Brevet FR2534293A1 — publié le 19840413

La présente invention concerne des perfectionnements aux installations de production d'énergie électrique et de dessale ment à partir de sources chaude et Froide saumatres présentant un Faible #T, mises en oeuvre dans un cycle ouvert On connait à ce jour les procédés et matériels de dessalement utilisant l'évaporation "flash". On connaît également le procédé de production conjointe d'électricité et d'eau douce par cycle ouvert basse pression, utilisant des sources de chaleur à faible #T naturel ou artificiel. Par ailleurs il a été proposé d'abaisser le cout des enceintes volumineuses nécessaires dans ces procédés en les réalisant en béton armé (par exemple brevet Français N 981254 au nom du CNRS). Les inventeurs eux mêmes ont proposé demande de brevet fran çais N 81 20506) des moyens destinés à assurer la circulation des fluides et à réaliser de fagon économique las rotors et les enceintes nécessaires à ces installations. Il est admis que daseosissements de oout considérables sont nécessaires pour assurer la diffusion de ces types de matériels, mais sans compromettra pour autant leur fiabiliteO Par exemple, les modes de réalisation en béton armé proposés à ce jour ne par- mettaient certainement pas d'assurer dans le temps une étanchéib téà l'air sous pression du Fait des fissuras et capillaires du béton et du vieillissement des enduits D'autre part dans l'installation CNRS dontil est fait mention précédemment, il est fait appel à des pompes sur les canali sations d'arrivée et de départ de l'eau, sources d'infiltration d5air selon nous, au niveau des brides, des arbres et des commandes. D'une fagon générale, la plupart des installations proposées font appel à des enceintes à simple ou double courbure (cylindres tores, sphèroides) justifiées dans le cas de la réalisation an métal mais inadaptées à la construction courante en béton armé du fait du coût élevé de leurs coffrages et farraillages. Plus généralement, ces formes entrainent un rapport trop élevé de volume clos sous vide par surface de plateaux d'évaporation et de condensation. Enfin, aucun procédé satisfaisant n'a été proposé permettant de fabriquer des disques-turbine adaptés aux très basses pres- sions, légers et peu coûteux tout en demeurant résistants aux grandes vitesses de rotation Dr, dans les types d'installations précités, vouées à des programmes où les contraintes de rentabilité sont drastiques, le coût des turbines conventionnelles pèse trop à lui seul sur le coût global tolérable. La présente invention est relative à des moyens destinés à perfectionner les installations du type précité en an corri- geant les défauts ci-dessus énumérés 9 elle concernerait la mise en oeuvre d'unités fiables accessibles aux entreprises de béton et de travaux publics. Suivant une caractéristique de l'invention, l'enceinte ou les enceintes réalisées en béton armé et contenant les plateaux d'évaporation et de condensation à simple ou multiples étages est/sont isolées de l'air extérieur par de l'eau à pression et- mosphérique.Cette disposition tràs favorable à la conservation des bétons et enduits, est partiellement réalisée dans les ion5 tallations flottantes (énergie des mers par exemple) ; mais à ce jour les installations terrestres sous vide n'utilisent pas de protection liquide générale, #qui par ailleurs a fait ses preuves dans d'autres applications et à des pressions différentes (joints hydrauliques pressurisés) ; ils se contentant d'enduits, vernis, peinture, destinés à boucher les pores et microfissures du béton, particulièrement insuffisants face à de l'air sous pression. Dans le cas de la protection par eau, l'inévitable percolation d'eau à travers les pores des enduits et du béton ne met pas en cause le niveau de vide dans les enceintes et l'apport d'eau demeure négligeable par rapport aux débits importants circulant dans ces installations. Suivant l'invention, les enceintes à basse pression inté rieure sont immergées au maximum, ou de préférence, en totalité, dans des réservoirs épousant plus ou moins étroitement leurs formes. Les dits réservoirs peuvent servir de chanteau d'eau ou de réserve pour l'eau produite par 1' installation. Suivant une autre caractéristique de l'invention on donne de préférence aux enceintes à basse pression un volume aplati, orthogonal et parallàlépipàdique, facile à réaliser en béton, et se prêtant à toutes sortes de rationalisations de chantier, telles que l'emploi