Brevet FR2561637A1 — publié le 19850927

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif pour produire de l'eau distillée à partir d'eau de mer, pendant les heures diurnes. Conformément au procédé visé par l'invention, on échauffe de l'eau de mer au moyen du rayonnement solaire par effet de serre, on canalise le flux d'eau de mer ainsi réchauffée jusqu'à un appareil évaporateur sous vide dans lequel le flux d'eau réchauffé est d'abord évaporé. puis condensé, et on recueille à la sortie de l'évaporateur l'eau distillée obtenue. Suivant une particularité de l'invention. ce procédé étant mis en oeuvre sur une surface marine abritée, telle qu'une rade ou un bassin, on condense la vapeur d'eau sur un condenseur refroidi par de l'eau de mer pompée dans la mer environnante. Le dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé comprend un système de serre apte à flotter sur la surface de l'eau de mer, dont au moins une partie de sa surface supérieure est transparente au rayonnement solaire, et à l'intérieur duquel peut entrer une couche superficielle d'eau de mer pouvant ainsi être progressivement échauffée, et un appareil évaporateur sous vide dans lequel peut pénétrer un flux d'eau de mer échauffée par effet de serre, cet appareil comportant une chambre de dégazage de l'eau de mer, une chambre d'évaporation et une chambre de condensation, ainsi que des moyens pour recueillir l'eau distillée à la sortie de la chambre de condensation. Le système de serre provoque, par le rayonnement solaire, l'élévation de la température d'un flux d'eau de mer qui s'y écoule. Cet échauffement est obtenu progressivement et de façon continue, de sorte qu'à la sortie du système de serre, à l'entrée de l'évaporateur sous vide, on réalise une différence thermique exploitable, de plusieurs dizaines de degrés. entre la température de l'eau de mer du flux et celle de l'eau de la mer environnnante, La circulation du flux d'eau de mer de l'entrée du système de serre jusqu'à l'évaporateur est amorcée par 1 évaporation de l'eau dans l'évaporateur. Suivant un mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention, le système de serre est formé d'une chaine de caissons flottants reliés entre eux de maniére à permettre la circulation d'un flux d'eau de mer échauffée progressivement du premier jusqu'au dernier caisson, chaque caisson comportant une coque dans laquelle est ménagée une canalisation permettant la circulation du flux d'eau de mer, et au moins un châssis vitré disposé sur cette coque et autorisant la pénétration du rayonnement solaire dans le caisson. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés qui en illustrent plusieurs formes de réalisation non limitatives - la Figure 1 est une vue en perspective d'une première forme de réalisation du dispositif de production d'eau distillée à partir d'eau de mer conforme à l'invention; - la Figure 2 est une vue en perspective à échelle agrandie par rapport à la Figure 1 d'un caisson de ce dispositif; - la Figure 3 est une vue de dessus de la coque du caisson de la Figure 2; - les Figures 4 et 5 sont respectivement des vues en élévation longitudinale et en bout du caisson de la Figure 3; - la Figure 6 est une vue en perspective d'une canalisation faisant partie du caisson des Figures 2 à 5;; - la Figure 7 est une vue schématique en élévation de 1 appareil évaporateur sous vide faisant partie du dispositif selon l'invention; - les Figures 8 et 9 sont respectivement des vues en perspective et en élévation latérale d'une seconde forme de réalisation du caisson faisant partie du dispositif selon l'invention; - la Figure 10 est une vue en perspective schématique d'une troisième forme de réalisation du dispositif selon l'invention; - la Figure Il est une vue en coupe longitudinale du dispositif de la Figure 10. Le dispositif représenté aux Figures 1 à 7 est destiné à la mise en oeuvre d'un procédé de production d'eau distillée à partir d'eau de mer, sur une surface marine abritée telle qu'une rade ou un bassin, Ce dispositif comprend un système de serre apte à flotter sur la surface de l'eau de mer 1, dont au moins une partie de sa surface supérieure est transparente au rayonnement solaire, et à l'intérieur duquel peut entrer une couche superficielle d'eau de mer pouvant ainsi être progressivement échauffée. Le dispositif comprend également un appareil évaporateur sous vide 2, représenté