Brevet FR2245576A1 — publié le 19750425

La présente invention concerne un appareil de purifica- tion de l'eau et plus partlculièremenr des dispositifs qui distillent l'eau salez en -atilisant l'énergie rayonnée par le soleil. De nombreuses formes de fours solaires de distillation ont déjà été décrites. Dans une installation particulière, une allge horizontale chemisée de matière plastique noire est maintenue recouverte d'une mince pellicule continue d'eau im pure. Bes rayons solaires tombant St-W la feuille de matière plastique provoquent son echauffemellt et évaporent l'eau de la pel~.inule. La vapeur d'eau est condensée et recueillie sur wne feuille limpide placée à peu de distance au-dessus de la feuille de matière plastique noire. Bleau condensez s'écoule de la feuille limpide dans une rigole collectrice dieau puri- fiée. On tonnait d'autres formes de réalisation comme celles utilisant des réflecteurs pour concentrer la lumière sur une petite zone absorbant na chaleur de manière à permettre 'ope- rer à une température plus élevée qu'en l'absence des éléments de concentratlon. En général, on a constaté que les dispositifs simples ne donnent pas un rendement très élevé et que les dis- positifs plus compliqués nécessitent um entretien considérable. Selon la présente invention, un évaporateur microporeux présentant une surface externe noire esi place dans un tube concentrique de matière limpide ou transparente servant de sur ace condensatrlcal mais sans toucher ledit tube L'eau brute acheminée au sommet de l'evaporateur poreux et s'écoule lentement jusqu'à la base de l'élement dans un conduit d'évacuation de l'eau résiduaire. Les rayons solaires frappant la surface noire de ltévaporateur provoquent l'évaporation de l'eau pour dégager une vapeur d'eau pure. La vapeur d'eau se condense sur la face interne du tube transparent.Au fur et à mesure que l'eau se condense, elle se rassemble sur le tube transpa-rentS s'écoule .vers le bas pour être recueillie sous Norme d'eau purifiée X évaporateur et le tube-condenseur sont normalement dans une position vertlcale ou presque verticale. Pour une installation sous les tropiques, de simples réflecteurs dirigent les rayons du soleil sur un ou plusieurs tubes. Pour une application sous des latitudes plus élevées, les tubes peuvent être positionnés de manière à être plus ou moins per penuiculaires à la moyenne aes rayons solaires en tenant compte de la déclinaison et es durées dsensoDeillement, ou bien es réflecteurs peuvent être dirigés de cette manière. Dans une seconde forme de réalisation, l'eau brute est acheminée à la base de ltévaporateur microporeux. Bes forces capillaires font monter l'eau le long du tube. Une caractéristique particulière u four solaire de distillation de l'invention est sa faculté de se nettoyer automa tiquement. Dans le cas d'un évaporateur alimenté par le haut, le lent écoulement de lteau le long de-ltélément déplace la saumure concentrée et l'achemine jusqu'au conduit d'évacuation de l'eau résiduaire. Dans la seconde forme de réalisation, le sel résultant de l'évaporation de l'eau salée est ramené par un équilibre de concentration de ltévaporateur à la charge d'eau brute.D'après la présente description, on se rend compte que le dispositif combine la simplicité avec un grand rendement. I1 peut être realisé sous forme de petits appareils ne comportant que quelques tubes ou bien sous forme d'une grande installation comportant de nombreux tubes sans diminuer le rendement dans l'un ou l'autre cas. toutefois, la principale qualité du dispositif de l'invention est son aptitude à fonctionner pendant de longues périodes avec un minimum d'attention et d'entretien. Tles pièces sont de forme simple et peuvent être fabriquées en série de manière à en réduire le prix et à les mettre à la portée de tous. Finalement, il est possible de l'utiliser comme dispositif de concentration de saumures diluées contenant des sels. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel : la figure 1 est une coupe transversale d'un appareil ou four solaire de aistillation simplifié selon la présente inven- tion la figure 2 est une coupe transversale d'une variante du four solaire de distillation la figure 5 représente en élévation un petit appareil complet s et la figure 4 est une coupe transversale d'une autre forme de réalisation de ltinvention. Sur la figure 1, le numéro de référence 10 désigne un tube condenseur limpide transparent-. Il est indlspensable que ce tube soit transparent, mince et qu'il présente un bon coeffi- cient de transmission de chaleur. Des tubes convenables ont été réalisés en verre, en méthacrylate de méthyle, en polyearbonate, en chlorure de polyvinyle, en polystyrène, etc. La partie supé- rieure 12 du tube est fermée hermétiquement comme représenté et sa base est collée ou autrement fixée à un socle 14. Un second tube d'evaporation 16 est placé à l'intérieur du tube transparent 10 et concentrique à ce dernier.La paroi du tube évaporateur 16 est microporeuse et la matière qui le constitue est une matière plastique inerte telle que le polyéthylène, le polypropylène, le chlorure de polyvinyle, le polystyrène, le caoutchouc naturel ou un caoutchouc synthëtique. Un procédé préféré de fabrication des tubes microporeux est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 3 375 208. Le tube a une paroi relativement épaisse d'environ 9,5 mm.En outre, il peut être coloré de manière à être noir ou l'esterieur peut être revêtu d'une couche plane de peinture noire, afin de former une surface ^aptant-le maximum de rayonnement. Le tube évaporateur 16 est également fixé au socle t4. Le sommet au tube 16 est relie par un simple distributeur 18 à une conduite 20 d'alimentation en eau. Le distributeur 18 est destiné à répartir l'eau de la conduite 20 sur la paroi seale- ment au tube poreux et non pas au centre de ce dernier. Deux conduits sont ménagés dans le socle 14. Le premier conduit 22est un conduit d'ëvacuation de l'eau résiduaire. Il est relié à-la base du tube évaporateur 16 par un canal 24. La saumure, qui a été concentrée par l'évaporation de l'eau à partir du tube 16, passe de l'e2trémité inférieure du tube 16 dans le-con- duit 22. Le second eonduit 26 est le conduit de transport de l'eau purifiée.Ce conduit est relié à la base du tabe conden- Beur 10 par un canal 28* Les gouttes d'eau condensées sur la paroi interne du tabe condenseur 10 descendent le long de ce dernier jusqu'à sa base Un barrage annulaire 30 confine l'eau purifiée et la dirige dans le canal 28 et le conduit 26. Pour obtenir une évaporation maximale, il faut qu'une quantité dteau suffisante descende le long du tube 16 de manière que toute sa surface soit mouillée.Il faut également qu'une certain-e quantité d'eau s'echappe de la base du tube pour entraîner le sel ou autres impuretés concentres par le processus e-distilla- tion. L'eau descendant le long de la colonne est chauffée dans une certaine mesure et toute eau qui s'echappe de l'installa- tion représente une perte de chaleur. Par conséquent, il est souhaitable de limiter le débit de l'eau en excès à la plu8 faible valeur nécessaire pour-éviter l'accumulation des impuretés dnns le tube poreux.Un robinet ou autre dispositif repré8ente en 32 est utilisé pour régler le débit de l'eau le long du tube 16. Dans une seconde forme de réalisation de l'invention représentée sur la figure 2, un tube évaporateur 16 à surface microporeuse noire est placé concentriquement à l'intérieur d'un tube eondenseur limpide transparent 40 ayant les mêmes propriétés que le tube~10-de la figure 1. Tes deux tubes sont montés sur un socle 42. Ce dernier contient un conduit 44 d'eau brute et un eonduit 46 d'eau purifiée.Un régulateur de niveau (non représenté) maintient le niveau de l'eau brute à une hauteur prédéterminée comme indiqué par le-trait 47. Le tube évaporateur 16 est monté dans le socle 42 de manière qu'une partie inférieure 48 du tube 16 soit toujours submergée par l'eau contenue dans le conduit. Dans ces- conditions, l'eau est aspi rée par capillarité de la base du tube évaporateur vers le sommet.On a constaté en outre que la concentråtion des impuretés dans le tube évaporateur atteint un équilibre et que par un mécanisme qui n'a pas été entièrement élucidé, les impuretés concantrées descendent le long du tube et sont ramenées dans le conduit d'eau brute. Be réglage du retour des impuretés est fonction de la hauteur et de l'épaisseur de la paroi du tube microporeux ainsi que de sa matière de construction et des dimensions de ces micropores. Ainsi, dans cette forme de réalisation, ltadmission de l'eau dans le tube évaporateur et ltélimination des produits résiduaires de ee dernier sont entièrement