Brevet FR2467989A1 — publié le 19810430

L'invention a pour objet un dispositif de récupération des énergies résiduelles dans les installations industrielles, notamment dans le cas de l'énergie contenue dans les gaz d'échappement des moteurs à combustion interne. La consommation d'énergie joue un rôle essentiel dans tous les domaines de la technique. La tendance visant à réduire autant que possible la consomma- tion d'énergie se place au premier plan, mais on doit attribuer aussi une grande signification à la récupération de l'énergie excédentaire ou résiduelle apparaissant au cours de n'importe quel processus ou traitement technique, par exemple à la ré- cupération des chaleurs perdues dans les installations fournis- sant la puissance et analogues. L'utilisation des gaz d'échappement chauds des moteurs à combustion interne a atteint une grande importance en prati- que. On sait, en particulier, que l'on peut faire tourner une turbine avec des gaz d'échappement chauds, cette turbine actionnant à son tour un compresseur utilisable pour assurer la suralimentation du moteur lui-même en accroissant ainsi la puissance de ce dernier. De tels turbocompresseurs ne sont cependant efficaces que lorsque l'énergie résiduelle contenue dans les gaz d'échap- pement est suffisamment forte, c'est-à-dire lorsque le moteur tourne à un régime élevé. On doit considérer comme un inconvénient le fait que, pour la gamme inférieure des vitesses de rotation, et notam- ment au cours du démarrage, l'on ne dispose pas de l'accrois- sement de puissance dé au turbocompresseur. La demande de brevet allemand publiéesous le n 2 808 147 fait connaître un dispositif qui s'attaque au problème ainsi posé. Pour introduire d'une manière suffisante l'air d'in- jection et l'air comprimé dans un moteur à combustion interne, même lorsque l'énergie récupérée à partir de la turbine à gaz d'échappement ne suffit plus seule à la tache, on a associé dans le cas de cette demande le turbocompresseur à gaz dtéchap- pement à un moteur électrique qui fournit ainsi au compresseur l'énergie manquante. 2 2467989 Il est vrai que l'on peut arriver ainsi à une améliora- tion du bilan énergétioue du moteur, mais cela exige pour l'en- trainement du moteur électrique la fourniture d'une énergie extérieures, par exemple celle d'une batterie. La demande de brevet allemand publiée sous le nO1 451 916 fait connaître un autre mode de transformation de l'énergie cinétique d'un corps en déplacement en une énergie utilisable. Cette publication part du fait de l'utilisation de l'éner- gie cinétique d'un corps en mouvement, tel qu'un véhicule au cours d'un freinage ou d'un arrêt, pour la compression d'un agent fluide dans un récipient sous pression. Cet agent ainsi emmagasiné dans le récipient sous pres- sion peut alors servir à entretenir pendant une courte durée la rotation du moteur du véhicule, Ce procédé permet, il est vrai d'introduire dans le mo- teur une charge d'air préalablement comprimé, mais il implique la dépense importante d'un compresseur, d'un récipient sous pression, de canalisations et de moyens assurant l'étanchéité. Il ne se produit dans ce cas aucune récupération de l'énergie résiduelle contenue dans les gaz d'échappement. Un autre mode commun de récupération de l'énergie est celui du freinage de récupération utilisé pour la poduction du courant; au moment du freinage l'énergie cinétique du véhicule est appliquée à la production d'énergie électrique, énergie qui est rendue au réseau ou sert de tout autre manière. Dans ce cas encore, l'énergie récupérée dépend de la vitesse momentanée ou du nombre de tours du moteur, C'est pourquoi l'invention vise à former un dispositif récupérant l'énergie résiduelle des installations industrielles et plus particulièrement l'énergie des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne et cela en rendant possible,non seulement la récupération pour les gammes élevées des vitesses de rotation, mais aussi l'utilisation de l1éiergie résiduelle récupérée à d'autres moments et le cas échéant avec temporisa- tion. L'invention résoud ce problème en prévoyant un volant rotatif que l'on monte à la suite du moteur de manière à em- magasiner de l'énergie et que l'on peut relier à son tour à une machine que l'on veut faire fonctionner en cas de besoin. 