de dalles préfabriquées formant coffrage perdu. La résistance à l'écrasement de ces caissons plats est obtenu par des murs ou cloisons verticales formant poutres intérieures et divisant. les portées de telle sorte que. les efforts de flexion restent faibles. L'ensemble aurait la forme d'un plancher à caisson multicellulaire ; on pourrait bien entendu donner des profils permettant d'encaisser les efforts tranchants, tels que pans coupés, voutains, usuels dans la construction des radiers de fondation.Le caisson reposerait simplement sur des cales ou lambourdes disposés au fond du réservoir où il est immergé, ce qui laisserait libre le jeu des dilatations. Suivant ce mode de réalisation conforme à l'invention, on obtiendrait un rapport favorable de 0,5 m3 par ma de surface utile, et les cloisons verticales permettraient de canaliser la vapeur et l'eau pour éviter les turbulences. Suivant une autre caractéristique de l'invention, afin d'sévi ter l'interposition de pompes sur les canalisations d'arrivée et de départ d'eau, nuisibles à l'étanchéité à l'air extérieur, on organise la circulation dans l'enceinte ou les enceintes sous vide par simple effet de vases communiquants entre des bacs in férieurs maintenus artificiellement à hauteurs variables différentes en fonction des conditions de fonctionnement optima (variable selon la pression atmosphérique et dans 1 'objectif de consommer une énergie minima de pompage) et les plateaux d'évaporation et de condensation situés. an moyenne entre 7 et 10,50 m au-dessus du niveau des bacs inférieurs.Dans ce cas, les canalisations montantes et descendantes plongent simplement leurs extrèmités dans l'eau des bacs, et l'on peut ainsi multiplier des canalisations de petit diamètre, chacune par exemple desservant une alvéole du caisson. Cette disposition permet de régulariser les débits par l'action de clapets obturateurs en partie basse des colonnes montantes ; cette disposition assure par ailleurs des simplifications de construction, elle affaiblit moins la structure supérieure que les fortes sections de tuyau, elle permet l'uti- lisation de tubes industriels de diamètre cpurant, notamment des tubes PVC renforcés ou similaires, totalement imperméables et incorrodables. Selon une autre caractéristique de l'invention, dans le cas où l'installation est destinée à la production d'énergie électrique et nécessite la mise en oeuvre d'une turbo machine, le ro- tor réalisé de fanon conventionnelle par des ailettes assemblées sur un disque serait lourd et coûteux ; on propose suivant l'in vention de réaliser un type de disque-turbine simplifié adapté aux faibles pressions et températures mises en jeu.Suivant l'invention, on propose de réaliser le rotor en accollant deux disques métalliques dont les ailettes seraient venues de fabrication par découpe et formage dans une tôle plane ; vrillées aux angles d'incidence désirables, ces ailettes s'encastreraient au moyen d'encoches et produiraient par leur alternance un profil se rapprochant étroitement du profil idéal des ailettes préf abri- quées (fraisage, alésages micro-fusion) des turbines courantes. L'ensemble des disques soudés l'un à l'autre pourrait etre rigidifié par estampage. Des disques de ce type seraient plus légers que les disques habituels, ce qui permettrait l'utilisation de palliers en téflon auto-lubrifiés, supprimant la nécessité des roulements à~billes. Une des applications préférentielles de l'invention concernerait la réalisation d'une unité compacte comportant une#sta- tion de pompage intégrée, un ensemble de bacs formant fondations, un château d'eau situé à une hauteur de lQ-m environ au-dessus de ces bacs, porté par des voiles ou une ossature, et contenant un caisson immergé abritant les organes de condensation et éva portion et associé à une turbo-machine ; l'ensemble étant autonome énergétiquement et fournissant de l'eau douce à partir d'un ensemble de bassins solaires d'eau salée réalisant la source chaude et la source froide. L'invention et la mise en oeuvre apparaitront plus clairement à l'aide de la description détaillée qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure-l montre une coupe verticale selon AA d'un mode de réalisation d'une machine conforme à l'invention - la figure 2 montre une coupe verticale selon BB d'un mode de réalisation d'une machine conforme à l'invention - la figure 3 montre une vue en plan selon CC - la figure 4 montre une vue en plan selon DO - la figure 5 