Brevet FR2507752A1 — publié le 19821217

la présente invention a pour objet un procédé et un dispositif assurant la récupération de l'énergie per@ue par les moteurs thermiques utilisés, par exemple, pour la propulsion des véhicules routiers, afin d'o@tenir de l'eau chaude utilisable pour les besoins domestiques. L'énergie extraite lors du refroidissemnt des moteurs à cycles deux ou quatre temps est actuellement dissipée par des échangeurs dans l'atmosphère ambiante. Certaines propositions visent à réguler ces échanges vers l'extérieur par un stockage adapté mais limité de la chaleur produite. Cette chaleur est de toute façon destinée à être perdue. Le dispositif proposé peut stappliquer avantageusement, et sans limitation aucune, au cas des véhicules de tourisme réalisents de manière quotidienne des distances de l'orure de 10 a 100 kms ou plus, ou à des convois routiers dotés de citernes et devant effectuer des trajets de retour à vide. La présente invention permet de fournir de l'eau chaude sanitaire et s'applique plus particulièrement, mais sans limIta- tions, su cas d'un habitat individuel (pavillons) ou provisoire (caravanes, camping). Le procédé consiste à assurer le refoidissement des machines thermiques à l'aide d'une réserve de fluide caloporteur située dans le véhicule ou sur une annexe de celui-ci (exemple : remorque, caravane). Ce fluide s'échauffe alors progressivement lors des tr@jets nournaliers et permet d'assurer un apport ou la fourniture complète d'eau chaude à l'utilisateur du vénicule. L'utilisation du procédé implique que le véhicule puisse accéder à proximité immédiate du lieu d'utilisation. Le dispositif proposé est donc basé d'une part sur l'implantation dcnS le véhicule, ou sur une annexe ae celui-ci d'un ou plusieurs réservoirs calorifugés pouvant etre intégrés à la caisse du véhicule et constituant une rés@rve de fluide caloporteur de grande capacité the rmique, adaptée éventuellemert à la distance a parcourir (à titre indicatif 30,50,100, 1@0 l ou plus)et d'autre part par la mo@ification d@s circuits de refroidissement actuels afin d'assurer le refroidissement correct du mcteur thermique et l'échauffement progressif de lG réserve de fluide. Dans la présente invention l'eau chauce sanitaire peut etre obtenue à partir ae la réserve de fluide caloporteur, de fa@on directe dans le cas ou ce fluide est de l'eau, ou indirecte Dar l'intermédiaire d'un échangeur de chaleur, incorporé a chaque réservoir de stockage. Le ou les capacités de fluide caloporteur peuvent être amovibles et interchangeables avec l'aide d'un dispositif approprié pour des manutentions quotidiennes, ou n'etre que dépo seble pour une autre utilisation du véhicule que celle de courts trajets quotidiens, ou n'être que vidangeacles afin de disposer ae la charge utile ainsi libérée. La réserve de fluide caloporteur proposée peut être remplacée par tout autre dispositif d'accumulation de chaleur de grande capecité thermique (supérieur à 10 000 kJ, ordre de grandeur moyen 30 000 à 50 000 kJ ou plus). D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention resscrtiront de le description qui va suivre, faite en regard des dessins annexés et donnant à titre explicatif mais nullement limitetif diverses formes de réalisation de l'invention. Sur ces dessins : - Le figure 1 représente très schématiquement la possi bilité d'échanger la réserve d'eau chaude du véhi cule contre une rrserve d'eau froide. - La figure 2 montre le couplage direct du ballon d'eau chaude du véhicule au circuit d'utilisation. - La figure 3 représente une utilisation indirecte par échangeur de chaleur. - le figure 4 montre un exemple ae réalisation avec un circuit de refroidissement comportant deux niveaux de vannes thermostatiques et un seul fluide de retrol- dissement. Ce montage doit se référer au circuit de la figure 3 pour l'utilisation. - La figure @ mon@re un exemple de réalisation avec un circuit de re@roidissement comportant un éc@angeur et une pompe à