EP1636138A2 - Procede et appareil de distillation notamment pour produire de l'eau douce - Google Patents

Procede et appareil de distillation notamment pour produire de l'eau douce

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Publication number
EP1636138A2
EP1636138A2 EP04767241A EP04767241A EP1636138A2 EP 1636138 A2 EP1636138 A2 EP 1636138A2 EP 04767241 A EP04767241 A EP 04767241A EP 04767241 A EP04767241 A EP 04767241A EP 1636138 A2 EP1636138 A2 EP 1636138A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plates
liquid
temperature
hot
hollow
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP04767241A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Paul Domen
Stéphane Viannay
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Third Millenium Water Co
Original Assignee
Third Millenium Water Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Third Millenium Water Co filed Critical Third Millenium Water Co
Publication of EP1636138A2 publication Critical patent/EP1636138A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0064—Feeding of liquid into an evaporator
    • B01D1/007—Feeding of liquid into an evaporator the liquid feed being split up in at least two streams before entering the evaporator
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/0011—Heating features
    • B01D1/0041—Use of fluids
    • B01D1/0047—Use of fluids in a closed circuit
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/22—Evaporating by bringing a thin layer of the liquid into contact with a heated surface
    • B01D1/221—Composite plate evaporators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D3/34—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
    • B01D3/343—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas
    • B01D3/346—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas the gas being used for removing vapours, e.g. transport gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
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    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
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    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
    • Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy

Definitions

  • the present invention due to the collaboration of Jean-Paul DOMEN and Stéphane VIANNAY, relates to improvements to an earlier invention of the first named, relating to distillation processes and apparatus, described in a PCT international patent application, filed by applicant and published on December 20, 2001 under No. WO 01/96244 A1.
  • This PCT application describes a general multiple-effect distillation process intended to separate solids in solution from their liquid solvent, as well as two particular processes and stills.
  • distillation processes and devices are mainly intended to produce fresh water, easily transformable into drinking water. They use low-temperature hot springs of various types (standard boiler, solar boiler or heat engine radiator) and they treat most non-potable water, such as seawater, brackish groundwater or water clear but polluted surfaces. To this main application, there are those concerning the production of concentrates in various industries, in particular food or chemical.
  • S 0 and Sf are faces of walls of thin hollow distillation heat exchange plates, installed in large numbers, vertical or inclined, in a heat-insulated treatment chamber, comprising narrow inter-plate spaces, of substantially width constant, filled with an incondensable gas, in particular air at atmospheric pressure; - the heat transfer fluid flows from top to bottom along the surfaces Sc, passing from a high initial temperature Ti to a final temperature T3 lower than Ti, then from bottom to top along the surfaces Sf, passing from a temperature initial TA, lower than T3, at a final temperature T2, higher than T4 and lower than Ti;
  • a hot source is arranged between the hottest ends of the surfaces Sc and Sf, to increase the temperature of the heat transfer fluid from T2 to Ti;
  • a cold source is disposed between the less hot ends of these surfaces S 0 and St, to lower the temperature of the heat transfer fluid from T3 to T4.
  • the heat transfer fluid is the liquid to be distilled
  • the heat transfer liquid circulates from top to bottom inside the hot plates, it enters hot at temperature Ti and it comes out cooled at temperature T3, after having caused a partial evaporation of the liquid to be distilled in flow on the faces external of these plates; -at the outlet from the hot plates, the heat transfer liquid undergoes additional cooling and goes to temperature T4;
  • this heat transfer liquid at temperature T4 enters the interior of the cold plates where it circulates from bottom to top, on the one hand, causing, on the external faces of the walls of these cold plates, a condensation of the vapor. diffused through the incondensable gas plate of the inter-plate space and, on the other hand, by recovering part of the heat of condensation of this vapor to heat up and finally it leaves the cold plates at temperature T2;
  • the distilled liquid descends along the external faces of the walls of the cold plates while the concentrated liquid descends along the external faces of the walls of the hot plates.
  • the heat transfer fluid is said noncondensable gas, saturated with vapor of the liquid to be distilled;
  • the gas stream at temperature Ti enters inside all the hollow plates where it circulates from top to bottom, while part of its vapor condenses on the internal faces of the walls of the plates, only heat flows , due to a partial recovery of the heat of condensation, pass through the walls of the plates to evaporate part of the flowing liquid on their external faces and that, as a result, this stream of gas cools and leaves the hollow plates at the temperature T3;
  • this gas stream at temperature T4 enters the inter-plate spaces where it circulates from bottom to top, taking away the steam produced in these spaces and heating up, and finally it leaves these spaces at temperature T2;
  • the distilled liquid descends along the internal faces of the walls of the hollow plates, while the concentrated liquid descends along their external faces.
  • hollow and thin heat exchange elements made of polymer (in particular polypropylene), are described in this PCT application. These elements are thin hollow rectangular plates, of large dimensions (from 50 to 150 dm 2 generally), with a wall provided with a hydrophilic or wettable coating, welded and / or bonded. They are of two main types:
  • This AVP solar still includes, in a processing chamber, a vertically arranged evaporator and condenser, and outside, a solar boiler, a radiator and a pump.
  • the external wall of the evaporator is constantly humidified by sea water spilled on its upper edge.
  • a heat transfer liquid circulates in a closed circuit from the bottom to the top of the boiler, from top to bottom of the evaporator, from bottom to top of the radiator and from bottom to top of the condenser, finally reaching bottom of the boiler.
  • the radiator is a body for cooling the heat transfer liquid, subjected to the action of an air current.
  • this saturated hot air rises along the walls of the evaporator, begins to circulate in a closed circuit in the treatment chamber and, during its journey, crosses from top to bottom the area occupied by the condenser.
  • the heat transfer liquid which is cooled by passing through the evaporator, undergoes additional cooling by passing through the radiator. Consequently, it arrives at the bottom of the condenser at a temperature lower than that which it had on leaving the evaporator.
  • the particular structure given to the condenser (see fig. 3) has the effect of circulating in cross circuits the stream of saturated hot air and the stream of cooled heat transfer liquid.
  • the vapor contained in the air condenses on the relatively cold walls of the condenser and the latent heat of condensation is recovered by the heat transfer liquid, thus reducing the thermal energy required from the solar boiler. Distilled water and brine are collected in tanks respectively installed under the condenser and under the evaporator.
  • the evaporator and condenser members both have complex shapes and, moreover, are different and relatively distant from each other. This hardly makes it possible to establish a high thermal conductance between them.
  • the heat transfer fluid is a liquid
  • the thin hollow plates are alternately hot and cold and the hot and cold currents concerned circulate at very short distance from each other and in opposite directions (and not in crossed directions), while the thin air gap separating these plates remains motionless. This makes it possible to have the particularly efficient heat exchanges which are at the origin of the high productivity of distillation sought.
  • the heat transfer fluid is saturated hot air, the internal and external faces of the thin walls of the thin hollow plates constitute heat exchange surfaces, linked by a maximum thermal conductance.
  • the JPD process can be subject to a mode- mathematical reading, truly representative of the phenomena concerned, which alone makes it possible to understand and therefore to optimize these phenomena, since the elements to be taken into account have simple geometry and well-defined spatial arrangements. This hardly seems to be possible with the elements of the solar still AVP, which have complex geometries and thermal connections with weak and ill-defined conductance.
  • the Coefficient of Performance COP of a heat exchange or distillation apparatus that is to say the ratio between the heat power exchanged Q and the power P, supplied by the boiler, also determines the cost price of the energy exchanged and / or distilled water, via two other parameters, namely, (1) the cost of the energy used, which is inversely proportional to the COP coefficient of performance, and (2) the amortization of the price of the device, which is proportional to the Cop, as will be demonstrated below.
  • a conventional counter-current heat exchanger between two fluids with a constant heat capacity C P , the following will be designated by Ti, the temperature of the heat transfer fluid, at the outlet of the boiler or at the inlet of the hot surfaces of the exchanger, by T2, the temperature of the fluid at the outlet of the cold surfaces, by T3, the temperature of the heat transfer fluid, at the outlet of the hot surfaces, and by T4, the temperature of the fluid, at the inlet of the cold surfaces of the exchanger.
  • dT the temperature difference that exists on either side of the hot and cold surfaces concerned. If one neglects the heat losses of the exchanger, the two temperature differences (T3-T4) and (T1-T2) are generally both equal to dT.
  • the exchanged power Q is expressed in two ways, depending on whether one considers the heat transfer fluid or the heat exchanger.
  • Q kVdT, with k, the volume thermal conductance of a heat exchanger and V, the active volume of this exchanger.
  • the volume thermal conductance k of a heat exchanger is defined as the thermal power in Watts, transmitted through an exchanger of one cubic meter of active volume, in response to a temperature difference of one Kelvin.
  • the usage parameters are available to the user and are as follows:
  • LdT appears to be a composite variable, a function both of certain construction parameters, of the extreme temperatures Ti and T3 and of all the intermediate T values. It is therefore necessary to consider t.dT as the determining independent variable, to be taken into account to calculate the temperature of the heat transfer fluid during its descent along the hot heat exchange surfaces.
  • the calculation concerns the temperatures which appear from top to bottom of the hot surfaces of these plates, as a function of all the parameters concerned, namely the temperature Ti, the parameters of construction and use and the thermal conductances referred to above.
  • the optimal value ranges of t.dT and T3 are defined by the curve Ai and that of QE, by its maximum (QE> 17), i.e. 1900 ⁇ tdT ⁇ 4450 Ks and 58 ⁇ T3 ⁇ 78 ° C. These ranges of optimal values vary little when the e / p ratio remains constant, the maximum of QE being all the higher as the parameters e and p have their minimum values.
  • the interface through which heat transfers take place between the two water streams which circulate in opposite directions, is located in the wall which separates the current of rising water from the trickling liquid, which is the distilled water in the first case studied (circulation from top to bottom of the heat transfer liquid in the hot plates) and the brine in the second case (reverse circulation).
  • this difference in thermal power is expressed by the local difference in enthalpy flow (in Watts) between the flows of saturated air along the hot external faces S 0 and cold internal faces Sf of these
  • this curve C2 is clearly distinguished from the curve A2 since the increasing difference in degrees ( 0 C), which separates them from each other at each decreasing level h, expresses the local difference enthalpy flow constant dHi, which corresponds to the values of Ti and T2, expressed above. With Ti lowered to 91.5 0 C and T2 maintained at 91 0 C, the curve C2 would remain unchanged and the curve A3 obtained would be located approximately equidistant from the curves A2 and C2 shown.
  • Curve B2 in FIG. 2 represents the evolution of QE as a function of the composite variable t.dH / V (in kilojoules per m 3 ) to be used in the case of a still with air flow. This change is not very sensitive to the difference (T1-T2) and therefore to the value of the local difference in enthalpy flow dHi referred to above, which was used to calculate this curve B2.
  • the maximum of QE corresponds, on the curve A2, to a temperature Ti of approximately 85 ° C., at the entry of the hollow plates and, for the local deviation dHi adopted, the value of T2 read on the curve C2 is d '' about 80 ° C, at the exit of the inter-plate spaces.
  • the value of Ti 1 at the entry of the hollow plates is determined by the maximum temperature of the hot source available and the value of T4, at the entry of the interplate spaces, by the minimum temperature of the natural cold source available.
  • this cold source is the liquid to be distilled entering at 25 ° C.
  • T3 68 ° C.
  • T 4 the value of T3 increases and, in this case, the maximum of QE is lower and it is obtained for a larger t.dH / V value.
  • the Intrinsic Efficiency Coefficient of the QE still defined by COP.Q / V or Q 2 / PV or k. (Ti-T3), presents a maximum of 95 m 3 of fresh water per day and per m 3 active still, for a value of the composite variable t.dH / V of 382 kiiojoules / m 3 .
  • the optimal value of QE is greater than 84, which corresponds to 210 ⁇ t.dH / V ⁇ 740 kJ / m 3 and an optimal range 78 ⁇ Ti ⁇ 91 0 C.
  • the first object of the present invention relates to improvements and extensions, susceptible of being brought to the general distillation process, with liquid or gaseous heat transfer fluid and with diffusion of vapor in an incondensable gas, described in said prior invention, which arise from the physical laws governing the operation of stills implementing this general process.
  • the second object of the invention relates to two types of improvements, resulting from the physical laws in question, capable of being brought to particular distillation processes and apparatuses with vapor diffusion, in which the heat transfer fluid is the liquid to be distilled and the direction of circulation of this liquid, that described in said previous application or the opposite direction.
  • the third object of the invention relates to two other types of improvements, resulting from the physical laws in question, capable of being brought to particular processes and apparatuses of vapor diffusion distillation, in which the heat transfer fluid is the incondensable gas, saturated in vapor of the liquid to be distilled, and the direction of circulation of this gas, that described in said previous application or the opposite direction.
  • the heat transfer fluid is the incondensable gas, saturated in vapor of the liquid to be distilled, and the direction of circulation of this gas, that described in said previous application or the opposite direction.
  • the fourth object of the invention relates to steam diffusion stills, in which the simple heat exchangers used have a new compact architecture, at low cost.
  • the fifth object of the invention relates to a distillation heat exchanger, comprising a one-piece active element, adapted to the requirements of a still with diffusion of vapor and heat-transfer gas.
  • the sixth object of the invention relates to the means for securely connecting large thin hollow distillation heat exchange plates to their inlet and outlet pipes for heat transfer fluid.
  • the seventh object of the invention relates to the means of efficiently and safely spreading the liquid to be distilled on the external faces of the walls of hollow distillation heat exchange plates.
  • the eighth object of the invention relates to new hollow distillation plates, thin and flexible, with very thin flat walls, usable in stills with diffusion of vapor and heat-transfer gas;
  • the ninth object of the invention relates to hot springs specially adapted to the particular needs of some of the distillation apparatus referred to above.
  • a general multiple-effect distillation process intended to separate from their liquid solvent matters in solution, in particular for producing fresh water or concentrates, in which:
  • S 0 and Sf are faces of walls of thin hollow distillation heat exchange plates, installed in large numbers, vertical or inclined, in a heat-insulated treatment chamber, comprising narrow inter-plate spaces, of substantially width constant, filled with an incondensable gas, in particular air at atmospheric pressure; is characterized in that:
  • the heat transfer fluid circulates, in a first ascending or descending direction, along the hot surfaces Sc, passing from a high initial temperature Ti to a final temperature T3 lower than Ti then, in a second direction opposite to the first, along cold surfaces Sf, passing from an initial temperature T 4 , lower than T3, to a final temperature T2, higher than T 4 and lower than Ti;
  • a hot source is disposed between the hottest ends of the surfaces S 0 and Sf, to increase the temperature of the heat transfer fluid from T2 to Ti;
  • a cold source is arranged between the less hot ends of these surfaces S 0 and Sf, to lower the temperature of the heat transfer fluid from T3 to T 4 ;
  • a substantially constant local difference dH of enthalpy flow is established between the surfaces Sc and St, by giving amplitudes suitable for the heat exchanges respectively effected between the current of heat transfer fluid and said hot and cold sources;
  • the heat transfer fluid is the liquid to be distilled
  • Thin hollow distillation heat exchange plates are hot or cold and they are alternately installed in the heat-treated treatment chamber, the internal faces of their respective walls constituting said hot Sc and cold Sf surfaces;
  • the heat transfer liquid circulates, in a first ascending or descending direction, inside the hot plates, it enters it very hot at the temperature Ti and it leaves it cooled at the temperature T3, after having caused a partial evaporation of the liquid at distilling in flow on the external faces of the walls of these plates;
  • the heat transfer liquid at the temperature T 4 enters the interior of the cold hollow plates where it circulates in a second direction, opposite to the first, causing, on the external faces of the walls of these cold plates, a condensation of the vapor diffused through the incondensable gas plate of the interplate space and by recovering almost all the heat of condensation of this vapor to warm up, and finally it leaves cold plates at temperature T2;
  • the optimum temperature Ti of the heat transfer liquid, at the inlet of the hot hollow plates, is as little as possible lower than the boiling temperature of this liquid at atmospheric pressure;
  • the optimal temperature T3 of the heat transfer liquid, at the outlet of the hot hollow plates, is relatively high and located in a range which corresponds to an area surrounding the maximum of the Intrinsic Criterion of EQ Efficiency of the installation;
  • T3 The interesting range of temperature T3 is the interval 58 to 78 ° C, when the liquid to be distilled is water;
  • the optimal temperature difference dT is established by adjusting the ratio between the heating power of the hot source and the mass flow D of circulating heat transfer liquid;
  • the optimal value chosen for dT is relatively high when the unit cost of thermal energy, readily available at the place of implementation of the process, is relatively low;
  • the optimal transit time t of the heat transfer fluid in the heat exchange plates is established by adjusting the mass flow D of the heat transfer liquid circulating in a closed loop. Thanks to these provisions, the distillation process with vapor diffusion and heat transfer liquid becomes a truly efficient process, calling upon new steps which are particularly simple to implement, in application of the conclusions of the mathematical modeling of the phenomena concerned. These steps consist in significantly increasing the temperature of the liquid to be distilled entering the installation, before mixing it with the liquid to be distilled circulating in a closed loop, by a simple heat exchange with the distilled and concentrated liquids, leaving the installation at a high average temperature, close to T3.
  • this value T3 is particularly high (58 to 78 ° C.), in application of the said conclusions, due to the maximum temperature Ti (100 ° C.) of the liquid leaving the boiler and the appropriate adjustment of the transit time t of the heat transfer liquid in the hollow plates, in accordance with the value chosen for the difference in temperature dT between these plates.
  • this first particular vapor diffusion distillation process in which the heat transfer liquid circulates, preferably by thermosyphon, from top to bottom inside the hot hollow plates and from bottom to top inside the cold hollow plates, is further characterized in that, according to a first set of arrangements:
  • a heat reheating exchange is carried out between the flow d of liquid to be distilled entering the installation at the temperature Tu and the two flows of distilled and concentrated liquids which exit therefrom, so as to bring the temperature of this flow d to a relatively high optimal intermediate value T_2;
  • this first particular distillation process with vapor diffusion in which the heat transfer liquid circulates by thermosiphon, from bottom to top inside the hot hollow plates and from top to bottom inside the cold hollow plates , is characterized in that, according to a second set of arrangements, the flow rate d of liquid to be distilled entering at the temperature TLI is added to the flow rate D of heat transfer liquid leaving the temperature T3 of the hot plates, the ratio d / D being adjusted so that the mixture produced is at an optimum temperature T 4 at the inlet of the cold plates, a flow d of liquid at temperature T3 or T 4 being spread at the top of the external faces of the hot plates.
  • a first and a second embodiment of the stills with vapor diffusion and heat transfer liquid circulating against the current in a closed circuit, are possible, the first however having a COP greater than that of the second, which however remains interesting, although the temperatures of the concentrated liquids Ti and distilled T2 are high, to be evacuated.
  • This drawback can however be easily corrected if, by appropriate heat exchanges, this thermal energy is recovered to heat the liquid to be distilled to spread at the top of the hot plates.
  • a second particular distillation process with vapor diffusion, in particular for producing fresh water in accordance with the improved general process defined above, in which:
  • the heat transfer fluid is said noncondensable gas, saturated with vapor of the liquid to be distilled;
  • the current of heat transfer gas at temperature Ti enters inside all the hollow distillation plates, where it circulates in a first ascending or descending direction, while part of its vapor condenses on the internal faces of the walls of the plates, that heat flows, due to a partial recovery of the latent heat of condensation, pass through the walls of the plates to evaporate part of the liquid flowing on the external faces of these walls and that, as a result, this current of gas cools and finally leaves the hollow plates at temperature T3;
  • this stream of heat transfer gas at temperature T3 is cooled to temperature T 4 and the distilled liquid, condensed on this occasion, is recovered;
  • this current of heat transfer gas enters the inter-plate spaces, where it circulates in a second direction, opposite to the first, by carrying the vapor produced in these spaces and by heating, and finally it leaves these spaces at temperature T2;
  • the optimum temperature Ti of the saturated heat transfer gas stream, at the inlet of the hollow plates, is situated in a range which corresponds to a large area around the maximum of the Intrinsic Criteria of CIE Efficiency of the installation;
  • T1-T2 the temperature difference (T1-T2) is small and the difference (T3-T4), large.
  • the correspondence between the optimal range of temperatures Ti and the zone of the maximum of CIE is carried out by the intermediary of their respective relationships between a composite variable t.dH / V, in which t is the transit time in the plates, dH , a substantially constant local difference in enthalpy flow between the internal and external walls of the plates and V, the active volume of the installation; -
  • the interesting range of the temperature Ti is roughly between 74 and 91 0 C;
  • dH The optimal value of dH is relatively high when the cost of thermal energy, readily available at the place of use of the device, is relatively low;
  • the optimal transit time t of the heat transfer gas in the heat exchange plates is established by adjusting the mass flow D of this gas. Thanks to these arrangements, the temperature T4 of the heat transfer gas, injected at the entry of the interplate spaces, (at the bottom of these spaces, in a first case or at the top in a second) is little higher than the temperature of the incoming liquid to be distilled. in the device (for example 25 ° C) and much lower than the temperature T3 of this same heat-transfer gas at the outlet of the hollow plates.
  • the local difference in enthalpy flow dH, between the coolant gas streams, at variable temperature and heat capacity throughout the internal and external faces of the hollow heat exchange plates, can, over the entire height of these plates, remain substantially constant and equal (to the nearest losses) that imposed by the appropriate hot source, disposed between the exit from the inter-plate spaces and the entry of these same plates.
  • the temperature differences between the streams of heat transfer gas at the outlet of the hollow plates and at the entrance of the inter-plate spaces are very different.
  • this second particular distillation process is further characterized in that, according to a first set of arrangements, - the gas stream at temperature Ti is introduced at the top of the plates distillation hollows and it leaves from below at temperature T3;
  • this gas stream at temperature T3 is subjected to a cooling heat exchange, provided by a cold source at the temperature Tu, constituted by the incoming flow of liquid to be distilled, so that, account - given the respective mass and thermal characteristics of this gas stream and this liquid flow rate, the temperature T3 of the gas stream is lowered to an optimal temperature T 4 and the temperature of the liquid brought to TL2;
  • the gas stream at temperature T 4 is introduced at the bottom of the inter-plate spaces and it exits from above at temperature T2; - The gas stream circulates in a closed circuit in the hollow distillation plates and in the interplate spaces, under the action of at least one propellant;
  • the gas stream at temperature T2 is heated and saturated with vapor, by adequate physical contact with the liquid to be distilled, heated by the hot source, so as to take an optimal temperature Ti or simply effective; - after physical contact with the gas stream at temperature T2, the liquid to be distilled is spilled, at a temperature close to Ti, at the top of the external faces of the walls of the hollow plates, and it comes out at the bottom, at a temperature close to T4;
  • this second particular distillation process is further characterized in that, according to a second set of arrangements,
  • this gas stream is subjected to a cooling heat exchange, provided by a cold source at the temperature TLI, constituted by the incoming flow of liquid to distilling, so that, taking into account the mass and thermal characteristics of this gas stream and this liquid flow rate, the temperature T3 of the gas stream is lowered to an optimal temperature T 4 ;
  • liquid to be distilled is spilled at the top of the external faces of the walls of the hollow plates, it descends along these external faces and it leaves them at a temperature close to T2;
  • the gas stream, at temperature T4 is introduced at the top of the inter-plate spaces and it exits from below at the temperature T2;
  • the gas stream at temperature T2 is heated and saturated with vapor, so as to take an optimal or simply effective temperature Ti;
  • the gas stream at temperature Ti is introduced at the bottom of the hollow plates and, at least by natural convection, it rises inside these plates, it then crosses an area where it undergoes said cooling heat exchange then, at temperature T 4 , it enters and descends by gravity into the inter-plate spaces;
  • the liquid to be distilled which has become concentrated is collected with a view to immediate or deferred evacuation.
  • the concentrated liquid to be distilled which leaves the interplate spaces, is heated by a hot source and, by adequate physical contact with this liquid thus heated, the gas stream at temperature T2 is warmed and saturated, in order to take an optimal or simply effective Ti temperature.
  • the gas stream at temperature T2 is warmed and saturated, in order to take an optimal or simply effective Ti temperature.
  • these auxiliary hollow plates are at the same time thin, rigid and provided with external coatings, hydrophilic or wettable;
  • a boiler will be used, the heating chamber of which comprises one or more suitable heating tubes, for example immersed in or sprinkled with the liquid to be distilled, which will be traversed by an available heating fluid.
  • a heating fluid may be the primary coolant of a heat engine, the exhaust gases of such an engine, the gases produced by a liquid or gaseous fuel burner, or even a thermal oil, heated during the day.
  • a solar boiler with cylindrical-parabolic reflector and stored at high temperature (> 130 ° C), for day and night use, in a heat-insulated tank, at atmospheric pressure.
  • a suitable solar boiler can be used during the day, to heat and supersaturate the flow of heat transfer air.
  • Such a heat exchanger is particularly well suited to the needs of conventional heat exchanges that comprise the four embodiments of the present invention.
  • this new type of exchanger allows, thanks to an improvement according to the present invention, to design a new architecture for a still with diffusion of vapor and heat transfer gas according to the third embodiment of the invention. This multiplies the interest and makes it possible to advantageously replace the large rectangular heat exchange plates, flexible or rigid, described in the PCT application, referred to at the beginning of this document.
  • a high efficiency monobloc elementary heat exchanger limited size, reduced weight, low production cost and, generally, intrinsic inalterability, - is constituted by a single active part, in particular made of polymer, formed without assembly or welding , by a stack of pairs of elongated, hollow and thin plates, communicating and generally symmetrical;
  • Each elementary conduit of the active part has two supply manifolds, the axes of which coincide with the stacking axes of the end fittings;
  • each collector ends in a connection tube for the active part.
  • This one-piece element of a heat exchanger can be used either as it is, when it must be installed in the unconfined current of a fluid to be heated or cooled, or enclosed in an envelope, when the two fluids concerned are confined. In both cases, the most efficient way to use such a heat exchanger is to operate it against the current.
  • a method for manufacturing such a one-piece heat exchanger comprises the following steps:
  • a blank of a suitable material consisting of a stack of generally biconvex bellows, relatively deep compared to the transverse dimension of the blank and comparable to those of an accordion, said bellows comprising elongated central parts, provided with end fittings, flanks, ridges and bottoms respectively having shapes adapted so that these flanks have a much greater stiffness than those of the bottoms and crests, said stack being on its side provided two connection pipes, centered on the stacking axes of said end fittings;
  • this blank being at appropriate temperatures, flexibility and elasticity, apply internal depression and / or external compression forces to them, parallel to the stacking axis of the bellows, until the compressed part thus realized becomes a stack of pairs of plates hollow, communicating and generally symmetrical, with low internal thickness and spacing, substantially constant;
  • this new counter-current heat exchanger for confined fluids is provided with an additional function, intended to allow good evaporation of the liquid to be distilled, in a still with diffusion of vapor and heat transfer gas.
  • the outer wall of the blank of each active heat exchange element used is made hydrophilic or wettable, either by a hydrophilic coating, if necessary preformed, in the case of a polymer, or by a treatment. chemical etching, in the case of glass.
  • Such an improved blank can again be produced by heat-blowing a pasty sleeve, of flattened shape, produced by an extruder, then introduced into a mold suitable for this purpose.
  • the temperature gradient in the spaces inter-plates of the active element of such an exchanger is multiplied by a factor at least equal to two. Consequently, with compact heat exchangers, making it possible to carry out a distillation, the Intrinsic Coefficient of Efficiency OE of the still with diffusion of vapor and heat-carrying gas which uses them, is, by construction, multiplied by at least four. To this, it should be added that, in the case of an active glass element, the thermal conductivity of this material is 1.5 W / mK, ie seven times more than that of polymers. This significantly increases the total thermal conductance to take into account and, in Figure 2, brings the maximum of the GE to a value of 270 instead of 95.
  • FIG. 4 shows the diagram of a vapor diffusion still, using the liquid to be distilled as heat transfer fluid flowing from bottom to top inside hot hollow plates;
  • FIG. 5 represents the diagram of a steam diffusion still, using large hollow plates for the thermal exchanges of distillation and an incondensable gas, saturated with vapor of the liquid to be distilled, as heat transfer fluid circulating from top to bottom of these hollow plates;
  • FIG. 6 shows the diagram of a steam diffusion still, using flexible hollow plates for thermal distillation exchanges and an incondensable gas, saturated with vapor of the liquid to be distilled, as
  • FIG. 7 shows the perspective arrangement of a set of three large hollow plates, thin and flexible, with corrugated walls, usable for distillation heat exchange in a still according to the invention
  • FIG. 8 shows the device for feeding six plates of even or odd rank of a set of these 5 large flexible hollow heat exchange plates according to the invention
  • FIG. 9 shows the means according to the invention for spreading the liquid to be distilled on the coating of hot hollow plates of a still with vapor diffusion and heat transfer liquid
  • FIG. 10 shows the side and top views of a monoblock distillation heat exchanger, at low production cost, as well as cross sections of this exchanger and the blank, from
  • FIGS. 11-12 are simplified perspective representations of an overall view and details of a still with diffusion of vapor and heat-carrying gas circulating from top to bottom inside rigid hollow plates, forming part of '' monoblock distillation heat exchangers;
  • FIG. 13 shows a partial simplified perspective view of a still with diffusion of vapor and gas' .5 coolant flowing from bottom to top inside hollow plates, thin, flat and flexible distillation.
  • two plates 10-12 symbolically represent a distillation block with vapor diffusion and heat transfer liquid, constituted by a set of large plates rigid alveoli (from 50 to 150 dm 2 ), of
  • hollow plates 10-12 have a small internal thickness (2 to 3 mm for example) and are separated from each other by a narrow free space 14, having a thickness of approximately 5 mm, filled with an incondensable gas, in particular of air at atmospheric pressure.
  • the hollow plate 10 is said to be hot since it is used for the evaporation of the liquid to be distilled and, for this purpose, it is provided with a coating
  • the hollow plate 12 is said to be cold since it is assigned to the condensation of the vapor diffused in the incondensable gas. It preferably comprises an identical coating 15.
  • thermosyphon a heat transfer liquid constituted by the liquid to be distilled.
  • This boiler 18 will be of any type available, in particular with a solar collector or a burner.
  • the circulation of the heat transfer liquid is done from top to bottom in the hot evaporation plate 10 and from bottom to high in the cold condensation plate 12.
  • the temperature of the liquid entering the plate 10 is Ti and that of the same liquid, spread over the top of the coating 16, by means of an appropriate device 11c, quickly becomes slightly lower than Ti , due to its rapid evaporation.
  • the heat transfer liquid has cooled, however, the liquid spilled on the coating 16 evaporates and its vapor diffuses into the noncondensable gas.
  • the temperature of the heat transfer liquid at the outlet of this plate 10 is T3.
  • This exchanger 22 is of the compact type, at low cost, which will be described in detail below.
  • This exchanger 22 includes two active exchange elements 24-
  • the ratio D / d of the flow rates of the circulating liquids D and incoming d is between 8 and 12, depending on the efficiency of the exchanger 22 and the usual temperature of the incoming flow.
  • sea leaving the mixer 20 enters the cold plates 12 through a connection device 13b, identical to the device 13a.
  • the condensation of vapor on the external face of the plate 12 causes a gradual increase in the temperature of the circulating liquid, so that, at the outlet of the plate 12, this liquid is at a temperature T2.
  • the fresh water, condensed on the outer face of the plate 12 flows at a temperature close to T 4 , and the brine, at the bottom of the coating 16, at a temperature close to T 3 .
  • the compact heat exchanger 22 being switched off, the cold sea water at 25 ° C. is directly mixed with the heat transfer liquid leaving T3 from the hot plates 10.
  • FIG. 4 represents the diagram of a vapor diffusion still, according to the second embodiment of the invention, in which the direction of circulation of the heat-transfer liquid in the hot plates, is from bottom to top, conversely from that of FIG. 3. Consequently, the components of the two distillation blocks of FIGS. 3 and 4 are identical, and the diagram is substantially symmetrical to that of FIG. 3, their other components being, for their part, identical or equivalent . They all have the same reference numerals, with however an additional premium sign (') for those of FIG. 4. This, in order to differentiate them from each other, the ways in which they are linked together being different.
  • the inlet of the hot hollow plate 10 ′ is connected, by its bottom fitting 11 ′ a and a conduit 11 ′, to the outlet of the heating chamber 19 ′ of a boiler 18 ′, equipped with a heating tube 17 '.
  • the outlet of the hot plate 10 ′ is connected, by its high connector 11 ′ b, to one of the inputs of a mixer 20 ′, the other input of which is connected to a tank 36 ′ containing sea water to distill.
  • the outlet of this mixer 20 ' is connected to the inlet of the cold hollow plate 12', by a conduit 13'b.
