FR3044707A1 - Ensemble moteur comprenant un convertisseur thermo-acoustique - Google Patents
Ensemble moteur comprenant un convertisseur thermo-acoustique Download PDFInfo
- Publication number
- FR3044707A1 FR3044707A1 FR1561961A FR1561961A FR3044707A1 FR 3044707 A1 FR3044707 A1 FR 3044707A1 FR 1561961 A FR1561961 A FR 1561961A FR 1561961 A FR1561961 A FR 1561961A FR 3044707 A1 FR3044707 A1 FR 3044707A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- coolant
- radiator
- heat
- engine
- thermo
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Granted
Links
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 94
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 31
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims description 22
- 239000013529 heat transfer fluid Substances 0.000 description 8
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 239000003570 air Substances 0.000 description 6
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 4
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000002775 capsule Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N hydroxyacetaldehyde Natural products OCC=O WGCNASOHLSPBMP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
- F02G5/02—Profiting from waste heat of exhaust gases
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01P—COOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
- F01P2060/00—Cooling circuits using auxiliaries
- F01P2060/16—Outlet manifold
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F02G2243/00—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes
- F02G2243/30—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders
- F02G2243/50—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders having resonance tubes
- F02G2243/54—Stirling type engines having closed regenerative thermodynamic cycles with flow controlled by volume changes having their pistons and displacers each in separate cylinders having resonance tubes thermo-acoustic
-
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Air-Conditioning For Vehicles (AREA)
Abstract
L'invention concerne un ensemble comprenant un moteur (6) à combustion interne, un circuit de refroidissement du moteur, un convertisseur thermo-acoustique (1) utilisant les gaz d'échappement du moteur à combustion interne comme source chaude et le liquide de refroidissement comme source froide pour y transférer la chaleur à évacuer du convertisseur thermo-acoustique (1), caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend un radiateur (11) destiné à transférer de la chaleur du liquide de refroidissement à l'air ambiant, un aérotherme (16) destiné à transférer de la chaleur du liquide de refroidissement dans un habitacle du véhicule, et des moyens de transfert (30) de la chaleur à évacuer du convertisseur thermo-acoustique (1) dans le liquide de refroidissement disposé dans le circuit de refroidissement en aval du radiateur (11) et / ou en amont de l'aérotherme (16), relativement au sens de circulation du liquide de refroidissement.
Description
ENSEMBLE MOTEUR COMPRENANT UN CONVERTISSEUR THERMO-ACOUSTIQUE L’invention concerne le domaine des moteurs à combustion interne et en particulier l’optimisation du rendement énergétique d’un moteur à combustion interne pouvant équiper un véhicule.
Pour limiter la consommation de carburant des véhicules automobiles, de nombreuses recherches visent à augmenter leur rendement énergétique. Pour accroître le rendement énergétique d’un moteur à combustion interne, il est notamment connu de récupérer l’énergie contenue dans la chaleur des gaz d’échappement du moteur.
On connaît du document JP2009216045A que cette chaleur rejetée par les moteurs à combustion interne peut être récupérée et partiellement reconvertie en puissance mécanique ou électrique grâce à l’utilisation d'un convertisseur thermo-acoustique. Une telle récupération d’énergie permet de réduire sensiblement la consommation énergétique du véhicule en hydrocarbures ainsi que les émissions de particules polluantes.
Le principe du convertisseur thermo-acoustique est illustré en figure 1 : un gaz sous pression confiné dans un tube 1 est excité, on applique donc une puissance acoustique à l’entrée We. Les particules de gaz passent dans une structure poreuse 2 chauffée d’un côté 3 et refroidi de l’autre coté 4. La particule de gaz décrit alors un cycle thermodynamique et l’onde acoustique appliquée à l’entrée sera amplifiée (Wac > We) par l’effet de la température. Cette onde amplifiée sera à son tour transformée en électricité ou en énergie mécanique par un convertisseur 5 approprié.
Le document JP2009216045A propose cependant une architecture complexe dans laquelle le convertisseur peut être utilisé en mode pompe à chaleur ou en mode moteur dans le but de produire de l’électricité. La source froide provient du liquide de refroidissement provenant directement de la culasse. Dans certaines situations de fonctionnement du moteur, par exemple en pleine charge, la température du liquide de refroidissement peut atteindre à la hausse un niveau qui pénalise le rendement du convertisseur thermo-acoustique.
Par conséquent, le problème à la base de l’invention est de proposer une architecture simple de moteur comprenant un convertisseur thermo-acoustique dont le rendement est amélioré.
Pour résoudre ce problème, il est prévu selon l’invention un ensemble moteur pour véhicule comprenant : -un moteur à combustion interne apte à produire des gaz d’échappement, -un circuit de refroidissement du moteur dans lequel un liquide de refroidissement est destiné à circuler, -un convertisseur thermo-acoustique utilisant les gaz d’échappement du moteur à combustion interne comme source chaude et le liquide de refroidissement comme source froide pour y transférer la chaleur à évacuer du convertisseur thermo-acoustique, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend un radiateur destiné à transférer de la chaleur du liquide de refroidissement à l’air ambiant, un aérotherme destiné à transférer de la chaleur du liquide de refroidissement dans un habitacle du véhicule, et des moyens de transfert de la chaleur à évacuer du convertisseur thermo-acoustique dans le liquide de refroidissement disposé dans le circuit de refroidissement en amont du radiateur et / ou en aval de l’aérotherme, relativement au sens de circulation du liquide de refroidissement.
Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaisons :
Dans une variante, le circuit de refroidissement comprend des moyens pour court-circuiter le passage du liquide de refroidissement dans les moyens de transfert de chaleur.
Avantageusement, les moyens pour court-circuiter le passage du liquide de refroidissement dans les moyens de transfert comprennent une vanne trois voies pilotée électriquement, associée à une conduite de dérivation.
Dans une variante, le circuit de refroidissement comprend un échangeur additionnel immédiatement en amont des moyens de transfert de la chaleur à évacuer du convertisseur thermo-acoustique dans le liquide de refroidissement.
Avantageusement, le circuit de refroidissement comprend des moyens de court-circuit du passage du liquide de refroidissement dans l’échangeur additionnel.
Avantageusement, encore, les moyens de court-circuit du passage du liquide de refroidissement dans l’échangeur additionnel comprennent une vanne trois voies pilotée électriquement associée à une ligne de court-circuit de l’échangeur additionnel.
Dans une variante, le circuit de refroidissement comprend une boucle de circulation du liquide de refroidissement entre les moyens de transfert et le radiateur, disposée en parallèle d’une boucle de circulation du liquide de refroidissement entre le moteur et le radiateur.
Avantageusement, la boucle de circulation du liquide de refroidissement entre les moyens de transfert de chaleur et le radiateur comprend une pompe de circulation.
Dans un variante, le circuit de refroidissement comprend un dispositif thermostatique disposé entre les moyens de transfert de chaleur et le radiateur et une canalisation de dérivation du radiateur associés de sorte qu’en deçà d’un seuil de température déterminé, le dispositif thermostatique ferme le passage du liquide de refroidissement dans le radiateur et ouvre la canalisation et qu’au-delà de ce seuil de température déterminé, le dispositif thermostatique ouvre le passage du liquide de refroidissement dans le radiateur et ferme la canalisation. L’invention a aussi pour objet un véhicule comprenant un ensemble moteur de l’invention. D’autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description ci-après d’un mode particulier de réalisation, non limitatif de l’invention, faite en référence aux figures dans lesquelles : -La figure 1 est une représentation schématique d’un convertisseur thermo-acoustique. -La figure 2 est une représentation schématique d’un premier mode de réalisation de l’ensemble moteur de l’invention et d’une variante de ce premier mode de réalisation. -La figure 3 est une représentation schématique d’un autre mode de réalisation de l’ensemble moteur de l’invention. -Les figures 4 et 5 représentent des variantes du mode de réalisation illustré à la figure 3. -La figure 6 est une représentation schématique d’un autre mode de réalisation de l’ensemble moteur de l’invention. -La figure 7 illustre deux variantes du mode de réalisation présenté à la figure 6. -La figure 8 est une représentation schématique d’un autre mode de réalisation de l’ensemble moteur de l’invention. -Les figures 9 et 10 représentent des variantes du mode de réalisation illustré à la figure 8. -La figure 11 est une représentation schématique d’un autre mode de réalisation de l’ensemble moteur de l’invention. -La figure 12 illustre une variante du mode de réalisation présenté à la figure 11. -La figure 13 illustre une autre variante du mode de réalisation présenté à la figure 11.
La figure 2 présente un premier mode de réalisation d’un ensemble moteur comprenant un moteur thermique 6, par exemple un moteur à combustion interne à allumage commandé ou à allumage par compression. Un tel ensemble moteur peut équiper un véhicule, par exemple un véhicule automobile pour permettre un déplacement de celui-ci. Le moteur peut comprendre plusieurs cylindres 7, par exemple ici quatre cylindres.
Le moteur thermique est pourvu d’un circuit de refroidissement à l’intérieur duquel circule un liquide de refroidissement, tel qu’un mélange d’eau et de glycol par exemple.
Le circuit de refroidissement comprend un circuit interne 8 de circulation du liquide de refroidissement à l’intérieur du moteur thermique 6. Le circuit de refroidissement est destiné à prélever les calories générées par le moteur thermique 6 et à évacuer ces dernières pour maintenir le moteur thermique 6 à une température de fonctionnement acceptable.
Le moteur thermique 6 est équipé en sortie Sm du circuit interne 8 d’un boîtier 9 de sortie du liquide de refroidissement. Le boîtier 3 est destiné à répartir le liquide de refroidissement à l’intérieur de diverses conduites que comprend le circuit de refroidissement décrites plus loin.
Le boîtier 9 comprend une première sortie S91 de liquide de refroidissement qui est pourvu d’une première conduite 10 reliant le boîtier 9 à une entrée En d’un radiateur 11. Cette première conduite 10 est prévue pour permettre une circulation du liquide de refroidissement depuis le boîtier 9 vers le radiateur 11. Le radiateur 11 est destiné à transférer de la chaleur du liquide de refroidissement à l’air ambiant. Le radiateur 11 est traversé par un flux d’air externe pour refroidir le liquide de refroidissement à l’intérieur du radiateur 11. Le radiateur 11 est préférentiellement logé à l’intérieur d’une façade avant du véhicule automobile pour faciliter un échange de chaleur entre le flux d’air externe et le liquide de refroidissement à l’intérieur du radiateur 11.