schématiquement à la Figure 7, dans lequel peut pénétrer un flux d'eau de mer échauffée par effet de serre, des moyens étant prévus pour recueillir l'eau distillée à la sortie de l'evaporateur 2. Le système de serre visible à la Figure 1 est formé d'une chaine de caissons flottants 3, reliés entre eux de manière à permettre la circulation d'un flux d'eau de mer 10 échauffée progressivement du premier caisson 3a jusqu'au dernier caisson 3b, et qui débouchent dans 1 évaporateur sous vide 2. Chaque caisson 3 comporte une coque 4 dans laquelle est ménagée une canalisation 5 permettant la circulation du flux d'eau de mer, et au moins un châssis vitré 6 disposé sur la coque 4, autorisant la pénétration du rayonnement solaire dans le caisson 3. Le châssis 6 repose sur un pont 7 thermiquement isolé, qui prend lui-méme appui sur les bords supérieurs de la coque 4 et de la canalisation 5 logée à l'intérieur de la coque.Le pont 7 présente un orifice central 8 sous le châssis vitré 6, de façon à permettre la pénétration du rayonnement solaire à l'intérieur du caisson 4 et de la canalisation 5, laquelle présente un profil en ü ouvert vers le haut. La canalisation 5 s'appuie sur le fond et les flancs de la coque 4 par des moyens non représentés, par exemple par des entretoises, et est thermiquement isolée de la coque 4, dont elle peut être séparée par un intervalle d'air 9 comme dans l'exemple représenté, La coque 4 est pourvue à ses deux extrémités de moyens d'accouplement 11 aux coques contiguës 4, formant des raccords de liaison entre les caissons voisins 3, et permettant la circulation du flux d'eau de mer d'un caisson 3 au suivant. Le premier caisson 3a est pourvu d'un organe 12 ménageant une entrée pour l'eau de mer, par exemple une crépine (Figure 1), tandis que le dernier caisson 3b de la chaine débouche dans une chambre de dégazage 13 (Figure 7) de l'évaporateur 2, par un raccordement 14.La canalisation en U 5 de chaque caisson 3 est pourvue de moyens pour faciliter la circulation du flux d'eau de mer d'une ex trémité à l'autre du caisson, par exemple (Figure 6) de chicanes 15 positionnées sur le fond Sa de la canalisation 5, parallèlement au sens du F du courant d'eau de mer. Les chicanes 15 sont en outre agencées de manière à s'opposer au refléchissement de la lumiè- re solaire sur les parois longitudinales 5b de la canalisation 5 et à son renvoi vers l'extérieur. La canalisation 5, située dans le plan de la ligne de flottaison du caisson 3, traverse la coque 4 de bout en bout, le fond Sa étant situé à un niveau inférieur à celui de la flottaison. mais parallèle à celui-ci. Les parties supérieures des flancs 5b de la canalisation 5 dépassent le niveau de la flottaison, et se raccordent à la face interne du pont 7, de part et d'autre de l'ouverture centrale 8. Ainsi, la partie supérieure ouverte de la canalisation 5 se trouve placée juste au-dessous de l'ouverture 8. A ses extrémités, par l'intermédiaire des organes d'accouplement 11, la canalisation 5 communique avec les extrémités des canalisations des caissons 3 contigus. Le flux d'eau de mer 10 provenant de la canalisation 5 d'un caisson 3 situé avant le caisson 3 considéré, s'écoule à travers la canalisation 5 de ce dernier, puis pénètre par l'organe d'accouplement 11 voisin, dans la canalisation 5 du caisson suivant. Les flancs 5b de la canalisation 5 sont thermiquement isolés, afin de limiter les pertes calorifiques. L'intervalle d'air 9 réservé entre la canalisation 5 et la coque 4 renforce encore l'isolation thermique du caisson. La forme de la coque 4 est conçue afin d'assurer la flottabilité du caisson 3 et son équilibre grâce à des ballasts 20. et pour pouvoir contenir la canalisation 5 dans laquelle doit circuler le flux d'eau de mer 10. Par ailleurs, sur le pont 7. le socle 12 circonscrit l'orifice central 8, la partie vide du se- cle 12 se superposant à l'orifice 8. Le socle 12 est thermiquement isolé, et supporte le châssis 6, en principe plan. qui est composé de façon connue en soi d'un vitrage et d'une armature rigide 17 soutenant le vitrage. Ce dernier peut être réalisé en verre, ou en matériau synthétique transparent, susceptible de remplacer le verre. Le châssis 6 recouvre et ferme l'orifice 8 du pont 7, est en appui sur son socle 12 avec une inclinaison déterminée par la recherche d'une insolation maximum, et est placé directement au-dessus de la