Brevet FR2379482A1 — publié le 19780901

La présente invention concerne une installation de production d'eau douce par dés salement de l'eau de mer fonctionnant par échauffement de l'eau de mer, évaporation, saturation d'air par de l'humidité, et condensation. Ce principe est connu et c'est celui qui est utilisé pour la.distillation de l1eau. Toutefois, dans ces appareils qui sont très connus sur les bateaux, notamment, on évapore la quasi totalité de l'eau introduite et l'évaporation de l'eau se fait par la chaleur que l'on fournit. Le rendement est par conséquent limité et ces installations ne conviennent que pour de faibles productions. La présente invention concerne une installation fixe très importante ayant des rendements beaucoup plus élevés par le fait qu'on utilise une pompe de chaleur et beaucoup d'air ambiant, déjà chargé d'humidité, comme c'est le cas dans les régions chaudes situées au bord de la mer. Plus précisément, l'installation de l'invention est caractérisée par le fait que l'évaporation partielle de l'eau se fait à faible température par saturation d'air ambiant comportant déjà une certaine proportion de vapeur d'eau, la majeure partie de l'eau n'étant pas évaporée et légèrement concentrée en sel, étant rejeté, étant entendu que sa température s'est alors abaissée du fait de l'évaporation. Dans l'installation de l'invention, l'échauffement de l'eau de mer est réalisé essentiellement successivement par une pompe de chaleur qui donne, en outre, l'eau froide neces- saire à la condensation, et une chaudière, l'eau de mer étant préalablement tiédie par récupération des calories produites dans les refroidisseurs, condenseurs, chaudières et en général les différentes machines thermiques et thermodynamiques de 1' ins- tallation. Si l'installation de l'invention doit être prévue dans des parties du globle relativement chaudes, et c'est là généralement qu'il y a un manque d'eau de pluie et que les installations de dessalement d'eau de mer sont utiles, on pourra encore prévoir d'échauffer l'eau de mer dans un bassin intermédiaire. Toutefois l'intéret de ce bassin sera souvent limité par son refroidissement superficiel produit par l'évaporation de lteau0 Il faudra donc prendre des précautions pour diminuer cette évaporation. La caractéristique essentielle de l'installation de l'invention est que la distillation partielle de l'eau de mer est réalisée dans une tour, semblable à une tour de refroidissement, mais fermée sur le dessus, où la circulation de flair est accélérée par un ventilateur, tour dans laquelle est admis directement l'air tiède extérieur et d'où l'eau sursalée est éliminée tandis que l'air humide est propulsé par tirage et par le ventilateur vers les appareils de condensation où il est canalisé par des conduites appropriées. Une seconde caractéristique importante de la présente invention réside dans le fait que la condensation de l'eau s'opère dans un appareil de taille suffisante, généralement grande, pour traiter le volume d'air humide produit dans la tour et se composant - d'une première zone de refroidissement, refroidie par l'eau de mer, d'où cette eau est échauffée et dirigée à un endroit convenable de la conduite d'alimentation en eau à distiller - et d'une deuxième zone de condensation proprement dite, refroidie par l'eau froide provenant de la pompe de chaleur. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des cription ci-après qui en donne un exemple non limitatif de réalisation pratique et qui est illustrée par le dessin joint qui en est un schéma simplifié de réalisation. On a représenté une installation se trouvant au bord de la mer I et se composant essentiellement d'une section d'échauffement de l'eau, repérée globalement par 2, une section dlévapo- ration, repérée globalement par 3, et d'une section de condensation et récupération de chaleur, repérée globalement par 4. L'eau échauffée peut être pompée directement dans la mer 1 par la conduite 5 où encore être pompée dans un bassin intermédiaire 6 au moyen de la conduite 7, représentée en pointillés. Le bassin 6 est alimenté en eau de