Brevet FR2137389A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne les installations de chauffage à vapeur dans lesquelles les calories utilisées pour le chauffage sont récupérées sur les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, par exemple du moteur d'un véhicule automobile. On connatt des installations de ce genre qui comprennent un générateur de vapeur propre à transférer les calories des gaz d'échappement à un liquide, pour le vaporiser, un échangeur relié à ce générateur, des moyens pour faire passer dans cet échangeur l'air à chauffer, qui refroidit l'échangeur et assure ainsi la condensation du liquide, et une pompe volumétrique reliée au générateur et prmettant de faire circuler le liquide dans 1' instal- lation. Ces installations de chauffage sont intéressantes notamment dans le cas où le véhicule est équipé d'un moteur à refroi dissement par air de sorte qu'on ne dispose normalement pas de liquide chaud. La présente invention a pour objet une installation du type ci-dessus dont la réalisation est particulièrement simple et peu conteuse et dont la régulation est très aisée. L'installation selon l'invention est caractérisée en ce que la pompe est une pompe à piston alternatif commandée par un électro-aimant, de sorte qu'un volume constant de liquide est refoulé dans l'installation chaque fois que l'électro-aimant est alimenté, et en ce que l'installation comprend, en outre, un générateur d'impulsion pour alimenter l'électro-aimant, et des moyens pour régler la fréquence des impulsions émises par le générateur. En modifiant la fréquence des impulsions, on fait varier le volume de liquide envoyé dans 1' installation, donc celui de vapeur envoyé dans l'échangeur, et le nombre de calories fournies à l'air à réchauffer. Les générateurs d'impulsion ou multivibrateurs astables sont bien connus dans la technique et on sait qu'on peut faire varier la fréquence des impulsions émises en modifiant la valeur d'une résistance du circuit qui le compose. Les moyens pour régler la fréquence des impulsions peuvent donc comprendre une résistance variable et des moyens constitués, par exemple, par un curseur mo bile pour modifier la valeur de cette résistance. La position de ce curseur peut etre réglée manuellement ou par un dispositif thermostatique sensible à la température régnant dans l'habitacle du véhicule. L'installation peut comprendre des moyens réglables pour limiter la fréquence maximale des impulsions et sensibles à la puissance fournie par le moteur, donc au nombre de calories disponibles dans les gaz d'échappement. Ces moyens peuvent, par exemple, etre commandés par la pédale d'accélérateur, le nombre de tours par minute du moteur ou la valeur de la dépression régnant dans la tubulure d'admission. On évite par cette disposition d'introduire dans le générateur de vapeur un volume de liquide supérieur à celui qu'il peut vaporiser. Un contact sensible à la température des gaz d'échappement peut être interposé sur le circuit d'alimentation du générateur d'impulsions de façon que ce générateur ne soit alimenté que lorsque ladite température a atteint une valeur donnée. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, l'insta;- lêtion comporte deux générateurs de vapeur et des moyens pour n'alimenter l'un de ces générateurs que lorsque le nombre de calories disponibles dans les gaz d'échappement n'a pas atteint une valeur déterminée par rapport aux besoins exprimés par la fréquence des impulsions de commande. Dans ce cas, elle peut comporter deux pompes à piston alternatif affectées chacune à l'un des générateurs de vapeur, deux générateurs d'impulsions pour commander les deux pompes, et des moyens pour n'assurer l'alimentation de l'un des générateurs d'impulsions que lorsque l'autre fournit un flux calorifique inférieur à celui nécessaire.Mais, dans une solution plus simple et préférable, un décanteur est placé à la sortie de l'un des générateurs de vapeur, de façon à séparer de la vapeur 'eau éventuellement non vaporisée, et le second générateur est relié au décanteur de façon à être alimenté par l'eau ainsi séparée. On a décrit ci-après, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation dùne installation de chauffage de véhicule selon l'invention avec référence au dessin schématique annexé dans lequel La Fig. 1 montre l'ensemble de l'installation, La Fig. 2 est une vue en coupe d'un détail-de cette installation, La Fig. 3 est une vue en coupe de la pompe, La Fig. 4 montre la liaison électrique de divers éléments de l'installation. Telle qu'elle est représentée au dessin, l'installation de chauffage comprend une pompe à piston 1 qui est commandée par un électro-aimant comprenant un enroulement 2 et un noyau 41 (voir Fig. 3 et 4) et dont l'admission est reliée à un réservoir 3, la pompe étant ici partiellement immergée dans le réservoir; celui ci est mis à 1' atmosphère par un orifice 4 prévu par