Brevet FR2883928A1 — publié le 20061006

Domaine de l'invention La présente invention concerne un système de récupération de l'énergie calorifique produite par des véhicules. Etat de la technique Des véhicules automobiles, notamment ceux à moteur thermique, dégagent une quantité importante de chaleur car le rendement thermique du moteur n'est en général que l'ordre de 30% et qu'il est difficile dans les conditions actuelles d'espérer améliorer considérablement ce rendement. Il y a donc une quantité importante d'énergie thermique échangée avec l'extérieur en pure perte, voire de manière nocive puisque, en parallèle, il existe de nombreux besoins d'énergie thermique, notamment pour le chauffage et qui sont traités par des sources de chaleur à combustion utilisant notamment des carburants fossiles. But de l'invention La présente invention a pour but de développer un système de récupération de l'énergie calorifique actuellement perdue, dégagée par les véhicules automobiles pour répondre à des besoins de consommation de chaleur, notamment des besoins de chauffage. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention concerne un système comprenant un ensemble de véhicules automobiles équipés chacun d'une masse de stockage thermique, au moins un poste de collecte muni d'un récepteur de chaleur sur lequel peut se brancher la masse de stockage thermique des véhicules pour effectuer un échange thermique, un utilisateur relié au poste de collecte pour utiliser la chaleur ainsi récupérée. Le système selon l'invention concerne principalement des véhicules à moteur thermique circulant sur des trajets fixes ou du moins susceptibles de passer devant des postes de collecte permettant de récu-pérer l'énergie calorifique stockée provisoirement dans la masse de stockage thermique embarquée dans le véhicule. Cette récupération d'énergie thermique convient tout particulièrement pour des véhicules circulant en boucle fixe comme par exemple des autobus d'un réseau de transport urbain car, en particulier pour un tel réseau, on peut associer un poste de collecte à une tête de ligne ou à un arrêt intermédiaire, suivant la quantité de chaleur susceptible d'être récupérée et stockée à bord du véhicule. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la masse de stockage thermique est une matière au moins liquide à l'état chaud, cette masse de stockage thermique étant contenue dans un réservoir équipant le véhicule et relié à au moins une source de chaleur comprise dans le groupe formé par le circuit de refroidissement du moteur, l'échappement du moteur, la sortie d'un ralentisseur électromécanique. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la masse de stockage thermique est de l'eau. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la masse de 10 stockage thermique est une matière à changement de phase telle que de la paraffine. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la masse de stockage est constituée par un agent chimique susceptible de réaliser une réaction chimique réversible endothermique et exothermique selon le sens de la réaction. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la source de chaleur du véhicule est l'échappement du moteur thermique et la masse de stockage thermique est un liquide, les gaz d'échappement étant diffusés à travers le liquide pour un échange direct de chaleur. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la masse de stockage thermique est du liquide et le poste de collecte comporte un réservoir de liquide chaud reliée aux utilisateurs et à un réservoir de liquide froid en sortie du circuit des utilisateurs, le liquide constituant la masse de stockage thermique étant vidé dans le réservoir chaud pour être récu- péré du réservoir froid et reconstituer de nouveau la masse du véhicule. Suivant une autre caractéristique avantageuse, le circuit du liquide comporte des moyens de traitement chimique / physique pour neutraliser le liquide et le débarrasser de ses particules avant d'être recyclé par l'intermédiaire du réservoir froid dans les véhicules. Suivant une autre caractéristique avantageuse, la masse de stockage thermique du véhicule est équipée d'un système caloduc et le récepteur du poste de collecte comporte également un système caloduc complémentaire de celui des véhicules pour permettre l'échange de chaleur par la mise en contact du système caloduc du véhicule et de celui du poste de collecte. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'un système de récupération et de transfert d'énergie calorifique selon l'invention, la figure 2 est un schéma d'un véhicule équipé du système de récupération d'énergie calorifique selon l'invention, la figure 3 montre un exemple de système complet présentant un véhicule échangeant de l'énergie thermique avec un poste de collecte et l'utilisateur relié à celui-ci, la figure 4 est un schéma d'un échangeur de chaleur entre la masse de stockage thermique du véhicule et l'entrée d'un poste de collecte. 