canalisation 5. Il est de la sorte créé une zone close délimitée par la canalisation 5 et par les faces internes du pont 7, du socle 12 et du châssis 6, cette zone close formant une serre. Le rayonnement solaire après avoir traversé le châssis vitré 6 pénètre dans cette zone close et y provoque, par effet de serre, l'échauffement de l'eau de mer contenue dans-la canalisation 5, cet échauffement augmentant progressivement à partir du premier caisson 3a vers les caissons suivants. A titre de variante de réalisation possible, plusieurs châssis vitrés tels que 6 et non un seul, peuvent être placés sur le pont 7 d'un caisson 3. ils sont alors disposés de façon â surplomber la canalisation 5, par autant d'ouvertures correspondantes. De même, dans un souci d'efficacité, le châssis 6 peut être rendue mobile, et peut alors tourner au-dessus de l'orifice 8 du pont 7, au moyen d'organes mécaniques appropriés , connus en soi. Ainsi, le ou les châssis vitrés 6 peuvent être orientés vers un point déterminé de l'horizon, afin de suivre le déplacement du soleil. A la sortie du dernier caisson 3b, l'eau de mer 18 échauffée (Figure 7) pénètre dans l'appareil évaporateur 2, qui fonctionne de façon connue en soi, en application du principe de CARNOT. L'évaporateur 2 permet d'obtenir, sous vide et en continu, l'évaporation et la condensation de l'eau de mer échauffée de plusieurs dizaines de degrés par rapport à l'eau extérieure à la chaine des caissons 3, en n'utilisant à cet effet qu'une faible différence de température entre le pôle froid et le pôle chaud. L'évaporateur 2 se compose principalement de trois chambres : la chambre de dégazage 13, sous vide partiel, une chambre d'évaporation 18 et une chambre de condensation 19, toutes deux sous vide relativement poussé. Des pompes 21, 22 maintiennent les vides désirés dans les chambres respectives 13, 18 et 19.L'évaporateur 2 est placé sur une plate-forme non représentée, flottante ou fixe, à l'extrémité de la chaine des caissons 3. La chambre de dégazage 13, thermiquement isolée, communique avec la chambre d'évaporation 18 par un conduit 23 situé sous le niveau N de l'eau de la chambre de dégazage 13. Dans la chambre de condensation 19. le refroidissement est assuré par un condenseur 24 alimenté par de l'eau extraite de la mer environnante par une pompe 25, à température ambiante. La base de la chambre 19 débouche dans une conduite 26 d'évacuation de l'eau distillée, équipée d'une pompe 27, l'eau distillée pouvant être recueillie dans un bac de stockage 28.Les chambres 18 et 19 sont séparées par une cloison verticale 29, délimitant avec la partie supérieure des chambres une ouverture de passage 31 pour la vapeur d'eau obtenue par évaporation de l'eau de mer échauffée 32, dans la chambre 18. L'eau de mer chauffée, provenant des cai sons 3, pénètre dans la chambre 13 ou elle perd l'air en suspension qu'elle contient. Introduite alors dans la chambre d'évaporation 18, l'eau de mer 32 s'y évapore sous l'effet du vide, puis passe sous forme de vapeur (flèche G), dans la chambre 19 ou elle se condense en eau distillée sur le condenseur 24. Au cours de cette phase, la vapeur peut être employée pour actionner une turbine (non représentée) à basse pression, pour obtenir de l'énergie, Après sa condensation, l'eau distillée est évacuée par la pompe 27 et la conduite 26 vers un lieu de stockage. par tout moyen approprié tel que le bac 28. L'opération de distillation pourrait avoir comme conséquence d'amener, dans la chambre d'évaporation 18 une concentration inacceptable de sel. Afin de pallier à cet inconvénient, une partie de l'eau de mer chauffée, introduite dans la chambre 18, n'est pas évaporée, mais est évacuée par une conduite 33 au moyen d'une pompe 34, avec le surcroît de sel. Cette eau pourrait-- être éventuellement employée dans un échangeur. Un équilibre est établi entre le débit de l'eau évaporée et celui de l'eau évacuée, le total de ces débits déterminant celui du flux d'eau de mer qui circule à l'intérieur des caissons 3 et de l'évaporateur 2. Par ailleurs, l'eau de mer utilisée pour refroidir le condenseur 24 peut, après son passage dans l'échangeur être utilisée comme source d'eau préchauffée. Comme telle, elle peut être introduite en totalité ou en partie dans la chaine des caissons 3, par l'orifice d'entrée du premier caisson 3a, Dans une telle variante, le caisson d'entrée 3a devrait