Brevet FR2281896A1 — publié le 19760312

Selon un procédé classique, on porte l'eau de mer à ébullitiom pour la dessaler par distillation. Pour abaisser la température d' ébullition, on procède sous vide, mais cela nécessite des appareils parfaitement étanches et résistant à une pression extérieure proche d'une atmosphère. Ces appareils présentent de graves risques de mauvais fonctionnement en cas d'un manque d'étanchéité, même très léger,-et comprennent des pompes de vide qui sont coûteuses et d'un entretien délicat, pour établir la dépression initiale et la maintenir en éliminant constamment les tiers gaz. La présente invention vise à fournir un procédé qui puisse être mis en oeuvre à la pression atmosphérique et qui permette néanmoins de recourir à une source de chaleur à température moins élevée que la température d'ébullition de l'eau d la pression normale de 100 C. La source de chaleur peut alors être avantageusement constituée par de l'eau à 50 -90 , provenant d'un circuit de refroidissement d'un moteur par exemple, dont on dispose souvent en abondance. Selon le procédé de l'invention, on é#vapore de l'eau de mer dans un courant d'air à une température inférieure à sa température d'ébullition correspondante dans une chambre d'évaporation, et on amène le mélange d'air et de vapeur d'eau ainsi obtenu dans une chambre de condensation dans laquelle on refroidit ce mélange pour recueillir de l'eau douce par condensation. Dans une mise en oeuvre préférée destinée à procurer de l'eau douce sur un bateau navigant en mer et qui serait propulsé par un moteur comportant un circuit de refroidissement à eau, on évapore de l'eau de mer préalablement chauffée par le moyen de chaleur provenant de ce circuit de refroidissement, et on refroidit le mélange air-vapeur d'eau ainsi obtenu en pulvérisant dans ce mélange de 1' eau douce précédemment obtenue après l'avoir refroidie au moyen de l'eau de mer à disposition. L'invention comporte également une installation pour la mise en oeuvre de ce procédé, qui est caractérisée en ce qu'elle comprend, dans un conduit destiné à être parcouru par le courant d'air, successivement, une chambre d'évaporation comportant des moyens propres à mettre de l'eau de mer en contact avec l'air dans cette chambre, afin de charger l'air de vapeur d'eau, et une chambre de condensation comprenant des moyens pour refroidir l'air ainsi char gé de vapeur d'eau, afin de recueillir de l'eau douce obtenue par condensation. le conduit parcouru par le courant d'air peut constituer un circuit bouclé ramenant l'air sortant de la chambre de condensation à l'entrée de la chambre d'évaporation. Il peut aussi être ouvert, 1' air étant rejeté à sa sortie de la chambre de condensation. Une partie de la chaleur consommée est alors évacuée directement par le flux d'air rejeté. Des mises en oeuvre du procédé de l'invention sont décrites ciaprès, à titre d'exemples, en-se référant auxiessinsannexésqui représentent,également à titre d'exemples, des formes d'exécution de l'installation que comprend l'invention. La figure 1 est une vue schématique d'une première forme d'exécution de l'installation destinée à la production d'eau douce sur un bateau. la figure 2 est une vue partielle d'une variante de l'installation de la figure 1. les figures 3 et 4 sont des vues schématiques de deux autres formes d'exécution relativement simples. les figures 5 et 6 sont des vues schématiques de formes d'exécution à plusieurs chambres d'évaporation et de condensation, permettant d'obtenir des rendements plus élevés. l'installation illustrée à la figure 1, plus particulièrement des tinée à produire de l'eau douce sur un bateau, comporte une chambre d'évaporation 1 constituée dans une tour verticale qui est parcourue# de bas en haut par un courant d'air et qui est remplie d'un garnissage 2 (anneaux de Raschig ou autres corps de remplissage) facilitant le contact et les échanges entre cet air et de l'eau de mer relativement chaude ruisselant dans le garnissage. L'eau de mer est introduite par un dispositif d'alimentation 3 situé en haut de la tour et qui est alimenté par un conduit 4 constituant la sortie du circuit de refroidissement d'un moteur thermique M servant à la propulsion du bateau ou à I'entrafnement de ses équikements auxiliaires, ce circuit de rcfroidissement comportant une pompe P1 aspirant l'eau en mer. L'eau distribuée par le dispositif 3 est à une température de l'ordre de 80 0C (au dessin, les températures sont données par les chiffres figurant entre parenthèses, en