Introduction
Nous proposons ici un concept qui consiste à échanger la chaleur des gaz d’échappement d’une machine thermique (moteur automobile par exemple) lorsqu’ils sont sous pression. Nous ferons appel au tube de Ranque-Hilsch plutôt qu’à un détendeur (option plus simple, qui reste toujours possible) mais avec un doute sur son efficacité avec les gaz d’échappement qui devraient être théoriquement débarrassés de l’eau qu’ils contiennent. L’excellente condensation de l’eau lorsque les gaz d’échappement sont sous pression est une aide précieuse au séchage. Cependant, il peut être nécessaire d’ajouter un dispositif utilisant, par exemple, du gel de silice afin de parfaire le séchage. La présence d’eau pourrait en effet entraver partiellement voire totalement le fonctionnement du tube, avis aux expérimentateurs. Le tube de Ranque-Hilsch joue à minima le rôle de détendeur, mais sa sortie côté froid, en cas de fonctionnement défaillant, ne ferait pas l’objet d’une récupération de chaleur, avec le schéma proposé. Dans ce cas il serait préférable de remplacer le tube par un simple détendeur. On notera également que, contrairement à une pompe à chaleur à compression thermique, les pistons du moteur ne transmettent que des efforts internes au vilebrequin du fait de l’absence de transmission mécanique externe. Nous n’avons notamment plus le phénomène de torsion totale du vilebrequin lorsque le piston le plus éloigné du « disque d’embrayage » est moteur. Un tel dispositif utiliserait de préférence un régime moteur très faible (ralenti) afin de minimiser les vibrations et garantir une durée de vie importante, surtout dans le cas d’un moteur « récupéré ». Nous pouvons par exemple conseiller l’utilisation d’un moteur FIRE (équipant principalement les modèles de la marque FIAT), car certains d’entre eux ont pour particularité de ne pas se détériorer en cas de défaillance de leur courroie de distribution. Cela peut être particulièrement intéressant pour une machine devant fonctionner en continu.
Schéma
Nomenclature explicative
- 1. Carburateur à gaz : il remplace le carburateur à essence d’origine du moteur.
- 1.1 Arrivée de GPL (butane ou propane) ou de gaz de ville (méthane).
- 1.2 Arrivée d’air.
- 2. Moteur à gaz : constitué d’un moteur à essence automobile à carburateur.
- 2.1 Admission.
- 2.2 Échappement.
- 2.3 Retour du circuit de refroidissement.
- 2.4 Départ circuit de refroidissent.
- 3. Clapets anti retour : au nombre de un par cylindre, ils servent à empêcher la contre pression de 10 bars d’ouvrir les soupapes d’échappement. Ces dernières sont usuellement ramenées par des ressorts à l’exception des moteurs desmodromiques.
- 4. Échangeur : il transfère la chaleur des gaz d’échappement au circuit de chauffage.
- 5. Limiteur de pression : c’est une soupape de sécurité qui limite la pression aux alentours de 10 bars.
- 6. Récupérateur de condensats : il récupère les condensats et doit être particulièrement efficace pour ne pas entraver le bon fonctionnement du tube de Ranque-Hilsch.
- 7.Tube de Ranque-Hilsch : c’est le système qui permet de pomper la chaleur via une alimentation en gaz sous pression.
- 7.1 Alimentation du tube de Ranque-Hilsch
- 7.2 Sortie chaude du tube de Ranque-Hilsch
- 7.3 Sortie froide du tube de Ranque-Hilsch
- 8. Échangeur : il transfère la chaleur pompée par le tube de Ranque-Hilsch dans le circuit de chauffage.
- 9. Échangeur : il transfère la chaleur de la culasse du moteur à gaz dans le circuit de chauffage.
- 10. Vanne trois voies : elle permet, selon une comparaison automatique de la température extérieure avec celle des gaz d’échappement, d’utiliser ou non l’échangeur 10.
- 11. Échangeur coaxial gaz d’échappement/air ambiant.
- 12. Filtre à air : filtre à air du moteur.
- 13. Échappements définitifs : situés à l’extérieure du bâtiment, ils évacuent les gaz brûlés. Il est possible, du fait du caractère stationnaire de l’installation, d’utiliser des pots d’échappement très silencieux car l’encombrement importe peu.
- 14. Retour chauffage : retour froid du circuit de chauffage.
- 15. Départ chauffage : départ chaud du circuit de chauffage.
- 16. Vase d’expansion : vase d’expansion du circuit de refroidissement d’origine du moteur thermique.
Conclusion
Une fois de plus nous n’avons pas décrit les importants dispositifs de sécurité qui doivent compléter une telle idée. Vous remarquerez aussi qu’il faut apporter un soin tout particulier à la réalisation de la tubulure d’échappement qui est alors sous pression, ceci afin d’éviter tout risque de fuites pouvant induire des intoxications mortelles au CO ou des asphyxies.