Brevet FR2583738A1 — publié le 19861226

L'invention a pour objet un procédé perfectionné de distillation, en particulier pour la préparation eau douce à partir de solutions salines CL se rapporte égâleo ment à des distillateurs pour la mise en oeuvre du procédé. On connaît dans La technique de très nombreux dispositifs et procédés permettant La distillation de solu tions salines, en particulier pour la production d#eau douce. La diversité des procédés mis an oeuvre et également celle des capacités des installations envisagées sont très grandes. L'invention concerne un procédé et des dispositifs pouvant être utilisés en particulier et éca lament fabriques dans des pays à faible technicité, en présentant cependant des caractéristiques de fonctionnement et notamment de rendement de production d'eau douce excellents. Parmi les dispositifs connus ne mettant en oeuvre aucun moyen technique sophistiqué, on peut citer les sui- vants. Les dispositifs produisant de l'eau douce par di s- tillation à l'intérieur d'une serre d'une lame d'eau formée sur le fond de la serre. L'eau douce formée par évaporation au-dessus de la lame d'eau se condense sur les parois inclinées de la serre le long desquelles elle ruisselle et est recueillie. Les inconvénients d'un tel dispositif sont nombreux. Le sol de la serre doit être convenablement isolé thermiquement et son horizontalité doit être très bonne. Les parois inclinées de la serre ne permettent pas une utitisation optimale du rayonnement solaire et ne conduisent pas à de bonnes conditions de condensation de l'eau douce sur les parois de la serre. Tout cela fait que le rendement énergétique d'un tel distillateur ne dépasse guère dans les meilleurs cas 30 %. D'autres dispositifs utilisent, pour tenter de remédier aux inconvénients de la serre, l'écoulement d'eau sur une mèche poreuse disposée sur une plaque support inclinée sur l'horizontale. Cette solution permet d'améliorer le rendement par rapport à la serre, en ce que l'inclinaison des surfaces de travail peut être mieux choisie, et la quantité d'eau à chauffer peut être réduite. Néanmoins le rendement reste médiocre, la condensation sur le "couvercle" transparent de la serre n'étant pas du tout favorable à la formation de l'eau condensée. Pour tenter de remédier à cet inconvénient, on a également proposé de faire ruisseler l'eau dans une mèche poreuse que l'on maintient en contact sous la surface d'une plaque métallique chauffée sur sa face supérieure. Dans ces conditions, la condensation peut se faire sur une plaque disposée en face en dessous de la mèche, cette face pouvant être convenablement refroidie. Une telle disposition farorise la condensation. Par contre, le rendement d'évaporation n'est pas bon car il n'existe pas de moyens, dans cette solution, d'éviter la formation d'une lame d'air entre la surface métallique chauffante et la mèche poreuse contenant l'eau. Cette lame d'air constitue une résistance très forte à la transmission de la chaleur et réduit donc le rendement de l'appareil.En outre, la conduite de fonctionnement de l'appareil est très délicate et le fonctionnement global reste aléatoire. L'invention a pour objet d'éviter les inconvénients sus-mentionnés des dispositifs connus. A cet effet, le procédé de distillation de l'in- vention, en particulier pour la préparation d'eau douce, à partir de solutions salines, est du type utilisant un distillateur du type comportant au moins une surface chauffée d'évaporation au contact de laquelle est amenée et circule une couche de solution saline et une surface de condensation à température inférieure à celle de ladite surface d'évaporation sur laquelle est recueillie la vapeur d'eau condensée, lesdites surfaces d'évaporation et de condensation étant séparées l'une de l'autre dans un même volume formant chambre de travail du distillateur. Le procédé de l'invention se caractérise en ce qu'on fait circuler par gravité sur ladite surface chauffée inclinée en pente un film de solution saline dont on règle le débit pour que le film adhère à ladite surface par capillarité. Par cette mesure, on supprime radicalement la présence de la lame d'air qui interdisait un bon rendement de chauffage de la solution saline à évaporer. En outre, cela permet de faire circuler ledit film de solution saline sous la face inférieure, tournée vers le sol, de ladite surface d'évaporation qui reçoit le rayonnement de chaleur par en-dessus. De cette façon, cette face supérieure peut être orientée au mieux pour recevoir le rayonnement solaire qui fera fonctionner le distillateur. En outre, on recevra avantageusement la vapeur d'eau qui se condense sur la face supérieure de ladite surface de condensation faisant face à la face inférieure précitée d'évaporation. La face de condensation sera donc abritée du rayonnement solaire et pourra