FR2922004A1 - Dispositif amovible pour capter et stocker de la chaleur perdue par un moteur thermique de vehicule routier pour la restituer a un fluide ou a un systeme de chauffage exterieur au vehicule - Google Patents
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Abstract
Dispositif amovible pour capter et stocker de la chaleur perdue par un moteur thermique de véhicule routier pour la restituer à un fluide ou à un système de chauffage extérieur au véhicule.L'invention concerne un dispositif connectable à volonté qui permet de réaliser des économies d'énergie dans le domaine du chauffage.La réserve (1) isolée (5) et transportable (9) contient un fluide ou un matériau à grande capacité thermique (2) qui permet de capter, stocker et restituer la chaleur par l'intermédiaire d'un échangeur (3), elle est irriguée successivement par le fluide de refroidissement d'un moteur pour le captage de chaleur et par le fluide caloporteur d'une installation de production de chaleur pour sa restitution.Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux moteurs thermiques des types de véhicules routiers : industriels, de travaux publics, et à tous les systèmes de chauffage avec circuit hydraulique.
Description
-1 La présente invention concerne un dispositif amovible qui permet de récupérer et de stoker une partie importante de la chaleur perdue par les moteurs thermiques qui équipent les véhicules de transport routier pour la restituer à des systèmes de chauffage ou à des fluides demandeurs de chaleur, extérieurs aux véhicules.
Les moteurs thermiques utilisant des combustibles fossiles, modernes, ou de récupération (fioul, essence, gaz, éthanol, déchets, charbon) n'en transforment qu'une très faible partie en énergie mécanique. Le reste est transformé en chaleur qui doit être évacuée. Les moteurs thermiques qui équipent des machines qui ne se déplacent pas, peuvent être dotés d'un dispositif récupérateur de cette chaleur pour la renvoyer instantanément vers un système consommateur de chaleur auquel ils sont ainsi associés réalisant alors des économies sur les coûts de fonctionnement de ce deuxième système. Les moteurs thermiques utilisés pour entretenir les déplacements d'engins et de véhicules ne pouvant pas être équipés d'un récupérateur de chaleur capable de la renvoyer instantanément vers un système fixe, sont obligés de se débarrasser de cette chaleur en la rejetant quasi totalement dans l'environnement grâce à des dissipateurs thermiques (ailettes, radiateurs, convecteurs,...) placés sur ces moteur et les circuit hydrauliques de refroidissement de ces moteurs. Ceci crée, au quotidien et partout dans le monde, une perte d'énergie de chaleur très importante au regard de la crise énergétique actuelle. D'autre part, la sensibilisation actuelle à ces problèmes mondiaux de production, d'approvisionnement, de dépense et de gestion de l'énergie amène les techniciens du génie thermique à multiplier les dispositions et les dispositifs techniques destinés à minimiser les consommations en énergie des systèmes de chauffages (domestiques, industriels, tertiaire, urbain,...) augmentant alors leurs coûts de réalisation, de mise au point et de suivi de fonctionnement. Le dispositif selon l'invention permet de réduire les deux inconvénients cités ci-dessus. Il permet de récupérer une partie importante de la chaleur rejetée et perdue par les dissipateurs des circuits de refroidissement des moteurs thermiques qui équipent les véhicules de transport routiers lorsqu'il leur est associé, puis, après leur en être dissocié ou pendant leur période d'arrêt, il permet de céder à son tour cette chaleur à des systèmes demandeurs de chaleur extérieurs aux véhicules réduisant ainsi les coûts liés à leur consommation en énergie (exemples : systèmes de chauffage, enceinte ou local à chauffer). II comporte en effet, selon une première caractéristique, une réserve contenant un produit ou un matériau dont on exploite la capacité à mettre en jeu de grandes quantités de chaleur lors de ses phases de changement d'état de fusion et de solidification aux moments des captages et restitutions de chaleur et ce, aux conditions normales de fonctionnement des systèmes de refroidissement des moteurs, pour le captage de chaleur, et aux conditions normales de fonctionnement des systèmes de chauffage, pour la restitution de chaleur (à une température suffisante pour effectuer la restitution de chaleur à un fluide en contenant déjà, tel que -2 lors du retour du fluide des radiateurs et des convecteurs vers une chaudière). Pour amener et reprendre la chaleur à ce produit ou matériau, la réserve contient un dispositif hydraulique interne d'irrigation et d'échange thermique par lequel peut être acheminée la chaleur récupérée du moteur quand celui-ci est associé à la réserve et par lequel peut être évacuée cette même chaleur quand la réserve est ensuite associée à un système à chauffer ou à un système de chauffage. Selon les modes particuliers de réalisation, ù Le circuit hydraulique de la réserve peut être pourvu de connecteurs rapides qui peuvent permettre, dans un premier temps, son association au circuit de refroidissement d'un moteur afin de détourner le fluide de refroidissement en sortie du moteur, capter sa chaleur, et restituer ensuite ce fluide refroidi au moteur. Dans un second temps, ces connecteurs rapides peuvent permettre l'association de la réserve au circuit d'un système de chauffage pour détourner son