Le boîtier 9 loge un dispositif thermostatique 12, qui peut être actionné par une capsule à cire thermo-dilatable ou être actionné électriquement, qui ouvre la première sortie S91 et autorise la circulation du liquide de refroidissement vers l’entrée En du radiateur 11 dans le cas où la température du liquide de refroidissement dépasse un seuil de température, par exemple compris entre 83 et 97 °C, pour lequel le refroidissement du liquide de refroidissement par le radiateur 11 est requis. Le liquide de refroidissement circulant à travers le radiateur 11 rejette sa chaleur à l’air ambiant qui est à une température inférieure à celle du liquide de refroidissement.
Le radiateur 11 comprend une sortie Su du liquide de refroidissement pourvu d’une canalisation 13 qui relie le radiateur 11 à une entrée E14 d’une pompe 14 à liquide de refroidissement. Le liquide de refroidissement refroidi à l’intérieur du radiateur 11 est donc véhiculé depuis le radiateur 11 à la pompe 14 à liquide de refroidissement par l’intermédiaire de la canalisation 13.
La pompe 14 à liquide de refroidissement comprend une sortie Si4 reliée à une entrée Em du circuit interne 8 du moteur thermique 6. La sortie Si4 et l’entrée Em peuvent être confondues. La pompe 14 aspire le liquide de refroidissement pour le refouler dans le circuit interne 8 du moteur thermique 6.
Le boîtier 9 comprend encore une seconde sortie S92 de liquide de refroidissement qui est pourvue d’une conduite 15 reliant le boîtier 9 à une entrée E16 d’un aérotherme 16. Cette conduite 15 est prévue pour permettre une circulation du liquide de refroidissement depuis le boîtier 9 vers l’aérotherme 16. L’aérotherme 16 est destiné à transférer de la chaleur du liquide de refroidissement dans un habitacle du véhicule. L’aérotherme 16 est traversé par un flux d’air interne qui est destiné à être délivré à l’intérieur de l’habitacle du véhicule automobile pour réchauffer un air présent à l’intérieur de l’habitacle. L’aérotherme 16 est préférentiellement logé à l’intérieur d’une installation de chauffage du véhicule. L’aérotherme comprend une sortie S16 pourvue d’une canalisation de sortie 17 se raccordant (ici par le raccord 19) à la canalisation 13 joignant le radiateur 11 à la pompe à liquide 14. Cette canalisation de sortie 17 est prévue pour permettre une circulation du liquide de refroidissement de l’aérotherme 16 vers la canalisation 13. Dans ce mode de réalisation, la conduite 15 peut encore comprendre un ajutage 18, qui permet de régler la perte de charge donc le débit de liquide de refroidissement à travers l’aérotherme 16.
Le boîtier 9 peut comprendre encore une troisième sortie S93 pourvue d’une canalisation 20 de dérivation se raccordant (ici par le raccord 19) à la canalisation 13 joignant le radiateur 11 à la pompe à liquide 14. Cette canalisation 20 est prévue pour permettre au liquide de refroidissement de retourner directement vers la pompe 14 sans passer par le radiateur 11, lorsque le dispositif thermostatique 12 est fermé, c’est-à-dire lorsque la température du liquide de refroidissement est en deçà du seuil de température déterminé, et d’effectuer une circulation interne dans le moteur 6 pour sa mise en température ou de son maintien en température lorsqu’il n’est pas chargé. L’ensemble moteur peut également comprendre une ligne 21 de dégazage incluant un boite 22 de dégazage disposée entre le radiateur 11 et se raccordant (ici par le raccord 23) à la canalisation 13 joignant le radiateur 11 à la pompe à liquide 14. L’ensemble moteur comprend encore un convertisseur thermo-acoustique 1. Ce convertisseur thermo-acoustique 1 comprend un coté 3 dit chaud car destiné à être chauffé, avec ici comme source chaude la chaleur des gaz d’échappement du moteur 6 s’évacuant par une ligne 24 d’échappement, ainsi qu’un coté 4 dit froid car destiné à être refroidi, avec ici comme source froide le liquide de refroidissement du moteur.
Dans ce mode de réalisation, afin de réaliser le transfert de chaleur des gaz d’échappement vers le coté 3 chaud du convertisseur thermo-acoustique 1, l’ensemble moteur comprend une première boucle d’échange thermique 25 à l’intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur. Une pompe peut être prévue pour assister la circulation du fluide à l’intérieur de cette boucle d’échange thermique 25.
Un premier échangeur thermique 26 est disposé dans la boucle d’échange thermique 25, en contact thermique avec la ligne d’échappement 24 comme source chaude de sorte à capter les calories véhiculées par les gaz d’échappement pour les transférer au fluide caloporteur. Ce premier échangeur thermique 26 destiné à transférer la chaleur de la ligne d’échappement vers le fluide caloporteur.