être convenablement et facilement refroidie, ce qui améliore le phénomène de condensation et le rendement de l'appareil. Le distillateur, pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention, se caractérise, quant à lui, en ce qu'il comprend - au moins une plaque formant surface d'évaporation mouillable présentant une surface inclinée en pente avec au moins une arrivée de solution saline à proximité du bord supérieur de la plaque et débouchant sous la face inférieure de ladite plaque et au moins une évacuation de solution saline à proximité du bord inférieur de la plaque, - au moins une plaque formant surface de conden sation présentant une surface inclinée en pente de recueil lement de la vapeur condensée et faisant face à ladite plaque d'évaporation à quelque distance en-dessous d'elle, - un système de chauffage, par exemple solaire à effet de serre, chauffant la face supérieure de ladite plaque d'évaporation. L'invention et sa mise en oeuvre apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 montre en coupe, schématiquement, le principe de fonctionnement et d'installation d'un dis tillateur conforme à l'invention, - la figure 2 montre, à plus grande échelle, un détail selon une réalisation de l'appareil au niveau du cercle entouré Il à la figure 1, - la figure 3 montre, à plus grande échelle encore que la figure 2, la forme du film adhérant de solu tion saline sous la plaque d'évaporation, - la figure 4 illustre, comme la figure 1, une variante d'un appareil comprenant trois étages fonction nant en cascade, - La figure 5 montre, à plus grande échelle, un système d'alimentation adaptable, par exemple, à l'appareil illustré à la figure 4. - La figure 6, illustre, comme la figure 5, une variante. En se référant, tout d'abord, à la figure 1, on a illustré un distillateur, repéré 1 dans son ensemble, à un seul étage comprenant, essentiellement, Une plaque 2 d'évaporation et une plaque 3 de condensation disposées face à face à quelques centimètres l'une de l'autre. La plaque 2 est, par exemple, une plaque métallique dont la face supérieure inclinée 2a est soumise à l'action du rayonnement solaire, figuré en 4. La face inférieure 2b de la plaque (plus visible à la figure 2) reçoit sous elle un film de solution saline à évaporer qui y adhère par capillarité. La solution saline est alimentée à partir d'un réservoir 5 d'alimentation placé à un niveau conve nable vers la partie supérieure de l'appareil. Dans l'exemple illustré la solution saline 6 est amenée sous la face 2b de la plaque 2 par une mèche, par exemple textile, 7. La plaque de condensation 3 est une plaque, par exemple métallique, dont la face supérieure 3a reçoit et condense les vapeurs produites dans la chambre 8 de l'appareil, l'eau condensée étant recueillie, en partie basse, comme schématisé en 9. La face inférieure 3b de la plaque 3 est refroidie, en particulier au contact de l'air ambiant, cette surface pouvant comporter des ailettes de refroidissement (non représentées à la figure 1). L'effet de la réfrigération atmosphérique a été figuré par la flèche 10. La saumure, qui ne s'est pas évaporée, est recueillie et guidée, par exemple par une mèche 11, vers une évacuation comme schématisé en 12. De façon à améliorer la formation de la lame d'eau adhérant par capillarité à la surface 2b inférieure de la plaque 2, on prévoit avantageusement, comme illustré à la figure 2, un très fin tissu 13, par exemple constitué par une nappe de filsde chaîne 14 et de filsde trame 15 croisés à 900. La nature du tissu est choisie de façon qu'il soit très hydrophile et son épaisseur ne dépassera pas, normalement, une fraction de millimètre. Du fait de son automaintien par les forces de tension interfaciales sous la face 2b de la plaque 2, ce tissu n'a pas besoin d'avoir une bonne résistance mécanique. La présence du tissu a l'avantage de bien conduire et répartir la lame d'eau mouillant la face inférieure 2b de la plaque 2.Elle assure, d'autre part, qu'il n'y a pas de déchirure du film et par conséquent le rendement du chauffage est le meilleur. La plaque 2 est avantageusement traitée, au moins sur sa face 2b, de façon à être aussi mouillable que possible ; s'il s'agit d'une surface métallique, bonne conductrice de la chaleur, la mouillabilité peut résulter, par exemple d'une légère oxydation. La plaque 2 peut également être une plaque de verre, et dans ce cas le tissu 13 sera, de préférence, coloré de façon à améliorer l'absorption de la chaleur solaire au sein de la couche capillaire de solution saline à évaporer. A la figure 3, on a illustré la forme du film de solution saline 16 adhérant à la face inférieure 2b de la plaque 2 et enveloppant trois fils de trame successifs 15 du tissu 13 En revenant à la figure 1, il est avantageux que la surface 3a,de la plaque 3, ne soit pas mouillable, autrement