fluide caloporteur, lui céder la chaleur stockée dans la réserve et le renvoyer au système de chauffage. ù Une canalisation flexible peut être prévue entre les connecteurs rapides et l'échangeur de la réserve pour faciliter les manipulations de connexion et de déconnexion de l'ensemble du système lors des associations et dissociations successives aux moteurs et aux systèmes de chauffage. ù Un deuxième échangeur équipé de connecteurs rapides peut permettre la restitution de chaleur à un circuit de chauffage. ù Un deuxième échangeur équipé d'une turbomachine (pompe ou ventilateur), d'un thermostat et de bouches d'entrée et de sortie du fluide à chauffer peut permettre la restitution de chaleur à un fluide 20 quelconque à chauffer directement. ù Les connecteurs rapides peuvent être remplacés par des connecteurs permanents. ù Un dispositif de sécurité peut être prévu afin de faire supporter à la réserve les contraintes mécaniques causées par les dilatations volumiques successives du produit ou matériau capteur de la chaleur pendant ses différentes phases de changements de températures et de changements d'états 25 lors des périodes de stockage et déstockage de la chaleur. ù Une isolation thermique peut être prévue pour permettre un stockage plus long de la chaleur récupérée, pour permettre de garder sa qualité (niveau de température) et permettre une meilleure gestion des stocks d'énergie ainsi récupérée. ù Un dispositif mixte de lecture de température, de régulation, d'affichage et de renvoi 30 d'information peut être intégré pour permettre, entre autre, d'afficher la température et de prévenir que les charges minimales et maximales de chaleur sont atteintes dans la réserve. ù Un dispositif peut être associé au système pour permettre sa manipulation ou son accrochage aux châssis des moteurs et des systèmes de chauffage (coque rigide, poignée et pattes de fixation). ù Différents types de produits ou matériaux de captage et de restitution de chaleur peuvent être 35 prévus selon leurs qualités afin de proposer une large gamme de possibilités d'associations à des températures différentes d'échanges. -3 Les dessins annexés illustrent l'invention : La figure 1 représente en coupe, le dispositif de l'invention amovible. La figure 2 représente en coupe, une variante de l'invention fixée en permanence au moteur. La figure 3 représente en coupe, une autre variante de l'invention amovible destinée au chauffage 5 direct d'un fluide quelconque. En référence à ces dessins, le dispositif comporte une réserve (1) qui contient un produit ou un matériau (2) dont les capacités thermiques sont telles qu'il peut permettre des captages, stockages et restitutions importantes de chaleur à des températures choisies. Ce produit ou matériau peut capter de la chaleur par son contact direct avec un échangeur thermique (3) qui traverse la 10 réserve et qui est irrigué, par le fluide du circuit de refroidissement d'un moteur. La réserve comporte un dispositif de sécurité de type vase d'expansion ou paroi déformable (4) qui permet à l'ensemble de supporter les contraintes mécaniques causées par les dilatations successives du produit ou matériau qu'elle contient. Le temps de stockage et la qualité de la chaleur stockée dans la réserve sont augmentés par l'isolation thermique (5) qui l'enveloppe. La quantité de chaleur 15 stockée peut être mesurée puis indiquée par un dispositif électrique (6) de type bloc de lecture de température, de régulation, d'affichage et de renvoi d'informations . Dans la forme de réalisation selon figure 1, la restitution de chaleur stockée dans le produit ou matériau se fait au circuit d'irrigation d'un système de chauffage par le même échangeur que pour le captage de chaleur (3). 20 Les connexions et déconnexions successives aux systèmes de refroidissement du moteur et aux systèmes de chauffage sont assurées par le jeu de connecteurs rapides (8) et sont facilitées par une canalisation souple (7). L'ensemble (de 1 à 8) est maintenu et porté par une coque (9) qui permet l'arrimage aux châssis des moteurs et des systèmes de chauffage et qui permet la manipulation du système lors de 25 ses différentes associations et phases de travail. Dans la forme de réalisation selon figure 2, l'invention est associée en permanence au moteur, auquel l'échangeur (3) est relié par des connecteurs permanents (12). La restitution de chaleur stockée dans le produit ou matériau se fait au circuit d'irrigation d'un système de chauffage par un deuxième échangeur de chaleur (10) qui peut lui être associé et 30 dissocié par un jeu de connecteurs rapides (11). Dans la forme de réalisation selon figure 3, la restitution de chaleur stockée dans le produit ou matériau se fait directement au fluide d'une enceinte à réchauffer (air, gaz ou liquide quelconque) par un autre type d'échangeur de chaleur (13) quand l'invention est déconnectée du moteur et placée dans l'enceinte à chauffer. 35 Cet échangeur (13) est associé à une turbomachine (ventilateur ou pompe) (14) et à un régulateur de température (15) qui la commande pour faire rentrer le fluide froid de l'enceinte par la -4 bouche d'aspiration (16) et le restituer chaud par la bouche de sortie (17). L'ensemble (de 1 à 8 et de 13 à 17) est maintenu et porté par une coque rigide (9) qui permet l'arrimage aux châssis des moteurs et des enceintes à réchauffer et qui permet la manipulation du système lors de ses différentes associations et phases de travail.
