BE1024472B1

BE1024472B1 - Installation de dessalement d’eau par compression mecanique de vapeur isolee thermiquement dans un local etanche

Info

Publication number: BE1024472B1
Application number: BE20175531A
Authority: BE
Inventors: François Mathieu Winandy
Original assignee: Ind Advanced Services Fz Llc
Priority date: 2017-07-27
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2018-02-28
Also published as: MA52674A1; WO2019020601A1; EP3658508A1; MA52674B1

Abstract

L’invention concerne une installation (1) de dessalement d’eau par distillation thermique par compression mécanique de vapeur, qui comprend un local étanche (2) agencé pour recevoir plusieurs unités de dessalement (4) et comprenant au moins une unité (4) partiellement sous vide, ledit local (2) ménageant naturellement autour de l’unité (4) un espace d’isolation thermique (3).

Description

(73) Titulaire(s) :

INDUSTRIAL ADVANCED SERVICES FZ-LLC -, AL-JAZEERAAL-HAMRA Émirats arabes unis (72) Inventeur(s) :

WINANDY François-Mathieu SW19 2RR LONDON Royaume-Uni (54) INSTALLATION DE DESSALEMENT D’EAU PAR COMPRESSION MECANIQUE DE VAPEUR ISOLEE THERMIQUEMENT DANS UN LOCAL ETANCHE (57) L’invention concerne une installation (1) de dessalement d’eau par distillation thermique par compression mécanique de vapeur, qui comprend un local étanche (2) agencé pour recevoir plusieurs unités de dessalement (4) et comprenant au moins une unité (4) partiellement sous vide, ledit local (2) ménageant naturellement autour de l’unité (4) un espace d’isolation thermique (3).

BREVET D'INVENTION BELGE

SPF Economie, PME, Classes Moyennes & Energie

Numéro de publication : 1024472 Numéro de dépôt : BE2017/5531

Office de la Propriété intellectuelle Classification Internationale : C02F 1/04 B01D 5/00 B01D 1/28 B01D 3/00 B01D 3/10 B01D 3/42 Date de délivrance : 28/02/2018

Le Ministre de l'Economie,

Vu la Convention de Paris du 20 mars 1883 pour la Protection de la propriété industrielle ;

Vu la loi du 28 mars 1984 sur les brevets d'invention, l'article 22, pour les demandes de brevet introduites avant le 22 septembre 2014 ;

Vu le Titre 1er “Brevets d’invention” du Livre XI du Code de droit économique, l'article XI.24, pour les demandes de brevet introduites à partir du 22 septembre 2014 ;

Vu l'arrêté royal du 2 décembre 1986 relatif à la demande, à la délivrance et au maintien en vigueur des brevets d'invention, l'article 28 ;

Vu la demande de brevet d'invention reçue par l'Office de la Propriété intellectuelle en date du 27/07/2017.

Considérant que pour les demandes de brevet tombant dans le champ d'application du Titre 1er, du Livre XI du Code de Droit économique (ci-après CDE), conformément à l'article XI. 19, §4, alinéa 2, du CDE, si la demande de brevet a fait l'objet d'un rapport de recherche mentionnant un défaut d'unité d'invention au sens du §ler de l'article XI.19 précité et dans le cas où le demandeur n'effectue ni une limitation de sa demande ni un dépôt d'une demande divisionnaire conformément aux résultats du rapport de recherche, le brevet délivré sera limité aux revendications pour lesquelles le rapport de recherche a été établi.

Arrête :

Article premier. - Il est délivré à

INDUSTRIAL ADVANCED SERVICES FZ-LLC, P.O. Box 31291 , - AL-JAZEERAAL-HAMRA Émirats arabes unis;

représenté par

OFFICE KIRKPATRICK S.A., Avenue Wolfers 32, 1310, LA HULPE;

un brevet d'invention belge d'une durée de 20 ans, sous réserve du paiement des taxes annuelles visées à l’article XI.48, §1 du Code de droit économique, pour : INSTALLATION DE DESSALEMENT D’EAU PAR COMPRESSION MECANIQUE DE VAPEUR ISOLEE THERMIQUEMENT DANS UN LOCAL ETANCHE .

