Brevet FR3031581A1 — publié le 20160715

DISPOSITIF DE PRODUCTION D'EAU PAR EFFET DE CONDENSATION OBTENU PAR CONDUCTION DE LA CHALEUR D'UN FLUIDE CALOPORTEUR DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION La présente invention concerne un dispositif de production d'eau par un effet de condensation. L'invention trouve une application particulièrement avantageuse pour produire de l'eau dans les zones arides et désertiques présentant des grandes variations de température, par exemple entre le jour et la nuit. ETAT DE LA TECHNIQUE Il est connu de produire de l'eau en utilisant l'effet de condensation qui se produit par contact d'air chaud sur une surface froide ou par contact d'air froid sur une surface chaude. Les dispositifs connus utilisent des moyens électriques pour chauffer ou refroidir une surface de condensation apte à produire l'effet de condensation. Cependant, ces dispositifs utilisent des moyens électriques pour chauffer ou refroidir la surface de condensation qui s'usent au cours du temps limitant ainsi l'utilisation de ce type de dispositif dans les zones arides et désertiques pour lesquelles les opérations de maintenance peuvent être complexe en raison des difficultés du terrain. OBJET DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un dispositif de production d'eau par un effet de condensation sans utiliser 3 0 de moyens électriques pour le chauffer ou refroidir une surface de condensation. A cet effet, l'invention concerne un dispositif de production d'eau par un effet de condensation, ledit dispositif comportant au moins un conteneur de fluide caloporteur apte à emmagasiner une énergie calorifique, au moins deux échangeurs thermiques fixés à l'au moins un conteneur et aptes à récupérer l'énergie calorifique contenue 3031581 2 dans ledit conteneur, un réseau de fils caloporteurs relié solidement et thermiquement aux échangeurs thermiques et aptes à provoquer un effet de condensation entre une première température emmagasinée par l'au moins un conteneur et une deuxième température captée par ledit réseau de fils caloporteurs, 5 et un réservoir de collecte d'eau apte à stocker l'eau issue dudit réseau de fils caloporteurs. L'invention propose ainsi un dispositif de production d'eau passif qui dans des modes de réalisation préférentiels peut être mis en oeuvre sans moyens électriques. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte un ballon configuré pour 10 contenir un gaz. Grâce à ces dispositions, le ballon peut être gonflé par de l'air chaud ou de l'hélium de manière à élever le dispositif dans les airs. Une fois mis en altitude le dispositif peut collecter de l'eau à partir des masses d'air humides et des masses nuageuses. 15 Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte au moins un moyen de protection isotherme mobile entre deux positions : une première position dans laquelle l'au moins un conteneur est recouvert par ledit moyen de protection isotherme, et une seconde position dans laquelle l'au moins un conteneur n'est pas recouvert par ledit moyen de protection isotherme. 20 Selon un mode de réalisation, les échangeurs thermiques sont réalisés par des tiges dont le matériau est apte à conduire efficacement le chaud ou le froid, de préférence le cuivre. Selon un mode de réalisation, les échangeurs thermiques sont réalisés par des tubes dont le matériau est apte à conduire efficacement le chaud ou le froid, de 25 préférence le cuivre. Selon un mode de réalisation, les tubes sont en communication hydraulique avec le fluide de l'au moins un conteneur. Selon un mode de réalisation, les tubes sont creux et traversent l'au moins un conteneur sans que le fluide de l'au moins un conteneur ne pénètre dans lesdits 30 tubes. Selon un mode de réalisation, le réseau de fils caloporteurs comporte des fils caloporteurs horizontaux qui sont reliés solidement et thermiquement aux échangeurs thermiques par l'intermédiaire d'autres fils caloporteurs. 3031581 3 Selon un mode de réalisation, au moins un échangeur thermique comporte un moyen de guidage du liquide capté par les fils en direction dudit réservoir. Selon un mode de réalisation, le dispositif comporte une pente d'écoulement apte à diriger le liquide capté par les fils caloporteurs en direction dudit réservoir. 