Brevet FR2434120A1 — publié le 19800321

La présente invention a pour objet des dispositifs évapo-condenseurs1 pour dessaler liteau. Le secteur technique de l'invention est celui de la production d'eau douce par distillation d'eau salée. On connaît dej des dispositifs évapo-condenseurs comportant des capteurs solaires et un bassin d'évaporation qui contient de l'eau salée qui circule en circuit fermé dans des capteurs solaires pendant la journée ou qui est chauffée par tout autre moyen. Le bassin d'évaporation est couvert par des surfaces de condensation planes et inclinées. Pendant la nuit ces surfaces de condensation se refroidissent et la vapeur d'au qui monte du bassin se condense au contact des faces inférieures de la couverture et ruisselle le long de eelles-ci. L'eau de condensation, qui est dessalée, est recueillie dans des goulottes situées le long des bords inférieurs des surfaces de condensation. La pente des surfaces de condensation doit être suffisante pour que les gouttelettes suivent la face inférieure jusqu'au bord inférieur sans retomber dans l'eau salée. Le rendement en quantité d'eau douce produite par unité de surface du bassin dépend, d'une part de la différence de température entre l'eau salée chaude et les surfaces de condensation et d'autre part, de la hauteur moyenne des surfaces de condensation au-dessus de la surface de l'eau. Généralement, les bassins de condensation ont une forme rectangulaire. Les surfaces planes de condensation utilisées a ce jour sont dispcr sées, comme le sont généralement les couvertures de maisons ou de serres avec des lignes de pente situées dans des plans transversaux et des lignes de faîte parallèles a la longueur du bassin. La hauteur moyenne h des surfaces de condensation au-dessus du niveau de l'eau est égale à X tg a, a étant la pente des surfaces de conden- sation qui ne peut pratiquement pas descendre au-dessous de 200. Avec une telle disposition des surfaces de condensation, les lignes de faîte étant parallèles à la longueur du bassin, si on conserve des largeurs de bassin Q relativement importantes,de l'ordre de plusieurs mètres, la hauteur moyenne h est relativement grande, et le rendement de la distillation est faible. Pour y remédier, il faut réduire la largeur des bassins mais alors le coût de construction de ceux-ci devient élevé. Un objectif de la présente invention est de procurer des dispositifs évapo-condenseurs qui remédient à cet inconvénient et qui permettent d'augmenter le rendement de l'opération de distillation sans accroître les frais de construction des installations. Un autre objectif de la présente invention est de procurer des dispositifs évapo-condenseurs très simples à construire, sans aucune char pente de soutien de la couverture et sans assemblage mécanique entre les plaque de la couverture, de telle sorte qu'on puisse le mettre facilement en oeuvre, sans nécessiter aucun outillage particulier et sans grands frais d'entretien. Un autre objectif de l'invention est de procurer des dispositifs évapo-condenseurs pouvant fonctionner par l'énergie solaire, de telle sorte qu'ils soient entièrement autonomes et qu'ils puissent être installés dans des régions#ne disposant d'aucune#source d'énergie. Un dispositif évapo-condenseur selon l'invention comporte, de façon connue, une source d'eau salée chaude, un bassin d'évaporation rectangulaire recevant cette eau, des moyens pour faire circuler ladite eau entre ledit bassin et ladite source, des surfaces de condensation inclinées couvrant ledit bassin et des goulottes disposées le long des bords inférieurs desdites surfaces pour recueillir l'eau douce. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen d'un dispositif de ce type dans lequel les surfaces de condensation sont consituées par des plaques pliées auto-portantes, dont les plis sont disposés suivant la largeur du bassin. Les surfaces de condensation sont constituées, de préférence, par des tôles en alliage d'aluminium. Avantageusement, les faces externes desdites tôles sont anodisées. Dans un mode de réalisation préférentiel, le bassin comporte au-dessus de chacun de ses deux côtés longitudinaux, une surélévation ayant la forme d'une suite de triangles isocèles sur lesquels s'appuient les ex trémités des plaques de la couverture. Les surfaces de condensation sont avantageusement constituées par des tôles de dimensions standard