WO2009122041A2 - Dispositif et systemes de recuperation et de stockage de la chaleur - Google Patents

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    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to a device and systems for storing the heat generated by a heat engine, for example a mobile machine, and its recovery to supply a particular heating system.
  • Thermal engines using fossil fuels, modern, or recovery transform a very small part in mechanical energy. The rest is transformed into heat that must be evacuated.
  • the single-tank storage system consists of a fully sealed two-port tank; one for the entrance and the other for the exit. It is mounted in series on the cooling circuit of an engine. The assembly constitutes a closed hydraulic loop; "Engine - pump - tank - radiator”. It is very inefficient.
  • the increase in temperature of the contents of the reserve is ensured by the arrival of a flow of hot fluid from the engine which mixes with the fluid already in place.
  • the same flow of the mixture leaves the reserve to join the engine to ensure its cooling.
  • This is the very disadvantage of this system. Indeed, the contents of the reserve is not guaranteed to reach a mineable temperature minimum because the hot fluid at the engine outlet mixes with the reserve fluid.
  • the temperature of the mixture slowly increases as the amount of heat stored increases, which imposes a minimum engine running time before reaching a temperature level of the stored fluid, exploitable in the context of energy recovery via the hydraulic heating systems. You can not run a motor unnecessarily to pretext for sufficient energy recovery. This system does not allow energy recovery during small trips, for example.
  • the device according to the invention makes it possible to reduce the disadvantages mentioned above. It makes it possible to recover a large part of the heat rejected and lost by the heat engines that equip mobile machines by storing their cooling fluid at the engine outlet when it is loaded with heat, then it allows to transfer this heat to systems external to the machine by irrigating with this fluid when it is released from the reserves of the machine and this, thanks to a very small device, able to keep the fluid it stores at the temperature at which it receives, therefore, exploitable in the context of energy recovery.
  • This device thus makes it possible to reduce the costs related to the energy consumption of the systems that benefit from heat recovery.
  • This system also makes it possible to assist or even replace the heat generating device when it is permanently mounted on a hydraulic circuit of heating because it allows to provide emitters hot fluid flow it stores when the same reserve associated with a heat engine, used as presented above, transmits its own volume of hot stored fluid.
  • a heat recovery and storage device comprising an enclosure containing two reserves of variable volumes and whose volume variation is made possible by displacement or deformation. a common dividing wall. These two reserves contain the same heat transfer fluid which moves alternately from one to the other through the engine for the energy recovery phase and by a heating system, for the restitution phase. They are initially associated with the engine and a heat recovery system in a second time, and this, by a set of connectors.
  • the first reserve When associated with the engine, the first reserve ensures storage by filling the engine coolant when it comes out hot and the second reserve, emptying, allows to simultaneously ensure the supply of fuel. fluid to the cooling circuit at the inlet of the engine to be cooled.
  • the first pool When associated with a heat-seeking system, the first pool transfers its previously stored fluid and heat to that system while the second pool is filled with a fluid at a temperature level low enough to again exploited for a new energy recovery cycle. The fluid volume and the mass of the assembly are therefore constant and therefore reduced, and this, whatever the filling states of each of the two reserves.
  • the device of the prior art necessarily includes a conduit for putting in direct communication the two reserves; such a conduit is not necessary in the context of the invention.
  • Another object of the invention is a cooling circuit of a heat engine comprising a convector or radiator-type exchanger, a first duct for bringing a heat-transfer fluid out of said heat engine to said radiator, and a second duct for bringing this coolant, cooled by the radiator, to the engine, characterized in that a heat recovery and storage device as described above is removably connected to said second conduit.
  • Yet another object of the invention is a hydraulic heating circuit characterized in that it is connected to a heat recovery and storage device, whose first reserve zone is used as hot heat transfer fluid reserve, connected to the hydraulic circuit so that said fluid is fed to heat emitters and the second reserve zone is connected to receive a coolant coolant after passage through said emitters.
  • FIG. 1 shows in section, the basic device of the invention at the beginning of the capture phase with separation of reserves by simple moving partition.
  • FIG. 2 represents in section, a variant of the invention with separation of the reserves by deformable double membrane enclosing a reserve of gas.
  • FIG. 3 represents in section, the same variant of the invention equipped with a device for regulating the minimum temperature of the hot fluid stored with heat recovery exchanger.
  • Figure 4 shows in section, the basic device of the invention connected to a motor for the storage phase.
  • Figure 5 shows in section, the basic device of the invention connected to a heat seeking system for the energy recovery phase.
  • FIG. 6 represents in section, the basic device of the invention permanently connected to a heat-seeking system replacing the heat-generating device, used with a device of the same type intended for heat recovery on a heat engine .
  • Figure 7 shows in section, the basic device of the invention equipped with a partitioning reserves to control storage temperatures and to facilitate transport.
  • Figure 8 shows in section, the basic device of the invention equipped with a heat recovery exchanger for capturing heat lost by the exhaust gas.
  • FIG. 9 represents in section, the basic device of the invention equipped with a hydraulic valve for regulating differential pressures or “discharge valve” to allow normal operation of the cooling circuit by circumventing the reserves when the storage tank is full.
