Brevet FR2475633A1 — publié le 19810814

L'invention se rapporte à un dispositif de chauffage utilisant les gaz d'échappement de moteurs à combustion interne. La chaleur véhiculée par les gaz d'échappement provenant de moteurs a combustion interne constitue une source d'énergie inu- tilisée qui n'est pas actuellement employée corme source thermique destinées à chauffer des charges transportées par exemple par des camions. Du fait que la chaleur des gaz d'échappement est actuellement pratiquement perdue,son utilisation serait bénéfique, tout en éliminant la nécessité d'un équipement auxiliaire porté par le véhicule. Une possibilité d'utilisation serait par exemple le chauffage de denrées alimentaires périssables transportées par le véhicule. Une autre possibilité serait le chauffage ac peinture transportée dans des dispositifs de marquage de cha@@sée mont @@ sur camions. Actuellement,un tel dispositif de marquage de ligne sur chaussée monté sur camion,utilise la peinture stockée a tevpéra- ture ambiante dans des réservoirs de stockage à pression et ame- née,de ces réservoirs, des pistolets pulvérisateurs,en vue de l'appliquer sur les zones delta chaussée qui doivent être marquées par des lignes. @alheureusement,la période de chauffage est assez longue et, durant le séchage,il est nécessaire de prévoir une protection permettant d'empecher les étalements et les empreintes causés par les véhicules circulant sur la chaussée. Pour permettre le séchage de la peinture,des cônes de marquage sont placés après application de cette peinture,puis ramasses par des ouvriers supplémentaires,et transportés dans un camion distinct suivant, à une distance déterminée,le camion-marqueur. n raison des inconvénients du dispositif précité,on a mis au point un dispositif plus perfectionné de peinture à chaud. Dans ce dispositif,la peinture chauffée,provenant du réservoir de stockage,alimente à chaud les pistolets pulvérisateurs. Après application,la peinture "chaude" sèche en quelques secondes. bien qu'on supprime tout recours aux cônés de marquage,on fait intervenir un facteur supplémentaire relatif au coût de l'opéra- tion,à savoir le coût entrainé par le chauffage de la peinture. Bien qu'on ait déjà proposé plusieurs méthodes de chauffage de la peinture,aucune na donné satisfaction au point de vue coût et/ou rendement. En particulier,une telle méthode de chauffage de la peinture nécessite l'emploi d'un ré chauffeur alimenté au gas-oil,de capacité suffisante pour porter de l'eau à une tempé rature donnée (inférieure à l'ébullition), cette eau chauffant à son tour la peintur@ à une température comprise entre onviron 82 C et @@ C. Toutefois,le chauffage au gas-oil nécessite l'emploi de réservoirs séparés,montés sur le camion,pour le stockage du gas-oil,ce qui entraîne des frais supplémentaires.En outre, la source de chaleur utilisée est une source extérieure,à savoir, la gas-oil. De plus, l'utilisation d'eau limite la quantité de chaleur qui devrait être transmise à la peinture. L'invention a en conséquence pour but de fournir un dispositif de chauffage utilisant les gaz d'échappement d'un moteur à combustion interne,employé dans l'application précitée. D'autres buts de l'invention ressortiront de la définition ci-après de l'invention et de la description détaillée de ses formes d'exécution préférée. L'invention a pour objet un dispositif de chauffage destiné au chauffage d'un matériau par l'intermédiaire des gaz d'échappement provenant d'un moteur à combustion interne,ce dispositif comprenant un conduit provenant du moteur à combustion interne et aboutissant à une série de petits conduits pour le passage des gaz d'échappement chauffés,les conduits étant immergés dans un bain d'huile et traversant celui-ci et étant ensuite évacués vers l'atmosphère,les parois intérieures de ces conduits présentant une surface d'échange thermique suffisante et les conduits étant en nombre suffisant pour transmettre une quantité de chaleur suffisante en provenance des gaz