qui sont pliées un nombre impair de fois au moins égal à trois dans le sens de leur longueur et qui sont posées sur les triangles de ladite surélévation en se recouvrant deux à deux au sommet desdits triangles. L'invention a pour résultat la production d'eau douce par distillation d'eau salée en utilisant par exemple l'énergie solaire. Les évapo-condenseurs comportant une couverture selon l'invention présentent de nombreux avantages. Un premier avantage réside dans le fait qu'ils permettent de disposer les surfaces de condensation avec une pente supérieure à 300, qui conduit à un ruissellement régulier des gouttelettes le long de la face inférw-earedesdites surfaces, tout en ayant une valeur faible pour la hauteur moyenne des surfaces de ruissellement au-dessus de la surface de l'eau dans le bassin, ce qui permet d'obtenir un bon rendement de l'ordre de 2 m3 d'eau douce par 24 heures pour une surface de bassin de l'ordre de 100 m2. Un autre avantage des dispositifs selon l'invention réside dans le fait que les tôles en alliage d'aluminium,# anodisées extérieurement, cumulent les avantages suivants : la conductibilité des alliages d'aluminium est très bonne donc celles-ci se refroidissent rapidement pendant la nuit et évacuent facilement la chaleur de condensation. L'anodisation de la face externe rend celle-ci très émissive. A une température de l'ordre de 200, le pouvoir émissif de l'aluminium anodisé est de l'ordre de- 50 à 80 % du pouvoir émissif du corps noir, ce qui permet un très bon refroidissement nocturne des surfaces de condensation, Les alliages d'aluminium et de magnésium résistent bien à la corrosion par l'eau salée. De plus, ils ne donnent naissance à aucun composé toxique ce qui n'est pas le cas des tôles en acier galvanisé. Cette propriété est très importante pour la production d'eau potable. Enfin, les tôles en alliage d'aluminium ayant une longueur de l'ordre de 6 m sont produites couramment dans l'industrie et sont faciles à transporter. Cette longueur convient bien pour la réalisation de surfaces auto-portantes couvrant des bassins d'evaporation ayant une largeur de 6m. Le mode de réalisation des surfaces de condensation formées de tôles autoportantes dont les plis sont disposés suivant la largeur du bassin, permet de réaliser la couverture du bassin en posant simplement les tôles de façon qu'elles se recouvrent l'une l'autre, sans aucune charpente ni outillage particulier, ce qui facilite la construction et l'entretien des unités de dessalement dars des régions arides, généralement dépourvues d'énergie et de personnel qualifié. Les unités de dessalement selon l'invention, dans lesquelles l'eau salée est chauffée par l'énergie solaire et circule en circuit fermé, par effet de thermosyphon, entre un bassin d'évaporation et des capteurs solaires permet d'obtenir des installations de dessalement entièrement autonomes et très robustes, qui sont donc particulièrement adaptées aux régions arides ou désertiques où les besoins de production d'eau douce sont les plus grands. Afin d'améliorer la captation d'énergie solaire pendant la journée et donc la température de l'eau salée chaude, il est avantageux de munir l'installation d'une pompe de circulation qui accroît le débit d'eau salée qui circule en circuit fermé entre le bassin d'évaporation et les capt#eurs solaires. Avantageusement, cette pompe est une pompe solaire, ce qui permet d'obtenir un dispositif autonome, indépendant de toute source d'énergie autre que le soleil et egalement de faire circuler un débit d'eau qui est proportionnel à l'intensité du flux lumineux, ce qui conduit à un disposi tif auto-régulé. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représen tent, sans aucun caractère limitatif,un exemple de réalisation d'un disposi tif selon l'invention. La figure 1 est une vue d'ensemble schématique d'un dispositif évapo-condenseur selon l'invention. La figure 2 est une coupe longitudinale du bassin d'évaporation. La figure 3 est une coupe transversale du bassin d'évaporation selon l'invention. La figure 4 est une coupe transversale analogue à celle de la figure 3 d'un bassin d'évaporation de type connu. Un dispositif évapo-condenseur pour produire de l'eau douce par distillation d'eau salée, à partir de l'énergie solaire, comporte, de façon connue, un bassin d'évaporation I qui contient de l'eau salée 2, une instal lation de capteurs