  • Figure 10 shows in section, the basic device of the invention equipped with an additional double plug connections to allow the filling or emptying phases without the need to disassemble said device.
  • Figure 11 shows, in section, the structure of a device according to an alternative embodiment of the invention.
  • the device comprises an enclosure (1) composed of two reserves (3) and (4) connectable to a motor (18) or to a heating system (20), with an emitter-convector for example (21 ).
  • the connections are made by pipes (7) and (8) and connections (9).
  • the assembly is wrapped in thermal insulation (10) and is held and carried by a shell (12) which allows the attachment to the chassis of the engines and heating systems and which allows the manipulation of the system during its various associations and work phases.
  • the amount of heat stored can be measured and then indicated by a device (11) of the type "temperature reading block, regulation, display and information return".
  • the two reserves are separated by a sealed moving partition (2) which allows simultaneous filling and emptying of both reserves without the total volume does not change.
  • the seal is provided by seal (s) or membrane (s) (13).
  • the enclosure comprises a safety device of the "expansion vessel” type with deformable wall (6) and gas reserve (5) which allows the assembly to withstand the mechanical stresses caused by the successive thermal expansion of the cooling fluid. stored in the reserves.
  • the two reserves are separated by two sealed mobile membranes (14) which enclose a gas (15) which allows the assembly to withstand the mechanical stresses caused by the successive thermal expansion of the cooling fluid. content and which provides thermal insulation between the two reserves.
  • the reserves are associated with a device (16) for regulating the minimum temperature of the storage fluid with heat exchanger (17).
  • This device (16) makes it possible to maintain the temperature over time and to retain only the coolant sufficiently hot for storage in reserve (3).
  • This fluid is then more interesting to store. It must return to the engine directly through the bypass path (8 - 16 - 7) until it is detected to be hot enough to operate.
  • the heat exchanger (17) is not essential, but its use is advantageous because it allows to reset the highest temperature (output temperature of the engine) the amount of fluid already stored during another use, and whose temperature would have fallen during stops more or less long engine.
  • the irrigation flow rate of the exchanger (17) used to warming the temperature of the reserve sees its own temperature drop as it gives heat to said reserve. It is then diverted by the control device (16) until its temperature is detected as being again usable for storage. When the reserve returns to the highest temperature level, the irrigation flow of the exchanger does not exchange heat with it, it comes out hot enough to be stored.
  • the assembly is connected to the cooling circuit of an engine (18) during the hot fluid storage phase.
  • the cooling circuit (19) comprises a radiator (190), a first duct composed of two sections (191a and 191b) for delivering a hot heat transfer fluid leaving said heat engine to said radiator, and a second duct (192) for bringing this coolant, cooled by the radiator, to the engine.
  • the heat recovery and storage device of the invention is removably connected to said first conduit.
  • a control valve (193) is provided to allow operation of the cooling circuit in the absence of the heat recovery device or when the first storage area thereof is full.
  • the double-reserve system of the invention makes it possible, contrary to the prior art, to store the hot cooling fluid at the engine outlet at the outlet temperature of the engine (approximately 90 ° C. in most cases). regardless of the amount of energy recovered.
  • the fluid temperature that the double-reserve system makes available to the engine for cooling is the lowest possible and therefore allows its good cooling permanently and always at the same temperature regime.
  • the assembly is connected to the hydraulic circuit (22) of a heating system (20) with emitters (21), during the phase of removal of hot fluid.
  • the heat storage device is connected to the hydraulic circuit so that the coolant contained in the first reserve zone (3) is fed to the emitters or radiators (21) of the heating system, and then the heat transfer fluid cooled leaving said transmitters return to the second reserve area (4).
  • the assembly is permanently connected (23) to the hydraulic circuit (22) of a heating system with emitters (21), in place of or in addition to a system heating such as a boiler. It is associated with a second similar device used as in Figure 5 which ensures the filling of hot fluid and allows it to completely or partially replace the heat production system.
  • the device is equipped with a partition (24) of the reserve zones, or at least of the first reserve zone (3) in order to better control the storage temperatures, to avoid thermal layer mixtures and to facilitate transport.
  • This partitioning system (24) provides two functions.
  • the partitioning limits the movements of the center of inertia of the assembly during the phases of changes of speed and direction of the vehicle on which the device is mounted. This second advantage concerns both the partitioning of the first (3) and the second (4) reserve area.
  • the partitioning system (24) may be deformable (bellows for example) and provided with passageway openings sufficient to allow the filling of areas but not enough to allow rapid migration of large masses of fluid.
  • the device may be equipped with an energy recovery exchanger (25) placed between the fluid stored in the reserve and the exhaust gases.
  • the heat contained and dissipated by the exhaust gas of a heat engine can represent about 40% of the energy consumed for the operation of said engine.
  • the temperature reached by these gases (greater than 100 0 C at the engine output) is compatible with additional energy recovery. It is then sufficient to pass them through an exchanger (25) in contact with the hot fluid of the recovery tank (3).