d'échappement,à travers les parois de ces conduits,au bain d'huile,en vue de chauffer ce dernier,ledit bain entourant le matériau destiné à être chauffé, une commande à dérivation étant orévue pour empêcher les gaz d'échap @ement contenant la chaleur de circuier à travers les pe- tits conu@@ts. De préférence,le bain est un bain d'huile thermique. Le préférence également,le matériau à chauffer est contenu dans un tube traversant le bain d'huile. Egalement,les petits conduits traversent une partie inférieure du bain,de façon que l'htile chauffée remonte et soit remplacée par de l'huile des cendante plus froide,créant ainsi un courant de convection à l'intérieur du ban. Le dessin annexé représente schématiquement et à titre d'exemple,une forme d'exécution préférée de l'objet de l'invention. Sur ce dessin: la figure 1 représente un camion selon une forme d'exécution préférée de l'invention; la figure 2 est une vue schématique du dispositif de peinture à chaud,selon la forme d'exécution préférée de l'invention; la figure 3 est une vue,à échelle agrandie,des composants du dispositif représenté à la figure 2,utilisés pour chauffer la peinture,conformément à la forme d'exécution préférée. En se référant aux figures 1,2 et 3,on a représenté un camien à cabine basculante,de marque "Ford C-900",10,présentant une cabine 12,un moteur à combustion interne 14 de 7818 cm3,et une remorque 16 sur laquelle sont montés un compresseur 18,de marque "Hercules",à moteur à combustion interne 20 à 4 cylindres,des réservoirs de stockage de peinture 22 et 24; le dispositif dè chauffage de la peinture,désigné de façon générale par 26,lui- même comprenant a) un conduit 28 relié aux moteurs 14- et 20 par des valves de dérivation 30 et 32 et des sorties,respectivement 34 et 36,destinées à collecter les gaz d'échappement provenant des moteurs; b) un réservoir d'huile 38,dans lequel l'huilo remplissant sonsiblement ce réservoir est chauffée, ce réservoir d'huile 38 comprenant une chambre 40 d1--admission des gaz d'échap- pement en communication directe avec le conduit 28,et une série de petits tubes 42 disposés parallèlement entre eux,au fond 59 du réservoir 38,conduisant à la sortie 44; c-) des échangeurs de chaleur 46 reliés au réservoir à huile 38 par des conduits 48 et 50,des conduits 52 partant des réservoirs de stockage de la peinture 22 et 24 pour aboutir rades serpentins 54,dans lesquels la peinture est chauffée,et des conduits de sortie 56 partant des serpentins 54 pour aboutir à des pistolets de-pulvérisation 58 haute pression de marque "Graco"; ainsi que des dispositifs de réglage 60 prévus sur le pupitre de commande 62 en vue de régler le dispositif de peinture. Pour chauffer la peinture à la température désirée de 940C et pour la maintenir à cette température,les gaz d'échappement,de température supérieure à 2600C,provenant des moteurs du camion "C-900" et du compresseur "Hercules",sont amenés à travers des valves de dérivation 30 et 52 commandées par un interrupteur 64 (voir figure 1), et des conduits de 50,8 mm et 101,6mm,respective- et 34 et 56 (au lieu de sortir par les tuyaux d'échapDement, respectivement 66 et 68,munis de pots d'échappement 70). les gaz sont ensuite mélangés dans un conduit 28 de 152,4 mm,ae façon qu il ne se produise aucun accroissement de pression,circulent dans la chambre 40 puis à travers 56 tubes d'acier 42 de 38,10 mm de diamètre et de 1,524 in de longueur,traversant le fond 39 au réservoir 38,les parois aes tubes représentant au total une surface conductrice de la chaleur de 2,418 m2. Après avoir traversé les tubes 42,les gaz d'échappement sont évacués du dispositif par le conduit 44. bien qu'aucune isolation ne soit représentée au dessin,chacun des conduits 34,36 et 28,les dérivations 30 et 32 et le réservoir 38 sont tous isolés de façon appropriée afin d réduire les pertes de chaleur. La chaleur atteignant les tubes 42 et transmise par les parois de ces derniers,chauffe l'huile thermique dans le réservoir 38 adjacent à ces