automatiques et ne dépendent que des paramètres de construction de l'appareSil de distillation. Pour des tubes de dimension moyenne pouvant être alimen- tés par capillarités on peut utiliser la forme de réalisation de la figure 2. Toutefois, si des installations extrêmement grandes sont nécessaires, il convient d'utiliser la forme de realnsation de la figure 1 alimentée par le haut. Bur la figure 2, la sortie 50 de l'eau purifiée est représentée près de la base du tube condenseur 40. Cette sor- tie transfère dans un conduit 46 l'eau purifiée rassemblée à l'intérieur du tube condenseur 40. Un barrage circulaire 52 est placé à l'-intérieur du tube 40 et une garniture 54 assure son étanchéité par rapport à ee dernier. Ce barrage dirige l'eau purifiée condensée vers la sortie 50. Il est évident que la forme de réalisation se prête à la disposition dtune série de dispositifs de distillation en une rangée sur un seul socle de grande longueur 14 et que lorsqu'ils sont disposés de cette manière, chaque dispositif de distillation constitue un appareil séparé fonctionnant indépendamment des autres tubes. On a constaté qu'us traitement de la surface interne du tube 10 aide lseau condensée à mouiller le tube et-à stécouSer le long de ce dernier sans former de gouttelettes ou de brouil- lard qui ont tendance à réduire la pénétration des rayais solaires. Le traitement consiste à recouvrir la surface dtun agent tensio-actif comme le laurylsulfate de sodium ou des matières analogues bien connues dans le commerce. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, des réflecteurs sont utilisés pour canaliser les rayons du soleil sur le tube de distillation. Sur la figure 3, un réflecteur 62 en forme d'auge capte et distribue les rayons solaires sur les côtés des tubes 60 plus ou moins indépendamment de la posi- tion du soleil dans le ciel. Comme le montre la figure 3, les tubes de distillation 60 sont montés sur un seal socle 64. Le réflecteur peut présenter une section semi-circulaire, semielliptique ou même avantageusement en V. Un autre perfectionnement du four solaire de distillation de l'invention est représenté sur la figure 3. Le socle 64 est monté sur des étriers de suspension présentant un axe 69 de déclinaison et un axe diurne 68 de manière que tout l'ap- pareil puisse être dirigé très efficacement en direction du soleil. L'orientation en déclinaison peut être réglee par exemple sur une base hebdomadaire ou mensuelle. Il ntest habituellement pas nécessaire de régler l'ase diurne, toutefois il est possible de l'effectuer au moyen d'une horloge ou autre dispositif de minutage.Si l'appareil de distillation est équipé de réflecteurs comme sur la figure 3, l'axe du réflecteur doit être pointé sur le soleil. Cependant, lorsqu'on n'utilise pas de réflecteurs, l'axe du tube d'évaporation doit être autant que possible perpendiculaire aux rayons du soleil. Exemple I On a placé un tube évaporateur d'une longueur de 133,4 mm et d'un diamètre de 22,2 mm perpendiculairement sous la latitude de 39 N. Dans ces conditions et en utilisant une solution de sel à 3,5 %, il a produit en moyenne 1 cm3 d'eau purifié ltheure pendant une longue période.Lorsqu'on a placé des réflecteurs à la base du tube, la production a augmenté jusqu'à 4 - 5 cm3 à ltheure. On a fait fonctionner le dispositif pendant une-période totale d'un mois au cours de laquelle il n'a pas été nécessaire de le rincer, de le laazer ou de l'ajuster d'use autre manière. A la fin de la période, la vitesse de distillation était la même qu'au début. Exemple 2 On a placé un tube-de distillation ayant un diamètre externe de 58,7 mm, un diamètre interne de 41,3 mm et une lon- gueur active de 165 m à l'i-nterieur d'un tube en matière plastique limpide ayant un diamètre externe de 76 mm, SOUS la latitude Nord de 394, la production moyenne de.distillation a été de 454 cm pendant une période de 7 heures. Pour de plus grandes nnstallations ou celles comportant des tubes de grande longueur utilisant le principe de 1ta1;mpn- tation par le bas, il peut être souhaitable d'utiliser un dis- positif de pompage pour refouler provisoirement l'eau Jusqu'au voisinage du sommet du tube de manière à mouiller le tube et à amorcer l'alimentation Dans ce cas, le dispositif d'alimen- tation est un tube fermé au lieu d'une auge ouverte. Dans une autre forme de réalisation, l'évaporateur