exemple dans le bouchon de remplissage. Le refoulement de la pompe 1 est relié par un conduit 5 à un générateur de vapeur 6 qui, dans l'exemple de réalisation représenté, est constitué par une enceinte en t81e traversée par un tube 7 parcouru par tout ou partie des gaz d'é chappemeat. La sortie du générateur de vapeur 8 est reliée par un conduit 8 à un décanteur 9 (par exemple à chicane) propre à séparer de la vapeur l'eau entraînée. Le fond de ce décanteur est relié par un conduit 10 à un deuxième générateur de vapeur 11 analogue au générateur 5 et traversé par un tube 12 parcouru par tout ou partie des gaz d'échappement. La sortie de ce générateur 11 est relié au conduit 8. Dans l'exemple représenté, les gaz d'échappement arrivant par le conduit 7a sont partagés en deux flux sensiblement égaux, l'un parcourant le tube 7, l'autre le tube 12. On pourrait également relier le tube 7 à un groupe de cylindres et le tube 12 au groupe complémentaire. La partie supérieure du décanteur 9 est reliée par un conduit 13 à un échangeur 14 qui peut être du même type que les radiateurs utilisés dans les chauffages à eau et est disposé à un niveau supérieur à celui du réservoir 3 de sorte que le retour peut se faire par gravité, par un conduit 15. L'échangeur 14 est placé devant un pulseur 16 propre à faire passer à travers l'échangeur de l'air provenant de l'extérieur et à l'envoyer dans l'habitacle du véhicule. Entre 11échangeur 14 et le pulseur 16 est disposé un volet 17 commandé par une capsule thermostatique 18 de manière à se fermer quand la température baisse et à s'ouvrir dans le cas contraire (Fig. 2). Une résistancè 19 entoure le corps de pompe 1. Par ailleurs, la conduite 4 est reliée à l'intérieur du réservoir 3 par un tube capillaire 20 destiné à éviter, à l'arrêt, le siphonnage du réservoir si celui-ci est placé plus haut que le générateur 6 et si le clapet de refoulement de la pompe n'est pas étanche; ce tube capillaire permet le retour au réservoir du liquide contenu dans la partie haute du siphon tout en n'entratnant, en fonctionnement, qu'une perte minime dans le débit de liquide refoulé par la pompe 1. En variante, on peut prévoir un tube de retour 20' non capillaire et interposer au point de raccordement de ce tube et du conduit 5 un double clapet de retenue 21 empêchant le passage,du liquide de la pompe 1 au tube de retour 20' et du conduit 5 à la pompe (Fig. 3). Comme on le voit plus particulièrement à la Figure 3, l'enroulement 2 entoure le corps 42 de la pompe, qui est réalisé en un matériau non magnétique et le noyau 41 est relié au piston 43 de cette pompe. Cette liaison est assurée par un appendice 41a du piston qui traverse une ouverture 44 du piston et est terminé par une tette de retenue 41b logée dans un évidement 45 du piston 43; une gorge longitudinale 45a est prévue dans la paroi de l'évide- ment 45. La référence 46 désigne le clapet d'aspiration. L'ensernble du noyau et du piston constitue un clapet à inertie. Lorsque le noyau 41 remonte, sa face supérieure s'applique contre la face inférieure du piston 43, de sorte que l'ouverture 44 et la gorge longitudinale 45a sont obturées et que du liquide est aspiré du réservoir 3 à l'intérieur du corps 42, par le clapet 46; lorsque le noyau 41 redescend, le liquide ainsi aspiré traverse la gorge 45a pour être refoulé vers le générateur de vapeur lors de la remontée suivante du piston. En fonctionnement, la pompe 1 envoie, chaque fois que son enroulement 2 est alimenté, un volume d'eau constant au générateur 6. La vapeur formée se condense dans l'échangeur 14 et l'eau condensée revient par gravité dans le réservoir 3. L'air frais venant de l'extérieur est réchauffé et envoyé à l'intérieur de l'habitacle par le pulseur 16 qui en même temps le brasse. Le volet 17 maintient la température de l'air au dessus d'une certaine valeur, tout en limitant le débit d'air frais lors de la mise en route. Au démarrage, ou bien lorsque les calories fournies par les gaz d'échappement traversant le tube 7 sont insuffisantes pour vaporiser toute l'eau, de l'eau est entratnée dans le conduit 8 en même temps que la vapeur. Cette eau se sépare dans le décanteur 9 et parvient au deuxième générateur 11 qui fournit alors de la vapeur venant s'ajouter à celle provenant du générateur 6. La résistance 19 permet, si cela est nécessaire, de dégeler une quantité d'eau suffisante avant le démarrage. Elle peut, par exemple, lorsque la température dans le réservoir est inférieur à 0 C, être mise sous tension à chaque mise en route du chauffage, ou pendant un temps suffisant pour assurer le dégel grtce à un temporisateur coupant automatiquement son alimentation au bout d'un temps donné. Cormne on le voit à la Fig. 4, l'enroulement 2 de la pompe est alimenté par un générateur d'impulsions ou multivibrateur astable 22. L'alimentation de ce pultivibrateur est assurée par l'intermé- daire du contact usuel 23 