10 Description de modes de réalisation Selon la figure 1, l'invention concerne un système de récupération de la chaleur dégagée par des véhicules automobiles, notamment des véhicules à moteur thermique et, en particulier, des véhicules lourds susceptibles d'être aussi équipés d'un système de frein électromagnétique. Ce système se compose de véhicules V1, V2, Vi, etc circulant sur un trajet TR et, en particulier, un trajet fixe ou passant par des points fixes. Ces points de passage PF, fixes, sont équipés d'un poste de collecte 20 lui-même relié à un ou plusieurs utilisateurs Ui. Le poste de collecte PC comporte un récepteur de chaleur 24. La masse de stockage thermique 10 est embarquée soit directement dans le véhicule soit dans une remorque ou un équipement porté par le véhicule mais qui peut s'en détacher. La masse de stockage thermique 10 reçoit la chaleur dégagée par les différents équipements du véhicule Vi pour la stocker et ensuite la restituer dans le poste de col- lecte PC. Cette quantité de chaleur est ensuite utilisée par un utilisateur. La récupération de la chaleur stockée se fait soit par transfert de cette chaleur par des moyens d'échange branchés sur la masse de stockage thermique, restant dans le véhicule, soit par enlèvement de cette masse de stockage thermique et remplacement de cette masse par une masse froide par exemple dans le cas d'un liquide par remplacement du volume de liquide ou du remplacement d'un réservoir embarqué dans le véhicule ou d'une masse de stockage thermique embarquée dans une remorque qui est alors détachée du véhicule pour étre remplacée par un réservoir con- tenant une masse de stockage thermique, froide, ou une remorque char- gée d'une telle masse froide. La figure 2 montre schématiquement la structure d'un véhicule V selon l'invention. Ce véhicule automobile est équipé d'un moteur thermique 1 muni d'un circuit de refroidissement 2 avec un radiateur 3. Il comporte également un échappement 5 et, dans cet exemple, un système de freins électromagnétiques 6. Le véhicule est équipé d'une masse de stockage thermique 10 munie d'échangeurs de chaleur et, en particulier, d'un échangeur de chaleur 101 installé en parallèle au radiateur d'eau de refroidisse-ment 3 du moteur thermique 1 pour recevoir l'eau ou le liquide caloporteur refroidissant le moteur thermique. Le radiateur 3 peut, le cas échéant, être court-circuité par une électrovanne 2-1 commandée en fonction de la température du liquide caloporteur et des besoins de refroidissement du moteur. Le liquide caloporteur du circuit de refroidisse-ment 2 du moteur thermique peut alors être soit bloqué dans le moteur pendant la phase de chauffage du moteur, soit être conduit à travers le radiateur 3 du circuit de refroidissement soit être conduit en même temps ou uniquement à travers l'échangeur de chaleur 10-1 associé à la masse de stockage thermique 10. Le système d'échappement 5 du véhicule est équipé, outre des équipements réglementaires tels que le filtre à particules 5-1 ou un catalyseur 5-2, également d'un échangeur de chaleur 10-2 associé à la masse de stockage thermique 10. Les gaz chauds du système d'échappement 5 traversent cet échangeur de chaleur 10-2 et cèdent à la masse de stockage thermique 10 la chaleur des gaz d'échappement. Les gaz d'échappement sont ensuite évacués à l'extérieur de manière habituelle. Il est également possible de remplacer ou de compléter cet échangeur de chaleur par un diffuseur 10-2 de manière à faire passer les gaz d'échappement directement à travers la masse de stockage thermique 10 si cette masse est un liquide. Le diffuseur 10-2 prévu à la sortie du système d'échappement divise la veine de gaz d'échappement en des bulles extrêmement fines pour favoriser le contact d'échange thermique avec le liquide constituant la masse de stockage thermique 10. En partie haute, les gaz d'échappement sont évacués de manière habituelle à l'environnement. Enfin, dans cet exemple, comme le véhicule est également équipé de freins électromagnétiques 6, le système de freinage est relié à un échangeur de chaleur 10-4 installé dans la masse de stockage thermi- que 10; cet échangeur de chaleur 10-4 est constitué dans ce cas par une résistance alimentée par les freins électromagnétiques et restituant l'énergie de freinage sous la forme d'énergie Joule produite par la résistance. La masse de stockage thermique 10 peut être un liquide ou un solide. Dans le cas d'un liquide, cette masse est tout simplement de l'eau. Il peut également s'agir d'un produit changeant d'état et susceptible d'emmagasiner une quantité importante de chaleur latente, comme par exemple de la paraffine. Enfin, il peut s'agir d'un agent chimique, susceptible d'effectuer une réaction réversible exothermique dans un sens et endothermique dans l'autre pour stocker de la chaleur et ensuite la restituer. Dans le cas d'une masse de stockage thermique constituée par un liquide, cette masse est stockée dans un réservoir 10-5 logeant les différents échangeurs de chaleur décrits ci-dessus et comportant une entrée 10-6 et une sortie 10-7 de liquide, de manière à permettre l'échange de chaleur au niveau d'un poste de collecte par le simple transfert de liquide chaud et son remplacement par du liquide sortant du poste de collecte et qui aura été épuisé. La figure 3 montre l'autre partie du système de récupération de chaleur, c'est-à-dire le poste de collecte avec son récepteur 20 se- lon l'invention. Le véhicule V pris à titre d'exemple est représenté très schématiquement avec sa masse de stockage thermique 10. Le véhicule est, de préférence, rangé à un emplacement 21 précis du poste fixe 200 pour faciliter les branchements pour la récupération de l'énergie thermique notamment dans le cas d'une évacuation de liquide