Un second échangeur thermique 27 est disposé dans la boucle d’échange thermique 25, en contact thermique avec le coté 3 chaud du convertisseur thermo-acoustique de sorte à restituer les calories véhiculées par le fluide caloporteur au côté 3 chaud. Ce second échangeur thermique 27 échange avec le gaz de travail contenu dans le module thermoacoustique. Il sert donc à chauffer le gaz excité, pour amplifier l’onde acoustique.
Dans ce mode de réalisation encore, afin de réaliser l’évacuation de chaleur du coté 4 froid du convertisseur thermo-acoustique 1 vers le liquide de refroidissement, l’ensemble moteur comprend encore des moyens d’échange de la chaleur à évacuer du convertisseur thermo-acoustique 1 dans le liquide de refroidissement. Dans ce mode de réalisation ces moyens d’échange sont formés d’une seconde boucle d’échange thermique 28 à l’intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur. Une pompe peut également être prévue pour assister la circulation du fluide à l’intérieur de cette boucle d’échange thermique 28.
Un troisième échangeur thermique 29 est disposé dans la seconde boucle d’échange thermique 28, en contact thermique avec le côté 4 froid à refroidir de sorte à en capter les calories non transformée en travail utile pour les transférer au fluide caloporteur.
Un quatrième échangeur thermique 30 est disposé dans la seconde boucle d’échange thermique 28, en contact thermique avec une circulation de liquide de refroidissement comme source froide de sorte à restituer les calories véhiculées par le fluide caloporteur au liquide de refroidissement. Ce quatrième échangeur thermique 30 constitue ici des moyens de transfert de la chaleur à évacuer du convertisseur thermo-acoustique 1 dans le liquide de refroidissement.
Dans ce premier mode de réalisation, pour la circulation de liquide de refroidissement dans le quatrième échangeur thermique 30, il est prévu une boucle 31 de circulation de liquide de refroidissement entre le quatrième échangeur thermique 30 et le radiateur 11 disposée en parallèle de la boucle de circulation de liquide de refroidissement entre le moteur 6 et le radiateur 11. Plus précisément, la boucle 31 de circulation d’une partie du liquide de refroidissement s’étendant depuis un piquage (ici au raccord 32) en sortie du radiateur 11 vers le quatrième échangeur thermique 30, le liquide de refroidissement sortant du quatrième échangeur thermique 30 étant ensuite renvoyé directement au radiateur 11 par une seconde entrée ΕΊ1 du radiateur 11 qui peut être séparée de la première entrée E11 pour ne pas perturber les écoulements. La boucle 31 de circulation comprend encore une pompe 33 de circulation additionnelle qui peut être reliée au moteur 6 ou actionnée par un moteur électrique, ce qui dans de cas permet de commander à tout instant le débit de liquide de refroidissement passant à travers l’échangeur thermique 30, et donc d’adapter à tout instant le besoin de refroidissement au niveau du convertisseur thermo-acoustique 1.
Le liquide de refroidissement en sortie du radiateur 11, possède une température relativement faible car il a perdu de l’énergie en échangeant avec l’air ambiant. On va pomper une partie du liquide de refroidissement vers le quatrième échangeur 30. Le liquide de refroidissement en sortie cet échangeur 30, contient de l’énergie thermique qui n’a pas pu être transformée entièrement en énergie acoustique, et sera rejetée via le radiateur 11 à l’air ambiant.
Dans le cas où le dispositif thermostatique 12 est fermé, il n’y donc pas de circulation du liquide de refroidissement à travers le radiateur 11 en provenance de la conduite 10, le radiateur 11 agit comme un réservoir d’eau où on vient débiter le liquide de refroidissement à une température relativement faible, et rajouter du liquide de refroidissement en provenance du quatrième échangeur 30 à une température plus élevée.
Avec cette architecture, on n’a pas besoin d’ajouter un échangeur de chaleur supplémentaire pour évacuer les calories de l’échangeur thermique 30 du convertisseur thermo-acoustique 1, car c’est le radiateur 11 qui va faire cette fonction.
Toutefois, si on désire dans cette boucle 31 fournir en entrée du quatrième échangeur 30 du liquide de refroidissement à une température encore plus faible que celle en sortie du radiateur 11 pour augmenter le rapport d’amplification acoustique et donc l’énergie acoustique en sortie du convertisseur 1, on peut prévoir en variante, un échangeur additionnel 34 représenté en pointillé sur la figure 2.
Les autres figures présentent d’autres modes de réalisation de l’ensemble moteur de l’invention. Sur ces figures les éléments identiques à la figure 2 conservent les mêmes références. L’architecture du mode de réalisation présentée sur la figure 3 diffère de celle présentée en figure 2 en ce qu’il est prévu de disposer le quatrième échangeur 30 en série et en amont, relativement au sens de circulation du liquide de refroidissement, du radiateur 11. Dans cette architecture, la boite de sortie d’eau est supprimée, le liquide de refroidissement sortant du moteur 6 est réparti au niveau d’un raccord 35 entre la branche conduisant à l’aérotherme 16 et une branche pourvue d’une conduite 10a prévue pour permettre une circulation du liquide de refroidissement depuis le raccord 35 vers le quatrième échangeur 30 puis au radiateur 11. Dans ce mode de réalisation, le dispositif thermostatique 12 est disposé dans cette branche entre le quatrième échangeur 30 et le radiateur 11.