  • the outlet of this plate 12 ' is connected, by its bottom fitting 13'a, to the inlet of the heating chamber 19' of the boiler 18 '.
  • the brine and fresh water produced are discharged through 30 'and 32' gutters.
  • the temperatures at the inputs and outputs of the hot plates 10 '(Ti, T3) and cold 12' (T4, T2) are substantially identical to those that can be had with the still according to Figure 3
  • the overall efficiency of this still according to Figure 4 it will obviously be lower than that of the still according to Figure 3, since the temperatures of the fresh water and the brine evacuated (close to Ti and T2) are much higher than those (close to T3 and T4) that we obtain in the case of Figure 3.
  • This type of still remains however a second interesting possibility of implementation of one of the liquid distillation processes coolant according to the invention, since this drawback can be easily corrected.
  • Figure 5 is the block diagram of a first steam diffusion still using air, saturated with vapor of the liquid to be distilled, as heat transfer fluid. It has the particularity of circulating the air from top to bottom inside hollow distillation plates. This device constitutes the third embodiment of a still according to the invention.
  • the internal 50 and external 52 faces of one of the two walls of a large rectangular hollow distillation plate 54 respectively border its internal volume 56 and the free space 58 which separates two neighboring plates.
  • This plate 54 symbolically represents a distillation block, with diffusion of vapor and heat transfer gas, constituted by a large number N of hollow distillation plates, flexible or rigid, separated by narrow inter-plate spaces.
  • the external face 52 of the wall of the plate 54 comprises a hydrophilic coating 60.
  • n of auxiliary hollow plates for preheating the liquid to be distilled. They are similar to the previous (N) plates but without coating.
  • auxiliary hollow plates are symbolically represented by a pipe 66, crossed by the liquid to be distilled, which occupies a space 67, delimited by the internal faces of the walls 62-64 of an envelope 63.
  • Most of the air current hot heat carrier enters the upper end 57 of the hollow plate 54 and a small part, in that 68 of the space 67.
  • a passage 70 By a passage 70, the bottom of the space 67 communicates directly with the outlet of the interior 56 of the hollow plate 54.
  • the pipe 66 is provided at the bottom with an inlet 72 and at the top, with an outlet 74.
  • a reservoir 76 containing the liquid to be distilled (brackish water, for example), at the temperature Tu, is installed above the still and, by gravity, it feeds this still, through a flow control valve 78 and a pipe 77.
  • the liquid to be distilled is first introduced into an appropriate heat exchanger 80, operating against the current.
  • This exchanger 80 comprises, in a casing 82, a monobloc active element 84.
  • the inlet of the active element 84 is connected to the pipe 77 bringing the non-potable water to be distilled and its outlet connected, by another pipe 86, to the inlet of the casing 87 of a compact heat exchanger 88, operating against the current.
  • the air streams leaving the N hollow distillation plates 54 and n the auxiliary hollow preheating plates 66 pass through the inlet of the casing 82 of the heat exchanger 80 and for this purpose this inlet is connected to their common outlet 90.
  • the outlet 81 of the casing 82 is connected upstream of the fan propeller 92, installed in the lower part 94 of the inter-plate space 58.
  • a long plate 98 covered with a sponge mat 100, (a thick layer of hydrophilic fabric, for example), provided with a bottom pierced with numerous holes connected to distribution conduits 102, installed just above the coverings 60 of these N plates 54.
  • the brine collection conduit 104 which flows at the bottom of the coatings 60, opens onto an evacuation gutter 106.
  • the conduit 108 for collecting the thin film 110 of distilled water which flows on the internal faces 50 of the walls of the N hollow plates 54, is joined by the conduit 112 for collecting the distilled water, condensed on the external walls of the pipe 66 symbolizing the n hollow auxiliary preheating plates, before being connected to the inlet of the one-piece active element 114 of the heat exchanger 88.
  • the outlet 115 of this element 114 as well as the outlet 83 of the casing 82 lead to a gutter 116 of distilled water.
  • the casing 87 of the heat exchanger 88 is crossed by the liquid to be distilled, its outlet being connected to the inlet 72 of the pipe 66, representing the n preheating plates for this liquid.
  • the outlet 74 of the pipe 66 is connected to the inlet of the heating chamber 118 of a boiler 120, provided with a hot source 122.
  • the heating chamber 118 has an outlet duct 124 which feeds a head of sprinkler 126, installed lengthwise just above the sponge mat 100 covering the plate 98.
  • the maximum temperature of brackish water to be distilled contained in the heating chamber 118 is lower than its boiling point.
  • the hot spring 122 for example adapted to supply brackish water at a maximum value of 95 ° C., for a given flow rate of entry of this water, fixed once and for all by an adjustment
  • the vapor carried by this air flow condenses on their internal faces, while this air flow cools, that the brackish water which flows along the coating 60 evaporates in part and that that which rises in the pipe 66 heats up.
  • the temperature T3 of the heat transfer air is 68 ° C. and, at the bottom of the n hollow auxiliary plates for preheating the liquid to be distilled represented by the pipe 66, the temperature of this air is of about 42 ° C.
  • the temperature of the mixture is approximately 62 ° C.
  • the liquid to be distilled enters the active element 84 of the heat exchanger 80, at a temperature Tu of 25 ° C. for example. It circulates there against the flow of heat transfer air.
  • Tu temperature
  • the liquid gains 5 ° C while the flow of heat-transfer air, which has passed through the envelope 82 loses 32 ° C for meet at a temperature T 4 of
  • the brine flowing from the coating 60 of the N hollow distillation plates 54 is at a temperature close to T4 (30 ° C.), that is to say at a temperature close to that (25 ° C.) of the brackish water to distilled. Consequently, its evacuation is done directly by the conduit 104 and the gutter 106.
  • the distilled water at the inlet of the active element 114 of the countercurrent heat exchanger 88 is at a temperature of 62 0 C approximately, that same heat transfer air at the inlet of the casing 82 of the heat exchanger 80. It is therefore entirely justified to recover the thermal energy from this distilled water and to neglect that washed away by brine.
  • the ratio between the total area of the N distillation plates 54 and that of the n auxiliary plates symbolized by the pipe 66 is from six to ten approximately and the heat exchangers 80 and 88 will, by construction, be adapted to the desired results.
  • the optimal value of the composite variable t.dH / V will be relatively high, when the boiler 120 is supplied with free thermal energy (solar boiler or cooling water of a heat engine, for example ).
  • FIG. 6 is the schematic diagram of a second steam diffusion still using air, saturated with vapor of the liquid to be distilled, as the heat transfer fluid.
  • This device has the particularity of circulating the flow of heat transfer air from bottom to top inside the hollow plates, unlike that of FIG. 5. Consequently, the components of the two distillation blocks are identical and this diagram is substantially symmetrical to that of FIG. 5, several of their other components being identical or equivalent. All of them bear the same reference numbers, with however an additional premium sign (') for those of FIG. 6. This, in order to differentiate them from each other, the ways in which they are linked together being different.
  • This device constitutes the fourth embodiment of a still according to the invention. According to FIG.
  • a wall 54' of a hollow, thin and flexible plate having an internal space 56 'and an inter-plate space 58' between two adjoining plates, is drawn. To simplify the drawing, these two spaces 56 ′ and 58 ′′ are limited by the lines defining the chamber 48 ′.
  • the assembly symbolically represents a distillation block, with diffusion of vapor and heat transfer gas circulating by natural convection.
  • Each hollow plate has two walls 54 ', two bare internal faces 50' and two external faces 52 'provided with a hydrophilic coating 60', as well as an inlet 57 ', located in its lower part, and an outlet 55', located in its upper part.
  • the inlets 57 'of the hollow plates of said assembly are connected, by a low chimney 59', of appropriate height, to a saturated hot air generator, described below.
  • the outlets 55 'of the hollow plates open out into a wide space 79 ′, of appropriate height, occupied by a monobloc active element 84 ′ for heat exchange.
  • This space 79 ′ constitutes the upper chimney of the treatment chamber 48 ′ of the still. It extends beyond the 'active element 84' by another he wide space 81 'which ends above the entrances 94' of the inter-plate spaces 58 'of said assembly.
  • the outlet 96 'of the inter-plate space 58' opens onto a large collecting space 83 '.
  • a tank 76 ′ containing for example sea water to be distilled, is installed at a suitable distance above the treatment chamber 48 ′ to feed by gravity, through a pipe 77 ′ and a tap 78 ′, the one-piece active element 84 'for heat exchange.
  • the outlet of this element 84 ' is connected by a hose 86' to pouring spouts 102 ', arranged just above the upper edges of the walls of the plates hollow 54 'of said assembly and their hydrophilic coatings 60'.
  • the brine which descends along the coverings 60 ' ends in a single collection gutter 103', connected by a pipe 104 'to another gutter 105', intended to supply brine to a particular solar boiler 120 '.
  • This solar boiler 120 ′ is adapted to evaporate part of this brine and to diffuse its vapor in a stream of air, 5 in order to constitute said saturated hot air generator.
  • the bottom of the heating chamber 118 ′ of this boiler 120 ′ is constituted by a black sheet 122 ′ of composite material (for example, polymer film or oxidized metal sheet with insulated rear face, on one side , and non-woven of cellulose or polymer, on the other), impermeable and unalterable on the black side and more or less hydrophilic on the other.
  • This tablecloth 122 ′ is installed on a rigid grid and its black face, exposed obliquely to solar radiation (S) in agreement
  • This reservoir 63 ' is intended to collect the brine which flows from the hydrophilic coating of the sheet 122'.
  • the reservoir 63 ' comprises a 0 drain pipe 128', provided with a tap 130 'disposed upstream of a gutter 106' for removing the brine, both installed outside the chamber 48 '.
  • the distilled water which has condensed into a film 110 'on the internal faces 50' of the walls 54 'of the various hollow plates, is collected in a single gutter 109', itself connected by a pipe 115 'to a drain gutter 116 ', installed outside the chamber 48'.
  • distilled water condensed on the external faces of the active exchange element
  • the black face of the web 122 ' installed at the bottom of the greenhouse 118', absorbs solar radiation (S), heats the brine which permeates the thin hydrophilic carpet of its other side, evaporates part of its water and diffuses the vapor produced in
  • this air is thus gradually reheated and kept saturated and it becomes, by natural convection, a current of saturated hot air which crosses the low chimney 59 'then enters the interiors 56' of the hollow plates, through their inlets 57 ', and then it circulates from bottom to top in these vertical hollow plates then in the high chimney 79' and along the external faces of the active monobloc heat exchange element 84 '.
  • This heat exchange element 84 ′ is traversed by the seawater flow at
  • the height of the distillation plates and those of the low and high chimneys are chosen at the same time, taking into account the maximum value of the temperature Ti (which must remain within the concerned range of its optimal or simply effective values) of the air flow circulating by natural convection, which the solar boiler can produce 120 .
  • the temperature Ti of the air flow is limited due to the solar boiler without reflector used, but this temperature remains in its optimal range, that is to say approximately between 70 and 80 ° C., at least when the sun is high.
  • the air flow which leaves the hollow plates at a temperature T3 close to 68 0 C is cooled and its temperature drops to an optimal value ⁇ 4 very low, namely about 30 0 C, when the effectiveness of the one-piece active element 84 'is appropriate.
  • the outlet pipe 86 'of the active element 84' of the heat exchanger 80 ' supplies the pouring spouts 102' with sea water at a temperature of approximately 50 ° C.
  • This lukewarm sea water thus poured onto the coverings 60 'descends slowly along the external faces 52' of the walls 54 'of the hollow plates. Consequently, the water vapor carried by the saturated hot air current, which rises inside 56 ′ of the hollow plates, condenses on the internal faces 50 ′ of the walls of these plates and forms a thin film of 110 "distilled water.
  • this sea water heats up, under the action of the latent heat of condensation recovered through the walls 54 ′ of the hollow plates.
  • this water partly evaporates and the vapor produced diffuses into the stream of cooled air, which descends into the inter-plate spaces 58 ′, and thus gradually heats this current.
  • the temperature of this air stream reaches a T2 value of approximately 78 ° C.
  • the brine collected at the bottom of the hydrophilic coatings 60 ′ of the walls 54 ′ of the hollow plates, its temperature is also approximately 78 ° C.
  • This brine collected by the gutter 103 ' is brought through the conduit 104', da ns the gutter 105 'for supplying, by capillarity and gravity, the hydrophilic rear coating of the sheet 122' with a black front face, installed at the bottom of the heating chamber 118 'of the particular solar boiler 120'.
  • the maximum temperature of this heating mat 122 ′ and of the brine that its coating contains is at most 85 ° C. (such a solar boiler without reflector hardly makes it possible to reach a higher temperature).
  • a small part of the water in this brine evaporates and the rest flows slowly into the tank 63 ', which gradually fills with a little more concentrated brine, the temperature of which is around 82 0 C, intended to be evacuated.
  • the vapor thus produced on the surface of the hydrophilic coating of the heating sheet 122 ′ is carried away by the air current which has emerged from the inter-plate spaces 58 ′ then swept the surface of the hot brine contained in the tank 63 ′ and, with about a degree thus gained, penetrated with a temperature of a little more than 78 0 C, at the foot of the constantly humid warm coating of the web 122 ', along which it heats up and saturates again.
  • the interest of this still with diffusion of vapor and current of coolant air flowing from bottom to top in the hollow plates, is multiple if we compare it to the still of Figure 5, in which the stream of coolant air flows up and down inside these plates.
  • the first advantage lies in the fact that no propellant (fan or jet of steam) is necessary to ensure the circulation of this current of air, since this circulation is here generated by natural convection.
  • the second advantage comes from the fact that the temperature of the hot source can be between approximately 75 and 85 ° C. and nevertheless remain effective since it is capable of ensuring, at the entry of the hollow plates, a temperature Ti which is still optimal. or simply effective. This has the direct consequence of adding a third advantage, namely making a solar boiler without a reflector, perfectly suited to such a still.
  • a fourth advantage lies in the total absence of moving parts operating continuously. This constitutes a particularly advantageous advantage (elimination of any maintenance generally required by such parts) in all cases where this type of still is used in a non-industrial environment.
  • a fifth advantage appears in the fact that a very large coefficient of performance COP of the still can in principle be obtained, since the increase in temperature of the brine, brought by the boiler, can be very small ( ⁇ 2 ° C. ).
  • the temperatures of the brine and of the distilled water to be discharged are high (around 82 ° C.), but we will describe later, in the commentary to figure 13, how it is possible to recover this thermal energy to diffuse an additional vapor in the current of coolant air and thus considerably increase the COP of the device.
  • a sixth advantage comes from the considerable increase of the GE, stated above, which results from the very low wall thickness and hydrophilic coating, presented by the new type of thin hollow plate, with flat walls, flexible and very thin, described below in FIG. 13.
  • the comments which accompany this FIG. 13 relate to an embodiment real of a still with diffusion of vapor and heat transfer gas, circulating in closed circuit by natural convection. They will confirm, by the low manufacturing cost of this new hollow distillation plate, the particularly great interest of this last embodiment of the invention.
  • FIG. 7 schematically represents three large flexible hollow plates, provided with their frame and their connection washers.
  • FIG. 8 represents a view in longitudinal section of one of the four devices for feeding a large number (6, in the drawing) of large hollow rectangular plates of even or odd rank, ensuring heat exchanges in a still, according to the invention, which operates with a liquid heat transfer fluid.
  • FIG. 9 it represents the device ensuring the distribution of the hot liquid to be distilled, on the hydrophilic coatings of the only plates assigned to the evaporation of this liquid, when the heat transfer fluid is a liquid.
  • each flexible rectangular plate 140i, 2,3 which measures for example, 120 cm high and 100 cm wide, is made from a thin sheet (in particular, of polypropylene), provided with a coating welded hydrophilic (in particular, a nonwoven of cellulose, shown in dotted lines), folded in half, the fold constituting the upper edge of each plate.
  • a thin sheet in particular, of polypropylene
  • a coating welded hydrophilic in particular, a nonwoven of cellulose, shown in dotted lines
  • each plate 140i, 2,3, located above the oblique line 144i, 2,3, constitutes a sheath 150i, 2,3, the two ends of which are cut, to make room for a large and a small cuts 152i, 2,3 and 153i, 2,3.
  • two weld lines 154i, 2,3 and 156i, 2,3 are made, parallel to the previous ones, which constitute the outer edges of each plate 140i, 2 3.
  • These same lines 154-156 in cooperation with the outer line, extended by its two ends, which borders the first and the last duct of each plate, delimit two vertical sleeves 158i, 2,3 and 160i, 2,3, of about 4 cm wide, over the entire height of the elements.
  • Such flexible plates have corrugated walls.
  • the two sides of the wall 162i, 2,3, located below the low oblique line 146i, 2,3 of each plate, are folded upwards to constitute, with the external wall of its common bottom channel 163i, 2,3 , two slippers for collecting liquids which have seeped into the hydrophilic coatings of the two walls of the plates 140i, 2,3.
  • a gutter (not shown) is disposed under the lower ends of the two collection slippers of each plate, so that, due to the opposite orientations of the slippers of two adjoining plates, one of the gutters will collect the liquid which flows from the cold plates of odd rank and the other, that of hot plates of even rank.
  • Each plate 140i, 2,3 has a semi-rigid frame which includes two horizontal rods and two vertical blades, both made of steel, for example, or of a reinforced polymer with high mechanical resistance.
  • the rods have a U-shaped section, one high 164i, 2.3 in inverted U, for the suspension of the plate and the other low 1661.2.3 in right U, to give it a longitudinal tension and complete the 'framing.
  • the external thickness of these rods is 3 mm, their height 10 mm and their wall thickness 1 mm.
  • the ends of these rods have, recessed on their sides, two steps (not shown).
  • the openings of the inverted U rods 164i, 2,3 are engaged on the ends of vertical blades 1681,2,3 and 170i, 2,3, with rounded edges, having 3.5 cm wide and 1 mm thick.
  • the spacing of these blades is imposed by that of the stops constituted by the redents of the rods.
  • the rods 164i, 2,3 as well as the blades 1681,2,3 and 170i ⁇ , 3 are respectively engaged in the horizontal sleeves 150i, 2,3 and vertical 1581,2,3 and 160i, 2,3.
  • the spacing of these blades which is kept fixed by the U-shaped rods 164-166, determines the initial transverse tension of the flexible plates 140i, 2,3.
  • Each plate 140i, 2,3 has, in the wide, diagonally opposite corners, its top common channels 1481,2,3 and bottom 163i, 2,3 of the washers 172i, 2,3 and 174i, 2,3 of these common channels. These washers and these common channels cooperate to ensure the distribution or recovery of the heat transfer fluid entering or leaving these conduits.
  • These washers in FIG. 7 represent the location of the feeders for the even or odd assemblies (illustrated in FIG. 8), which pass through the large cutouts 152i, 2,3 of the sleeves 150i, 2,3.
  • Such rigid cellular plates have planar walls.
  • the device for supplying six hollow plates of even or odd rank comprises a stack of six washers 172i-6, associated with a T-shaped connection 180, comprising a first pipe
  • Each of the washers 172i-6 is a ring which measures, for example, approximately 17 mm thick and 4 cm inside diameter, in the case of hollow plates of one m 2 provided for a still against the current of water.
  • Each ring is provided, in its central part, with a circular rim 1881-6, the lateral faces of which are welded to the internal faces of the walls 190i-6 and 1911-6 with a
  • each washer 172i-e has an external shoulder 1711-6 and its upstream edge, an internal shoulder 173i-6.
  • the circular rim 1881-6 of each washer 172i-e are drilled several horizontal holes, such as 192, 3.5 to 4 mm in diameter (8 holes, according to the drawing) which, on one side, lead to the inside the washer and on the other, inside and lengthwise of the
  • the tie rod 186 comprises (1) a support base 194, provided with an internal shoulder 195, adapted to cooperate with the external shoulder 171i of the downstream washer 172i, (2) a frustoconical rod 196, the length is determined by the number of washers 172 to be stacked (one hundred, if applicable) and (3) one
  • the pipe 182 of the fitting 180 comprises, welded and / or glued at its two ends, supports respectively constituted by a cup 200, pierced at its center and a ring 202, provided with an external shoulder 203, adapted to cooperate with the internal shoulder 173 ⁇ of the washer upstream 172 ⁇ .
  • the support cup 200 is adapted to slide on the end 198 of the tie rod 186.
  • This end 198 has a housing for an O-ring seal 204.
  • FIG. 9 represents, in cross section, the upper part of a set of nine flexible plates, comprising five cold plates of odd rank 140i, 3,5,7,9 and four hot plates of even rank
  • This waterproof cap is made by means of a waterproof sheet with hydrophilic coating, identical to the material constituting the flexible plates, its hydrophilic coating 2173,5,7 being in contact with that 2122,4,6,8 of the plates of even rank 1402 , 4,6,8.
  • the end intermediate plates 214i and 214 ⁇ , of a set of plates 140i-9, are separated from the plate 1402 for one and from the plate 140 ⁇ for the other, by a waterproof sheet with hydrophilic coating 218 and
  • hydrophilic mat 2226 is, for example, made up of several layers of cotton fabric. Above this mat, are installed from place to place, pouring spouts, such as 228, adapted to
  • the conduits of the flexible plates can only take a limited internal thickness, of approximately 2 to 3 mm, in response to the pressure exerted by the heat-transfer liquid which circulates there.
  • the top common channels 148 and bottom 163 are themselves prevented from swelling under this same pressure. Under these conditions, the thickness of the free space between the plates 140 is maintained at a correct value, namely approximately 5 mm.
  • the pitch of assembly of these plates 140 it equals half the distance separating the internal and external shoulders of the connection washers 172i-9, or 8.5 mm.
  • these washers it will be noted that their stacking, under the action of the tie rod 186, is made in a sealed manner, which makes it a leak-free pipe, of modular length.
  • the holes 192 allow, without significant pressure drop, to bring in or out the heat transfer fluid in the upper or lower common channels of each hollow plate. Thanks to the arrangements according to FIG. 9, in a still with a liquid coolant, the coatings of the hot plates, assigned to the evaporation of the hot liquid to be distilled, are the only ones likely to be wetted by this liquid.
  • FIG. 10 shows in A-B, side and top views of a low-cost compact heat exchanger and in C-D, cross sections of this exchanger and the outline of its one-piece active element.
  • the compact heat exchanger 250 comprises a casing 252 which completely surrounds an active exchange element 254.
  • This active element 254 consists of the stacking of a relatively high number Qusqu'à 30, by example) of pairs of 256 ab hollow plates, both elongated, symmetrical and communicating.
  • the cross section of the active element 254 has the shape of a fish spine, provided with hollow edges 256 ab, oblique and parallel to each other, which share a common central channel 258.
  • the internal thickness of these edges 256, their separation gap 260 and their common central channel 258 is small and substantially identical (2 mm, for example).
  • the thickness of the walls of the active element 254 is thin (0.5 mm, for example).
  • Each hollow plate 256 a-b of the active element 254 has a rectilinear central part whose length can vary from 30 to 100 cm approximately and the width from 5 to 15 cm approximately.
  • a hollow plate 256a is connected to its symmetrical plate 256b by two hollow end fittings 262-264, in the form of half truncated cones.
  • the stacking axes of these half-truncated cones coincide with the axes of the two collectors which supply the different pairs of stacked hollow plates 256 a-b and they terminate in the two connecting pipes 266-268 of the active element 254.
  • the envelope 252 is shown transparent for the purposes of the drawing in FIG. 10A. It is formed of two half-shells 251-253, with convex and concave bottoms respectively, assembled in a sealed manner (welding, bonding or seal) by their assembly flanges 255 ab and 257 ab.
  • the gap between the envelope 252 and the edges of the plates 256 of the active element 254 is small (of 1 mm, for example) but it is zero along the crest 270 of its convex wall and along the hollow 272 of its concave wall.
  • the casing 252 has two coaxial connection pipes 274-276 and two lateral openings through which the connection pipes 266-268 of the active element 254 pass, the edges of these openings being welded, glued or assembled with a gasket. sealing at the root of these two pipes 266-268.
  • Figure 10D shows the cross section of the heat blown blank 276, from which the active heat exchange element 254 was made.
  • This blank 276 comprises a stack of relatively long biconvex bellows 278, provided with relatively short end connections (see FIG. 10A) in the form of symmetrical half-truncated cones.
  • the stack of bellows 278 is comparable to an accordion whose bellows would have level ridges 280 and narrow bottoms 282, with bellows depths sufficiently large in front of the large diameter of the end half-cones, to allow the latter to constitute returnable surfaces, implying a transition buckling during their reversal.
  • the transformation of the blank 276 into an active element 254 is carried out under the action of an axial force of controlled compression. This force has the effect of causing each of the two symmetrical flanks of each half convex bellows to pass from one stable state to another, by becoming parallel to one of the two symmetrical flanks of each concave half bellows which is associated with it.
  • the blank 276 makes it possible to produce an active conventional heat exchange element.
  • the walls of a polymer blank 276 are provided with a thin hydrophilic coating 284, preferably preformed, having for example 0.1 mm of thickness.
  • the blank 276 will, again, be produced by heat blowing a pasty polymer sleeve, of flattened shape, produced by an extruder, then introduced into a mold comprising multiple parallel grooves, previously filled with the coating. 284.
  • the process for manufacturing the blank is substantially identical to that used for polymers.
  • FIG. 11A is an overall view of such a module.
  • Figure 11B shows the details of this module and Figure 11 C, a cross section of one of the heat exchangers used.
  • Figures 12 A-B they show the details of the pipes and connections of the various fluids circulating in the still.
  • the still 290 is a module comprising first of all (1) eight compact, vertically arranged distillation heat exchangers, 292i-s, intended to ensure evaporation of the liquid to distill then a condensation of its vapor, and (2) a simple compact heat exchanger 294.
  • FIG. 12C which is the section along the plane CC of FIG. 11 B, the active element 293i- ⁇ of each compact exchanger 272i- 8 , has eight pairs of small hollow plates thin, united, symmetrical.
  • FIG. 12C which is the section along the plane CC of FIG. 11 B
  • the active element 293i- ⁇ of each compact exchanger 272i- 8 has eight pairs of small hollow plates thin, united, symmetrical.
  • these pairs of plates are provided with a hydrophilic or wettable coating 284i- ⁇ and with a cap in hydrophilic fabric 286i- ⁇ , ensuring a uniform distribution of the liquid to be distilled over all the coatings 284i- ⁇ .
  • each plate of the eight symmetrical pairs of an active element 293- ⁇ - ⁇ has
  • each active element 293i- ⁇ is approximately 1 m 2 and its total volume of 2.5 dm 3 .
  • the active volume V of a module of eight elements is 20 dm 3 and its total heat exchange surface, 8 m 2 .
  • the eight active elements 293- ⁇ - ⁇ with vapor diffusion are grouped in a
  • each active element 293i- ⁇ is associated with two coaxial entry doors 298i- ⁇ and exit 300i- ⁇ , arranged in the part of the envelope which surrounds it.
  • each active element 293- ⁇ - ⁇ with vapor diffusion comprises, in its upper part, a side entry door 302i- ⁇ and, in its lower part, a side exit door
  • the simple heat exchanger 294 comprises an active element 295, provided with side entry and exit doors 305-307 and a casing 308, provided with two coaxial entry and exit doors 310-312.
  • a sea water tank 314 is installed connected, by a pipe 316a-b and a tap 317, to a conduit 318 which passes through a tube 320, into which the eight exit doors open 304i- ⁇
  • the duct 318 is connected to the inlet of the casing 322 of a heat exchanger against the current 324 and the outlet of this enclosure is connected, by a pipe 319, to an anteroom 326, preceding the entry door 310 of the enclosure 308 of the simple compact exchanger 294.
  • This exchanger 324 makes the object, in figure 11 B, of a symbolic representation but, in figure 12, its representation is more
  • This heat exchanger 324 is of the compact type and it includes an active element 328, the cross section of which is shown in FIG. 11 C. The function of this element 328 will be specified below.
  • the sea water which leaves the exchanger 324 passes through the heat exchanger 294 and then leaves it, through its outlet door 312, to enter a boiler 332.
  • the boiler 332 comprises an inlet part 334, extended by a tube of
  • radiator 338 has an inlet 340 and an outlet 342, both external to the boiler 332, and it is adapted to be traversed without damage by an appropriate heating fluid ( gas or hot liquid from 105 to 120 0 C).
  • the radiator 338 may be made of a metal, adapted to resist possible corrosion of the heating gas used, or of a polymer having good mechanical strength at the temperature of the hot liquid.
  • the heating tube 336
  • 35 comprises at its downstream end (1) a partition 344, crossed by the tubular radiator 338, (2) in the upper part of this partition 344, one or more calibrated orifices 346, adapted to generate one or more jets of steam 347, when sea water boils in this heating tube 336 and (3) in the lower part of this same tube 336, one or more holes associated with one or more short pipes 348, of calibrated section, adapted to ensure appropriate withdrawal of this water.
  • the boiler 332 is enclosed in an elongated cylindrical duct 350, of circular section, arranged horizontally and, in the lower part of this duct, open the outlet doors 312 and 300i- ⁇ of the casings 308 and 296 of the heat exchangers 294 and 292i- ⁇ . Entrance room 334 of this boiler occupies the upstream end of the duct 350 and it includes, shortly after the outlet door 312 of the casing 308 of the exchanger 294, a thick partition 352, pierced in its center with a truncated cone opening 354, occupied by a shutter 356 with identical profile, adapted to gradually close this opening when it is pulled upwards.
  • the shutter 356 is connected to a float 358 by two connecting rods 359a-b, between which passes the downstream end of a tubular radiator 338.
  • the float 358 causes the needle shutter 356 to completely close the inlet opening 354 of the boiler, which thus operates at a constant seawater level, located above the tubular radiator 338.
  • a chamber 360 of overheating and supersaturation of the heat-carrying gas occupied by a narrow and slightly hollow plate, covered with several layers of hydrophilic fabric 361.
  • this plate is pierced with eight calibrated holes, located just above the eight exit doors 300i- ⁇ of the casing 296 of the active elements 293i- ⁇ with vapor diffusion.
  • the horizontal cylindrical conduit 350 surrounding the heating tube 336 of the boiler 332, is connected by a bent tube 364 to another horizontal cylindrical conduit 366.
  • the active doors 302i- ⁇ open out. vapor diffusion 293i- ⁇ and the entry door 305 of the active element 295 of the simple heat exchanger 294, while the exit doors 304- ⁇ - ⁇ and 307 of these same active elements open into the conduit 320
  • This duct 320 is connected by a bent pipe 368 to another horizontal cylindrical duct 370, into which the entry doors 298i- ⁇ of the casing 296 of the active elements 293i-déb open.
  • the duct 370 comprises, at its downstream end, a partition 371 which separates it from the anti-chamber 330 of the casing 308 of the simple heat exchanger 294, the outer wall of this anteroom extending that of the duct 370.
  • the horizontal conduit 320 At the bottom 372 of the horizontal conduit 320, accumulates the distilled water which flows from the exit doors 304i-8 and 307 of the active elements 293- ⁇ - ⁇ and 295 and that which has condensed on the external wall of the pipe 318 traversed by cold sea water.
  • the brine On the bottom 374 of the horizontal duct 370, the brine accumulates which flows from the heat transfer gas inlet doors 298i- ⁇ of the casing 296.
  • This bottom 372 is connected to the inlet of the active element 328 from the exchanger 324 (see fig. 12B), via a pipe 376.
  • the outlet of this active element 328 leads to a pipe 378 and a drain gutter 379 for distilled water, however the brine accumulated at the bottom 374 of the conduit 370 is evacuated by a pipe 380 and a gutter 381.
  • the active element 84 crossed by cold water to be distilled, from the heat exchanger 80, replaced by the conduit 318 likewise passed through, the casing 82 being replaced by the horizontal tube 320 and the exchanger 88 is replaced by the exchanger 324.
  • the heat exchanger 80 or that constituted by the tube 318 and its casing 320 is an essential component of the still with diffusion of vapor and heat transfer gas, according to the present invention. Its function is to lower the temperature of the heat transfer gas leaving the hollow plates by several tens of degrees, before bringing it into the inter-plate spaces. This, in order to have at the entry of the inter-plate spaces, a local difference dH of enthalpy flow substantially equal to that generated by the hot source between the exit of these spaces and the entries of the hollow plates, taking into account of the very great difference which exists between the apparent heat capacities Cp of saturated air at the temperatures concerned.
  • the heat exchangers 88 and 324 are intended to recover the thermal energy of the distilled water to be discharged, in order to best improve the COP of the still.
  • the liquid to be distilled entering the inter-plate spaces of the compact heat exchangers 294, leaves one or more other heat exchangers 324 of the same kind, arranged between the outlet (s) of the heat exchangers 292-294 and the collection means 376 for distilled liquids which condense on the internal faces of the active elements of the heat exchangers 292 and 294 and on the walls of the duct 318 of the heat exchanger 318-320 or its equivalents 250.