Selon une variante non illustrée, le dispositif de sécurité peut être étendu en réseau ramifié ou parallèle à toutes les zones d'échange pour permettre une meilleure dilatation ; au plus près de toutes les zones du produit ou matériau de captage et restitution de chaleur. A titre d'exemples non limitatif, le système pourra avoir des dimensions de l'ordre de 20 cm de largeur, 30 cm de hauteur et 40 cm de longueur pour les dispositifs d'association de véhicules légers de transport à des systèmes individuels de chauffage central ou pour chauffage direct d'ambiance. Il pourra avoir des dimensions en conséquence de la taille des systèmes à équiper (ex : camions, chauffage industriel, ou collectif). Il pourra être exploité couramment dans des plages de températures allant environ de 45°C à 110°C. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné au captage de la chaleur perdue par les engins de transport routier individuels, collectifs, professionnels, industriels et commerciaux et est particulièrement destiné à la restitution de chaleur à des enceintes contenant des fluides liquides ou gazeux ou à des systèmes de production de chaleur qui équipent des dispositifs de chauffage domestique, industriel, urbain, tertiaire ou de bâtiments d'équipement. 5 10 15 25 30
Claims (7)
1. Dispositif amovible pour capter et stocker la chaleur évacuée et perdue par les dissipateurs des circuits de refroidissement des moteurs thermiques qui équipent des véhicules de transport routier pour la restituer à des fluides ou à des systèmes de chauffage extérieurs aux véhicules caractérisé en ce qu'il est constitué d'une réserve (1) qui comporte un produit ou un matériau (2) exploité pour sa capacité à capter et restituer de la chaleur, pendant ses phases de changement de température et de changement d'état de fusion et de solidification et d'un échangeur de chaleur (3) relié aux moteurs, au fluide d'une enceinte ou à des systèmes de chauffage.
2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'ensemble est rendu démontable, déplaçable et protégé des agressions extérieures par un châssis de maintien et de transport (9) et est rendu connectable à volonté à différents circuits hydrauliques par un système de connexion rapide (8) relié à l'échangeur (3) par un système souple de raccordement (7).
3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la réserve contient un deuxième échangeur (10) pour la restitution de chaleur à un circuit hydraulique de chauffage.
4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la réserve contient un deuxième échangeur (13) pour la restitution directe de la chaleur au fluide d'une enceinte dans laquelle est placée l'invention.
5. Dispositif selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que le deuxième échangeur (10) est associé à un circuit hydraulique de chauffage (par un jeu de connecteurs rapides (11) et en ce que l'échangeur de captage est connecté en permanence au circuit de refroidissement du moteur par un jeu de connecteurs permanents (12).
6. Dispositif selon les revendications 1, 2 et 4 caractérisé en ce que le deuxième échangeur (13) est associé à une turbomachine de type ventilateur ou pompe (14) pilotée par un régulateur de température (15) pour faire rentrer par la bouche d'aspiration (16) le fluide froid de l'ambiance dans laquelle est placée l'invention et le restituer chaud par la bouche de sortie (17).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que la réserve (1) comporte un dispositif électrique (6) qui permet la lecture de température, la régulation, l'affichage et le renvoi d'informations, qu'elle est enveloppée d'une isolation thermique (5) et est constituée d'une première zone qui contient le produit ou matériau mettant en jeu les échanges de chaleur (2) et d'une deuxième zone qui comporte un dispositif de sécurité (4) de type vase d'expansion avec paroi déformable qui permet à l'ensemble de supporter les contraintes mécaniques causées par les dilatations successives de ce produit ou matériau.
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