  • Said exchanger can be immersed in the fluid (as shown in Figure 8) or wrap, in part or entirely.
  • a differential pressure regulating hydraulic valve or "relief valve” (26) can be inserted between the inlet and outlet lines (7 and 8) of the reserves (3 and 4). ) to allow normal operation of the cooling circuit by bypassing said reserves when the storage is full (3).
  • the device of the invention is normally connected to a hydraulic cooling circuit comprising a pump.
  • a hydraulic cooling circuit comprising a pump.
  • the pump When the pump is in operation, between its output and the inlet of the reserve 3 the pressure can be considered as high, while between the output of the reserve 4 and the inlet of the pump the pressure can be considered as being low.
  • the reserve 3 When the reserve 3 is full, the assembly opposes the displacement of the fluid.
  • the pump responds by forcing, then increasing its outlet pressure (to "push” more) and lowering its inlet pressure (to "suck” harder).
  • a valve called “differential pressure regulation” can be placed between the inlet and the outlet of the double reserve.
  • the assembly can be equipped with a device that makes it removable and movable thanks to a frame that allows the maintenance, protection, handling of assembly, disassembly, connection and disconnection, anchoring and transportation (reference 12 in FIGS. 1 and 2).
  • the assembly may be equipped with a device that makes it possible to put the two reserves (3 and 4) in contact with an external hydraulic system to ensure the filling or emptying phases without be obliged to disassemble the entire engine or heating system to which said assembly is permanently connected by the normal inlet and outlet pipes (7 and 8).
  • An additional dual plug of fast leak connections (27) is connected to the input and output of said resistors.
  • the device may be designed as a cylinder composed of two sectors (3 ', 4') of variable volumes. These two volumes are delimited by two partitions (2 ') which are placed between the central axis of the cylinder and its inner edge. One is fixed, the other is mobile and revolves around the axis on which it is articulated, thus varying the two volumes of the double reserve. Each of these volumes is connected to a pipe which allows the connections (7, 8) for successive filling and emptying.
  • the system may have dimensions of the order of 50 cm in diameter and 70 cm in height for the combination devices of light transport vehicles to individual central heating systems. It may have other dimensions as a result of the size of the systems to be equipped (eg trucks, buses, industrial heating, or collective). It can be exploited commonly in temperature ranges from about 45 ° C to 110 ° C.
  • the device according to the invention is particularly intended for the collection of the heat lost by the individual road transport units, collective, professional, industrial and commercial and is particularly intended for the return of heat to heat production systems that equip domestic heating devices, industrial process, urban, tertiary or equipment buildings. It is particularly intended for energy management and the optimization of running costs of public or private urban transport or freight companies (buses, taxis and their administrative premises) or commercial transport or freight companies (coaches). trucks and their administrative premises).

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Abstract

Dispositif pour récupérer et stocker le fluide chaud et son énergie en sortie du circuit de refroidissement d'un moteur thermique d'engin mobile pour le restituer ô un système de chauffage extérieur à cet engin. L'enceinte (1) isolée (10), connectable (7, 8 et 9) est constituée de deux réserves (3 et 4) séparées par une double membrane (14). Ce dispositif connecté au circuit de refroidissement d'un moteur (19, 191, 190, 192) lui fournit un débit de fluide de refroidissement pendant qu'il prélève le même débit de fluide chaud en sortie du moteur pour récupérer sa chaleur tout en maintenant son haut niveau de température. Le déstockage de la chaleur se fait lors d'une association du dispositif ô un système de chauffage qu'il peut même remplacer. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné aux moteurs thermiques de véhicules routiers, industriels, de travaux publics, et à tous les systèmes de chauffage avec circuit hydraulique.

Description

DISPOSITIF ET SYSTEMES DE RECUPERATION ET DE STOCKAGE DE
LA CHALEUR
La présente invention concerne un dispositif et des systèmes permettant le stockage de la chaleur générée par un moteur thermique, par exemple d'un engin mobile, et sa récupération pour alimenter notamment un système de chauffage.
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.
