Brevet FR2904822A1 — publié le 20080215

La présente invention concerne un dispositif pour distiller l'eau impropre à la consommation (eau de mer, eau saumâtre, ou encore eau stagnante) pour rendre cette même eau potable ; l'énergie utilisée pour permettre cette distillation est l'énergie solaire. Dans l'état actuel des connaissances, il existe deux procédés majeurs distincts permettant la potabilisation de l'eau, l'un fonctionnant à l'aide d'énergie fossile (donc payante et polluante) et l'autre grâce à l'énergie solaire. Les systèmes à énergie fossile que ce soit l'osmose ou encore l'évaporation flash sont d'une part très gourmands en énergie, du pétrole le plus souvent alors que le coût de celui-ci est de plus en plus élevé ce qui augmente le coût du mètre cube d'eau potable. D'autre part, l'eau issue des deux systèmes précédemment cités a une concentration en sel après traitement encore trop élevée pour que cette eau produite puisse être utilisée à des fins agricoles ou industrielles. Les systèmes à énergie solaire ne sont pas handicapés par ces deux désavantages car ils utilisent une énergie gratuite et présente en tout point du globe ; mais ont l'inconvénient de présenter un rendement faible voire très faible (par exemple 2 à 3 litres par jour pour la condensation). On peut ainsi le constater que ces deux principaux procédés souffrent de carences graves qui empêchent l'accès de toute la population du globe à ces systèmes qui deviendront vite vitaux. Ces inconvénients majeurs sont le coût croissant de l'énergie, la concentration élevée en sel qui empêche un usage agricole et enfin un rendement faible pour les systèmes solaires. Au final, l'eau ainsi produite souffre d'un problème important : son prix qui la rend peu accessible aux populations les plus pauvres et les plus nécessiteuses en eau. Le dispositif selon l'invention permet de remédier à ces inconvénients. Tout d'abord, l'énergie utilisée est une énergie gratuite, présente en tout point du globe ce qui rend donc le système efficace quelle que soit sa position sur Terre et produit surtout de l'eau dont le coût de fonctionnement est quasi-nulle. De plus, le système présenté utilisant la distillation, l'eau ainsi récupérée ne présente pas le désavantage de contenir du sel, il s'agit alors d'une eau pure et donc utilisable tant par l'homme, que l'agriculture et que l'industrie. Enfin, ce système utilise deux technologies différentes pour parvenir à sa production, dans un premier temps un simple système de chauffage solaire et dans un second temps, un système de distillation solaire ; ce couplage de deux systèmes permet l'augmentation de manière significative du rendement de la présente invention (avec un rendement minimum attendu de 15 L dans des conditions non-optimales). Voici donc les rendements journaliers calculés dans une ville comme Marseille, où l'énergie solaire reçue vaut 5,1 MWh.m2. L'eau pénétrant dans le système arrive à une température de 80 C. La parabole dispose d'une aire exposée au soleil de 1 m2 . Le pourcentage de rendement indique la tranche dans laquelle trouver la quantité d'eau produite, selon si le 2904822 2 rayonnement est diffus ou direct ou s'il est plus ou moins puissant ou encore si le système est entretenu ou non. Cependant un résultat à 100% de rendement reste que théorique. Pourcentage de Eau douce distillée (en rendement L.j-') 10% 13,00 20% 26,00 30% 39,00 40% 52,00 50% 66,00 60% 79,00 70% 92,00 80% 105,00 90% 119,00 100% 132,00 5 On voit donc grâce à ce tableau les résultats que l'on peut attendre d'une telle invention qui sont donc bien supérieures aux 2 à 3 L par jour et par mètre carré obtenu grâce à la condensation. Dans la pratique le rendement auquel on peut s'attendre avec ce système est compris pour un ensoleillement d'une puissance de 5,1 MWh.m"2 entre 40 et 50%. Les dessins annexés illustrent l'invention : 10 La figure 1 représente en coupe, le dispositif de l'invention. La figure 2 représente la zone