du véhicule, d'un contact 24 de commande et d'un contact 25 sensible à la température du moteur et ne se fermant que lorsque cette terwpérature a atteint une certaine valeur. Le moteur 26 du pulseur 16 est connecté au contact 24. Dans ces conditions, lorsqu'on ferme les contact 23 et 24, le pulseur lo est en fonctionnement, le volet 17 étant fermé, mais le générateur d'impulsions 22 n'est alimenté que lorsque le contact 25 est fermé, c'est- & dire quand le moteur est relativement chaud. Le contact 25 peut être commandé1 par exemple, par une sonde 27 reliée au contact par des conducteurs 28 et placés sur le géné rateur 6; cette disposition présente l'avantage d'interrompre le fonctionnement du générateur d'impulsions 22, donc de la pompe 1, lors d'un excès d'eau accidentel, ce qui est une sécurité. La sonde 27 peut également mesurer la température de l'huile du moteur; cette opération est plus facile car la température à mesurer est plus faible. On peut également prévoir une temporisation ne fermant le contact 25 qu'au bout d'un temps suffisant pour permettre à la résistance 19 de dégeler l'eau du réservoir 3. Un même dispositif temporisateur peut être utilisé pour couper l'alimentation de la résistance 19 et pour fermer le contact 25. Le générateur d'impulsions 22 comporte une résistance variable 29 dont la valeur détermine la fréquence des impulsions émises, cette fréquence étant d'autant plus grande que la valeur de la résistance est plus faible et inversement, L'une des extrémités de cette résistance est connectée à une borne 30 du générateur, alors que le curseur 31 est connecté à une autre borne 32 de celui-ci. Le curseur 31 est porté par un levier 33 qui est monté pivotant en 34 et maintenu par un ressort 35 en appui contre une butée 36 pouvant être déplacée par un levier de commande 37. On voit au dessin que, lorsque ce levier 37 est déplacé dans le sens de la flèche 38, la valeur de la résistance 29 diminue, de sorte que la fréquence des impulsions émises par le générateur 22 augmente. Le débit de la pompe 1 augmente également de sorte que davantage de calories sont transmises à l'air refoulé dans l'habitacle par le pulseur 16. Le levier 36 peut être commandé manuellement ou bien être asservi à la température de l'habitacle par un dispositif t1lermos- tatique (non représenté). Une butée mobile 39 limite la course du curseur 31 vers les valeurs décroissantes de la résistance. La position de cette butée est, dans l'exemple de réalisation représenté, liée à celle de la pédale d'accélérateur 40, qui représente approximativement la puissance demandée au moteur a donc les calories disponibles dans les gaz d'échappement. Cette limitation évite l'introduction d'eau dans les générateurs de vapeur au-delà de leurs possibilités de vaporisation. ne déplacement de la butée 39 pourrait également être obtenu par des moyens plus élaborés, par exemple être sous la dépendance du nombre de tours du moteur, de la dépression régnant dans le conduit d'admission, ou, dans le cas d'un véhicule à injection électronique, être commandé par le signal de durée d'injection. La quantité d'eau subsistant, après un arrêt, dans le générateur 6 est ainsi toujours faible. Elle est pratiquement nulle dans le générateur Il qui n'est alimenté par le décanteur 9 que lors de phases transitoires; il n'y subsiste donc, avant l'artêt, que de la vapeur surchauffée. On obtient ainsi une installation de chauffage dont la réalisation est simple et de prix peu élevé comparativement aux solutions classiques faisant appel comme fluide d'échange soit à l'eau, soit directement à l'air de refroidissement. L'encombrement est faible, les tuyauteries sont de section réduite, ce qui facilite le logement de l'installation sous le capot d'un véhicule automobile où la place disponible est toujours réduite. Le débit d'eau nécessaire est très réduit, ce qui autorise l'utilisation d'une pompe très simple du type lave-glace et le volume d'eau total de l'installation est faible donc n'augmente pas le poids de l'installation de façon prohibitive. Le' fonctionnement pulsé de la pompe 1 permet une régulation efficace, le nombre de calories délivrées à l'échangeur 14 étant proportionnel au débit d'eau qui est controlé avec précision par la fréquence des impulsions délivrées par le multivibrateur astable 22. I1 permet également de ne pas miniaturiser les circuits et organes tels que la pompe, les conduits et les clapets et ainsi d'éviter les risques d'obstruction accidentelle. L'écart important entre le flux calorifique disponible entre la marche du moteur à pleine puissance et la marche au ralenti est tempéré par la division de ce flux en deux, ne qui est rendu possible par la surabondance de calories fournies par les gaz d'échap- pement dans la marche à pleine puissance. Le fluide utilisé est de l'eau sans additif (tel qu'antigel): les précautions à prendre contre le gel sont extrêmement