Brevet FR2383311A1 — publié le 19781006

La présente invention concerne des procédés de récupération de énergie contenue dans les gaz d'échappement des moteurs thermiques, en vue de l'utilisation de cette énergie à bord de véhicules. On sait qu'une partie importante de l'énergie produite par les moteurs thermiques, notamment ceux des véhicules automobiles, est dissipée dans les gaz d'échappement sous forme principalement calorifique et il n'a pas été possible jusqu'à présent de récupérer efficacement cette énergie. On connatt déjà des moyens de récupération de l'énergie thermodynamique contenue dans les gaz d'échappement, en faisant appel soit à des turbocompresseurs afin d'assurer la suralimentation du moteur thermique, donc pour accrottre sa puissance et son rendement, soit à des turbogénérateurs, produisant de l'énergie électrique utilisable pour alimenter les auxiliaires et assurer la recharge de la batterie d'accumulateur du véhicule. De telles dispositions ne permettent pas la récupération maximale de l'énergie puisque l'énergie récupérée doit être utilisée au moment de la récupération ou bien n'est stockée qu'en proportion infime par rapport à l'énergie contenue dans les gaz d'échappement qui peut atteindre,aux charges partielles, près de deux fois celle délivrée sur l'arbre moteur. Or, la politique énergétique actuelle impose de récupérer ou de limiter les pertes d'énergie au maximum. La limitation de ces pertes ne peut donner que des gains peu importants aux prix d'efforts technologiques dans la réalisation du moteur qui peuvent etre très importants. La présente invention a principalement pour but de proposer des procédés permettant de récupérer l'énergie des gaz d'échappement avec un rendement satisfaisant. Ces procédés suivant l'invention permettent d'obtenir des gains importants dans la récupération d'énergie qui justifient le léger accroissement du cotit du véhicule, ce court additionnel étant justifié également par le fait que les procédés selon l'invention permettent une moins grande dépendance des approvisionnements pétroliers. Suivant une première forme d'exécution de l'invention, ce procédé de récupération de l'énergie contenue dans les gaz d'échappement d'un moteur thermique est caractérisé en ce que l'on transforme l'énergie calorifique des gaz d'échappement directement en énergie électrique, au moyen de cellules électrothermiques disposées dans un échangeur, de telle sorte que les gaz évacués à l'atmosphère soient aussi froids que possible. L'énergie électrique ainsi produite, par transformation de l'énergie calorifique, peut etre utilisée directement dans un moteur électrique couplé sur la chaîne cinématique reliant le moteur du véhicule aux roues, à l'endroit le mieux approprié, en amont ou aval de la boîte de vitesse, le couplage direct pouvant s'effectuer au moyen de dispositifs d'adaptation ou de régulation apIxo- priés. L'énergie électrique peut être également stockée dans des éléments d'accumulation pour être utilisée ensuite quand le besoin s'en fait sentir dans un moteur électrique pouvant être disposé comme précédemment. Une combinaison des deux solutions précédentes peut être également envisagée. Suivant une autre forme d'exécution de l'invention, ce procédé de récupération de l'énergie contenue dans les gaz d'échappement des moteurs thermiques est caractérisé en ce qu'on utilise 11 énergie calorifique des gaz pour assurer la dissociation directe de corps pouvant libérer un élément combustible qui peut entre à son tour stocké ou introduit dans le moteur, en même temps que le combustible principal. Cette dissociation directe peut être envisagée en présence d'un catalyseur approprié et on peut, de cette façon, provoquer la dissociation thermocatalytique de l'eau permettant la libération d'hydrogène pouvant être utilisé comme combustible d'appoint. On décrira ci-après,à titre d'exemples non limitatifs, diverses formes d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est un schéma illustrant un procédé de récupération de l'énergie calorifique contenue dans les gaz d'échappement d'un moteur thermique, suivant l'invention. La figure 2 est un schéma semblable à celui de la figure 1 et illustrant un procédé dans lequel on utilise une batterie intermédiaire pour stocker l'énergie