alors être placé près de la sortie de l'évaporateur 2. Cette eau suit alors le processus d'évaporation décrit ci-dessus. Dans le second mode de réalisation du dispositif représenté aux Figures 8 et 9, chaque caisson 35 est équipé d'un châssis vitré 36 monté basculant sur son socle 37 de façon à pouvoir se lever ou s'abaisser comme un volet. Le pourtour du châssis 36, rectangulaire dans cet exemple, est solidaire d'une capote télescopique rigide 38 dont l'extrémité opposée au châssis 36 est fixée au socle 37, lequel est thermiquement isolé et monté sur le pont 7 du caisson 35. La face interne de la capote 38 est réfléchissante afin de réfléchir le rayonnement solaire traversant le châssis 36 vers l'orifice central 8 du pont 7, et ce quelle que soit la position angulaire du châssis 36 par rapport à un plan horizontal. Cette position angulaire est réglable à l'aide de moyens non représentés. et le socle 37 peut être monté rotatif sur le pont 7 autour d'un axe vertical. Grâce à la face interne réfléchissante de la capote 38. le rayonnement solaire, après avoir traversé le châssis 36, se trouve réfléchi sur l'orifice central 8, et ce quelle que soit la position angulaire du châssis 36 par rapport au plan horizontal. Par ailleurs, la mobilité du châssis 36, dans les plans horizontaux et verticaux, lui permet d'adopter face au se- leil, une position d'insolation maximum. Ce maintien du châssis 36 dans une position d'insolation optimum est assuré de façon permanente, par des moteurs asservis non représentés, dont l'action compense par rapport au soleil, les effets de la rotation de la terre. Une variante d'exécution possible consiste à utiliser un réflecteur mobile afin de renvoyer la lumière du soleil sur le châssis vitré. Dans cette éventualité, le réflecteur entrains par un moyen mécanique ou autre, programmé, peut tourner au cours de la journée, autour du châssis 36, en réfléohissant vers ce dernier le rayonnement solaire, selon une incidence déterminée. Dans la troisième forme de réalisation de l'invention illustrée aux Figures 10 et 11. la serre flottante comprend deux membranes 39, 41 sensiblement horizontales et superposées. solidarisées par un réseau d'entretoises 42, 43 qui maintiennent un intervalle approprié entre les deux membranes 39, 41. La membrane supérieure 39 est transparente et maintenue au-dessus de la surface S du flux d'eau de mer, tandis que la membrane inférieure 41 est opaque, thermiquement isolée et située au-dessous de la surface S. La membrane supérieure 39 est pourvue d'une jupe périphérique isolante LS, coudée vers le bas de manière à s'étendre dans l'eau de mer jusqu'à un niveau inférieur -à celui de la membrane inférieure 41. La jupe 44 délimite ainsi avec la membrane 41 un passage continu 45 d'entrée de l'eau de mer à échauffer entre les membranes 39, 41, et empêche l'eau échauffée de s'échapper vers l'extérieur. La membrane supérieure 39, réalisée en un matériau transparent appropriée, par exemple une matière plastique, est maintenue étendue à la surface de la mer par un ensemble de flotteurs 46 convenablement répartis, ou par tout autre moyen de flottaison adéquat. Les membranes 39, 41 sont rendues solidaires par les entretoises 42, 43 qui maintiennent entre elles la distance voulue et assurent leur parfait étalement à la surface et sous la surface de la mer. La surface occupée par ces membranes peut être aussi étendue que la configuration du site choisi le permet, la forme de la surface occupée pouvant etre approximativement ronde par exemple, sans que cette forme soit déterminante. L'appareil évaporateur 2 est de préférence placé au centre géométrique de la surface couverte (Figure 10). L'eau de mer pénètre par l'ouverture 45 entre les membranes 39 et 41, puis s'écoule en un flux laminaire, entre les deux membranes jusqu'à l'évaporateur central 2 qui l'aspire. Durant son déplacement entre les membranes 39, 41, le flux d'eau de mer est réchauffé par 1 action du rayonnement solaire traversant la membrane supérieure 39, l'eau de mer échauffée, se plaçant naturellement au-dessus de l'eau froide. ne pouvant traverser vers l'extérieur la jupe périphérique 44 faisant office de barrage. L'eau de mer échauffée demeure ainsi circonscrite à l'intérieur des limites du dispositif et est pompée par l'évaporateur sous vide 2 vers lequel elle se dirige, éventuellement guidée par des chicanes non représentées, Après