Afin de minimiser les consommations en énergie des systèmes de chauffages (domestiques, industriels, tertiaire, urbain,...), il est intéressant de récupérer et de stocker cette chaleur perdue par les moteurs d'engins mobiles en stockant le fluide de refroidissement chaud à leur sortie. On peut utiliser deux systèmes de base qui permettent le stockage de la chaleur dans une ou plusieurs réserves placées sur le circuit de refroidissement. Ils posent chacun des problèmes d'encombrement, de poids et de surconsommation ; donc des problèmes de rentabilité tels que ces systèmes ne sont pas exploités. - Le système de stockage à une seule réserve est constitué d'un réservoir entièrement étanche à deux accès ; un pour l'entrée et l'autre pour la sortie. Il est monté en série sur le circuit de refroidissement d'un moteur. L'ensemble constitue une boucle hydraulique fermée ; « moteur - pompe - réservoir - radiateur ». Il est très peu performant. L'augmentation de température du contenu de la réserve est assurée par l'arrivée d'un débit de fluide chaud en provenance du moteur qui se mélange au fluide déjà en place. Un même débit du mélange quitte la réserve pour rejoindre le moteur afin d'assurer son refroidissement. Ceci constitue l'inconvénient même de ce système. En effet, le contenu de la réserve n'a pas la garantie d'atteindre un minimum exploitable de température car le fluide chaud en sortie de moteur se mélange avec le fluide de la réserve. La température du mélange augmente lentement au fur et à mesure qu'augmente la quantité de chaleur stockée, ce qui impose un temps minimum de fonctionnement du moteur avant d'atteindre un niveau de température du fluide stocké, exploitable dans le cadre de la récupération d'énergie via les systèmes hydrauliques de chauffage. On ne peut pas faire fonctionner inutilement un moteur pour prétexter une récupération d'énergie suffisante. Ce système ne permet pas de récupération d'énergie lors des petits trajets par exemple. Dans le cas de longs trajets, au contraire, le contenu de la réserve atteindra une température exploitable, mais le refroidissement du moteur ne sera pas assuré de manière efficace (liquide « de refroidissement » trop chaud), ce qui peut être dangereux. Un système de ce type est décrit par le document FR 2 507 752. - Le système de stockage d'énergie à plusieurs réserves permet de résoudre le problème précédent mais il pose lui aussi ses propres problèmes. Il est aussi très peu performant. Il est constitué en partie d'un circuit hydraulique ouvert, monté dans l'ordre suivant : « réserve de fluide froid à disposition du moteur - moteur et sa pompe de circuit de refroidissement - réserve de fluide chaud ». Il est peu performant, car encombrant ; il y a toujours des volumes inutiles d'air dans les réserves puisqu'une réserve se vide quand l'autre se remplit. En augmentant fortement le volume du chargement permanent, donc la taille et donc le poids du véhicule, on augmente fortement sa consommation et on cause une perte de volume de chargement non exploité de ce fait.
Le dispositif selon l'invention permet de réduire les inconvénients cités ci-dessus. Il permet de récupérer une partie importante de la chaleur rejetée et perdue par les moteurs thermiques qui équipent des engins mobiles en stockant leur fluide de refroidissement en sortie du moteur lorsqu'il est chargé de chaleur, puis il permet de céder cette chaleur à des systèmes extérieurs à l'engin en les irrigant avec ce fluide lorsqu'on le déstocke des réserves de l'engin et ce, grâce à un dispositif à encombrement très réduit, capable de garder le fluide qu'il stocke à la température à laquelle il le reçoit, donc, exploitable dans le cadre de la récupération d'énergie. Ce dispositif permet donc de réduire les coûts liés à la consommation en énergie des systèmes qui bénéficient de la récupération de chaleur. Ce système permet en outre d'assister, voire de remplacer le dispositif de production de chaleur lorsqu'il est monté en permanence sur un circuit hydraulique de chauffage car il permet de mettre à disposition des émetteurs le débit de fluide chaud qu'il stocke lorsqu'une même réserve associée à un moteur thermique, utilisée comme présentée ci-dessus, lui transmet son propre volume de fluide stocké chaud. Ces résultats peuvent être atteints conformément à l'invention par un dispositif de récupération et de stockage de la chaleur selon la revendication 1 , comportant une enceinte contenant deux réserves à volumes variables et dont la variation de volume est rendue possible par le déplacement ou la déformation d'une paroi séparatrice commune. Ces deux réserves contiennent le même fluide caloporteur qui se déplace alternativement de l'une à l'autre en passant par le moteur pour la phase de récupération d'énergie et par un système de chauffage, pour la phase de restitution. Elles sont associées dans un premier temps au moteur et à un système récupérateur de chaleur dans un deuxième temps, et cela, par un jeu de connecteurs. Lorsqu'elles sont associées au moteur, la première réserve permet d'assurer le stockage en se remplissant du fluide de refroidissement du moteur lorsqu'il en sort chaud et la deuxième réserve, en se vidant, permet d'assurer simultanément l'approvisionnement en fluide au circuit de refroidissement à l'entrée du moteur à refroidir. Lorsqu'elles sont associées à un système demandeur de chaleur, la première réserve transfère son fluide et sa chaleur, stockés précédemment, vers ce système alors que la deuxième réserve se voit remplir d'un fluide à un niveau de température assez bas pour être à nouveau exploité pour un nouveau cycle de récupération d'énergie. Le volume de fluide et la masse de l'ensemble sont donc constants et donc réduits, et ce, quels que soient les états de remplissages de chacune des deux réserves.
Par ailleurs, dans le dispositif de l'invention, le refroidissement du moteur est toujours assuré, de manière efficace, par le fluide caloporteur froid. Avantageusement, un système de valves permet de contourner le dispositif lorsque la reserve de fluide froid est épuisée. Le document US 5,898,818 décrit un chauffe-eau électrique comportant deux reserves d'eau séparées par une cloison coulissante. Cependant, le fonctionnement de ce chauffe-eau est tout à fait différent de celui du dispositif de l'invention. En effet, le fluide entrant dans ce dispositif - A -
connu de l'art antérieur est froid, et on veut éviter de le mélanger avec une réserve préconstituée de fluide chaud. Au contraire, l'invention permet de ne pas mélanger un fluide chaud entrant avec une réserve de fluide froid. En outre, le dispositif de l'art antérieur comporte nécessairement un conduit permettant de mettre en communication directe les deux réserves ; un tel conduit n'est pas nécessaire dans le cadre de l'invention.