tubes,de sorte que l'huile a tendance à monter. La partie supérieure interne 72 du réservoir 38 est divisée en 3 sections,au moyen d'ailettes incurvées 74 orientées verticalement,soudées en 73 aux parois latérales extrêmes du réservoir 38. De cette façon,l'huile chauffée montant entre une paroi ex treme,sensiblement parallèle aux ailettes 74 et l'une de ces ailettes,circule au-dessus de l'ailette et retombe dans l'espace compris entre lesdites ailettes 74,tandis que lthuile chauffée montant entre les ailettes 74 est soutirée dans le tube 48,au moyen de la pompe 76,créant ainsi un courant de convection dans le réservoir 38. La sortie d'air 78 permet une admission ou un échappement d'air lors des variations de volume d'huile dans le réservoir 38 consécutives au chauffage de l'huile.L'huile chauffée est ensuite envoyée au sommet de l'un ou des deux échangeurs thermiques 46,au moyen des valves de dérivation 80,comme requis lorsque la température de l'huile indiquée par les thermomètres 82 doit être abaissée. Lorsque l'huile se refroidit, elle descend au fond ue l'échangeur thermique 46,d'ou elle est ramenée,par des tubes 84,dans le conduit de retour 50,puis dans le volume du réservoir 38 adjacent aux tubes 42 où elle se réchauffe et remonte. Etant donné que l'huile se trouvant au voisinage du sommet des échangeurs thermiques est la plus chaude,la peinture à chauffer est pompée de l'un des réservoirs 22 ou 24,-ou des deux,par les conduits 52,vers les serpentins 54 dans les échangeurs thermiques 46.De ce fait,la peinture est chauffée lorsqu'elle remonte dans les-serpentins,et elle est portée à sa température maximale avant de parvenir dans la partie inférieure 86,d'où elle est amenée, par le tube 56,par l'intermédiaire de pompes 57 de marque "Graco 207567 King" et d'accumulateurs "Greer', 59 aux pistolets 58,à travers les valves de dérivation 88,en vue d'être projetée par pulvérisation,ou encore,recyclée par le conduit 90 et les valves de dérivation 92 et les conduits 52,à travers le dispositif de peinture,en vue d'empêcher le dépôt de la peinture dans ce dispositif,et en conséquence,le durcissement de celle-ci à l'intérieur dudit dispositif.Ici encore,du fait que les pertes de chaleur doivent être réduites,tous les composants sont isolés afin de réduire ces pertes. Afin d'effectuer le nettoyage du dispositif de peinture ou le chargement des réservoirs de peinture 22 et 24,des dispositifs identiques 92 sont prévus sur les conduits 52,l'un d'eux seulement étant représenté à la figure 2. Chaque dispositif 92 comprend une admission 94 reliée au conduit 52 par une dérivation 96,une pompe de chargement 95 et des valves à billes 981, 9811, 98III et une valve à bille 98IV disposée dans le conduit 52.Pour nettoyer le dispositif,la valve 98IV sur le conduit 52 et la valve 98III sont fermées au conduit,les valves 98I et 98II sont ouvertes au dispositif,et du toluène,chargé dans le dispositif au moyen de la pompe 95,circule à travers le conduit 56,le serpentin 54,1a partie inférieure 86,les valves 88,le -conduit de retour 90 et est déchargé par l'admission 94. Pour effectuer le chargement en neinture,la valve 98IV est ouverte au dispositif et le réservoir 22 est rempli. Le réservoir 24 est chargé de la meme roaniè- re.La pompe 95 est ensuite nettoyée en formant un circuit fermé en ouvrant la valve 98III et la valve 98II pour établir la communication à travers le conduit 96A par la valve 98III. On fait ensuite circuler du toluène par la pompe 95. Pour appliquer la peinture à chaud,la température de cette peinture est maintenue à 940C aux pistolets 58. Pour maintenir la peinture àecètte température,la température lue aux thermomètres 82 montés sur les échangeurs 86 doit être maintenue à 122 C, ce qui signifie que l'huile se trouvant à proximité du sommet du serpentin 54 voisin du thermomètre 82 est la plus ehaude. Llap- titude du dispositif à chauffer la peinture dépend du volume pulvérisé par les pistolets. Plus le volume de peinture à appliquer