électrique. Sur la figure 1 est représenté schématiquement un moteur thermique 1 dont part une tubulure d'échappement 2. Cette tubulure est parcourue, lorsque le moteur thermique 1 fonctionne, par les gaz d'échappement portés à haute température. Dans une première forme d'exécution du procédé suivant l'invention, on transforme l'énergie calorifique directement en énergie électrique au moyen de cellules électrothermiques disposées dans un échangeur , de telle sorte que les gaz évacués à l'atmosphère soient aussi froids que possible. Ceci est illustré sur la figure 1 en prévoyant, sur la tubulure d'échappement 2, un convertisseur thermoélectrique 3 en contact d'échange thermique intime avec les gaz d'échappement. Ce convertisseur thermoélectrique peut être de tout type approprié, par exemple il peut comporter des éléments à effet Peltier. Ce convertisseur transforme l'énergie calorifique des gaz d'échappement en une énergie électrique. Le convertisseur thermoélectrique 3 est connecté à un moteur électrique 4 et/ou à d'autres appareils électriques auxiliaires 5. Le moteur électrique 4 est accouplé mécaniquement ou électriquement, à l'arbre 6 du moteur thermique 1, de manière à ajouter son couple à celui de ce moteur 1. Le moteur électrique 4 peut être couplé en n'importe quel point de la channe cinématique reliant le moteur thermique 1 du véhicule k roues, à l'endroit le mieux approprié en amont ou en aval de la botte de vitesses. C > n peut envisager un couplage direct en prévoyant des dispositifs d'adaptation ou de régulation appropriés. Le procédé suivant l'invention permet ainsi de récupérer une part importante de l'énergie calorifique des gaz d'échappement et d'utiliser cette énergie, sous forme électrique, pour alimenter le moteur électrique 4 qui vient " assister " le moteur thermique 1, ou d'autres auxiliaires électriques 5. Si le moteur électrique 1 est monté sur un véhicule automobile, on peut ainsi envisager d'alimenter, du moins en partie, les auxiliaires électriques du véhicules tels que phares, lanternes, etc... L'énergie électrique récupérée par le procédé suivant l'invention peut être également stockée dans des éléments d'accumulation pour être utilisée ensuite quand le besoin s'en fait sentir. On voit ainsi, dans la variante d'exécution du procédé illustrée sur la figure 2, que le convertisseur thermoélectrique 3 est connecté à une batterie 7 dont il assure ainsi la charge en permanence. Cette batterie alimente à son tour en courant électrique le moteur 4 et/ou les auxiliaires électriques 5. Dans une autre forme d'exécution du procédé de récupération d'énergie suivant l'invention, on utilise l'énergie calorifique des gaz d'échappement pour produire la dissociation directe d'un corps pouvant libérer un élément combustible susceptible d'être stocké ou introduit dans le moteur thermique 1, en même temps que le combustible principal 3. Dans les schémas des figures 1 et 2, le dispositif 3 peut être alors constitué par un réacteur assurant ces dissociations, ce réacteur étant relié soit directement au moteur thermique 1, soit à un accumulateur de stockage. Le réacteur 3 peut assurer par exemple la dissociation thermocatalytique de l'eau, entraînant ainsi la production d'hydrogène qui peut être utilisé comme combustible d'appoint introduit dans le moteur thermique I ou stocké. R E V E N D I C A T I O N S 1.- Procédé de récupération de l'énergie contenue dans les gaz d'écap- pement d'un moteur thermique caractérisé en ce que l'on transforme l'énergie calorifique des gaz d'échappement directement en énergie électrique au moyen de cellules électrothermiques disposées dans un échangeur, de telle sorte que les gaz évacués à l'atmosphere soient aussi froids que possible. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on alimente, au moyen de l'énergie électrique récupérée, un moteur électrique couplé sur la chaîne cinématique reliant le moteur thermique aux organes entraînés. 3.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'on stocke l'énergie électrique récupérée dans des éléments d'accumulation, afin d'utiliser ultérieurement l'énergie électrique stockée, en alimentant éventuellement un moteur électrique couplé sur la chaîne cinématique reliant le moteur thermique aux organes entraînés.