Des modes particuliers de réalisation de l'invention font l'objet des revendications dépendantes 2 à 12.
Un autre objet de l'invention est un circuit de refroidissement d'un moteur thermique comportant un échangeur de type convecteur ou radiateur, un premier conduit pour amener un fluide caloporteur chaud sortant dudit moteur thermique vers ledit radiateur, et un deuxième conduit pour amener ce fluide caloporteur, refroidit par le radiateur, vers le moteur thermique, caractérisé en ce qu'un dispositif de récupération et de stockage de la chaleur tel que décrit ci-dessus est connecté de manière amovible audit deuxième conduit.
Encore un autre objet de l'invention est un circuit hydraulique de chauffage caractérisé en ce qu'il est relié à un dispositif de récupération et de stockage de la chaleur, dont la première zone de réserve est utilisée comme réserve de fluide caloporteur chaud, connectée au circuit hydraulique de manière à ce que ledit fluide soit amené vers des émetteurs de chaleur et la deuxième zone de réserve est connectée de manière à recevoir en entrée un fluide caloporteur refroidit après passage par lesdits émetteurs.
Les dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, illustrent l'invention :
La figure 1 représente en coupe, le dispositif de base de l'invention en début de phase de captage avec séparation des réserves par cloison mobile simple.
La figure 2 représente en coupe, une variante de l'invention avec séparation des réserves par double membrane déformable enfermant une réserve de gaz.
La figure 3 représente en coupe, la même variante de l'invention équipée d'un dispositif de régulation de température minimale du fluide chaud stocké avec échangeur récupérateur de chaleur.
La figure 4 représente en coupe, Ie dispositif de base de l'invention connecté à un moteur pour la phase de stockage.
La figure 5 représente en coupe, le dispositif de base de l'invention connecté à un système demandeur de chaleur pour la phase de restitution d'énergie.
La figure 6 représente en coupe, le dispositif de base de l'invention connecté en permanence à un système demandeur de chaleur en remplacement du dispositif de production de chaleur, utilisé avec un dispositif du même type destiné à la récupération de chaleur sur un moteur thermique.
La figure 7 représente en coupe, le dispositif de base de l'invention équipé d'un cloisonnage des réserves pour maîtriser les températures de stockage et pour faciliter le transport.
La figure 8 représente en coupe, le dispositif de base de l'invention équipé d'un échangeur de récupération d'énergie destiné à capter de la chaleur perdue par les gaz d'échappement.
La figure 9 représente en coupe, le dispositif de base de l'invention équipé d'une vanne hydraulique de régulation de pressions différentielles ou « soupape de décharge » pour permettre un fonctionnement normal du circuit de refroidissement en contournant les réserves lorsque celle de stockage est pleine.
La figure 10 représente en coupe, le dispositif de base de l'invention équipé d'une double prise supplémentaire de connexions pour permettre les phases de remplissage ou de vidange sans être obligé de démonter ledit dispositif.
La figure 11 représente, en coupe, la structure d'un dispositif selon un mode de réalisation alternatif de l'invention.
En référence à ces dessins, le dispositif comporte une enceinte (1) composée de deux réserves (3) et (4) connectables à un moteur (18) ou à un système de chauffage (20), avec émetteur-convecteur par exemple (21). Les connexions se font par des canalisations (7) et (8) et des raccords (9). L'ensemble est enveloppé dans une isolation thermique (10) et est maintenu et porté par une coque (12) qui permet l'arrimage aux châssis des moteurs et des systèmes de chauffage et qui permet la manipulation du système lors de ses différentes associations et phases de travail. La quantité de chaleur stockée peut être mesurée puis indiquée par un dispositif (11) de type « bloc de lecture de température, de régulation, d'affichage et de renvoi d'informations ». Dans la forme de réalisation selon figure 1 , les deux réserves sont séparées par une cloison mobile étanche (2) qui permet un remplissage et une vidange simultanés des deux réserves sans que le volume total ne change. L'étanchéité est assurée par joint(s) ou membrane(s) (13). L'enceinte comporte un dispositif de sécurité de type « vase d'expansion » avec paroi déformable (6) et réserve de gaz (5) qui permet à l'ensemble de supporter les contraintes mécaniques causées par les dilatations thermiques successives du fluide de refroidissement stocké dans les réserves.
Dans la forme de réalisation selon figure 2, les deux réserves sont séparées par deux membranes mobiles étanches (14) qui renferment un gaz (15) qui permet à l'ensemble de supporter les contraintes mécaniques causées par les dilatations thermiques successives du fluide de refroidissement contenu et qui assure l'isolation thermique entre les deux réserves.
Dans la forme de réalisation selon figure 3, les réserves sont associées à un dispositif (16) de régulation de température minimum du fluide de stockage avec échangeur de chaleur (17). Ce dispositif (16) permet d'assurer le maintien de la température dans la durée et de ne retenir que le fluide de refroidissement suffisamment chaud pour le stockage en réserve (3).