mer par la conduite 8 et la pompe 9. L'eau du bassin 6 est généralement plus chaude que l'eau de la mer 1. En effet, elle peut être échauffée par le rayonnement solaires Toutefois il s'y produit une évaporation intense qui tend, a contrario, à refroidir l'eau e#sur- face. Cette évaporation pourrait être éliminée en recouvrant le bassin 6 d'une toiture transparente, genre serre. Cette dernière réalisation est cependant onéreuse. Une solution économique consiste à recouvrir la surface du bassin d'une feuille de péllicule de matière plastique translucide, tel que du polyéthylène. On ne s'étendra pas sur ces moyens qui sont connus et décrits dans d'autres publications ; ils ne font d'ailleurs pas partie de la présente invention. L'eau de la conduite 5 est à une température de l'ordre de 30 à 35"J et d'un maximum de 400 lorsqu'elle a été réchauf- fée dans le bassin 6. La conduite 5 aboutit à la section d'échauffement 2 dont l'appareil principal,qui est original, en combinaison avec les autres dispositifs de l'invention, est une pompe de chaleur 10 qui est aussi un dispositif connu et applique de plus en plus fréquemment depuis un certain temps en raison de son rendement thermodynamique élevé, par définition, lorsqu'on dispose d'une source de chaleur abondante mais à température peu élevée.La source chaude de la pompe de chaleur 10 est constitubée par l'eau du bassin 6 qui y est pompée par la conduite ll L'eau du bassin 6 est donc refroidie dans la pompe de chaleur 10 et envoyée, par la conduite 12, vers la section de condensation 4, comme il va être indiqué plus loin au cours de la présente description Lieau réchauffée à 50-55 , véhiculée par la conduite 13 à la sortie de la pompe de chaleur 13 est envoyée dans une chaudière 14 qui l'élève à une température de l'ordre de 800 et qui l'envoie à la section d'évaporation 3 au moyen de la conduite 15. L'air comburant de la chaudière 14 est matér allsé par la flèche 16. Les fumées résultant de la combustion dans la chaudière sont canalisées par le carneau 17 pour être envoyées vers l'échangeur économiseur 18 qui revoit lteau froide par la conduite 5 et envoie l'eau échauffée par la conduite 19, vers la pompe de chaleur 10. Les fumées venant du carneau 17 se refroidissent dans l'échangeur économiseur 18 pour être envoyées à la cheminée 20 La pompe de chaleur 10 est entraînée mécaniquement par un arbre 21 à partir de la centrale de puissance 22 qui sera généralement un moteur diesel mais pourra être un autre dispositif à moteur thermique, par exemple une turbine à gaz. La centrale de puissance 22 produit de la chaleur vous forme de gaz d'échappement qui pourront etre utilisés dans l'gehan- geur 18; de la meme façon que les fumées venant de la chaudière 14. La centrale 22 produit aussi de l'eau chaude, dans le cas d'un moteur diesel, qui pourra etre envoyée par la conduite 23 à l'économiseur 18, l'eau froide revenant par la conduite 24. Comme on l'a précisé tout à l'heure, la conduite 15, à la sortie de la section d'échauffement de l'eau 2, transporte de l'eau à environ 800 vers la section d'évaporation 3 qui va maintenant être décrite. On connaît depuis longtemps, au voisinage des centrales thermiques, notamment, les refroidisseurs atmosphériques qui sont constitués par des tours dont beaucoup sont des réfrigérants hyperbolo-tdiques à tirage naturel mais dont d'autres, plus petits que les réfrigérants hyperbololdiques, sont des tours en béton, généralement, comportant un ventilateur accélérateur de tirage. C'est ce dernier type de tour qui a été aménagé pour être appliqué dans l'installation de la présente invention. Plus précisément, la tour d'évaporation 25, comprend une base cylindrique 26 et un haut tronconique 27.Au niveau de la jonction entre la base 26 et le haut 27, se trouvent des rampes de pulvérisation 28, 29, alimentées par la conduite 15 et laissant tomber 1 t eau en pluie vers le bas de ladite partie cylindrique 26. A la partie inférieure de la base cylindrique 26, se trouvent des trous 30 laissant entrer l'air atmosphérique, comme matérialisé par la flèche 31. L'échangeur écono