Brevet FR2408036A1 — publié le 19790601

La prFsente invention consiste en un procédé permettant de récupérer 1' énergie actuellement perdue dans les moteurs thermiques de tous cycles ( 2 oia 4 temps) par suite d'en assurer la nécéssité des fonctions d'échappement et de refroidissement. Le procédé permet cette récupération sans aucune incidence néfaste sur ces deux fonctions indispensables. I1 est enseigné et prouvé qu'un moteur thermique ne fournit sur son arbre moteur qu'une énergie égale à 26 % en moyenne de le énergie calorique fournie par le combustible utilisé, soit une perte calorique de 74 % environ dont 7 % sont inévitables parceque conséquences des nécéssités mécaniques d'inertie et de frottement.C'est donc sur les 67 % de calories perdues par l'échappement et le refroidissement du moteur que la récupération est possible par le présent procédé, tout au moins partiellement à plus de 55 % Pour transformer en énergie utilisable les calories perdues, le procédé utilise ces calories pour produire une vapeur qui est une énergie mécanique, et bien que la production d'un kilo de vapeur ne soit pas rentable Si elle était produite directement par un carburant ou un combustible quelconque, elle devient totalement bénéficiaire lorsque comme c'est le cas, la production de cette vapeur motrice est obtenue seulement par des calories actuellement perdues et sans aucune adjonction de carburant supplémentaire, ce qui revient à dire qu' & puissance et régime égaux on obtient une force plus importantes oW que, renversant l'équation, à puissance et régime égnux, la force totale étant celle produite par un moteur classique, la cylindrée devient moins importante et l'économie de consommation au C.V. Reure est importante. Un moteur à vapeur se compose d'une chaudière avec vaporisateur, d'un condenseur de refroidissement et : ;;;... d'un moteur à vapeur. Dans un moteur thermique, nous avons la chaudiére constituée par l'eau de refroidissement qui est en permanence à environ 80 , Nous avons le vaporisateur qui est le système d'échappement qui est à utiliser. Nous avons donc la PRODUCTION de la vapeur qui est GRATJIT5.I1 suffit d'utiliser dans une machine à vapeur à coupler avec 1' arbre moteur, la vapeur produite Voila pour le processus qui permet d'imaginer tous les schémas propres A chaque disposition de moteur mono oW multicylindres, en ligne, à plat, en V, etc.qu'il n'est donc pas possible de décrire graphiquement dans cet exposez mai qui nécessite un impératif de principe décrit ci-après. Les bases élémentaires d'établissement de ces récupérateurs sont connues. Un litre d'essence de densité 0,9 par exemple fournit plus de 10.000 calories au kilo, et il nous est égaleme,t enseigné qu'il faut environ 7.500 calories pour produire 10 kilos de vapeur en partant d'eau à 400 Prenant pour exemple un moteur de 30 CV. à 6.000 T.X. sa consomption est voisine de 230 gr;mmes au C.V. eure pour un bon moteur moyen. Nous avons les données suivantes : 30 x 0,230 kgs e 6,900 kilos x 10.000 r 69.000 calories/heur. Les calories perdues actuellement dans ce moteur sont de 69.000 x 0 > 67 e 48.030 calories perdues sur lesquelles le procédé permet une récupération calculée de 26.416 calories ( à 55 % ) qui produisent 35,200 kgs de vapeur par heure, et si l'on désire utiliser par exemple une vapeur à 10 kgE/OX2 de pression d'admission, le m3 de vapeur à cette pression pesant 5,061 kg le m3 nous disposons donc de # m3 de vapeur à 10 kgs par heure. L'emploi d'une turbine serait incompatible dans la procédé. I1 est nécès- saire d'utiliser la vapeur en détente de maniére à ce que sa température de sortie en fin de détente soit la plus voisine poasible de son point de liqué- faction d'environ 100e impossibles à obtenir1 la meilleure détente dans l'exem, ple choisi ne permettant aucune sortie de vapeur à 1,3 kgs environ à la tempe- rature de 110 à condition que l'admission à pleine pression ne fournisse que le 1/6* du volume total de la chambre.Cette vapeur, détendue au maximum est dirigée au conduit de circuit d'eau de refroidissement du moteur, entre la pompe de circulation et le rsdiateur, que le moteur soit fixe où mobile. Ce processus ntest pas limitatif, car dans certains cas ropres à des moteurs, on peut n'utiliser que la chaleur des gaz d'échappement comme vaporisas teur et procéder en circuit fermé par le moyen d'un