5 BREVE DESCRIPTION DES FIGURES On comprendra mieux l'invention à l'aide de la description, faite ci-après à titre purement explicatif, des modes de réalisation de l'invention, en référence aux 10 Figures dans lesquelles : - la figure 1 illustre un dispositif de production d'eau par un effet de condensation dans une vue en coupe de face selon un premier mode de réalisation de l'invention, - la figure 2 illustre le dispositif de production d'eau de la Figure 1 dans une vue 15 en coupe de côté, - la figure 3 illustre un dispositif de production d'eau par un effet de condensation dans une vue en coupe de face selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, - la figure 4 illustre un dispositif de production d'eau par un effet de 20 condensation dans une vue en coupe de face selon un troisième mode de réalisation de l'invention, et - la figure 5 illustre, schématiquement et en coupe, un dispositif de production d'eau selon un quatrième mode de réalisation de l'invention. 25 DESCRIPTION D'EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION On note dès à présent que les figures ne sont pas à l'échelle. Les Figures 1 et 2 illustrent un dispositif 10a de production d'eau par un effet de condensation selon un premier mode de réalisation. Le dispositif 10a comporte deux conteneurs 11a, 11 b 3 0 de fluide caloporteur. Le premier conteneur 11a est situé dans une partie haute du dispositif 10a par rapport au sol 17 alors que le deuxième conteneur 11 b est situé dans une partie basse. Le premier conteneur 11 a est fixé sur un support haut 26 maintenu par des montants latéraux 25 et le second conteneur 11b est fixé par un 3031581 4 support bas 27 maintenu sur les même montants 25. Ces conteneurs 11a, 11 b sont réalisés pour recevoir les rayonnements solaires S afin de chauffer le fluide caloporteur lors des journées d'ensoleillement ou pour emmagasiner une énergie calorifique froide. Chaque conteneur 11a, 11 b comporte une série de tubes 5 juxtaposés comprenant une ouverture de remplissage 19 et un bouchon de vidange 20. Par exemple, pour un dispositif 10a de 2.5 m de hauteur et de 4 à 6 m de largeur, le dispositif 10a peut comporter des tubes rigides en polychlorure de vinyle (acronyme de PVC) de haute densité et de 60 à 80 mm de diamètre. Les tubes des conteneurs 11a, 11 b sont traversés par des échangeurs 10 thermiques 12a, 12b, par exemple des tiges de cuivre ou des tubes de cuivre creux. Ces échangeurs thermiques 12a, 12b sont reliés entre eux par un réseau de fils 16a caloporteurs s'étendant entre les supports haut 26 et bas 27. En outre, certains fils 16a peuvent être disposés horizontalement. Ce réseau de fils 16a capte la fraicheur du flux d'air V soufflant durant la nuit de sorte à créer un choc thermique entre la 15 chaleur des fils 16a chauffés par les tubes des conteneurs 11a, llb et la fraicheur du flux d'air V. Ce choc thermique permet de créer un effet de condensation le long des fils 16a. En variante, le dispositif peut être protégé d'un souffle du flux d'air naturel trop fort pouvant assécher l'eau produite par la condensation avant qu'elle ne parvienne 20 au réservoir de stockage. Les tubes du conteneur llb situé sur le support bas 27 sont traversés par les échangeurs thermiques 12b de sorte que l'eau de condensation captée par le réseau des fils 16a caloporteurs s'écoule dans un réservoir 15 de collecte de l'eau positionné entre le support bas 27 et le sol 17. A cet effet, l'extrémité des échangeurs 25 thermiques 12b est munie d'un moyen de guidage 14 du liquide. De préférence, les supports haut 26 et bas 27 sont recouverts d'un revêtement isotherme apte à limiter les pertes de chaleur des conteneurs 11a, 11b. La Figure 3 illustre un second mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif 10b ne comporte qu'un seul conteneur 11c de fluide caloporteur positionné sur un support haut 26 alors que les montants 25 s'étendent au delà du support haut 27 jusqu'à la hauteur des tubes du conteneur 11c. Un moyen de protection 18 isotherme est fixé sur les montants 25 et permet de protéger les tubes du conteneur 11c de fluide la nuit. Ce moyen de protection 18 isotherme doit donc être retiré la 303 15 81 5 journée pour chauffer efficacement le fluide caloporteur contenu dans les tubes du conteneur 11c. Les tubes du conteneur 11c sont traversés par des échangeurs thermiques 12c s'étendant parallèlement aux montants 25 en direction du sol 17. Le réseau des fils 5 caloporteurs 16b forment un maillage relié le long des échangeurs thermiques 12c sur la partie s'étendant sous le support haut 27. L'extrémité des échangeurs thermiques 12c est munie d'un moyen de guidage 14 du liquide apte à diriger le liquide capté sur une pente d'écoulement 21. La pente d'écoulement 21 dirige alors le liquide dans un réservoir 15 de collecte d'eau enterré sous le sol 17. 