montre un détail à grande échelle d'un mode de réalisation conforme à l'invention selon E - la figure E montre un exemple d'un mode de réalisation d'un rotor de turbine adapté aux basses températures et basses pressions congu selon l'invention. Comme on le voit particulièrement aux figures 1 et 2 l'en ceinte générale 1 est réalisée an béton armé et contient les cellules évaporateur 5 et condenseur 6 elles-memes réalisées an subdivisant e volume général 1 par des refends et cloisons intérieurs 7 en béton armé. Selon une des caractéristiques principales de l'invention, l'enceinte générale 1, à l'intérieur de laquelle règne des pressions sub-atmosphériques réalisées en V1 et V2, est isolée de l'air extérieur par de l'eau 3 à pression atmosphérique contenue dans au moins un réservoir 2. Chaque cellule évaporateur ou condenseur enclot elle~meme un volume 8 de dégazages un plateau médian S de support des pipes 27 d'admission et de répartition des eaux, un volume 10 de pro diction de vapeur. Sur le trajet de la vapeur depuis se production au bouilleur 5 vers le condenseur 6 peut etre interposée une turbo-machine ll Le bouilleur 5 et le condenseur 6 sont Pespectivement alimentés en eau chaude et froide par la famille de tuyauteries 13, 13'... L'alimentation en eau 3 du bac supérieur 2, et servant à l'étanchéité à l'air de l'enceinte multicellulaire 1, se fait par la tuyauterie 15 et un niveau minima 12 est respecté en fonctionnement de manière à ce que la plus grande partie de l'enceinte 1 soit immergée. Un réservoir additionnel 16 peut constituer une réserva d'eau douce supplémentaire et augmenter le volume du château d'eau. L'ensemble de ces réservoirs 1, 2, 16 est supporté par une charpente béton ou métallique 17 et situé en ce qui concerne l'enceinte sous vide 1 antre 7,5 et 10 m du sol de tanière à# faire floche barométrique" grecs aux familles de tuyauteries 13 et 14 trempant dans les bacs inférieurs 18 et 19 situés sensiblement au niveau du sol. Les bacs inférieurs peuvent être au nombre de cinq. L'alimentation en eau chaude se fait grecs à la pompe 21 qui permet de choisir le niveau d'eau optima 22 dans le bac 18 en fonction des conditions de débit désirées et de la pression atmosphérique du moment. La sortie d'eau chaude refroidie se fait par le bac 19 ; le niveau de ce bac devant permettre l'extraction naturelle de l'eau est donc choisi de selon à obtenir un niveau correct en 23.Le phénomène est identique du- côté froid grâce à la pompe 24, aux bacs 18' et 19' . Toutefois, afin de ne pas polluer l'eau douce obtenue après condensation de la vapeur, un échan geur 25 peut être adjoint sur le circuit froid et immergé dans un bac 20 dans lequel circula l'eau froide saumâtre- grâce à la pompe 26. Un détail de réalisation de l'enceinte multicellulaire 1 immergée dans l'eau 3 contenue dans un réservoir 2 est représenté figure 5. Après la mise en oeuvre de prédalles 28 Formant cofFrage perdu sur des cales ou lambourdes béton armé 29, une étanchéité 30 bitumineuse, plastique, silicone ou autre est mise en oeuvre. Le caisson multicellulaire 1 est alors réalisé à 1' aide de coffrages verticaux pour les refends 7 et les parois extérieures. Les plateaux intermédiaires 9 comportant en scellement les pipas d'admission 27 sont alors posés et correctement rejointoyés. Des prédalles supérieures 31 sont placées de fasn à pouvoir couler la face supérieure de l'enceinte 1. Des joints de dilatation 32 sont ménagés.L'étanchéité 30 est alors reprise de fanon à enrober la totalité-de l'extérieur du caisson 1. Lorsque la pression subatmosphérique règnera dans le caisson, l'étanchéité 30 se plaquera et même pénétrera les pores du béton de fanon à obstruer quasi totalement les micro-fuites. L'immersion annule complètement la perméabilité à l'air et est très favorable au vieillissement du béton et des enduits d'étanchéité. Une toiture générale 33 par exemple en amiante ciment peut être posée de fanon à protéger l'eau 3 et l'ensemble du chateau d'eau autoproductaur, des salissures et des agents atmosphériques en général. A titre explicatif et non limitativement, une réalisation de 10 Kw de puissance électrique installée produit également 20 T/jour d'eau dessalée. L'enceinte multicellulaire 1 a des dimensions extérieures de 4.00 x 4.00 x 1.00 et est immergée dans l'eau 3 contenue dans le réservoir 2 dont les dimensions sont de 5.00 x S.D0 x 2.00 m. L'ensemble est placé sur une charpente béton 17 à une hauteur de 8 à 10 m