d'évaporation dans le détail. La figure 3 représente les parties verticales (gauche et droite) de la zone d'évaporation dans le détail et avec les mesures. La figure 4 représente la partie formant l'arc de cercle et le haut de la zone d'évaporation dans le 15 détail et avec les mesures. En référence à ces dessins, l'invention se divise en 5 compartiments distincts de par leurs attributions dans le fonctionnement efficace du système. Chaque partie sera décrite séparément comme suit ; le stockage de l'eau à distiller (I), le capteur parabolique à concentration (II), la zone d'évaporation (III), la surface d'évaporation (IV) et la zone de condensation et de stockage 20 de l'eau potable (V) (I) L'eau impropre à la consommation préalablement filtrée est réservée dans une cuve (7) en plastique noir pour décantation des matières en suspension, puis elle circule dans un tuyau noir (8) de très fin diamètre et très long exposé au soleil pour que l'eau présente monte en 25 température. Le départ du tuyau noir se fait au trois-quart de la hauteur de l'eau contenue dans la 2904822 3 cuve, pour éviter les déchets pouvant flotter en surface (huile ou autres...). Le tuyau noir peut être enfermé dans un système de serre pour permettre à l'eau contenue dans celui-ci d'atteindre une température très élevée. La masse d'eau arrivant sur la surface d'évaporation (6) est définie par un processeur (Pl) prenant en compte la valeur du rayonnement solaire et la température de 5 l'eau à l'instant t, selon l'équation : M(masse) = ((C(t)*3600) / ((100 ù Tt)* cesä + Le,ä ))/3600 M étant la masse d'eau en gramme à apporter par seconde 10 C(t) étant la valeur du rayonnement solaire à l'instant t Tt étant la température de l'eau à la sortie du tuyau (8) au même moment CHU étant la capacité thermique massique de l'eau à 1 bar Lamä étant la chaleur latente massique de la vaporisation de l'eau à 1 bar 15 (II) Le capteur parabolique à concentration ; il s'agit d'une parabole (2) réfléchissante (genre miroir) dont les rayons réfléchis sont répercutés sur un réflecteur (1) (en miroir également) situé sur le plan focal de la parabole. Ce réflecteur est une réduction de la forme de la parabole et permet grâce à sa forme de diriger tous les rayons vers le tuyau (3) en conséquence le diamètre du tube (3) doit être égal à celui du réflecteur (1). Le réflecteur dirige alors les rayons du soleil à 20 présent concentrés dans un tuyau métallique (3) thermorésistant, isolé et de couleur noire pour conserver la chaleur. La parabole (2) suit le cours du soleil dans le ciel tout au long de la journée et de l'année pour obtenir un rendement optimal. Ce suivi solaire sera assuré soit par un système automatisé (puce programmée (Pl) selon le lieu reliée à un servomoteur) soit dans les lieux n'ayant pas accès à l'électricité une alimentation par photopile ou tout simplement par la main de 25 l'homme (c'est-à-dire un système manuel). Cet ensemble (1,2 et 3) est mobile sur la zone d'évaporation (4) grâce à un rail (3a) situé sur ladite zone (4). Ce rail (3a) prend son origine au point le plus bas de l'arc de cercle et se termine en haut de ce même arc, comme le montrent les figures 2/4, 3/4 et 4/4. Comme le montre la figure 4/4 ; lorsque le tuyau (3a) dirigeant les rayons solaires est dans une position sur le rail, une partie du trou est ouverte, et laisse donc entrer de 30 l'air plus frais qui ralentit la vitesse d'évaporation. Pour cela, sur le même rail, il est placé deux obturateurs noirs (3b) de lumière de chaque coté du tube d'une longueur égale à (2rtn/4)-d(3). Ces obturateurs (3b) sont fixés au tube et circulent le long de ce même rail (3a) (III) L'interface capteur-surface d'évaporation (4); cette interface capteur-surface d'évaporation est construite selon la forme décrite aux figures 2/4, 3/4 et 4/4, c'est-à-dire un arc de cercle continué dans sa partie supérieure d'une partie horizontale d'une longueur égale au diamètre du 2904822 4 tube de condensation (9) et