chaud et le remplissage à nouveau du réservoir avec du liquide froid constituant la masse de stockage thermique ou pour l'échange des réservoirs ou des masses de stockage thermique. Le récepteur 20 du poste fixe se compose d'un réservoir chaud 22 qui reçoit le liquide de la masse de stockage thermique 10 pour alimenter des utilisateurs Ui par l'intermédiaire d'un circuit 23 équipé par exemple d'un point de traitement chimique 24 du liquide (pour le neutraliser) et d'une pompe de circulation 25. En retour, le liquide arrive dans un réservoir froid 27 qui le stocke et dans lequel une pompe 28 prélève du liquide pour remplir à nouveau le réservoir de la masse de stockage thermique 10 du véhicule V. Dans cet exemple le circuit utilisateur 23 passe par un échangeur de chaleur 30 associé à une installation de chauffage 40 d'immeuble et par un changeur de chaleur 50 d'une installation de production d'eau chaude sanitaire 60. L'installation de chauffage d'immeuble 40 comporte un circuit de chauffage 41 avec une chaudière 42 et des radiateurs 43 ainsi qu'en parallèle, l'échangeur de chaleur 30 traversé par le liquide de stockage du circuit 23 pour récupérer de la chaleur. L'installation d'eau chaude sanitaire 60 est constituée par l'échangeur 50 dont une branche est le circuit 23 du liquide de la masse de stockage qui baigne dans le réservoir d'eau chaude sanitaire (EC) et to chauffe celle-ci par passage dans cette masse. L'installation de préparation d'eau chaude sanitaire 60 peut être d'une structure plus élaborée que celle très simple décrite ci-dessus de façon à réguler la température de l'eau chaude sanitaire produite. Cette installation peut comporter une source de chaleur complémentaire et en particulier un second circuit d'échange de chaleur de manière à stocker la chaleur récupérer sur le liquide de stockage thermique pour restituer cette chaleur à un chauffe eau et produire de l'eau chaude sanitaire à une température réglée. La figure 4 montre très schématiquement une variante de l'invention. Dans cette variante, au lieu de récupérer le liquide de stockage thermique au poste de collecte 20A, on récupère uniquement la chaleur par des éléments caloducs mâle 21A et femelle 22A ou complémentaires installés dans la masse de stockage thermique 10A par exemple des gaines. Les autres éléments sont constitués par des broches portées par une tête de connexion 23A reliée au réservoir de stockage 22A du poste de collecte lui-même relié par un circuit caloporteur 23A à l'utilisateur Ui. REVENDICATIONS 1 ) Système de récupération de l'énergie calorifique produite par des véhicules, caractérisé en ce qu' s il comprend A- un ensemble de véhicules automobiles (Vi) équipés chacun d'une masse de stockage thermique (10), Bau moins un poste de collecte (PC) muni d'un récepteur de chaleur (20) qui peut se brancher sur la masse de stockage thermique (10) des véhicules (Vi) pour effectuer un échange thermique, C- un utilisateur (Ui) relié au poste de collecte (PC, 20) pour utiliser la chaleur ainsi récupérée. 2 ) Système selon la revendication 1, caractérisée en ce que la masse de stockage thermique (10) est une matière au moins liquide à l'état chaud, cette masse de stockage thermique étant contenue dans un réservoir équipant le véhicule et relié à au moins une source de chaleur comprise dans le groupe formé par le circuit de refroidissement du mo-teur, l'échappement du moteur, la sortie d'un ralentisseur électromécanique. 3 ) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de stockage thermique (10) est de l'eau. 4 ) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de stockage thermique (10) est une matière à changement de 30 phase telle que de la paraffine. 5 ) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de stockage (10) est constituée par un agent chimique suscepti-35 ble de réaliser une réaction chimique réversible endothermique et exothermique selon le sens de la réaction. 6 ) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la source de chaleur du véhicule est l'échappement (5) du moteur thermique (1) et la masse de stockage thermique (10) est un liquide, les gaz d'échappement étant diffusés (10-3) à travers le liquide pour un échange s direct de chaleur. 7 ) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de stockage thermique est du liquide et le poste de collecte corn-porte un réservoir de liquide chaud (22) reliée aux utilisateurs (Ui) et à un réservoir de liquide froid (27) en sortie du circuit des utilisateurs (Ui) , le liquide constituant la masse de stockage thermique étant vidé dans le réservoir chaud (22) pour être récupéré du réservoir froid (27) et reconstituer de nouveau la masse (10) du véhicule. 8 ) Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit du liquide (23) comporte des moyens de traitement chimique / physique (24) pour neutraliser le liquide et le débarrasser de ses particu- les avant d'être recyclé par l'intermédiaire du réservoir froid (27) dans les véhicules (V). 9 ) Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la masse de stockage thermique (10A) du véhicule est équipée d'un système caloduc (22A) et le récepteur (20A) du poste de collecte comporte également un système caloduc (23A) complémentaire de celui des véhicules pour permettre l'échange de chaleur par la mise en contact du système caloduc du véhicule et de celui du poste de collecte.