Le liquide de refroidissement en sortie moteur, passe au début par le quatrième échangeur 30 du convertisseur thermo-acoustique 1. Le liquide de refroidissement récupère donc la chaleur non transformée en énergie acoustique dans le convertisseur thermo-acoustique 1 et agira comme source froide.
Le thermostat 12, si la température de liquide de refroidissement en sortie quatrième échangeur 30, est supérieur à un seuil pour lequel son refroidissement par le radiateur 11 est requis, s’ouvre vers le radiateur 11 ou dans le cas contraire reste fermé et le liquide de refroidissement retourne dans le moteur 6 via la canalisation 20, et donc court-circuite le radiateur 11.
Lorsque le convertisseur thermo-acoustique 1 extrait de l’énergie de l’échappement, pour en transformer une partie en travail utile mécanique ou électrique selon le convertisseur 5, le reste de chaleur que l’on n’a pas pu transformer est évacué par le quatrième échangeur 30 dans le liquide de refroidissement puis évacué dans l’air ambiant par le radiateur 11.
Dans le cas, où le radiateur 11 est saturé, autrement dit qu’il ne peut plus évacuer les calories vers l’extérieur, on peut prévoir, en variante de l’architecture décrite à la figure 3, comme illustrée en figure 4, une vanne 36 trois voies commandée électriquement qui permet de couper le débit vers le quatrième échangeur 30 et de faire passer le débit par une conduite 37 de dérivation en amont du thermostat 12 (ici au niveau du raccord 38). Si le débit vers le quatrième échangeur 30 est coupé, on arrête également le fonctionnement du convertisseur thermo-acoustique 1.
Dans une autre variante de l’architecture décrite à la figure 3, on peut prévoir, comme illustrée en figure 5 un échangeur additionnel 39 disposé en amont du quatrième échangeur 30. Avec un tel échangeur, l’intégration de l’ensemble moteur est plus complexe, mais permet d’augmenter le rendement global du convertisseur thermoacoustique 1 en diminuant la température de la source froide. Des moyens de court-circuit du passage du liquide de refroidissement dans l’échangeur additionnel 39 peuvent également être prévus, ces moyens comprenant par exemple une vanne trois voies 36 associée à une ligne 40 de court-circuit de l’échangeur additionnel 39. La vanne trois voies 36 peut être thermostatique ou encore électrique avec une commande réalisée en association avec des moyens de mesure de température du liquide de refroidissement tels qu’un thermocouple.
La figure 6 présente un autre mode de réalisation de l’ensemble moteur de l’invention. L’architecture présentée sur la figure 6 diffère de celle présentée en figure 2 en ce que la boucle 31 de circulation de la figure 2 est supprimée et qu’il est désormais prévu de disposer le quatrième échangeur 30 en série et ici en aval, relativement au sens de circulation du liquide de refroidissement, de l’aérotherme 16. Dans cette architecture, la canalisation de sortie 17 se raccordant (ici par le raccord 19) à la canalisation 13 joignant le radiateur 11 à la pompe à liquide 14 passe donc par le quatrième échangeur 30 avant le raccordement à la canalisation 13.
Le liquide de refroidissement qui passe dans la branche comprenant l’aérotherme 16 continue sa trajectoire pour entrer dans quatrième échangeur 30 du convertisseur thermoacoustique 1. Cette branche étant toujours ouverte avec un débit contrôlé par l’ajutage 18. En sortie du quatrième échangeur 30 du convertisseur thermo-acoustique 1, le liquide de refroidissement rentre de nouveau dans le moteur 6 en se mélangeant avec le liquide de refroidissement de la circulation interne 8 et le liquide de refroidissement refroidi par le radiateur 11 en amont de la pompe 14, lorsque le thermostat 12 est ouvert.
Le débit de liquide de refroidissement qui entre dans le quatrième échangeur 30 est le même que celui qui rentre dans l’aérotherme 16. Le liquide de refroidissement passant par l’aérotherme 16 se refroidit avant son entrée dans le quatrième échangeur 30 car des calories seront évacuées par l’aérotherme pour chauffer de l’air.
Dans le cas, où le radiateur 11 est saturé, autrement dit qu’il ne peut plus évacuer les calories vers l’extérieur, on peut prévoir, en variante, comme illustré en figure 7, une vanne 40 trois voies commandée électriquement qui permet de couper le débit vers le quatrième échangeur 30 et de faire passer le débit par une conduite 41 de dérivation pour renvoyer le liquide de refroidissement vers la pompe 14 (ici au niveau du raccord 42 sur la ligne 17). Si le le débit vers le quatrième échangeur 30 est coupé, on arrête également le fonctionnement du convertisseur thermo-acoustique 1. Dans une autre variante, on peut également prévoir un échangeur additionnel 43 disposé en amont du quatrième échangeur 30. Avec un tel échangeur, l’intégration de l’ensemble moteur est plus complexe, mais permet d’augmenter le rendement global du convertisseur thermoacoustique 1 en diminuant la température de la source froide. Des moyens de court-circuit du passage du liquide de refroidissement dans l’échangeur additionnel 43 peuvent également être prévus, ces moyens comprenant par exemple une vanne trois voies 36 associée à une ligne 45 de court-circuit de l’échangeur additionnel 34.