10 Dans un mode de réalisation, les échangeurs thermiques 12c sont réalisés par des tubes de cuivre remplis par le fluide caloporteur et bouchés à leurs extrémités. La condensation se forme alors autour des tubes. En variante, les échangeurs thermiques 12c peuvent être réalisés par des tubes de cuivre creux traversant les tubes du conteneur 11c. La condensation se forme alors à l'intérieure des tubes des 15 échangeurs thermiques 12c et l'air circule dans les tubes des échangeurs thermiques 12c. Dans un mode de réalisation, les moyens de protection isotherme 18 comportent des ouvertures afin que l'extrémité supérieure des tubes des échangeurs thermiques 12c soit en contact avec l'air situé au dessus des moyens de protection isotherme 18 lorsque les moyens de protection isotherme 18 sont positionnés sur le 20 conteneur 11c. La Figure 4 illustre un troisième mode de réalisation de l'invention dans lequel le dispositif 10c comporte trois conteneurs 11d, 11 e et 11f de fluide caloporteur prenant la forme de réservoirs de liquide. Deux conteneurs 11 d et 11 e sont disposés sur des montants latéraux 29 de même hauteur et un conteneur 11f est disposé sur 25 un montant central 28 dont la hauteur est inférieure à la hauteur des montants latéraux 29. Les conteneurs 11d, 11e et 11f sont réalisés par un fond et des parois latérales isothermes surmontées par un couvercle en verre. Les conteneurs 11d, 11e fixés sur les montants latéraux 29 sont reliés avec le conteneur 11f fixé sur le montant central 28 par deux réseaux d'échangeurs 3 0 thermiques 30a et 30b. De la même manière que dans le mode de réalisation de la Figure 3, chaque réseau d'échangeurs thermiques 30a, 30b peut supporter un réseau de fils caloporteurs. Dans un mode de réalisation, les échangeurs thermiques 30a, 30b sont réalisés par des tubes de cuivre remplis par le fluide contenu dans les conteneurs 11d, 11e et 11f. A cet effet, le fond de chaque conteneur 11d, 11e et 11f 3031581 6 comporte des échangeurs de fluide 12d, 12e, 12f et 12g aptes à prélever ou injecter le fluide des échangeurs thermiques 30a et 30a dans les conteneurs 11d, 11 e et 11f. Pour limiter la circulation du fluide, les circuits sont équipés de vannes de contrôle 22a, 22b, 22c et 22d. 5 Une partie basse des échangeurs thermiques 30a, 30b dirige le liquide capté sur deux pentes d'écoulement 21. Les pentes d'écoulement 21 conduisent alors le liquide dans un réservoir 15 de collecte d'eau enterré sous le sol 17. Les conteneurs 11d, 11e et 11f peuvent également être protégés par des protections isothermes. L'invention permet ainsi de récupérer l'eau contenue dans l'air ambiant par un 10 effet de condensation en emmagasinant une énergie calorifique à une première température dans des conteneurs et en restituant cette énergie calorifique lorsque l'air ambiant a évolué à une seconde température. L'invention peut être utilisée en stockant la chaleur de l'air ambiant la journée et en produisant de l'eau la nuit lorsque la température extérieure est très inférieure à celle de la journée. De même, 15 l'invention peut être utilisée en stockant la fraîcheur de la nuit et en produisant de l'eau la journée avec la différence de température. L'invention peut également être mise en oeuvre dans ces deux modes de manière cyclique. En variante un système de chauffage ou de refroidissement d'au moins un conteneur peut également être mis en oeuvre pour améliorer les performances du 2 0 dispositif. Un système de chauffage peut comporter des résistances thermiques installées dans un conteneur et reliées à un panneau solaire. Un système de refroidissement peut être réalisé par un dispositif réfrigérant du fluide circulant dans un conteneur. Ce système de chauffage ou de refroidissement peut être mis en oeuvre à des instants critiques pour lesquels une grande quantité d'eau doit être 25 produite. Dans des modes de réalisation particuliers, le système de chauffage comporte