situé au-dessus de la surface d'évaporation (6). Cette interface contient en son sein la surface d'évaporation (6) et le miroir de redirection (5) des rayons lumineux. Le miroir de redirection des rayons lumineux (5) est mobile dans cette zone sur un axe vertical et horizontal (5b) et autour d'un axe de rotation (5c). Sur l'axe de rotation est accroché 5 un servomoteur (également relié à (P1))qui sert à déplacer le miroir de redirection (5) tant le long de l'axe vertical et horizontal (5b), qu'autour de l'axe de rotation (5c) du miroir. Ces deux axes permettent que les rayons du soleil soit en permanence redirigés au mieux vers la surface d'évaporation pour encore obtenir un rendement énergétique optimal. Cette partie mobile par rapport au départ du tube de condensation (9) décrit un demi cercle ayant pour centre le centre du 10 tube de condensation (10) au-dessous de la partie formée par le double tube de condensation et de réfrigération (9 et 10). Et cette même partie (4) est statique vis-à-vis du système du capteur parabolique (ensemble 1,2 et 3) qui circule le long d'un rail (3a) sur l'arc de cercle. (IV) La surface d'évaporation (6) ; contenue dans une boîte (4) isolée thermiquement pour une meilleure conservation de la chaleur, elle est en matière thermorésistante (d'une température 15 supérieure à 1000 ), noire, non-poreuse et inoxydable ; la fonte semble donc être la plus indiquée. L'eau à traiter arrive par le trou (A) en provenance du tuyau noir de fin diamètre (8) ; ce trou est situé à la droite de la surface d'évaporation (6). De plus, un système de nettoyage (6b) de la surface est également installé pour nettoyer continuellement la boue ou le sel résiduel de l'eau distillée. Il peut s'agir d'une raclette en métal ou d'une brosse métallique monté sur des 20 vérins hydrauliques ou un système d'air à haute pression. Le système est activé à intervalle régulier en fonction de la boue présente sur la surface d'évaporation. Les boues une fois enlevées tombent par le trou (B) situé à la gauche de la surface d'évaporation. (V) La zone de condensation et de stockage ; l'eau, une fois évaporée de la surface d'évaporation (6), s'élève sous forme de vapeur d'eau vers cette zone. Cette partie est composée d'un double- 25 tuyau. Dans le tuyau extérieur (9) (de couleur extérieure blanche ou miroitante) coule continuellement un liquide réfrigérant (le plus simple serait de l'eau) tandis que dans le tuyau interne (10) coule la vapeur d'eau condensée par la fraîcheur créée par le tube extérieur. Ce tuyau (9) prend sa source au sommet de la zone d'évaporation qui constitue son point le plus haut. Le reste du tuyau est incliné pour permettre la chute des gouttes d'eau condensée vers la 30 cuve qui sert de stockage à l'eau à présent potable. La partie située après ce tuyau (9) est fixe, seule la partie située en dessous (de 4 à 8) est mobile pour parfaitement suivre la course solaire. Le tuyau externe (9) est construit en métal pour résister aux fortes chaleurs engendrées par la zone d'évaporation, tandis que le tuyau interne (10) ainsi que la cuve (11) sont construites en plastique alimentaire pour éviter tout risque de contamination ou de goût de l'eau. 2904822 5 Ce système ne fonctionne logiquement que lorsque le Soleil est levé , en conséquence tout le système ainsi décrit est mis en veille lors de la nuit, et en produit donc plus d'eau potable. Le dispositif selon l'invention est particulièrement destiné à la distillation de l'eau salée, saumâtre ou stagnante dans les régions du globe où le rayonnement solaire est important, 5 constant, et direct ; mais également dans des régions ne présentant pas des possibilités productrices si importantes. Ce système peut être utilisé dans de petites unités pour un approvisionnement faible comme pour un village de quelques âmes ou bien dans des parcs beaucoup plus vaste sur plusieurs milliers de mètres carré pour approvisionner des villes ou des zones agricoles ou même des industries. Enfin ce système peut également être utilisé lors de 10 missions humanitaires pour assainir l'eau dans des zones ayant subies des catastrophes naturelles. 