La figure 8 présente un autre mode de réalisation de l’ensemble moteur de l’invention. L’architecture présentée sur la figure 8 diffère de celle présentée en figure 3 en ce que la canalisation de sortie 17 se raccordant (ici par le raccord 19) à la canalisation 13 joignant le radiateur 11 à la pompe à liquide 14 est supprimée pour être remplacée par une canalisation de sortie 17a se raccordant (ici par un raccord 48) à la canalisation 10a prévue pour permettre une circulation du liquide de refroidissement depuis le raccord 35 vers le quatrième échangeur 30 puis au radiateur 11. Autrement dit, on a désormais en amont du quatrième échangeur 30 une branche parallèle avec la branche comprenant l’aérotherme 16 puis en aval et en série du quatrième échangeur 30, le radiateur 11.
Le liquide de refroidissement en sortie du moteur 6 se divise en deux parties. Une partie du débit passe dans l’aérotherme 16, le débit étant réglé par l’ajutage 18. Le liquide de refroidissement passant par l’aérotherme 16 se refroidit avant son entrée dans le quatrième échangeur 30 car des calories seront évacuées par l’aérotherme pour chauffer de l’air. Donc au moment du mélange, la température du liquide de sera plus faible.
Le débit en sortie de l’aérotherme 16 se rejoint avec la branche parallèle pour retrouver le débit initial de sortie moteur et pour passer par le quatrième échangeur 30 du convertisseur thermo-acoustique 1. Le liquide de refroidissement récupère donc la chaleur non transformée en énergie acoustique dans le convertisseur thermo-acoustique 1 et agira comme source froide pour le convertisseur thermo-acoustique 1.
Le thermostat 12, si la température de liquide de refroidissement en sortie quatrième échangeur 30, est supérieur à un seuil pour lequel son refroidissement par le radiateur 11 est requis, s’ouvre vers le radiateur 11 ou dans le cas contraire reste fermé et le liquide de refroidissement retourne dans le moteur 6 via la canalisation 20.
Dans le cas, où le radiateur 11 est saturé, autrement dit qu’il ne peut plus évacuer les calories vers l’extérieur, on peut prévoir, en variante de l’architecture décrite à la figure 8, comme illustré en figure 9, une vanne 49 trois voies commandée électriquement qui permet de couper le débit vers le quatrième échangeur 30 et de faire passer le débit par une conduite 50 de dérivation en amont du thermostat 12 (ici au niveau du raccord 51). Si le débit vers le quatrième échangeur 30 est coupé, on arrête également le fonctionnement du convertisseur thermo-acoustique 1.
Dans une autre variante de l’architecture décrite à la figure 3, on peut prévoir, comme illustrée en figure 10 un échangeur additionnel 52 disposé en amont du quatrième échangeur 30. Avec un tel échangeur, l’intégration de l’ensemble moteur est plus complexe, mais permet d’augmenter le rendement global du convertisseur thermoacoustique 1 en diminuant la température de la source froide. Des moyens de court-circuit du passage du liquide de refroidissement dans l’échangeur additionnel 52 peuvent également être prévus, ces moyens comprenant par exemple une vanne trois voies 53 associée à une ligne 54 de court-circuit de l’échangeur additionnel 52. La vanne trois voies 53 peut être thermostatique ou encore électrique avec une commande réalisée en association avec des moyens de mesure de température du liquide de refroidissement tels qu’un thermocouple.
La figure 11 présente un autre mode de réalisation de l’ensemble moteur de l’invention. L’architecture présentée sur la figure 10 diffère de celle présentée en figure 8 en ce que la branche 10a parallèle à la branche comprenant l’aérotherme 16 et la canalisation de sortie 17a est supprimé. L’aérotherme 16 est désormais pourvu d’une canalisation de sortie 17b se raccordant en série en entré du quatrième échangeur 30, la sortie du quatrième échangeur 30 étant ensuite raccordé en série au radiateur 11. Dans cette configuration, tout le débit sortant du moteur 6 passe par l’aérotherme 16, puis par le quatrième échangeur 30, puis par le radiateur 11.
Dans mode de réalisation aussi, dans le cas, où le radiateur 11 est saturé, autrement dit qu’il ne peut plus évacuer les calories vers l’extérieur, on peut prévoir, en variante de l’architecture décrite à la figure 11, comme illustré en figure 12, une vanne trois voies 55 commandée électriquement qui permet de couper le débit vers le quatrième échangeur 30 et de faire passer le débit par une conduite 56 de dérivation en amont du thermostat 12 (ici au niveau du raccord 57). Si le débit vers le quatrième échangeur 30 est coupé, on arrête également le fonctionnement du convertisseur thermo-acoustique 1.