Lors des arrêts courts du moteur et de l'engin, les températures dudit fluide de refroidissement chutent dans le moteur, le radiateur et dans les canalisations.
Ce fluide n'est alors plus intéressant à stocker. Il doit retourner au moteur directement par le chemin de contournement (8 - 16 - 7) jusqu'à ce qu'il soit détecté comme étant assez chaud pour être exploité.
L'échangeur de chaleur (17) n'est pas indispensable, mais son utilisation est avantageuse, car il permet de remettre à température la plus haute (température de sortie du moteur) la quantité de fluide déjà stockée lors d'une autre utilisation, et dont la température aurait chuté lors d'arrêts plus ou moins longs du moteur. Le débit d'irrigation de l'échangeur (17), utilisé pour réchauffer la température de la réserve, voit sa propre température chuter tant qu'il cède de la chaleur à ladite réserve. Il est alors détourné par le dispositif de régulation (16) jusqu'à ce que sa température soit détectée comme étant à nouveau exploitable pour le stockage. Lorsque la réserve retrouve le niveau de température le plus haut, le débit d'irrigation de l'échangeur n'échange plus de chaleur avec elle, il en ressort alors assez chaud pour être stocké.
Dans le mode d'exploitation selon figure 4, l'ensemble est connecté au circuit de refroidissement d'un moteur (18) pendant la phase de stockage de fluide chaud. Le circuit de refroidissement (19) comporte un radiateur (190), un premier conduit composé de deux tronçons (191a et 191b) pour amener un fluide caloporteur chaud sortant dudit moteur thermique vers ledit radiateur, et un deuxième conduit (192) pour amener ce fluide caloporteur, refroidit par le radiateur, vers le moteur thermique. Le dispositif de récupération et de stockage de la chaleur de l'invention est connecté de manière amovible audit premier conduit. Une vanne de contoumement (193) est prévue, afin de permettre le fonctionnement du circuit de refroidissement en l'absence du dispositif de récupération de la chaleur ou lorsque la première zone de stockage de ce dernier est pleine.
On remarquera que le système à double réserve de l'invention permet, contrairement à l'art antérieur, de stocker le fluide de refroidissement chaud en sortie de moteur à la température de sortie du moteur (environ 900C dans la plupart des cas) et ce, quelle que soit la quantité d'énergie récupérée.
En outre, la température de fluide que le système à double réserve met à disposition du moteur pour le refroidir est la plus basse possible et permet donc son bon refroidissement en permanence et toujours au même régime de température.
Dans le mode d'exploitation selon figure 5, l'ensemble est connecté au circuit hydraulique (22) d'un système de chauffage (20) avec émetteurs (21), et ce, pendant la phase de déstockage de fluide chaud. Le dispositif de stockage de la chaleur est connecté au circuit hydraulique de manière à ce que le fluide caloporteur contenu dans la première zone de réserve (3) soit amené vers les émetteurs ou radiateurs (21) du système de chauffage, puis que le fluide caloporteur refroidi sortant desdits émetteurs revienne à la deuxième zone de réserve (4).
Dans le mode d'exploitation selon figure 6, l'ensemble est connecté en permanence (23) au circuit hydraulique (22) d'un système de chauffage avec émetteurs (21), et ce, en remplacement ou en complément d'un système de chauffage tel qu'une chaudière. Il est associé à un deuxième dispositif semblable utilisé comme en figure 5 qui lui assure le remplissage en fluide chaud et lui permet ainsi de remplacer totalement ou en partie le système de production de chaleur.
Dans le mode de réalisation selon figure 7, le dispositif est équipé d'un cloisonnage (24) des zones de réserve, ou au moins de la première zone de réserve (3) afin de mieux maîtriser les températures de stockage, d'éviter les mélanges de strates thermiques et pour faciliter le transport. Ce système de cloisonnage (24) assure deux fonctions.
Premièrement, il limite les pertes thermiques par les parois en évitant que les strates de zones de températures différentes ne se mélangent.
En effet, on a tout intérêt à éviter qu'une quantité de fluide refroidi à proximité d'une paroi insuffisamment isolée ne se mélange à l'ensemble du fluide chaud stocké : l'ensemble refroidirait en mélangeant ces zones de températures différentes ; et les pertes thermiques augmenteraient (le mélange des zones de fluide de températures différentes augmenterait la température en bord de paroi, donc le coefficient d'échange thermique à travers cette paroi).
Deuxièmement, le cloisonnement limite les déplacements du centre d'inertie de l'ensemble lors des phases de changements de vitesse et de direction du véhicule sur lequel le dispositif est monté. Ce deuxième avantage concerne aussi bien le cloisonnement de la première (3) que de la deuxième (4) zone de réserve.
