WO2010109145A2 - Ligne d'échappement de véhicule automobile avec un cycle fermé de récupération de l'énergie thermique des gaz d'échappement, et procédé de contrôle associé - Google Patents

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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates generally to the recovery of energy in the exhaust lines of a motor vehicle.
  • the invention relates in a first aspect to a motor vehicle exhaust line, of the type comprising:
  • a heat exchanger having a first exhaust gas circulation side and a second circulation side of a heat exchange fluid
  • the means for recovering the thermal energy of the exhaust gases have little or no thermal inertia.
  • the energy recovered by the closed cycle is almost directly proportional to the energy available in the exhaust.
  • the power demanded by the driver to the motor can vary for example between 0 kW, when the engine is idling, 10 kW, when the vehicle is traveling at 40 km / h, and up to 100 kW, during violent acceleration.
  • the invention aims to provide an exhaust line in which the recovery of the thermal energy of the exhaust gas is performed with a better efficiency.
  • the invention relates to an exhaust line of the aforementioned type, characterized in that the heat exchanger comprises an intermediate wall. interposed between the first and second sides of the heat exchanger, the intermediate wall comprising at least one closed cavity containing a phase change material, the wall having a first heat exchange surface in thermal contact with the exhaust gas, and a second exchange surface in thermal contact with the heat exchange fluid.
  • the exhaust line may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination: the intermediate wall comprises a plurality of closed cavities each containing a quantity of phase-change material, the cavities closed being isolated from each other;
  • the phase-change material comprises one or more inorganic salts, chosen from the group comprising NaOH, KOH, LiOH, NaNO 2 , NaNO 3 , KNO 3 , Ca (NO 3 ) 2 , LiNO 3 , KCl, LiCl, NaCl, MgCl 2 , CaCl 2 , Na 2 CO 3 , K 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , KF, LiF;
  • the phase change material comprises one or more metals selected from the group consisting of Sn, Pb and Zn;
  • the phase-change material has a melting point of between 10 ° C. and 500 ° C .;
  • the phase change material has a latent heat of fusion of between 100 and 300 kJ / kg;
  • the intermediate wall comprises a mass of phase-change material chosen to allow storage of a thermal energy of between 0.1 kWh and 10 kWh;
  • the closed cycle is a Rankine cycle or a Hirn cycle
  • the closed cycle comprises a motor shaft, and a drive member in rotation of the motor shaft by the heat exchange fluid;
  • the heat exchange fluid essentially comprises water; the closed cycle is dimensioned so that the heat exchange fluid has a reference temperature at the outlet of the heat exchanger, the phase-change material having a melting point between the reference temperature and the reference temperature. plus 100 ° C.
  • the exhaust line includes:
  • an upstream exhaust gas flow pipe fluidly connected to an inlet on the first side of the heat exchanger;
  • an exhaust gas flow downstream duct fluidly connected to an outlet on the first side of the heat exchanger;
  • bypass duct connecting the upstream duct to the downstream duct bypassing the heat exchanger
  • an exhaust gas guidance device capable of directing a fraction of the exhaust gases to the heat exchanger and another fraction of the exhaust gases to the bypass duct
  • a control member of the steering member adapted to selectively control said fraction of the exhaust gas directed to the heat exchanger and said other fraction of the exhaust gas directed to the bypass duct.
  • the invention relates to a method of controlling an exhaust line having the above characteristics, the method comprising the following steps:
  • the method may further have the following characteristics:
  • FIG. 1 is a schematic representation of an exhaust line according to the invention
  • FIG. 2 is a schematic representation of the heat exchanger of the exhaust line of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a step diagram indicating the main steps of the control method of the exhaust line of FIG. 1;
  • FIGS. 4 and 5 are graphical and schematic representations of curves indicating the fraction of the flow of exhaust gas directed towards the heat exchanger as a function of the energy available at the exhaust.
  • the exhaust line 1 shown in a simplified manner in FIG. 1 comprises:
  • a manifold 3 provided for capturing the exhaust gases leaving the combustion chambers of the engine 5 of the motor vehicle;
  • a heat exchanger 7 having a first exhaust gas circulation side and a second circulation side of a heat exchange fluid
  • a downstream duct 1 1 for the circulation of exhaust gases connected to an outlet 12 on the first side of the heat exchanger 7;
  • a bypass duct 13 connecting a point of the upstream duct to a point of the downstream duct 1 1 by bypassing the heat exchanger 7;
  • the bypass duct 13 connects a T-shaped intersection 21 formed in the upstream duct to another intersection T 23 formed in the downstream duct 11.
  • Unrepresented equipment such as a turbo compressor, can be interposed between the collector 3 and the intersection T 21.
  • the downstream duct 1 1 is fluidly connected to the cannula (not shown) for the release of the purified exhaust gas into the atmosphere.
  • Other unrepresented members such as a silencer and exhaust gas purification members, are interposed between the intersection T 23 and the cannula.
  • the closed cycle 19 for recovering a portion of the thermal energy of the exhaust gases is for example a Rankine cycle.
  • the Rankine cycle comprises a turbine 25, a condenser 27, and a pump 29.
  • a pipe 31 connects an outlet 33 of the second side of the heat exchanger to a high pressure inlet of the turbine 25.
  • a pipe 37 connects a low pressure outlet of the turbine 25 to an inlet of the condenser 27.
  • a pipe 37 connects an outlet of the condenser 27 to a suction inlet of the pump 29.
  • a pipe 39 connects a discharge outlet of the pump 29 has an inlet 41 on the second side of the heat exchanger 7.
  • the turbine 25 drives a motor shaft 43 in rotation, the latter being for example connected to an electric generator 45.
  • the shaft 43 may drive a mechanical member of the vehicle.
  • the turbine 25 can be replaced by a steam engine coupled to the motor shaft 43.
  • the thermal fluid circulating in the closed cycle 19 typically comprises essentially water.
  • the fluid may comprise various additives, for example to limit corrosion or prevent freezing.
  • the thermal fluid is vaporized in the heat exchanger 7, under the effect of heat ceded by the exhaust gas.
  • the thermal fluid may also be an organic fluid adapted to a cycle such as the Rankine cycle.
  • the fluid may be for example Genetron ® 245FA, marketed by Honeywell.
  • the heat exchanger 7 has an intermediate wall 47 interposed between the first and second side 49 and 51 of the heat exchanger.
  • the intermediate wall 47 has a plurality of cavities 53 each containing an amount of a phase change material.
  • the intermediate wall 47 typically consists essentially of a heat conducting material, for example aluminum, an aluminum alloy or a steel.
  • Each cavity 53 is completely closed, and isolated from the other cavities 53.