Dans une autre variante de l’architecture décrite à la figure 11, on peut prévoir, comme illustrée en figure 13 un échangeur additionnel 58 disposé en amont du quatrième échangeur 30. Avec un tel échangeur, l’intégration de l’ensemble moteur est plus complexe, mais permet d’augmenter le rendement global du convertisseur thermo acoustique 1 en diminuant la température de la source froide. Des moyens de court-circuit du passage du liquide de refroidissement dans l’échangeur additionnel 58 peuvent également être prévus, ces moyens comprenant par exemple une vanne trois voies 59 associée à une ligne 60 de court-circuit de l’échangeur additionnel 58. La vanne trois voies 59 peut être thermostatique ou encore électrique avec une commande réalisée en association avec des moyens de mesure de température du liquide de refroidissement tels qu’un thermocouple.
Dans une autre variante non représentée, afin de réaliser le transfert de chaleur des gaz d’échappement vers le coté 3 chaud du convertisseur thermo-acoustique 1, la première boucle d’échange thermique 25 à l’intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur peut être remplacée par un échange direct des gaz d’échappement avec le côté chaud du convertisseur thermo-acoustique, sans fluide caloporteur. Dans une autre variante, la seconde boucle d’échange thermique 28 l’intérieur de laquelle circule un fluide caloporteur peut être remplacée par un échange direct du liquide de refroidissement avec le côté froid du convertisseur thermo-acoustique, sans fluide caloporteur. Ces variantes sont cependant moins efficaces du point de vue des échanges thermiques.
En utilisant avantageusement le radiateur et / ou l’aérotherme ainsi que la pompe à liquide de refroidissement présents dans le véhicule, l’invention permet une intégration améliorée du système de refroidissement requis pour le convertisseur thermo-acoustique. Cela permet un gain en masse et une diminution du coût du système.
Claims (10)
- Revendications1. Ensemble moteur pour véhicule comprenant : -un moteur (6) à combustion interne apte à produire des gaz d’échappement, -un circuit de refroidissement du moteur dans lequel un liquide de refroidissement est. destiné à circuler, -un convertisseur thermo-acoustique (1) utilisant les gaz d’échappement du moteur à combustion interne comme source chaude et le liquide de refroidissement comme source froide pour y transférer la chaleur à évacuer du convertisseur thermo-acoustique (1), caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend un radiateur (11) destiné à transférer de la chaleur du liquide de refroidissement à l’air ambiant, un aérotherme (16) destiné à transférer de la chaleur du liquide de refroidissement dans un habitacle du véhicule, et des moyens de transfert (30) de la chaleur à évacuer du convertisseur thermo-acoustique (1) dans le liquide de refroidissement disposés dans le circuit de refroidissement en amont du radiateur (11) et / ou en aval de l’aérotherme (16), relativement au sens de circulation du liquide de refroidissement.
- 2. Ensemble moteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend des moyens pour court-circuiter le passage du liquide de refroidissement dans les moyens de transfert (30) de chaleur.
- 3. Ensemble moteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens pour court-circuiter le passage du liquide de refroidissement dans les moyens de transfert (30) comprennent une vanne trois voies pilotée électriquement (36 ; 40 ; 49 ; 55) associée à une conduite de dérivation (37 ; 41 ; 50 ; 56).
- 4. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend un échangeur additionnel (39 ; 43 ; 52 ; 58) immédiatement en amont des moyens de transfert (30) de la chaleur à évacuer du convertisseur thermo-acoustique (1) dans le liquide de refroidissement.
- 5. Ensemble moteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend des moyens de court-circuit du passage du liquide de refroidissement dans l’échangeur additionnel (39 ; 43 ; 52 ; 58)!
- 6. Ensemble moteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens de court-circuit du passage du liquide de refroidissement dans l’échangeur additionnel (39 ; 43 ; 52 ; 58) comprennent une vanne trois voies pilotée électriquement (36 ; 44 ; 53 ; 59) associée à une ligne de court-circuit (40 ; 45 ; 54 ; 60) de l’échangeur additionnel.
- 7. Ensemble moteur selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend une boucle (31) de circulation du liquide de refroidissement entre les moyens de transfert (30) et le radiateur (11) disposée en parallèle d’une boucle de circulation du liquide de refroidissement entre le moteur (6) et le radiateur (11).
- 8. Ensemble moteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la boucle (31) de circulation du liquide de refroidissement entre les moyens de transfert (30) de chaleur et le radiateur (11) comprend une pompe (33) de circulation.