vitesse variable sur le circuit selon daire dit de stockage. - LE figure 6 montre un exemple de réalisatIon avec un circuit de refroidissement comportant un écnangeur, une pompe et un "by pass" sur le circuit secondaire. La possibilité de réalisation présentée sur la ligure 1 s'applique au cas ou le fluide est de l'eau propre à un usage domestique et consiste, après avoir placé le véhicule 14 près du lieu d'utilisation 13 (pavillon, garage attenant ou autre) à déposer le ou les réservoirs de stockage 4 a et 4 b avec un moyen de manutention approprié (rails, cnariot roulant, palan oU autre). La capacité 4 b est alors reliée dans sa partie inférieure à un circuit d'alimentation en eau froine 12 et à sa partie supérieure au circuit 11 d'utilisation de l'eau cnuae. Le réservoir remplacé 4 a peut alors être remonté sur le véhicule. Un jeu de vannes et de raccords 9b et 10b facilite ces opérations. Dans une variante le ou les réservoirs peuvent etre avantageusement montés sur une remoroue attelée au véhicule. Des connexions hydrauliques souples doivent alors être placées entre le véhicule et la remorque. La permutation entre le réserve d'eau chaude et la réserve d'eu froide est alors grandement facilitée surtout si l'on diagnose d'au moins deux ensembles de remorque et réser- voirs. La possibilité de réalisation pr@sentée fig. 2 montre le co@clage @ir@ct au circuit d'alimentation en eau froide 12 et au circult d'utilisation 11 sans dépose de la réserve d'eau. Un @eu ce vannes 9 E et 10 8 est nécessaire pour isoler et c@nnecter les portions de circuit appropriées au moyen de rac@oras souples. Le veria@te @r@sentée fig. 3 concerne l@ cas @u la @@pe cité de stockage comporte un échangeur 7d de surface @'échange convena@le, en @iaison thermi@ue étroite avec la matière ou le fluide de stockage. Le dit échangeur est alors connecté à une extrémité au cir@uit 12 d'alimentation en eau @roide et à l'autre au circuit 11 d'utilisation de l'eau chauffée lors ce son par@@urt dans le dit échangeur. L'exemple de réalisation du circuit complet de refroi @issement présenté fig. 4 est le plus simple. L@ radiateur est supprimé, ce qui limite l'empoli du véhicule à des trajets réguliers et connus. La pompe à @au 1 est reliée par les con@uits 2aet 3 au réservoir de stockage 4. Un dispositif classique du type "calorstet" 5b n'assurela circulation du fluide que lorsque la température de l'eau est suffisante. Un "by past" 2b peut éventuellement eAtre utilisé avec le même type e dispositif. L'échangeur situé dans le réservJir de stockage est du type ce celui décrit dans les commentaires de la figure 3, oui correspond au schéma d'utilisation. Le fluide est de l'eau traitée avec des produits articorrosion, antigel ou autres. Un autre exemple de réelisetion est donné figure. 5. Le radiateur normal est remplacé par un échangeur eau-air, eau-eau ae type intégré, représenté de face pour faciliter la compréhension. La partie 7a correspond à un radiateur eau-air classique avec un ventilateur associé. La partie 7b correspond au primaire d'un échangeur eau-eau. L'intéret d'un tel dispositif intégré est d'avoir des boites à eau primaire communes aux deux parties de l'échangeur, donc de simplifier les raccordements. le plus le remplacement d'un radiateur normal per un tel uispositif est aisé et peut donc permettre d'adapter facilement la présente in vention sur les véhicules actuels.Un dispositif du type "calors "calorstat" 5b peut également être intégré entre les parties a et 7b. L'échangeur 7c du style "tube en U" vers l'eau secondaire permet de regrouper les tuyauteries d'entrée et @e sortie dans la par tie basse. De plus ce système facilite les dilatations dues aux variations brutales des températures. Le circuit de refroidissement du moteur, ou circuit primaire, comprend alors la pompe 1, le "calorstat"5a, l'ensemble 7a et 7D, le "calorstat" 5b et des concuits aller et retour de la pompe. Quand la température de l'eau ou moteur, est suffisante, le "calorstat" 5a permet la circulation ce l'eau dans 7b, le "calorstat" 5b fermant le circuit 7a. La chaleur est échangée par 7c dans le ciru@it secon@aire où la pompe 6, e@traînée électriquement, assure la circulation du fluide dès-que la température est su@@@sante dans la partie 7c. Cette pompe est à vitesse variable. Cette vitesse cr@it avantageusement, au fur et à mesure, que l'écart de température, a@pelé pincement, entre primaire et seconcaire diminue, afin d'augmenter le coefficient d'échange donné par une relation du type P h = k###0,4 #e0,6 = S.