  • the phase-change material contained in the cavity 53 is completely isolated from the medium outside the cavity.
  • the cavities 53 are distributed, preferably uniformly, over most of the surface of the wall 47. Preferably, the cavities 53 are uniformly distributed over the entire surface of the wall 47.
  • the intermediate wall 47 has a first exchange surface 55 in thermal contact with the exhaust gas, and a second exchange surface 57 in thermal contact with the heat exchange fluid.
  • the surfaces 55 and 57 constitute the two large opposite faces of the intermediate wall.
  • the first exchange surface 55 is in direct contact with the exhaust gas flowing from the first side of the heat exchanger.
  • the surface 55 partially defines the first side of the heat exchanger.
  • the second heat exchange surface 57 is preferably in direct contact with the heat exchange fluid flowing on the second side.
  • the surface 57 partially defines the second side of the heat exchanger.
  • the heat exchanger 7 is constructed so as to put the exhaust gas in thermal contact with the first heat exchange fluid, the exhaust gas yielding through the intermediate wall part of their thermal energy to the heat exchange fluid.
  • the phase change material typically comprises one or more inorganic salts.
  • These inorganic salts are chosen from the group comprising NaOH, KOH, LiOH, NaNO 2 , NaNO 3 , KNO 3 , Ca (NO 3 ) 2 , LiNO 3 , KCl, LiCl, NaCl, MgCl 2 , CaCl 2 , Na 2 CO 3. , K 2 CO 3 , Li 2 CO 3 , KF, LiF.
  • the phase change material is one of these inorganic salts or a mixture of two or three of these inorganic salts.
  • the phase change material may also comprise one or more metals selected from Sn, Pb and Zn.
  • said material consists of one or more metals chosen from Sn, Pb and Zn.
  • the phase change material has a melting temperature of from 100 ° C to 500 ° C, preferably from 150 to 400 ° C, and more preferably from 200 to 350 ° C.
  • the phase change material typically has a latent heat of fusion of between 100 and 300 kJ / kg, for example between 150 and 250 kJ / kg.
  • the phase change material is a binary salt comprising about 60% NaNO 3 , and 40% KNO 3 .
  • the phase-change material may be the salt sold commercially under the name HitecXL, which is a ternary salt comprising about 48% Ca (NO 3) 2 ,
  • the phase change material contained in the intermediate wall is provided to form a thermal energy buffer.
  • a portion of the excess energy is stored in the material at phase change of the intermediate wall.
  • these materials have a relatively high latent heat of fusion, the excess energy for melting said phase change material.
  • the phase-change material restores the stored thermal energy, by solidification of the previously melted material.
  • the mass of phase change material incorporated in the intermediate wall is chosen to allow storage of a total thermal energy of between 0.1 and 10 kWh, preferably between 0.5 kWh and 5 kWh.
  • the mass is chosen to allow the storage of an energy of between 1 and 2 kWh.
  • the Rankine cycle 19 has a temperature-dependent yield having a bell-shaped shape.
  • the temperature considered here is the temperature of the heat exchange fluid at the outlet of the heat exchanger 7. This efficiency is zero below the vaporization start temperature of the heat exchange fluid. It increases to a reference temperature Tref, for which the cycle is sized.
  • the phase change material is chosen so that its melting temperature substantially corresponds to the optimum operating temperature of the Rankine cycle. For example, said melting temperature is between Tref and Tref + 100 ° C., preferably between Tref and Tref + 50 ° C.
  • the orientation member 15 is a 3-way valve, mounted at the intersection T 21. It is controlled by the computer 17.
  • the 3-way valve is selectively able to direct all the exhaust gas to the 7, directing all the exhaust gases to the bypass duct 13, or directing a determined fraction of the exhaust gases to the exchanger 7, and the remainder of the exhaust gases to the bypass duct. Said fraction is determined by the computer 17, as described below.
  • the exhaust line is furthermore equipped with a probe 47 for measuring the temperature of the exhaust gases and with a probe 49 for measuring the flow of the exhaust gases, implanted for example in the upstream duct 9. probes inform the calculator 17.
  • the exhaust line further comprises a probe 51 for measuring the temperature of the heat exchange fluid, and a probe 53 for measuring the pressure of said heat exchange fluid, implanted on the conduit 31 connecting the outlet 33 of the second side. from the heat exchanger 7 to the turbine 25.
  • These probes inform the computer 17.
  • the motor of a motor vehicle operates at variable load. When the engine is idling, the power demanded by the driver is about 0 kW. When the vehicle is traveling at a speed of 40 km / h, the power demanded by the driver is about 10 kW. In the event of violent acceleration, the power demanded from the motor can go up to 100 kW.
  • the closed cycle 19 is sized to recover a thermal power of about 40 kW in the exhaust gas.
  • the thermal power available in the exhaust gases leaving the engine is, for example, 60 kW.
  • the closed cycle recovers approximately 40 kW of thermal power in the exhaust gas, and a portion of the excess 20 kW is removed and stored by the phase change material.
  • the thermal power available in the exhaust gas is for example only 20 kW.
  • the buffer capacity constituted by the phase change material then becomes empty, a portion of the thermal energy stored in the phase change material being transferred to the heat exchange fluid of the closed cycle.
  • step S1 the computer acquires the temperature T and the flow rate Q of the exhaust gas stream at the outlet of the collector 3 via the probes 47 and 49. From these values, the computer evaluates at step S2 the thermal energy Edispo available in the exhaust gas, and can be recovered by the closed cycle 19 in the heat exchanger 7.
  • step S3 the computer acquires from the probes 51 and 53 the pressure P and the temperature T of the heat exchange fluid of the Rankine cycle. From the values of pressure and temperature acquired, the computer evaluates in step S4 the thermal energy Econso actually received by the Rankine cycle. This thermal energy is converted into mechanical energy by the turbine or lost.
  • step S5 the computer evaluates the charge of the phase change material.
  • charge is meant here the amount of thermal energy stored in the phase change material at the current time. This charge can be expressed as a percentage of the total thermal energy storage capacity of the phase change material. The charge can also be expressed directly as a stored energy.
  • the charge of the phase change material is calculated by, for example, periodically performing energy balances for the phase change material.
  • the charge of the phase change material at time t + 1 is equal to the charge of the phase change material at the instant t increased by the energy actually transferred by the exhaust gases in the exchanger, decreased Econso energy actually received by the closed cycle.
  • the energy actually transferred by the exhaust gases in the exchanger is evaluated by the calculator, among others, from the thermal energy available in the Edispo exhaust gas, from the fraction of the exhaust gas flow directed towards the exhaust gas.
  • the exchanger of the pressure and temperature of the thermal fluid in the closed cycle acquired in step S3.