  • auxiliary hollow plates represented by the pipe 66 and its casing 63, or by the exchanger 294, producing a complementary heat exchanger between the hot saturated heat-transfer gas and the liquid to be distilled, before that -this enters the heating chamber of the boiler 120 or 332.
  • such a quantity of movement capable of propelling a current of hot air from top to bottom of thin hollow plates then this same current cooled from bottom to top of narrow inter-plate spaces, by overcoming the different pressure losses undergone, during such a closed loop path, can be obtained by bringing the sea water to 102 0 C in the heating tube 336, which will generate one or more relatively powerful jets of steam, at 80 millibars of overpressure, ejected at 150 m / s.
  • Such steam jets make it possible to overcome natural convection and also to eliminate the fan 92, provided for this purpose in the still of FIG. 5. This has the consequence of further reducing the amount of investment to be made and to significantly simplify the operation of the equipment.
  • the heating tube 336 and the tubular radiator 338 constitute a heat exchanger for confined fluids circulating against the current.
  • the characteristics of this exchanger (materials, diameters and lengths of the heating tube and the tubular radiator) will be determined according to the results to be obtained, taking into account the respective characteristics (types, flow rates, temperatures, heat capacities) of the heating fluid available and liquid to be distilled.
  • Such steam production will be obtained, for example, by means of a suitable stainless steel tubular radiator capable of withstanding the various components of the exhaust gases at 300 ° C. of a diesel engine.
  • the material used may be the same for both, (a polymer mechanically stable at these temperatures, for example). It would be the same if the heating liquid of the tubular radiator was thermal oil (like ESSO 500, for example) heated during the day by an appropriate solar boiler, equipped with a cylindrico-parabolic reflector, and stored day and overnight at high temperature (120 or 130 ° C., for example) and at atmospheric pressure, in a heat-insulated tank.
  • thermal oil like ESSO 500, for example
  • the embodiment of the boiler 120 has not been specified. In practice, it is possible to use either of the boilers described in FIGS. 11 and 12. It will be noted that the temperature of the water which it supplies is lower than its boiling point. In the absence of overpressure steam, the steam jet 347, used in FIG. 12 to circulate the heat transfer gas, cannot therefore be created by the boiler 120. Consequently, a mechanical propellant, a fan 92, must be used to circulate this gas. The case of a boiler incapable of producing overpressure steam is, for example, that of a solar boiler without a reflector.
  • FIG. 13 represents the perspective view of a still with vapor diffusion and with heat-transfer gas circulating by natural convection, the distillation block of which is a set of thin hollow plates, flat and flexible, of a model particularly well adapted to this type of still.
  • this figure 13 specifies the details of making a still according to FIG. 6, in which the solar boiler is replaced by a heating tube.
  • FIG. 13 six thin hollow plates 400i- ⁇ appear. which symbolically represent a distillation block constituted by a large number of these same plates (several hundreds or even several thousands, if applicable) which can be installed on a frame (not shown) mounted in a heat-insulated treatment chamber 401
  • This chamber 401 like chamber 48 ′ in FIG. 6, comprises three stages having approximately the same height: a lower stage for the low chimney, a central stage for the distillation block and an upper stage for the high chimney.
  • several walls of this chamber 401 are represented by their
  • each hollow plate 400 measures 40 cm wide, 50 cm high and 2 mm in internal thickness.
  • such flat hollow plates, flexible and thin may have a maximum surface area of approximately 1 m 2 per side , a maximum width of approximately 80 cm and at most 5 mm internal thickness.
  • Each plate 400 is formed from a thin sheet 402i- ⁇ in
  • each ply 402i- ⁇ appears folded in half, carried by a hanging rod 404- ⁇ -e, coated on the outside.
  • the 404i-e rods are in
  • each ply 402i- ⁇ is welded to its suspension rod 404i-e and its lower part, similarly welded to a tension bar 406i-6.
  • the rods 404i-6 and the bars 406- ⁇ -e are made of polymer identical to that of the tablecloth and they are all 2 mm thick and 50 cm long.
  • Tension bars 406 have supports at their ends
  • each tension bar 406i which has an oblique lower edge 410, connected at an angle to the end of this bar.
  • a point 412 for drawing off the distilled water produced constituted by a transverse notch, 1 mm deep and 3 mm wide, the case if necessary, replaced or occupied by a wick
  • each tension bar 406 is very open V-shaped, wedged on the notch 412.
  • the sides of the plies 402i- ⁇ extend their tension bars 406i-e. These sections are raised and the folds formed at an angle, then crushed and held in place by any suitable means, in particular sewing stitches. In this way, are formed for each hollow plate 400, two flat conduits 414, inclined, parallel and contiguous, for collecting the brine produced by each hollow plate of the still. Under the
  • the brine collected by the flat conduits 414 pours into a gutter 418 provided with pouring spouts 420a-b, disposed above a heating tube 422, covered with a thin hydrophilic carpet 424, with exposed sides.
  • the length of this heating tube 422 corresponds to that of the set of plates
  • the heating tube 422 is supplied with heating fluid by a pipe 423, this fluid being capable of bringing the temperature of the brine which permeates the carpet 424, to a maximum temperature of approximately 95 ° C.
  • the tube 422 is installed in the low fireplace 426 of the still. This chimney 426 is formed between a thick thermal insulation panel 428 which divides the lower floor of the treatment chamber 401 into two communicating parts.
  • This panel 428 forms, with similar panels, such 430 (only shown), which constitute the thermal insulation of the transverse walls of the lower stage of the treatment chamber 401, on the one hand, the unoccupied part 432, with a flat wall 433, of this lower stage and, on the other hand, the low chimney 426, with wall curve 427.
  • a tank 434 is disposed in which ends the brine which flows hot from the mat 424 covering this heating tube 422.
  • the hollow plates 400 are provided with a high chimney 436, constituted in the same way as the low chimney 426. This high chimney 436 opens onto a passage 435, formed between a block of thermal insulation 437 and the upper wall 439 of the treatment chamber 401.
  • such a heat exchange assembly 438 has an air / water exchange capacity of approximately 170 Watts / ° C. and, for this purpose, it comprises thirty four bellows of 15 cm in diameter. long and 5 cm wide, with internal thicknesses of hollow plates and inter-plate spaces of 2 mm. Beyond the space occupied by these elements 438, appears the unoccupied part 443 of the upper stage of the treatment chamber 401.
  • an elongated device 444 (open box shown or tube under slight pressure) for the distribution of lukewarm sea water brought in by the hose 442.
  • the bottom of the distributor 444 has two rows of holes, drilled at the plate assembly pitch and traversed by wicks (not shown) spread out and fixed by a few clips, on the top of the hydrophilic coating of these plates.
  • the suspension rods 404i-e of the hollow plates 400i-e are placed on two parallel horizontal beams, forming part of the chassis installed in the heat-insulated treatment chamber 401, and the tension bars 406 of these plates, under two horizontal adjustment beams tension, similar and parallel to the previous ones, connected to the chassis by springs.
  • the height of the hollow plates 400 determines the distance between these beams and this is fixed once and for all.
  • These beams, this chassis and these springs are commonplace components which are not shown, so as not to overload the figure.
  • the individual tension force of each ply is approximately 200 to 400 grams, depending on the wall thickness and of the height of the tablecloths.
  • a short spacer 448 is fixed to it at right angles.
  • This spacer 448 which measures 22 cm long, 2 cm wide and 2 mm thick, is free between the two sides of the folded ply 402, its outer edge coinciding with the outer edges of these two sides.
  • 5 cm from the opposite end of each of the tension bars 406, is also fixed at right angles, under the same conditions, another short spacer 450, visible through the tear 451, identical to 448.
  • two diagonally opposite openings 452-I-6 and 454i-6 are arranged, 20 cm high and 2 mm wide, which constitute the inlets and outlets of the 400i-6 hollow plates.
  • These inlets and outlets remain constantly open and the internal thicknesses of these plates are almost constant, due to the tensions uniformly generated in the free sides of the sheets, by the springs integral with the beams bearing on their tension bars and because additional bonding of the edges of the openings on the long spacers 456, described below.
  • the hollow plates 400i- ⁇ are separated from each other or from the two assembly and support panels referred to below, by free spaces 403i-7, each of these spaces being bordered by a pair of long spacers, such 4562, 2 mm thick and 2 cm wide, resting on the two chassis beams.
  • the entrances, such as 4573, of these inter-plate spaces 403 are visible in FIG. 13, however their exits are hidden.
  • the assembly formed by the hollow plates 400i-6 thus suspended and stretched, by the inter-plate spaces 4032-6 and by the two free spaces at the ends, bordered by long spacers, such as 4562 and 4567, is assembled by two rigid panels (not shown) connected by means of tie rods.
  • the arrows 460, 462 and 464 represent the upward air flow in the three stages of the treatment chamber 401, namely in the low chimney 426, inside the hollow plates 400 and in the high chimney 436.
  • the arrow 466 represents the air flow along the walls of the active monobloc heat exchange element 438 and the arrow 468, this current in the collecting space 443 of the upper stage of the treatment chamber.
  • the arrow 470 visible through the tear off 472, practiced in the rear panel of the sheet 402i, represents the downward air flow in the inter-plate spaces 403.
  • the arrows 474 they represent the air streams leaving these inter-plate spaces 403 and entering the collecting space 432 of the lower stage of the treatment chamber.
  • the arrow 476 represents the air current which enters the low chimney 426 of the chamber 401.
  • the arrows 478, 479, 480 represent the current of sea water to be distilled which enters, passes through and leaves the active element d 'heat exchange 438. Thanks to these arrangements, this still according to FIG. 13, with diffusion of vapor and incondensable heat transfer gas, circulating by natural convection, operates in exactly the same conditions as the still of FIG. 6.
  • the new hollow plate model, flat, thin and flexible, used there are better all the functional advantages of the one-piece distillation heat exchanger, according to the present invention, referenced 250 in FIG. 10A.
  • a set of hollow plates 400 has the same distillation heat exchange surface per unit volume, ie 400 m 2 per cubic meter, as a set of monoblock distillation exchangers, but in addition the thickness of the walls of these plates and their hydrophilic coating is more than three times lower than that of these exchangers (0.15 instead of 0.50 mm). This considerably improves the QA / ratio to be taken into account in calculating the QE of the still, which then reaches the high value 297 indicated above.
  • the manufacturing price of the main component of this new model of hollow plates 400 i.e., the thin sheet 402, its hanging rod 404, its tension bar 406 and its spacers 450
  • This heat recovery block includes two groups of thin auxiliary hollow plates, provided with hydrophilic coatings, installed vertically.
  • the total area of the auxiliary plates of a heat recovery block is approximately ten times smaller than that of the plates of the distillation block with which it is associated. This ratio is an inverse function of the efficiency coefficient of the heat exchange produced by these auxiliary plates.
  • These auxiliary plates are rigid and adapted to withstand without deformation the hydrostatic pressures of the distilled and concentrated liquids which must circulate there.
  • these are rigid cellular panels, of the kind described above by way of a variant of the flexible panels 140i-3 of FIG. 7, provided with connection washers 172 and 174.
  • These washers form sections of conduit d 'supply, assembled by tie rods such as that referenced 186 in Figure 8.
  • the end 184 of the lower supply duct of each group of auxiliary plates constitutes the inlet of this group, connected to the suction pipe of a siphon, and the end of its high duct, the outlet of this group connected to the drain pipe of this siphon.
  • the heat recovery block formed by these two groups of auxiliary plates and by the pipes of their siphons are not shown, so as not to overload the drawing and because these pipes are common components, added to original components, perfectly described and represented elsewhere.
  • the hollow plates of this heat recovery block have the same length and width as the hollow plates of the distillation block, and they also have inter-plate spaces with lateral edges, sealed by spacers. These two blocks are joined and their components are clamped and clamped by rigid end panels, connected together by tie rods.
  • Seawater preferably at a temperature as low as possible (for example, cooled by natural means or, failing that, at Tu rather than Tb), is spread on the coverings of the two groups of auxiliary hollow plates and part of the air stream at temperature T4 flows from top to bottom along these coatings.
  • the two suction pipes of the siphons respectively plunge into the gutter 416 for collecting distilled water and into the tank 434 for collecting concentrated brine and they are connected to the inlets of the two groups of plates of the heat recovery block.
  • the two evacuation pipes of these siphons are connected to the outlets of these auxiliary hollow plates and these evacuation pipes open at a good distance below the levels of the gutter 416 for one and of the reservoir 434 for the other.
  • the hot liquids which circulate from bottom to top in these auxiliary hollow plates cause the evaporation of part of the sea water spilled on their coatings.
  • the streams of cooled air which circulate from top to bottom along these coatings carry away the vapor thus produced and, on this occasion, heat up and saturate.
  • the two saturated hot air streams, which leave the inter-plate spaces of these two groups of hollow heat recovery plates, are added to those which leave the inter-plate spaces of the hollow distillation plates.
  • the mixture is then reheated and supersaturated and it takes the temperature Ti. Under these conditions, the temperatures of the distilled and concentrated liquids discharged are relatively low, of the order of 40 ° C., ie 15 ° C. above the usual temperature Tu of the liquid to be distilled. In the usual case where the quantities of distilled water and brine produced are equal, this results in causing the general COP of the still to rise to 20.
  • a family solar still with saturated hot air circulating by natural convection which includes (1) a solar boiler having 1 m 2 of greenhouse, which produces 7 kWh thermal per day, (boiler 120 'of fig.6) installed in place of the heating tube 422 of f ⁇ g.13, (2) a laminated distillation block, formed of 100 thin hollow plates, flexible and flat, (400 plates of 20 dm 2 per side and a pitch of 4.5 mm) and (3) a heat recovery block formed of ten auxiliary hollow plates, can produce 200 liters of distilled water per day.
  • each block comprising 500 hollow distillation plates and 50 recovery plates, identical or similar to the plates 400 of fig. 13 (each of 1 dm 3 of active volume), one can build a still for small communities which will have (with a COP of 20) a production of distilled water of approximately 20 m 3 per day.
  • An identical production of distilled water can be provided by a still provided, on the one hand, with a distillation block of 2,000 tensioned flat hollow plates, of 1 m 2 of surface per side, a step of 4.5 mm and 10 m 3 of total active volume and, on the other hand, a solar boiler equipped with a greenhouse of 100 square meters, producing around 700 kWh per day.
  • a still associated with an average boiler of 350 kW, which produces about 200 m 3 / day.
  • Such a boiler could be the heat exchanger for cooling the diesel engine of a small power plant or a ship.
  • Fresh water production of a few thousand m 3 / day is possible with a saturated hot air still, circulating by natural convection, comprising a boiler of a few tens of MW, feeding in parallel the heating tubes of several distillation blocks , with a total active volume of a few hundred cubic meters, provided with as many heat recovery blocks having a few tens of cubic meters of active volume.
  • the effectiveness of the stills according to the invention results from the maximum use of the heat which is supplied to them, which requires, beforehand, an optimal insulation of their treatment chamber.
  • thermal insulation will generally be carried out on site, by means of local construction (adobe, for example).
  • the outer wall of the still will be a thin panel, delimiting the relatively sealed enclosure of the still.
  • thermosiphon In the case where the still with diffusion of steam and counter-current of water, according to figure 3, could not, for practical reasons of installation, function by thermosiphon, a pump will be used to ensure the circulation of the heat-transfer liquid .
  • the heat exchanger 80 constituted by the coaxial conduits 318 and 320 of FIG. 12B can be replaced by a simple monobloc heat exchanger 250 or 438.
  • the flat hollow plates 400, thin and flexible, with stretched walls, of FIG. 13, can obviously be used to constitute the distillation block of a still according to FIG. 5.
  • a still with natural convection and solar boiler according to FIG. 6, provided with a reservoir 63 ′ for collecting hot brine, ensuring it a complementary operation at night, only the distilled water produced will be the object of thermal recovery.
  • high and low chimneys of significant heights are necessary to generate this natural convection in a satisfactory manner and thus obtain an adequate transit time t in the hollow distillation plates. Such heights may be inappropriate for a family still.
  • the heating tube 422 described in fig. 13 and its supply (which is a device generally absent kitchens) will advantageously be replaced by a particular hot spring, easy to build in an apartment kitchen or on a pleasure boat.
  • this hot spring which will also have a complementary propellant function, will be constituted by a heating tube, producing steam jets, installed like tube 422.
  • This tube will have a small internal diameter (2 cm, for example), it will be closed at one end and provided with calibrated orifices, drilled at regular intervals (5 cm, for example) along a generator.
  • This tube will be installed at a good distance upstream from the inlets of the hollow plates, so that the jets of vapor which it produces are, on the one hand, correctly directed and, on the other hand, capable of dispersing in the current of gas before it enters the hollow plates.
  • These steam jets will, for example, have a temperature of 101 ° C. and a pressure just slightly higher (40 hPa) than atmospheric pressure. They will be ejected at a speed of 110 m / s.
  • these jets of steam will produce an upward thrust, complementary to that generated by natural convection and, if necessary, the downward thrust produced by the propeller of a fan.
  • a steam jet heating tube can, (as a complementary hot source, operating whenever necessary) be installed upstream of the inlets of the hollow plates, when the still has a solar boiler. such as that referenced 120 'in fig. 6.
  • the steam which will feed this steam jet heating tube will be produced, in complete safety, by a simple kettle connected to this tube by an insulating pipe.
  • This kettle will contain distilled water and it will be heated by any heating means available in the kitchen or, more generally, in the vicinity of the still.
  • the kettle will be a pot provided with a lid, adapted to be fixed to it in a sealed manner.
  • This cover will include a water intake and a steam intake, intended to be connected by a hose to the free end of the steam jet tube.
  • the water intake will be extended by a conduit, terminated by a needle valve fixed to a float (similar or equivalent to that 356-358 in Figures 11 and 12), so that this pot can operate at a constant level.
  • the water intake of this kettle will be supplied by a tube open to the open air (similar to the tube 113 'in Figure 6), connected to the outlet gutter of the still and provided with a weir, opening out above a reserve of 'distilled water.
  • the amount of distilled water consumed by the kettle will decrease the COP of the still by one point. However, this is of little importance, with a still according to the invention, such as that described in FIG. 13, which generally has a COP of at least 15.
  • This solution can obviously also be applied to stills for communities, of much higher power, and this steam jet heating tube can then be used alone or in combination with another hot source.
  • Such a family still, provided with both relatively short upper and lower chimneys, a tube with calibrated orifices producing jets of steam and, where appropriate, a fan, constitutes a household appliance of reduced size, producing distilled water at attractive economic conditions.
  • a tube with calibrated orifices producing jets of steam and, where appropriate, a fan constitutes a household appliance of reduced size, producing distilled water at attractive economic conditions.
  • Such a device is particularly well suited to equipping pleasure boats and the kitchens of apartment buildings in certain large modern coastal cities (such as Hong Kong or Singapore), where there is a continuous shortage of fresh water and where, to cope with this chronic insufficiency, sea water is also distributed to supply toilet flushes.
  • the noncondensable gas, used in a steam diffusion still may not be pure air but a mixture of air and a gas capable to perfect the elimination of the infectious germs which the water to be distilled could contain entering a steam diffusion still according to the present invention. Indeed, measurements, carried out in an official laboratory, proved that a distillation, carried out by means of such a still, could transform into drinking water, the polluted water resulting from a treatment by lagoonage of wastewater from an average town.
  • the invention relates mainly to processes and apparatuses for the production of fresh water, from sea water, brackish water or polluted water, it also concerns the food and chemical industries, for producing concentrated liquids , such as syrups or brines. It is in fact particularly advantageous to recover the thermal energy from the hot effluents of the factories concerned, in order to save significant costs of evaporation of the various liquids to be concentrated.

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Abstract

L'appareil de la figure représente symboliquement un alambic à diffusion de vapeur et air chaud saturé, circulant en circuit fermé par convection naturelle. Il est du type solaire familial et, avec une serre de 1 m2, il produit 50 à 100 litres/jour d'eau distillée. Il comprend, dans une enceinte calorifugée (48'), un bloc de distilla­tion installé entre deux cheminées (59'-79'). Le bloc de distillation comprend 100 plaques creuses minces et planes de 20 dm2 par face et de 200 dm3 de volume actif. Les parois (54') de ces plaques sont fines et tendues et elles sont pourvues d'un revêtement hydrophile (60'). Elles ont un espace intérieur (56') et un espace inter­plaques (58'). La cheminée basse (59') comporte la serre (118'-119') dont le fond (122') est une nappe noire imperméable, pourvue à l'arrière d'un mince tapis hydrophile. L'air chaud saturé à 80°C entre par le bas à l'intérieur (56') des plaques creuses et il en sort par le haut à 50°C. La cheminée haute (79') comporte un échangeur thermique monobloc (84') traversé par l'eau non potable à distiller, qui est ensuite répandue tiède (40°C) en haut des revêtements hydrophiles (60'). En traversant l'échangeur thermique (84'), l'air est refroidi jusqu'à 30°C et il descend par gravité dans les espaces inter-plaques (58') pour en sortir à 78°C. L'eau distillée condensée dans les plaques et sur l'échangeur (84') est recueillie et évacuée. La saumure est recueillie en bas des espaces inter-plaques et répandue sur le tapis hydrophile mince du fond (122') de la serre. Le courant d'air lèche ce tapis chaud, se réchauffe et se sature puis il pénètre dans les plaques. La saumure coule finalement dans un réservoir (63') de préchauffage de l'air, qui est vidé chaque matin. La serre peut être remplacée par un tube de chauffe, traversé par un fluide de chauffage, ou être associée à un autre, du type à jets de vapeur. Des alambics plus puissants peuvent produire au moins 200 m3/jour d'eau distillée et alimenter des collectivités.

Description

PROCEDES ET APPAREILS DE DISTILLATION NOTAMMENT POUR PRODUIRE DE L'EAU DOUCE
La présente invention, due à la collaboration de Jean-Paul DOMEN et de Stéphane VIANNAY, concerne des perfectionnements à une invention antérieure du premier nommé, afférente à des procédés et appareils de distillation, décrits dans une demande de brevet international PCT, déposée par le demandeur et publiée le 20 décembre 2001 sous le N° WO 01/96244 A1. Cette demande PCT décrit un procédé général de distillation à multiple effet, destiné à séparer de leur solvant liquide des matières en solution, ainsi que deux procédés et alambics particuliers .
Ces procédés et appareils de distillation sont principalement destinés à produire de l'eau douce, aisément transformable en eau potable. Ils font appel à des sources chaudes à basse température, de types divers (chaudière usuelle, chaudière solaire ou radiateur de moteur thermique) et ils traitent la plupart des eaux non potables, telles que les eaux de mer, les eaux souterraines saumâtres ou les eaux de surface claires mais polluées. A cette application principale, s'ajoutent celles concernant la production de concentrés dans diverses industries, notamment alimentaires ou chimiques .
Selon le procédé général de distillation, objet de cette invention antérieure,
- des échanges thermiques à contre-courant sont effectués par un fluide caloporteur unique, liquide ou gazeux, circulant en circuit fermé le long de surfaces, respectivement chaudes S0 et froides Sf, liées par une conductance thermique importante;
- lesdites surfaces S0 et Sf sont des faces de parois de plaques creuses minces d'échange thermique de distillation, installées en grand nombre, verticales ou inclinées, dans une chambre de traitement calorifugée, comportant des espaces inter-plaques étroits, de largeur sensiblement constante, remplis d'un gaz inconden- sable, notamment d'air à pression atmosphérique ; - le fluide caloporteur circule de haut en bas le long des surfaces Sc, en passant d'une température initiale élevée Ti à une température finale T3 inférieure à Ti, puis de bas en haut le long des surfaces Sf, en passant d'une température initiale TA, inférieure à T3, à une température finale T2, supérieure à T4 et inférieure à Ti;
- en haut des faces externes des parois des plaques creuses, à l'intérieur desquelles le fluide caloporteur circule de haut en bas, du liquide à distiller est répandu qui s'étale et descend lentement en couches fines le long de ces faces externes ;
- sous l'action du courant de fluide caloporteur circulant de haut en bas le long des surfaces Sc1 une partie du liquide à distiller répandu sur lesdites faces externes s'évapore, cependant que ce courant se refroidit, passant de Ti à T3, et que la vapeur produite diffuse dans le gaz incondensable présent dans les espaces interplaques ; - sous l'action du courant de fluide caloporteur circulant de bas en haut le long des surfaces Sf, la vapeur diffusée dans le gaz incondensable se condense, cependant que ce courant se réchauffe, passant de T4 à T2, sous l'effet d'une récupération d'une partie importante de la chaleur latente de condensation de la vapeur diffusée ;
- une source chaude est disposée entre les extrémités les plus chaudes des surfaces Sc et Sf, pour augmenter la température du fluide caloporteur de T2 à Ti ;
- une source froide est disposée entre les extrémités les moins chaudes de ces surfaces S0 et St, pour abaisser la température du fluide caloporteur de T3 à T4. Selon un premier procédé particulier de distillation à diffusion de vapeur, dérivé de ce procédé général :
- le fluide caloporteur est le liquide à distiller ;
- les plaques creuses minces d'échange thermique de distillation sont chaudes ou froides et elles sont alternativement installées dans la chambre de traitement calorifugée, leurs parois respectives constituant lesdites surfaces Sc et Sf ;
- du liquide à distiller est répandu en haut des faces externes des parois des seules plaques chaudes ;
- le liquide caloporteur circule de haut en bas à l'intérieur des plaques chaudes, il y entre chaud à la température Ti et il en sort refroidi à la température T3, après avoir provoqué une évaporation partielle du liquide à distiller en écoulement sur les faces externes de ces plaques ; -à la sortie des plaques chaudes, le liquide caloporteur subit un refroidissement complémentaire et passe à la température T4 ;
- ensuite, ce liquide caloporteur à la température T4 entre à l'intérieur des plaques froides où il circule de bas en haut, d'une part, en provoquant, sur les faces externes des parois de ces plaques froides, une condensation de la vapeur diffusée à travers la lame de gaz incondensable de l'espace inter-plaques et, d'autre part, en récupérant une partie de la chaleur de condensation de cette vapeur pour se réchauffer et finalement il sort des plaques froides à la température T2 ;
- au cours de ces opérations, les flux de chaleur traversent les parois des plaques chaudes et froides ainsi que les lames immobiles de gaz incondensable qui les séparent ;
- le liquide distillé descend le long des faces externes des parois des plaques froides cependant que le liquide concentré descend le long des faces externes des parois des plaques chaudes .
Selon un second procédé particulier de distillation dérivé de ce procédé général :
- le fluide caloporteur est ledit gaz incondensable, saturé en vapeur du liquide à distiller ;
- du liquide à distiller est répandu en haut des faces externes des parois de toutes les plaques creuses d'échange thermique de distillation, ces faces externes constituent lesdites surfaces froides Sf cependant que les faces internes des parois de ces plaques constituent lesdites surfaces chaudes Sc ;
- le courant de gaz à température Ti entre à l'intérieur de toutes les plaques creuses où il circule de haut en bas, cependant qu'une partie de sa vapeur se condense sur les faces internes des parois des plaques, que des flux de chaleur, dus à une récupération partielle de la chaleur de condensation, traversent les parois des plaques pour évaporer une partie du liquide en écoulement sur leurs faces externes et que, de ce fait, ce courant de gaz se refroidit et sort des plaques creuses à la température T3 ;
- à la sortie de ces plaques creuses, le courant de gaz à température T3 subit un refroidissement complémentaire et passe à la température T4 ;
- ensuite, ce courant de gaz à température T4 entre dans les espaces inter-plaques où il circule de bas en haut, en emportant la vapeur produite dans ces espaces et en se réchauffant, et finalement il sort de ces espaces à la température T2 ;
- le liquide distillé descend le long des faces internes des parois des plaques creuses cependant que le liquide concentré descend le long de leurs faces externes .
Pour la mise en œuvre de ces procédés de distillation, des éléments creux et minces d'échange thermique, en polymère (notamment en polypropylène), sont décrits dans cette demande PCT. Ces éléments sont des plaques rectangulaires creuses minces, de grandes dimensions (de 50 à 150 dm2 généralement), à paroi pourvue d'un revêtement hydrophile ou mouillable, soudé et/ou collé. Ils sont de deux types principaux :
(1) panneaux souples, à parois ondulées très fines (0,15 mm d'épaisseur), formant des conduits étroits (15 mm), séparés par des lignes de soudure parallèles, et (2) panneaux alvéolaires rigides, à parois planes fines (0,3 mm d'épaisseur). Ces deux types de plaques creuses minces sont portés par une tringle plate, en appui sur des montants verticaux .
Ces procédés de distillation, référencés ci-après par les initiales JPD de leur auteur, se distinguent nettement de celui mis en œuvre dans l'alambic solaire, décrit dans le brevet européen N° EP 1 312 404 A1, publié le 21 mai 2003 et référencé ci-après par les initiales AVP de son inventeur. Cet alambic solaire AVP comprend, dans une chambre de traitement, un évaporateur et un condenseur verticalement disposés, et à l'extérieur, une chaudière solaire, un radiateur et un pompe. La paroi externe de l'évaporateur est constamment humidifiée par de l'eau de mer répandue sur son bord supérieur. Sous l'action de la pompe, un liquide caloporteur circule en circuit fermé de bas en haut de la chaudière, de haut en bas de l'évaporateur, de bas en haut du radiateur et de bas en haut du condenseur, pour finalement aboutir en bas de la chaudière. Le radiateur est un organe de refroidissement du liquide caloporteur, soumis à l'action d'un courant d'air. L'eau de mer répandue sur l'évaporateur, chauffé par le liquide caloporteur qui sort de la chaudière, s'évapore en partie et, de ce fait, l'air qui l'entoure se réchauffe et se sature. Par convection naturelle, cet air chaud saturé monte le long des parois de l'évaporateur, se met à circuler en circuit fermé dans la chambre de traitement et, au cours de son trajet, traverse de haut en bas la zone occupée par le condenseur. Le liquide caloporteur, qui s'est refroidi en traversant l'évaporateur, subit un refroidissement complémentaire en traversant le radiateur. En conséquence, il arrive en bas du condenseur à une température inférieure à celle qu'il avait en sortant de l'évaporateur. La structure particulière donnée au condenseur (voir fig. 3) a pour conséquence de faire circuler en circuits croisés le courant d'air chaud saturé et le courant de liquide caloporteur refroidi. La vapeur contenue dans l'air se condense sur les parois relativement froides du condenseur et la chaleur latente de condensation est récupérée par le liquide caloporteur, diminuant ainsi l'énergie thermique demandée à la chaudière solaire. L'eau distillée et la saumure sont récupérées dans des bacs respectivement installés sous le condenseur et sous l'évaporateur. Si l'on compare les procédés de distillation JPD et AVP, décrits ci-dessus, on constate que, malgré des concepts communs, déjà énoncés dans un autre document JPD, la publication WO 98/16474 A1, citée comme art antérieur dans la demande PCT visée ci-dessus, des différences fondamentales apparaissent qui les distinguent nettement l'un de l'autre. Dans le procédé JPD, un fluide caloporteur unique, liquide ou gazeux, est utilisé et, dans le procédé AVP, deux fluides respectivement liquide et gazeux le sont simultanément. En outre, dans le procédé JPD, l'évaporateur et le condenseur sont des plaques creuses minces, à parois fines, juxtaposées avec des espaces inter-plaques étroits remplis d'air, afin de constituer des surfaces d'échange thermique, liées ensemble par une conductance thermique importante. Dans le procédé AVP, les organes évaporateur et condenseur ont tous deux des formes complexes et, en outre, sont différents et relativement éloignés l'un de l'autre. Ce qui ne permet guère d'établir entre eux une conductance thermique importante. Lorsque, dans le procédé JPD, le fluide caloporteur est un liquide, les plaques creuses minces sont alternativement chaudes et froides et les courants chauds et froids concernés circulent à très faible distance l'un de l'autre et en sens contraires (et non pas en sens croisés), cependant que la mince lame d'air qui sépare ces plaques demeure immobile. Ce qui permet d'avoir les échanges thermiques particulièrement efficaces qui sont à l'origine de la haute productivité de distillation recherchée. Lorsque dans le procédé JPD, le fluide calopor- teur est l'air chaud saturé, les faces internes et externes des fines parois des plaques creuses minces constituent des surfaces d'échange thermique, liées par une conductance thermique maximale. Ce qui, à l'évidence, ne peut se retrouver dans le procédé AVP. En outre, le procédé JPD peut faire l'objet d'une mode- lisation mathématique, réellement représentative des phénomènes concernés, qui seule permet de comprendre et donc d'optimiser ces phénomènes, puisque les éléments à prendre en compte ont une géométrie simple et des dispositions dans l'espace bien définies. Ce qui ne semble guère être possible avec les éléments de l'alambic solaire AVP, qui ont des géométries complexes et des liaisons thermiques à conductan- ce faible et mal définie.