des turbines hydrauliques qui produisent de l'énergie en tirant parti de l'élévation du dispositif, par exemple tel que représenté en figure 5. Une configuration particulière du système de chauffage consiste en des miroirs paraboliques configurés pour 3 0 concentrer la chaleur du soleil sur un matériau conducteur de chaleur en contact avec un fluide caloporteur stocké dans un réservoir isotherme. Ces modes de réalisation présentent l'avantage de ne pas nécessiter d'apport de carburant. Dans des modes de réalisation particulier, le système de chauffage est un chauffe-eau alimenté, au fioul, au gaz, ou par une pompe à chaleur, par exemple. Dans des 3031581 7 modes de réalisation le chauffe-eau utilise une source d'alimentation électrique autonome, une batterie par exemple. Dans une configuration particulière, le système de chauffage est alimenté par l'électricité fournie par une batterie, une éolienne ou encore un panneau 5 photovoltaïque. En variante, le dispositif peut comporter une pompe apte à créer une circulation en circuit fermé du fluide utilisé entre les différents conteneurs caloporteurs permettant d'améliorer l'efficacité des échanges thermiques du dispositif. La pompe est préférentiellement alimentée par une installation complémentaire de type 10 éolienne ou panneaux solaires. La figure 5 illustre un quatrième mode de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation particulier, le dispositif présente un ballon 31 configuré pour contenir un gaz, comme de l'air chaud ou préférentiellement de l'hélium. Ainsi gonflé, le ballon peut élever le dispositif dans les airs qui forme alors un aérostat pouvant 15 être utilisé pour collecter de l'eau à partir des masses d'air humides ou des masses nuageuses en altitude. Dans ce mode de réalisation particulier, deux réservoirs de fluides caloporteur 11g et 11h sont disposés au centre du dispositif, au moins deux échangeurs thermiques 12h et 12i sont fixés au réservoir et reliés à un réseau de fils caloporteurs 16c. Un réservoir d'eau 15 permet de récupérer l'eau formée par 20 condensation sur le dispositif, ce réservoir 15 comporte une pente d'écoulement 21 acheminant l'eau vers le réservoir par gravité. La partie inférieure du réservoir d'eau 15 est relié à un tube 34 qui achemine l'eau jusqu'au sol. Le passage de l'eau entre le réservoir d'eau 15 et le tube 34 est régulé par une vanne 33. La vanne 33 peut présenter plusieurs états, ouverte, fermé ou partiellement ouverte. La commande de 25 la vanne se fait sur commande d'un opérateur ou de manière automatisée. Dans un mode de réalisation préférentiel (non représenté) un capteur est utilisé pour mesurer une valeur représentative d'une grandeur physique, par exemple le poids ou la hauteur du volume d'eau contenu dans le réservoir. Le passage d'un état de la vanne à un autre peut se faire lorsqu'une grandeur mesurée atteint un seuil 30 prédéterminé. Au moins un câble 32 de fixation relie mécaniquement le ballon 31 au reste du dispositif. Dans des modes de réalisation (non représentés), le dispositif comporte un système de dégivrage sur les moyens de collecte et d'écoulement de l'eau. L'effet de dégivrage peut être obtenu par une action mécanique et/ou une application de 3031581 8 chaleur et/ou une utilisation de produits chimiques liquides ou secs conçus pour abaisser le point de congélation de l'eau, par exemple différents sels ou saumures, alcool, glycol. Un mode de réalisation du système de dégivrage mécanique est un dégivreur pneumatique constitué de chambres en tissu caoutchouté alternativement 5 gonflées et vidées. Dans des modes de réalisation préférentiels (non représentés), le réservoir d'eau 15 comporte un moyen de protection isotherme qui est configuré pour limiter les échange de chaleur et abriter l'eau du vent afin d'éviter l'évaporation et/ou le gel de l'eau contenue dans le réservoir d'eau 15. Le moyen de protection isotherme 10 recouvre au moins une partie du réservoir d'eau 15 et peut comporter de la résine, du polyester et/ou des matières plastiques comme le polyéthylène. Dans des modes de réalisation, le moyen de protection possède deux faces réversibles, une première face dont la surface favorise l'absorption de la chaleur et une deuxième face dont la surface reflète le rayonnement thermique. 