  • the calculator determines the fraction of the flow of exhaust gas that must be directed towards the heat exchanger 7, as a function of the thermal energy Edispo provided by the exhaust gas evaluated at step S2, the fluid temperature T of the heat exchange fluid of the closed cycle, acquired via the probe 51, and / or the charge of the phase change material evaluated in step S5.
  • the fraction of the exhaust stream that is not directed to the heat exchanger 7 is directed towards the bypass duct.
  • the computer then controls the movement of the valve of the 3-way valve 15 to a position in which the flow of exhaust gas is distributed to the exchanger and the bypass duct as determined in step S6.
  • the position of the valve is read by the computer in tables or on predetermined curves, as a function at least of the flow of exhaust gas leaving the manifold and the fraction of the flow of exhaust gas to be directed to the exchanger.
  • the fraction of the flow of exhaust gas directed towards the heat exchanger is determined by the computer for example using the graph of FIG. 4.
  • This figure shows a network of curves, parameterized according to the load. phase change material. Each curve corresponds to a different state of charge of the phase change material.
  • the solid curve corresponds to a load of 0%, and the two curves in broken lines at 50% and 100% load.
  • Each curve indicates the fraction of the flow of exhaust gas directed towards the exchanger, as a function of the thermal energy provided by the exhaust gases leaving the engine.
  • Eref corresponds, for example, to the thermal energy for which the closed cycle of recovery is dimensioned. For example Eref is worth 40 kW.
  • these portions could have another shape and be arched or have arcuate portions.
  • the curves of FIG. 4, in practice, are determined by simulation and / or experimentally.
  • the fraction of the flow of exhaust gas directed towards the exchanger can be determined in step S6 by the computer using the graph of FIG. 5.
  • This graph comprises a network of curves parameterized as a function of the temperature of the thermal fluid at the outlet of the exchanger. Each curve corresponds to a different acquired temperature for the heat exchange fluid of the closed cycle 19.
  • the curve in solid line corresponds to the temperature of the heat exchange fluid for which the closed cycle has been dimensioned. If the heat exchange fluid is water, this temperature may be for example 250 ° C. This temperature can also be significantly different from
  • the phantom curve corresponds to an acquired temperature lower than the reference temperature.
  • the dashed curve corresponds to an acquired temperature higher than the reference temperature. It is shown that three curves in Figure 5, but it is possible to integrate much more in the computer memory.
  • 100% of the exhaust gas flow is directed to the heat exchanger when the energy provided by the exhaust gas is less than a reference energy.
  • the fraction of the flow of exhaust gas directed towards the exchanger decreases progressively. This fraction decreases at an average speed when the acquired temperature corresponds to the reference temperature for the design of the closed cycle. This fraction decreases less rapidly when the temperature acquired is lower than the reference temperature. This fraction decreases faster when the acquired temperature is higher than the reference temperature.
  • the computer can determine the fraction of the flow of exhaust gas directed towards the heat exchanger using a network of curves parameterized as a function of both the charge of the phase change material. and the acquired temperature of the heat exchange fluid.
  • the heat exchanger has an intermediate wall interposed between the first and second sides of the heat exchanger, the intermediate wall comprising at least one closed cavity containing a phase change material, the wall having a first surface of the heat exchanger. exchange in thermal contact with the exhaust gas and a second exchange surface in thermal contact with the heat exchange fluid, the closed recovery cycle has a significant thermal inertia, to dampen the variations in the amount of thermal energy provided by the exhaust gases leaving the engine. A certain amount of heat energy can be stored inside the heat exchanger itself.
  • phase change material When the energy available at the exhaust is greater than the energy that the closed cycle can recover and recover, the phase change material is charged. This charging is carried out by melting the phase change material, which is converted from the solid state to the liquid state. Such a phase change absorbs a large amount of thermal energy, corresponding to the latent heat of melting of said material.
  • the phase-change material releases a fraction of the stored thermal energy, transferring an additional energy. to the heat exchange fluid of the closed cycle.
  • the closed cycle of recovery can thus continue to operate for a certain duration, even if the energy provided by the exhaust gases is reduced.
  • the closed cycle will be de-energized once the phase change material is fully discharged into thermal energy. This defusing occurs when the heat exchange fluid exits the heat exchanger 7 at a temperature below its vaporization temperature.
  • the invention makes it possible to postpone the moment of defusing the closed cycle.
  • phase change material constituting a heat energy buffer in the exchanger makes it possible to operate the closed cycle as close as possible to its reference temperature.
  • the melting temperature of the phase change material is chosen close to the reference temperature of the heat exchange fluid.
  • the phase change material will increase its charge by taking a part of the thermal energy transferred from the exhaust gas to the heat exchange fluid.
  • This mechanism can contribute to keeping the heat exchange fluid close to its reference temperature, that is to say at a temperature at which the efficiency of the closed cycle is optimal.
  • the orientation member could be arranged at the T-intersection located downstream of the heat exchanger.
  • this member could not be a three-way valve, but include two two-way proportional valves, one on the bypass duct, and the other in series with the exchanger to modulate the flow of exhaust gas. through the exchanger.
  • the closed cycle of energy recovery may not be a cycle of
  • Rankine but be a cycle of Hirn, or any other suitable cycle.
  • the third magnitude representative of the quantity of thermal energy stored in the phase-change material of the intermediate wall is evaluated by: evaluating a fourth magnitude representative of a quantity of thermal energy actually received by the closed cycle in the heat exchanger; deducing the third magnitude at least from the first magnitude and the fourth magnitude.

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Abstract

Ligne d'échappement de véhicule automobile, comprenant : un échangeur de chaleur, présentant un premier côté (49) de circulation des gaz d'échappement et un second côté (51) de circulation d'un fluide d'échange thermique; un cycle fermé de récupération d'une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement, dans lequel circule ledit fluide d'échange thermique, le second côté (51) de l'échangeur de chaleur étant intercalé dans le cycle fermé; caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur comporte une paroi intermédiaire (47) interposée entre les premier et second côtés (49, 51) de l'échangeur de chaleur (7), la paroi intermédiaire (47) comprenant au moins une cavité fermée (53) contenant un matériau à changement de phase, la paroi intermédiaire (47) présentant une première surface d'échange (55) en contact thermique avec les gaz d'échappement, et une seconde surface d'échange (57) en contact thermique avec le fluide d'échange thermique.

Description

Ligne d'échappement de véhicule automobile avec un cycle fermé de récupération de l'énergie thermique des gaz d'échappement, et procédé de contrôle associé L'invention concerne en général la récupération d'énergie dans les lignes d'échappement de véhicule automobile.