regard des points correspondants de l'installation). Bulle a un débit abondant déterminé par les nécessités de refroidissement du moteur. L'as qui pénètre dans la chambre d'évaporation en 5, à une température relativement basse- de 400C, s'échauffe et se charge de vapeur d'eau en traversant le garnissage pour arriver, en 6, à la partie supérieure de la chambre à une température d'environ 600C et chargé de vapeur d'eau jusqu a un degré voisin de la saturation. l'eau en excès recueillie en 7 est évacuée par un siphon 8 la ramenant à la mer et isolant le circuit de l'atmosphère. L'air humide chaud est amené par un conduit 9 à la base d'une chambre de condensation Il constituée par une tour verticale, qui est parcourue de bas en haut par le courant d'air et qui est remplie d'un garnissage 12 facilitant le contact et les échanges entre l'air humide et chaud et de l'eau douce r#elativement froide ruisselant dans le garnissage. l'eau douce est introduite par un dispositif d' alimentation 13 situé en haut de la tour et qui est alimenté par une conduite 14 munie d'une pompe P2, à partir d'un réservoir principal 15. l'eau distribuée par le dispositif 13 est à une température de 25 OC environ et le refroidissement de l'air au contact du garnissage provoque la condensation d'une partie de la vapeur d'eau qu'il contient. La vapeur condensée donne de l'eau douce qui s'ajoute à l'eau de refroidissement distribuée par le dispositif 13 et qui est recueillie en 16 à une température d'environ 35au. l'eau douce est alors refroidie dans un échangeur 17 refroidi à l'eau de mer, avant de parvenir dans le réservoir principal 15. l'air saturé froid, à environ 400C, qui sort en18 au sommet de la chambre de condensation 11, est ramené par un conduit 19 jusqu'à l'entrée 5 de la chambre d'évaporation, un ventilateur V assurant la ventilation en circuit bouclé du courant d'air transportant la vapeur d'eau de la chambre d'évaporation 1 à la chambre de condensation 11. L'eau douce obtenue peut être stockée dans le réservoir 15 et prélevée, selon les besoins, par une conduite 20 Dans une variante, le réservoir principal 15 établi par exemple directement au contact de la coque du bateau peut suffire au refroi dissement de l'eau douce, l'échangeur 17 pouvant alors être suppri me La quantité d'eau de mer fournie par le dispositif 3 est très supérieure à la quantité d'eau évaporée, de sorte que le garnissage 2 est constamment lavé, ce qui evite tout dépôt dans ce garnissage. L'eau douce circulant dans le garnissage 12 est de l'eau distillée, de sorte qu'il reste également propre. Comme expliqué, l'eau de mer est évaporée dans la chambre d'évaporation 1, à une température d'environ 80 C, sous la pression normale qui règne dans ltensemble du circuit. cette température de 800C est donc inférieure à la température d'ébullition correspondante de l'eau, de 1000C. L'évaporation à une température inférieure à 1000C a l'avantage de permettre d'utiliser comme source de chaleur l'eau chaude produite dans un circuit de refroidissement à pression normale, tels qu'on les trouve sur les moteurs à combustion et dans les condenseurs des machines frigorifiques. Le circuit d'air à pression normale permet de construire l'installation avec des gaines et des parois minces, sans même qu'il soit nécessaire que les chambres et conduits soient parfaitement étanches. Dans une variante partiellement représentée à la figure 2, l'eau de mer fournie au dispositif 3 peut être non pas celle provenant directement du circuit de refroidissement du moteur M, mais de l'eau de mer chauffée par le moyen d'un échangeur E couplé sur le circuit de refroidissement du moteur, ou par un réchauffeur R indépendant de ce circuit, permettant de mettre l'installation en service également lorsque le moteur est arrêté. L'échangeur E peut aussi être chauffé par de l'eau de refroidissement provenant d'une autre source, par exemple par de l'eau de refroidissement d'une centrale de production d'énergie. Pour obtenir une eau douce stérile, on peut disposer, dans le conduit 9 par exemple, une source de rayons ultra-violets 21 dont l'efficacité sera d'autant plus grande qu'elle irradie l'eau à stériliser alors qu'elle est dans sa phase gazeuse. Dans l'installation représentée à la figure 3, le courant d'air induit par un ventilateur V2 parcourt de bas en haut une chambre d' évaporation 22 remplie d'un garnissage 23 dans laquelle ruisselle de l'eau de mer chaude provenant d'un dispositif d'alimentation 24. Dans des variantes, le garnissage 