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La présente invention est relative à une installation pour la distillation solaire d'eaux salées, eau de mer ou eaux saumâtres.
Cette installation présente notamment l'avantage de permettre une production continue (ou presque) d'eau distillée à partir d'une source de chaleur intermittente, avec un rendement thermique amélioré par rapport aux distillateurs solaires existants.
A cet effet, l'install ation selon l'invention comporte en combinaison trois parties principales: 1[deg.] - Un capteur-dissipateur
de chaleur dont la fonction est d'absorber de l'énsrgie solaire pendant le jour et de dissiper de la chaleur pendant la nuit.
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condenseur présentant en alternance des sections d'évaporation et des sections de condensation balayées successivement par un courant d'air saturé de vapeur d'eau.
Selon une caractéristique de l'invention, une eau (appelée ci-après "eau caloporteuse"), dont la circulation est indépendante
,de la circulation de l'eau à distiller, sert de fluide caloporteur
en transportant la chaleur entre les trois parties de l'installation énoncées ci-dessus. Avantageusement, cette'*eau caloporteuse est constituée par l'eau distillée produite, de sorte que le réservoir d'accumulation de chaleur est aussi un réservoir de stockage de l'eau distillée, permettant le prélèvement d'eau douce relativement chaude dans une partie et relativement froide dans une autre partie du réservoir.
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au cours de la description des dessina annexée au présent mémoire qui représentent schématiquement et à titre d'exemple seulement une forme de réalisation de l'invention.
La figure 1 illustre la circulation des fluides et la disposition des principaux organes de l'évaporateur-condenseur présenté suivant une coupe verticale. La figure 2 est une coupe verticale d'une section d'évaporation suivant un plan perpendiculaire au plan de la figure 1.
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Le distillateur solaire selon l'invention comporte en combinaison trois parties principales:
1[deg.] - Un capteur-dissipateur de chaleur 1 comprenant p. ex.
des tubes noircis 2, disposés sous un vitrage amovible 3.
Ce capteur-dissipateur 1 est placé soit sur le sol, soit sur un toit ou sert de couverture à un hangar, une serre de culture, etc.
Pendant le jour, il permet de capter une partie du rayonnement solaire; pendant la nuit, au contraire, il évacue de la chaleur
par rayonnement infrarouge et par convection; celle-ci est augmentée par l'enlèvement d'une partie du vitrage 3. La surface occupée par
ce capteur est comprise entre un demi-are et un are pour une production d'eau distillée voisine de 1 m3/jour en moyenne.
2[deg.] - Un réservoir d'accumulation de chaleur 4. Ce réservoir contient une eau caloporteuse, constituée avantageusement par
l'eau distillée produite par l'installation. La surface de cette
eau est à la pression atmosphérique. Le réservoir 4 comporte une partie plus chaude 5 et une partie plus froide 6, séparées par
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pour une production quotidienne d'une tonne d'eau distillée
en moyenne. Avec une diminution du rendement thermique, ce réservoir <EMI ID=6.1>
affectée à cet usage, et présentant alors une stratification des températures, l'eau chaude flottant sur l'eau froide.
3[deg.] - Un évaporateur-condenseur 8, limité par une enceinte calorifugée 9. Il présente en alternance des sections d'évaporation 10 et des sections de condensation 11. Ces sections iL ou 11 sont composées, p. ex., de quatre rangées verticales de quarante tubes horizontaux 12. Ces tubes sont en verre. Leur diamètre extérieur
est, p. ex., vingt mm: et leur longueur est un mètre et demi. Ils
sont disposés en quinconce à une distance de vingt-huit mm d'axe en
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perforées 13. Des raccords élastiques 14 permettent de réunir
en série l'intérieur de tubes 12. Les sections 10 et 11 peuvent
être des modules-tiroirs, d'une hauteur de un mètre et demi environ.. et d'une épaisseur de douze centimètres, développant chacuns une surface d'échange de quinze m<2>; ces modules sont glissés comme
des tiroirs verticaux dans l'enceinte 9, les modules d'évaporation 10 y étant introduits d'un côté, les modules 11 de l'autre côté.
Par tranche de production moyenne d'une tonne d'eau distillée/ jour, il faut prévoir cinq de chacuns de ces modules, soit 150 m<2> de surface d'échange de chaleur.
L'eau salée à distiller est amenée à l'entrée 15 d'un échangeur
de préohauffage 16 composé de tubes parcourus à l'intérieur par
l'eau salée. A la sortie 17 de cet échangeur 16, l'eau salée
est conduite dans des bacs distributeurs 18 situés à la partie supérieure des sections d'évaporation 10. Des bacs distributeurs 18, l'eau salée s'égoutte à l'extérieur de tubes 12 entourés d'une gaine poreuse 19 imbibée par l'eau salée à distiller.