Dans la publication WO 01/96244 A1 visée ci-dessus, il est écrit page 21, lignes 2 à 7 : « La maximi- sation du coefficient de performance d'un appareil de distillation dont les paramètres sont fixes (...). impose que la différence de températures entre les débits d'eau chaude et moins chaude sortant de la chaudière et y entrant, soit aussi faible que possible, cependant que la différence de températures entre le haut et le bas des éléments d'échange thermique doit, au contraire, être aussi élevée que possible. »
Une telle affirmation est juste dans certains cas, mais comme on le verra plus loin, sa généralisation conduit à des conclusions simplistes et incomplètes dans certains cas et même fausses dans d'autres cas. A titre d'exemple, on notera dès à présent que le Coefficient de Performance COP d'un appareil d'échange thermique ou de distillation, c'est-à-dire le rapport entre la puissance thermique échangée Q et la puissance P, fournie par la chaudière, détermine également le prix de revient de l'énergie échangée et/ou de l'eau distillée, par l'intermédiaire de deux autres paramètres, à savoir, (1) le coût de l'énergie utilisée, lequel est inversement proportionnel au coefficient de performance COP, et (2) l'amortissement du prix de l'appareil qui, lui, est proportionnel au Cop, comme cela sera démontré ci-après. Dans un échangeur thermique à contre-courant classique, entre deux fluides à capacité calorifique CP constante, on désignera ci-après par Ti, la température du fluide caloporteur, à la sortie de la chaudière ou à l'entrée des surfaces chaudes de l'échangeur, par T2, la température du fluide à la sortie des surfaces froides, par T3, la température du fluide caloporteur, à la sortie des surfaces chaudes, et par T4, la température du fluide, à l'entrée des surfaces froides de l'échangeur. Et on désignera par dT, la différence de température qui existe de part et d'autre des surfaces chaudes et froides concernées. Si l'on néglige les pertes thermiques de l'échangeur, les deux écarts de températures (T3-T4) et (T1-T2) sont en général tous deux égaux à dT.
On notera que de tels échangeurs thermiques ne peuvent fonctionner que dans une plage de températures imposées par la tenue au chaud et au froid des matériaux utilisés et par les diverses températures de changement d'état des fluides concernés. En conséquence, il existe une valeur maximale imposée pour l'écart (T1-T3). Et c'est pour cette valeur maximale que la puissance échangée Q prendra également sa valeur maximale .
La puissance échangée Q s'exprime de deux manières, suivant que l'on considère le fluide caloporteur ou l'échangeur thermique. Dans le premier cas, cela donne Q = CP.D.(Ti-T3), avec Cp, la capacité calorifique à pression constante du fluide caloporteur, (dans le cas de l'eau, CP = 4,19 joules, par gramme et par degré), et D, le débit massique circulant. Dans le second cas, on a la relation Q = k.V.dT, avec k, la conductance thermique volumique d'un échangeur thermique et V, le volume actif de cet échangeur. La conductance thermique volumique k d'un échangeur thermique se définit comme étant la puissance thermique en Watts, transmise à travers un échangeur d'un mètre cube de volume actif, en réponse à un écart de température d'un Kelvin. La dimension du terme k est donc W/m3.K. Dans le cas d'un échangeur thermique à contre-courant classique, on sait que le coefficient de performance COP = (Ti-Ï3)/dT. Dans le cas d'un alambic à diffusion de vapeur, à contre-courant d'eau, le liquide caloporteur circule en circuit fermé, ce liquide entre dans la chaudière à une température T2 et en sort à Ti, de sorte que la puissance fournie par la chaudière est P = CP.D.dT, Quant au coefficient de performance brut de l'échangeur à contre-courant, constitué par cet alambic, c'est-à-dire au rapport Q/P, sa valeur est également COP = (Ti-T3)/dT.
Si maintenant on s'intéresse au produit de COP par Q, la puissance thermique échangée, on constate que la valeur de la quantité COP.Q caractérise les performances pratiques d'un échangeur thermique, lequel est d'autant plus performant que cette quantité est plus forte. Si, en outre, on divise cette même quantité par le volume actif V de l'échangeur, on peut alors comparer deux échangeurs thermiques de volumes différents et définir leur Critère Intrinsèque d'Efficacité, lequel est défini par le terme CIE = COP.Q/V = Q2/P.V = k.(Ti-T3). Pour un échangeur thermique à contre-courant classique, la conductance thermique volumique k de l'échan- geur et la capacité calorifique Cp des liquides concernés ont des valeurs constantes, indépendantes de la température T et de l'écart dT. En conséquence, le terme CIE passe par un maximum lorsque Cop et Q sont elles-mêmes maximales, c'est-à-dire pour les valeurs extrêmes, haute et basse respectivement, imposées à Ti et à Î3, conformément à l'affirmation rappelée plus haut. Mais cela n'est pas du tout le cas pour les échanges thermiques de distillation que comportent les alambics à diffusion de vapeur. En effet, dans les échangeurs thermiques de distillation à diffusion de vapeur, que sont les alambics selon l'invention antérieure, la conductance thermique volumique de l'échangeur varie considérablement dans la plage théorique de température que l'appareil pourrait explorer, soit depuis 20 à 300C, une plage des limites basses possibles de la source froide, constituée par le liquide froid à distiller entrant dans l'alambic, jusqu'à une valeur au plus égale à la température d'ébullition de ce même liquide. Cela provient du caractère quasi- exponentiel de la pression partielle de vapeur, exprimée en fonction de la température. En conséquence, dans le cas d'un alambic à diffusion de vapeur et contre-courant d'eau, le Critère Intrinsèque d'Efficacité de cet alambic CIE, ne présente pas son maximum pour la limite basse possible de T3..
Pour pouvoir apporter un premier perfectionnement aux procédés de distillation visés plus haut, afin de déterminer puis d'obtenir la valeur optimale de la température T3, à la sortie de plaques rectangulaires creuses d'échange thermique, souples (alvéole en lunule, paroi ondulée) ou rigides (alvéole rectangulaire, paroi plane), décrites dans la demande PCT visée plus haut, il est au préalable nécessaire d'établir la théorie quantitative des alambics à diffusion de vapeur. Cela, afin d'élaborer les lois physiques fondamentales qui les régissent. Pour ce faire, on va tout d'abord procéder à une analyse logique systématique du fonctionnement d'un alambic à diffusion de vapeur et contre-courant d'eau. A cet effet, on va, pour un tel alambic utilisant de l'eau de mer comme fluide caloporteur, définir les deux types de paramètres concernés, à savoir, ceux de construction (figés à la sortie d'usine) et ceux d'utilisation, qui en déterminent le fonctionnement.
Les paramètres de construction sont les suivants :
- (e), l'épaisseur moyenne interne des plaques creuses et de l'eau dans ces plaques, - (a), l'épaisseur moyenne de la lame d'air entre les plaques,
- (2p), le pas des plaques de même nature, chaude ou froide,
- (h), la hauteur des plaques,
- (N) le nombre et (I), la largeur des plaques,
- (V), le volume actif de l'échangeur avec V = p.N.l.h, - l'épaisseur, la conductivité thermique et la forme (plane ou ondulée) des parois des plaques creuses. Les paramètres d'utilisation sont à la disposition de l'utilisateur et ce sont les suivants :
- (D), le débit et (v), la vitesse de l'eau dans les plaques creuses, - (t), le temps de transit de l'eau dans ces plaques, avec t = h/v et D = V.e/2p.t,
- (dT), l'écart de température entre les fluides circulant dans les plaques chaudes et froides,
- (P), la puissance thermique de la chaudière,
- (Q), la puissance thermique échangée par distillation, exprimée en m3/jour d'eau distillée, chaque unité correspondant à environ 27 kW ;
- la plage de température d'utilisation des plaques creuses chaudes, avec Ti en entrée et T3 en sortie.
Compte-tenu des deux expressions visées plus haut, qui définissent la puissance thermique échangée entre les surfaces chaudes et froides concernées, à savoir celle Q = CP.(Ti-T3).D, fournie par le fluide caloporteur et Q = k.V.dT, transmise par l'échangeur, on en déduit la relation suivante : t.dT = CP.(Ti-T3).e/k. Ce qui veut dire que ce terme t.dT prend une valeur déterminée dès lors que Ti, T3 et k sont eux-mêmes déterminés. Il en résulte que l'épaisseur d'eau e et celle d'air a étant fixées par le constructeur, les valeurs à la disposition de l'utilisateur, à savoir, le temps de transit (t) et la différence de températures dT varient en sens inverses, dès lors que leur produit a une valeur déterminée choisie. En conséquence, le terme LdT apparaît comme étant une variable composite, fonction à la fois de certains paramètres de construction, des tempéra- tures extrêmes Ti et T3 et de toutes les valeurs T intermédiaires. Il faut donc considérer t.dT comme la variable indépendante déterminante, à prendre en compte pour calculer la température du fluide caloporteur au cours de sa descente tout au long des surfaces chaudes d'échange thermique.
A partir de ces relations physiques fondamentales qui régissent le fonctionnement des alambics à diffusion de vapeur et contre-courant d'eau, selon ladite invention antérieure, il devient possible d'optimiser ce fonctionnement. Pour ce faire, on élabore un logiciel permettant de modéliser les transferts de masse et de chaleur qui se produisent tout au long des plaques creuses de ces alambics. Dans le premier cas étudié, le liquide caloporteur circule de haut en bas dans les plaques chaudes et l'interface entre les liquides calo- porteurs montant et descendant est alors la face extérieure des parois des plaques froides de condensation. Les plaques sont en polymère (polypropylène notamment) et leur conductivité thermique est de 0,2 W/m.K. Le calcul concerne les températures qui apparaissent de haut en bas des surfaces chaudes de ces plaques, en fonction de tous les paramètres concernés, à savoir la température Ti, les paramètres de construction et d'utilisation et les conductances thermiques visées plus haut. Ce calcul se fait pas à pas pour élaborer les courbes des températures des tranches de fluide caloporteur, en fonction de leur hauteur h, mesurée de haut en bas des plaques creuses chaudes, c'est-à-dire des courbes T = f(h) correspondant à la valeur maximale naturelle de Ti et une valeur minimale naturelle possible (sans refroidissement artificiel) de T3 pour différentes valeurs choisies des paramètres de construction e et a.
Avec de l'eau de mer comme fluide caloporteur, à capacité calorifique CP constante, on va maintenant, à l'aide du logiciel concerné, calculer tranche par tranche, tout au long des surfaces chaudes, la courbe de la température T = f(h) et celle de QE = g(h), pour des plaques alvéolaires rigides à faces planes, ayant une épaisseur totale de paroi et de revêtement de 0,5 mm, une épaisseur interne e = 3 mm et un pas p = 8,5 mm. Ces trois dimensions sont les valeurs minimales qu'il a été possible de donner aux prototypes expérimentés., pour être assuré que les plaques chaudes et froides ne puissent jamais se toucher.
La courbe Ai représentée sur la figure 1 ci-après T = f(h) a été calculée pour des plaques chaudes planes, avec Ti proche de 1000C, une hauteur de plaques h = 100 cm, un pas de plaques p = 8,5 mm, avec une épaisseur interne d'eau e = 3 mm, une épaisseur de lame d'air a = 5 mm et une épaisseur totale de parois et de revêtements hydrophiles de 0,5 mm, une vitesse de circulation d'eau v = 0,5 mm/s et un écart de température dT = 5,5 K. En parallèle sur l'axe des h, a été porté l'axe de la variable composite tdT = dT.h/v. Pour la valeur T = 320C, qui correspond à une hauteur h = 100 cm, le temps de transit t = 2.000 s et la variable composite t.dT = 11.000 K.s. Pour toute valeur intermédiaire de T entre 32 et 1000C, la valeur correspondante de t.dT se déduit immédiatement.
Sur cette même figure 1 est également portée la courbe Bi qui représente la variation du Critère Intrinsèque d'Efficacité de distillation de l'alambic QE = COP.Q/V = Q2/P.V, en fonction de la variable composite t.dT (déduite de h), laquelle est liée à V1 le volume actif, par la relation précisée plus haut V = p.N.l.h. Ce critère GE est représentatif du produit du COP par Q/V, le volume en mètres cubes d'eau distillée par jour et par mètre cube de volume actif d'alambic. Dans le cas présent, la plage des variations possibles de ce critère s'établit de 0 à 18. La courbe Bi présente un maximum QE = 17,8 pour t.dT = 3000 K.s, et donne T3 = 68,5°C lorsque Ti = 1000C. Selon la figure 1, les plages de valeurs optimales de t.dT et de T3 sont définies par la courbe Ai et celle du QE, par son maximum (QE > 17), soit 1900 < tdT < 4450 K.s et 58 < T3 < 78°C. Ces plages de valeurs optimales varient peu lorsque le rapport e/p demeure constant, le maximum de QE étant quant à lui d'autant plus élevé que les paramètres e et p ont leurs valeurs minimales. En conséquence, pour tout QE > 17 et toute valeur particulière de la variable composite t.dT, située dans la plage optimale qui en découle, le fonctionnement d'un alambic à diffusion de vapeur et liquide caloporteur sera optimisé dès lors que l'un des paramètres t ou dT a été choisi et T3, déduit de ce choix.
Comme COP = Q/P, ce terme est aussi inversement proportionnel au coût de l'énergie utilisée. Quant au rapport Q/V, il est inversement proportionnel au volume actif V et donc au nombre de plaques installées pour obtenir une production journalière déterminée Q. Comme on peut également écrire Q/V = QE/COP, lorsque le prix de l'énergie sur le lieu d'exploitation est élevé (énergies fossiles ou électricité), on choisira une valeur élevée pour COP. Et, dans le cas où cette énergie est bon marché (solaire ou co-génération à partir du liquide de refroidissement ou des gaz d'échappement des moteurs thermiques), on choisira un COP plus faible et donc un investissement limité (moins de plaques d'échange thermique). On notera que ces variations en sens inverses permettent d'obtenir un maximum d'efficacité lorsque le prix de l'énergie est égal à l'amortissement de l'investissement rapporté au volume total d'eau distillée, produite sur la durée de cet amortissement.
Lorsque des plaques souples à parois ondulées, composées de conduits parallèles, à section en forme de lunules, sont utilisées, les deux courbes Ai et Bi de la figure 1 sont un peu différentes : la courbe Ai qui représente T = f(h), a sensiblement la même forme mais la courbe Bi, QE = f(t.dT), présente un maximum nettement moins accusé d'une valeur de 9 environ au lieu de 18. Des résultats comparables sont obtenus pour les deux types de plaques creuses (rigides et planes ou souples et ondulées), lorsque la température "Pi est notablement inférieure à la température optimale indiquée plus haut (100°C), soit 850C par exemple.
Dans un second cas étudié, on a inversé le sens de circulation du liquide caloporteur pris en compte dans le calcul précédent (de bas en haut au lieu de haut en bas, dans les plaques chaudes) tout en conservant inchangées les plaques creuses chaudes et froides considérées. Les résultats obtenus dans ce second cas ne sont guère différents de ceux obtenus dans le premier.
On notera que dans le cas des alambics à contre-courant d'eau, mettant en œuvre ces deux procédés de distillation selon l'invention, l'interface, à travers lequel s'effectuent les transferts de chaleur entre les deux courants d'eau qui circulent en sens inverses, est situé dans la paroi qui sépare le courant d'eau montant du liquide ruisselant, lequel est l'eau distillée dans le premier cas étudié (circulation de haut en bas du liquide caloporteur dans les plaques chaudes) et la saumure dans le second cas (circulation en sens inverse).
On va maintenant s'intéresser au procédé de distillation à diffusion de vapeur et à gaz caloporteur (air), saturé en vapeur. Les paramètres de construction et d'utilisation, visés plus haut pour un procédé de distilla- tion à contre-courant d'eau, sont repris dans le cas présent. En revanche, la capacité calorifique apparente CP de l'air saturé en vapeur augmentant énormément en fonction de la température, l'écart de température entre les faces interne et externe des plaques doit varier en sens inverse. Dans ces conditions, s'il est simple, pour un alambic à diffusion de vapeur et contre-courant d'eau, d'exprimer l'écart de puissance thermique appliquée
5 entre les surfaces d'échange thermique, en fonction de dT seulement, puisque CP est alors constant, dans le cas d'un alambic à diffusion de vapeur et contre-courant d'air, il devient nécessaire de revenir à la puissance thermique appliquée entre les faces internes et externes des plaques creuses de distillation.
Selon l'invention, cet écart de puissance thermique s'exprime par l'écart local de flux d'enthalpie (en Watts) entre les écoulements d'air saturé le long des faces externes chaudes S0 et internes froides Sf de ces
.0 plaques creuses. Ces flux d'enthalpie sont définis, à deux niveaux en regard des faces d'une paroi de plaque, par Hc = D.CpcTc, pour la face Sc, et par Hf = D.Cpf.Tf, pour la face Sf. Un écart local de flux d'enthalpie est défini par dH = D.(Cpc.Tc- Cpf.Tf). Dans ces expressions, Cp0 et CPf sont les capacités calorifiques apparentes des écoulements à températures T0 et Tf, existant à deux niveaux en regard. Le terme Cp = δH / D.δT, avec d'une part, δH et δT, des variations élémentaires conjuguées de flux d'enthalpie H et de température T et,
L 5 d'autre part, D, le débit d'air sec et Cp, la capacité calorifique apparente de l'air chaud saturé, à une température quelconque T, exprimée en degrés Kelvin. A cet égard, on rappellera que la capacité calorifique CP de J'air sec a une valeur constante de 1000 joules par degré et par kilogramme mais que, en revanche, la capacité calorifique apparente CP de l'air chaud saturé en vapeur est de 740 kJ/K/kg d'air sec, entre 91 et 92°C, et seulement de 16,4 kJ/K/kg d'air sec, en moyenne entre 24 et 45°C.
10 On notera que, dans le cas d'un alambic à contre-courant d'air circulant à rencontre de la convection naturelle, l'interface à travers lequel s'effectuent les transferts de chaleur entre les courants montant et descendant est la surface libre de la saumure. En revanche, dans le cas d'un alambic à contre-courant d'air circulant par convection naturelle, cet interface est la surface libre de l'eau distillée.
A partir de ces constatations de base, afférentes à un alambic à diffusion de vapeur et contre-courant
.5 d'air, un second logiciel a été développé qui permet de calculer les profils des températures le long des parois interne et externe de plaques creuses à faces planes en polymère. En partant des températures en haut des plaques, avec une valeur t.dH/V = 2400 kJ/m3 et des valeurs Ti = 920C et T2 = 910C, (ce qui correspond à un écart local donné de flux d'enthalpie de valeur dHi), et en prenant une vitesse de circulation de l'air sec Vi de 10cm/s (ce qui, à titre d'exemples, donne v = 20 ou 40 cm/s pour de l'air humide à 50% ou 75% de pression
50 partielle de vapeur), le calcul a été arrêté pour une température T4, au bas des espaces inter-plaques, compatible avec celle des sources froides naturelles disponibles (20 à 3O0C, par exemple). La courbe A2 représente la fonction T = fι(h) le long des faces internes chaudes des plaques creuses et la courbe C2 représente la fonction T = f2(h) le long de leurs faces externes froides. Pour ce qui concerne cette courbe C2, on notera qu'aucune courbe Ci n'apparaît sur la figure 1 , puisqu'elle se déduirait de la courbe Ai, par un
35 simple décalage dT constant (aux pertes près). En revanche sur la figure 2, cette courbe C2 se distingue nettement de la courbe A2 puisque l'écart croissant en degrés (0C), qui les sépare l'une de l'autre à chaque niveau décroissant h, exprime l'écart local constant de flux d'enthalpie dHi, qui correspond aux valeurs de Ti et T2, exprimées plus haut. Avec Ti abaissé à 91,50C et T2 maintenu à 910C, la courbe C2 demeurerait inchangée et la courbe A3 obtenue se situerait à peu près à égale distance des courbes A2 et C2 représentées.
10 Avec Ti maintenu à 92°C et T2 abaissé à 9O0C, la courbe A2 demeurerait inchangée et la courbe C3 obtenue se déduirait des courbes A2 et C2 représentées par un décalage à chaque niveau, à peu près double de celui de ces deux courbes représentées. On notera que ces commentaires s'appliquent sans correction à de l'eau pure faisant l'objet d'une distillation mais pas tout à fait à de l'eau salée. En effet, pour deux eaux de mer, à 35 ou 70 grammes de chlorure de sodium par litre, les températures d'ébullition sont respectivement de 100,50C et 1010C. Ce qui veut dire que pour ces eaux, au cours d'une opération de distillation, un écart de température de sensiblement 0,50C ou 1°C est consommé par le travail de dessalement de ces eaux et donc neutralisé pour leur distillation.
Pour ce qui concerne les courbes Ai de la fig. 1 (contre-courant d'eau) et A2 de la fig.2 (contre courant d'air), on notera que la courbe A2, à l'inverse de Ai, présente une concavité très forte, dirigée vers le haut des plaques. Ce qui veut dire que les échanges thermiques par diffusion de vapeur, dans le cas d'un alambic à contre-courant d'air, sont beaucoup plus importants vers les basses températures que vers les hautes. Dans ces conditions, la recherche du maximum de QE a été faite à partir des basses températures. Dans cette zone en effet, les flux de chaleur qui traversent les parois des plaques creuses, entre les tranches en regard des deux fluides circulant en sens inverses, sont beaucoup plus grands pour un même écart de flux d'enthalpie, du fait du plus grand écart de température auquel cet écart local de flux d'enthalpie correspond.
La courbe B2 de la figure 2 représente l'évolution de QE en fonction de la variable composite t.dH/V (en kilojoules par m3) à retenir dans le cas d'un alambic à contre-courant d'air. Cette évolution est peu sensible à l'écart (T1-T2) et donc à la valeur de l'écart local de flux d'enthalpie dHi visé plus haut, qui a servi à calculer cette courbe B2. Le maximum de QE correspond, sur la courbe A2, à une température Ti d'environ 85°C, à l'entrée des plaques creuses et, pour l'écart local dHi retenu, la valeur de T2 lue sur la courbe C2 est d'environ 80°C, à la sortie des espaces inter-plaques. La valeur de Ti1 à l'entrée des plaques creuses, est déterminée par la température maximale de la source chaude disponible et la valeur de T4, à l'entrée des espaces interplaques, par la température minimale de la source froide naturelle disponible. Dans le cas où cette source froide est le liquide à distiller entrant à 25°C, il est possible, au moyen d'un échangeur thermique approprié, d'avoir une valeur T4 de 30°C. Dans ce cas, avec les conditions visées plus haut (dHi et Vi), on a T3 = 680C. Avec une valeur T4 supérieure, la valeur de T3 augmente et, dans ce cas, le maximum de QE est moins élevé et il est obtenu pour une valeur t.dH/V plus grande. De même, pour un écart local dH plus grand ou plus petit que la valeur dHi visée plus haut, si l'on conserve à T4 une valeur aussi faible que possible (3O0C, par exemple), on aura un maximum de QE variant en sens inverse, c'est-à-dire un peu moins ou un peu plus élevé que précédemment, à condition que la variable composite tdH/V varie comme dH.
Sur la figure 2, le Coefficient Intrinsèque d'Efficacité de l'alambic QE , défini par COP.Q/V ou Q2/P.V ou encore k.(Ti-T3), présente un maximum de 95 m3 d'eau douce par jour et par m3 actif d'alambic, pour une valeur de la variable composite t.dH/V de 382 kiiojoules/m3. La valeur optimale du QE est supérieure à 84, ce qui correspond à 210 < t.dH/V < 740 kJ/m3 et une plage optimale 78 < Ti < 910C. En pratique cependant, il est clair qu'est tout à fait bienvenue toute valeur de QE supérieure au tiers, par exemple, de sa valeur maximale possible (laquelle est de l'ordre de 100, pour les plaques creuses, aux caractéristiques définies ci-après, retenues pour le calcul). Ce qui veut dire que dès lors que T4 a pu prendre une valeur très basse (jusqu'à 1O0C, par exemple, si l'on a pu refroidir le liquide à distiller entrant, par des moyens naturels économiques), toutes valeurs de Ti définies par la plage de température 740C < Ti < 910C et, dans le cas des résultats de l'étude représentés à la figure 2, toutes les valeurs de la variable composite t.dH/V qui sont définies par la plage 100 kJ/m3 < t.dH/V < 1300 kJ/m3, permettent de construire un alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur à haute productivité.
Les résultats précédents ont été obtenus pour des plaques creuses minces à paroi planes, qui ont une épaisseur interne e = 2 mm, un espace inter-plaques identique, une épaisseur de paroi et de revêtement hydrophile de 0,6 mm et donc un pas p = 5,2 mm. Les plages de valeurs optimales définies ci-dessus varient peu lorsque le rapport e/p demeure sensiblement constant, le maximum de GE étant quant à lui d'autant plus élevé que les paramètres e, a et p ont leurs valeurs minimales, imposées par des considérations pratiques. Ces considérations ont pour objet de faire en sorte que les pertes de charge dans les espaces inter-plaques
5 soient toujours acceptables, ce qui limite à 2 mm les épaisseurs internes e et a minimales des plaques creuses et de leurs espaces inter-plaques. En revanche, si l'on conserve cette valeur de e et que l'on crée un nouveau modèle de plaques creuses à parois planes particulièrement minces (0,15 mm d'épaisseur totale de paroi et de revêtement hydrophile), des résultats bien meilleurs que ceux illustrés par les courbes de la figure 2 sont obtenus. Une telle plaque creuse d'échange thermique de distillation sera décrite ci-après à la fig.13.
0 Avec ce nouveau modèle de plaques, le maximum calculé de QE est considérablement augmenté (297 πWjour, par m3 de volume actif, au lieu de 95), si l'on prend e = 2 mm et p = 4,5 mm. Avec une épaisseur interne e = 3 mm, un espace inter-plaques identique et un pas p = 6,5 mm, ce maximum tombe à 132. Quant aux courbes A2-C2 et aux valeurs optimales (ou simplement efficaces, parce qu'elles fournissent des résultats tout à fait satisfaisants) des températures Ti, T2, T3 et T4, elles demeurent à peu près les mêmes.
5 Si l'on inverse le sens de circulation du gaz caloporteur, pris en compte dans le calcul précédent, en faisant circuler ce gaz de bas en haut (et non plus de haut en bas) dans les plaques creuses et de haut en bas (et non plus de bas en haut ) dans les espaces inter-plaques, des résultats sensiblement identiques sont obtenus.
Ces résultats démontrent l'intérêt exceptionnel que présentent les alambics à diffusion de vapeur et
'0 contre-courant d'air puisque, dans le cadre des limites de la technologie actuellement disponible, ils peuvent aisément afficher des QE compris entre 30 et 100, alors que les alambics à contre-courant d'eau affichent des CIE de 18 au plus,
Le premier objet de la présente invention concerne des perfectionnements et des extensions, suscep- J5 tibles d'être apportés au procédé général de distillation, à fluide caloporteur liquide ou gazeux et à diffusion de vapeur dans un gaz incondensable, décrit dans ladite invention antérieure, qui découlent des lois physiques régissant le fonctionnement des alambics mettant en œuvre ce procédé général.
Le deuxième objet de l'invention concerne deux types de perfectionnements, résultant des lois physiques en question, susceptibles d'être apportés aux procédés et appareils particuliers de distillation à 50 diffusion de vapeur, dans lesquels le fluide caloporteur est le liquide à distiller et le sens de circulation de ce liquide, celui décrit dans ladite demande antérieure ou le sens inverse.
Le troisième objet de l'invention concerne deux autres types de perfectionnements, résultant des lois physiques en question, susceptibles d'être apportés aux procédés et appareils particuliers de distillation à diffusion de vapeur, dans lesquels le fluide caloporteur est le gaz incondensable, saturé en vapeur du liquide à 55 distiller, et le sens de circulation de ce gaz, celui décrit dans ladite demande antérieure ou le sens inverse.
Le quatrième objet de l'invention concerne des alambics à diffusion de vapeur, dans lesquels les échangeurs thermiques simples utilisés ont une architecture nouvelle compacte, à faible coût.
Le cinquième objet de l'invention concerne un échangeur thermique de distillation, comportant un élément actif monobloc, adapté aux nécessités d'un alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur. 1-0 Le sixième objet de l'invention concerne les moyens de connecter en toute sécurité de grandes plaques creuses minces d'échange thermique de distillation, à leurs conduits d'entrée et de sortie de fluide caloporteur. Le septième objet de l'invention concerne les moyens de répandre efficacement et en toute sécurité le liquide à distiller sur les faces extérieures des parois de plaques creuses d'échange thermique de distillation.
Le huitième objet de l'invention concerne de nouvelles plaques creuses de distillation, minces et souples, à parois planes très fines, utilisables dans les alambics à diffusion de vapeur et gaz caloporteur ; Le neuvième objet de l'invention concerne des sources chaudes spécialement adaptées aux nécessités particulières de certains des appareils de distillation visés plus haut.
Selon un perfectionnement de ladite invention antérieure, un procédé général de distillation à multiple effet, destiné à séparer de leur solvant liquide des matières en solution, notamment pour produire de l'eau douce ou des concentrés, dans lequel :
- des échanges thermiques à contre-courant sont effectués par un fluide caloporteur unique, liquide ou gazeux, circulant en circuit fermé le long de surfaces, respectivement chaudes Sc et froides Sf, liées par une conduc- tance thermique importante ;
- lesdites surfaces S0 et Sf sont des faces de parois de plaques creuses minces d'échange thermique de distillation, installées en grand nombre, verticales ou inclinées, dans une chambre de traitement calorifugée, comportant des espaces inter-plaques étroits, de largeur sensiblement constante, remplis d'un gaz inconden- sable, notamment d'air à pression atmosphérique ; est caractérisé en ce que :
- le fluide caloporteur circule, dans un premier sens ascendant ou descendant, le long des surfaces chaudes Sc, en passant d'une température initiale élevée Ti à une température finale T3 inférieure à Ti puis, dans un second sens inverse du premier, le long des surfaces froides Sf, en passant d'une température initiale T4, inférieure à T3, à une température finale T2, supérieure à T4 et inférieure à Ti;
- en haut des faces externes des parois des plaques creuses de distillation, à l'intérieur desquelles Ie fluide caloporteur circule dans ledit premier sens, du liquide à distiller est répandu qui s'étale et descend lentement en couches fines le long de ces faces externes ;
- sous l'action du courant de fluide caloporteur circulant dans ledit premier sens, une partie du liquide à distiller répandu sur lesdites faces externes s'évapore, cependant que ce courant se refroidit, passant de Ti à T3, et que la vapeur produite diffuse dans le gaz incondensable présent dans les espaces inter-plaques ;
- sous l'action du courant de fluide caloporteur circulant dans ledit second sens, la vapeur diffusée dans le gaz incondensable se condense, cependant que ce courant se réchauffe, passant de T4 à T2, sous l'effet d'une récupération quasi totale de la chaleur latente de condensation de la vapeur diffusée ;
- une source chaude est disposée entre les extrémités les plus chaudes des surfaces S0 et Sf, pour augmenter la température du fluide caloporteur de T2 à Ti ;
- une source froide est disposée entre les extrémités les moins chaudes de ces surfaces S0 et Sf, pour abaisser la température du fluide caloporteur de T3 à T4 ;
- un écart local sensiblement constant dH de flux d'enthalpie est établi entre les surfaces Sc et St, en donnant des amplitudes appropriées aux échanges thermiques respectivement effectués entre le courant de fluide caloporteur et lesdites sources chaude et froide ;
- les températures optimales du fluide caloporteur Ti, T2 et T3, T4, aux extrémités de ces mêmes surfaces, sont déterminées à partir du maximum du Critère Intrinsèque d'Efficacité QE = Q2/P.V de l'installation, Q étant la puissance thermique de distillation échangée, P étant la puissance thermique fournie par la source chaude et V, le volume actif de l'installation . Grâce à ces dispositions, le procédé général de distillation, utilisant un fluide caloporteur unique, liquide ou gazeux, décrit dans ladite invention antérieure, est à la fois élargi et optimisé. Tout d'abord, on ajoute deux nouveaux types d'alambics aux deux types antérieurs, précédemment décrits. Cela, en utilisant des composants identiques ou équivalents et en donnant deux possibilités au lieu d'une seule, aux sens de circulation de l'un ou l'autre des deux fluides caloporteurs prévus. Ensuite, en application des conclusions de la modélisation mathématique des phénomènes particuliers d'échange thermique, existant dans les alambics à diffusion de vapeur selon ladite invention antérieure, on en fixe les caractéristiques thermiques relatives et absolues, à savoir l'écart local constant de flux d'enthalpie entre les surfaces S0 et Sf et les températures du fluide caloporteur aux entrées et sorties des plaques creuses minces et/ou de leurs espacements. Grâce à quoi, l'efficacité de la distillation effectuée peut être comprise, contrôlée et ainsi maximisée.