23 peut être remplacé par des chicanes ou d'autres moyens assurant la saturation de l'air en vapeur d'eau. L'air chaud, et chargé de vapeur d'eau, est amené par un conduit 25 au sommet d'une chambre de condensation 26 équipée d'un serpentin de refroidissement 27. Le refroidissement du flux d'air provoque la condensation d'eau douce qui est recueillie en 28 et l'air refroidi est évacué par une tubulure de sortie 29 qui, dans une variante, pourrait aussi être prolongée par un conduit jusqu'à l'aspiration 30 du ventilateur V2. Le rejet à l'extérieur du flux d'air a l'avantage d'évacuer une partie de la chaleur consommée dans l'installation sans avoir à recourir à d'autres sources froides. Le serpentin 27 est parcouru par de l'eau de mer froide pompée par une pompe P3 et qui se réchauffe ainsi avant d'arriver dans un réchauffeur 31 qui la porte dans une réalisation préférée à une température de l'ordre de 60 à 900, avant son arrivée au dispositif d'alimentation 24. le réchauffeur 31 peut être une chaudière chauffée par combustible ou à l'électricité, ou un échangeur de chaleur branché par exemple sur le circuit de refroidissement d'un moteur ou de toute autre machine. Dans ce cas aussi, la température de l'eau injectée dans la chambre d'évaporation sera inférieure à 1000C, ce qui permet d'utiliser l'eau chaude d'un circuit de refroidissement à pression normale comme source de chaleur. Dans une variante, le serpentin 27 peut être remplacé par touteautre forme d'échangeur. Dans l'installation présentée à la figure 4, le courant d'air induit par un ventilateur V3 traverse de bas en haut une chambre d'évaporation 33 équipée d'un serpentin de chauffage 34 et qui est alimentée en eau de mer par un dispositif d'alimentation 35. Â sa sortie de la chambre d'évaporation, le courant d'air est amené à traverser de haut en bas une chambre de condensation 36 équipée d'un serpentin de refroidissement 37. les serpentins 34 et 37 forment un circuit bouclé parcouru par ue fluide qui est chauffé dans un réchauffeur 38, se refroidit dans le serpentin 34, et se réchauffe dans le serpentin 37. la température maximum à la chambre d'évaporation restant de l' ordre de 90 O, l'apport de chaleur dans le réchauffeur 38 peut aussi provenir de l'eau d'un circuit de refroidissement à pression normale. Dans une variante de cette installation, l'air pourrait aussi être ramené de la chambre de condensation 36 à la chambre d'évaporation 33 par un conduit -39 indiqué en pointillé à la figure 4. Des moyens de refroidissement 37a devraient alors être prévus dans le circuit bouclé à l'amont du serpentin 37. les deux chambres 33 et 36 pourraient aussi être disposées l'une au-dessus de l'autre. Dans l'installation représentée à la figure 5, le courant d'air induit par un ventilateur V4 est amené à la base d'une tour 40 comportant trois chambres d'évaporation superposées 41, 42 et 43 remplies d'un garnissage sur lequel ruisselle de l'eau de mer chaude provenant du dispositif d'alimentation 44. Une tour 45 comporte également trois chambres de condensation superposées 46, 47 et 48, équipées de serpentins ou autres moyens de refroidissement 49, 50 et 51. Un conduit supérieur 52 et deux conduits de by-pass 53 et 54 forment des passages à différents niveaux, entre les chambres d'évaporation et les chambres de condensation, qui sont disposées en série dans les deux tours. les serpentins 49, 50, 51, également disposés en série, sont parcourus par de l'eau de mer pompée par une-pompe P4 et qui se réchauffé dans ces serpentins avant d'arriver dans un réchauffeur 55 jouant le mêne rôle que le réchauffeur 31 de la forme d'exécution représentée å la figure 3, qui porte cette eau de mer à une ter.apé- rature voisine de 950C, par exemple, à laquelle elle est fournie au sommet de la tour d'évaporation 40. Dans la tour 40, la circulation à contre-courant du flux d'air circulant de bas en haut et de l'eau de mer amenée par le dispositif d'alimentation 44 provoque l'évaporation d'une partie de l'eau dans le courant d'air qui s'échauffe progressivement alors que l'eau se refroidit. Dans la chambre d'évaporation inférieure 41, qui est parcourue par la totalité du flux d'air, ce dernier passe par exemple de 20 à 55 0C, alors que l'eau de ruissellement se refroidit de 65 à 4000 environ. Une partie du flux d'air, chauffé à 55 C et qui est saturé de va peur d'eau, est alors dérivée par le conduit de by-pass 54. Le reste du flux d1air passant par la chambre d'évaporation 42 est porté de 55 à 75 C, par exemple, tandis