#T k : coefficient 9~: nombre de Prentl du liquide # T : pincement #e: nombre de Reynolds # : conductivité thermique du fluide P : puissence du moteur Le nombre de Reynolds est directement lié à la vitesse de rotation de la pompe, mais également aux propriétés physiques du fluide. Il est donc possible de déterminer une loi de variation de la vites se de rotation de la pompe en fonction de la température et du pincement pour une puissance moyenne donnée. Comme précédemment les conduites 2 et 3 relient le réservoir de stockage 4 à l'échangeur 7c et à la pompe 6. Lorsque la température de la partie 7b est jugée trop importante le "calorstat"5b s'ouvre, le liquide de refroidissement primaire peut alors circuler dans la partie 7a et la chaleur est évacuée vers l'air, un dispositif classique de ventilateur se mettant en route pour limiter la température de 7a. Un jeu de vannes à 3 voies 9a et 10a permet de raccorder le bal Ion 4 sur le circuit d'alimentation er eau roide 12 et a'utilisation de l'eau chaude 11. Une soupape 6 prévient toute surpression accidertelle qui ne pourrait être compensée par le vase d'expansion associé au circuit. - La figure 6 présente une variante au dispositif précèdent dans laquelle la pompe à eau ó Est couplée mécaniquement à la pompe 1. Un "calorstat" supplémentaire 5c et un "by pass"25 sont alors nécessaires Dour r-gler le débit dans la partie ric et vers le réservoir 4. Les ensembles ae vannes Et raccords 9b et 10b permettent la dépose du réservoir 4 et l'isolement des circuits. Le dispositif de type "calorstat" 5b est situé sur une conduite annexe reliant 7a et 7b. LES modes de réalisation ci-dessus décrits ne sont au- cunement limitatifs et pourront donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cade de l'invention. Les avantages aui résultent de la présente invention, @otamment er matière d'@conomie @'énergie sur le plan individuel t @rtout sur le plan national ressortent des uescriptionsqui précèdent. En effet, de nomoreux véhicules ae tourisme sont utilisés pour des trajets quotidiens entre le domicile et le lieu de travail, l'école, le lycée, et les centres commerciaux. le plus le vénicule concerné est parfois un second véhicule. La présente invention s'applique avantageusement à ce type d'utilisation. L'appLication industrielle du procédé et du dispositif proposés est donc importante de part la modification de véhicules existants et l'adaptation du dispositif sur des nouvelles séries de véhicules. La consommation d'énergie, en particulier de fuel domestique, pour le chauffage de l'eau destinée à un usage courant est importante sur le plan national. Le présente invention permettrait de réduire cette consommation. REVENDICATIONS 1 - Dispositif destiné à fournir de l'eau chaude à usage domestique, à partir d'un système de refroidissement modifié d'un moteur thermique utilisé pour la propulsion d'un véhicule, caractéri sé par le fait que le dit véhicule, ou -une annexe de celui-ci, possè un ou de réservoirs calorifugés 4 , intégrés ou amovibles de capacité totale importante (h titre indicatif 90 à 200 1 ou plus) contenant un fluide caloporteur, le dit fluide étant chauffé par le circuit de refroidissement modifié du moteur. 2 - Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le fluide caloporteur est de l'eau traitée et adaptée a un usage domestique. 3- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé par le fait que les réservoirs 4 sont déposables par des moyens adaptés et interchangeables avec ceux d'un circuit d'util action grace à des jeux de vannes tels que 9b et lOb. Les réservoirs doivent alors supporter la pression du circuit d' linentation. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que les réservoirs 4 de stockage d'eau chaude, peuvent être reliés, sans dépose, par dee connexions hydrauliques adaptées et des vannes telles que 9s et 10a, directement, sur le lieu d'utilisation, à un circuit d'alimentation en eau froide 1 et a un circuit d'utilisation 11 de l'eau chaude contenue dans les dits réservoirs. Les réservoirs doivent alors supporter la pression du réseau d'alimentation. 5 - Dispositif selon les revendications 1 et 2 caractérisé e ce que le fluide caloporteur est à base d'eau et de substances tic rosion, antigel ou autres. 6 - Dispositif selon la revendication l utllisant @ur le véhicule ou une annexe de celui-ci un système quelconque d'accumulati@ de chaleur caractérisé par le fait qu'il possède une capacité thermj importante. 7 - Dispositif selon les revendications 1, 5 ou 6 caractéris par l'utilisation d'un échangeur 7d de surface d'échange convenable en liaison thermique étroite avec la matière ou le fluide de stocka pouvant être connecté hydrauliquement à son entrée, sur le lieu d'u lisation à un circuit d'alimentation en eau froide 12, et à sa sor à un circuit d'utilisation 11 de l'eau chauffée lors de son parcourt dgns le dit échangeur. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 caractérisé par le fait que le circuit de refroidissement modifié utilise un échangeur liquide-liquide 7b, 7c de surface d'échange convenable dont la partie primaire 7b est alimentée par le fluide de reiroidissemen,t du moteur, après ouverture d'une vinne thermostatique 5a dès-que la température du dit fluide est suffisante . La partie secondaire 7c est un élément du circuit permettant de chaufier l'eau du réservoir de stockage 4. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 2 et 8 caractérisé par le fait qu'il utilise un échangeur intégré de type liquide-sir 7a et liquide-liquide 7b 7c poasèdant au moins une boite à eau commune, entre 7a et 7bZ une ou des vannes thermos- tatiques telles que Sa, 5b, à ouverture ou fermeture, incorporées ou placées sur une ou des tuyauteries annexes et éventuellement des vannes dtisolement et de vidange. Cet échangeur intégré remplace alors le radiateur classique tout en permettant une mise en oeuvre facile de l'invention. 10 - Dispositif selon l'une quelconque cies revendications 1 à 4 et 8 et 9 caractérisé par le fait qu'une pompe 6 est utilisée sur le deuxième circuit dit d'eau de stockage, celle-ci pouvant être couplée mécaniquement à la pompe à eau normale du premier circuit ou cotre à entrainement indépendant avec une vitesse pouvant être variable en fonction d'une température mesurée sur le dit circuit secondaire ou d'un écart de température mesuré entre ce circuit et le circuit primaire de refroidissement du moteur.La pompe 6 est reliée à la partie 7c de l'échangeur et au réservoir 4 ae stockage grace à des conduites 2 et 3 11 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé par le fait que dès que la température de l'eau du circuit de stockage eat suffisante, l'échange primaire secondaire se dégradant, au moins un élément thermostatique tel que 5b-, à ouverture ou ouverture-fermeture, commandé par la température du fluide en 7b, permet d'assurer la circulstion du fluide de refroidissement du moteur vers un radiateur ou la partie 7a de l'échangeur intégré. 12 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 caractérisé par le fait qu'en cas de vidange complète du circuit secondaire dit de stockage, le refroidissement du moteur est as suré par le radiateur normal ou la partie 7a de l'échangeur intégré grace au fonctionnement de dispositifs thermostatiques tel que 5b ou autre;. La dépose du réservoir 4 est alors possible permettant au vé cule de retrouver n'on état antérieur.