Selon l'invention, un premier procédé particulier de distillation à diffusion de vapeur, notamment pour produire de l'eau douce, conforme au procédé général perfectionné défini ci-dessus , dans lequel :
- le fluide caloporteur est le liquide à distiller ;
- les plaques creuses minces d'échange thermique de distillation sont chaudes ou froides et elles sont alternativement installées dans la chambre de traitement calorifugée, les faces internes de leurs parois respectives constituant lesdites surfaces chaudes Sc et froides Sf ;
- du liquide à distiller est répandu sur les faces externes des parois des seules plaques chaudes ; est caractérisé en ce que :
- le liquide caloporteur circule, dans un premier sens ascendant ou descendant, à l'intérieur des plaques chaudes, il y entre très chaud à la température Ti et il en sort refroidi à la température T3, après avoir provoqué une évaporation partielle du liquide à distiller en écoulement sur les faces externes des parois de ces plaques ;
- à la sortie de ces plaques creuses chaudes, le liquide caloporteur à la température T3 est refroidi jusqu'à la température T4 ;
- ensuite, le liquide caloporteur à la température T4 entre à l'intérieur des plaques creuses froides où il circule dans un second sens, inverse du premier, en provoquant, sur les faces externes des parois de ces plaques froides, une condensation de la vapeur diffusée à travers la lame de gaz incondensable de l'espace interplaques et en récupérant la quasi totalité de la chaleur de condensation de cette vapeur pour se réchauffer, et finalement il sort des plaques froides à la température T2 ;
- au cours de ces opérations, les flux de chaleur traversent les parois des plaques creuses chaudes et froides ainsi que les lames immobiles de gaz incondensable qui les séparent ;
- le liquide distillé descend le long des faces externes des parois des plaques froides cependant que le liquide concentré descend le long des faces externes des parois des plaques chaudes ;
- la température optimale Ti du liquide caloporteur, à l'entrée des plaques creuses chaudes, est aussi peu que possible inférieure à la température d'ébullition de ce liquide à pression atmosphérique ; - la température optimale T3 du liquide caloporteur, à la sortie des plaques creuses chaudes, est relativement élevée et située dans une plage qui correspond à une zone entourant le maximum du Critère Intrinsèque d'Efficacité QE de l'installation ;
- les écarts de température (T1-T2) et (T3-T4) sont faibles, avec (T1--T2) un peu supérieur à (T3--T4) .
Selon des caractéristiques complémentaires de ce procédé de distillation, à diffusion de vapeur et liquide caloporteur,
- la correspondance, entre la plage optimale des températures T3 et le maximum de GE, est réalisée par l'intermédiaire de leurs relations respectives avec une variable composite tdT, dans laquelle t est le temps de transit du liquide caloporteur dans les plaques et dT, l'écart de température entre les liquides circulant dans les plaques creuses froides et chaudes ;
- la plage intéressante de la température T3 est l'intervalle 58 à 78°C, lorsque le liquide à distiller est de l'eau ;
- l'écart optimal de température dT est établi par un ajustement du rapport entre la puissance de chauffe de la source chaude et le débit massique D de liquide caloporteur circulant ;
- la valeur optimale choisie pour dT est relativement élevée lorsque le coût unitaire de l'énergie thermique, aisément disponible sur le lieu de mise en oeuvre du procédé, est relativement faible ;
- le temps de transit optimal t du fluide caloporteur dans les plaques d'échange thermique est établi par ajustement du débit massique D du liquide caloporteur circulant en boucle fermée. Grâce à ces dispositions, le procédé de distillation à diffusion de vapeur et liquide caloporteur devient un procédé réellement efficace, faisant appel à des étapes nouvelles particulièrement simples à mettre en œuvre, en application des conclusions de la modélisation mathématique des phénomènes concernés. Ces étapes consistent à augmenter notablement la température du liquide à distiller entrant dans l'installation, avant de le mélanger au liquide à distiller circulant en boucle fermée, par un simple échange thermique avec les liquides distillé et concentré, sortant de l'installation à une température moyenne élevée, proche de T3. Cette valeur T3 est particulièrement élevée (58 à 780C), en application desdites conclusions, du fait de la température maximale Ti (1000C) du liquide sortant de la chaudière et du réglage approprié du temps de transit t du liquide caloporteur dans les plaques creuses, en accord avec la valeur choisie pour l'écart dT de température entre ces plaques. Selon la présente invention, ce premier procédé particulier de distillation à diffusion de vapeur, dans lequel le liquide caloporteur circule, de préférence par thermosiphon, de haut en bas à l'intérieur des plaques creuses chaudes et de bas en haut à l'intérieur des plaques creuses froides, est en outre caractérisé en ce que, suivant un premier ensemble de dispositions :
- un échange thermique de réchauffement est effectué entre le débit d de liquide à distiller entrant dans l'installation à la température Tu et les deux débits de liquides distillé et concentré qui en sortent, de manière à porter la température de ce débit d à une valeur intermédiaire optimale T_2, relativement élevée ;
- un mélange est effectué entre ce débit entrant d, ainsi réchauffé à la température TL2, et le débit D de liquide caloporteur sortant des plaques chaudes à la température T3, le rapport d/D étant ajusté de façon que le mélange réalisé ait une température T4 optimale à l'entrée des plaques froides . Selon la présente invention, ce premier procédé particulier de distillation à diffusion de vapeur, dans lequel le liquide caloporteur circule par thermosiphon, de bas en haut à l'intérieur des plaques creuses chaudes et de haut en bas à l'intérieur des plaques creuses froides, est caractérisé en ce que, suivant un second ensemble de dispositions, le débit d de liquide à distiller entrant à la température TLI est ajouté au débit D de liquide caloporteur sortant à la température T3 des plaques chaudes, le rapport d/D étant ajusté de façon que le mélange réalisé soit à une température T4 optimale à l'entrée des plaques froides, un débit d de liquide à température T3 ou T4 étant répandu en haut des faces externes des plaques chaudes.
Grâce à ces deux dernières dispositions selon l'invention, une première et une deuxième forme de réalisation des alambics, à diffusion de vapeur et liquide caloporteur circulant à contre-courant en circuit fermé, sont possibles, la première ayant toutefois un COP supérieur à celui de Ia seconde, qui cependant demeure intéressante, bien que soient élevées les températures des liquides concentré Ti et distillé T2, à évacuer. Cet inconvénient peut toutefois être aisément corrigé si, par des échanges thermiques appropriés, on récupère cette énergie thermique pour réchauffer le liquide à distiller à répandre en haut des plaques chaudes. Selon l'invention, un second procédé particulier de distillation à diffusion de vapeur, notamment pour produire de l'eau douce, conforme au procédé général perfectionné défini plus haut, dans lequel :
- le fluide caloporteur est ledit gaz incondensable, saturé en vapeur du liquide à distiller ;
- du liquide à distiller est répandu en haut des faces externes des parois de toutes les plaques creuses d'échange thermique de distillation, ces faces externes constituant lesdites surfaces chaudes S0 cependant que les faces internes des parois de ces plaques constituent lesdites surfaces froides Sf ; est caractérisé en ce que :
- le courant de gaz caloporteur à température Ti entre à l'intérieur de toutes les plaques creuses de distillation, où il circule dans un premier sens ascendant ou descendant, cependant qu'une partie de sa vapeur se condense sur les faces internes des parois des plaques, que des flux de chaleur, dus à une récupération partielle de la chaleur latente de condensation, traversent les parois des plaques pour évaporer une partie du liquide en écoulement sur les faces externes de ces parois et que, de ce fait, ce courant de gaz se refroidit et finalement sort des plaques creuses à la température T3 ;
- à la sortie de ces plaques, ce courant de gaz caloporteur à température T3 est refroidi jusqu'à la température T4 et le liquide distillé, condensé à cette occasion, est récupéré ;
- ensuite, ce courant de gaz caloporteur, à la température T4, entre dans les espaces inter-plaques, où il circule dans un second sens, inverse du premier, en emportant la vapeur produite dans ces espaces et en se réchauffant, et finalement il sort de ces espaces à la température T2 ;
- le liquide distillé, condensé sur les faces internes des parois des plaques creuses, descend le long de ces faces internes cependant que le liquide concentré descend le long des faces externes de ces parois ;
- la température optimale Ti du courant de gaz caloporteur saturé, à l'entrée des plaques creuses, est située dans une plage qui correspond à une large zone autour du maximum du Critère Intrinsèque d'Efficacité CIE de l'installation ;
- la température optimale T4 du courant de gaz caloporteur, qui entre dans les espaces inter-plaques, a préala- blement été rendue aussi proche que possible de la température minimale de la source froide naturelle disponible sur place, en refroidissant d'une manière adéquate le courant de gaz à température T3 qui sort des plaques creuses ;
- l'écart de température (T1-T2) est faible et l'écart (T3-T4), important.
Selon des caractéristiques complémentaires de ce procédé perfectionné de distillation, à diffusion de vapeur et gaz caloporteur,
- la correspondance entre la plage optimale des températures Ti et la zone du maximum de CIE est réalisée par l'intermédiaire de leurs relations respectives entre une variable composite t.dH/V, dans laquelle t est le temps de transit dans les plaques, dH, un écart local sensiblement constant de flux d'enthalpie entre les parois internes et externes des plaques et V, le volume actif de l'installation ; - la plage intéressante de la température Ti est à peu près comprise entre 74 et 910C ;
- l'écart local optimal de flux d'enthalpie dH, entre deux niveaux en regard des parois interne et externe des plaques, est établi par ajustement du rapport entre la puissance de chauffe et le débit massique circulant du gaz caloporteur ;
- la valeur optimale de dH est relativement élevée lorsque le coût de l'énergie thermique, aisément disponible sur le lieu d'utilisation de l'appareil, est relativement faible ;
- le temps de transit optimal t du gaz caloporteur dans les plaques d'échange thermique est établi par ajustement du débit massique D de ce gaz. Grâce à ces dispositions, la température T4 du gaz caloporteur, injecté à l'entrée des espaces interplaques, (en bas de ces espaces, dans un premier cas ou en haut dans un second) est peu supérieure à la température du liquide à distiller entrant dans l'appareil (par exemple 25°C) et très inférieure à la température T3 de ce même gaz caloporteur en sortie des plaques creuses. Dans ces conditions, l'écart local de flux d'enthalpie dH, entre les courants de gaz caloporteur, à température et capacité calorifique variables tout au long des faces internes et externes des plaques creuses d'échange thermique, peut, sur toute la hauteur de ces plaques, demeurer sensiblement constant et égaler (aux pertes près) celui imposé par la source chaude appropriée, disposée entre la sortie des espaces inter-plaques et l'entrée de ces mêmes plaques. A cet égard, on notera que les écarts de température entre les courants de gaz caloporteur à la sortie des plaques creuses et à l'entrée des espaces inter-plaques, sont en revanche très différents. A titre d'exemple, on aura un écart (T1--T2) = 50C, avec Ti = 850C, à une extrémité des plaques et (T3--T4) = 380C, avec T3 = 680C, à leur autre extrémité.
Selon l'invention, ce second procédé particulier de distillation, à diffusion de vapeur et à gaz caloporteur, est en outre caractérisé en ce que, suivant un premier ensemble de dispositions, - le courant de gaz à température Ti est introduit en haut des plaques creuses de distillation et il en sort par le bas à la température T3 ;
- à la sortie des plaques creuses de distillation, ce courant de gaz à température T3 est soumis à un échange thermique de refroidissement, assuré par une source froide à la température Tu, constituée par le débit entrant de liquide à distiller, afin que, compte-tenu des caractéristiques massiques et thermiques respectives de ce courant de gaz et de ce débit de liquide, la température T3 du courant de gaz soit abaissée jusqu'à une température optimale T4 et la température du liquide portée à TL2 ;
- après cet échange thermique, le liquide à distiller à température TL2 est réchauffé par une source chaude ;
- le courant de gaz à température T4 est introduit en bas des espaces inter-plaques et il en sort par le haut à la température T2 ; - le courant de gaz circule en circuit fermé dans les plaques creuses de distillation et dans les espaces interplaques, sous l'action d'au moins un propulseur ;
- à la sortie des espaces inter-plaques, le courant de gaz à température T2 est réchauffé et saturé en vapeur, par un contact physique adéquat avec le liquide à distiller réchauffé par la source chaude, de manière à prendre une température Ti optimale ou simplement efficace ; - après son contact physique avec le courant de gaz à température T2, le liquide à distiller est répandu, à température proche de Ti, en haut des faces externes des parois des plaques creuses, et il en sort en bas, à une température proche de T4 ;
- le liquide distillé, condensé au cours dudit échange thermique de refroidissement, et celui, condensé sur les faces internes des plaques creuses, sont collectés puis évacués et récupérés ; - le liquide concentré est recueilli en bas des faces externes des parois de ces plaques puis il est évacué et, le cas échéant, récupéré .
Selon l'invention, ce second procédé particulier de distillation, à diffusion de vapeur et à gaz caloporteur, est en outre caractérisé en ce que, suivant un second ensemble de dispositions,
- le courant de gaz à température Ti est introduit en bas des plaques creuses de distillation et il en sort par le haut à la température T3 ;
- à la sortie des plaques creuses de distillation, ce courant de gaz est soumis à un échange thermique de refroidissement, assuré par une source froide à la température TLI, constituée par le débit entrant de liquide à distiller, afin que, compte-tenu des caractéristiques massiques et thermiques de ce courant de gaz et de ce débit de liquide, la température T3 du courant de gaz soit abaissée jusqu'à une température optimale T4;
- après cet échange thermique, du liquide à distiller est répandu en haut des faces externes des parois des plaques creuses, il descend le long de ces faces externes et il les quitte à une température proche de T2 ; - le courant de gaz, à température T4, est introduit en haut des espaces inter-plaques et il en sort par le bas à la température T2 ;
- à la sortie des espaces inter-plaques, le courant de gaz à température T2 est réchauffé et saturé en vapeur, de manière à prendre une température Ti optimale ou simplement efficace ;
- le courant de gaz à température Ti est introduit en bas des plaques creuses et, au moins par convexion naturelle, il monte à l'intérieur de ces plaques, il traverse ensuite une zone où il subit ledit échange thermique de refroidissement puis, à température T4, il entre et descend par gravité dans les espaces inter-plaques;
- le liquide distillé, condensé au cours de l'échange thermique de refroidissement et celui condensé le long des faces internes des parois des plaques creuses sont collectés puis évacués et récupérés;
- en sortant des espaces inter-plaques, le liquide à distiller devenu concentré est collecté en vue d'une évacuation immédiate ou différée.
Selon une caractéristique particulière du procédé ainsi défini, le liquide à distiller concentré qui sort des espaces inter-plaques, est réchauffé par une source chaude et, par un contact physique adéquat avec ce liquide ainsi réchauffé, le courant de gaz à la température T2 est réchauffé et saturé, afin de prendre une température Ti optimale ou simplement efficace. Selon une autre caractéristique particulière du procédé ainsi défini,
- le liquide distillé circule de bas en haut dans des plaques creuses auxiliaires verticales de récupération thermique, séparées par des espaces inter-plaques étroits ;
- le cas échéant, il en est de même pour le liquide concentré collecté ;
- ces plaques creuses auxiliaires sont à la fois minces, rigides et pourvues de revêtements extérieurs, hydro- philes ou mouillables ;
- du liquide à distiller, de préférence à température aussi basse que possible, est répandu en haut de ces revêtements ;
- une partie du courant de gaz à la température T4 circule de haut en bas le long de ces revêtements ainsi humidifiés ; - le courant de gaz chaud saturé qui quitte ces revêtements est ajouté à celui qui sort des espaces interplaques des plaques creuses de distillation, puis le mélange est réchauffé et saturé afin de prendre une température Ti optimale ou simplement efficace ;
- les liquides distillé et concentré sortent par le haut de ces plaques creuses de récupération thermique avec des températures fortement abaissées puis ils sont évacués et au moins l'un d'entre eux est récupéré. Grâce à ces deux derniers ensembles de dispositions principales, deux formes de réalisation des alambics à diffusion de vapeur et gaz caloporteur, circulant à contre-courant en circuit fermé, dans un sens ou dans l'autre, sont possibles. En conclusion des commentaires des courbes de la figure 2 ci-dessus, ils présentent de nombreux avantages particulièrement intéressants, comme cela sera précisé en détail ci-après. On notera dès à présent que les températures des liquides distillé et concentré qui sortent du bloc de récupération thermique et de fourniture d'un supplément de vapeur au courant de gaz caloporteur, présentent des différences relativement faibles par rapport à la température du liquide à distiller entrant. Ce qui a pour résultat d'assurer un COP et un QE élevés aux appareils de distillation concernés. Pour ce qui est de la chaudière, utilisable dans les deux formes de mise en œuvre de chacun des deux procédés particuliers de distillation perfectionnés selon l'invention, on notera qu'elle peut prendre les formes les plus diverses, soit pour chauffer le liquide à distiller soit pour réchauffer et sursaturer le gaz caloporteur. En principe, si l'on ne fera usage qu'en dernier ressort, de la forme primaire de chauffage qui consiste à chauffer par une flamme le fond d'un récipient dans lequel circule le liquide à distiller, on pourra avantageusement, comme on le verra plus loin, utiliser ce moyen de chauffage pour réchauffer et sursaturer le courant d'air caloporteur. Il en sera de même en général du chauffage électrique, pour des raisons économiques. En général, on utilisera une chaudière dont la chambre de chauffe comporte un ou plusieurs tubes de chauffe appropriés, par exemple immergés dans ou arrosés par le liquide à distiller, qui seront traversés par un fluide de chauffage disponible. Un tel fluide de chauffage pourra être le liquide de refroidissement primaire d'un moteur thermique, les gaz d'échappement d'un tel moteur, les gaz produits par un brûleur de combustible liquide ou gazeux, ou encore une huile thermique, chauffée le jour par une chaudière solaire à réflecteur cylindrico-parabolique, et stockée à haute température (>130°C), pour un usage de jour et de nuit, dans un réservoir calorifuge, à pression atmosphérique. Une chaudière solaire appropriée peut être utilisée le jour, pour réchauffer et sursaturer le courant d'air caloporteur.
Par ailleurs, si, dans les alambics à diffusion de vapeur et gaz caloporteur circulant de haut en bas dans les plaques creuses, on fait en sorte que le liquide à distiller soit, quel que soit le type de chaudière utilisé, chauffé à une température et une pression plus élevées que leurs valeurs standard à l'ébullition (1020C et 60 millibars de surpression, par exemple, pour de l'eau), il devient possible de supprimer tout propulseur mécanique du gaz caloporteur et de lui substituer un simple jet de vapeur calibré, correctement orienté. Cette technique donne un résultat équivalent à celui apporté par la convexion naturelle que l'on obtiendrait avec un gaz caloporteur circulant de bas en haut dans les plaques creuses. Ces techniques présentent toutes deux un intérêt très important pour la fiabilité des alambics devant opérer en dehors d'un environnement industriel. Il en est de même pour les alambics à diffusion de vapeur et liquide caloporteur, dans lesquels ce liquide circule par thermosiphon.
Pour la mise en œuvre de ces différents procédés particuliers de distillation selon la présente invention, il est nécessaire d'utiliser plusieurs dispositifs d'échange thermique, respectivement adaptés aux fonctions particulières qui leur sont affectées, à savoir : échange gaz / liquide ou échange liquides / liquide. Pour les échanges thermiques simples, sans distillation, il est possible d'utiliser les échangeurs thermiques disponibles sur le marché, mais leurs prix apparaissent particulièrement élevés, si on les compare à celui de tous les échangeurs thermiques de distillation, en forme de plaques creuses, minces et souples, en polymère, décrits dans la demande PCT concernant l'invention antérieure. Ce qui, dans le cas d'un alambic à diffusion de vapeur selon la présente invention, rend inutilisables d'un point de vue économique ces échangeurs du marché. Pour ce qui concerne les échanges thermiques simples, prévus selon la présente invention, les plaques creuses souples et minces, décrits dans cette demande PCT, peuvent les assurer, si on les adapte à leurs nouvelles fonctions. Mais, il serait souhaitable qu'un autre type d'échangeur thermique, mieux adapté à ses deux cas d'utilisation, (simple échange ou distillation) soit disponible à des conditions techniques et économiques satisfaisantes. Selon une autre invention de Jean-Paul DOMEN, qui fait l'objet de la demande de brevet international
PCT, intitulée « Echangeur thermique. Procédés et moyens de fabrication de cet échangeur », déposée sous le N° Fr 03/03692, le 12 décembre 2003, par la société « TECHNOLOGIES DE L'ECHANGE THERMIQUE », un échangeur thermique à contre-courant compact, notamment pour fluides confinés, est décrit qui apporte à la troisième forme de réalisation de la présente invention des conditions de mise en œuvre particulièrement intéressantes. En effet, cet échangeur thermique nouveau combine, d'une part, quatre caractéristiques techniques importantes, à savoir : grande efficacité, compacité optimale, poids réduit et inaltérabilité intrinsè- que et, d'autre part, une caractéristique économique essentielle, dont sont dépourvus les échangeurs thermiques actuellement disponibles sur le marché, à savoir, un faible coût de production. Un tel échangeur thermique convient particulièrement bien aux nécessités des échanges thermiques classiques que comportent les quatre formes de réalisation de la présente invention. En outre, ce nouveau type d'échangeur permet, grâce à un perfectionnement selon la présente invention, de concevoir une architecture nouvelle pour un alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur selon la troisième forme de réalisation de l'invention. Ce qui en multiplie l'intérêt et permet de remplacer avantageusement les grandes plaques rectangulaires d'échange thermique, souples ou rigides, décrites dans la demande PCT, visée au début du présent document.
Selon la demande PCT concernée, un échangeur thermique élémentaire monobloc à grande efficacité, encombrement limité, poids réduit, faible coût de production et, généralement, inaltérabilité intrinsèque, - est constitué par une pièce active unique, notamment en polymère, formée sans assemblage ni soudure, par un empilement de paires de plaques allongées, creuses et minces, communicantes et globalement symétriques ;
- les faces internes des parois de chaque plaque creuse, de même que les faces externes des parois de deux plaques creuses contiguës, sont en tous points séparées les unes des autres par des espaces étroits, sensible- ment constants;
- ces paires de plaques creuses constituent les conduits élémentaires de la pièce active, lesquels conduits comportent des parties centrales allongées dont les deux extrémités sont reliées les unes aux autres, par deux raccords creux ;
- chaque conduit élémentaire de la pièce active possède deux collecteurs d'alimentation dont les axes sont confondus avec les axes d'empilement des raccords d'extrémités ;
- l'une des extrémités de chaque collecteur se termine par une tubulure de connexion de la pièce active.
Cet élément monobloc d'un échangeur thermique peut être utilisé soit en l'état, lorsqu'il doit être installé dans le courant non confiné d'un fluide à réchauffer ou à refroidir, soit enfermé dans une enveloppe, lorsque les deux fluides concernés sont confinés. Dans les deux cas, la manière la plus efficace d'utiliser un tel échangeur thermique est de le faire fonctionner à contre-courant.
Un procédé pour fabriquer un tel échangeur thermique monobloc comprend les étapes suivantes :
- réaliser dans un moule, par thermosoufflage, une ébauche en un matériau adéquat, constituée par un empilement de soufflets globalement biconvexes, relativement profonds en regard de la dimension transversale de l'ébauche et comparables à ceux d'un accordéon, lesdits soufflets comportant des parties centrales allongées, pourvues de raccords d'extrémités, de flancs, de crêtes et de fonds ayant respectivement des formes adaptées à ce que ces flancs aient une raideur beaucoup plus grande que celles des fonds et des crêtes, ledit empilement étant de son côté pourvu de deux tubulures de connexion, centrées sur les axes d'empilement desdits raccords d'extrémités ;
- les éléments constitutifs de cette ébauche étant à températures, souplesses et élasticités appropriées, leur appliquer une dépression interne et/ou des forces de compression externes, parallèle à l'axe d'empilement des soufflets, jusqu'à ce que la pièce comprimée ainsi réalisée devienne un empilement de paires de plaques creuses, communicantes et globalement symétriques, à épaisseur interne et écartement faibles, sensiblement constants ;
- laisser refroidir cette pièce en la maintenant dans son état comprimé ;
- si nécessaire après ce refroidissement, entourer cette pièce d'un organe en assurant le serrage, afin de maintenir à leurs valeurs initiales les écarts entre les parois des paires de plaques.
Selon la présente invention, ce nouvel échangeur thermique à contre-courant pour fluides confinés est pourvu d'une fonction complémentaire, destinée à permettre une bonne évaporation du liquide à distiller, dans un alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur. Pour ce faire, la paroi extérieure de l'ébauche de chaque élément actif d'échange thermique utilisé, est rendue hydrophile ou mouillable, soit par un revêtement hydrophile, le cas échéant préformé, dans le cas d'un polymère, soit par un traitement chimique de dépolissage, dans le cas du verre. Une telle ébauche perfectionnée peut à nouveau être fabriquée par thermo-soufflage d'un manchon pâteux, de forme aplatie, produit par une extrudeuse, puis introduit dans un moule adapté à cet effet. Dans le cas d'un polymère, les parois intérieures du moule auront été préalablement garnies dudit revêtement hydrophile. Grâce à ces dernières dispositions, les problèmes de soudure, aux solutions complexes et relativement onéreuses, rencontrés à l'occasion de la fabrication, de l'installation et de l'utilisation des grandes plaques rectangulaires, souples ou rigides, d'échange thermique, décrites dans la demande PCT concernée, ne se posent plus. En effet, les seules soudures, à prévoir le cas échéant pour la fabrication de ces différents échangeurs thermiques compacts, utilisés pour la mise en œuvre des procédés de distillation selon la présente invention, sont celles d'assemblage des constituants de l'enveloppe de la pièce active, lesquelles soudures sont à la fois peu nombreuses et relativement faciles à réaliser. La durée de vie de ces nouveaux échangeurs thermiques dépend de celle du matériau utilisé et, dans le cas du verre et d'un polymère tel que le polypropylène, elle est supérieure à la durée de vie de l'appareil. L'un des avantages complémentaires de ce type d'échangeurs thermiques monoblocs à ailettes creuses allongées est sa compacité extrême. Ce qui permet d'installer, dans un volume donné de chambre de traitement, des surfaces d'échange thermique, notablement plus étendues que celles obtenues avec les éléments creux et plats, de grande dimensions, décrits dans la demande PCT (soit environ 400 m2 par mètre cube, au lieu de 120). De plus, comme les paires symétriques de plaques creuses, qui composent cet échangeur thermique compact, peuvent en toute sécurité être notablement plus rapprochées que de grandes plaques creuses (2,5 mm au lieu de 5 mm), le gradient de température dans les espaces inter-plaques de l'élément actif d'un tel échangeur, est multiplié par un facteur au moins égal à deux. En conséquence, avec des échangeurs thermiques compacts, permettant d'effectuer une distillation, le Coefficient Intrinsèque d'Efficacité OE de l'alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur qui les utilise, est, par construction, multiplié par au moins quatre. A cela, il faut ajouter que, dans le cas d'un élément actif en verre, la conductivité thermique de ce matériau est de 1,5 W/m.K, soit sept fois plus que celle des polymères. Ce qui augmente notablement la conductance thermique totale à prendre en compte et, sur la figure 2, amène le maximum du GE à une valeur de 270 au lieu de 95.
Les caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'une manière plus précise de la description qui va suivre de formes de réalisation particulières, données à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins ci-après dans lesquels :
- les figures 1 et 2 représentent les courbes commentées dans le préambule ci-dessus ; - la figure 3 représente le schéma d'un alambic à diffusion de vapeur, utilisant le liquide à distiller comme fluide caloporteur circulant de haut en bas à l'intérieur de plaques creuses chaudes ;
- la figure 4 représente le schéma d'un alambic à diffusion de vapeur, utilisant le liquide à distiller comme fluide caloporteur circulant de bas en haut à l'intérieur de plaques creuses chaudes ;
5 - la figure 5 représente le schéma d'un alambic à diffusion de vapeur, utilisant de grandes plaques creuses pour les échanges thermiques de distillation et un gaz incondensable, saturé en vapeur du liquide à distiller, comme fluide caloporteur circulant de haut en bas de ces plaques creuses;
- la figure 6 représente le schéma d'un alambic à diffusion de vapeur, utilisant des plaques creuses souples pour les échanges thermiques de distillation et un gaz incondensable, saturé en vapeur du liquide à distiller, comme
0 fluide caloporteur circulant de bas en haut de ces plaques creuses;
- la figure 7 représente la disposition en perspective d'un ensemble de trois grandes plaques creuses, minces et souples, à parois ondulées, utilisables pour des échanges thermiques de distillation dans un alambic selon l'invention
- la figure 8 représente le dispositif d'alimentation de six plaques de rang pair ou impair d'un ensemble de ces 5 grandes plaques creuses souples d'échange thermique selon l'invention ;
- la figure 9 représente les moyens selon l'invention pour répandre le liquide à distiller sur le revêtement des plaques creuses chaudes d'un alambic à diffusion de vapeur et liquide caloporteur ;
- la figure 10 représente les vues de profil et de dessus d'un échangeur thermique monobloc de distillation, à faible coût de production, ainsi que des coupes transversales de cet échangeur et de l'ébauche, à partir de
O laquelle l'élément actif de cet échangeur est fabriqué ;
- les figures 11-12 sont des représentations en perspective simplifiée d'une vue d'ensemble et des détails d'un alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur circulant de haut en bas à l'intérieur de plaques creuses rigides, faisant partie d'échangeurs thermiques monoblocs de distillation ;
- la figure 13 représente une vue perspective simplifiée partielle d'un alambic à diffusion de vapeur et gaz '.5 caloporteur circulant de bas en haut à l'intérieur de plaques creuses, minces, planes et souples de distillation.
Selon le schéma de la figure 3, qui constitue la première forme de réalisation d'un alambic selon l'invention, deux plaques 10-12 représentent symboliquement un bloc de distillation à diffusion de vapeur et liquide caloporteur, constitué par un ensemble de grandes plaques alvéolaires rigides (de 50 à 150 dm2), de
»0 forme rectangulaire, installées dans la chambre de traitement d'un alambic à diffusion de vapeur et liquide caloporteur, selon la présente invention. Ces plaques creuses 10-12 ont une faible épaisseur interne (2 à 3 mm par exemple) et sont séparées les unes des autres par un espace libre étroit 14, ayant une épaisseur d'environ 5 mm, rempli d'un gaz incondensable, notamment d'air à pression atmosphérique. La plaque creuse 10 est dite chaude puisqu'affectée à l'évaporation du liquide à distiller et, à cet effet, elle est pourvue d'un revêtement
>5 hydrophile ou mouillable 16. La plaque creuse 12 est dite froide puisqu'affectée à la condensation de la vapeur diffusée dans le gaz incondensable. Elle comporte, de préférence, un revêtement identique 15. Une chaudière 18, pourvue d'une source chaude 17 et d'une chambre de chauffe 19, située à bonne distance en dessous du sommet des plaques 10-12, est disposée entre les extrémités hautes de ces plaques et reliée à ces extrémités par des canalisations 11 et 13 et des dispositifs de raccordement 11a et 13a. Cette chaudière 18 fait circuler
K) dans ces plaques creuses 10-12, en circuit fermé et par thermosiphon, un liquide caloporteur constitué par le liquide à distiller. Cette chaudière 18 sera de tout type disponible, notamment à capteur solaire ou à brûleur. La circulation du liquide caloporteur se fait de haut en bas dans la plaque chaude d'évaporation 10 et de bas en haut dans la plaque froide de condensation 12. La température du liquide entrant dans la plaque 10 est Ti et celle de ce même liquide, répandu sur le haut du revêtement 16, au moyen d'un dispositif approprié 11c, devient vite légèrement inférieure à Ti, du fait de son évaporation rapide. Au cours de son trajet dans la plaque creuse chaude 10, le liquide caloporteur s'est refroidi cependant que s'évapore le liquide répandu sur le 5 revêtement 16 et que sa vapeur diffuse dans le gaz incondensable. La température du liquide caloporteur à la sortie de cette plaque 10 est T3. Le liquide qui sort de la plaque chaude 10, à travers un dispositif de raccordement 11b identique à 11a, entre dans un mélangeur 20 qui reçoit par gravité de l'eau de mer à distiller, provenant d'un échangeur thermique à contre-courant 22. Cet échangeur 22 est du type compact, à faible coût, qui sera décrit en détail ci-après. Cet échangeur 22 comporte deux éléments actifs d'échange 24-
10 26 et une enveloppe 28 les enfermant. Ces éléments actifs sont reliés aux deux gouttières de collecte 30-32 de la saumure et de l'eau distillée qui s'écoulent du revêtement 16 de la plaque d'évaporation 10 et du revêtement 15 de la plaque de condensation 12. Dans l'enveloppe 28, circule de l'eau de mer froide provenant, à travers un robinet 34 de réglage de débit, d'un réservoir 36 disposé au-dessus des plaques 10-12. A la sortie de l'échangeur 22, l'eau douce et la saumure se déversent dans des gouttières d'évacuation 38-40. La tempéra-
15 ture de l'eau de mer du réservoir est Tu et celle du liquide réchauffé sortant de l'échangeur 22, pour entrer dans le mélangeur 20, est J12. A la sortie du mélangeur 20, la température de l'eau de mer à distiller est T4. Dans l'alambic, le rapport D/d des débits des liquides circulant D et entrant d est compris entre 8 et 12, en fonction de l'efficacité de l'échangeur 22 et de la température usuelle du débit entrant.. L'eau de mer sortant du mélangeur 20 entre dans les plaques froides 12 à travers un dispositif de raccordement 13b, identique au 0 dispositif 13a. La condensation de vapeur sur la face extérieure de la plaque 12 provoque un relèvement progressif de la température du liquide circulant, de telle sorte que, à la sortie de la plaque 12, ce liquide est à une température T2. L'eau douce, condensée sur la face extérieure de la plaque 12, s'écoule à une température proche de T4, et la saumure, en bas du revêtement 16, à une température proche de T3.