Le système de cloisonnage (24) peut être déformable (à soufflet par exemple) et doté d'ouvertures de sections de passage suffisantes pour permettre le remplissage des zones mais pas assez pour permettre des migrations rapides de masses importantes de fluide. Dans le mode de réalisation selon figure 8, le dispositif peut être équipé d'un échangeur de récupération d'énergie (25) placé entre le fluide stocké dans la réserve et les gaz d'échappement. La chaleur contenue et dissipée par les gaz d'échappement d'un moteur thermique peut représenter environ 40% de l'énergie consommée pour le fonctionnement dudit moteur. La température atteinte par ces gaz (supérieure à 1000C en sortie de moteur) est compatible avec une récupération supplémentaire d'énergie. Il suffit alors de les faire passer par un échangeur (25) en contact avec le fluide chaud de la réserve de récupération (3). Ledit échangeur peut être immergé dans le fluide (comme représenté en figure 8) ou l'envelopper, en partie ou entièrement.
Dans le mode de réalisation selon la figure 9, une vanne hydraulique de régulation de pressions différentielles ou « soupape de décharge » (26) peut être insérée entre les canalisations d'entrée et de sortie (7 et 8) des réserves (3 et 4) afin de permettre un fonctionnement normal du circuit de refroidissement en contournant lesdites réserves lorsque celle de stockage est pleine (3).
Comme illustré sur la figure 4, le dispositif de l'invention est normalement relié à un circuit hydraulique de refroidissement comportant une pompe. Lorsque la pompe est en fonctionnement, entre sa sortie et l'entrée de la réserve 3 la pression peut être considérée comme étant haute, tandis que entre la sortie de la réserve 4 et l'entrée de la pompe la pression peut être considérée comme étant basse. Lorsque la réserve 3 est pleine, l'ensemble s'oppose au déplacement du fluide. La pompe réagit en forçant en augmentant alors sa pression de sortie (pour « pousser » plus) et en abaissant sa pression d'entrée (pour « aspirer » plus fort). Afin de ne pas laisser le système de refroidissement sans irrigation, une vanne dite « de régulation de pression différentielle » peut être placée entre l'entrée et la sortie de la double réserve. Lorsque la réserve 3 est pleine et que l'irrigation n'est plus possible, la différence entre la haute et la basse pression augmentant ; elle exerce une force plus grande sur un clapet qui peut être situé à l'entrée de la vanne (26) et l'ouvre donc (ce clapet peut, entre autres systèmes, être lui-même maintenu par un ressort réglable dont la force suffisait jusque là à maintenir la vanne fermée). Le débit de fluide qui sort du moteur et qui n'est plus admis dans la réserve pleine trouve alors automatiquement une nouvelle voie de passage vers l'échangeur de refroidissement (radiateur) et peut donc irriguer le moteur dans de bonnes conditions.
Selon une autre variante, l'ensemble peut être équipé d'un dispositif qui le rend démontable et déplaçable grâce à un châssis qui permet le maintien, la protection, les manipulations de montage, démontage, connexion et déconnexion, l'ancrage et le transport (référence 12 sur les figures 1 et 2).
Selon une autre variante, illustré par la figure 10, l'ensemble peut être équipé d'un dispositif qui permet de mettre en contact les deux réserves (3 et 4) avec un système hydraulique extérieur pour assurer les phases de remplissage ou de vidange sans être obligé de démonter l'ensemble du moteur ou du système de chauffage auquel ledit ensemble est connecté en permanence par les canalisations normales d'entrée et de sortie (7 et 8). Une double prise supplémentaire de connexions rapides anti fuite (27) est reliée à l'entrée et à la sortie desdites réserves.
Selon une autre variante de l'invention, illustrée sur la figure 11 , le dispositif peut être conçu comme un cylindre composé de deux secteurs (3', 4') de volumes variables. Ces deux volumes sont délimités par deux cloisons (2') qui se placent entre l'axe central du cylindre et son bord intérieur. L'une est fixe, l'autre est mobile et tourne autour de l'axe sur lequel elle est articulée en faisant ainsi varier les deux volumes de la double réserve. Chacun de ces volumes est relié à une canalisation qui permet les connexions (7, 8) pour les remplissages et les vidanges successifs. A titre d'exemples non limitatif, le système pourra avoir des dimensions de l'ordre de 50 cm de diamètre et 70 cm de hauteur pour les dispositifs d'association de véhicules légers de transport à des systèmes individuels de chauffage central. Il pourra avoir d'autres dimensions en conséquence de la taille des systèmes à équiper (ex : camions, bus, chauffage industriel, ou collectif). Il pourra être exploité couramment dans des plages de températures allant environ de 45°C à 1100C.
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 systèmes de production de chaleur qui équipent des dispositifs de chauffage domestique, industriel de processus, urbain, tertiaire ou de bâtiments d'équipement. Il est particulièrement destiné à la gestion d'énergie et à l'optimisation des frais de roulement des sociétés urbaines publiques ou privées de transport ou de fret (bus, taxis et leurs locaux administratifs ) ou des sociétés commerciales de transport ou de fret (cars, camions et leurs locaux administratifs).