radiateur de refroidissement de l'eau évacuée faisant fonction de cendenseur. Le vaporisateur à comme source de chaleur les gaz d'échappement et est q alimenté en eau par n'importe quel systéme d'injection voulu, que cette eau proie vienne du point le plus chaud du bloc moteur, avant la pompe de préférence où du point bas du condenseur si l'on travaille en circuit fermé bien que de rendement moindre.La quantité d'eau à injecter est minime car le procédé travaille en vapo risation instantanée sans volant de vapeur, et le poids d'eau alimentant le vapo risateur est égal au poids de vapeur alimentant le récupérateur La commande de l'injection peut donc entre faite de préférence par une prise sur l'arbre du récupérateur, uniquement pour des raisons de vitesses de passage et de débit qui sont plus lents dans la fonction vapeur, que dans le processus des gaz du moteur Le récupérateur n'est qu'une chambre de travail, par exemple un cylindre dans lequel fonctionne un piston sous l'effet de la vapeur introduite par un distributeur quelconque ( à soupapes, à tiroir, à lumière ménagée dans un disque etc ) que sur une fraction de sa capacité supposée ici au 1/6e et fonction des pressions auxquelles on désire travailler Le processus complet du procédé étant décrit et n'étant pas explicable par des graphiques où schémas puisque sa réalisation ne demeure qu'une question de chiffres dont les données sont toutes certaines et connues, il parait nécés- saire de démontrer par un exemple chiffré la validité du procédé employé. L'exemple choisi tend à nous prouver une production de vapeur de 7 13 à l'heure sous une pression de 10 kgs/em2 Ce chiffre détermine à la fois la capacité et les conditions de travail du récupérateur, ainsi que la puissance qu'il permet de récupérer. Admis au 1/60 de la capacité de celui-ci, la cylindrée horaire sera de 7 m3 x 6 - 42.000 litres heure de vapeur détendue soit 11,700 litres seconde où 11700 centimètres cubes, la pression moyenne interne après déduction de la conte pression étant tombée à 4,200 Pgs au cm2. Le régime du moteur ( 6.000 T.Y. ) étant trop fort pour assurer une bonne alimentation de la vapeur sous pression en un laps de temps trop court, le récupérateur est démultiplié dans un rapport supposé de 1/2 ( il serait plus efficace à 1/3 ) soit 3.000 T.x. où 50 tours par seconde.Son volume total doit donc être de 11.700 : 50 - 234 cent. cubbs et si lton se propose de lui donner une course de piston de 0,06 mètres soit 3 métres seconde comme sa section de piston est de 234 : 6 39 cm2, la puissance qu'il fournit sans aucune dépense de combustible ou de carburant est de 39 cm2 X 4,2 kilos - 163, 8 kilos x 3 mètres seconde # '91, 4 kilogram mètres arrondis à 490 kgmt :75 e 6,5 CVè soit 2L % de chevaux supplémentaires par rapport à la puissance d'origine qui passe à 36,5 CV. La consommation qui était de 230 grammes au CV.heure en fournissant 30 CV pour un poids de 6.900 grammes de carburant tombe à : 6.900 : 36,5 = 172 grammes eu CV./Heure soit une économie de 58 grammes soit 25 % quel que soit le régime du moteur quel que soit le régime où las conditions de fonctionnenent où d'utilisation des moteurs avec le présent procédé, la sécurite reste totale I1 n'y à pas à crainre de surpression dangereuse, d'une part parceque 1a vaporisation est instantanée et sans volant de réserve, d'autre part parceque la synchronisation des besoins de l'alient-tion du récupérsteur vec l'olimentttion du vaporisateur produit un rapport constant d'égalité en poius. On peut procéder avec des injecteurs à débit réglables afin de diminuer où augmenter la pression de la vapeur, le procédé reste le méme et est valable dans tous les cas. I1 peut etre utilisé soit pour produire de nouveaux moteurs de même puissance que ceux actuellement en usage, mais avec une consommation moindre de 25 % en moyenne, ce chiffre pouvant être dépassé dans certains cas, où l'on peut adapter ce procédé de récupération à des moteurs existants dont on désire augmenter la puissance sans changer la cylindrée, ce qui peut titre le cas de moteurs de compétition par exemple où d'une puissance trop faible sur certains véhicules où engins dans certains cas. La portée de la présente invention est considérable non seulement dans le domaine industriel en raison des possibilités qu'elle offre pour un nouvel essor à débouchés certains