du sol. Les bacs 18, 19, 20 au sol ont des dimensions extérieures également de 5.00 x5.00, servent de fondation à l'ensemble et s'appuient sur une semelle générale 34. Les plateaux d'évaporation 5 et de condensation 6 ont des surfaces de 8 m2 chaque, le rotor de la turbine 11 un diamètre de 0.60 m. L'ensemble ainsi réalisé forme un chateau d'eau autoprodue teur d'eau douce avec ou sans production conjointe d'électricité. L9adaptatiDn des puissances est aisée par simple augmenta tion des surfaces et des débits mis en oeuvre, et la gamme de puissance préférentiellement visée est de 10 à 200 Kw. DiFférents dispositiFs peuvent être retenus en-vue dSamé livrer l'étanchéité du caisson multicellulaire 1. D'abord au coulage du béton une ama métallique générale peut y etre inséréa dans l'épaisseur même du banché Elle servirait d'armature principale et d'étanchéité On peut également mettre des additifs dans l'eau 3 dans le cas où celle-ci ne serait pas potable, tels cendras, pouzzolane ou tout solvant chimique tendant à colmater les pores du béton. Dans le même objectif une feuille plastique générale soudée et collée sur les parois de béton peut envelopper le caisson 1 et tendrait à se plaquer lorsque la dépression y est réalisée. Toujours selon l'invention, le rotor de la turbine 11 peut être réalisé à partir d'un mode nouveau particulièrement adapté aux conditions de basses températures et basses pressions. Le dit rotor est obtenu par assemblage de deux disques métalliques résistants 34 et 35 par exemple en acier inoxydable fournissant par découpe chacun la moitié des aubages 36 du rotor. Les aubages 36 sont obtenus par découpe 37 et une encoche 38 est ménagée au pied de chaque ailette 38 en vue de l'amboitement des deux disques. Ce pied 39 de l'aubade 36, après découpe de l'encoche 37, a par exemple une demie largeur du dit aubage et est axé sur celui-ci Une torsion est alors réalisée sur chaque pied 39 d'ailettes 36, puis le corps même de l'ailette 36 est formé par matrigage. Les bords 40 des aubages 38 sont usinés, arrondis aux bord d'attaque et laminaires aux bords de fuites. Les deux disques 34 et 35 sont alors estampés puis assemblés antre eux par tous moyens connus. Le disque rotor obtenu est alors léger, résistant et d'un mode de fabrication beaucoup moins onéreux que fabriqué par les procédés habituels. REVENDICATIONS 1. Mode de réalisation d'une machine, composée d'enceintes en béton armé 1, maintenues à pression subatmosphérique, dans lesquelles circulent des sources d'eau chaude et froide présentant un faible ~ T naturel ou artificiel, destinée à produire du dessalement d'eau avec ou sans production conjointe d'électricités et caractérisé an ce que les enceintes béton 1 sont réalisées sous forme de caissons multicellul ai ras 5 et 6 sensiblement ortho gonaux, immergés partiellement ou totalement dans un volume d'eau 3 à pression atmosphérique contenu dans un réservoir en béton 2, lui-même sensiblement orthogonal 2.Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la résistance à l'écrasement dû à la pression atmosphérique 53exer- chant sur les parois extérieures des caissons an béton armé 1 est obtenue par la mise en Oeuvre de poteaux, refends et cloisons intérieurs an béton armé 7 plans ou courbes, les dits cloisons, rE- fends et poteaux servant également à canaliser les fluides qu'ils soient an phase liquida ou en phase vapeur, et servant également à empêcher les turbulences, et l'ensemble formant ainsi un caisson multioellulaire résistant 1. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 caractérisé en ce que le volume général du caisson multicellulaire 1 est sensiblement parallèpipèdique applati dans le sans horizontal, et que le rapport de surface horizontale des plateaux bouilleur et condanseur 9 au volume enclos, est sensiblement de 0,5 m3 pour 1 ma, les dits plateaux étant réalisés dans un même plan horizontal et l'-ensemble étant enclos par deux dalles horizontales béton armé, et par des cloisons extérieurs et refends intérieurs 7 sensiblement parallèles et verticaux et espacés d'environ 1,00 m. 4, Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les étanchéités à l'air et à l'eau du caisson multioellulaire béton armé 1 est amélioré par enduction extérieure d'un produit 30 du type bitumineux, silicone ou enduit plastique sur le béton lui-meme, le dit béton étant soumis à une dépression intérieure, ou encore par la mise an oeuvre d' une âme métallique continue, au moment du coulage du béton, à l'intérieur même des parois et servant d'armatures et assurant l'étanchéité. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que les étanchéités à l'air et à l'eau du caisson multicellulaire 1 en dépression dans l'eau 3 à pression atmosphérique, sont améliorées par ajout dans ladite eau de particules très fines en suspension telles pouzzolane, cendres ; les dites particules colmatant progressivement et avantageusement les pores ouverts du béton ou les micro-fissures 6.Mode de réalisation d'une machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que 13étanchéité du caisson multicellulaire 1 est améliorée par la mise an oeuvre de feuilles plastiqua collées entra elles et sur la béton, et as pirées et plaquées contre le dit béton grâce à la dépression interne. 7 Machine selon l'une quelconque des revendications de 1 à 6 caractérisée en ce que la caisson multicellulaire maintenu à pression subatmosphériqua est destiné à réaliser des installations de dessalement par évaporation "flash" d'eau salée avec ou sans production conjointe d'électricité. 8. Mode de réalisation d'une machine selon 13une quelconque des revendications de 1 à 7 caractérisé en ce que le réservoir extérieur 2 contenant l'eau d'étanchéité 3 de l'enceinte multicellulaire 1 an dépression sert également de chanteau d'eau, et 1 'eau 3 contenue est douce et consommable et produite par dessa lamant dans la dite enceinte 1 cellulaire. 9. Machine selon l'une quelconque des revendications preca- dentes caractérisée en ce que les bacs 19 et 19 au sol permettant l'alimentation et le retour des eaux, formant socle et fondation 34 d'une structure 17 portant le chateau d'eau 2, et sont d3une surface projetée au sol sensiblement égala à celle du dit chateau d'eau contenant lui~meme le caisson multicellulaire immergé 1 et le tout formant un ensemble cloisonné, rigide, résistant et compact. 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que chaque sous enceinte 5 et 6 obtenue par division du caisson multicellulaire 1 dispose de ses propres canalisations montantes et descendantes 13 et 14, l'alimentation globale et le retour global des eaux chaudes et froides étant ainsi réalisés par une pluralité de tuyauteries de faible section, les dites familles de canalisations 13 et 14 pouvant être réalisées en matière plastique courante. 11. Mode de réalisation d'une machine selon la revendication 10 caractérisé en ce que la circulation et la régulation du débit des eaux introduites et soutirées dans un caisson béton armé 5 ou 6 à pression subetmosphériqua se fait sans pompe de circulation, par effet de vases communiquants à partir de bacs 18 ou 19 situés sensiblement au niveau du sol mais présentant une différence de niveau 22,et à travers la dit caisson 5 ou 6 situé à une hauteur sensiblement égale à 10 m colonne d'eau atmosphérique3, le caisson 5 ou 6 et le bac 18 ou 19 étant reliés entre eux par les tuyauteries 13 ou 14 montantes et descendantes dont les extrèmités basses sont immergées sous le niveau des eaux contenues dans les bacs 19 ou 19. 12. Mode de réalisation d'une machine selon les revendications 10 ou 11 caractérisé en ce que la régulation du débit est obtenue par au moins une pompe 21 coté chaud et une pompe 24 côté froid non situées sur les canalisations principales d'arrivée 13 et de dépôt 14 des eaux, mais permettant de maintenir à volonté une différence de niveau 22 déterminé dans le bac 18 d'alimentation modifiant ainsi l'intensité du vase communiquant. 13. Mode de réalisation d'une machine selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que son nettoyage interne et détartrage est réalisé par circulation en circuit armé d'un produit bactéricide, polyphosphate, solvant ou autres, la dite circulation étant réalisée et controlée depuis les bacs inférieurs 19,19, et par effet de vase communiquant à travers les enceintes béton 5,6. 14. Mode de réalisation d5une machine selon la revendication 1 caractérisé en ce que le rotor de la turbina 11 utilisé pour la production d'énergie mécanique et/ou électrique est du type particulièrement adapté aux basses températures et basses pressions, tel celui dont les aubages ou ailettes sont venues de fabrication par formage de deux disques métalliques plans, circulaires et minces, de quelques mm d'épaisseur, chaque disque permettant la réalisation de la moitié des aubages, les deux disques étant assemblés entre aux par soudure, rivetage, collage ou autres.