a la forme d'une barre ou feuille d'une matière rmcroporeuse. La figure 4 represente en coupe transversale un four solaire de distillation utilisant un évaporateur en forme de barre 80. Bes autres parties du four de distillation sont analogues a celles représentées sur la figure 2. Lorsquton utilise un évaporateur en forme de feuille ou de barre, on peut également utiliser les modes d'alimentation et de nettoyage décrits pour les évaporateurs -tubulaires. L'évaporateur en forme de barre présente une plus grande solidité en comparaison d'un évapora- teur tubulaire, mais il exige plu8 de matière pour sa fabrica- tion. Finslement, il convient de noter que le dispositif de la présente invention convient parfaitement pour concentrer des saumures diluées contenant des sels. La disposition de plusieurs tubes évaporateurs en série le long d'un seal con- duit d'alimentation, comme représenté sur les figures 1 et 2, fonctionne automatiquement tomme un évaporateur à multiple effet, car l'effluent du premier évaporatur alimente le second tube et ainsi de suite le long de la série. Lorsqu'on utilise l'appareil de cette manière, le tube condenseur et collecteurest inutile, la vapeur d'eau s'échappant-dans l'atmosphère. Sous sa forme la plus simple, le concentrateur ou l'évå- porateur comprend au moins un élément évaporateur se tenant debout pouvant être chauffé par les rayons du soleil et se com- posant d'une matière microporeuse supportée par un socle, ce dernier comprenant un seul organe pour acheminer l'eau impure diluée vers la base de l'évaporateur et en évacuer l'eau impure concentrée. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à l'appareil décrit sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil drévaporation utilisant lsénergie rayonnée par le soleil et se nettoyant automatiquement, destiné à produire de la vapeur d'eau pure à partir d'une eau impure, dispositif caractérisé en ce qu'il eomporte-un socle, un élément évaporateur tubulaire se tenant debout perpendiculairement au socle et pouvant être chauffé par les rayons solaires, l'élé- ment évaporateur étant en une matière plastique microporeuse et étant supporté par-le socle, sa partie inférieure étant fixée au socle qui comporte un seal organe pour acheminer l'eau impure diluée vers la partie inférieure de l'élément évaporateur et pour en évacuer l'eau impure concentrée 2. Appareil selon la revendication t, caractérisé en ce qu'il comporte un élément destiné à condenser la vapeur d'eau évaporée par ltélément évaporateur. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ltélément destiné à condenser la vapeur d'eau évaporée par ltélément évaporateur comprend un tube limpide transparent qui entoure ltélément évaporateur à distance de ce dernier. 4. Appareil selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte un collecteur destiné à rassembler la vapeur condensée, qui se trouve à la base de l'élément de condensation de la vapeur d'eau. 5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que la surface interne du tube transparent est recouverte d'un agent tensio-actif. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'agent tensio-actif est le laurylsulfate de sodium. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière constituant l'élément évaporateur micrtporeux est choisie dans le groupe comprenant un polyéthylène, un poly- propylène, un chlorure de polyvinyle, un polystyrène, un caoutchouc naturel et un caoutchouc synthétique microporeux. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que la surface de ltélément évaporateur est noire pour capter le maximum d'énergie rayonnée par le soleil. - 9. Appareil selon-la revendication 1, caractérisd en ce qu'il comporte un élément destiné à régler le niveau de l'eau impure diluée contenue dans l'organe destiné a acheminer l'eau impure vers la base de ltévaporateur. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif destine à élever provisoirement le niveau de l'eau impure diluée presque jusqu'au sommet de l'élément évaporateur. 1i. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un organe destiné à canaliser les rayons du soleil sur ltélément évaporateur. 12. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une monture destinée à supporter le socle de manière que le dispositif d'évaporation Suisse être dirigé en direction du soleil.