Plus précisément, l'invention concerne selon un premier aspect une ligne d'échappement de véhicule automobile, du type comprenant :
- un échangeur de chaleur, présentant un premier côté de circulation des gaz d'échappement et un second côté de circulation d'un fluide d'échange thermique ;
- un cycle fermé de récupération d'une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement, dans lequel circule ledit fluide d'échange thermique, le second côté de l'échangeur de chaleur étant intercalé dans le cycle fermé. Une telle ligne d'échappement est connue de US A-2006/0201 153.
Dans une telle ligne d'échappement, les moyens de récupération de l'énergie thermique des gaz d'échappement n'ont pas ou peu d'inertie thermique.
L'énergie récupérée par le cycle fermé est presque directement proportionnelle à l'énergie disponible dans les gaz d'échappement. Or, un véhicule automobile fonctionne à charge variable, la puissance demandée par le conducteur au moteur pouvant varier par exemple entre 0 kW, quand le moteur est au ralenti, 10 kW, quand le véhicule roule à 40 km/h, et jusqu'à 100 kW, lors d'accélérations violentes.
Lorsque peu d'énergie est disponible à l'échappement, c'est-à-dire quant la puissance demandée par le conducteur au moteur est faible, il y a un risque de désamorçage du cycle fermé de récupération d'énergie thermique. Le réamorçage du cycle fermé est long, ce qui entraîne une perte importante pour le rendement de récupération de l'énergie thermique des gaz d'échappement.
Dans ce contexte, l'invention vise à proposer une ligne d'échappement dans laquelle la récupération de l'énergie thermique des gaz d'échappement est effectuée avec un meilleur rendement.
A cette fin, l'invention porte sur une ligne d'échappement du type précité, caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur comporte une paroi intermédiaire interposée entre les premier et second côtés de l'échangeur de chaleur, la paroi intermédiaire comprenant au moins une cavité fermée contenant un matériau à changement de phases, la paroi présentant une première surface d'échange en contact thermique avec les gaz d'échappement, et une seconde surface d'échange en contact thermique avec le fluide d'échange thermique.
La ligne d'échappement peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la paroi intermédiaire comprend une pluralité de cavités fermées contenant chacune une quantité de matériau à changement de phase, les cavités fermées étant isolées les unes des autres ;
- le matériau à changement de phase comprend un ou plusieurs sels inorganiques, choisis dans le groupe comprenant NaOH, KOH, LiOH, NaNO2, NaNO3, KNO3, Ca(NO3)2, LiNO3, KCI, LiCI, NaCI, MgCI2, CaCI2, Na2CO3, K2CO3, Li2CO3, KF, LiF ;
- le matériau à changement de phase comprend un ou plusieurs métaux choisis dans le groupe comprenant Sn, Pb et Zn ;
- le matériau à changement de phase présente une température de fusion comprise entre 10O °C et 500 °C ;
- le matériau à changement de phase présente une chaleur latente de fusion comprise entre 100 et 300 kJ/kg ;
- la paroi intermédiaire comprend une masse de matériau à changement de phase choisie pour permettre le stockage d'une énergie thermique comprise entre 0,1 kWh et i O kWh ;
- le cycle fermé est un cycle de Rankine ou un cycle de Hirn ;
- le cycle fermé comprend un arbre moteur, et un organe d'entraînement en rotation de l'arbre moteur par le fluide d'échange thermique ;
- le fluide d'échange thermique comprend essentiellement de l'eau ; - le cycle fermé est dimensionné pour que le fluide d'échange thermique présente en sortie de l'échangeur de chaleur une température de référence, le matériau à changement de phase présentant une température de fusion comprise entre la température de référence et la température de référence plus 100°C. La ligne d'échappement comprend comprend :
- un conduit amont de circulation des gaz d'échappement, raccordé fluidiquement à une entrée du premier côté de l'échangeur de chaleur ; - un conduit aval de circulation des gaz d'échappement, raccordé fluidiquement à une sortie du premier côté de l'échangeur de chaleur ;
- un conduit de bipasse reliant le conduit amont au conduit aval en bipassant l'échangeur thermique,
- un organe d'orientation des gaz d'échappement apte à orienter une fraction des gaz d'échappement vers l'échangeur de chaleur et une autre fraction des gaz d'échappement vers le conduit de bipasse,
- un organe de commande de l'organe d'orientation, apte à contrôler sélectivement ladite fraction des gaz d'échappement orientée vers l'échangeur de chaleur et ladite autre fraction des gaz d'échappement orientée vers le conduit de bipasse.
Selon un second aspect, l'invention porte sur un procédé de contrôle d'une ligne d'échappement présentant les caractéristiques ci-dessus, le procédé comprenant les étapes suivantes :
- évaluer une première grande représentative d'une quantité d'énergie thermique apportée par les gaz d'échappement sortant d'un moteur thermique du véhicule ;
- acquérir au moins une seconde grandeur représentative d'une température du fluide d'échange thermique dans le cycle fermé ;
- évaluer une troisième grandeur représentative d'une quantité d'énergie thermique stockée dans le matériau à changement de phases de la paroi intermédiaire ;
- déterminer la fraction des gaz d'échappement orientée vers le conduit principal, en fonction au moins des première, second et troisième grandeurs ;
- commander l'organe d'orientation en fonction de la fraction déterminée. Le procédé peut en outre présenter les caractéristiques ci-dessous :
- évaluer une première grandeur représentative d'une quantité d'énergie thermique apportée par les gaz d'échappement sortant d'un moteur thermique du véhicule ; - acquérir au moins une seconde grandeur représentative d'une température du fluide d'échange thermique dans le cycle fermé ;
- évaluer une troisième grandeur représentative d'une quantité d'énergie thermique stockée dans le matériau à changement de phase de la paroi intermédiaire ;
- déterminer la fraction des gaz d'échappement orientée vers l'échangeur en fonction au moins des première, seconde et troisième grandeurs ;
- commander l'organe d'orientation en fonction de la fraction déterminée. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui en est donnée ci-dessous à titre indicatif et uniquement limitatif, en référence aux figures annexées, parmi lesquelles :
- la figure 1 est une représentation schématique d'une ligne d'échappement conforme à l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique de l'échangeur de chaleur de la ligne d'échappement de la figure 1 ;
- la figure 3 est un diagramme d'étapes indiquant les principales étapes du procédé de contrôle de la ligne d'échappement de la figure 1 ; et
- les figures 4 et 5 sont des représentations graphiques et schématiques de courbes indiquant la fraction du flux de gaz d'échappement orientée vers l'échangeur de chaleur en fonction de l'énergie disponible à l'échappement.
