquide de refroidissement passant par les radiateurs.
Ces signaux sont envoyés par le boîtier de servitude d'eau 9 qui alimente et commande également un groupe climatiseur 10. Une commande manuelle, ou au moins une présélection manuelle est possible. Comme visible dans la figure 2, l'échangeur thermique 1 monté autour d'une ligne d'échappement 3 est commandé par une électrovanne 6 à quatre voies. Cet échangeur thermique 1 est ainsi relié à une zone de refroidissement 4 lorsque l'électrovanne 6 se trouve dans une position, et il est relié au système de chauffage de l'habitacle lorsque l'électrovanne 6 est dans l'autre des deux positions possibles.
Le second mode de réalisation de l'invention, qui est représenté en figure 3 diffère du premier par le fait qu'il comprend deux électrovannes 7, 7' reliées entre elles par un conduit 13. Le conduit 13 relie l'échangeur thermique 1 directement au circuit de chauffage et court-circuite ainsi le conduit formant une zone de refroidissement 4. Comme visible dans la figure 4, l'échangeur 1 peut être fixé sur la ligne d'échappement 3 par une bride 5 ou par tout autre moyen approprié garantissant un espacement entre le conduit 2 de l'échangeur thermique 1 et la ligne d'échappement 3. La figure 4 montre également en pointillés la possibilité d'entourer l'échangeur thermique 1 d'un corps isolant 14 destiné à augmenter la partie récupérée de l'énergie thermique dans la zone dans laquelle s'étend l'échangeur thermique. On notera que le dispositif selon l'invention assure qu'à l'endroit où l'énergie thermique est récupérée, la température de la peau de la tubulure d'échappement n'est pas dégradée. Ceci est obtenu grâce au fait que la transmission de chaleur entre la tubulure et le conduit est réalisée par convection et rayonnement, et non pas par conduction.
Le fait que le conduit formant échangeur entoure la tubulure d'échappement garantit que le moteur ne perd pas de puissance du fait de la présence de cet échangeur. Ainsi, l'énergie prélevée sur les gaz d'échappement ne provoque pas de surconsommation de carburant.30

Claims (10)

REVENDICATIONS
1. Dispositif pour récupérer de l'énergie thermique des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, le dispositif étant conformé pour récupérer l'énergie sur une ligne d'échappement (3) moyennant un liquide caloporteur circulant dans un conduit, caractérisé en ce qu'il comprend un échangeur thermique (1) formé à partir du conduit (2) de liquide caloporteur, ce conduit (2) étant conformé pour entourer la ligne d'échappement (3).
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (1) présente une forme hélicoïdale à plusieurs spires, chacune des spires entourant la ligne d'échappement (3).
3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (1) présente la forme d'une enveloppe cylindrique obtenue par une disposition du conduit (2) en méandres longeant la ligne d'échappement (3).
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'échangeur thermique (1) est conformé pour ne pas entrer en contact physique avec la ligne d'échappement (3).
5. Dispositif selon l'une quelconque des 25 revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend un corps isolant destiné à recouvrir l'échangeur thermique (1) au moins partiellement.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comprend 30 des moyens de fixation (5) permettant de fixer l'échangeur thermique (1) à la caisse du véhicule de manière approximativement équidistante par rapport à la ligne d'échappement.
7. Dispositif selon l'une quelconque des 35 revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une électro-vanne (6 ; 7, 7') destinée à relier l'échangeur thermique alternativement à un circuit dechauffage ou à un conduit formant une zone de refroidissement (4).
8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend deux électro-vannes (7, 7') à trois voies et deux positions de fonctionnement, les deux vannes reliant l'échangeur thermique (1) dans l'une des deux positions de fonctionnement au conduit formant zone de refroidissement (4) et dans l'autre des deux positions à un conduit (13) court-circuitant le conduit formant zone de refroidissement et reliant l'échangeur thermique (1) directement au circuit de chauffage.
9. Véhicule automobile, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
10. Véhicule automobile selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'échangeur thermique est disposé sur une ligne d'échappement intermédiaire.
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