dans toutes les directions, aussi bien pour les besoins des véhicules routiers où marins, des engins fixes, mais aussi dans les domaines des utilisateurs et de la commercialisation, l'économie de consom motion pourant couvrir très rapidement le cout de l'équipement avec ces moteurs o; leur rénovation La portée économique du procédé peut même avoir un angle national et international quand les économies sur les importations de carburant ne sont pas incompatibles avec les rentrées fiscales que produisent l'utilisation de ces produits pétroliers. Et le procédé demeurant valable pour tous les moteurs, depuis le petit moteur de UN cheval jusqu'aux groupes les plus puissants, à essence oW gas-oil tous pétroles, à gazogéne même, à explosion, Diésel où semi-diésels à le seul inconvénient autre difficilement apllicable à l'aviation dont les moteurs refroidis par air ne se préteraient gutà une récupération minime d'environ la moitié de ses possibilités démontrées. REVENDICATIONS . lo Dispositif permettant une récupération importante de énergie ther moque actuellement perdue pour la nécessité du fonctionnement de tous les moteurs thermiques de tous cycles et de tous procédés d'obtention de l'e & plosion 200-Dispositif selon la revendication 1 et caractérisé par le fait que ### cette récupération s'exerce en utilisant les calories qui sont contenues dans le système de refroidissenent par eau d'une part et dans la chaleur des gaz d' échappement autre part, soit de préférence sur les 2 sources de récupération prises ensemble, soit seulement mais avec un bien moindre effet sur lu source de colories ce produit l'échap?ement seul. Dispositif selon les revendications 1 et 2 prises ensemble et caractérisé par le fait que cette récupération à lieu aprés que ces 2 sources d'origine différentes ont rempli leur office propre de refroidissement du moteur cl d'échappe- ment des gaz après leur sortie du cylindre sans limiter leur comportement normal donc sans aucune incidence sur le fonctionnement propre du moteur lui-même 4e.~ Dispositif selon les revendications 1, é et 3 prises ensemble et caractérisé par le fait par le fait que les calories ainsi récupérées servent à produire une vapeur ayant une puissance mécanique par ébullition d'un liquide qui peut tout simplement être constitué par l'eau de refroidissement du moteur où tout autre liquide végétal, minéral où chimique. 5o Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 4 prises ensemble et caractérisé par le fait que le procédé de l'invention permet soit de donner une surpuissance importante sans augmentation de la consommation à tous les moteurs actuels, soit de produire de nouveaux moteurs de méme puissance à même régime dont la consommation est considérablement réduite quel que soit le carburnt utilisé, même et y compris les moteurs à gazogéne ou alimentés au 60.- Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 4 prises ensemble et caractérise par le fait que la vaporisation d'un liquide quelconque implique une chaudiére et un vporisateur et qu'il est considéré que. divins tous les moiteurs thermiques il y à en fait une chaudière qui est le blocmoteur d;ns lequel se fait le refroidissement et le collecteur d'échappement qui est en lui même un vaporisateur non utilisé dont il suffit de modifier la forme et le circuit pour qutn remplisse sa nouvelle fonction.Il n'à à donc plus qu'à accoupler sur l'arbre moteur une chambre d'utilisation de la vapeur produite,l'effort mécanique donne ainsi la récupération d'énergie actuellement perdue Dans certains cas, le vapo risateur peut aussi remplir l'office de chaudiere de réchauffement du livide en le compartimentant en conséquence. 7 .- Dispositif suivant les revendications 1, 2, 3, 4 et 6 prises ensemble et caractérisé par fe fait que le procédé est à vaporisation instantanée et ne doit pas avoir de volant où réserve de vapeur de maniére à ce que n'introduie sant dans le vaporisateur par vois d'injection qu'un poids d'eau égal au poids de la vapeur à produire pour les besoins du fonctionnement il ne puisse Iss y avoir de surpressions dangereuses, l'effort de récupération restant toujours fonction et proportionnel à l'effort initial du moteur dont il n'est en quelque sorte qu' un aide permanent, s' adaptant instantanément à ses changements éventuels de régime tant en accélération qu'en décélération.