La ligne d'échappement 1 représentée de manière simplifiée sur la figure 1 comporte :
- un collecteur 3 prévu pour capter les gaz d'échappement sortant des chambres de combustion du moteur thermique 5 du véhicule automobile ;
- un échangeur de chaleur 7, présentant un premier côté de circulation des gaz d'échappement et un second côté de circulation d'un fluide d'échange thermique ;
- un conduit amont 9 de circulation des gaz d'échappement, raccordant le collecteur 3 à une entrée 10 du premier côté de l'échangeur de chaleur 7 ;
- un conduit aval 1 1 de circulation des gaz d'échappement, raccordé à une sortie 12 du premier côté de l'échangeur de chaleur 7 ; - un conduit de bipasse 13, raccordant un point du conduit amont à un point du conduit aval 1 1 en bipassant l'échangeur thermique 7 ;
- un organe 15 d'orientation des gaz d'échappement sélectivement vers l'échangeur de chaleur 7 et/ou vers le conduit de bipasse 13 ;
- un organe 17 de commande de l'organe d'orientation 15 et ;
- un cycle fermé 19 de récupération d'une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement.
Le conduit de bipasse 13 raccorde une intersection en T 21 ménagée dans le conduit amont à une autre intersection T 23 ménagée dans le conduit aval 1 1.
Des équipements non représentés tels qu'un turbo compresseur, peuvent être interposés entre le collecteur 3 et l'intersection en T 21.
Le conduit aval 1 1 est raccordé fluidiquement à la canule (non représentée) de relargage des gaz d'échappement purifiés dans l'atmosphère. D'autres organes non représentés, tels qu'un silencieux et des organes de purification des gaz d'échappement, sont interposés entre l'intersection T 23 et la canule.
Le cycle fermé 19 de récupération d'une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement est par exemple un cycle de Rankine.
Le cycle de Rankine comporte une turbine 25, un condenseur 27, et une pompe 29. Une tuyauterie 31 raccorde une sortie 33 du second côté de l'échangeur de chaleur à une entrée haute pression de la turbine 25.
Une tuyauterie 37 raccorde une sortie basse pression de la turbine 25 à une entrée du condenseur 27. Une tuyauterie 37 raccorde une sortie du condenseur 27 à une entrée d'aspiration de la pompe 29. Enfin, une tuyauterie 39 raccorde une sortie de refoulement de la pompe 29 à une entrée 41 du second côté de l'échangeur de chaleur 7.
La turbine 25 entraîne un arbre moteur 43 en rotation, celui-ci étant par exemple relié à une génératrice électrique 45. Alternativement, l'arbre 43 peut entraîner un organe mécanique du véhicule. Par ailleurs, la turbine 25 peut être remplacée par un moteur à vapeur couplé à l'arbre moteur 43.
Le fluide thermique qui circule dans le cycle fermé 19 comprend typiquement essentiellement de l'eau. Le fluide peut comporter divers additifs, par exemple en vue de limiter la corrosion ou éviter le gel. Le fluide thermique est vaporisé dans l'échangeur de chaleur 7, sous l'effet de la chaleur cédée par les gaz d'échappement. Le fluide thermique peut également être un fluide organique adapté à un cycle comme le cycle de Rankine. Le fluide peut être par exemple du Genetron ® 245FA, commercialisé par Honeywell. Comme visible sur la figure 2, l'échangeur de chaleur 7 comporte une paroi intermédiaire 47 interposée entre les premier et second côté 49 et 51 de l'échangeur de chaleur.
La paroi intermédiaire 47 comporte une pluralité de cavités 53 contenant chacune une quantité d'un matériau à changement de phase. La paroi intermédiaire 47 est typiquement constituée essentiellement d'un matériau conduisant bien la chaleur, par exemple de l'aluminium, un alliage d'aluminium ou un acier.
Chaque cavité 53 est entièrement fermée, et isolée des autres cavités 53. Ainsi, le matériau à changement de phases contenu dans la cavité 53 est entièrement isolé du milieu extérieur à la cavité.
Les cavités 53 sont réparties, de préférence uniformément, sur la plus grande partie de la surface de la paroi 47. De préférence, les cavités 53 sont uniformément réparties sur toute la surface de la paroi 47.
La paroi intermédiaire 47 présente une première surface d'échange 55 en contact thermique avec les gaz d'échappement, et une seconde surface d'échange 57 en contact thermique avec le fluide d'échange thermique.
Les surfaces 55 et 57 constituent les deux grandes faces opposées de la paroi intermédiaire.
Typiquement, la première surface d'échange 55 est en contact direct avec les gaz d'échappement circulant du premier côté de l'échangeur de chaleur.
La surface 55 délimite partiellement le premier côté de l'échangeur de chaleur.
De même, la seconde surface d'échange thermique 57 est de préférence en contact direct avec le fluide d'échange thermique circulant de second côté. La surface 57 délimite partiellement le second côté de l'échangeur de chaleur.
Ainsi, l'échangeur de chaleur 7 est construit de manière à mettre en contact thermique les gaz d'échappement avec le premier fluide d'échange thermique, les gaz d'échappement cédant à travers la paroi intermédiaire une partie de leur énergie thermique au fluide d'échange thermique.
Le matériau à changement de phases comprend typiquement un ou plusieurs sels inorganiques. Ces sels inorganiques sont choisis dans le groupe comprenant NaOH, KOH, LiOH, NaNO2, NaNO3, KNO3, Ca(NO3)2, LiNO3, KCI, LiCI, NaCI, MgCI2, CaCI2, Na2CO3, K2CO3, Li2CO3, KF, LiF.
Par exemple, le matériau à changement de phases est constitué d'un de ces sels inorganiques ou d'un mélange de deux ou trois de ces sels inorganiques.
Le matériau à changement de phase peut également comprendre un ou plusieurs métaux, choisis parmi Sn, Pb et Zn. Avantageusement, ledit matériaux est constitué d'un ou plusieurs métaux choisis parmi Sn, Pb et Zn.
Le matériau à changement de phase présente une température de fusion comprise entre 100°C et 500° C, de préférence entre 150 et 400 °C, et encore de préférence entre 200 et 350 °C. Le matériau à changement de phases présente typiquement une chaleur latente de fusion comprise entre 100 et 300 kJ/kg, comprise par exemple entre 150 et 250 kJ/kg.
Par exemple, le matériau à changement de phases est un sel binaire comprenant environ 60 % de NaNO3, et 40 % de KNO3. Alternativement, le matériaux à changement de phase peut être le sel vendu commercialement sous le nom HitecXL, qui est un sel ternaire comprenant environ 48 % de Ca(NO3)2,
7 % de NaNO3, et 45 % de KNO3.