Pour apprécier l'efficacité d'un tel alambic à diffusion de vapeur, mettant en œuvre des échanges
25 thermiques à contre-courant d'eau, on va procéder à deux applications numériques. A titre d'exemple, l'échangeur thermique compact 22 étant mis hors circuit, l'eau de mer froide à 250C est directement mélangée au liquide caloporteur sortant à T3 des plaques chaudes 10. Compte-tenu du rapport, généralement compris entre huit et dix, existant entre les deux débits D et d, les températures aux extrémités des plaques seront, par exemple, les suivantes: Ti = 990C, T2 = 950C, T3 = 680C et T4 = 640C, avec dT = 40C et Cop = (Ti-T3)/dT = 8.
30 Mais, si le prix de l'énergie sur place est élevé, il impose d'augmenter au mieux la valeur de COP, en diminuant la valeur de dT. A titre d'exemple, si l'on veut un COP brut de 16 environ, la valeur de dT = (Tι-T3)/16. Ce résultat peut s'obtenir sans échangeur thermique 22, comme dans le cas précédent, pour une valeur T3 = 54°C et dT = 2,8°C, en ajustant la puissance thermique P de la chaudière et le débit du liquide circulant D. Cette nouvelle valeur de T3 est en dehors de la plage optimale des températures de sortie des plaques chaudes. 5 Selon la courbe B de la fig.1 , on a pour une température T3 = 540C, une valeur de QE de 15,6 au lieu de 17,8 au milieu de la plage optimale de T3, soit 12% de moins et donc une production quotidienne de 12% inférieure, pour un COP et un volume actif d'alambic inchangés. En revanche, si l'on met en oeuvre l'échangeur thermique compact à faible coût 22, pour amener l'eau de mer à distiller à une température de 450C et donc l'écart dT à 2°C et T3 maintenu à 68°C, la valeur de CIE demeure à 17,8. Cette amélioration se traduit par une augmen- 0 tation du prix de l'alambic égale au prix de l'échangeur 22. Avec un échangeur thermique compact à faible coût, du genre décrit ci-après, ce prix est faible, contrairement aux prix élevés des autres échangeurs thermiques utilisables disponibles sur le marché, et les augmentations du COP et du CIE de distillation qui en résultent, pour un alambic ainsi équipé, sont parfaitement justifiés du point économique. On notera que le calcul démontre que toute augmentation relative du QE de distillation d'un alambic à diffusion de vapeur permet une diminution relative symétrique de la surface totale d'échange thermique mise en œuvre, sans pour autant modifier le débit distillé et l'énergie consommée. La traduction économique d'une telle diminution est la différence entre les coûts d'acquisition et d'amortissement relativement élevés des plaques creuses d'échange thermique épargnées, à durée de vie relativement courte (moins de cinq ans), et les coûts semblables relativement faibles, de l'échangeur thermique compact utilisé qui, à la fois, bénéficie d'un faible coût de construction et d'une durée de vie particulièrement longue.
En conséquence, avec un alambic à diffusion de vapeur et contre-courant d'eau, selon ladite première forme de réalisation, qui utilise de grandes plaques d'échange thermique, du genre décrit dans ladite invention antérieure, et qui opère à des températures Ti et T3 optimales, en accord avec la présente invention, l'emploi d'un échangeur thermique compact à faible coût .est particulièrement intéressante. En effet, ce type d'échan- geur permet d'amener, pour un coût réduit, l'eau de mer froide entrant dans l'alambic, à prendre une température relativement élevée qui, après mélange, amène l'eau de mer entrant dans les plaques froides, à une température optimale plus élevée. Cette température optimale est obtenue en donnant par construction à l'échangeur utilisé un COP approprié. Ce résultat intermédiaire entraîne, pour un alambic de volume actif donné V, une efficacité de distillation améliorée, obtenue à des conditions économiques intéressantes, pour ce qui concerne le volume journalier de production d'eau douce.
La figure 4 représente le schéma d'un alambic à diffusion de vapeur, selon la deuxième forme de réalisation de l'invention, dans laquelle le sens de circulation du liquide caloporteur dans les plaques chaudes, est de bas en haut, à l'inverse de celui de la figure 3. En conséquence, les composants des deux blocs de distillation des figures 3 et 4 sont identiques, et le schéma est sensiblement symétrique de celui de la figure 3, leurs autres composants étant, quant à eux, identiques ou équivalents. Ils portent tous les mêmes références numériques, avec toutefois un signe prime additionnel (') pour ceux de la figure 4. Cela, afin de les différencier les uns des autres, les façons dont ils sont reliés ensemble étant différentes. L'entrée de la plaque creuse chaude 10' est reliée, par son raccord bas 11'a et un conduit 11', à la sortie de la chambre de chauffe 19' d'une chaudière 18', équipée d'un tube de chauffage 17'. La sortie de la plaque chaude 10' est reliée, par son raccord haut 11'b, à l'une des entrées d'un mélangeur 20' dont l'autre entrée est connectée à un réservoir 36' contenant de l'eau de mer à distiller. La sortie de ce mélangeur 20' est reliée à l'entrée de la plaque creuse froide 12', par un conduit 13'b. La sortie de cette plaque 12' est reliée, par son raccord bas 13'a, à l'entrée de la chambre de chauffe 19' de la chaudière 18'. La saumure et l'eau douce produites sont évacuées par des gouttières 30' et 32'.
Grâce à ces dispositions, les températures aux entrées et aux sorties des plaques chaudes 10' (Ti, T3) et froide 12' (T4, T2) sont sensiblement identiques à celles que l'on peut avoir avec l'alambic selon la figure 3. Il en est de même, pour ce qui concerne le fonctionnement de la distillation effectuée. Quant à l'efficacité globale de cet alambic selon la figure 4, elle sera bien évidemment inférieure à celle de l'alambic selon la figure 3, puisque les températures de l'eau douce et de la saumure évacuées (proches de Ti et T2) sont très supérieures à celles (proches de T3 et T4) que l'on obtient dans le cas de la figure 3. Ce type d'alambic demeure cependant une seconde possibilité intéressante de mise en œuvre de l'un des procédés de distillation à liquide caloporteur selon l'invention, puisque cet inconvénient peut être aisément corrigé. En effet, il est simple de diminuer considérablement la température des liquides distillé et condensé à évacuer, au moyen d'un échangeur thermique double (identique à celui référencé 22 sur la figure 3), dans lequel on fait circuler en sens inverse, afin de le réchauffer au mieux, le liquide à distiller à répandre sur les revêtements hydrophiles des plaques creuses.
La figure 5 est le schéma de principe d'un premier alambic à diffusion de vapeur utilisant de l'air, saturé en vapeur du liquide à distiller, comme fluide caloporteur. Il présente la particularité de faire circuler l'air de haut en bas à l'intérieur de plaques creuses de distillation. Cet appareil constitue la troisième forme de réalisation d'un alambic selon l'invention.
Selon cette figure 5, les faces interne 50 et externe 52 de l'une des deux parois d'une grande plaque creuse rectangulaire de distillation 54 bordent respectivement son volume intérieur 56 et l'espace libre 58 qui sépare deux plaques voisines. Cette plaque 54 représente symboliquement un bloc de distillation, à diffusion de vapeur et gaz caloporteur, constitué par un nombre important N de plaques creuses de distillation, souples ou rigides, séparées par des espaces inter-plaques étroits. La face externe 52 de la paroi de la plaque 54 comporte un revêtement hydrophile 60. Au voisinage de ces premières N plaques creuses, est disposé un nombre réduit n de plaques creuses auxiliaires de préchauffage du liquide à distiller. Elles sont semblables aux (N) plaques précédentes mais sans revêtement. Ces n plaques creuses auxiliaires sont symboliquement représentées par un tuyau 66, traversé par le liquide à distiller, qui occupe un espace 67, délimité par les faces internes des parois 62-64 d'une enveloppe 63. La majeure partie du courant d'air calo-porteur chaud entre dans l'extrémité haute 57 de la plaque creuse 54 et une petite partie, dans celle 68 de l'espace 67. Par un passage 70, le bas de l'espace 67 communique directement avec la sortie de l'intérieur 56 de la plaque creuse 54. Le tuyau 66 est pourvu en bas d'une entrée 72 et en haut, d'une sortie 74. Un réservoir 76, contenant le liquide à distiller (eau saumâtre, par exemple), à la température Tu, est installé au-dessus de l'alambic et, par gravité, il alimente cet alambic, à travers un robinet de réglage de débit 78 et un tuyau 77. Le liquide à distiller est tout d'abord introduit dans un échangeur thermique approprié 80, opérant à contre- courant. Cet échangeur 80 comporte, dans une enveloppe 82, un élément actif monobloc 84. L'entrée de l'élément actif 84 est connectée au tuyau 77 amenant l'eau non potable à distiller et sa sortie reliée, par un autre tuyau 86, à l'entrée de l'enveloppe 87 d'un échangeur thermique compact 88, opérant à contre-courant. L'entrée de l'enveloppe 82 de l'échangeur thermique 80 est traversée par les courants d'air sortant des N plaques creuses de distillation 54 et des n plaques creuses auxiliaires de préchauffage 66 et à cet effet, cette entrée est reliée à leur sortie commune 90. La sortie 81 de l'enveloppe 82 est reliée à l'amont de l'hélice d'un ventilateur 92, installée dans la partie basse 94 de l'espace inter-plaques 58. L'eau distillée, condensée sur les parois de l'élément actif 84 de l'échangeur thermique 80, s'accumule au fond de son enveloppe 82 et elle s'évacue par un conduit 83.
Au-dessus des N plaques creuses 54, est disposé en 96 un long plateau 98, recouvert d'un tapis spongieux 100, (une épaisse couche de tissu hydrophile, par exemple), pourvu d'un fond percé de nombreux trous raccordés à des conduits de distribution 102, installés juste au-dessus des revêtements 60 de ces N plaques 54. Le conduit 104 de collecte de la saumure, qui s'écoule au bas des revêtements 60, débouche sur une gouttière d'évacuation 106. Le conduit 108 de collecte du mince film 110 d'eau distillée, qui ruisselle sur les faces internes 50 des parois des N plaques creuses 54, est rejoint par le conduit 112 de collecte de l'eau distillée, condensée sur les parois extérieures du tuyau 66 symbolisant les n plaques creuses auxiliaires de préchauffage, avant d'être relié à l'entrée de l'élément actif monobloc 114 de l'échangeur thermique 88. La sortie 115 de cet élément 114 de même que la sortie 83 de l'enveloppe 82 débouchent sur une gouttière 116 d'évacuation de l'eau distillée. L'enveloppe 87 de l'échangeur thermique 88 est traversée par le liquide à distiller, sa sortie étant reliée à l'entrée 72 du tuyau 66, représentant les n plaques de préchauffage de ce liquide. La sortie 74 du tuyau 66 est reliée à l'entrée de la chambre de chauffe 118 d'une chaudière 120, pourvue d'une source chaude 122. La chambre de chauffe 118 possède un conduit de sortie 124 qui alimente 5 une tête d'arrosage 126, installée en long juste au-dessus du tapis spongieux 100 recouvrant le plateau 98. La température maximale, de l'eau saumâtre à distiller contenue dans la chambre de chauffe 118, est inférieure à sa température d'ébullition.
Grâce à ces dispositions, la source chaude 122, par exemple adaptée à fournir de l'eau saumâtre à une valeur maximale de 950C, pour un débit donné d'entrée de cette eau, fixé une fois pour toutes par un réglage
[0 approprié du robinet 78, régit l'ensemble du fonctionnement d'un alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur, en accord avec les caractéristiques nouvelles des procédés selon la présente invention. L'eau chaude, fournie par la chambre de chauffe 118 à une température de 950C, tombe en pluie sur le tapis spongieux 100. Placée dans le courant d'air caloporteur sortant en haut 96 de l'espace inter-plaques 58, à une température T2 (8O0C, par exemple), notablement inférieure à celle de cette pluie et de l'eau imprégnant le
15 tissu 100, cette eau s'évapore en partie et se refroidit notablement, jusqu'à 87°C, par exemple. A travers les conduits de sortie 102, cette eau est répandue en haut des revêtements hydrophiles 60 des N plaques creuses de distillation 54. Le courant d'air caloporteur, qui a circulé à travers ladite pluie et le long du plateau 98 et de son tissu spongieux 100 imbibé d'eau chaude, s'est réchauffé jusqu'à Ti = 860C et, saturé en vapeur, il est introduit à l'intérieur des N plaques creuses 54 et autour du tuyau 66. Au cours de sa descente dans ces
20 plaques, la vapeur emportée par ce courant d'air se condense sur leurs faces internes, cependant que ce courant d'air se refroidit, que l'eau saumâtre qui s'écoule le long du revêtement 60 s'évapore en partie et que celle qui monte dans le tuyau 66 se réchauffe. Au bas des N plaques creuses de distillation 54, la température T3 de l'air caloporteur est de 680C et, au bas des n plaques creuses auxiliaires de préchauffage du liquide à distiller représentées par le tuyau 66, la température de cet air est de 420C environ. A l'entrée de l'enveloppe
25 82 de l'échangeur thermique 80, la température du mélange est de 620C environ.
Le liquide à distiller entre dans l'élément actif 84 de l'échangeur thermique 80, à une température Tu de 25°C par exemple. Il y circule à contre-courant de l'air caloporteur. Avec un échangeur 80, à haut coefficient d'efficacité, au cours de sa traversée de l'élément 84, le liquide gagne 5°C cependant que le courant d'air caloporteur, qui a traversé l'enveloppe 82 perd 32°C pour se retrouver à une température T4 de
30 300C, à l'amont de l'hélice du ventilateur 92, installé au bas de l'espace inter-plaques 58. Pour éviter que le moteur électrique du ventilateur 92 ne se détériore sous l'action de l'air chaud saturé, ce moteur sera disposé à l'extérieur. Au cours de sa montée dans l'espace inter-plaques 58, le courant d'air caloporteur se réchauffe et arrive en haut 96 de cet espace à une température T2 de 8O0C. En sortie de l'élément actif 84, l'eau saumâtre est à une température T_2 de 30°C seulement, du fait des capacités calorifiques et des débits
35 massiques respectifs très différents des deux fluides concernés. Quant à la température TL3 de l'eau saumâtre en sortie de l'enveloppe 87, sa valeur sera d'environ 5O0C. Les quatre températures Ti à T4 apparaissent sur la figure 2 : Ti = 860C, T2 = 8O0C, T3 680C et T4 = 3O0C. Si l'échangeur 80 avait eu un coefficient d'efficacité inférieur et/ou si la température Tu avait été plus élevée, la température T4 aurait pu être 400C au lieu de 30°C et, dans ce cas, la température T3 qui en aurait découlé aurait été de 72°C au lieu de 680C. L'efficacité
40 de la distillation alors effectuée aurait alors été diminuée puisque la troisième expression du CIE est k.(Ti-T3>.
La saumure qui s'écoule du revêtement 60 des N plaques creuses de distillation 54 est à une température voisine de T4 (30°C), c'est-à-dire à une température proche de celle (25°C) de l'eau saumâtre à distiller. En conséquence, son évacuation est faite directement par le conduit 104 et la gouttière 106. En revanche, l'eau distillée à l'entrée de l'élément actif 114 de l'échangeur thermique à contre-courant 88 est à une température de 620C environ, celle-là même de l'air caloporteur à l'entrée de l'enveloppe 82 de l'échangeur thermique 80. Il est donc tout à fait justifié de récupérer l'énergie thermique de cette eau distillée et de négliger celle emportée par la saumure. Comme le débit d'eau distillée à 62°C circulant dans l'élément actif 114 de l'échangeur thermique 88 est plus faible que celui de l'eau saumâtre à TL2 = 300C qui traverse son enveloppe 87, la température Tu de l'eau saumâtre qui en sort est seulement à environ 52°C. De son coté, l'eau saumâtre qui sort des n plaques creuses auxiliaires (tuyau 66) est à TL4 = 75°C, soit 110C de moins que la température Ti de l'air chaud saturé, à l'entrée de l'espace 67. L'eau saumâtre à 75°C qui entre dans la chambre de chauffe 118 de la chaudière 120 y gagne 2O0C.
Le rapport entre la surface totale des N plaques de distillation 54 et celle des n plaques auxiliaires symbolisées par le tuyau 66 est de six à dix environ et les échangeurs thermiques 80 et 88 seront, par construction, adaptés aux résultats recherchés. Comme cela a été indiqué plus haut, la valeur optimale de la variable composite t.dH/V sera relativement élevée, lorsque la chaudière 120 sera alimentée par une énergie thermique gratuite (chaudière solaire ou eau de refroidissement d'un moteur thermique, par exemple).
La figure 6 est le schéma de principe d'un second alambic à diffusion de vapeur utilisant de l'air, saturé en vapeur du liquide à distiller, comme fluide caloporteur. Cet appareil présente la particularité de faire circuler le courant d'air caloporteur de bas en haut à l'intérieur des plaques creuses, à l'inverse de celui de la figure 5. En conséquence, les composants des deux blocs de distillation sont identiques et ce schéma est sensiblement symétrique de celui de la figure 5, plusieurs de leurs autres composants étant identiques ou équivalents. Tous portent les mêmes références numériques, avec toutefois un signe prime additionnel (') pour ceux de la figure 6. Cela, afin de les différencier les uns des autres, les façons dont ils sont reliés ensemble étant différentes. Cet appareil constitue la quatrième forme de réalisation d'un alambic selon l'invention. Selon la figure 6, dans une chambre de traitement calorifugée 48', représentée par un cadre en traits pleins, une paroi 54' d'une plaque creuse, mince et souple, possédant un espace interne 56' et un espace inter-plaques 58' entre deux plaques contiguës, est dessinée. Pour simplifier le dessin, ces deux espaces 56' et 58" sont limités par les traits définissant la chambre 48'. L'ensemble représente symboliquement un bloc de distillation, à diffusion de vapeur et à gaz caloporteur circulant par convection naturelle. Chaque plaque creuse comporte deux parois 54', deux faces internes nues 50' et deux faces externes 52' pourvues d'un revêtement hydrophile 60', ainsi qu'une entrée 57', située dans sa partie basse, et une sortie 55', située dans sa partie haute. Les entrées 57' des plaques creuses dudit ensemble sont reliées, par une cheminée basse 59', de hauteur appropriée, à un générateur d'air chaud saturé, décrit ci-après. Les sorties 55' des plaques creuses débouchent dans un large espace 79', de hauteur appropriée, occupé par un élément actif monobloc 84' d'échange thermique. Cet espace 79' constitue la cheminée haute de la chambre de traitement 48' de l'alambic. Il se prolonge au-delà de l'élément actif 84' par un autre espace large 81' qui aboutit au-dessus des entrées 94' des espaces inter-plaques 58' dudit ensemble. La sortie 96' de l'espace inter-plaques 58' débouche sur un large espace collecteur 83'.
Un réservoir 76', contenant par exemple de l'eau de mer à distiller, est installé à une distance appropriée au-dessus de la chambre de traitement 48' pour alimenter par gravité, à travers un tuyau 77' et un robinet 78', l'élément actif monobloc 84' d'échange thermique. La sortie de cet élément 84' est reliée par un tuyau 86' à des becs verseurs 102', disposés juste au-dessus des bords supérieurs des parois des plaques creuses 54' dudit ensemble et de leurs revêtements hydrophiles 60'. La saumure qui descend le long des revêtements 60' aboutit dans une unique gouttière de collecte 103', reliée par un tuyau 104' à une autre gouttière 105', destinée à alimenter en saumure une chaudière solaire particulière 120'. Cette chaudière solaire 120' est adaptée à évaporer une partie de cette saumure et à diffuser sa vapeur dans un courant d'air, 5 afin de constituer ledit générateur d'air chaud saturé. A cet effet, le fond de la chambre de chauffe 118' de cette chaudière 120' est constitué par une nappe noire 122' en matériau composite (par exemple, film de polymère ou feuille de métal oxydé à face arrière isolée, d'un côté, et non tissé de cellulose ou de polymère, de l'autre), imperméable et inaltérable du côté noir et plus ou moins hydrophile de l'autre. Cette nappe 122', est installée sur une grille rigide et sa face noire, exposée en oblique au rayonnement solaire (S) en accord
10 avec la latitude du lieu, est protégée de l'air ambiant par une paroi transparente 119'. Ce qui transforme en serre cette chambre de chauffe 118'. Le bord supérieur de la nappe 122', à revêtement hydrophile, forme un pan libre qui plonge dans la gouttière d'alimentation 105'. Les entrées 57' des plaques creuses sont disposées juste au-dessus du tuyau 104' et du bord supérieur de la nappe chauffante 122' et de son tapis hydrophile mince, constamment humidifié par capillarité et gravité. Un réservoir 63', disposé sous la nappe chauffante
15 122', occupe une grande partie du fond de la chambre de traitement 48'. Au-dessus de la partie amont de ce réservoir 63" est installé un bloc isolant 65' qui, d'une part, sépare les sorties 96' des espaces inter-plaques 58' des entrées 57' des intérieurs 56' des plaques creuses et, d'autre part, délimite un passage 99' constituant l'entrée de la cheminée basse 59" de la chambre de traitement 48' de l'alambic. Ce réservoir 63' est destiné à recueillir la saumure qui s'écoule du revêtement hydrophile de la nappe 122'. Le réservoir 63' comporte un 0 tuyau de vidange 128', pourvu d'un robinet 130' disposé en amont d'une gouttière 106' d'évacuation de la saumure, tous deux installés à l'extérieur de la chambre 48'. L'eau distillée, qui s'est condensée en un film 110' sur les faces internes 50' des parois 54' des différentes plaques creuses, est collectée dans une unique gouttière 109', elle-même reliée par un tuyau 115' à une gouttière d'évacuation 116', installée à l'extérieur de la chambre 48'. Quant à l'eau distillée, condensée sur les faces externes de l'élément actif d'échange
25 thermique 84', elle est recueillie dans une gouttière 111' reliée par un conduit 112' qui débouche au sommet d'un tube vertical 113', ouvert à l'air libre, aboutissant à la gouttière d'évacuation 116'.
Grâce à ces dispositions, dans le circuit en boucle fermée ainsi formé, la face noire de la nappe 122', installée au fond de la serre 118', absorbe le rayonnement solaire (S), chauffe la saumure qui imprègne le tapis hydrophile mince de son autre face, évapore une partie de son eau et diffuse la vapeur produite dans
30 l'air qui l'entoure. De la sorte, cet air est ainsi progressivement réchauffé et maintenu saturé et il devient, par convexion naturelle, un courant d'air chaud saturé qui traverse la cheminée basse 59' puis pénètre dans les intérieurs 56' des plaques creuses, par leurs entrées 57', et ensuite il circule de bas en haut dans ces plaques creuses verticales puis dans la cheminée haute 79' et le long des faces externes de l'élément actif monobloc d'échange thermique 84'. Cet élément 84' d'échange thermique est parcouru par le débit d'eau de mer à
35 distiller entrant dans l'alambic. En longeant les parois de cet élément 84', le courant d'air se refroidit puis il descend par gravité dans l'espace 81', les espaces inter-plaques 58' et le passage 99' puis, soumis au tirage engendré par la nappe chauffante 122', il balaie la surface de la saumure chaude contenue dans le réservoir 63' et celle de la face hydrophile constamment humidifiée de la nappe 122', qui trempe dans la gouttière d'alimentation 105', bouclant ainsi en circuit fermé le trajet parcouru. La hauteur, qui sépare le bord inférieur
40 de la nappe chauffante 122' du bord amont de l'élément d'échange thermique 84', doit être relativement importante. Elle est ajustée une fois pour toutes par réglage des hauteurs des cheminées basse et haute 59' et 79'. Cela, afin que soit suffisamment importante (20 à 50 cm/s) la vitesse v de circulation ascendante du courant d'air caloporteur, à l'intérieur 56' de chaque plaque creuse. Dans ces conditions, compte-tenu de l'écart local de flux d'enthalpie par unité de volume actif dH/V des plaques creuses, engendré par la chaudière 120' entre l'entrée 57' des intérieurs 56' des plaques creuses et la sortie 96" des espaces inter-plaques 58', une valeur optimale possible du temps de transit t de ce courant dans les plaques creuses peut être déterminée. Cela est fait, à partir de la plage optimale des valeurs de la variable composite t.dH/V arbitrairement délimitée par les valeurs de CIE supérieures à 84 nWjour.m3, à savoir 200 à 740 kilojoules par mètre cube (voir courbe B2 de la figure 2). La hauteur des plaques de distillation et celles des cheminées basse et haute sont choisies en même temps, compte-tenu de la valeur maximale de la température Ti (qui doit rester comprise dans la plage concernée de ses valeurs optimales ou simplement efficaces) du courant d'air circulant par convexion naturelle, que peut produire la chaudière solaire 120'.
Au niveau des entrées 57' des plaques creuses, la température Ti du courant d'air est limitée du fait de la chaudière solaire sans réflecteur utilisée, mais cette température demeure dans sa plage optimale, soit à peu près entre 70 et 8O0C, au moins lorsque Ie soleil culmine. En traversant l'espace occupé par l'élément actif 84' d'échange thermique, parcouru par l'eau de mer entrant à une température de 25°C, le courant d'air qui sort des plaques creuses à une température T3 proche de 680C est refroidi et sa température tombe à une valeur optimale Ï4 très basse, à savoir environ 300C, lorsque l'efficacité de l'élément actif monobloc 84' est appropriée.
Le tuyau de sortie 86' de l'élément actif 84' de Péchangeur thermique 80' alimente les becs verseurs 102' en eau de mer à une température de 500C environ. Cette eau de mer tiède ainsi déversée sur les revête- ments 60' descend lentement le long des faces externes 52' des parois 54' des plaques creuses. En conséquence, la vapeur d'eau emportée par le courant d'air chaud saturé, qui monte à l'intérieur 56' des plaques creuses, se condense sur les faces internes 50' des parois de ces plaques et forme un mince film d'eau distillée 110". Pendant la descente de l'eau de mer dans les revêtements 60', cette eau de mer se réchauffe, sous l'action de la chaleur latente de condensation récupérée à travers les parois 54' des plaques creuses. De ce fait, cette eau s'évapore en partie et la vapeur produite diffuse dans le courant d'air refroidi, qui descend dans les espaces inter-plaques 58', et ainsi réchauffe progressivement ce courant. A la sortie de ces espaces inter-plaques, la température de ce courant d'air atteint une valeur T2 d'environ 78°C. Quant à la saumure, recueillie en bas des revêtements hydrophiles 60' des parois 54' des plaques creuses, sa température est aussi d'environ 78°C. Cette saumure collectée par la gouttière 103' est amenée par le conduit 104', dans la gouttière 105' d'alimentation, par capillarité et gravité, du revêtement arrière hydrophile de la nappe 122' à face avant noire, installée au fond de la chambre de chauffe 118' de la chaudière solaire particulière 120'. La température maximale de cette nappe chauffante 122' et de la saumure que contient son revêtement est au plus de 850C (une telle chaudière solaire sans réflecteur ne permet guère d'atteindre une température supérieure). Une petite partie de l'eau de cette saumure s'évapore et le reste s'écoule lentement dans le réservoir 63', qui peu à peu se remplit ainsi d'une saumure un peu plus concentrée, dont la température est d'environ 820C, destinée à être évacuée. La vapeur ainsi produite à la surface du revêtement hydrophile de la nappe chauffante 122' est emportée par le courant d'air qui a débouché des espaces inter-plaques 58' puis balayé la surface de la saumure chaude contenue dans le réservoir 63' et, avec environ un degré ainsi gagné, pénétré avec une température d'un peu plus de 780C, au pied du revêtement chaud constamment humidifié de la nappe 122', le long duquel il se réchauffe et se sature à nouveau.
On notera que l'on peut directement répandre l'eau de mer du réservoir sur le revêtement 60' en lieu et place de l'eau de mer tiède sortant de l'échangeur thermique 84'. Dans ce cas, cette eau tiède est directement évacuée. Les températures IA et T2 en sont légèrement affectées mais le fonctionnement général et les performances de l'ensemble n'en sont guère modifiés.
L'intérêt de cet alambic à diffusion de vapeur et à courant d'air caloporteur circulant de bas en haut dans les plaques creuses, est multiple si on le compare à l'alambic de la figure 5, dans lequel le courant d'air caloporteur circule de haut en bas à l'intérieur de ces plaques. Le premier avantage réside dans le fait qu'aucun propulseur (ventilateur ou jet de vapeur) n'est nécessaire pour assurer la circulation de ce courant d'air, puisque cette circulation est ici engendrée par convection naturelle. Le deuxième avantage vient de ce que la température de la source chaude peut être comprise entre à peu près 75 et 85°C et cependant demeurer efficace puisque susceptible d'assurer, à l'entrée des plaques creuses, une température Ti qui soit encore optimale ou simplement efficace. Cela a pour conséquence directe d'ajouter un troisième avantage, à savoir rendre une chaudière solaire sans réflecteur, parfaitement adaptée à un tel alambic. Un quatrième avantage réside dans l'absence totale de pièces mobiles fonctionnant en permanence. Ce qui constitue un avantage particulièrement intéressant (suppression de toute maintenance généralement nécessitée par de telles pièces) dans tous les cas où ce type d'alambic est utilisé dans un environnement non industriel. Un cinquième avantage apparaît dans le fait qu'un très important coefficient de performance COP de l'alambic peut en principe être obtenu, puisque l'accroissement de température de la saumure, amené par la chaudière, peut être très faible (< 2°C). Dans l'alambic selon cette figure 6, les températures de la saumure et de l'eau distillée à évacuer sont élevées (environ 82°C), mais on décrira plus loin, en commentaire de la figure 13, comment il est possible de récupérer cette énergie thermique pour diffuser un supplément de vapeur dans le courant d'air caloporteur et ainsi augmenter considérablement le COP de l'appareil.. Un sixième avantage provient de l'accroissement considérable du GE, énoncé plus haut, qui découle de la très faible épaisseur de paroi et de revêtement hydrophile, que présente le nouveau type de plaque creuse mince, à parois planes, souples et très fines, décrit ci-après à la figure 13. Les commentaires, qui accompagnent cette figure 13, concernent une forme de réalisation réelle d'un alambic à diffusion de vapeur et à gaz caloporteur, circulant en circuit fermé par convexion naturelle. Ils confirmeront, par le faible coût de fabrication de cette nouvelle plaque creuse de distillation, l'intérêt particulièrement grand de cette dernière forme de réalisation de l'invention.
On notera qu'avec un tel alambic à chaudière solaire, il est possible de produire de l'eau douce après la fin de l'ensoleillement efficace du lieu d'installation. Cela nécessite tout d'abord de disposer d'un réservoir 63' bien calorifuge et, par ailleurs, suffisamment profond pour pouvoir contenir au moins toute la saumure, produite au cours de la durée d'ensoleillement d'une journée. En maintenant fermé le robinet de vidange 130' après le coucher du soleil et en diminuant (de moitié par exemple) le débit de l'eau de mer entrant, par action sur le robinet 78', on peut prolonger la production d'eau douce de cet alambic solaire jusque tard dans la nuit et augmenter ainsi d'environ 20% la production de la journée. Ce résultat est obtenu grâce, au réchauffement et à la saturation complémentaires apportés au courant d'air qui balaie la surface de la masse importante de saumure chaude, contenue dans le réservoir en fin de journée et constamment réalimentée par une saumure dont la température est de peu inférieure à la sienne. Au fur et à mesure que la température de cette saumure baissera, le débit d'eau distillée fera de même jusqu'à se terminer en goutte à goutte. La remise en marche normale de l'alambic se fera le matin et comprendra simplement la vidange du réservoir, en ouvrant un moment le robinet 130' prévu à cet effet, et en redonnant au débit d'eau de mer entrant sa valeur de jour (laquelle dépendra en général de l'intensité maximale du rayonnement solaire à prévoir pour la journée). Dans ces conditions, la température de la saumure évacuée le matin est relativement basse et le COP global de même que le CIE global d'un tel alambic solaire en sont notablement améliorés.