miseur 18 réchauffe, on l'a vu, de mer de la conduite 5 pour envoyer de l'eau chaude dans la conduite 19. Une partie de cet échangeur 18 est prévue aussi pour réchauffer de l'air atmosphérique, matérialisé par la flèche 33 et entrant par ltou- verture 34, air qui est alors échauffé et conduit par la buse 32 à la base de la partie cylindrique 26, comme matérialisé par la flèche 35.En fait, la buse 32 peut comporter un embranchement annulaire qui distribue cet air chaud régulièrement à la base de la tour 25. Dans la partie centrale de la tour 25, se trouve une colonne 36 contenant un arbre de transmission vertical supportant l'hélice 37 qui est entraînée par un moteur situé dans le boîtier 38. L'eau chaude pulvérisée par les rampes 28 et 29 est partiellement évaporée par flair chaud venant de l'échangeur 18 par la buse 32, (flèche 35) et par l'air extérieur entrant par les trous 30 (flèche 31) L'air atmosphérique se trouvant au bord de la mer dans les régions chaudes contient environ 50 g d'eau par m3 9 c'est le cas aussi bien de l'air entrant par le trou 30 que par la buse 32. Cet air est capable de se saturer d'humidité, surtout si la température s'élève. En fait, dans la partie tronconique 27, l'atmosphère est à environ 60-700 et environ 10 ss de l'eau pulvérisée par les rampes 28, 29 est évaporée.Cet air humide, aspiré par l'hélice 37, est envoyé dans la conduite de gros diamètre 9 vers la section de condensation 4. L'eau pulvérisée par les rampes 28 et 29, qui n'est pas évaporée, ce qui représente environ 90 % du volume, est refroidie par l'évaporation des 10 ffi restant. En effet, la transformation d'eau en vapeur demande environ 600 Kcal par litre. L'eau non évaporée est recueillie à la base de la partie cylindrique 26 et est éliminée par la conduite 40 pour etre rejetée à la mer car elle est sursalée. La conduite de gros diamètre 39 est dirigée vers la section de condensation 4 qui est constituée, essentiellement par un refroidisseur-condenseur 41, de très grande capacité, et qui à la forme d'un tunnel se décomposant, au début, en une zone de refroidissement 42 et, à la fin, en une zone de condensation 43. La structure générale du refroidisseur condenseur 41 est celle d'un très grand échangeur tubulaire ou à lames. Les deux zones 42#et 43 sont séparées, schématiquement, par la ligne pointillée 44. La zone de refroidissement 42 reçoit de l'eau de mer, par la conduite 45, qui est injectée à la fin de ladite zone 42 pour remonter, à contre-courant, et ressortir échauffée dans la conduite 46 d'où elle est dirigée en un endroit convenable de la conduite d'alimentation en eau à échauffer 5, 19 ou 13, comme cela est matérialisé par des lignes pointillées 47, 48, suivant la température où se trouve l'eau dans ces différentes conduites et suivant les besoins de l'installation, pour obtenir le meilleur rendement possible. Dans la zone de condensation 43 > on admet de l'eau sortant de la pompe de chaleur 10 et véhiculée par la conduite 12 à une température pouvant etre de l'ordre de O à 50 La conduite 12 injecte l'eau à na fin de la zone de condensation 43, eau qui ressort en début de la zone de condensation par la conduite 49 pour être rejetée à la mer On récolte de l'eau condensée par la conduite 50. L'air refroidi, débarrassé de la plus grande partie de son humidité dans le refroidisseur-condenseur 41, est canalisé par la buse 51 vers un séparateur 52 qui récupère encore des gouttelettes d'eau, récupérées par la conduite 54 et rejette l'air, relativement sec, à l'atmosphère par la cheminée 53. L'eau de la conduite 54 est collectée, comme L'eau de la conduite 50 par le tuyau 55 qui sera dirigé vers le réservoir d'eau douce. Il faut insister sur le fait que l'eau traitée dans la tour de refroidissement 25 ne cède qu'environ 10 ,o# de son poids. La formation. de croûte de sel dans l'ensemble de l'ins- lallation est donc éliminée puisque l'eau salée éliminée par la conduite 40 contient seulement environ 4 % de sel de sodium et de magnésium et qu'elle nta pas subi une élévation de température supérieure à 800. Il s'ensuit que l'entretien