15 Dans des modes de réalisation préférentiels (non représentés), le dispositif formant aérostat est relié au sol par des câbles. Au moins un treuil permet de régler la longueur des câbles. Dans des modes de réalisation (non représentés), le dispositif formant aérostat comporte un moyen de régulation de la pression du gaz dans le ballon 31. Dans un 20 mode de réalisation, le moyen de régulation comporte un gonfleur à hélium ou un brûleur à air et une valve qui permet au gaz de s'échapper. Ces dispositions permettent au dispositif formant aérostat d'ajuster son altitude pour compenser les variations de poids du dispositif notamment en raison de l'accumulation d'eau dans le réservoir d'eau 15. 25 Dans des modes de réalisation (non représentés), le tube 34 est relié à au moins une turbine hydraulique. Dans des modes de réalisation (non représentés), le dispositif comporte au moins un filet conducteur thermique configuré pour diffuser par radiation la chaleur du fluide caloporteur transporté dans les tuyaux vers l'air ambiant. Dans des modes 30 de réalisation préférentiels le filet est configuré pour favoriser la formation de gouttes d'eau. Ce filet peut comporter des fibres constituées de polyméthylméthacrylate et ou des fibres qui présentent une structure en fuseau configuré pour favoriser l'agglomération de gouttes d'eau. REVENDICATIONS1. Dispositif de production d'eau (10a-10d) par un effet de condensation, caractérisé en ce qu'il comporte : - au moins un conteneur (11a-11h) de fluide caloporteur apte à emmagasiner une énergie calorifique, - au moins deux échangeurs thermiques (12a-12i) fixés à l'au moins un conteneur (11a-11h) et aptes à récupérer l'énergie calorifique contenue dans ledit conteneur (11a-11h), - un réseau de fils caloporteurs (16a-16c) relié solidement et thermiquement aux échangeurs thermiques (12a-12i) et aptes à provoquer un effet de condensation entre une première température emmagasinée par l'au moins un conteneur (11a-11f) et une deuxième température captée par ledit réseau de fils caloporteurs (16a-16c), et - un réservoir (15) de collecte d'eau apte à stocker l'eau issue dudit réseau de fils caloporteurs (16a-16c). 2. Dispositif de production d'eau selon la revendication 1, qui comporte un ballon (31) configuré pour contenir un gaz. 20 3. Dispositif de production d'eau selon la revendication 1, qui comporte au moins un moyen de protection isotherme (18) mobile entre deux positions : - une première position dans laquelle l'au moins un conteneur (11a-11h) est recouvert par ledit moyen de protection isotherme (18), et 25 - une seconde position dans laquelle l'au moins un conteneur (11a-11h) n'est pas recouvert par ledit moyen de protection isotherme (18). 4. Dispositif de production d'eau selon la revendication 1 à 3, dans lequel les échangeurs thermiques (12a-12i) sont réalisés par des tiges dont le matériau est 3 0 apte à conduire efficacement le chaud ou le froid, de préférence le cuivre. 5. Dispositif de production d'eau selon la revendication 1 à 3, dans lequel les échangeurs thermiques (12a-12i) sont réalisés par des tubes dont le matériau est apte à conduire efficacement le chaud ou le froid, de préférence le cuivre. 303 15 81 11 6. Dispositif de production d'eau selon la revendication 5, dans lequel les tubes sont en communication hydraulique avec le fluide de l'au moins un conteneur (11a-11h). 5 7. Dispositif de production d'eau selon la revendication 5, dans lequel les tubes son creux et traversent l'au moins un conteneur (11a-11h) sans que le fluide de l'au moins un conteneur (11a-11h) ne pénètre dans lesdits tubes. 8. Dispositif de production d'eau selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le 10 réseau de fils caloporteurs (16a-16c) comporte des fils caloporteurs (16a-16c) horizontaux qui sont reliés solidement et thermiquement aux échangeurs thermiques (12a-12i) par l'intermédiaire d'autres fils caloporteurs (16a, 16c). 9. Dispositif de production d'eau selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel au 15 moins un échangeur thermique (12a-12i) comporte un moyen de guidage (14) du liquide capté par les fils caloporteurs (16a-16c) en direction dudit réservoir (15). 10. Dispositif de production d'eau selon l'une des revendications 1 à 9, qui comporte une pente d'écoulement (21) apte à diriger le liquide capté par les fils caloporteurs (16a-16c) en direction dudit réservoir (15).