- 9. Ensemble moteur selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit de refroidissement comprend un dispositif thermostatique (12) disposé entre les moyens de transfert (30) de chaleur et le radiateur (11) et une canalisation (20) de dérivation du radiateur (11) associés de sorte qu’en deçà d’un seuil de température déterminé, le dispositif thermostatique (12) ferme le passage du liquide de refroidissement dans le radiateur (11) et ouvre la canalisation (20) et qu’au-delà de ce seuil de température déterminé, le dispositif ïhermostatique (12) ouvre le passage du liquide de refroidissement dans le radiateur (11) et ferme la canalisation (20):
- 10. Véhicule caractérisé en ce qu’il comprend un ensemble moteur selon l’une quelconque des revendications précédentes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1561961A FR3044707B1 (fr) | 2015-12-08 | 2015-12-08 | Ensemble moteur comprenant un convertisseur thermo-acoustique |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR1561961 | 2015-12-08 | ||
| FR1561961A FR3044707B1 (fr) | 2015-12-08 | 2015-12-08 | Ensemble moteur comprenant un convertisseur thermo-acoustique |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR3044707A1 true FR3044707A1 (fr) | 2017-06-09 |
| FR3044707B1 FR3044707B1 (fr) | 2018-01-12 |
Family
ID=55646716
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR1561961A Active FR3044707B1 (fr) | 2015-12-08 | 2015-12-08 | Ensemble moteur comprenant un convertisseur thermo-acoustique |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR3044707B1 (fr) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005180731A (ja) * | 2003-12-16 | 2005-07-07 | Toyota Motor Corp | 熱音響エンジン |
| DE102007024894A1 (de) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Denso Corp., Kariya | Kühlsystem mit Kühlkreislauf und Rankine-Kreislauf |
| EP2236803A1 (fr) * | 2008-01-21 | 2010-10-06 | Sanden Corporation | Dispositif utilisant de la chaleur résiduelle pour un moteur à combustion interne |
-
2015
- 2015-12-08 FR FR1561961A patent/FR3044707B1/fr active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005180731A (ja) * | 2003-12-16 | 2005-07-07 | Toyota Motor Corp | 熱音響エンジン |
| DE102007024894A1 (de) * | 2006-05-30 | 2007-12-06 | Denso Corp., Kariya | Kühlsystem mit Kühlkreislauf und Rankine-Kreislauf |
| EP2236803A1 (fr) * | 2008-01-21 | 2010-10-06 | Sanden Corporation | Dispositif utilisant de la chaleur résiduelle pour un moteur à combustion interne |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR3044707B1 (fr) | 2018-01-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| FR2915771A1 (fr) | Ensemble de refroidissement d'un moteur a combustion interne | |
| EP3781882B1 (fr) | Dispositif de conditionnement thermique pour véhicule automobile | |
| FR3053447B1 (fr) | Systeme et procede de conditionnement d'air pour un compartiment, notamment un habitacle de vehicule automobile | |
| WO2003042516A2 (fr) | Systeme de gestion de l'energie thermique d'un moteur thermique comprenant deux reseaux | |
| EP0886724B1 (fr) | Procede et installation de recuperation de chaleur dans de l'air de suralimentation d'un moteur | |
| EP1432907B1 (fr) | Dispositif perfectionne de regulation thermique de l'air d'admission d'un moteur a combustion interne de vehicule automobile | |
| EP3002443A1 (fr) | Module d'admission d'air d'un moteur a combustion interne de vehicule automobile | |
| FR3044707A1 (fr) | Ensemble moteur comprenant un convertisseur thermo-acoustique | |
| EP2999864A1 (fr) | Refroidisseur d'air de suralimentation et circuit d'air de suralimentation associe | |
| FR3036744A1 (fr) | Systeme de gestion thermique d'air d'admission d'un moteur thermique suralimente | |
| WO2015052424A1 (fr) | Refroidissement d'un moteur alternatif a combustion interne | |
| FR3049649A1 (fr) | Moteur a combustion interne comprenant un systeme thermoacoustique | |
| WO2021197936A1 (fr) | Dispositif de gestion thermique pour un véhicule automobile hybride | |
| EP2937235A1 (fr) | Dispositif de gestion thermique de véhicule automobile | |
| EP2912395B1 (fr) | Module de refroidissement d'un moteur de véhicule automobile, et procédé de pilotage correspondant | |
| EP1375894A1 (fr) | Module pour la régulation thermique de carburant destiné à un moteur thermique de véhicule automobile et dispositif d'alimentation en carburant muni de ce module | |
| FR3082455A1 (fr) | Systeme de traitement thermique pour vehicule | |
| FR3084913A1 (fr) | Systeme thermique a circuit rankine | |
| FR3049696A1 (fr) | Systeme thermoacoustique a combustion directe | |
| FR3074234A1 (fr) | Systeme de refroidissement | |
| FR2911092A1 (fr) | Systeme et procede de gestion thermique multifonction pour vehicule hybride | |
| FR3057025A1 (fr) | Turbocompresseur a geometrie variable et systeme de suralimentation d’air equipe d'un tel turbocompresseur | |
| FR3022017A1 (fr) | Dispositif d'echange de chaleur, ligne d'echappement d'un moteur thermique et module thermoelectrique comprenant un tel dispositif | |
| WO2021069244A1 (fr) | Systeme de refroidissement a radiateur unique | |
| FR3080572A1 (fr) | Systeme de traitement thermique destine a un vehicule automobile |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 2 |
|
| PLSC | Publication of the preliminary search report |
Effective date: 20170609 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 3 |
|
| CA | Change of address |
Effective date: 20180312 |
|
| CD | Change of name or company name |
Owner name: PEUGEOT CITROEN AUTOMOBILES SA, FR Effective date: 20180312 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 5 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 6 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 7 |
|
| PLFP | Fee payment |
Year of fee payment: 8 |