avoir atteint l'évaporateur 2, l'eau de mer échauffée entame le processus d'évaporation décrit précédemment. L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations décrits et peut comporter de nombreuses variantes d'éxécution. Le procédé et le dispositif conformes à l'invention permettent de produire de manière continue. pendant les heures diurnes et dans des régions suffisamment ensoleillées, de l'eau distillée à partir de l'eau de mer, avec des moyens relativements simples et peu onéreux comparativement aux moyens actuellement connus. REVENDICATIONS 1 - Procédé pour produire de 1 eau distillée à partir d'eau de mer, caractérisé en ce qu'on échauffe de l'eau de mer au moyen du rayonnement solaire par effet de serre, on canalise le flux (10) d'eau de mer ainsi réchauffée jusqu'à un appareil évaporateur sous vide (2) dans lequel le flux d'eau réchauffée est d'abord évaporé. puis condensé, et on recueille à la sortie de l'évaporateur (2) l'eau distillée obtenue. 2 - Procédé selon la revendication 1, mis en oeuvre sur une surface marine abritée, caractérisé en ce qu'on condense la vapeur d'eau sur un condenseur (24) refroidi par de l'eau de mer pompée dans la mer environnante. 3 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un système de serre apte à flotter sur la surface de 1 eau de mer, dont au moins une partie de sa surface supérieure est transparente au rayonnement solaire, et à l'intérieur duquel peut entre#une couche superficielle d'eau de mer pouvant ainsi être progressivement échauffée, et un appareil évaporateur sous vide (2) dans lequel peut pénétrer un flux (10) d'eau de mer échauffée par effet de serre, cet appareil comportant une chambre de dégazage (13) de l'eau de mer, une chambre d'évaporation (18) et une chambre de condensation (19), ainsi que des moyens pour recueillir l'eau distillée à la sortie de la chambre de condensation (19). 4 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système de serre est formé d'une chaine de caissons flottants (3) reliés entre eux de manière à permettre la circulation d'un flux (10) d'eau de mer échauffée progressivement du premier (3a) jusqu'au dernier caisson (3b), chaque caisson 13) comportant une coque 14) dans laquelle est ménagée une canalisation (5) permettant la circulation du flux (10) d'eau de mer, et au moins un châssis vitré 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la canalisation (5) de chaque caisson (4) est thermiquement isolée de la coque (4), dont elle peut être séparée par un intervalle d'air (9), cette canalisation 6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la canalisation t5) de chaque caisson (3) est pourvue de moyens pour faciliter la circulation du flux (10) d'eau de mer d'une extrémité à l'autre du caisson (3), par exemple de chicanes (15) positionnées sur le fond 7 - Dispositif selon l'une des revendica tions 4 à 6, caractérisé en ce que le châssis vitré (36) est monté basculant sur sa base de façon à pouvoir se lever ou s'abaisser comme un volet, et son pourtour est solidaire d'une capote télescopique rigide (38) dont l'extrémité opposée au châssis vitré (36) est fixée à un socle (37) thermiquement- isolé, monté sur le pont (7) du caisson (35), la face interne de la capote (38) étant réfléchissante afin de réfléchir le rayonnement solaire vers un orifice central 8 - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la serre flottante comprend deux membranes (39, 41) sensiblement horizontales et superposées, solidarisées par un réseau d'entretoises (42, 43) maintenant un intervalle approprié entre les deux membranes (39, 41) dans lequel peut s'effectuer un écoulement laminaire d'eau de mer, et susceptibles d'être maintenues étendues à la surface de la mer par des moyens de flottaison tels que des flotteurs (s6), la membrane supérieure (39) étant transparente et maintenue au-dessus de la surface du flux d'eau de mer tandis que la membrane inférieure (41) est opaque, thermiquement isolée, et située au-dessous de la surface du flux d'eau de mer. 9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la membrane supérieure (39) est pourvue d'une jupe périphérique isolante (44), coudée vers le bas de manière à s'étendre dans l'eau de mer jusqu'à un niveau inférieur à celui de la membrane inférieure (41) et à une certaine distance du bord de cette dernière, afin de délimiter avec ladite membrane inférieure