solaires 3 de tout type connu, par exemple des capteurs plans ou des collecteurs qui concentrent le flux lumineux et des moyens, par exemple une pompe 4, pour faire circuler l'eau salée en circuit fermé, pendant la journée, entre les capteurs 3 et le bassin 2, de telle sorte que l'eau du bassin# s'échauffe progressivement et atteint en fin de journée une température comprise par exemple entre 500 et 800C, selon les conditions climatiques. Le bassin 1 contient un volume d'eau relativement important, de telle sorte qu'il sert d'accumulateur de chaleur et que l'eau qu'il con tient se refroidit très lentement pendant la nuit.La hauteur d'eau dans le bassin 1 est par exemple de l'ordre de plusieurs décimètres à deux mètres. Les parois du bassin 1 sont étanches et isolées thermiquement de préférence. On a représenté sur la figure 1 le cas d'un bassin d'évaporation alimente au moyen d'une pompe 5 qui pompe l'eau salée dans une nappe enterrée ou dans une étendue d'eau salée. La quantité d'eau évaporée pen dant la nuit est remplacée chaque matin par un apport d'eau sa lée Le bassin d'évaporation est recouvert par des surfaces de condensation inclinées. Pendant la nuit, la couverture 6 se refroidit et la vapeur d'eau se condense au contact des faces inférieures des surfaces 6. Les gouttelettes d'eau ruissellent le long des surfaces 6 et sont recueillies dans des goulottes 7 qui sont disposées au-dessous des bords inférieurs on des arêtes des surfaces 6. Les goulottes 7 se déversent dans une goulotte collectrice 8 qui conduit l'eau douce vers un réservoir 8. Le bassin d'évaporation a généralement une forme rectangulaire allongée, par exemple une longueur de 25 m et une largeur de 4 m pour une surface d'évaporation de 100 m2. Les surfaces de condensation 6 doivent être suffisamment inclinées pour que les gouttelettes qui grossissent à mesure qu'elles ruissellent, ne risquent pas-de retomber dans le bassin d'eau salée. En pratique, on choisit une pente de 45 , mais celle-ci peut être réduite si le parcours des gouttelettes est réduit. A ce jour les surfaces #de condensation sont représentées comme le montre la figure 4 qui est une coupe transversale du bassin 1. Par analogie avec les toitures de maison ou de serre, on dispose au-dessus du bassin et transversalement a celui-ci une ossature 10 en forme de charpente et on pose sur celle-ci, des tôles planes inclinées Il dont la pente est par exemple de 450 et dont la ligne de faîte est disposée suivant la longueur du bassin. La hauteur moyenne h des surfaces de condezr sation au-dessus de la surface de l'eau est proportionnelle à Z et pour une surface S donnée, on ne peut réduire Z au-dessous d'une valeur de quelques mètres sous peine d'augmenter considérablement le périmètre du bassin et donc les frais de con#strution de celui-ci. Pour Z = 4 m, qui est une largeur pratiquement minima et une in # clinaison des surfaces de condensation de 450, la hauteur h = 4 = 1 m, La hauteur moyenne h est un facteur important du rendement du dispositif qui décroît sensiblement lorsque h augmente. Dans un dispositif selon l'invention, les surfaces de condensation 6 sont constituées par des tôles pliées autoportantes dont les plis sont disposés suivant la largeur du bassin. La figure 2 représente une coupe longitudinale du bassin et la figure 3 une coupe transversale, Les deux côtés longitudinaux du bassin comportent un mur en surélévation 12a, 12b dont le sommet est formé de triangles isocèles successifs 13 ayant un côté horizontal et deux côtés également inclinés sur l'horizontale, dont l'inclinaison est égale à celle que l'on désire donner aux surfaces de condensation, par exemple une inclinaison de 450. La figure 3 représente, en vue éclatée, une des tôles 14 qui composent la couverture. Ces tôles sont en alliage d'aluminium dont la face supérieure est anodisée électrolytiquement ce qui leur confère un pouvoir émissif élevé, de l'ordre de 50 à 80 % de celui du corps noir. Ce sont des tôles ayant par exemple une longueur de 4 m et une largeur de 1,50 m, La longueur est disposée suivant la largeur du bassin, de sorte que les petits côtés des tôles sont appuyés sur les côtés inclinés des triangles 13 formant des berceaux d'appui, avec interposition d'un joint d'étanchéité. Les tôles 14 sont pliées parallèlement à leur longueur, ce qui leur confère une rigidité suffisante pour les rendre auto-portantes