La figure 7 représente schématiquement trois grandes plaques creuses souples, pourvues de leur encadrement et de leur rondelles de raccordement. La figure 8 représente une vue en coupe longitudinale de l'un des quatre dispositifs d'alimentation d'un nombre important (6, dans le dessin) de grandes plaques rectangulaires creuses de rang pair ou impair, assurant des échanges thermiques dans un alambic, selon l'invention, qui fonctionne avec un fluide caloporteur liquide. Quant à la figure 9, elle représente le dispositif assurant la répartition du liquide chaud à distiller, sur les revêtements hydrophiles des seules plaques affectées à l'évaporation de ce liquide, lorsque le fluide caloporteur est un liquide.
Selon la figure 7, chaque plaque rectangulaire souple 140i,2,3 qui mesure par exemple, 120 cm de haut et 100 cm de large, est réalisée à partir d'une feuille mince (notamment, en polypropylène), pourvue d'un revêtement hydrophile soudé (notamment, un non-tissé de cellulose, représenté en pointillés), pliée en deux, le pli constituant le bord supérieur de chaque plaque. Lorsque les plaques 140i,2,3 sont du type souple, des ensembles de lignes de soudure parallèles
(jusqu'à 50) sont formés, qui définissent les conduits intérieurs 142i,2,3 de ces plaques, lesquels ont par exemple de 15 à 20 mm de large et 80 cm de long. En haut et en bas de ces ensembles de conduits parallèles 142i,2,3, deux lignes de soudure obliques 144i,2,3 et 146i,2,3, inclinées et parallèles, sont réalisées, qui définissent respectivement un canal commun haut 1481,2,3 et un canal commun bas 163i,2,3 tous deux en forme de trapèze. La partie de chaque plaque 140i,2,3, située au-dessus de la ligne oblique 144i,2,3, constitue un fourreau 150i,2,3, dont les deux extrémités sont coupées, pour laisser place à une grande et une petite découpes 152i,2,3 et 153i,2,3. De part et d'autre des ensembles 142i,2,3 de lignes parallèles, sont réalisées deux lignes de soudure 154i,2,3 et 156i,2,3, parallèles aux précédentes, qui constituent les bords extérieurs de chaque plaque 140i,2,3. Ces mêmes lignes 154-156, en coopération avec la ligne extérieure, prolongée par ses deux bouts, qui borde le premier et le dernier conduit de chaque plaque, délimitent deux fourreaux verticaux 158i,2,3 et 160i,2,3, d'environ 4 cm de large, sur toute la hauteur des éléments. De telles plaques souples possèdent des parois ondulées.
Les deux pans de paroi 162i,2,3, situés en dessous de la ligne oblique basse 146i,2,3 de chaque plaque, sont repliés vers le haut pour constituer, avec la paroi extérieure de son canal commun bas 163i,2,3, deux chaussons de collecte des liquides qui ont suinté dans les revêtements hydrophiles des deux parois des plaques 140i,2,3. Une gouttière (non représentée) est disposée sous les extrémités basses des deux chaussons de collecte de chaque plaque, de sorte que, du fait des orientations opposées des chaussons de deux plaques contiguës, l'une des gouttières récoltera le liquide qui s'écoule des plaques froides de rang impair et l'autre, celui des plaques chaudes de rang pair. Chaque plaque 140i,2,3 dispose d'un encadrement semi-rigide qui comprend deux tringles horizontales et deux lames verticales, toutes deux en acier, par exemple, ou en un polymère armé à haute résistance mécanique. Les tringles ont une section en U, l'une haute 164i,2,3 en U renversé, pour la suspension de la plaque et l'autre basse 1661,2,3 en U droit, pour lui donner une tension longitudinale et compléter l'encadrement. A titre d'exemple, l'épaisseur externe de ces tringles est de 3 mm, leur hauteur de 10 mm et leur épaisseur de paroi de 1 mm. Les extrémités de ces tringles comportent, en retrait sur leurs flancs, deux redents (non représentés). Les ouvertures des tringles en U renversé 164i,2,3 sont engagées sur les extrémités de lames verticales 1681,2,3 et 170i,2,3, à bords arrondis, ayant 3,5 cm de large et 1 mm d'épaisseur. L'écartement de ces lames est imposé par celui des butées constituées par les redents des tringles. Les tringles 164i,2,3 ainsi que les lames 1681,2,3 et 170i^,3 sont respectivement engagées dans les fourreaux horizontaux 150i,2,3 et verticaux 1581,2,3 et 160i,2,3. L'écartement de ces lames, qui est maintenu fixe par les tringles en U 164-166, détermine la tension transversale initiale des plaques souples 140i,2,3.
5 Dans Ie cas où des panneaux alvéolaires rigides seraient utilisés en lieu et place des plaques souples, des feuilles minces à revêtement hydrophile, identiques à celles utilisées pour les plaques souples, seront préalablement collées puis soudées sur ces panneaux, par des lignes de soudure semblables, mais plus écartées, à celles réalisant les ensembles de conduits 142i,2,3, afin d'assurer la fiabilité de l'ensemble ainsi constitué. Cette opération de soudure est sensiblement identique à celle réalisée pour fabriquer les plaques
10 souples, laquelle consiste à presser pendant quelques secondes les éléments à souder entre deux plateaux métalliques épais, pourvus de surfaces rectifiées puis usinées selon les lignes de soudures à réaliser, ces plateaux étant portés à une température adéquate, définie par le point de fusion du polymère utilisé. Dans les deux cas, les bords des fourreaux des tringles et des lames sont soudés cependant que sont marqués les bords des découpes d'extrémité des fourreaux horizontaux et les emplacements exacts des rondelles de
15 raccordement, présentées ci-après, à mettre en place dans une étape ultérieure du processus de fabrication des plaques souples ou rigides. Chaque plaque 140i,2,3 comporte, dans les coins larges, diagonalement opposés, de ses canaux communs hauts 1481,2,3 et bas 163i,2,3 des rondelles 172i,2,3 et 174i,2,3 d'alimentation de ces canaux communs. Ces rondelles et ces canaux communs coopèrent pour assurer la répartition ou la récupération du fluide caloporteur entrant dans ou sortant de ces conduits. Les lignes en pointillés, qui relient
20 ces rondelles sur la figure 7, représentent l'emplacement des dispositifs d'alimentation des ensembles pairs ou impairs (illustrés à la figure 8), qui traversent les grandes découpes 152i,2,3 des fourreaux 150i,2,3. De telles plaques alvéolaires rigides possèdent des parois planes.
Selon la figure 8, le dispositif d'alimentation de six plaques creuses de rang pair ou impair comprend un empilement de six rondelles 172i-6, associé à un raccord 180 en forme de T, comprenant un premier tuyau
25 182, coaxial à ces rondelles, et un second à angle droit, 184. Cet empilement et ce raccord sont maintenus en place par un tirant d'assemblage 186. Chacune des rondelles 172i-6 est un anneau qui mesure, par exemple, environ 17 mm d'épaisseur et 4 cm de diamètre intérieur, dans le cas de plaques creuses d'un m2 prévues pour un alambic à contre-courant d'eau. Chaque anneau est pourvu, dans sa partie centrale, d'un rebord circulaire 1881-6, dont les faces latérales sont soudées aux faces internes des parois 190i-6 et 1911-6 d'une
30 plaque 140i-β (voir fιg.5) et dont l'épaisseur est sensiblement égale à l'épaisseur interne de ces plaques, soit environ 2 à 3 mm. Le bord aval de l'anneau de chaque rondelle 172i-e comporte un épaulement externe 1711-6 et son bord amont, un épaulement interne 173i-6. Dans le rebord circulaire 1881-6 de chaque rondelle 172i-e sont percés plusieurs trous horizontaux, tels 192, de 3,5 à 4 mm de diamètre (8 trous, selon le dessin) qui, d'un côté, débouchent à l'intérieur de la rondelle et de l'autre, à l'intérieur et dans le sens de la longueur du
35 canal commun en forme de trapèze 148i-e (voir fig.5) qui alimente les ensembles de conduits 142i-e d'une plaque 140i-β.
Le tirant d'assemblage 186 comprend (1) une base d'appui 194, pourvue d'un épaulement interne 195, adapté à coopérer avec l'épaulement externe 171i de la rondelle aval 172i, (2) une tige tronconique 196, dont la longueur est déterminée par le nombre de rondelles 172 à empiler (une centaine, le cas échéant) et (3) une
40 extrémité cylindrique filetée 198. Le tuyau 182 du raccord 180 comporte, soudés et/ou collés à ses deux extrémités, des appuis respectivement constitués par une coupelle 200, percée en son centre et un anneau 202, pourvu d'un épaulement externe 203, adapté à coopérer avec l'épaulement interne 173β de la rondelle amont 172β. La coupelle d'appui 200 est adaptée à coulisser sur l'extrémité 198 du tirant d'assemblage 186. Cette extrémité 198 comporte un logement pour un joint torique d'étanchéité 204. Un écrou 208, engagé sur l'extrémité filetée 198 du tirant 186, permet de maintenir serrées les rondelles 172-ι-β et de transformer leur empilement en un conduit sans fuites, pour l'alimentation des plaques creuses 140i-e. Entre les faces internes 5 1911,3.5 et 1902,4,6 des parois de plaques contiguës, qui sont soudées aux rebords circulaires 188i-β des rondelles 172i-β, apparaissent en 193i-5, sur la figure 8, les extrémités hautes des lignes de soudure 144 (voir fig.7) des plaques de rang impair intercalées.
La figure 9 représente, en coupe transversale, la partie supérieure d'un ensemble de neuf plaques souples, comprenant cinq plaques froides de rang impair 140i,3,5,7,9 et quatre plaques chaudes de rang pair
10 1402,4,6,8, alternativement disposées dans un alambic à diffusion de vapeur, utilisant le liquide à distiller comme fluide caloporteur. Ces plaques souples sont suspendues à neuf tringles en U renversé 164i-g, engagées dans des fourreaux 150i-9, en forme de trapèze, délimités par des lignes de soudure obliques 144i-9. Sur cette figure 9, les parois minces 210i-g, en polymère (notamment en polypropylène) des plaques 140i-9 ainsi que leurs revêtements hydrophiles 212i-9, apparaissent clairement. Entre deux plaques contiguës, telles 14Oi
15 et 14Û2 ou 140β et 14Û9, sont disposés des plaquettes intercalaires 214i-6, de préférence alvéolaires, qui descendent jusqu'au sommet des ensembles de conduits 142i-g (voir fig.7) des plaques 140-ι-g. La longueur de ces plaquettes 214i-g égale la largeur maximale des fourreaux 15O1-9 des tringles de suspension 164i-9 des plaques 140i-9. La tranche supérieure de chacune des plaques froides 1403,5,7,9 ainsi que les deux plaquettes intercalaires, telles 2142 et 2143, qui les bordent, est recouverte d'une cape imperméable, telles 2163,5,7 qui
20 descend jusqu'au bord inférieur de ces plaquettes. Cette cape imperméable est réalisée au moyen d'une feuille imperméable à revêtement hydrophile, identique au matériau constituant les plaques souples, son revêtement hydrophile 2173,5,7 étant en contact avec celui 2122,4,6,8 des plaques de rang pair 1402,4,6,8. Les plaquettes intercalaires d'extrémité 214i et 214β, d'un ensemble de plaques 140i-9, sont séparées de la plaque 1402 pour l'une et de la plaque 140β pour l'autre, par une feuille imperméable à revêtement hydrophile 218 et
25 220. Ces feuilles coopèrent avec deux réglettes 222 et 224, faisant office de butées d'appui, pour constituer les bords imperméables d'un tapis hydrophile 226, en contact avec la tranche supérieure du revêtement hydrophile de chacune des plaques chaudes 1402,4,6,8 et du revêtement hydrophile des capes 2163,5,7 de protection des plaques froides. Ce tapis hydrophile 226 est, par exemple, constitué de plusieurs couches de tissu de coton. Au-dessus de ce tapis, sont installés de place en place, des becs verseurs, tel 228, adaptés à
30 déverser sur lui le liquide chaud à distiller. Entre les pans 162i-9 qui forment les chaussons de collecte des liquides qui s'écoulent des parois extérieures des plaques 140i-g, (voir fig.7) sont disposées des paquettes intercalaires (non représentées), identiques à celles 214i-β placées entre les sommets de ces mêmes plaques. Pour constituer un alambic, l'ensemble compact formé par l'assemblage de N plaques creuses 140-I-N est maintenu resserré, grâce à des moyens de serrage conventionnels, non représentés, disposés tout autour.
35 Grâce aux dispositions selon les figures 7, 8 et 9 présentées ci-dessus, les plaques creuses de distillation des alambics à diffusion de vapeur selon les figures 3 et 4 opèrent dans les meilleures conditions (le cas des plaques creuses de distillation d'un alambic, selon les figures 5 et 6, sera traité en détail ci-après, en commentaires de la figure 13). Sous la pression du liquide caloporteur, les conduits d'une plaque souple, de même que les canaux communs de distribution et de récupération de ce liquide caloporteur dans des
40 plaques souples ou rigides, conservent des épaisseurs correctes. Grâce aux lames verticales latérales, à espacement fixe, les conduits des plaques souples ne peuvent prendre qu'une épaisseur interne limitée, d'environ 2 à 3 mm, en réponse à la pression exercée par le liquide caloporteur qui y circule. De plus, grâce aux plaquettes intercalaires et aux moyens de serrage visés ci-dessus, les canaux communs hauts 148 et bas 163 sont eux-mêmes empêchés d'enfler sous cette même pression. Dans ces conditions, l'épaisseur de l'espace libre entre les plaques 140 est maintenu à une valeur correcte, à savoir environ 5 mm.
Quant au pas d'assemblage de ces plaques 140, il égale la moitié de la distance séparant les épaulements internes et externes des rondelles de raccordement 172i-9, soit 8,5 mm. Pour ce qui est de ces rondelles, on notera que leur empilement, sous l'action du tirant d'assemblage 186, est réalisé d'une manière étanche, ce qui en fait une canalisation sans fuite, de longueur modulable. Par ailleurs, les trous 192 permettent, sans perte de charge notable, de faire entrer ou sortir le fluide caloporteur dans les canaux communs hauts ou bas de chaque plaque creuse. Grâce aux dispositions selon la figure 9, dans un alambic à liquide caloporteur, les revêtements des plaques chaudes, affectées à l'évaporation du liquide chaud à distiller, sont les seules à être susceptibles d'être mouillées par ce liquide. En effet, grâce aux capes imperméables 216 qui recouvrent les sommets des plaques froides ainsi que leurs deux plaquettes de séparation associées 214, le liquide chaud à distiller ne peut les atteindre, cependant que, sous l'action du revêtement hydrophile de ces mêmes capes, ce liquide chaud, qui traverse le tapis hydrophile de répartition 226 est amené, par gravité et capillarité, jusqu'aux revêtements hydrophiles de l'ensemble des plaques chaudes.
La figure 10 représente en A-B, des vues de profil et de dessus d'un échangeur thermique compact à faible coût et en C-D, des coupes transversales de cet échangeur et de l'ébauche de son élément actif monobloc. Selon les figures 10A et 10C, l'échangeur thermique compact 250 comprend une enveloppe 252 qui entoure complètement un élément actif d'échange 254. Cet élément actif 254 est constitué par l'empilement d'un nombre relativement élevé Qusqu'à trente, par exemple) de paires de plaques creuses 256 a-b, à la fois allongées, symétriques et communicantes. Selon la coupe 10C, la section transversale de l'élément actif 254 a la forme d'une colonne vertébrale de poisson, pourvue d'arêtes creuses 256 a-b, obliques et parallèles entre elles, qui se partagent un canal central commun 258. L'épaisseur interne de ces arêtes 256, de leur écart de séparation 260 et de leur canal central commun 258 est faible et sensiblement identique (2 mm, par exemple). L'épaisseur des parois de l'élément actif 254 est mince (0,5 mm, par exemple).
Chaque plaque creuse 256 a-b de l'élément actif 254 comporte une partie centrale rectiligne dont la longueur peut varier de 30 à 100 cm environ et la largeur de 5 à 15 cm environ. Une plaque creuse 256a est reliée à sa plaque symétrique 256b par deux raccords d'extrémités creux 262-264, en forme de demi troncs de cône. Les axes d'empilement de ces demi-troncs de cône coïncident avec les axes des deux collecteurs qui alimentent les différentes paires de plaques creuses empilées 256 a-b et ils aboutissent aux deux tubulures de raccordement 266-268 de l'élément actif 254.
L'enveloppe 252 est représentée transparente pour les besoins du dessin de la figure 10A. Elle est formée de deux demi coquilles 251-253, à fonds respectivement convexe et concave, assemblées d'une manière étanche (soudure, collage ou joint d'étanchéité) par leurs rebords d'assemblage 255 a-b et 257 a-b. L'écart entre l'enveloppe 252 et les bords des plaques 256 de l'élément actif 254 est faible (de 1 mm, par exemple) mais il est nul le long de la crête 270 de sa paroi convexe et le long du creux 272 de sa paroi concave. L'enveloppe 252 possède deux tubulures de raccordement coaxiales 274-276 et deux ouvertures latérales au travers desquelles passent les tubulures de raccordement 266-268 de l'élément actif 254, les bords de ces ouvertures étant soudés, collés ou assemblés avec joint d'étanchéité, à l'emplanture de ces deux tubulures 266-268. La figure 10D représente la coupe transversale de l'ébauche thermo-soufflée 276, à partir de laquelle l'élément actif d'échange thermique 254 a été fabriqué. Cette ébauche 276 comprend un empilement de soufflets biconvexes relativement longs 278, pourvus de raccords d'extrémités relativement courts (voir fig. 10A) en forme de demi troncs de cône symétriques. L'empilement des soufflets 278 est comparable à un accordéon dont les soufflets auraient des crêtes arasées 280 et des fonds étroits 282, avec des profondeurs de soufflets suffisamment importantes devant le grand diamètre des demi-cônes d'extrémités, pour permettre à ces derniers de constituer des surfaces retournables, impliquant un flambage de transition au cours de leur retournement. La transformation de l'ébauche 276 en un élément actif 254 est effectuée sous l'action d'une force axiale de compression contrôlée. Cette force a pour effet d'amener chacun des deux flancs symétriques de chaque demi soufflet convexe à passer d'un état stable à un autre, en devenant parallèle à l'un des deux flancs symétriques de chaque demi soufflet concave qui lui est associé. Dans le cas d'un élément actif en verre, la transformation des soufflets de l'ébauche en plaquettes parallèles se fera à une température particulière donnant au verre utilisé une souplesse et une élasticité adéquates. On notera que l'écrasement des soufflets de telles ébauches en polymère ou en verre peut être fait sans basculement de l'une des parois des raccords creux d'extrémité et qu'un échangeur thermique monobloc efficace est cependant réalisé, comme cela est enseigné dans la demande PCT concernée, visée plus haut.
L'ébauche 276 permet de réaliser un élément actif d'échange thermique classique. Pour un échangeur thermique devant évaporer le liquide à distiller, en accord avec ladite invention antérieure, les parois d'une ébauche 276 en polymère sont pourvues d'un revêtement hydrophile mince 284, de préférence préformé, ayant par exemple 0,1 mm d'épaisseur. Dans ce cas, l'ébauche 276 sera, à nouveau, fabriquée par thermo- soufflage d'un manchon en polymère pâteux, de forme aplatie, produit par une extrudeuse, puis introduit dans un moule comportant de multiples rainures parallèles, préalablement garnies du revêtement 284. Dans le cas d'un élément actif en verre, le procédé pour fabriquer l'ébauche est sensiblement identique à celui utilisé pour les polymères. Pour ce qui concerne le traitement chimique destiné à dépolir, pour les rendre mouillables, les faces interne et externe d'un tel élément en verre, il sera effectué suivant une technique parfaitement connue des verriers. Aux revêtements 284 (ou aux faces dépolies) des paires de plaques 254 de l'élément actif 250, est associée une couche commune de tissu hydrophile 286, qui coiffe tous les raccords d'extrémités hauts 262 de cet élément (il est vertical dans un alambic selon l'invention,). Cette couche hydrophile commune 286 est destinée à répartir uniformément, sur les revêtements 284 des plaques 254, le liquide à distiller qui sera introduit dans l'enveloppe 252, à travers sa tubulure haute 274.
Les figures 11 et 12 concernent une forme de réalisation particulière d'un module d'alambic à diffusion de vapeur utilisant un gaz incondensable saturé en vapeur du liquide à distiller comme fluide caloporteur et des échangeurs thermiques de distillation compacts, du genre décrit aux figures 10 A-B-C. La figure 11A est une vue globale d'un tel module. La figure 11B représente les détails de ce module et la figure 11 C, une coupe transversale de l'un des échangeurs thermiques utilisés. Quant aux figures 12 A-B, elles représentent les détails des canalisations et des raccordements des différents fluides qui circulent dans l'alambic.
Selon les figures 11 A-B, l'alambic 290, présenté à titre d'exemple, est un module comprenant tout d'abord (1) huit échangeurs thermiques de distillation compacts, verticalement disposés, 292i-s, destinés à assurer une évaporation du liquide à distiller puis une condensation de sa vapeur, et (2) un échangeur thermique compact simple 294. Selon la figure 12C, qui est la coupe selon le plan C-C de la figure 11 B, l'élément actif 293i-β de chaque échangeur compact 272i-8, comporte huit paires de petites plaques creuses minces, solidaires, symétriques. Selon la figure 11 B, ces paires de plaques sont pourvues d'un revêtement hydrophile ou mouillable 284i-β et d'une coiffe en tissu hydrophile 286i-β, assurant une répartition uniforme du liquide à distiller sur tous les revêtements 284i-β.
Dans cet exemple d'alambic 290, chaque plaque des huit paires symétriques d'un élément actif 293-ι-β a
5 10 cm de large, 60 cm de long, 2 mm d'épaisseur interne, 0,5 mm d'épaisseur de paroi, 0,1 mm de revêtement et des écarts de séparation de 2 mm. La surface de chaque élément actif 293i-β est sensiblement de 1 m2 et son volume total de 2,5 dm3. Le volume actif V d'un module de huit éléments est de 20 dm3 et sa surface totale d'échange thermique, de 8 m2.
Selon la figure 12C, les huit éléments actifs 293-ι-β à diffusion de vapeur sont regroupés dans un
10 enveloppe unique 296 mais ils pourraient tout aussi bien être isolés ou regroupés deux par deux ou quatre par quatre dans des enveloppes plus petites. Dans tous les cas, à chaque élément actif 293i-β sont associées deux portes coaxiales d'entrée 298i-β et de sortie 300i-β, aménagées dans la partie de l'enveloppe qui l'entoure. Selon les figures 11B et 12A-B, chaque élément actif 293-ι-β à diffusion de vapeur comporte, dans sa partie supérieure, une porte d'entrée latérale 302i-β et, dans sa partie inférieure, une porte de sortie latérale
15 304i-β, diagonalement opposée à la précédente. De même, l'échangeur thermique simple 294 comporte un élément actif 295, pourvu de portes latérales d'entrée et de sortie 305-307 et d'une enveloppe 308, pourvue de deux portes coaxiales d'entrée et de sortie 310-312.
Au-dessus de l'alambic 290, est installé un réservoir d'eau de mer 314 relié, par un tuyau 316a-b et un robinet 317, à un conduit 318 qui traverse un tube 320, dans lequel débouchent les huit portes de sortie 304i-β
20 des éléments actifs 293i-β à diffusion de vapeur et la porte de sortie 307 de l'élément actif 295 de l'échangeur thermique simple 294. Le conduit 318 est relié à l'entrée de l'enveloppe 322 d'un échangeur thermique à contre-courant 324 et la sortie de cette enveloppe est reliée, par un tuyau 319, à une antichambre 326, précédant la porte d'entrée 310 de l'enveloppe 308 de l'échangeur compact simple 294. Cet échangeur 324 fait l'objet, sur la figure 11 B, d'une représentation symbolique mais, sur la figure 12, sa représentation est plus
25 conforme à la réalité. Cet échangeur thermique 324 est du genre compact et il comporte un élément actif 328, dont la coupe transversale est représentée à la figure 11 C. La fonction de cet élément 328 sera précisée ci- après. L'eau de mer qui sort de l'échangeur 324 traverse l'échangeur thermique 294 puis en sort, par sa porte de sortie 312, pour pénétrer dans une chaudière 332.
Selon la figure 12A, la chaudière 332 comporte une pièce d'entrée 334, prolongée par un tube de
30 chauffe 336, lui-même traversé par un radiateur tubulaire 338. Ce radiateur 338 possède une entrée 340 et une sortie 342, toutes deux extérieures à la chaudière 332, et il est adapté à être parcouru sans dommages par un fluide de chauffage approprié (gaz ou liquide chaud de 105 à 1200C). A cet effet, le radiateur 338 pourra être réalisé en un métal, adapté à résister à la corrosion éventuelle du gaz de chauffage utilisé, ou en un polymère ayant une bonne tenue mécanique à la température du liquide chaud. Le tube de chauffe 336
35 comporte à son extrémité aval (1) une cloison 344, traversée par le radiateur tubulaire 338, (2) dans la partie supérieure de cette cloison 344, un ou plusieurs orifices calibrés 346, adaptés à engendrer un ou plusieurs jets de vapeur 347, lorsque l'eau de mer bout dans ce tube de chauffe 336 et (3) dans la partie inférieure de ce même tube 336, un ou plusieurs trous associés à un ou des tuyaux courts 348, à section calibrée, adaptés à assurer un soutirage approprié de cette eau.
40 La chaudière 332 est enfermée dans un conduit cylindrique allongé 350, à section circulaire, disposé à l'horizontale et, dans la partie inférieure de ce conduit, débouchent les portes de sortie 312 et 300i-β des enveloppes 308 et 296 des échangeurs thermiques 294 et 292i-β. La pièce d'entrée 334 de cette chaudière occupe l'extrémité amont du conduit 350 et elle comporte, peu après la porte de sortie 312 de l'enveloppe 308 de l'échangeur 294, une cloison épaisse 352, percée en son centre d'une ouverture en tronc de cône 354, occupée par un obturateur 356 à profil identique, adapté à progressivement fermer cette ouverture lorsqu'il est tiré vers le haut. L'obturateur 356 est relié à un flotteur 358 par deux tiges de liaison 359a-b, entre lesquelles passe l'extrémité aval d'un radiateur tubulaire 338. Lorsque l'eau de mer atteint un niveau approprié dans la pièce d'entrée 334 et dans le tube de chauffe 336 de la chaudière 332, le flotteur 358 amène l'obturateur à pointeau 356 à complètement fermer l'ouverture d'entrée 354 de la chaudière, laquelle opère ainsi à un niveau d'eau de mer constant, situé au-dessus du radiateur tubulaire 338. Dans la partie basse du conduit 350, sous le tube de chauffe 336 de la chaudière 332, est installée une chambre 360 de surchauffe et de sursaturation du gaz caloporteur, occupée par un plateau étroit et légèrement creux, recouvert de plusieurs couches de tissu hydrophile 361. L'eau de mer sortant du tube de chauffe 336 de la chaudière 332 par le tuyau calibré de soutirage 348, se déverse sur l'extrémité aval du plateau et imbibe la totalité du tissu hydrophile 361. A son tour, ce plateau est percé de huit trous calibrés, situés juste au-dessus des huit portes de sortie 300i-β de l'enveloppe 296 des éléments actifs 293i-β à diffusion de vapeur. Une mèche et/ou un tuyau 362i-β, engagés dans chacun des trous du plateau et dans chacune des portes de sortie 300i-β de l'enveloppe 296, établissent une liaison entre le revêtement hydrophile 361 du plateau et la coiffe hydrophile 286i-β des raccords d'extrémités 274 (voir fig.1 OA) des éléments actifs 293i-β .
Le conduit cylindrique horizontal 350, entourant le tube de chauffe 336 de la chaudière 332, est relié par un tube coudé 364 à un autre conduit cylindrique horizontal 366. Dans ce conduit 366, débouchent les portes d'entrée 302i-β des éléments actifs à diffusion de vapeur 293i-β et la porte d'entrée 305 de l'élément actif 295 de l'échangeur thermique simple 294, cependant que les portes de sortie 304-ι-β et 307 de ces mêmes éléments actifs débouchent dans le conduit 320. Ce conduit 320 est relié par un tuyau coudé 368 à un autre conduit cylindrique horizontal 370, dans lequel débouchent les portes d'entrée 298i-β de l'enveloppe 296 des éléments actifs 293i-θ. Le conduit 370 comporte, à son extrémité aval, une cloison 371 qui le sépare de l'anti-chambre 330 de l'enveloppe 308 de l'échangeur thermique simple 294, la paroi extérieure de cette antichambre prolongeant celle du conduit 370.
Au fond 372 du conduit horizontal 320, s'accumule l'eau distillée qui s'écoule des portes de sortie 304i-8 et 307 des éléments actifs 293-ι-β et 295 et celle qui s'est condensée sur la paroi extérieure du tuyau 318 parcouru par l'eau de mer froide. Sur le fond 374 du conduit horizontal 370, s'accumule la saumure qui s'écoule des portes d'entrée de gaz caloporteur 298i-β de l'enveloppe 296. Ce fond 372 est relié à l'entrée de l'élément actif 328 de l'échangeur 324 (voir fig.12B), par un tuyau 376. La sortie de cet élément actif 328 débouche sur un tuyau 378 et une gouttière d'évacuation 379 de l'eau distillée cependant que la saumure accumulée au fond 374 du conduit 370 s'évacue par un tuyau 380 et une gouttière 381.
Grâce aux formes de réalisation données à l'alambic selon l'invention et aux chaudières susceptibles de l'alimenter, décrites aux figures 11 et 12 commentées ci-dessus, on dispose d'appareils de distillation, à diffusion de vapeur et à gaz caloporteur, particulièrement intéressants. Le fonctionnement général de l'alambic, décrit aux figures 11-12, est identique à celui de l'alambic, selon la troisième forme de réalisation de l'invention, décrit à la figure 5, qui a été précisé plus haut. Les N plaques creuses 54 de distillation sont remplacées par les huit échangeurs compacts à diffusion de vapeur 292 et les n plaques auxiliaires de réchauffage, représentées par le tuyau 66, remplacées par l'échangeur thermique simple 294. L'élément actif 84, traversé par de l'eau froide à distiller, de l'échangeur thermique 80, remplacé par le conduit 318 traversé de même, l'enveloppe 82 étant remplacée par le tube horizontal 320 et l'échangeur 88 est remplacé par l'échangeur 324. La gouttière 379 d'évacuation de l'eau distillée, accumulée au fond 372 du tube 320, qui s'est condensée dans les échangeurs 292i-a et 294 et dans le tube 320, et qui sort de l'élément actif 328, remplace la gouttière 116 dans laquelle se déverse l'eau distillée collectée en sortie des (N+n) plaques 54, 63- 66, au fond de l'enveloppe 82 et en sortie de l'élément actif 114. Mais l'intérêt économique de cette seconde façon de réaliser un alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur perfectionné selon présente invention, est en revanche très supérieur à la première, représentée à la figure 5. Le premier volet de cette supériorité vient de la forme donnée aux échangeurs thermiques utilisés et le second, des moyens mis en œuvre pour faire circuler le gaz caloporteur dans ces échangeurs.
On notera que l'échangeur thermique 80 ou celui constitué par le tube 318 et son enveloppe 320 est un composant essentiel de l'alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur, selon la présente invention. Sa fonction est d'abaisser de plusieurs dizaines de degrés la température du gaz caloporteur sortant des plaques creuses, avant de le faire entrer dans les espaces inter-plaques. Cela, afin d'avoir à l'entrée des espaces inter-plaques, un écart local dH de flux d'enthalpie sensiblement égal à celui engendré par la source chaude entre la sortie de ces espaces et les entrées des plaques creuses, compte-tenu de la très grande différence qui existe entre les capacités calorifiques apparentes Cp de l'air saturé aux températures concernées. En revanche, il apparaît que les échangeurs thermiques 88 et 324 ont pour objet de récupérer l'énergie thermique de l'eau distillée à évacuer, afin d'améliorer au mieux le COP de l'alambic. En effet, le liquide à distiller, entrant dans les espaces inter-plaques des échangeurs thermiques compacts 294, sort d'un ou de plusieurs autres échangeurs thermiques 324 du même genre, disposés entre la ou les sorties des échangeurs thermiques 292-294 et les moyens de collecte 376 des liquides distillés qui se condensent sur les faces internes des éléments actifs des échangeurs thermiques 292 et 294 et sur les parois du conduit 318 de l'échangeur thermique 318-320 ou de ses équivalents 250. La suppression de ces échangeurs 88 et 324, dans le cas d'une énergie thermique bon marché, n'aurait guère d'importance. Il en est pratiquement de même pour les n plaques creuses auxiliaires, représentées par le tuyau 66 et son enveloppe 63, ou par l'échangeur 294, réalisant un échangeur thermique complémentaire entre le gaz caloporteur chaud saturé et le liquide à distiller, avant que celui-ci entre dans la chambre de chauffe de la chaudière 120 ou 332.