Le matériau à changement de phase contenu dans la paroi intermédiaire est prévu pour constituer une capacité tampon d'énergie thermique. Ainsi, quand l'énergie thermique apportée par les gaz d'échappement au premier côté de l'échangeur est plus grande que l'énergie que peut absorber le cycle fermé de récupération, une partie de l'énergie excédentaire est stockée dans le matériau à changement de phase de la paroi intermédiaire. Comme indiqué ci- dessus, ces matériaux présentent une chaleur latente de fusion relativement élevée, l'énergie excédentaire permettant de faire fondre ledit matériau à changement de phase. Inversement, quand l'énergie apportée par les gaz d'échappement au premier côté de l'échangeur est inférieure à l'énergie récupérée par le cycle fermé, le matériau à changement de phases restitue l'énergie thermique stockée, par solidification du matériau préalablement fondu.
La masse de matériau à changement de phases incorporée dans la paroi intermédiaire est choisie pour permettre le stockage d'une énergie thermique totale comprise entre 0,1 et 10 kWh, de préférence entre 0,5 kWh et 5 kWh.
Par exemple, la masse est choisie pour permettre le stockage d'une énergie comprise entre 1 et 2 kWh.
Par ailleurs, le cycle de Rankine 19 a un rendement, en fonction de la température, présentant une forme de courbe en cloche. La température considérée ici est la température du fluide d'échange thermique en sortie de l'échangeur de chaleur 7. Ce rendement est nul en dessous de la température de début de vaporisation du fluide d'échange thermique. Il augmente jusqu'à une température de référence Tref, pour laquelle le cycle est dimensionné. Le matériau à changement de phase est choisi de telle sorte que sa température de fusion corresponde sensiblement à la température optimale de fonctionnement du cycle de Rankine. Par exemple ladite température de fusion est comprise entre Tref et Tref + 100 °C, de préférence entre Tref et Tref + 50 °C.
L'organe d'orientation 15 est une vanne 3 voies, montée à l'intersection en T 21. Elle est pilotée par le calculateur 17. La vanne 3 voies est susceptible sélectivement d'orienter le totalité des gaz d'échappement vers l'échangeur de chaleur 7, d'orienter la totalité des gaz d'échappement vers le conduit de bipasse 13, ou d'orienter une fraction déterminée des gaz d'échappement vers l'échangeur 7, et le reste des gaz d'échappement vers le conduit de bipasse. Ladite fraction est déterminée par le calculateur 17, comme décrit ci-dessous. La ligne d'échappement est par ailleurs équipée d'une sonde 47 de mesure de la température des gaz d'échappement et d'une sonde 49 de mesure du débit des gaz d'échappement, implantées par exemple dans le conduit amont 9. Ces sondes renseignent le calculateur 17.
La ligne d'échappement comprend encore une sonde 51 de mesure de la température du fluide d'échange thermique, et une sonde 53 de mesure de la pression dudit fluide d'échange thermique, implantées sur le conduit 31 reliant la sortie 33 du second côté de l'échangeur thermique 7 à la turbine 25. Ces sondes renseignent le calculateur 17. Comme indiqué ci-dessus, le moteur d'un véhicule automobile fonctionne à charge variable. Quand le moteur est au ralenti, la puissance demandée par le conducteur est environ O kW. Quand le véhicule roule à une vitesse de 40 km/h, la puissance demandée par le conducteur est d'environ 10 kW. En cas d'accélération violente, la puissance demandée au moteur peut monter jusqu'à 100 kW. Le cycle fermé 19 est dimensionné pour la récupération d'une puissance thermique d'environ 40 kW dans les gaz d'échappement.
Ainsi, dans les phases où le moteur thermique fonctionne à forte charge, la puissance thermique disponible dans les gaz d'échappement sortant du moteur est par exemple de 60 kW. Dans ce cas, le cycle fermé récupère environ 40 kW de puissance thermique dans les gaz d'échappement, et une partie des 20 kW excédentaires est prélevée et stockée par le matériau à changement de phase. Inversement, dans les phases où le moteur thermique fonctionne à faible charge, la puissance thermique disponible dans les gaz d'échappement n'est par exemple que de 20 kW. La capacité tampon constituée par le matériau à changement de phase, se vide alors, une partie de l'énergie thermique stockée dans le matériau à changement de phase étant transférée au fluide d'échange thermique du cycle fermé.
Le pilotage de la ligne d'échappement décrite ci-dessus va maintenant être détaillé, en référence à la figure 3. A l'étape S1 , le calculateur acquiert la température T et le débit Q du flux de gaz d'échappement en sortie du collecteur 3 par l'intermédiaire des sondes 47 et 49. A partir de ces valeurs, le calculateur évalue à l'étape S2 l'énergie thermique Edispo disponible dans les gaz d'échappement, et susceptible d'être récupérée par le cycle fermé 19 dans l'échangeur thermique 7.
A l'étape S3, le calculateur acquiert auprès des sondes 51 et 53 la pression P et la température T du fluide d'échange thermique du cycle de Rankine. A partir des valeurs de pression et de température acquises, le calculateur évalue à l'étape S4 l'énergie thermique Econso effectivement reçue par le cycle de Rankine. Cette énergie thermique est convertie en énergie mécanique par la turbine ou perdue.
A l'étape S5, le calculateur évalue la charge du matériau à changement de phase. Par charge, on entend ici la quantité d'énergie thermique stockée dans le matériau à changement de phase à l'instant courant. Cette charge peut être exprimée en pourcentage de la capacité de stockage totale en énergie thermique du matériau à changement de phase. La charge peut également être exprimée directement comme une énergie stockée. La charge du matériau à changement de phase est calculée par exemple en faisant périodiquement des bilans d'énergie pour le matériau à changement de phase. La charge du matériau à changement de phase à l'instant t + 1 est égale à la charge du matériau à changement de phase à l'instant t augmentée de l'énergie effectivement cédée par les gaz d'échappement dans l'échangeur, diminuée de l'énergie Econso effectivement reçue par le cycle fermé. L'énergie effectivement cédée par les gaz d'échappement dans l'échangeur est évaluée par le calculateur entre autres à partir de l'énergie thermique disponible dans les gaz d'échappement Edispo, de la fraction du flux de gaz d'échappement orientée vers l'échangeur de la pression et de la température du fluide thermique dans le cycle fermé acquise à l'étape S3. A l'étape S6, le calculateur détermine la fraction du flux de gaz d'échappement qui doit être orientée vers l'échangeur de chaleur 7, en fonction de l'énergie thermique Edispo apportée par les gaz d'échappement évalué à l'étape S2, de la température T fluide du fluide d'échange thermique du cycle fermé, acquise par l'intermédiaire de la sonde 51 , et/ou de la charge du matériau à changement de phase évaluée à l'étape S5.