INVENTEUR(S) :

WINANDY François-Mathieu, Windsor avenue 60, SW19 2RR, LONDON ;

PRIORITE(S) :

DIVISION :

divisé de la demande de base : date de dépôt de la demande de base :

Article 2. - Ce brevet est délivré sans examen préalable de la brevetabilité de l'invention, sans garantie du mérite de l'invention ou de l'exactitude de la description de celle-ci et aux risques et périls du (des) demandeur(s).

Bruxelles, le 28/02/2018, Par délégation spéciale :

BE2017/5531

Installation de dessalement d’eau par compression mécanique de vapeur isolée thermiquement dans un local étanche

Le domaine de l’invention est celui de la distillation thermique par compression mécanique de vapeur (CMV). En particulier, la distillation par CMV est utilisée pour le dessalement d’eau de mer ou d’eau saumâtre à des fins de production d’eau potable ou de production d’eau déminéralisée.

Une unité de dessalement par CMV comprend classiquement un évaporateurcondenseur (EC), comportant une zone d’évaporation et une zone de condensation, un système de compression et une alimentation de liquide à distiller. L’unité de dessalement est généralement placée sous vide partiel, afin de diminuer la température d’ébullition du liquide à distiller. L’unité de dessalement par CMV est en outre pourvue d’un système d’élimination des gaz non condensables, un système d’extraction du distillât, et un système d’extraction du concentrât.

En pratique, le liquide à distiller est introduit dans l’unité de dessalement par l’alimentation prévue à cet effet. Le liquide est alors réparti sur la zone d’évaporation de l’EC. Le liquide à distiller est alors évaporé et la vapeur créée est transportée vers un compresseur, où elle est compressée. Cette vapeur compressée est ensuite envoyée vers la zone de condensation de l’EC, où elle est condensée. Le distillât et le concentrât sont alors tous les deux extraits séparément.

Une telle unité de dessalement par CMV affiche en général une consommation énergétique de l’ordre de 8 à 18 kWh/m³ de distillât produit. De récents développements, mentionnés dans la demande de brevet WO2015/014840, permettent toutefois de limiter la consommation énergétique à seulement quelques kWh/m³ de distillât produit, par exemple de 2 à 8 kWh/m³.

Avec cette consommation énergétique relativement faible, le procédé de dessalement par CMV met en œuvre un transfert de chaleur latente de l’ordre de 640 kWh/m³. Par conséquent, la moindre perte de chaleur latente durant le procédé de distillation, même de l’ordre de 1%, a des répercussions importantes sur la

BE2017/5531 consommation énergétique du procédé. En effet, la moindre perte de chaleur latente doit être compensée par la compression mécanique, dont le rendement n’est pas des meilleurs. II est donc particulièrement important de limiter autant que possible les pertes de chaleur durant le procédé CMV.

Pour ce faire, il est nécessaire d’isoler thermiquement l’unité de dessalement. En effet, toute différence de température entre la surface de l’évaporateur-condenseur et la paroi interne de l’unité de dessalement, soit faible lorsqu’elle résulte des déperditions calorifiques naturelles au travers de l’isolant convenablement installé, soit plus importante lorsqu’elle résulte d’une mauvaise isolation thermique, est directement comblée par de la condensation de vapeur sur la paroi interne de l’unité. Cette condensation déplacée diminue la quantité de vapeur se condensant sur l’évaporateur-condenseur. Le procédé subit alors une perte de chaleur latente de condensation de l’évaporateur-condenseur, et donc également une diminution de la restitution de la chaleur latente de vaporisation. Cette perte de chaleur latente est directement compensée par la compression mécanique, en augmentant inévitablement la consommation énergétique du procédé.

