Brevet FR3014701A1 — publié le 20150619

Procédé pour séparer l'eau des solides dissous, en particulier des sels. La présente invention concerne un procédé permettant de séparer l'eau des solides dissous, en particulier des sels, ainsi qu'une installation de mise en oeuvre de ce procédé. A titre d'exemple, ce procédé permet d'obtenir de l'eau pure (potable ou utilisable pour l'irrigation), à partir d'une eau saumâtre ou salée (eau de mer, notamment) en utilisant l'énergie solaire. Les distillateurs les plus connus sont ceux à effet de serre. Ils présentent l'avantage d'être de conception simple et facilement réalisable, et d'être autonomes. Cependant, le défi majeur demeure l'amélioration du rendement de ces procédés (la production nominale est de l'ordre de 2,5 à 3 litres par m2 par jour). Quant au traitement des eaux usées industrielles, celui-ci nécessite des procédés complexes et 15 coûteux. Ce nouveau procédé permet d'obtenir une eau très pure avec un haut rendement, en particulier grâce à l'abaissement de la température d'évaporation de l'eau. Ce qui se traduit par une faible consommation d'énergie pouvant provenir de différentes sources, notamment solaire. 20 Par ailleurs, l'installation mettant en oeuvre ce procédé peut fonctionner en complète autonomie en intégrant la technologie photovoltaïque. Le procédé de séparation de l'eau des solides dissous se déroule en 4 phases : 25 La 1ère phase du procédé consiste à remplir la chambre d'évaporation (3) en eau à traiter, jusqu'au niveau requis (celui-ci est détecté par la sonde de niveau) et à créer dans celle-ci une dépression. Pour ce faire, on utilise la pompe de charge (1) pour alimenter la chambre d'évaporation (3) à travers la conduite d'amenée (la ; lb) en pompant l'eau dans des réservoirs de décantation. Ces réservoirs vont permettre le dépôt des impuretés les plus denses. L'eau à traiter contenue dans ces réservoirs 30 de décantation peut provenir soit d'un pompage direct (cas de l'eau de mer), soit d'un pompage souterrain (cas des eaux saumâtres), soit d'un procédé industriel (cas des eaux usées). En fonction de cette provenance, il convient de prévoir, en amont et en aval de la pompe de charge (1), des crépines et des filtres. Pour créer la dépression dans la chambre d'évaporation (3), on utilise une Trompe à eau (2) qui 35 permet de faire le vide par effet Venturi pendant le remplissage de la chambre d'évaporation (3). Le corps de la Trompe à eau doit être fixé sur la portion de la conduite d'amenée (1a) et sa prise d'aspiration raccordée à la chambre d'évaporation (3) par une conduite souple (2a). La section de la conduite (2a) doit être très faible devant celle de la conduite (2b). Ce rapport de sections empêche le passage de la vapeur d'eau dans la conduite (2a). 40 La 2ème phase du procédé consiste à chauffer l'eau contenue dans la chambre d'évaporation (3) jusqu'à son évaporation. A cet effet, on utilisera comme source de chaleur le soleil pour fournir la quantité de chaleur nécessaire à l'évaporation de l'eau. Pour capter la chaleur fournie par l'ensoleillement, on utilisera des panneaux solaires thermiques 45 sous vide (4) pour leur haut rendement, même avec des conditions climatiques défavorables ou des températures extérieures basses. La chaleur captée par les panneaux solaires va chauffer un fluide caloporteur intermédiaire circulant dans un circuit fermé comprenant, en plus des panneaux solaires (4), les conduites calorifugées (4a) et (4b), la pompe de circulation (5) et l'échangeur de chaleur (4c) ; l'ensemble formant le réseau de production de chaleur. L'eau contenue dans la chambre 50 d'évaporation (3) est chauffée indirectement par le fluide caloporteur, au moyen de l'échangeur de - 2 eg, chaleur (4c), celui-ci étant immergé dans cette eau. Ainsi, grâce à ce transfert de chaleur, combiné à la dépression générée par la Trompe à eau, les conditions optimales de l'évaporation de l'eau contenue dans la chambre d'évaporation (3) se trouvent réalisées. 55 La 3ème phase du procédé consiste à produire de la vapeur d'eau à débit constant, ce qui se traduit par une production d'eau pure à débit constant. Pour réaliser cette production de vapeur à débit constant, nous devons maintenir constants les niveaux d'eau et de dépression dans la chambre d'évaporation (3). Cette condition vaut pour toute la période d'ensoleillement. Le maintien de ces niveaux sera réalisé par l'asservissement de la pompe de charge (1) à la sonde de 60 niveau et par la dépression générée par la Trompe à eau par effet Venturi. La vapeur d'eau ainsi produite, est ensuite acheminée par thermosiphon vers le condenseur à plaques (6) à travers la conduite (2b). La 4ème phase du procédé consiste à condenser la vapeur d'eau avec un haut rendement, d'où 65 l'utilisation du condenseur à plaques (6). Ce dernier est inséré dans la conduite d'amenée (la ; lb). Ce montage permet de condenser la vapeur d'eau par échange de chaleur avec l'eau froide. Pour obtenir un échange de chaleur efficace, le condenseur à plaque (6) sera installé à proximité de la chambre d'évaporation (3). Le débit d'eau pure produit alimentera le réservoir de stockage au moyen d'une conduite d'eau 70 raccordée en sortie du condenseur à plaques (6). Une installation de séparation de l'eau des solides dissous comprend : - Une