que l'eau de ruissellement s'est refroidie de 85 à 6500 environ dans cette mee chambre. Une autre partie du flux ascendant, à 75 0C et saturé, est dérivée par le by-pass 53, et le reste de l'air passant par la chambre d'é- évaporation supérieure 43, est porté de 7500 à 90 C, tandis que l'eau se refroidit de 950 à 8500 dans cette chambre Dans la chambre de condensation supérieure 46, l'air saturé fourni 9000 est refroidi à 7500, alors que l'eau de mer parcourant le serpentin 49 établi à contre-courant est porté de 65 à 75 C. L'air saturé à 75 C provenant du by-pass 53 s'ajoute alors au flux qui traverse la chambre de condensation 47, dans laquelle il se refroidit de 750 à 550C, l'eau du serpentin 50 passant de 450 à 6500, Enfin, l'air saturé à 5500 provenant du by-pass 54 est introduit dans le flux qui traverse la chambre de condensation inférieure 48, passant de 55 à 3500 environ, alors que l'eau du serpentin 49 passe de 200 à 45 C. La réduction du flux d'air par suite des prélèvegents successifs effectués à des niveaux de température différents dans la tour d'é vaporation 40 (alors que le débit d'eau de ruissellement est sensiblement constant tout le long de cette tour), conduit à de meilleures conditions d'échange permettant d'obtenir un rendement énergétique optimum de l'installation. Des clapets de réglage 58 et 59, disposés dans les conduits de by-pass, permettent de régler les débits partiels dérivés en vue d'obtenir les températures correspondant aux meilleures conditions de fonctionnement de l'installation. Dans une forme d'éxécution représentée à la figure 6, comportant une -tour d'évaporation 60, à trois chambres d't-vaporation 72, 73, 74 en série, agencée de la même manière que la tour 40, des conduits 61, 62 et 63, correspondant aux conduits 52,# 53 et 54, sslimentent en air saturé trois chambres de condensation distinctes 64, 65 et 66, com ortant des tubulures de sortie 64a, 65a et 66a, munies de ventilateurs VS, V6 et V7 assurant la circulation du flux d'air à travers l'installation. les températures de fonctionnement des différentes chanvres d'é vaporation, qui sont indiquées entre parenthèses sur le dessin, cor respondent à celles déjà mentionnées en relation avec l'installation de la figure 5. les chambres de condensation 64, 65 et 66 sont équipées de circuits de refroldissement 67, 68 et 69 alimentés en eau de mer chauffée par une pompe P6. Dans ces chambres de condensation, les flux d'air saturés, fournis respectivement à 550, 750 et 90 O, sont tous refroidis jusqu'à 35 C, et les circuits de refroidissement, représentés schématiquement sous la forme de serpentins, sont couplés selon le schéma indiqué, de manière à réutiliser l'eau de refroidissement provenant des chambres de plus basse température, pour refroidir également les chambres de plus haute température. Ainsi, les trois circuits 67, 68 et 69, établis à contre-courant dans les chambres de condensation correspondantes, sont alimentés en parallèle par l'eau de mer à traiter encore à basse température (à 200C dans cet exemple). l'effluent (à 450C) provenant du circuit de refroidissement 69 de la chambre de condensation 66 alimentée en air humide à un niveau de température relativement bas (55 C) est encore utilisé pour le refroidissement des chambres de condensation 65 et 64 alimentées en air humide à des niveaux de température plus élevés (de 75 C et 9000 respectivement) A cette fin, la conduite de sortie 69a du circuit 69, fournissant de l'eau de mer déjà chauffée (à 45 0ç) est branchée par des conduites en parallèle 69b et 69c sur des points intermédiaires 65a et 64a des circuits de refroidissement 65 et 64 qui sont voisins de ceux auxquels l'eau de mer (à 200C) alimentant directement ces circuits aura aussi atteint la même température (de 45 C). De même la conduite de sortie 68a du circuit 68 fournissant de l'eau de mer plus chaude (réchauffée à 65 C) est branchée par sa partie aval 68b sur un point intermédiaire 64b du circuit 64 voisin de celui auquel l'eau parcourant ce circuit aura atteint cette même température plus élevée (65?C). Des vannes et des clapets de retenue non représentés prévus sur les différentes conduites permettent la répartition voulue des eaux. Un réchauftage 70 apporte l'eau de mer le supplément de chaleur nécessaire et le condensat d'eau douce est recueilli en 71. Dans cette installation, le réglage des débits dérivés d'air humide est effectué par le moyen des ventila#teurs, concernant chacun l'une des chambres de condensation, qui sont en parallèle. Dans l'installation décrite, les chambres d'évaporation et de condensation sont au nombre de trois; dans des variantes, ce nombre pourrait être plus grand ou plus petit. les intallations décrites permettent d'obtenir de l'eau douce à partir de l'eau de mer ou de toute autre eau salée dans des conditions très favorables. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté aux dessins annexés. Des modifications restent possibles, notamment du point de vue de la constitution des éléments, sans sortir pour autant du domaine de protection de l'invention. PEVNDICATIOIDS 1) Procédé pour dessaler de l'eau de mer en vue d'obtenir de 1' eau douce, caractérisé en ce qu'on évapore de l'eau de mer dans un courant d'air à une température inférieure à sa température d'ébullition dans une chambre d'évaporation, et on amène le mélange d'air et de vapeur d'eau ainsi obtenu dans une chambre de condensation dans laquelle on refroidit ce mélange afin de recueillir de l'eau douce par condensation. 2) Procédé selon la revendication 1, destiné à produire dé l'eau douce sur un bateau navigant en mer et propulsé par un moteur comportant un circuit de refroidissement à eau, caractérisé ence qu'on évapore de l'eau de mer préalablement chauffée par le moyen de chaleur provenant de ce circuit de refroidissement, et en ce qu'on refroidit le mélange air-vapeur ainsi obtenu en pulvérisant dans ce mélange de l'eau douce précédemment obtenue après l'avoir refroidie au moyen de l'eau de mer à disposition. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce mulon établit le courant d'air dans un circuit fermé, en ramenant dans la chambre d'évaporation l'air humide saturé sortant de la chambre de condensation. 4) Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, dans un conduit destiné à être parcouru par le courant d'air, successivement, une chambre d'évaporation comportant des moyens propres à mettre de l'eau de mer en contact avec l'air dans cette chambre afin de charger l'air de vapeur d'eau, et une chambre de condensation comprenant des moy ens pour refroidir l'air ainsi chargé de vapeur d'eau, afin de recueillir de l'eau douce obtenue par condensation. 5) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que le conduit constitue un circuit bouclé ramenant l'air humide sortant de la chambre de condensation à l'entrée de la chambre d'évaporation. 6) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que la chambre de condensation comporte un serpentin de refroidissement parcouru par de l'eau de mer et alimentant un dispositif distribuant cette eau dans la chambre d'évaporation, après son passage dans un réchauffeur intermédiaire. 7) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce que les chambres d'évaporation et de condensation comportent, la première, un serpentin de chauffage et, la seconde, un serpentin de refroidissement, ces deux serpentins étant branchés en série dans un circuit fermé comportant un réchauffeur intermédiaire. 8) Intallation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte, d'une part, plusieurs chambres d'évaporation placées en série et, d'autre part, plusieurs chambres de condensation également placées en série, et des conduits de by-pass formant des passages à des niveaux de température intermédiaires entre les chambres d'évaporation et les chambres de condensation. 9) Installation selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle comporte, d'une part, plusieurs chambres d'évaporation placées en série et, d'autre part, plusieurs chambres de condensation pla cées en parallèle, et qui sont alimentées en air humide par des conduits de dérivation établis à des niveaux de température différents. 10) Installation selon les revendications 4 et 9, caractérisée en ce que les chambres de condensation comportent des circuits de refroidissement disposés à contre-courant dans ces chambres et qui sont alimentés en parallèle par l'eau de mer å traiter, alors à relativement basse température en vue de la réchauffer avant sa fourniture aux chambres d'évaporàtion, ces circuits de refroidissement étant établis de manière que les effluents réchauffés des circuits des chambres de condensation alimentées en air humide à des niveaux de température relativement bas sont mélangés aux eaux des circuits des chambres de condensation alimentées en air humide à des températures plus élevées, en des points intermédiaires desdits circuits qui sont voisins de ceux auxquels les eaux les parcourant atteignent les températures respectives desdits effluents.