Dans les sections d'évaporation 10, une partie de l'eau salée distribuée par les bacs 18 est évaporée par un processus qui sera
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d'évaporation 10.
Les bacs distributeurs 18 d'une part, les bacs collecteurs 20 d'autre part sont réunis, en vases communicants, par des canalisations non représentées. Dans le cas d'une installation relativement grande, p. ex. d'une capacité de production de dix à vingt tonnes/jour, ces bacs sont avantageusement répartis en deux ou trois groupes parcourus successivement par l'eau salée à concentration croissante en sels dissous.
Une pompe 21 (deux ou trois dans le cas d'une installation relativement grande) permet le recyclage de l'eau salée depuis les bacs collecteurs 20 jusqu'aux bacs distributeurs 18. Si le débit
de recyclage d'eau salée est important, p. ex. deux ou trois m3/heure
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est nécessaire en cas de très faible débit de recyclage, p. ex. une cinquantaine de litres/heure par section 10: ces gaines permettent d'obtenir une vitesse réduite pour la descente de l'eau salée et une meilleure répartition de cette eau sur la surface extérieure des tubes. La gaine peut être en coton ou en matière synthétique; son épaisseur, environ un demi-millimètre, n'affecte pas sensiblement l'échange thermique à travers la paroi du tube.
Pour améliorer encore la répartition de l'eau salée imprégnant les gaines 19, on peut installer un dispositif d'arrosage intermittent, non représenté, tel qu'un siphon ou un réservoir basculant, libérant en quelques secondes d'arrosage l'eau salée accumulée par la pompe 21 pendant quelques minutes.
La saumure non évaporée dans les sections d'évaporation 10 est évacuée par une purge 22.
Dans les sections d'évaporation 10, l'eau salée imbibant les gaines 19 émet de la vapeur d'eau. Cette vapeur d'eau est entraînée
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humidifié dans une première section d'évaporation 10, plus étendue
que les autres sections 10 pour compenser le fait que l'air extérieur est d'ordinaire dans un état éloigné de la saturation. L'air ainsi chargé de vapeur d'eau traverse la section de condensation 11 voisine et y dépose une partie de sa vapeur d'eau, condensée à l'extérieur
des tubes 12 de cette section il. Ces tubes sont identiques aux tubes utilisés dans les sections d'évaporation 10, mais ils ne sont pas recouverts d'une gaine.
L'air saturé (avec un trajet signalé par de très petites flèches
sur la fig. 1) traverse alternativement, à une vitesse de un à deux mètres/sec.: une section d'évaporation, une section de condensation, une section d'évaporation, une section de condensation, etc. L'air traverse enfin l'échangeur de préchauffage 16 et est évacué dans l'atmosphère. L'air pourrait aussi circuler en circuit fermé.
L'eau distillée, condensée à l'extérieur des tubes 12 dans
chacune des sections de condensation 11 et dans l'échangeur de préchauffage 16, est collectée à la partie inférieure de l'enceinte 9 et est recueillie par la canalisation 24. Il en est de même pour
l'eau condensée, par suite des pertes thermiques, sur les faces internes de l'enceinte 9.
Le processus d'évaporation-condensation dans un courant d'air
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de condensation, comme décrit ci-dessus, exige le maintien d'une différence de température entre l'eau salée imbibant les gaines 19
(qui doit être relativement chaude) et la surface de condensation
(qui doit être relativement froide) rencontrée ensuite par l'air humide. A cause de cette différence de température, l'air humide devient un peu plus chaud et chargé de vapeur d'eau en traversant une section d'évaporation 10, puis l'air humide est refroidi et
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la section de condensation 11 qui suit, etc.
Cette différence de température, en moyenne une dizaine de [deg.]C p. ex., est créée par le capteur-dissipateur 1, lequel agit le jour comme source chaude et la nuit comme source froide. La fonction complémentaire
(source froide le jour, source chaude la nuit) est assurée par le réservoir d'accumulation de chaleur 4 grâce à une eau caloporteuse
dont la circulation est indépendante de la circulation de l'eau salée
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(qui peut être légèrement reminéralisée) amenée depuis la conduite
de récolte 24 jusqu'au milieu du réservoir 4 par une canalisation
non représentée.
La circulation de l'eau caloporteuse est réalisée en circuit fermé entre le réservoir d'accumulation de chaleur 4 et le capteur-dissipateur 1 en passant par l'évaporateur-condenseur 8, dans un sens ou en sens inverse selon qu'il s'agit du fonctionnement de jour ou de nuit,
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( A ) Pendant le jour: L'eau caloporteuse (suivant le trajet signalé par les longues flèches) est aspirée par la pompe 25 dans la partie (relativement) froide 6 du réservoir 4. Elle est refoulée
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de condensation 11, parcourus successivement de bas en haut (à une vitesse d'environ 10 cm/sec correspondant à un débit d'eau caloporteuse voisin de 400 litres/heure par section). La température de cette eau croît progressivement jusqu'à la partie supérieure des dites sections 11.