sur une portée de 3,60m. Par exemple, comme le montre la figure 2, chaque tôle est pliée cinq fois à 900, la distance entre deux sommets successifs étant de 44,5 cm et la hauteur moyenne h' étant alors de il em seulement. Le nombre de plis de chaque tôle peut être évidemment différent de cinq, mais c'est toujours un nombre impair au moins égal à trois, de sorte que les deux plis d'extrémité se trouvent en haut. Au-delà de ces deux plis, on forme deux retours 15a, 15b de faible largeur, par exemple d'une largeur de 10 cm et les retours de deux tôles juxtaposées se recouvrent mutuellement comme le montre la figure 2. On voit donc que la couverture 6 est composée uniquement de tôles autoportantes, posées les unes sur les autres, sans aucune charpente de support intermédiaire et avec une hauteur moyenne h au-dessus de l'eau de l'ordre de 20 cm, sans que llinclinai- son des surfaces de condensation soit réduite. .Comme la longueur de -ruissellement des gouttelettes est réduite, de l'ordre de 30 cm seulement, on peut réduire la pente des tôles ce qui permet de réduire encore plus la hauteur m#oyenne h'. Au-dessous de chaque pli inférieur des tôles 14 de la couverture est disposée une goulotte transversale 7, légèrement inclinée qui recueille les condensats. Les goulottes 7 débouchent dans la goulotte collectrice longitudinale 8 qui se déverse dans le réservoir d'eau douce 9. Selon un mode de réalisation avantageux, le réservoir 1 peut être légèrement surélevé par rapport aux capteurs 3, comme le montre la figure 1. Dans ce cas, l'eau s'élève par thermosyphon dans les capteurs 3 et se déverse dans le réservoir d'où elle s'écoule ensuite par gravité vers les capteurs, de telle sorte que la pompe de circulation 4 peut être supprimée ce qui réduit la consommation d'énergie. Avantageusement, la pompe de circulation 4 et la pompe 5 d'alimentation en eau salée sont des pompes mues par un moteur électrique alimenté par du courant fourni par des cellules solaires photo-voltalques. Ainsi le dispositif est entièrement autonome et auto-régulé car la vitesse de la pompe de circulation, donc le débit de celle-ci, varient dans le môme sens que l'intensité du rayonnement solaire de sorte que la température de l'eau sortant des capteurs solaires 3 est sensiblement constante. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers éléments constitutifs du dispositif qui vient d'être décrit à titre d'exem- ple pourront être remplacés par des éléments équivalents, remplissant les mêmes fonctions. REVENDICATIONS 1 - Dispositif évapo-condenseur pour dessaler l'eau, comportant une source d'eau salée chaude, un bassin d'évaporation rectangulaire recevant cette eau, des moyens pour faire circuler ladite eau entre ledit bassin et la dite source, des surfaces de condensation inclinées couvrant ledit bassin et des goulottes disposées au-dessous des bords inférieurs desdites sur faces pour recueillir l'eau douce, caractérisé en ce que lesdites surfa ces de condensation sont constituées par des plaques pliées autoportan- tes dont les plis sont disposés suivant la largeur du bassin 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites sur faces de condensation sont constituées par des tôles en alliage d1alumi nium. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les faces externes desdites tôles sont anodisées. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit bassin comporte, au-dessus de chacun de ses deux côtés longitudinaux, une surélévation ayant la forme d'une suite de berceaux triangulaires sur lesquels s'appuient les extrémités des plaques de la couverture. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdites sur faces de condensation sont constituées par des tôles de dimensions standard qui sont pliées un nombre impair de fois au moins égal à trois dans le sens de leur longueur, dont les petits côtés sont posés sur les triangles de ladite surelevatîon en se recouvrant deux à deux au sommet desdits triangles. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, comportent des capteurs solaires, caractérisé en ce que l'eau salée circule en cir cuit fermé entre le bassin et lesdits capteurs par effet de thermosyphon. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte une pompe de circulation en circuit fermé de l'eau salée et une pompe d'alimentation en eau salée du bassin d'évapo ration qui sont des pompes solaires.