Claims

REVENDICAT1ONS
1. Dispositif de récupération et de stockage de la chaleur générée par un moteur thermique comportant une enceinte (1) isolée thermiquement et pourvue : d'une entrée (8) pour un fluide caloporteur à haute température en provenance d'un circuit de refroidissement d'un moteur thermique ; d'une sortie (7) pour un fluide caloporteur à plus basse température destiné audit circuit de refroidissement ; et d'un dispositif de connexions (9) permettant de relier de façon amovible ladite entrée (8) et ladite sortie (7) soit à un circuit de refroidissement d'un moteur thermique, soit à un circuit hydraulique de chauffage ; caractérisé en ce que ladite enceinte est pourvue à son intérieur d'une paroi séparatrice mobile (2) qui délimite une première (3) et une deuxième (4) zone de réserve ayant des volumes variables et complémentaires, reliées respectivement à ladite entrée et à ladite sortie pour un fluide caloporteur de manière à éviter tout mélange entre le fluide caloporteur entrant dans la première zone de réserve et le fluide caloporteur sortant de la deuxième zone de réserve.
2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel l'étanchéité entre les deux zones de réserve est assurée par un système de joints (13) ou de membranes (14), placé entre la paroi et l'enceinte.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'enceinte (1) comporte un dispositif de sécurité de type vase d'expansion avec paroi déformable (6) et réserve de gaz (5) qui permet à l'ensemble de supporter les contraintes mécaniques causées par les dilatations successives du fluide de refroidissement stocké dans les zones de réserve.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel les deux zones de réserve sont séparées par deux membranes mobiles étanches (14) qui renferment un gaz (15) qui permet à l'ensemble de supporter les contraintes mécaniques causées par les dilatations successives du fluide de refroidissement qu'elle contient et qui assure l'isolation thermique entre les deux zones de réserve.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant également un dispositif de mesure (11) qui permet la lecture et la gestion des grandeurs physiques telles que les niveaux de température, les volumes de remplissages et les pressions à l'intérieur des zones de réserve (3, 4), et qui permet le renvoi de ces valeurs à un système d'informations et de gestion.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant également un dispositif (16) de régulation disposé entre ladite entrée, ladite sortie et l'enceinte, ledit dispositif (16) comportant au moins un moyen de commande, une vanne régulée et une canalisation de contoumement permettant de contourner l'enceinte (1) lorsque la température du fluide caloporteur en provenance du circuit de refroidissement d'un moteur thermique est inférieure à une valeur prédéterminée .
7. Dispositif selon la revendication 6 dans lequel ledit dispositif (16) de régulation comporte : - une première vanne régulée connectée à ladite entrée (8) et permettant de diriger le fluide caloporteur en entrée alternativement vers un échangeur de chaleur (17) réalisant un échange thermique avec le fluide contenu dans la première zone de réserve (3) ou vers une deuxième vanne régulée ; et - une deuxième vanne régulée permettant de diriger le fluide caloporteur provenant de la première vanne régulée alternativement vers la première zone de réserve (3) ou vers un conduit de contoumement relié à ladite sortie (7).
8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant une vanne de régulation (26) connectée à l'entrée (8) et permettant de diriger le fluide caloporteur de ladite entrée alternativement vers la réserve de remplissage (3) ou vers la sortie (7) par une canalisation de contournement lorsque ladite réserve est pleine.
9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant également un châssis (12) qui permet le maintien, la protection, les manipulations de montage, démontage, connexion et déconnexion, l'ancrage et le transport de ladite enceinte (1).
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'ensemble est doté d'un échangeur de chaleur (25) placé entre le fluide stocké en réserve (3) et les gaz d'échappement du moteur pour récupérer leur chaleur.
11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'ensemble est doté d'un système de cloisonnage (24) au moins de l'intérieur de ladite première zone de réserve (3) afin d'éviter les mélanges de strates thermiques à l'intérieur de ladite zone de réserve, et pour faciliter le transport.
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes comportant également une paire supplémentaire de connexions (27) reliées respectivement à la première (3) et à la deuxième (4) zone de réserve, permettant à un jeu de connecteurs extérieurs de mettre en contact lesdites zones de réserve avec un système hydraulique extérieur sans besoin de démonter ledit dispositif d'un circuit hydraulique auquel il est relié.
13. Circuit de refroidissement (19) d'un moteur thermique (18) comportant un radiateur (190), un premier conduit (191a, 191b) pour amener un fluide caloporteur chaud sortant dudit moteur thermique vers ledit radiateur, et un deuxième conduit (192) pour amener ce fluide caloporteur, refroidit par le radiateur, vers le moteur thermique, caractérisé en ce qu'un dispositif de récupération et de stockage de la chaleur selon l'une des revendications précédentes est connecté de manière amovible audit premier conduit.
14. Circuit hydraulique de chauffage (22) caractérisé en ce qu'il est relié à un dispositif selon l'une des revendications 1 à 12, dont la première zone de réserve (3) est utilisée comme réserve de fluide caloporteur chaud, connectée au circuit hydraulique de manière à ce que ledit fluide soit amené vers des émetteurs (21) et la deuxième zone de réserve (4) est connectée de manière à recevoir en entrée un fluide caloporteur refroidit après passage par lesdits émetteurs.
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