Brevet FR2713219A1 — publié le 19950609

DISPOSITIF ET PROCÉDÉ DE DISTILLATION D'EAU SALÉE PAR EVAPORATION ET CONDENSATION DANS UN FLUX D'AIR A PRESSION ATMOSPHÉRIQUE La présente invention a pour objet un dispositif et un procédé de distillation d'eau salée par évaporation et condensation dans un flux d'air à pression atmosphérique. Elle est destinée à la production d'eau douce utilisable aussi bien pour la consommation humaine que pour des usages agricoles ou autres, dans les lieux où existent à la fois des réserves d'eau salée ou chargée d'impuretés, et une source d'eau chaude ou de calories non utilisées. De nombreuses techniques ont été développées pour assurer la purification ou le dessalement de l'eau. Les plus courantes sont: la distillation par voie thermique, l'osmose inverse, l'électrodialyse et l'échange d'ions. La distillation par voie thermique est certainement la technique la plus simple, mais elle est également à ce jour la plus onéreuse. Les frais d'investissement sont généralement importants en raison des matériaux employés, tels que laitons, amirauté ou titane, mais surtout le court de l'énergie à fournir, généralement sous forme de combustible, de pétrole ou de gaz, entraine des dépenses d'exploitation très élevées. Le dispositif selon la présente invention a pour objectif de remédier à cet état de choses. En effet, il rend possible l'utilisation d'énergies basse température, en général non exploitables ou perdues, telles que par exemple flux de refroidissement de moteurs, fumées, eaux chaudes naturelles géothermales, eau chaude solaire, etc. Il permet en particulier l'approvisionnement, après production in situ, d'eau distillée pour procéder au dessalement des sols, d'où une lutte contre la désertification. En même temps, il est possible de fabriquer et produire de l'eau potable afin d'alimenter les populations locales. Il est constitué d'un évaporateur et d'un condenseur reliés par des conduits supérieur et inférieur permettant la circulation d'un courant d'air traversant successivement deux échangeurs de température tubulaires situés respectivement dans l'évaporateur et condenseur, ces échangeurs étant le siège d'un triple flux: - le courant d'air, ascendant dans l'évaporateur et descendant dans le condenseur, - un flux d'eau à contre-courant circulant à l'intérieur des tubes, et formé pour l'évaporateur d'un fluide chaud constituant un apport calorifique extérieur et pour le condenseur de l'eau froide salée, - un flux d'eau ruisselant entre lesdits tubes, à savoir l'eau douce circulant en cicuit fermé dans le condenseur et l'eau salée dans l'évaporateur, où elle est vaporisée avant d'être entraînée par le courant d'air vers un bac situé à la base du condenseur. La description détaillée ci-après se rapporte à un exemple non limitatif d'une des formes de réalisation de l'objet de l'invention, en se référant au dessin annexé représentant schématiquement en coupe le dispositif dans son ensemble. Celui-ci comprend un évaporateur 1 et un condenseur 2 tous deux constitués pour l'essentiel d'un échangeur de température 3, 3' surmontant un bac inférieur 4, 4' recevant l'eau salée 5 froide ou l'eau douce 6. Des conduits supérieur 7 et inférieur 8 relient les deux appareils de manière à permettre la circulation d'un flux d'air 9 maintenu par un ventilateur 10, et traversant successivement les échangeurs 3 de l'évaporateur 1, et 3' du condenseur 2. Le flux d'air 9 pourra avantageusement être en circuit fermé. Les échangeurs de température 3, 3' sont formés de surfaces d'échange structurées, de préférence en matière plastique, consistant par exemple en faisceaux de tubes en polypropylène. Ils sont le siège d'un triple flux, le flux d'air 9, ascendant dans l'évaporateur et descendant dans le condenseur, un flux d'eau circulant à l'intérieur des faisceaux de tubes, à contre-courant du flux d'air, et enfin d'un flux d'eau ruisselant entre lesdits tubes. L'eau salée 5 froide, amenée dans le bac inférieur 4 de l'évaporateur, est prélevée grâce à une pompe 11, et envoyée tout d'abord vers le condenseur 2 où elle circulera du bas vers le haut à l'intérieur du faisceau de tubes de l'échangeur 3', avant de parvenir à une rampe de division 12 disposée en partie haute de l'évaporateur 1 et provoquant son ruissellement sur la surface externe des tubes de l'échangeur de ce dernier où elle sera vaporisée et entraînée par le flux d'air 9 vers le condenseur 2, puis recueillie sous forme d'eau douce 6 dans le bac 4' situé à sa base, assurant au passage le préchauffage de l'eau salée 5 froide circulant dans l'échangeur 3'. L'eau douce 6 est relevée par une pompe 11' pour assurer, après passage dans une rampe de division 12' disposée en partie haute du condenseur 2, son ruissellement sur la surface externe des tubes de l'échangeur de ce dernier, de manière à céder sa chaleur latente à l'eau salée 5 froide circulant à l'intérieur des tubes. La source chaude assurant l'évaporation de l'eau salée 5 froide est formée par le cumul, d'une part, par un apport calorifique extérieur 13, sous forme de fluide chaud circulant du haut vers le bas dans les tubes de l'échangeur de l'évaporateur 1, et d'autre part, du retour de chaleur latente restituée par l'eau douce 6 à l'eau salée 5 au travers de l'échangeur 3' du condenseur 2. L'évaporation produit la source froide. La conservation de l'énergie latente est assurée par un parfait calorifugeage 14 des échangeurs 3, 3'. Le niveau du bac 4 de l'évaporateur 1 est maintenu constant par l'apport d'eau salée d'appoint contrôlé par une vanne 15. Cet appoint sera vacciné au moyen d'un traitement d'eau approprié (non représenté). Le taux de salinité sera contrôlée par une vanne de purge 16. Le niveau du bac 4' d'eau douce 6 est maintenu par le prélèvement d'eau distillée 17. Sur la figure jointe, l'évaporateur 1 et le condenseur 2 sont représentés avec une taille identique. En pratique, ces deux appareils pourront avoir des dimensions différentes. De même la position du ventilateur 10 est donnée à titre indicatif, cet organe pouvant être situé à n'importe quel point de la veine d'air 9. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 10. Dispositif de distillation d'eau salée par évaporation et condensation dans un flux d'air à pression atmosphérique, destiné à la production d'eau douce utilisable aussi bien pour la consommation humaine que pour des usages agricoles ou autres, caractérisé par la combinaison d'un évaporateur (1) et d'un condenseur (2), constitués chacun d'un échangeur (3, 3') de température à faisceaux de tubes surmontant un bac inférieur (4, 4') recevant l'eau salée (5) froide ou l'eau douce (6), lesdits échangeurs de température étant agencés pour être le siège d'un triple flux, d'abord, un flux d'air (9), ascendant dans l'évaporateur (1), descendant dans le condenseur (2) et passant successivement dans le premier puis dans le second, ensuite, un flux d'eau circulant à l'intérieur des tubes, à contre-courant du flux d'air (9) et, enfin, d'un flux d'eau ruisselant entre lesdits tubes. 20. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait qu'il comporte une pompe (11) permettant de prélever l'eau salée (5) froide dans le bac inférieur (4) de l'évaporateur (1) et de la faire traverser, du bas vers le haut, les tubes de l'échangeur (3') du condenseur (2) pour la faire parvenir à une rampe de division (12) disposée en partie haute de l'évaporateur (1), apte à provoquer son ruissellement sur la surface externe des tubes de l'échangeur de ce dernier, de manière à ce qu'elle soit entraînée par le flux d'air (9) vers le condenseur (2) après avoir été vaporisée. 30. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait qu'il comporte une pompe de relevage (11') permettant d'envoyer l'eau douce (6) dans une rampe de division (12') prévue en partie haute du condenseur (2) et disposée de manière à provoquer son ruissellement sur la surface externe des tubes de l'échangeur de (3') ce dernier. 40. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'évaporateur (1) et le condenseur (2) sont reliés par un conduit supérieur (7) et un conduit inférieur (8) permettant la ciculation du flux d'air (9) en circuit fermé, ledit flux étant maintenu par un ventilateur (10) situé à n'importe quel point de la veine d'air. 50. Dispositif selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que les échangeurs de température (3, 3') sont formés de surfaces d'échange structurées consistant en faisceaux de tubes en polypropylène ou matériau similaire. 60. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les échangeurs (3, 3') sont pourvus d'un calorifugeage (14). 70. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les niveaux des bacs inférieurs (4, 4') sont maintenus constants, respectivement grâce à une vanne (15) d'alimentation en eau salée, et grâce au prélèvement (17) d'eau douce. 80. Procédé de distillation d'eau salée par évaporation et condensation dans un flux d'air à pression atmosphérique, pour l'application des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que la distillation est effectuée grâce à un évaporateur (1) et un condenseur (2) comportant chacun un échangeur de température (3, 3') à faisceaux de tubes, ces échangeurs étant le siège d'un triple flux, un flux d'air (9), ascendant dans l'évaporateur et descendant dans le condenseur, un flux d'eau circulant à l'intérieur des faisceaux de tubes, à contre-courant du flux d'air, et enfin d'un flux d'eau ruisselant entre lesdits tubes. 90. Procédé selon la revendication 8, se caractérisant par le fait que l'eau salée (5) froide est envoyée grâce à une pompe (11) tout d'abord vers le condenseur (2) où elle circulera du bas vers le haut à l'intérieur du faisceau de tubes de l'échangeur (3'), avant de parvenir à une rampe de division (12) en partie haute de l'évaporateur (1) provoquant son ruissellement sur la surface externe des tubes de l'échangeur de ce dernier où elle sera vaporisée et entraînée par le flux d'air (9) vers le condenseur (2), puis recueillie sous forme d'eau douce (6) à sa base, assurant au passage le préchauffage de l'eau salée (5) froide circulant dans l'échangeur (3'), l'eau douce (6) étant relevée par pompe pour passer dans une rampe de division (12') en partie haute du condenseur (2) et ruisseler sur la surface externe des tubes de l'échangeur de ce dernier, de manière à céder sa chaleur latente à l'eau salée (5) froide circulant à l'intérieur des tubes. 100. Procédé selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, se caractérisant par le fait que (5) froide est formée par le cumul, d'une part, d'un apport calorifique extérieur (13), sous forme de fluide chaud circulant du haut vers le bas dans les tubes de l'échangeur de l'évaporateur (1), et d'autre part, du retour de chaleur latente restituée par l'eau douce (6) à l'eau salée (5) au travers de l'échangeur (3') du condenseur (2), l'évaporation produisant la source froide.