simples, la forme- ou la matière du réservoir 3 pouvant être adaptée pour que la glace démoule sans risque de détérioration des parois; par ailleurs, il ne subsiste d'eau, après l'arrêt, ni dans les conduits, ni dans l'échangeur 14, ni dans le deuxième générateur 11. L'eau, en faible quantité, subsistant dans le premier générateur 6 peut être absorbée, par exemple, par un feutre réfractaire (en fibre de silice ou d'alumine) tapissant une partie de la paroi. Des variantes peuvent être apportées par rapport à l'exemple décrit sans pour cela sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi que l'on pourrait avoir deux pompes de circulation, chacune affectée à l'alimentation d'un des générateurs, le dispositif de régulation émettant alors deux séries d'impulsions distinctes de façon à ne faire intervenir le deuxième générateur que lorsque le premier fournit un flux calorifique insuffisant pour couvrir les besoins. REVENDICATIONS I. - Installation de chauffage à vapeur, par récupération des calories des gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, comprenant un générateur de vapeur propre à transférer les calories des gaz d'échappement à un liquide, pour le vaporiser, un échangeur relié à ce générateur, des moyens pour faire passer dans cet échangeur l'air à chauffer, qui refroidit l'échangeur et assure ainsi la condensation du liquide, et une pompe volumétrique, à piston alternatif commandé par un électro-aimant, reliée au générateur et permettant de faire circuler le liquide dans 1' instal- lation, caractérisée en ce que cette installation comprend, en outre, un générateur d'impulsions pour alimenter l'électro-aimant et des moyens pour régler la fréquence des impulsions émises par le générateur de sorte que le débit de la pompe est réglé par la fréquence des impulsions, 2. - Installation de chauffage selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'enroulement de l'électro-aimant est disposé autour du corps de la pompe et en ce que son noyau est relié au piston de cette pompe par un clapet de refoulement à inertie. 3. - Installation de chauffage selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que les moyens pour régler la fréquence des impulsions émises par le générateur d'impulsions comprennent une résistance variable et des moyens constitués, par exemple, par un curseur mobile pour modifier la valeur de cette résistance. 4. - Installation de chauffage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens réglables pour limiter la fréquence maximale des impulsions et sensibles à la puissance fournie par le moteur, donc au nombre de calories disponibles dans les gaz d'échappement, 5. - Installation de chauffage selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'un contact sensible à la température des gaz d'échappement est interposé sur le circuit d'alimentation du générateur d'impulsions de façon que ce générateur ne soit ali menté que lorsque ladite température a atteint une valeur donnée. 6. - Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'elle comporte deux générateurs de vapeur et des moyens pour n'alimenter l'un de ces générateurs que lorsque le nombre de calories disponibles dans les gaz d'échappement n'a pas atteint une valeur déterminée. 7. - Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'elle comporte deux pompes à piston alternatif affectées chacune à l'un des générateurs de vapeur, deux générateurs d'impulsions pour commander les deux pompes, et des moyens pour n' assurer l'alimentation de l'un des générateurs d'impulsions que lorsque l'autre fournit un flux calorifique inférieur à celui nécessaire. 8. - Installation selon la revendication 6, caractérisée en ce qu'un décanteur est placé à la sortie dé l'un des générateurs de vapeur, de façon à séparer de la vapeur l'eau éventuellement non vaporisée et en ce que le second générateur est relié au décanteur de façon à être alimenté par l'eau ainsi séparée. 9. - Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par des moyens pour réchauffer la pompe en cas de gel et par un dispositif temporisateur pour mettre -en action ces moyens de réchauffage, lors d'un départ à froid. 10. - Installation selon la revendication 9, caractérisée par un contact interposé sur le circuit d'alimentation du générateur d'impulsions et par un dispositif temporisateur ne permettant la fermeture de ce contact qu'au bout d'un temps suffisant pour que les moyens de réchauffage aient dégelé l'eau du réservoir. ll. - Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que les moyens pour faire passer dans l'échangeur l'air à chauffer sont constitués par un pulseur disposé en aval de l'échangeur. 12. - Installation selon la revendication 11, caractérisé en ce que entre l'échangeur et le pulseur sont disposés un volet réglable et un dispositif thermostatique propre à fermer ce volet lorsque la température baisse et à l'ouvrir dans le cas contraire.