Modélisation et Simulation d’un Cycle de Rankine Organique pour de la récupération de chaleur perdue sur du liquide de refroidissement de moteur de camion

L’augmentation des prix du carburant et de la sévérité des normes sur les émissions des véhicules force l’industrie automobile à se tourner vers des solutions plus écologiques afin de réduire la consommation de carburant. Grâce à sa simple architecture et son simple principe de fonctionnement, le Cycle de Rankine Organique (CRO) est une technologie prometteuse qui pourrait apporter une économie de carburant considérable. Tandis que les gaz d’échappement sont une source de chaleur perdue bien connue pour la récupération de chaleur sur camions, le liquide de refroidissement moteur l’est beaucoup moins, certainement dû à son niveau d’exergie plus faible. Pourtant, le liquide de refroidissement montre aussi des avantages en tant que source de chaleur : des matériaux résistants à la corrosion et aux hautes températures ne sont pas nécessaires, le comportement dynamique assez lent de la source chaude rend le contrôle de la surchauffe plus simple et la source chaude, étant liquide, permet l’utilisation d’un évaporateur plus compact.

Dans cette étude, un modèle dynamique d’un CRO pour de la récupération sur liquide de refroidissement moteur est présenté. Afin de bien capturer la dynamique du CRO, des modèles de volumes finis sont utilisés pour la modélisation des échangeurs. Le système complet (intégré dans un modèle dynamique de camion, sur Simulink) est simulé sur un cycle routier réel (Lyon – Chambéry – Goncelin, France) avec du Novec649 et du R1233zd en tant que fluides de travail avec la configuration suivante : le condenseur est placé dans le bloc de refroidissement et l’évaporateur juste après le moteur au niveau du circuit de refroidissement. Les conditions d’entrée du système n’étant pas constantes, une stratégie de contrôle est nécessaire pour le maintient de la surchauffe et du surfroidissement à des niveaux positifs pour le bon fonctionnement du système. Le contrôle du surfroidissement est particulièrement considéré dans ce papier. En effet, le contrôle de la surchauffe est réalisé via un simple contrôleur PID pour modifier le débit de fluide de travail via la vitesse de la pompe, cependant, pour le surfroidissement, un contrôleur au niveau du ventilateur du bloc de refroidissement (pour le débit d’air) et un autre contrôleur au niveau du réservoir pressurisé (pour la pression de condensation) sont nécessaires. Deux stratégies de contrôle différentes sont présentées pour les deux fluides de travail. La détente est réalisée à l’aide d’une turbine et permet de récupérer 1332 W pour le Novec649 et 1641 W pour le R1233zd pour une puissance d’évaporateur de 50 kW sans récupérateur, en simulation. Finalement, la nécessité d’un récupérateur dans le système est discutée, les résultats ont montré qu’un récupérateur est préférable pour le Novec649, avec une augmentation de la puissance net de 27%, contre seulement 6% pour le R1233zd.