pompe de charge (1) avec crépine et filtre ; 75 - Une conduite d'amenée (la - lb) qui relie la sortie de la pompe de charge (1) à l'entrée de la chambre d'évaporation (3) ; - Une chambre d'évaporation (3) constituée d'une enceinte calorifugée et étanche, reliée à la Trompe à eau (2) - dispositif de Venturi - par une conduite souple et de faible section (2a) ; 80 - Une Trompe à eau (2) ; - Un réseau de production de chaleur comprenant : o Des capteurs solaires thermiques constitués de panneaux sous vide à haut rendement (4) ; o Une conduite d'amenée calorifugée (4a) reliant les capteurs solaires (4) à 85 l'entrée de l'échangeur de chaleur (4c) ; o Une conduite de retour calorifugée (4b) reliant la sortie de l'échangeur de chaleur (4c) aux capteurs solaires (4) ; o Un échangeur de chaleur de type tubulaire (4c) ; o Une pompe de circulation (5) 90 - Un condenseur à plaques (6), montée sur la conduite d'amenée (1a-lb). Le faible coût énergétique de ce procédé et la simplicité de sa mise en oeuvre, permettent des applications multiples et une utilisation à grande échelle dans différents domaines : / Industriel : dessalement des eaux salées ou saumâtres, traitement des eaux usées ; 95 / Agricole : irrigation, culture sous serres ; / Touristique : eau des piscines, eau sanitaire. 100 REVENDICATIONS1. Procédé permettant de séparer l'eau des solides dissous caractérisé en ce qu'il consiste en 105 lère étape à remplir la chambre d'évaporation d'eau à traiter jusqu'à un niveau requis (celui- ci est détecté par la sonde de niveau) et à y créer une dépression de l'air ambiant. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'on utilise une pompe de charge pour remplir la chambre d'évaporation à travers une conduite d'amenée par pompage de l'eau dans des réservoirs de décantation. L'eau à traiter contenue dans ces réservoirs peut 110 provenir soit d'un pompage direct (cas de l'eau de mer), soit d'un pompage souterrain (cas des eaux saumâtres), soit d'un processus industriel (cas des eaux usées). En fonction de cette provenance, il convient de prévoir, en amont et en aval de la pompe de charge, des crépines et des filtres. 3. Procédé selon les revendication 1 et 2 caractérisé en ce qu'on utilise un dispositif de Venturi 115 pour créer la dépression de l'air ambiant dans la chambre d'évaporation pendant toute la durée du remplissage. Le corps du dispositif de Venturi doit être fixé sur la conduite d'amenée et sa prise d'aspiration raccordée à la chambre d'évaporation par une conduite souple. 4. Procédé selon les revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il consiste en 2ème étape à 120 chauffer l'eau contenue dans la chambre d'évaporation jusqu'à son évaporation en utilisant comme source de chaleur le soleil pour fournir la quantité de chaleur nécessaire à l'évaporation de l'eau. 5. Procédé selon les revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser des panneaux solaires thermiques pour capter la chaleur fournie par l'ensoleillement. La chaleur captée par 125 les panneaux solaires va chauffer un fluide caloporteur intermédiaire. 6. Procédé selon les revendications 1 à 5 caractérisé en ce qu'il consiste à chauffer l'eau contenue dans la chambre d'évaporation indirectement par le fluide caloporteur intermédiaire, au moyen d'un échangeur de chaleur immergé dans cette eau. 7. Procédé selon les revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il consiste en 3ème étape à 130 produire de la vapeur d'eau à débit constant, ce qui se traduit par une production d'eau pure à débit constant, en maintenant dans la chambre d'évaporation les niveaux d'eau et de dépression constants, et ce, pendant toute la période d'ensoleillement. 8. Procédé selon les revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser un asservissement de la pompe de charge à la sonde de niveau. 135 9. Procédé selon les revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il consiste en 4ème étape à acheminer par thermosiphon la vapeur d'eau produite jusqu'au condenseur et à la condenser par échange de chaleur avec l'eau froide. Le condenseur étant inséré dans la conduite d'amenée et à proximité de la chambre d'évaporation. Le débit d'eau pure condensée est ensuite acheminé vers le réservoir de stockage au moyen d'une conduite 140 d'eau. 10. Installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisée en ce qu'elle comporte : a. Une pompe de charge avec crépine et filtre ; b. Une conduite d'amenée reliant la sortie de la pompe de charge à l'entrée de la 145 chambre d'évaporation ; c. Une chambre d'évaporation constituée d'une enceinte calorifugée et étanche, reliée à une Trompe à eau (dispositif de Venturi) par une conduite souple et de faible section ; d. Une Trompe à eau constituant le dispositif de Venturi ; 150 e. Un réseau de production de chaleur comprenant :i. Des capteurs solaires thermiques constitués de panneaux sous vide à haut rendement, ii. Une conduite d'amenée calorifugée reliant les capteurs solaires à l'entrée de l'échangeur de chaleur, 155 iii. Une conduite de retour calorifugée reliant la sortie de l'échangeur de chaleur aux capteurs solaires, iv. Un échangeur de chaleur de type tubulaire, v. Une pompe de circulation. f. Un condenseur à plaques, monté sur la conduite d'amenée et proximité de la 160 chambre d'évaporation.