des ins tallations se trouve fortement réduit par rapport à l'entre- tien des installations évaporant plus complètement l'eau. En raison de la récupération qui est faite, de l'utilisation d'une pompe de chaleur et du fonctionnement à température basse, nettement inférieure à 1000, réduisant les pertes calorifiques, la quantité totale d'énergie utilisée est beaucoup plus faible que dans les installations conventionnelles. On estime qu'il est possible de faire des unités traitant de 10 000 à 40 000 m3 d'eau par heure, ce qui donne des productions de 25 000 à 100 000 m3 d'eau douce par jour, la création de plusieurs unités peut produire de liteau suffisante aux besoins non seulement de la consommation en eau potable mais aussi en eau pour l'agriculture des pays qui en sont dépourvus. Naturellement des modifications pourront être apportées à l'installation prévue, dans le cadre des équivalents techniques, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10/ Installation de production d'eau douce par dessalement de l'eau de mer fonctionnant par échauffement de l'eau de mer, évaporation, saturation d'air par de l'humidité et condensation, c a r a c t é r i s. é e par le fait que l'évaporation partielle de l'eau se fait à faible température par saturation d'air ambiant, comportant déjà une certaine proportion de vapeur d'eau, la majeure partie de l'eau n'étant évaporée et légèrement concentrée en sel étant rejetée, étant entendu que sa température s'est alors abaissée, du fait de l'évaporation. 20i Installation de production d'eau douce, telle que définie dans la revendication 1, c a r a c t é r i s é e par le fait que l'échauffement de l'eau de mer est réalisé essentiellement, successivement, par une pompe de chaleur qui donne, en outre, l'eau froide nécessaire à la condensation et une chaudière, l'eau de mer étant préalablement tiédie, par récupération des calories produites ou récupérées dans les refroidisseurs, condenseurs, chaudières et différentes machines thermiques et thermodynamiques de l'installation. ) / Installation de production d'eau douce, telle que définie dans la revendication 2, c a r a c t é r i s é e par le fait que l'eau de mer est tiédie par un séjour dans un bassin intermédiaire où l'on prend des dispositions pour'limiter ltévaporation. 40/ Installation de production d'eau douce, telle que définie dans l'une ou l'autre des revendication 1, 2, 3, prise isolément, c a r a c t é r i s é e par le fait que la distillation partielle de l'eau de mer est réalisée dans une tour, semblable à une tour de refroidissement, mais fermée sur le dessus, où la circulation de l'air est accélérée par un ven tilateur, tour dans laquelle est admis directement l'air tiède extérieur et d'où l'eau sursalée est éliminée tandis que l'air humide est propulsé par tirage et par le ventilateur vers les appareils de condensation où il est canalisé par des conduites appropriées. 50/Instaîîation de production d'eau douce, telle que-déffnie dans l'une ou l'autre des revendications 2, 4, prise isolément, c a r a c t é r i s é e par le fait que les calories, provenant des appareils récupérateurs et différentes machines thermiques et thermodynamiques de l'installation sont utilisés comme moyen complémentaire au chauffage de lteauO 60/ Installation de production d'eau douce, telle que définie dans l'une ou l'autre des revendications précédentes, prise isolément, c a r a c t é r i s é e par le fait que a condensation de l'eau siopère dans un appareil de taille suffisante pour traiter le volume d'air hçlrsjidp dans la tour et se composant - d'une première zone de refroidissement, refroidie par de l'eau de mer, d'où cette eau est échauffée et dirigée à un endroit convenable de la conduite d'alimentation en eau 2 aistiller et d'une deuxième zone de condensation proprement dite, refroidie par l'eau froide provenant de la pompe de chaleur. 70/ Installation de production d'eau douce, telle que définie dans la revendication 6, c a r a c t é r i s é e par le fait que l'air sortant du condenseur passe dans un séparateur pour en récupérer les gouttelettes d'eau.