3 2467989 Le principe de l'invention peut comporter de nombreuses applications et divers montages, et cela suivant le mode d'en- trainement du volant rotatif et aussi suivant l'utilisation ultérieur prévue pour l'énergie du volant rotatif, Ce dernier, entraîné par exemple par une turbine mue par les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne, emmagasine de l'énergie et cette énergie emmagasinée par le volant rotatif peut, en cas de besoin, être fournie à une machine de tout type désiré, par exemple à un compresseurs A la différence des turbocompresseurs à gaz d'échappe- ment du type connu rappelé ci-dessus, on peut prélever dans le cas de l'invention l'énergie du volant rotatif même à l'arrêt du véhicule à moteur ou pendant que le moteur tourne à faible vitesse, de manière à obtenir un accroissement de puissance par l'intermédiaire du compresseur assurant une suralimenta- tion du moteur au cours d'un démarrage ou dlne accélération. L'essentiel de l'invention consiste dans l'emmagasinage intermédiaire de l'énergie résiduelle disponible dans un volant rotatif. On se trouve donc en présence d'un avantage important par rapport à l'emmagasinage de cette énergie dans un récipient sous pression, cet avantage consistant en ce que la dite éner- gie emmagasinée dans le volant rotatif, au lieu de servir à entraîner le compresseur d'air de suralimentation peut être utilisée aussi bien autrement, le cas échéant, en ce sens qu'on peut monter à la suite du volant rotatif une générataire électrique dont l'énergie peut être appliquée, par exemple au démarrage ou à l'accélération d'un véhicule à moteur électrique. Il est également possible d'utiliser l'énergie du volant rotatif pour une commande mécanique d'un démarreur ou appareil analogue. Dans le cas de véhicules comportant un freinage élec- trique de récupération comme rappelé ci-dessus,l'énergie élec- trique récupérée à partir de ce freinage de récupération peut être appliquée à un moteur électrique entratnant le volant rotatif. Dans tous les cas considérés, l'introduction d'un volant rotatif avec emmagasinage de l'énergie cinétique de ce dernier en vue d'une utilisation ultérieurede cette énergie, a pour 4 2467989 résultat des avantages dûs à ce que l'emmagasinage rend pos- sible un prélèvement ultérieur de ladite énergie, quelles que soient les conditions de fonctionnement tout à fait différen- tes de l'installation à considérer. On a décrit ci-après avec plus de détails une forme d'exécution de l'invention donnée à titre dexemple en se réf6- rant aux dessins ci-Joints o: - la fig. 1 représente schématiquement un mode d'emmagasinage des énergies résiduelles dans un volant rotatif entraîné par une turbine à gaz d'échappement. - la fig. 2 représente une forme d'exécution comportant une commande électrique du volant rotatif. On a supposé en fig. 1 que l'installation principale est constituée par un moteur à combustion interne B. Les gaz d'échappement A de ce moteur B sont dirigés com- me l'indique le fléche vers la turbine à gaz d'échappement T d'o ils sont évacués dans l'atmosphère. La turbine à gaz d'échappement T entraîne à sontour par des moyens non représentés, soit directement, soit par l'intermédiaire d'engrenages le volant rotatif S. Grace à la présence de paliers de part et d'autre de ce volant S et des embrayages K1 et K2 du côté menant et du côté mené du volant, il devient possible de laisser tourner le volant rotatif lorsqu'il a emmagasiné de l'énergie, et cela indépendamment de tout entraînement par l'installation compor- tant le moteur B. L'énergie résiduelle contenue dans les gaz d'échappement A est ainsi emmagasinée dans le volant rotatif, même après réduction de la vitesse de rotation du moteur de l'installa- tion principale B après l'arrét de la machine alors qu'il n'existe plus d'entraînement par la turbine T. Du côté