15 20 25 30 35 REVENDICATIONS 1) Dispositif pour distiller l'eau impropre à la consommation pour la transformer en eau potable caractérisé en ce qu'il comporte une parabole (2), suivant le Soleil tout au long de la journée, dotée d'un réflecteur (1) qui dirige les rayons au travers d'un tuyau (3) pour les mener dans la zone d'évaporation (4) isolée thermiquement et pouvant être réfléchis par un miroir (5) pour être parfaitement menés sur la surface d'évaporation (6), une cuve (7) de stockage de l'eau pour la décantation des produits solides, un tuyau (8) noir de fin diamètre exposé au soleil pouf` pour convoyer l'eau vers la zone d'évaporation, la vapeur d'eau produite passant dans le tuyau (9) et est condensée dans le tube (10) pour arriver potable dans une cuve (11). 2) Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé par un ensemble 15 mobile formé des parties (1), (2) et (3) mobile verticalement le long du cercle extérieur de la zone d'évaporation (4). Cet ensemble est mu par un servomoteur. 3) Dispositif selon les revendication 1 et 2 caractérisé en ce qu'il est disposé de chaque côté du tube (3) et circulant le long du rail des obturateurs (3b) servant à fermer les trous 20 présents de chaque côté du tube (3). 4) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par une zone d'évaporation (4). Elle est dotée d'ouvertures, le tube (3) mobile sur un rail (3a) le long du quart de cercle, le tube (8) amenant l'eau chauffée au soleil, le tuyau (9) servant de condensateur à 25 la vapeur d'eau et enfin la sortie des boues (B). Enfin, la zone (4) est caractérisée par une isolation thermique afin de garder dans la zone d'évaporation une température très élevée. 5) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par un miroir de redirection (5) placé dans le boîtier d'évaporation (4) ; ce miroir est dirigé 'par le même programme 30 ayant en charge l'orientation de la parabole face au soleil. 6) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par une surface d'évaporation (6) ayant une surface inférieure ou égale à la surface de la section du tube de condensation 35 (10); réalisée dans un matériau noir, thermorésistant, et non poreux (par exemple en fonte). 2904822 7 De plus, sur cette surface est disposée un système (6b) permettant le nettoyage afin d'éliminer les déchets solides que l'eau contenait avant distillation. 7) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par un tuyau noir (8) de grande longueur de fin diamètre disposé de telle sorte que l'eau coulant lentement en son sein puisse être réchauffée au soleil. 8) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par une cuve (7) où l'eau à distiller décante pour éliminer les déchets solides en son sein, avec un tuyau (8) prenant sa 10 source au trois quart de la hauteur d'eau présente dans la cuve pour ne pas emporter les déchets solides contenus au fond ni les déchets flottant en surface. 9) Dispositif selon les revendications précédentes est caractérisé par la mobilité horizontale de la partie d'évaporation (4), partie mobile par rapport au départ du tube de condensation (9) décrit un demi cercle ayant pour centre le centre du tube de condensation (10) au-dessous de la partie formée par le double tube de condensation et de réfrigération (9 et 10) et est statique vis-à-vis du système du capteur parabolique (ensemble 1, 2 et 3) qui circule le long d'un rail (3a) sur l'arc de cercle. 10) Dispositif selon les revendications précédentes caractérisé par un double tuyau (9 et 10) servant à la condensation de la vapeur d'eau, la vapeur d'eau circule dans un tuyau (10) lui-même enfermé dans un tuyau (9) dans lequel circule un liquide réfrigérant pour condenser la vapeur d'eau, où l'eau une fois condensée tombe dans une cuve (11) par le tuyau (9 et 10) incliné vers cette cuve.25