est élevé,plus la quantité de chaleur requise est élevée. On a donc déterminé,dans la conception de la fqrme d'exécution préférée, le débit optimum de peinture circulant à travers le dispositif. Lorsqu'un camion de peinture se déplace d'environ 12,87 km/h durant l'application de peinture,il produit des gaz d'échappement renfermant environ 55.440 grandes calories (keal) de chaleur disponible par heure,en-provenance d'un moteur de camion de 7818 cm3 (cependant qu'on dispose en plus d'environ 27.720 kcal de chaleur par heure,provenant du compresseur "Hercules"). Le calcul des dimensions du réservoir 38,des tubes 42 et des échangeurs 46,en se basant sur les données précitées,s'effectue comme suit. 22 gallons -UK- (100 dm3) de peinture sont n-écessaires pour peindre une ligne pleine continue de 1609,34 m,tandis qu'il faut environ 7 gallons -UE- (31,82 dm3) pour le-marquage d'une ligne interrompue de 1609,34 m. Pour déterminer la- chaleur nécessaire pour chauffer la peinture à utiliser pour toute période d'une heure,à 94 C,en tenant compte de la température ambiante (160C en été,lorsque la;plupart des -marquages sont effec- tués)durant l'application de cette peinture,on suppose que 100 gallons -UK- (454,61 dm3) ayant un poids de 756,818 kg sont projetés par heure,en admettant une chaleur spécifique sensiblement identique à celle de l'eau.Il en résulte que la chaleur requise pour élever la température d la peinture est de : # 58.791,6 kcal. Ainsi,100 gallons -UK- (454,61 dm3) de peinture traversant l'échangeur thermique 46 par heure doivent recevoir 58.791,6 l;cal provenant du bain d'huile. Alors que le volume de l'huile dans l'échangeur 46 n'est pas critique,le débit de l'huile dans l'échangeur 46 doit être ajusté pour s'assurer que la température lue au thermomètre soit maintenue à 121 C.Pour le calcul,on suppose une chute de température de l'hui.le,du sommet- au fond de 1' échangeur, d'environ 15 C,cette chute de température correspondant à la chaleur utilisée pour le chauffage de la peinture,et un rendement de l'échangeur thermique d'environ 90%. Ainsi,l'huile doit outre capable d'échanger 10/9 x 58.791,6 # 65.524 kcal par heure,pour que la peinture puisse absorber la chaleur requise. Dans ce but,on utilise 160 gallons -UK- (727,36 dm3) d'huile dans le réservoir 38 et les échangeurs 46,l'huile circulant constamment dans le dispositif fermé. A son tour,la chaleur disponible dans l'huile doit être absorbée par les gaz d'échappement. A cet égard, en supposant un rendement de 85%,les gaz d'échappement doivent fournir 20/17 x 65.)24 # 76.851 keal. I1 est bien entendu que la chaleur initiale pour le chauffage de l'huile avant tout chauf fagne de la peinture est habituellement obtenue lorsque le camion -circule au parc de stockage à l'emplacement de travail. Du fait qu'environ o316 kcal par heure peuvent être transférés à travers 0,2418 m2 de surface d'acier,et qu'environ 76.851 kcal par heure sont nécessaires tour chauffer l'huile, 2,41b m2 de surface d'échange thermique doivent être prévus à l'intérieur des tubes 42 pour transmettre la chaleur des gaz au bain d'huile. Les calculs précités,essentiellement théoriques,ont servi de base à la construction du dispositif d'échange thermique. Ainsi,en tenant compte des variations des propriétés de transfert thermique des différents composants,on arrive à choisir 56 tubes 42 d'un diamètre de 38,1 mm,disposés au fond du réservoir 58. Comme il va de soi,et comme cela résulte de ce qui précède, on peut apporter,sans sortir du cadre de l'invention,toute variante aux formes d'exécution qui viennent d'être décrites uniquement à titre d'exemple et sans aucun caractère limitatif. Revendications 1. Dispositif de chauffage destiné au chauffage d'un .até- riau par l'intermédiaire des gaz d'échappement provenant d'un moteur a compustion interne,caractérisé en ce qu'il comprend un conduit provenant du moteur à combustion interne et aboutissant à une série de petits conduits pour le passage de la chaleur éva- cuée