dit soit hydrophobe. Cela favorise la condensation de la vapeur d'eau formée dans la chambre 8 et, par conséquent, le rendement de fonctionnement du distillateur Ceci est obtenu en traitant convenablement la face 3a de la plaque 3, par exemple, au moyen d'un revêtement de polymère fluoré ou simplement par un bon polissage "gras" dans le cas d'un traitement artisanal. Dans la variante illustré à la figure 4, l'appa reit comprend, en dessous du premier étage formé de la chambre 8, comprise entre les surfaces 2b et 3a des plaques 2 et 3, deux autres étages formés par les chambres respectives 17, 18 entre les plaques 3 et 19 , d'une part, et 19 et 20, d'autre part. On note, sous la face inférieure de la plaque inférieure 20, des ailettes de refroidissement 21. Dans cette disposition, chaque plaque intermédiaire, telles que 3 et 19, travaille par sa face supérieure comme surface de condensation d'un étage de rang donné et par sa face inférieure comme surface d'évaporation d'un étage de rang suivant. Trois alimentations séparées sont prévues à partir de la réserve de solution saline 6, contenue dans le réservoir 5, au moyen de trois mèches d'alimentation 22, 23, 24.Les saumures sont recueillies en parallèle à la base de chaque étage et évacuées en 25, et les condensats d'eau douce sont de même recueillis à la base de chaque étage et évacués en 26. Les diverses plaques 2, 3, 19 et 20 peuvent être métalliques, séparées par des séparateurs en bois 27 à 30, 31 à 34, dans lesquels sont prévues les entrées et sorties convenables de solution saline, de saumure et d'eau douce. Le dessus de l'appareil peut comporter une simple ou double vitre 35. Le-débit de l'appareil peut être réglé simplement en réglant, par exemple, le niveau de solution saline 6 contenue dans le bac 5. Ceci peut être obtenu facilement, par exemple, comme schématisé à la figure 5 en utilisant un vase dit de Mariotte 36 dont le principe est bien connu, permettant de maintenir, en permanence, le niveau de solution saline 6 à la hauteur de l'ouverture 37 du conduit 38 de mise à l'air du vase 36. De la description qui précède, il apparaît, à l'évidence, que l'appareil pourra être fabriqué avec des moyens techniques extrêmement réduits et pourra être de même entretenu ou réparé. L'inclinaison de l'appareil sera choisie essentiellement de manière à recevoir le meilleur rayonnement solaire. Le tissu utilisé sera très mince comme mentionné et hydrophile. Les diverses plaques, telles que 2 et 3 pourront être en métal bon conducteur thermique, tel que cuivre, aluminium ou à défaut acier ordinaire, par exemple de 2 mm d'épaisseur. Les plaques pourront également, éventuellement, être en verre, au moins la plaque supérieure, et dans ce cas, le tissu utilisé sera avantageusement coloré. La plaque condensante sera traitée sur sa face de condensation de manière à être hydrophobe afin de favoriser une condensation en gouttes. Les mèches d'alimentation des étages peuvent être des mèches capillaires constituées d'un grossier tissu spongieux. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation illustrés et décrits qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. Diverses améliorations et modifications pourront être apportées en fonction des dispositions locales. Les essais conduits ont montré que, par rapport à un distillateur serre classique, l'appareil présentait un rendement de production jusqu'à cinq fois supérieur pour une même surface d'exposition solaire. Selon la variante de réalisation illustrée à la figure 6, on retrouve, sensiblement, l'installation de la figure 5, aux variantes suivantes près qui seront seules explicitées. Comme dans le mode de réalisation de la figure 5, les mèches 22', 23' et 24' servent à alimenter les surfaces inférieures d'évaporation 2b, 3b, 19b des plaques 2, 3, 19 du distillateur. La solution saline est amenée à partir de la réserve 6 contenue dans la rigole à un niveau constant 5. Pour éviter d'avoir à faire appel à l'ascension capillaire, les mèches 22', 23', 24' passent par des fentes 40, formées dans le fond de la cuve 5. Les mèches sont maintenues sur le fond de la cuve, par exemple par une grille 41. On aperçoit, en outre, en parallèle avec la mèche 24', une autre mèche 42 qui alimente en solution saline la face inférieure 20b de la plaque inférieure 20 du distillateur, face exposée à l'air ambiant. Par ce moyen il est possible d'obtenir un refroidissement plus efficace de la plaque 20 formant, par sa face 20a, dernier étage de condensation du distillateur. L'évaporation du film 20b est augmentée au contact du vent sec schématisé par la flèche 10. Pour permettre une réalimentation plus pratique du vase de Mariotte 36, on peut prévoir, sur le conduit 43, de liaison entre le vase 36 et la rigole 6 d'alimentation à niveau constant un robinet 44 qui, en