A cette fin, les unités sont généralement pourvues d’une protection calorifuge adjacente au corps de l’unité et aux diverses tuyauteries et équipements ou instruments associés. Cette protection calorifuge est généralement réalisée sur site et se compose d’isolants, le plus souvent recouverts d’une carcasse en aluminium. Toutefois, une telle protection calorifuge nécessite un nombre important de jonctions pour permettre d’isoler l’unité et tous ses auxiliaires. Ces jonctions ne sont pas toujours complètement étanches et engendrent par conséquent des pertes calorifiques.

En outre, en cas d’intervention nécessaire d’un opérateur sur une partie de l’unité de dessalement, il faut alors obligatoirement démonter une portion de la protection calorifuge. De telles opérations externes de maintenance sont donc compliquées et sont par conséquent rarement exécutées à titre préventif. L’isolant perd généralement de son efficacité au fur et à mesure des démontages et remontages effectuées sur site dans des conditions non optimales.

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La demanderesse a donc jugé nécessaire de proposer une isolation de l’unité de distillation permettant d’éliminer ces inconvénients.

A cet effet, la présente invention concerne une installation de dessalement d’eau par distillation thermique par compression mécanique de vapeur, comprenant un local étanche agencé pour recevoir plusieurs unités de dessalement, comprenant, à l’intérieur, au moins une unité partiellement sous vide, comportant un évaporateurcondenseur et des équipements auxiliaires de contrôle, de régulation et d’exploitation, le local ménageant naturellement autour de l’unité un espace d’isolation thermique.

En désolidarisant l’isolant thermique des unités de dessalement pour le placer autour d’un espace plus grand, on simplifie la configuration de l’isolant thermique, on réduit le nombre de jonctions qui sont les principales sources de pertes calorifiques dans les protections calorifuges de l’art antérieur, et on rend possible l’usage de matériaux isolants rigides et/ou de forte épaisseur et plus performants.

On notera que, de façon surprenante, la demanderesse, en proposant la solution de l’invention au problème de pertes énergétiques des unités de dessalement d’eau, ne s’est pas contentée de résoudre le problème, elle a en plus vaincu un préjugé dissuasif lié aux difficultés de l’exigence d’un espace très élargi, de sorte que son invention implique l’activité inventive requise.

En effet, l’invention de la présente demande requiert de disposer d’un espace plus grand que ne le nécessitaient les protections calorifuges de l’art antérieur. Toutefois, dès lors que l’installation est capable de recevoir plusieurs unités de dessalement dans un seul local étanche, la difficulté liée à l’encombrement disparait, au profit d’une réduction de la complexité de mise en œuvre et des coûts.

Dans un mode de réalisation avantageux de l’invention, la température de l’espace d’isolation est légèrement supérieure à la température d’évaporation à l’intérieur de l’unité de dessalement. De cette façon, bien mieux que de le diminuer, on inhibe totalement le phénomène de condensation de la vapeur sur les parois internes de l’unité de dessalement. Une telle condensation déplacée résulterait en effet en une

BE2017/5531 perte de chaleur latente, qui serait inévitablement compensée par la compression mécanique, impliquant ainsi une augmentation de la consommation énergétique.

Le local étanche comprend une porte bien isolée, qui permet à des opérateurs de pénétrer à l’intérieur dudit local et ainsi de circuler directement autour de l’unité ou des unités de dessalement tout en étant à l’intérieur de l’espace d’isolation thermique. De cette manière, toutes les parties des unités sont en permanence visibles et accessibles, ainsi que leurs équipements auxiliaires, pour toute opération de maintenance, d’entretien ou d’inspection, sans que l’opérateur ne doive démonter une portion de l’isolation thermique.

L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante, en référence à la figure en annexe, qui est une vue schématique d’une installation de l’invention.

L’installation de dessalement 1 comprend un local étanche 2 définissant un espace d’isolation thermique 3, isolé thermiquement de l’environnement extérieur 16. L’installation comporte ici quatre unités de dessalement 4 à l’intérieur dudit local 2. Chacune de ces unités 4 comprend une enveloppe 5, sous vide partiel, renfermant un évaporateur-condenseur 6, un compresseur 7 et son moteur 8. L’enveloppe est en outre pourvue de divers équipements auxiliaires, tels qu’une alimentation d’eau brute 9, un système 10 de mise sous vide partiel et d’élimination des gaz noncondensables, une sortie 11 pour l’extraction du distillât et une sortie 12 pour l’extraction du concentrât. Des arroseurs 13 sont également prévus au-dessus de l’évaporateur-condenseur 6, pour répartir l’eau brute à dessaler sur l’évaporateurcondenseur 6.