à travers ces conuuits,ces derniers étant immergés dans un bain d'huile et passant à travers celui-ci et étant ensuite évacués vers l'atmosphère, les parois intérieures de ces conduits présontant une surface d'échange thermique suffisante et les conduits étant en nombre suffisant pour transmettre une quantité de cnaleur suffisante provenant des gaz d'échappement,à travers les pa ro@ de ces conauits,au bain d'huile,en vue de chauffer @@ @ain liqul@e,ledit bain entourant le matériau destiné à être chauf@é, une commande à dérivation étant prévue pour empêcher le gaz d'é- chappoment chauffés de- circuler à travers les petits conduits. 2. Dispositif de chauffage selon la revendication l,caracté- risé en ce que le bain d'huile est un bain à t huile thermique. 3. Dispositif de chauffage selon la revendication 2,caractérisé en ce que le matériau à chauffer est dans un tube passant à travers le bain d'huile. 4. Dispositif selon la revendication 1,2 ou 3,caractérisé en ce que les petits conduits traversent une partie inférieure du bain,de façon que l'huile chauffée remonte et soit remplacée par de l'huile descendante plus froide,créant ainsi un courant de convection à l'intérieur du bain. @. Lispositif de chauffage destiné à être monté sur un camion, affin d'assurer le chauffage d'une peinture. dans un dispositif de marquage de bande sur chaussée chaud,monté sur ce camion,ledit camion comportant au moins un moteur à combustion interne,chaque moteur présentant un échappement pour l'évacuation des gaz d'échappement produits lors du fonctionnement. dudit moteur à combustion interne,le dispositif de marquage de banae sur chaussée à chaud comprenant des réservoirs de stockage de peinture,des pistolets pulvérisateurs de peinture,et des tubes de raccordement permettant d'amener la peinture des réservoirs de stockage aux pistolets pulvérisateurs,ledit dispositif de chauffage comprenant des con@@i@@ coilecteurs des gaz d'échappement fixés à l'échappe ment de ch@que moteur en vue de collecter les gaz d'échappement produits par chaque moteur et aboutissant à une série de petits conduits traversant un bain d'huile thermique,les parois intérieures des petits conduits ayant une surface d'échange thermique suffisante et lesdits conduits étant en nombre suffisant pour transmettre une quantité de chaleur suffisante,provenant des gaz d'échappement,à travers les parois de ces conduits,ceci en tant qu'unique source de chaleur pour chauffer l'huile thermique,les gaz d'échappement étant évacués vers l'atmosphère après avoir traversé. les petits conduits,l'huile thermique entourant des tubes véhiculant la peinture,afin d'assurer le chauffage de cette peinture qui doit être appliquée à chaud par les pistolets pulvérisateurs,le dispositif comprenant en outre une dérivation ther mique pour faire dévier les gaz d'échappement,et par conséquent la chaleur traversant le dispositif de chauffage. 6. Dispositi-f selon la revendication ),caractérisé en ce que les petits conduits -traversent une partie intérieure du bain d'huile,de façon que l'huile chauffée remonte et soit remplacée par de l'huile plus froide,créant ainsi un courant de convection à l'intérieur du bain d'huile,l'huile chauffée étant à son tour en communication avec les parois exterieures des tubes transportant la peinture,de manière à chauffer la peinture à la température aésirée,avant que cette peinture soit amenée aux pistolets pulvérisateurs. 7. Dispositif selon la revendication 5,caractérisé en ce qu'au @oins deux moteurs à combustion interne sont montés sur le c@@ion,un moteur étant utilis@ pour propulser le camion,et au moins l'@n de ces moteurs faisant partie d'un compresseur utilisé pour pulvériser la peinture au moyen des pistolets,et en ce cue le bain d'huile thermique est divisé en deux parties,une partie à travers laquelle sont disposés les petits conduits véhiculant les gaz d'echappement,et une partie à travers laquelle sont placés les tubes véhiculant la peinture pour le chauffage de celle-ci.