La fraction du flux de gaz d'échappement qui n'est pas orientée vers l'échangeur de chaleur 7 est orientée vers le conduit de bipasse.
Le calculateur commande ensuite le déplacement du clapet de la vanne 3 voies 15 jusqu'à une position dans laquelle le flux de gaz d'échappement est réparti vers l'échangeur et vers le conduit de bipasse comme déterminé à l'étape S6. La position du clapet est lue par le calculateur dans des tables ou sur des courbes prédéterminées, en fonction au moins du débit de gaz d'échappement sortant du collecteur et de la fraction du flux de gaz d'échappement à orienter vers l'échangeur. La fraction du flux de gaz d'échappement orientée vers l'échangeur de chaleur est déterminée par le calculateur par exemple en utilisant le graphique de la figure 4. Sur cette figure, on a représenté un réseau de courbes, paramétré en fonction de la charge du matériau à changement de phase. Chaque courbe correspond à un état de charge différents du matériau à changement de phase.
Seules trois courbes ont été matérialisées ici, mais la mémoire du calculateur peut contenir un nombre de courbes beaucoup plus grand. La courbe en trait plein correspond à une charge de 0%, et les deux courbes en traits interrompus à 50% et 100% de charge. Chaque courbe indique la fraction du flux de gaz d'échappement orientée vers l'échangeur, en fonction de l'énergie thermique apportée par les gaz d'échappement sortant du moteur.
Il ressort de la figure 4 que, quand l'énergie apportée par les gaz d'échappement est inférieure à une énergie de référence Eref, 100% des gaz d'échappement sont orientés vers l'échangeur de chaleur 7. Eref correspond par exemple à l'énergie thermique pour laquelle le cycle fermé de récupération est dimensionné. Par exemple Eref vaut 40 kW.
Quand l'énergie apportée par les gaz d'échappement est supérieure à Eref, la fraction du flux de gaz d'échappement orientée vers l'échangeur de chaleur est progressivement diminuée. La rapidité avec laquelle cette fraction diminue est fonction de la charge du matériau à changement de phase. Quand la charge est de 0%, la fraction diminue relativement plus lentement. Quand la charge est de
50%, cette fraction diminue plus vite, et quand la charge est de 100%, la fraction diminue encore plus vite. Les portions des courbes au-delà de Eref ont été représentées linéaires.
Toutefois, ces portions pourraient avoir une autre forme et être arquée ou comporter des portions arquées.
Les courbes de la figure 4, en pratique, sont déterminées par simulation et/ou expérimentalement. Alternativement, la fraction du flux de gaz d'échappement orientée vers l'échangeur peut être déterminée à l'étape S6 par le calculateur à l'aide du graphique de la figure 5.
Ce graphique comporte un réseau de courbes paramétré en fonction de la température du fluide thermique à la sortie de l'échangeur. Chaque courbe correspond à une température acquise différente pour le fluide d'échange thermique du cycle fermé 19. La courbe en trait plein correspond à la température du fluide d'échange thermique pour lequel le cycle fermé a été dimensionné. Si le fluide d'échange thermique est de l'eau, cette température peut être par exemple de 250 °C. Cette température peut également être significativement différente de
250 °C.
La courbe en traits mixtes correspond à une température acquise inférieure à la température de référence. La courbe en traits interrompus correspond à une température acquise supérieure à la température de référence. On a représenté que trois courbes sur la figure 5, mais il et possible d'en intégrer beaucoup plus dans la mémoire du calculateur.
Comme sur la figure 4, 100% du flux de gaz d'échappement est orienté vers l'échangeur de chaleur quand l'énergie apportée par les gaz d'échappement est inférieure à une énergie de référence.
Quand l'énergie apportée est supérieure à l'énergie de référence, la fraction du flux de gaz d'échappement orientée vers l'échangeur décroît progressivement. Cette fraction décroît à une vitesse moyenne quand la température acquise correspond à la température de référence pour le dimensionnement du cycle fermé. Cette fraction décroît moins vite quant la température acquise est inférieure à la température de référence. Cette fraction décroît plus vite quand la température acquise est supérieure à la température de référence.
Dans une autre variante non représentée, le calculateur peut déterminer la fraction du flux de gaz d'échappement orientée vers l'échangeur à l'aide d'un réseau de courbes paramétré en fonction à la fois de la charge du matériau à changement de phase et de la température acquise du fluide d'échange de chaleur.
La ligne d'échappement décrite ci-dessus présente de multiples avantages.
Du fait que l'échangeur de chaleur comporte une paroi intermédiaire interposée entre les premier et second côtés de l'échangeur de chaleur, la paroi intermédiaire comprenant au moins une cavité fermée contenant un matériau à changement de phase, la paroi présentant une première surface d'échange en contact thermique avec les gaz d'échappement et une seconde surface d'échange en contact thermique avec le fluide d'échange thermique, le cycle fermé de récupération présente une inertie thermique significative, permettant d'amortir les variations de la quantité d'énergie thermique apportée par les gaz d'échappement sortant du moteur. Une certaine quantité d'énergie thermique peut être stockée à l'intérieur même de l'échangeur de chaleur.
Quand l'énergie disponible à l'échappement est supérieure à l'énergie que le cycle fermé peut récupérer et valoriser, le matériau à changement de phase se charge. Ce chargement est réalisé par fusion du matériau à changement de phase, celui-ci étant converti de l'état solide à l'état liquide. Un tel changement de phase absorbe une quantité d'énergie thermique importante, correspondant à la chaleur latente de fusion dudit matériau.
Au contraire, quand la quantité d'énergie disponible à l'échappement est inférieure à la puissance que peut récupérer et valoriser le cycle fermé, le matériau à changement de phase libère une fraction de l'énergie thermique stockée, transférant un surcroît d'énergie au fluide d'échange thermique du cycle fermé.
Le cycle fermé de récupération peut ainsi continuer à fonctionner pendant une certaine durée, même si l'énergie apportée par les gaz d'échappement est réduite.
En revanche, si l'énergie apportée par les gaz d'échappement se maintient durablement à un niveau faible, le cycle fermé sera désamorcé une fois le matériau à changement de phase entièrement déchargé en énergie thermique. Ce désamorçage se produit quand le fluide d'échange thermique sort de l'échangeur de chaleur 7 à une température inférieure à sa température de vaporisation. L'invention permet de repousser le moment du désamorçage du cycle fermé.