Le local 2 a ici la forme d’un parallélépipède et est formé de panneaux rigides, bien jointifs, étanches à la circulation d’air et de forte épaisseur.

Le local est en outre pourvu d’une porte d’accès 14, bien isolée, pour permettre l’accès à des opérateurs 15, afin d’effectuer facilement des opérations de maintenance, d’entretien, ou d’inspection, sans devoir démonter la protection calorifuge du local 2.

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On notera que, grâce au vide partiel présent dans l’enveloppe 5 des unités de dessalement 4, la température d’ébullition de l’eau est considérablement diminuée.

Par conséquent, le procédé de dessalement d’eau peut être opéré à des températures bien en-dessous de 100°C notamment à des températures d’environ

20 à 55°C. A de telles températures, il est tout-à-fait envisageable qu’un opérateur puisse circuler autour des unités de dessalement 4 tout en étant soumis à la température du local 2, sans subir aucun problème ou danger lié à la chaleur. Il lui suffit alors de prendre quelques précautions d’usage telles que de s’hydrater régulièrement et éventuellement de se munir d’équipements de protection adaptés.

Le local 2 est ici également pourvu d’un système auxiliaire de chauffage 17. Ce système 17 permet de fixer la température de l’espace d’isolation thermique 3 de façon à ce qu’elle soit légèrement supérieure à la température à l’intérieur des unités de dessalement 4, qui correspond à la température à laquelle le procédé de dessalement est mis en œuvre. Grâce à cela, on évite que la température au niveau des parois internes 18 des unités de dessalement 4 ne soit légèrement plus faible que la température au niveau de l’évaporateur-condenseur 6. Une telle différence de température résulterait en effet en un appel de condensation de vapeur sur les parois internes 18 des unités 4, ce qui provoquerait inévitablement une augmentation de la consommation énergétique.

On a décrit ici une installation de dessalement 1 isolée par un local étanche 2 comprenant quatre unités 4 de dessalement. Il est évident que la présente invention ne se limite pas à ce nombre spécifique d’unités et que l’installation peut comprendre n’importe quel nombre d’unités de dessalement, voire même une seule.

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Claims

Revendications

1. Installation (1) de dessalement d’eau par distillation thermique par compression mécanique de vapeur, comprenant un local étanche (2) agencé pour recevoir

5 plusieurs unités de dessalement (4), comprenant, à l’intérieur, au moins une unité (4) partiellement sous vide et comportant un évaporateur-condenseur (6) et des équipements auxiliaires (7-13) de contrôle, de régulation et d’exploitation, le local (2) ménageant naturellement autour de l’unité (4) un espace d’isolation thermique (3).

2. Installation (1) selon la revendication 1, dans laquelle la température de l’espace d’isolation thermique (3) est supérieure à la température d’évaporation à l’intérieur de l’unité de dessalement (4), pour éviter de la condensation déplacée.

3. Installation (1) selon la revendication 2, dans laquelle le local (2) comprend en outre un moyen auxiliaire de chauffage (17).

4. Installation (1) selon l’une des revendications 1 à 3, dans laquelle le local (2) 20 comprend une porte (14) pour permettre à un opérateur (15) de pénétrer à l’intérieur dudit local (2).

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Abrégé

Installation de dessalement d’eau par compression 5 mécanique de vapeur isolée thermiquement dans un local étanche

L’invention concerne une installation (1) de dessalement d’eau par distillation 10 thermique par compression mécanique de vapeur, qui comprend un local étanche (2) agencé pour recevoir plusieurs unités de dessalement (4) et comprenant au moins une unité (4) partiellement sous vide, ledit local (2) ménageant naturellement autour de l’unité (4) un espace d’isolation thermique (3).