fonctionnement normal, sera dans la position d'ouverture illustrée à la figure 6. En dérivation sur le tube 43, se trouve un autre conduit 45 sur lequel est connecté un tube 46, comportant à sa partie basse un coude 47 et relié à sa partiehaute à un entonnoir 48 d'alimentation. Quand le niveau de la réserve de solution saline contenue dans le vase 36 vient à diminuer, on peut réalimenter le vase en fermant le robinet 44, et en versant un appoint de solution saline par l'entonnoir 48. Quand le vase 36 est suffisamment rempli, on peut rouvrir le robinet 44, le niveau de solution dans le coude 47 s'équilibrant avec celui de la réserve 6. D'autres perfectionnements à l'appareil peuvent être apportés et combinés entre-eux. Par exemple, on peut concentrer le rayonnement solaire sur la face active de l'appareil au moyen de réflecteurs convenablement placés qui peuvent être simplement constitués par des tôles métalliques d'aluminium. REVENDICATIONS 1. - Procédé de distillation, en particulier pour la préparation d'eau douce à partir de solutions salines, utilisant un distillateur du type comportant au moins une surface chauffée d'évaporation au contact de laquelle est amenée et circule une couche de solution saline et une surface de condensation à température inférieure à celle de ladite surface d'évaporation, sur laquelle est recueillie la vapeur d'eau condensée, lesdites surfaces d'évaporation et de condensation étant séparées l'une de l'autre dans un même volume formant chambre de travail du distillateur, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on fait circuler par gravité sur ladite surface chauffée (2),inclinée en pente,un film (16) de solution saline, dont on règle le débit pour que le film adhère à ladite surface par capil laité. 2. - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait circuler ledit film (16) de solution saline sur la face (2b) inférieure tournée vers le sol de ladite surface d'évaporation (2) qui reçoit Le rayonnement de chaleur par en-dessus. 3. - Procédé selon la revendication -2, caractérisé en ce qu'on reçoit la vapeur d'eau qui se condense sur la face supérieure (3a) de ladite surface de condensation (3) faisant face à La face inférieure (2b) d'évaporation précitée. 4. - Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que ladite condensation s'effectue su ladite surface (3a) qui est traitée de manière à être hydrophobe ou non "mouillable" 5. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite évaporation s'effectue sur ladite surface (2b) qui est traitée de manière à être très "mouillable" ou hydrophyle. 6. - Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on place au contact de ladite surface (2b) d'évaporation un très fin tissu hydrophile (13) qui adhère et reste collé à cette surface par capillarité. 7. - Distillateur pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend - au moins une plaque (2) formant surface d'évaporation mouillable, présentant une surface inclinée en pente, avec au moins une arrivée de solution saline à proximité du bord supérieur de la plaque et débouchant sous la face inférieure (2b) de ladite plaque et au moins une évacuation de solution saline à proximité du bord inférieur de la plaque, - au moins une plaque (3) formant surface de condensation présentant une surface inclinée en pente de recueillement de la vapeur condensée et faisant face à ladite plaque d'évaporation (2) à quelque distance endessous d'elle, - un système de chauffage, par exemple solaire à effet de serre, chauffant la face supérieure (2a) de ladite plaque d'évaporation (2). 8. - Distillateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite plaque (2) d'évaporation est en métal. 9. - Distillateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite plaque (2) d'évaporation est en verre. 10. - Distillateur selon l'une des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que plusieurs étages (8, 17 et 18) d'évaporation/condensation sont empilés les uns au-dessus des autres, la même plaque intermédiaire (3, 19) constituant, par sa face supérieure, surface de condensation d'un étage de rang donné et, par sa face inférieure, surface d'évaporation d'un étage de rang suivant. 11. - Distillateur selon l'une des revendications 7 à 10, caractérisé en ce que la plaque de condensation inférieure (20) est refroidie sous sa face à l'air libre par un film de solution saline qui y est amené en parallèle avec la ou les arrivées de solution saline alimentant lesdites plaques d'évaporation (2, 3, 19). 12. - Distillateur selon l'une des revendications 7 à 11, caractérisé en ce que lesdites surfaces de condensation (3a) sont hydrophobes ou non "mouillabLes". 13. - Distillateur selon l'une des revendications 7 à 12, caractérisé en ce que lesdites surfaces d'évaporation (2b) sont hydrophiles ou très "mouillables".