sortie du volant rotatif S est montée, au-delà de l'embrayage K2, une machine de travail X de nature non spécifiée, par exemple un compresseur d'air. L'utilisation d'un volant rotatif S comme accumulateur d'énergie rend possible le prélèvement de l'énergie ainsi em- magasinée et cela en vue d'une application quelconque à un mo- ment ultérieur et indépendamment des conditions momentanées de l'installation principale et du fonctionnement de la turbine au 2467989 moment considéré. L'énergie prélevée sur le volant rotatif peut servir à faire fonctionner un compresseur de suralimentation mênme là o les turbocompresseurs à gaz d'échappement connus ne forc- tionnent que d'une manière réduites ou s'arrêtent, On peut donc obtenir un accroissement de brève durée de la puissance de la machine principale sous forme d'aide au démarrage ou à l'accélération d'un véhicule. Le concept d'énergie résiduelle ne doit pas s'appliquer seulement d'une manière stricte aux gaz d'échappement des mo- teurs à combustion interne, mais peut être étendu d'une manière générale à toutes les installations industrielles et l'on peut ainsi transférer au cours de leur fonctionnement une fraction de leur énergie cinétique inutilisée à un volant rotatif accu- mulateur S. Suivant la forme d'exécution de la fig. 2 on part à nouveau d'un véhicule F comprenant un frein électrique de récupération N. L'énergie électrique produite par le freinage de récu- pération est transmise par le conducteur 3, passant le cas échéant par un interrupteur, au moteur électrique M qui entraîne ainsi le volant rotatif S. A la sortie de ce volant rotatif, il est prévu dans le cas donné à titre d'exemple, une génératrice électrique E dont l'énergie est transmise par le conducteur 4 aux machines de travail qui peuvent être couplées à cette génératrice, Une autre possibilité d'utilisation est figure par le conducteur 5 qui permet de faire coopérer directement l'énergie électrique produite par la géné'ratrice E à l'entraînement du véhicule F au moment d'un démarrage ou d'une accélération, Dans tous les cas, il est possible de transmettre mo- mentanément des quantités dténergie importantes à partir du volant rotatif vers des machines d'utilisation montées à la suite de ce volant, en conservant l'avantage de l'emmagasinage temporaire des énergies résiduelles. Un domaine d'application particulièrement intéressant est celui du trafic local par train ou autobus. Au cours des fréquents freinages, arrêts, démarrages et accélérations irpsés à ce trafic, l'emmagasinage intermédiaire 6 2467989 temporaire avec réutilisation de l'énergie résiduelle apporte des avantages notables. 246?989 REVENDICATIONS 1. Dispositif de récupération des énergies résiduelles dans les installations industrielles, par exemple de l'énergie résiduelle contenue dans les gaz d'échappement de moteurs à combustion interne, ce dispositif étant caractérisé par un volant rotatif couplé à la suite de l'installation et emma- gasinant l'énergie résiduelle, ce volant pouvant être raccordé à des machines de travail montées suivant les besoins à la sortie du volant rotatif. 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le volant rotatif est entra né par une turbine à gaz d'échappement. 3. Dispositif suivant la revendication 1, appliqué à un véhicule comportant un frein électrique de récupération, caractérisé par un moteur électrique alimenté par lMiergie électrique développée par le freinage et entraînant le volant rotatif. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que la machine de travail uti- lisant l'énergie récupérée est un compresseur servant à la suralimentation d'un moteur à combustion interne. 5. Dispositif suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 à 3, caractérisé par le fait que la machine de travail utilisant l'énergie récupérée est une génératrice électrique. 6. Dispositif suivant l'une quelconque des revendica- tions précédentes, caractérisé par des embrayages ou des mé- canismes susceptiSes de se libérer montés sur au moins l'un des côtés, entrée ou sortie, du volant rotatif.