Par ailleurs, l'utilisation de matériau à changement de phase constituant un tampon d'énergie thermique dans l'échangeur permet de faire fonctionner le cycle fermé le plus proche possible de sa température de référence. En effet, la température de fusion du matériau à changement de phase est choisie proche de la température de référence du fluide d'échange thermique. Quand la température du fluide d'échange thermique en sortie de l'échangeur de chaleur diminue et devient inférieure à la température de référence, une partie de l'énergie thermique stockée dans le matériau à changement de phase est transférée au fluide d'échange thermique. Inversement, quand la température du fluide d'échange thermique en sortie de l'échangeur est supérieure à la température de référence, le matériau à changement de phase va augmenter sa charge en prélevant une partie de l'énergie thermique transférée des gaz d'échappement au fluide d'échange thermique. Ce mécanisme peut contribuer à maintenir le fluide d'échange thermique proche de sa température de référence, c'est-à-dire à une température à laquelle le rendement du cycle fermé est optimal. II est à noter que l'organe d'orientation pourrait être disposée à l'intersection en T située en aval de l'échangeur de chaleur. Par ailleurs cet organe pourrait ne pas être une vanne trois voies, mais comprendre deux vannes proportionnelles à deux voies, l'une sur le conduit de bipasse, et l'autre en série avec l'échangeur pour moduler le flux de gaz d'échappement à travers l'échangeur. Le cycle fermé de récupération d'énergie peut ne pas être un cycle de
Rankine, mais être un cycle de Hirn, ou tout autre cycle adapté.
Il est à noter que la troisième grandeur représentative de la quantité d'énergie thermique stockée dans le matériau à changement de phase de la paroi intermédiaire est évaluée en : - évaluant une quatrième grandeur représentative d'une quantité d'énergie thermique effectivement reçue par le cycle fermé dans l'échangeur de chaleur ; - déduisant la troisième grandeur au moins à partir de la première grandeur et de la quatrième grandeur.

Claims

REVENDICATIONS
1.- Ligne d'échappement de véhicule automobile, la ligne d'échappement (1 ) comprenant :
- un échangeur de chaleur (7), présentant un premier côté (49) de circulation des gaz d'échappement et un second côté (51 ) de circulation d'un fluide d'échange thermique ;
- un cycle fermé (19) de récupération d'une partie de l'énergie thermique des gaz d'échappement, dans lequel circule ledit fluide d'échange thermique, le second côté (51 ) de l'échangeur de chaleur (7) étant intercalé dans le cycle fermé (19); caractérisée en ce que l'échangeur de chaleur (7) comporte une paroi intermédiaire (47) interposée entre les premier et second côtés (49, 51 ) de l'échangeur de chaleur (7), la paroi intermédiaire (47) comprenant au moins une cavité fermée (53) contenant un matériau à changement de phase, la paroi intermédiaire (47) présentant une première surface d'échange (55) en contact thermique avec les gaz d'échappement, et une seconde surface d'échange (57) en contact thermique avec le fluide d'échange thermique.
2.- Ligne d'échappement selon la revendication 1 , caractérisée en ce que la paroi intermédiaire (47) comprend une pluralité de cavités fermées (53) contenant chacune une quantité de matériau à changement de phase, les cavités fermées
(53) étant isolées les unes des autres.
3.- Ligne d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau à changement de phase comprend un ou plusieurs sels inorganiques, choisis dans le groupe comprenant NaOH, KOH, LiOH, NaNO2,
NaNO3, KNO3, Ca(NO3)2, LiNO3, KCI, LiCI, NaCI, MgCI2, CaCI2, Na2CO3, K2CO3,
Li2CO3, KF, LiF.
4. Ligne d'échappement selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le matériau à changement de phase comprend un ou plusieurs métaux choisis dans le groupe comprenant Sn, Pb et Zn.
5.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau à changement de phase présente une température de fusion comprise entre 100°C et 500 °C.
6.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le matériau à changement de phase présente une chaleur latente de fusion comprise entre 100 et 300 kJ/kg.
7.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la paroi intermédiaire (47) comprend une masse de matériau à changement de phase choisie pour permettre le stockage d'une énergie thermique comprise entre 0,1 kWh et 10 kWh.
8.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le cycle fermé (19) est un cycle de Rankine ou un cycle de Hirn.
9.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le cycle fermé (19) comprend un arbre moteur (43), et un organe (25) d'entraînement en rotation de l'arbre moteur (43) par le fluide d'échange thermique.
10.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le fluide d'échange thermique comprend essentiellement de l'eau.
1 1.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le cycle fermé (19) est dimensionné pour que le fluide d'échange thermique présente en sortie de l'échangeur de chaleur (7) une température de référence, le matériau à changement de phase présentant une température de fusion comprise entre la température de référence et la température de référence plus 100°C.
12.- Ligne d'échappement selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu'elle comprend : - un conduit amont (9) de circulation des gaz d'échappement, raccordé fluidiquement à une entrée (10) du premier côté (49) de l'échangeur de chaleur (7) ; - un conduit aval (1 1 ) de circulation des gaz d'échappement, raccordé fluidiquement à une sortie (12) du premier côté (49) de l'échangeur de chaleur (7);
- un conduit de bipasse (13) reliant le conduit amont (9) au conduit aval (1 1 ) en bipassant l'échangeur thermique (7),
- un organe (15) d'orientation des gaz d'échappement apte à orienter une fraction des gaz d'échappement vers l'échangeur de chaleur (7) et une autre fraction des gaz d'échappement vers le conduit de bipasse (13),
- un organe (17) de commande de l'organe d'orientation (15), apte à contrôler sélectivement ladite fraction des gaz d'échappement orientée vers l'échangeur de chaleur (7) et ladite autre fraction des gaz d'échappement orientée vers le conduit de bipasse (13).
13.- Procédé de contrôle d'une ligne d'échappement selon la revendication 12, le procédé comprenant les étapes suivantes : - évaluer une première grandeur représentative d'une quantité d'énergie thermique apportée par les gaz d'échappement sortant d'un moteur thermique (5) du véhicule ;
- acquérir au moins une seconde grandeur représentative d'une température du fluide d'échange thermique dans le cycle fermé (19); - évaluer une troisième grandeur représentative d'une quantité d'énergie thermique stockée dans le matériau à changement de phase de la paroi intermédiaire (47);
- déterminer la fraction des gaz d'échappement orientée vers l'échangeur (7) en fonction au moins des première, seconde et troisième grandeurs ; - commander l'organe d'orientation (15) en fonction de la fraction déterminée.
14.- Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que la troisième grandeur représentative de la quantité d'énergie thermique stockée dans le matériau à changement de phase de la paroi intermédiaire (47) est évaluée en : - évaluant une quatrième grandeur représentative d'une quantité d'énergie thermique effectivement reçue par le cycle fermé (19) dans l'échangeur de chaleur
(7) ; - déduisant la troisième grandeur au moins à partir de la première grandeur et de la quatrième grandeur.
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