L'eau caloporteuse est ensuite canalisée jusqu'au capteur d'énergie solaire 1 où elle reçoit un appoint de chaleur qui augmente sa tempé-
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Ensuite, l'eau caloporteuse est amenée à l'intérieur des tubes situés à la partie supérieure des sections d'évaporation 10 où elle cède une partie de sa chaleur à l'eau salée qui imbibe les gaines 19; cette eau salée reçoit ainsi la chaleur nécessaire à son évaporation <EMI ID=20.1> <EMI ID=21.1>
successivement de haut en bas et à température décroissante, l'intérieur des tubes des sections d'évaporation 10.
Il faut remarquer que l'évaporateur-condenseur 8 présente
pendant le jour la stratification de températures suivante: le processus d'échange de chaleur entre les sections d'évaporation
et de condensation par l'intermédiaire de l'air humide est effectué
à des températures de moins en moins élevées au fur et à mesure
que l'on se rapproche de la partie inférieure de. l'appareil.
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d'évaporation 11 est conduite jusqu'à la partie (relativement) chaude 5 du réservoir 4..
( B ) Pendant la nuit: Selon une caractéristique de l'invention,
la circulation de l'eau caloporteuse est effectuée en sens inverse
la nuit par rapport au jour. Cette inversion peut être réalisée
en utilisant une pompe 25 de type péristaltique, dont le sens de rotation est commandé automatiquement en fonction de la différence
de température de part et d'autre du capteur-dissipateur 1. L'enlèvement au crépuscule d'une partie du vitrage 3 (ou inversement-sa remise en place au début de la matinée) permet de déclencher cette inversion dès que la dissipation de chaleur l'emporte sur le captage d'énergie solaire.
Voici une description de la circulation nocturne de l'eau caloporteuse (signalée par des pointes de flèches sur la fig. 1):
L'eau caloporteuse aspirée dans la partie (relativement) chaude 5
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à la partie inférieure des sections d'évaporation 10. Dans ces sections
10, elle cède de la chaleur à l'eau salée imbibant les gaines 19
et partiellement évaporée dans le courant d'air humide dont le sens est même que pendant le jour. En cédant de la chaleur à l'eau salée, l'eau caloporteuse est progressivement refroidie au fur et à mesure <EMI ID=24.1>
L'eau caloporteuse traverse ensuite le dissipateur de chaleur 1 où elle est davantage.refroidie par rayonnement infrarouge des -tubes 2 et par conveotion au contact de l'atmosphère grâce à l'enlèvement d'une partie du vitrage 3.
Après avoir été ainsi refroidie, l'eau caloporteuse parcourt, successivement de haut en bas et à température croissante, l'intérieur
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desquelles l'eau caloporteuse est aspirée par la pompe 25. Elle est ensuite refoulée dans la partie (relativement) froide 6 du réservoir 4.
Au fur et à mesure de l'avancement de la nuit, la distillation est réalisée à des températures de plus en plus basses et suivant une stratification des températures (dans l'évaporateur-condenseur 8) qui est inverse de celle du jour.
En raison de la faible vitesse de circulation des fluides, il suffit de très peu d'énergie mécanique pour entraîner pompes et ventilateur:
une puissance installée de 200 à 250 watts est suffisante pour une capacité de production de cinq tonnes d'eau distillée par 24 h, soit environ 1 kwh/tonne. Cette énergie est obtenue par des photopiles au Si.
Lorsque l'air, circulant en circuit ouvert, est aspiré dans un état éloigné de la saturation, une canalisation 26 permet d'établir une connexion entre l'intérieur des tubes de la première section d'évaporation 10 et la partie froide 6 du réservoir 4 pour éviter un refroidissement inopportun de la partie chaude 5 de ce réservoir par une partie
de l'eau caloporteuse, davantage refroidie dans les premières rangées de tubes balayées par l'air non encore saturé.
Il est évident que l'invention n'est pas exclusivement limitée
à la forme de réalisation représentée et que des modifications peuvent être apportées concernant la forme, la constitution et la disposition
de certains éléments de l'installation, dans le cadre des revendications
<EMI ID=26.1> 1. Installation pour la distillation solaire d'eaux salées comprenant
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servant aussi de source froide pendant la nuit, 2[deg.] un réservoir d' accumulation de chaleur servant de source froide pendant le jour et
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en alternance des sections d'évaporation et des sections de condensation balayées successivement par un courant d'air saturé de vapeur d'eau.