Aux avantages imputables aux seuls échangeurs compacts utilisés dans le second alambic, on ajoutera l'emploi d'un ou de plusieurs simples jets de vapeur pour faire circuler le gaz caloporteur. Ces jets de vapeur 347, sont adaptés à réchauffer jusqu'à une température Ti optimale ou simplement efficace et à sursaturer le courant d'air caloporteur, qui quitte l'aval du tapis spongieux 361 imbibé d'eau très chaude. En outre ces jets de vapeur fournissent à ce courant d'air, par échange de quantités de mouvement, une pression suffisante, pour le faire pénétrer par le haut et descendre à l'intérieur des éléments actifs 293 des échangeurs 292 et ainsi lui faire parcourir, à rencontre de la convection naturelle, un circuit bouclé sur lui-même, à travers les plaques creuses 256 des éléments actifs 293 et leurs espaces inter-plaques 260. A titre d'exemple, une telle quantité de mouvement, susceptible de propulser un courant d'air chaud de haut en bas de plaques creuses minces puis ce même courant refroidi de bas en haut d'espaces inter-plaques étroits, en surmontant les différentes pertes de charge subies, au cours d'un tel trajet en boucle fermée, pourra être obtenue en portant à 1020C l'eau de mer dans le tube de chauffe 336, ce qui engendrera un ou des jets de vapeur, relativement puissants, à 80 millibars de surpression, éjectés à 150 m/s. De tels jets de vapeur permettent de surmonter la convection naturelle et aussi de supprimer le ventilateur 92, prévu à cet effet dans l'alambic de la figure 5. Ce qui a pour conséquence, de diminuer encore le montant de l'investissement à réaliser et de simplifier notablement l'exploitation de l'équipement. On notera les avantages couplés, apportés par la présence (1) du flotteur lié à l'obturateur à pointeau installé à l'entrée du tube de chauffe de la chaudière représentée à la figure 12A et (2) des deux groupes de trous calibrés de sortie, haut et bas respectivement, pratiqués à la sortie de ce tube de chauffe, pour permettre la production de jets de vapeur et le soutirage de l'eau chaude. Grâce à ces composants de la chaudière, on dispose d'un tube de chauffe à niveau, pression et débit constants. En effet, il est possible, au moyen d'un courant d'un fluide de chauffage quelconque, gaz ou liquide, suffisamment chaud, de porter l'eau de mer à distiller, contenue dans ce tube de chauffe, à une température supérieure à sa température d'ébullition et ainsi de créer, au-dessus du niveau d'eau, de la vapeur en surpression. L'amplitude de cette surpression est déterminée par la puissance de chauffe utilisée. Le tube de chauffe 336 et le radiateur tubulaire 338 constituent un échangeur thermique pour fluides confinés circulant à contre-courant. Les caractéristiques de cet échangeur (matériaux, diamètres et longueurs du tube de chauffe et du radiateur tubulaire), seront déterminés en fonction des résultats à obtenir, compte-tenu des caractéristiques respectives (natures, débits, températures, capacités calorifiques) du fluide de chauffage disponible et du liquide à distiller. Une telle production de vapeur sera obtenue, par exemple, grâce à un radiateur tubulaire en acier inoxydable adéquat, susceptible de résister aux différents composants des gaz d'échappement à 3000C d'un moteur Diesel. Dans le cas où le fluide caloporteur à utiliser serait le liquide refroidissement (à environ 11O0C) d'un moteur thermique, le matériau utilisé pourra être le même pour les deux, (un polymère mécaniquement stable à ces températures, par exemple). Il en serait de même si le liquide de chauffage du radiateur tubulaire était de l'huile thermique (de genre ESSO 500, par exemple) chauffée le jour par une chaudière solaire appropriée, équipée d'un réflecteur cylindrico-parabolique, et stockée jour et nuit à haute température (120 ou 13O0C, par exemple) et à pression atmosphérique, dans un réservoir calorifuge.
Lorsque la chaudière est arrêtée, la pression totale au-dessus du niveau d'eau dans le tube de chauffe est égale à la pression extérieure et le débit d'eau, à travers les tubes de soutirage, est pratiquement nul. Lorsque la chaudière est en marche et qu'une température d'équilibre est atteinte (1020C, par exemple), la surpression au-dessus du niveau d'eau est de 80 millibars et les débits d'eau et de vapeur sont à leurs valeurs nominales. La transition entre ces deux états est très courte puisque seule la quantité d'eau présente dans le tube de chauffe est à chauffer. Toute variation de la puissance de chauffe entraîne une variation de la température de l'eau et de la pression d'équilibre de la vapeur dans le tube de chauffe. En conséquence, toute augmentation de la puissance de la puissance de chauffe se traduit par une augmentation simultanée du débit de vapeur et du débit d'eau à évaporer dans l'alambic, lequel peut, de ce fait, ne comporter qu'une seule commande et donc rendre inutile le robinet de réglage du débit d'eau salée entrant.
Sur la figure 5, la forme de réalisation de la chaudière 120 n'a pas été précisée. En pratique, il est possible d'utiliser l'une ou l'autre des chaudières décrites aux figures 11 et 12. On notera que la température de l'eau qu'elle fournit est inférieure à sa température d'ébullition. En l'absence de vapeur en surpression, le jet de vapeur 347, utilisé sur la figure 12 pour faire circuler le gaz caloporteur, ne peut donc être créé par la chaudière 120. En conséquence, un propulseur mécanique, un ventilateur 92, doit être utilisé pour faire circuler ce gaz. Le cas d'une chaudière incapable de produire de la vapeur en surpression est, par exemple, celui d'une chaudière solaire sans réflecteur.
La figure 13 représente la vue en perspective d'un alambic à diffusion de vapeur et à gaz caloporteur circulant par convexion naturelle, dont le bloc de distillation est un ensemble de plaques creuses minces, planes et souples, d'un modèle particulièrement bien adapté à ce type d'alambic. En fait, cette figure 13 précise les détails de réalisation d'un alambic selon la figure 6, dans lequel la chaudière solaire est remplacée par un tube de chauffage.
Selon la figure 13, apparaissent six plaques creuses minces 400i-β. qui représentent symboliquement un bloc de distillation constitué par un grand nombre de ces mêmes plaques (plusieurs centaines ou même 5 plusieurs milliers, le cas échéant) que l'on peut installer sur un châssis (non représenté) monté dans une chambre de traitement calorifugée 401. Cette chambre 401, comme la chambre 48' de la figure 6, comporte trois étages ayant approximativement la même hauteur : un étage inférieur pour la cheminée basse, un étage central pour le bloc de distillation et un étage supérieur pour la cheminée haute. Sur la figure 13, pour faciliter la description et simplifier le dessin, plusieurs parois de cette chambre 401 sont représentées par leurs
IO contours seulement.
A titre d'exemple non limitatif, chaque plaque creuse 400 mesure 40 cm de large, 50 cm de haut et 2 mm d'épaisseur interne. D'une manière générale toutefois, de telles plaques creuses planes, souples et minces, pourront avoir une surface maximale par face d'environ 1 m2, une largeur maximale d'environ 80 cm et au plus 5 mm d'épaisseur interne. Chaque plaque 400 est formée à partir d'une nappe fine 402i-β en
15 polymère (notamment en polypropylène) ayant une bonne tenue mécanique à la température maximale (au plus 9O0C) du gaz caloporteur. Cette nappe, identique à celle utilisée pour réaliser les grandes plaques 140 de la figure 7, a une épaisseur d'à peu près 100 à 250 microns et elle est pourvue d'un revêtement hydrophile ou mouillable d'à peu près 50 à 150 microns d'épaisseur. Sur la figure 13, chaque nappe 402i-β apparaît pliée en deux, portée par une tringle de suspension 404-ι-e, revêtement à l'extérieur. Les tringles 404i-e sont en
20 polymère, avec un bord supérieur arrondi, et elles ont 2 mm d'épaisseur, 4 cm de large et 50 cm de long. Au moyen d'une ou plusieurs lignes de soudure longitudinales, la partie supérieure de chaque nappe 402i-β est soudée à sa tringle de suspension 404i-e et sa partie inférieure, soudée de même à une barre de tension 406i- 6. Les tringles 404i-6 et les barres 406-ι-e sont en polymère identique à celui de la nappe et elles ont toutes 2 mm d'épaisseur et de 50 cm de long. Les barres de tension 406 comportent à leurs extrémités des appuis
25 408a-b à bords supérieurs coplanaires. Entre ces deux appuis, au travers de l'arraché 405, pratiqué sur le pan avant de la nappe 402i, apparaît la barre de tension 406i qui présente un bord inférieur oblique 410, raccordé en biais à l'extrémité de cette barre. En bas du bord oblique 410, est aménagé dans l'épaisseur de chaque barre de tension 406, un point 412 de soutirage de l'eau distillée produite, constitué par une entaille transversale, profonde de 1 mm et large de 3 mm, le cas échéant, remplacée ou occupée par une mèche
30 plate. Le bord supérieur de chaque barre de tension 406 est en forme de V très ouvert, calé sur l'entaille 412. Les pans des nappes 402i-β débordent leurs barres de tension 406i-e. Ces pans sont relevés et les plis formés en biais, puis écrasés et maintenus en place par tout moyen approprié, notamment des points de couture. De la sorte, sont constitués pour chaque plaque creuse 400, deux conduits plats 414, inclinés, parallèles et contigus, permettant de collecter la saumure produite par chaque plaque creuse de l'alambic. Sous les
35 conduits plats 414 et à l'aplomb des points de soutirage 412 de l'ensemble de plaques creuses 400 ainsi formé, est installée une gouttière unique 416 de collecte de l'eau distillée chaude produite.
La saumure collectée par les conduits plats 414 se déverse dans une gouttière 418 pourvue de becs verseurs 420a-b, disposés au-dessus d'un tube de chauffage 422, recouvert d'un tapis hydrophile mince 424, à pans dégagés. La longueur de ce tube de chauffage 422 correspond à celle de l'ensemble de plaques
40 creuses minces 400i-e, juxtaposées avec des espaces inter-plaques 4032-6 de même épaisseur. Le tube de chauffage 422 est alimenté en fluide de chauffage par un tuyau 423, ce fluide étant susceptible de porter la température de la saumure qui imprègne le tapis 424, à une température maximale de 95°C environ. Le tube 422 est installé dans la cheminée basse 426 de l'alambic. Cette cheminée 426 est constituée entre un épais panneau d'isolant thermique 428 qui divise en deux parties communicantes l'étage inférieur de la chambre de traitement 401. Ce panneau 428 forme, avec les panneaux semblables, tel 430 (seul représenté), qui constituent le calorifugeage des parois transversales de l'étage inférieur de la chambre de traitement 401, d'une part, la partie inoccupée 432, à paroi plane 433, de cet étage inférieur et, d'autre part, la cheminée basse 426, à paroi courbe 427. A l'aplomb du tube de chauffage 422, est disposé un réservoir 434 dans lequel aboutit la saumure qui s'écoule chaude du tapis 424 recouvrant ce tube chauffant 422. Les plaques creuses 400 sont pourvues d'une cheminée haute 436, constituée de la même façon que la cheminée basse 426. Cette cheminée haute 436 débouche sur un passage 435, formé entre un bloc d'isolant thermique 437 et la paroi supérieure 439 de la chambre de traitement 401. Dans ce passage 435, sont installés un ou plusieurs éléments actifs monoblocs d'échange thermique 438, parcourus, à contre-courant de l'air qui circule autour, par l'eau de mer à distiller qui entre dans l'alambic par un tuyau 440 et en sort par un tuyau 442. A titre d'exemple, un tel ensemble d'échange thermique 438, possède une capacité d'échange air/eau d'environ 170 Watts/°C et, à cet effet, il comprend trente quatre soufflets de 15 cm de long et 5 cm de large, avec des épaisseurs internes de plaques creuses et d'espaces inter-plaques de 2 mm. Au-delà de l'espace occupé par ces éléments 438, apparaît la partie inoccupée 443 de l'étage supérieur de la chambre de traitement 401. Au- dessus des plaques creuses 400, est transversalement installé un dispositif allongé 444 (boîte ouverte représentée ou tube sous légère pression) de distribution de l'eau de mer tiède amenée par le tuyau 442. Le fond du distributeur 444 comporte deux rangées de trous, percés au pas d'assemblage des plaques et traversés par des mèches (non représentées) étalées et fixées par quelques pinces, sur le haut du revêtement hydrophile de ces plaques.
Les tringles de suspension 404i-e des plaques creuses 400i-e sont posées sur deux poutres horizontales parallèles, faisant partie du châssis installé dans la chambre de traitement calorifugée 401, et les barres de tension 406 de ces plaques, sous deux poutres horizontales de réglage de tension, semblables et parallèles aux précédentes, reliées au châssis par des ressorts. La hauteur des plaques creuses 400 détermine la distance entre ces poutres et celle-ci est fixée une fois pour toutes. Ces poutres, ce châssis et ces ressorts sont des composants banals qui ne sont pas représentés, pour ne pas surcharger la figure. Compte-tenu de l'élasticité de chacune des nappes 402 et de la raideur des ressorts solidaires des deux poutres basses, la force de tension individuelle de chaque nappe, est de 200 à 400 grammes environ, en fonction de l'épaisseur de paroi et de la hauteur des nappes.
A une distance de 5 cm de l'une des extrémités de chacune des tringles 404, une entretoise courte 448 lui est fixée en équerre. Cette entretoise 448, qui mesure 22 cm de long, 2 cm de large et 2 mm d'épaisseur, est libre entre les deux pans de la nappe repliée 402, son bord extérieur coïncidant avec les bords extérieurs de ces deux pans. De même, à 5 cm de l'extrémité opposée de chacune des barres de tension 406, est égale- ment fixée en équerre, dans les mêmes conditions, une autre entretoise courte 450, visible à travers l'arraché 451, identique à 448. De la sorte, à la base et au sommet des nappes 402i-β, repliées sur leurs tringles de suspension 404i-β, sont aménagées deux ouvertures diagonalement opposées 452-I-6 et 454i-6, de 20 cm de haut et de 2 mm de large, qui constituent les entrées et les sorties des plaques creuses 400i-6. Ces entrées et ces sorties demeurent constamment bien ouvertes et les épaisseurs internes de ces plaques à peu près constantes, du fait des tensions uniformément engendrées dans les pans libres des nappes, par les ressorts solidaires des poutres en appui sur leurs barres de tension et du fait d'un collage complémentaire des bords des ouvertures sur les entretoises longues 456, décrites ci-après. Les plaques creuses 400i-β sont séparées les unes des autres ou des deux panneaux d'assemblage et de maintien visés ci-après, par des espaces libres 403i-7, chacun de ces espaces étant bordé par une paire d'entretoises longues, telle 4562, de 2 mm d'épaisseur et 2 cm de large, en appui sur les deux poutres du châssis. Les entrées, telle 4573, de ces espaces inter-plaques 403 sont visibles sur la figure 13 cependant que leurs sorties sont cachées. L'ensemble formé, par les plaques creuses 400i-6 ainsi suspendues et tendues, par les espaces inter-plaques 4032-6 et par les deux espaces libres d'extrémités, bordés par des entretoises longues, telles 4562 et 4567, est assemblé par deux panneaux rigides (non représentés) reliés au moyen de tirants de serrage. De la sorte, les tringles de suspension 404, les entretoises courtes 448-450, les entretoises longues 456 et les barres de tension 406 pincent fortement les nappes 402 qui constituent les plaques creuses 400, leurs espaces inter-plaques 403 et les deux espaces libres d'extrémité. Dans ces conditions, un bloc de distillation est constitué qui présente une étanchéité latérale tout à fait suffisante, autour des entrées 452 et des sorties 454 des plaques creuses de distillation 400 et, dans le cas des espaces inter-plaques 403, de part et d'autre de leurs entrées 457 et de leurs sorties.
Les flèches 460, 462 et 464 représentent le courant d'air ascendant dans les trois étages de la chambre de traitement 401, à savoir dans la cheminée basse 426, à l'intérieur des plaques creuses 400 et dans la cheminée haute 436. La flèche 466 représente le courant d'air le long des parois de l'élément actif monobloc d'échange thermique 438 et la flèche 468, ce courant dans l'espace collecteur 443 de l'étage supérieur de la chambre de traitement. La flèche 470, visible au travers de l'arraché 472, pratiqué dans le pan arrière de la nappe 402i, représente le courant d'air descendant dans les espaces inter-plaques 403. Quant aux flèches 474, elles représentent les courants d'air sortant de ces espaces inter-plaques 403 et pénétrant dans l'espace collecteur 432 de l'étage inférieur de la chambre de traitement. La flèche 476 représente le courant d'air qui pénètre dans la cheminée basse 426 de la chambre 401. Les flèches 478, 479, 480 représentent le courant d'eau de mer à distiller qui entre, traverse et sort de l'élément actif d'échange thermique 438. Grâce à ces dispositions, cet alambic selon la figure 13, à diffusion de vapeur et à gaz incondensable caloporteur, circulant par convexion naturelle, fonctionne exactement dans les mêmes conditions que l'alambic de la figure 6. En outre, avec le nouveau modèle de plaque creuse, plane, mince et souple, utilisé, on retrouve en mieux tous les avantages fonctionnels de l'échangeur thermique monobloc de distillation, selon la présente invention, référencé 250 sur la figure 10A. En effet, un ensemble de plaques creuses 400 possède la même surface d'échange thermique de distillation par volume unitaire, soit 400 m2 par mètre cube, qu'un ensemble d'échangeurs monoblocs de distillation, mais en plus l'épaisseur des parois de ces plaques et de leur revêtement hydrophile est plus de trois fois inférieure à celle de ces échangeurs (0,15 au lieu de 0,50 mm). Ce qui améliore considérablement le rapport QA/ à prendre en compte, dans le calcul du QE de l'alambic, lequel atteint alors la valeur élevée 297 indiquée plus haut . De plus, si l'on compare le prix de fabrication du composant principal de ce nouveau modèle de plaques creuses 400, (à savoir, la nappe fine 402, sa tringle de suspension 404, sa barre de tension 406 et ses entretoises 450) à celui d'une grande plaque souple 140 de la figure 7 ou même à l'élément actif monobloc d'un échangeur thermique rigide de distillation 250, rapporté à la même surface d'échange, on constate que ce prix est remarquablement bas (moins de 1 €, pour une plaque de 50 dm2) et plusieurs fois inférieur à celui des deux autres modèles. En outre, on remarquera qu'il est relativement aisé d'éviter tout gonflement, dommageable pour l'efficacité de l'alambic, des parois planes et tendues des plaques creuses, souples et minces, 400, en choisissant convenablement, d'une part, les hauteurs des plaques creuses et des cheminées basse et haute de l'alambic, et d'autre part, l'épaisseur de ces parois et leur raideur aux températures concernées en fonction du polymère utilisé. Ce double choix a pour objet de faire en sorte que la différence entre les pressions dynamiques des courants d'air ascendant dans ces plaques creuses et descendant dans leurs espaces inter-plaques, circulant en circuit fermé, soit pratiquement négligeable (de l'ordre de 1 Pascal) devant la tension mécanique appliquée aux nappes constituant les parois de ces plaques.
Pour que le COP global d'un tel alambic soit amélioré, il est intéressant d'ajouter au bloc de distillation, formé par les plaques creuses de distillation 400i-6, un bloc de récupération de la chaleur des liquides distillé et concentré chauds, produits par cet alambic. Ce bloc de récupération thermique comprend deux groupes de plaques creuses auxiliaires minces, pourvues de revêtements hydrophiles, installées à la verticale. La surface totale des plaques auxiliaires d'un bloc de récupération thermique est d'environ dix fois inférieure à celle des plaques du bloc de distillation auquel il est associé. Ce rapport est une fonction inverse du coefficient d'efficacité de l'échange thermique réalisé par ces plaques auxiliaires. Ces plaques auxiliaires sont rigides et adaptées à supporter sans déformation les pressions hydrostatiques des liquides distillé et concentré qui doivent y circuler. A titre d'exemple, ce sont des panneaux alvéolaires rigides, du genre décrit plus haut à titre de variante des panneaux souples 140i-3 de la figure 7, pourvus de rondelles de raccordement 172 et 174. Ces rondelles forment des tranches de conduit d'alimentation, assemblées par des tirants tels que celui référencé 186 sur la figure 8. L'extrémité 184 du conduit bas d'alimentation de chaque groupe de plaques auxiliaires constitue l'entrée de ce groupe, reliée au tuyau d'aspiration d'un siphon, et l'extrémité de son conduit haut, la sortie de ce groupe reliée au tuyau d'évacuation de ce siphon. Le bloc de récupération thermique formé par ces deux groupes de plaques auxiliaires et par les tuyaux de leurs siphons ne sont pas représentés, pour ne pas surcharger le dessin et parce que ces tuyaux sont des composants banals, ajoutés à des composants originaux, parfaitement décrits et représentés par ailleurs. Les plaques creuses de ce bloc de récupération thermique ont mêmes longueur et largeur que les plaques creuses du bloc de distillation, et elles possèdent également des espaces inter-plaques à bords latéraux, rendus étanches par des entretoises. Ces deux blocs sont accolés et leurs composants sont enserrés et pinces par des panneaux rigides d'extrémité, reliés ensemble par des tirants d'assemblage.
De l'eau de mer, de préférence à température aussi basse que possible (par exemple, refroidie par des moyens naturels ou, à défaut, à Tu plutôt qu'à Tb), est répandue sur les revêtements des deux groupes de plaques creuses auxiliaires et une partie du courant d'air à la température T4 circule de haut en bas le long de ces revêtements. Les deux tuyaux d'aspiration des siphons, plongent respectivement dans la gouttière 416 de collecte de l'eau distillée et dans le réservoir 434 de collecte de la saumure concentrée et ils sont raccordés aux entrées des deux groupes de plaques du bloc de récupération thermique. Les deux tuyaux d'évacuation de ces siphons, sont reliés aux sorties de ces plaques creuses auxiliaires et ces tuyaux d'évacuation débouchent à bonne distance en dessous des niveaux de la gouttière 416 pour l'un et du réservoir 434 pour l'autre. Les liquides chauds qui circulent de bas en haut dans ces plaques creuses auxiliaires provoquent l'évaporation d'une partie de l'eau de mer répandue sur leurs revêtements. Les courants d'air refroidi qui circulent de haut en bas le long de ces revêtements emportent la vapeur ainsi produite et, à cette occasion, se réchauffent et se saturent. Les deux courants d'air chaud saturé, qui sortent des espaces inter-plaques de ces deux groupes de plaques creuses de récupération thermique, sont ajoutés à ceux qui sortent des espaces inter-plaques des plaques creuses de distillation. Le mélange est ensuite réchauffé et sursaturé et il prend la température Ti. Dans ces conditions, les températures des liquides distillé et concentré évacués sont relativement basses, de l'ordre de 400C, soit 150C au-dessus de la température usuelle Tu du liquide à distiller. Dans le cas usuel où les quantités d'eau distillée et de saumure produites sont égales, cela a pour résultat d'amener le COP général de l'alambic à s'élever jusqu'à 20.
En conséquence de tout ce qui vient d'être dit, un alambic solaire familial à air chaud saturé circulant par convection naturelle qui comprend (1) une chaudière solaire ayant 1 m2 de serre, laquelle produit 7 kWh thermiques par jour, (chaudière 120' de la fig.6) installée en lieu et place du tube de chauffage 422 de la fιg.13, (2) un bloc de distillation feuilleté, formé de 100 plaques creuses minces, souples et planes, (plaques 400 de 20 dm2 par face et un pas de 4,5 mm) et (3) un bloc de récupération thermique formé d'une dizaine de plaques creuses auxiliaires, peut assurer une production de 200 litres d'eau distillée par jour. Avec un petit brûleur à gaz de 35 kW, associé à un ou plusieurs tubes de chauffage appropriés 422, installés entre deux ensembles symétriques de blocs de distillation et de récupération thermique, chaque bloc comprenant 500 plaques creuses de distillation et 50 de récupération, identiques ou semblables aux plaques 400 de la fig.13 (chacune de 1 dm3 de volume actif), on peut construire un alambic pour petites collectivités qui aura (avec un COP de 20) une production d'eau distillée d'environ 20 m3 par jour. Une production identique d'eau distillée peut être fournie par un alambic pourvu, d'une part, d'un bloc de distillation de 2.000 plaques creuses planes tendues, de 1 m2 de surface par face, un pas de 4,5 mm et 10 m3 de volume actif total et, d'autre part, d'une chaudière solaire équipée d'une serre de 100 mètres carrés, produisant environ 700 kWh par jour. Avec ce dernier bloc de distillation, il est possible de construire un alambic, associé à une chaudière moyenne de 350 kW, qui produit environ 200 m3/jour. Une telle chaudière pourra être l'échangeur thermique de refroidissement du moteur Diesel d'une petite centrale électrique ou d'un navire. Une production d'eau douce de quelques milliers de m3/jour est possible avec un alambic à air chaud saturé, circulant par convection naturelle, comprenant une chaudière de quelques dizaines de MW, alimentant en parallèle les tubes de chauffage de plusieurs blocs de distillation, au volume actif total de quelques centaines de mètres cubes, pourvus d'autant de blocs de récupération thermique ayant quelques dizaines de mètres cubes de volume actif.
L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites.
L'efficacité des alambics selon l'invention découle de l'utilisation maximale de la chaleur qui leur est fournie, ce qui impose, en préalable, un calorifugeage optimal de leur chambre de traitement. Dans le cas des alambics solaires, nécessairement installés en plein air, un tel calorifugeage sera généralement réalisé sur place, au moyen d'une construction locale (en pisé, par exemple). Dans ce cas, la paroi extérieure de l'alambic sera un panneau peu épais, délimitant l'enceinte relativement étanche de l'alambic.
Au cas où l'alambic à diffusion de vapeur et contre-courant d'eau, selon la figure 3, ne pourrait pas, pour des raisons pratiques d'installation, fonctionner par thermosiphon, une pompe sera utilisée pour assurer la circulation du liquide caloporteur.
L'échangeur thermique 80 constitué par les conduits coaxiaux 318 et 320 de la figure 12B peut être remplacé par un échangeur thermique monobloc simple 250 ou 438.
Les plaques creuses planes 400, minces et souples, à parois tendues, de la figure 13, peuvent bien évidemment être utilisées pour constituer le bloc de distillation d'un alambic selon la figure 5. Dans le cas d'un alambic à convection naturelle et chaudière solaire, selon la figure 6, pourvu d'un réservoir 63' de collecte de la saumure chaude, lui assurant un fonctionnement complémentaire de nuit, seule l'eau distillée produite fera l'objet d'une récupération thermique. Dans tous les alambics à gaz caloporteur circulant par convection naturelle, des cheminées haute et basse de hauteurs importantes sont nécessaires pour engendrer cette convection naturelle d'une manière satisfaisante et ainsi obtenir un temps de transit adéquat t dans les plaques creuses de distillation. De telles hauteurs peuvent être inappropriées, pour un alambic familial. Mais dans ce cas, il est possible de corriger cet inconvénient en diminuant notablement ces hauteurs, tout en conservant le temps de transit t recherché. Cela se fait, en installant, moteur à l'extérieur, l'hélice d'un ventilateur (identique à celui 92 de la fig.5), en amont des entrées des espaces inter-plaques, dans l'espace haut inoccupé 443 de l'alambic de la fιg.13. La poussée exercée par cette hélice sur le courant d'air refroidi, qui vient de traverser, avec pertes de charge, les plaques creuses de distillation 400 et les espaces inter-plaques de l'échangeur thermique monobloc 438, compense ces pertes et propulse ce courant avec une vitesse et une pression adéquates dans les espaces inter-plaques et augmente ainsi le débit du courant d'air qui circule en circuit fermé. En ajustant une fois pour toutes, la vitesse de rotation de cette hélice, il est possible de régler la pression dynamique de ce courant d'air dans les espaces inter-plaques, afin que soit évitée toute déformation des parois des plaques creuses, qui serait dommageable à la bonne circulation en circuit fermé de ce courant d'air. En outre, si l'on souhaite qu'un tel alambic familial puisse devenir un meuble de cuisine, au même titre qu'un réfrigérateur, le tube de chauffage 422 décrit à la fig.13 et son alimentation (laquelle est un appareil généralement absent des cuisines) seront avantageusement remplacés par une source chaude particulière, facile à constituer dans une cuisine d'appartement ou sur un bateau de plaisance. Et cette source chaude, qui aura en plus une fonction complémentaire de propulseur, sera constituée par un tube de chauffe, producteur de jets de vapeur, installé comme le tube 422. Ce tube aura un faible diamètre intérieur (2 cm, par exemple), il sera fermé à une extrémité et pourvu d'orifices calibrés, percés à intervalles réguliers (5 cm, par exemple) le long d'une génératrice. Ce tube sera installé à bonne distance en amont des entrées des plaques creuses, de façon que les jets de vapeur qu'il produit soient, d'une part, correctement dirigés et, d'autre part, capables de se disperser dans le courant de gaz avant que celui-ci ne pénètre dans les plaques creuses. Ces jets de vapeur auront, par exemple, une température de 1010C et une pression juste un peu supérieure (40 hPa) à la pression atmosphérique. Ils seront éjectés à une vitesse de 110 m/s. Et ils auront un débit suffisant pour pouvoir ajouter 2 à 5°C, à la température T2 du courant d'air sortant des espaces inter-plaques, et ainsi saturer ce courant d'air tout en l'amenant à une température Ti optimale ou simplement efficace, à l'entrée des plaques creuses. De plus, ces jets de vapeur produiront une poussée ascendante, complémentaire de celle engendrée par la convection naturelle et, le cas échéant, de la poussée descendante produite par l'hélice d'un ventilateur. On notera qu'un tel tube de chauffe à jets de vapeur peut, (à titre de source chaude complémentaire, opérant à chaque fois que cela est nécessaire) être installé en amont des entrées des plaques creuses, lorsque l'alambic comporte une chaudière solaire telle que celle référencée 120' sur la fig.6.
La vapeur qui alimentera ce tube de chauffe à jets de vapeur sera produite, en toute sécurité, par une simple bouilloire raccordée à ce tube par un tuyau calorifuge. Cette bouilloire contiendra de l'eau distillée et elle sera chauffée par tout moyen de chauffage disponible dans la cuisine ou, plus généralement, au voisinage de l'alambic. Dans le cas où l'on recherchera une production d'eau distillée pendant une durée importante (quelques heures, par exemple), la bouilloire sera une marmite pourvue d'un couvercle, adapté à lui être fixé d'une manière étanche. Ce couvercle comportera une prise d'eau et une prise de vapeur, destinée à être raccordée par un tuyau à l'extrémité libre du tube à jets de vapeur. La prise d'eau sera prolongée par un conduit, terminé par un obturateur à pointeau solidaire d'un flotteur (semblable ou équivalent à celui 356-358 des figures 11 et 12), afin que cette marmite puisse opérer à niveau constant. Et la prise d'eau de cette bouilloire sera alimentée par un tube ouvert à l'air libre (semblable au tube 113' de la figure 6), connecté à la gouttière de sortie de l'alambic et pourvu d'un déversoir, débouchant au-dessus d'une réserve d'eau distillée. La quantité d'eau distillée, ainsi consommée par la bouilloire, diminuera d'un point le COP de l'alambic. Mais cela n'a guère d'importance, avec un alambic selon l'invention, tel que celui décrit à la figure 13, qui généralement possède un COP d'au moins 15. Cette solution peut évidemment s'appliquer aussi à des alambics pour collectivités, de puissance très supérieure, et ce tube de chauffe à jets de vapeur pourra alors être utilisé seul ou associé à une autre source chaude.
Un tel alambic familial, pourvu à la fois de cheminées haute et basse relativement courtes, d'un tube à orifices calibrés produisant des jets de vapeur et, le cas échéant, d'un ventilateur, constitue un appareil domestique de taille réduite, produisant de l'eau distillée à des conditions économiques intéressantes. Un tel appareil est particulièrement bien adapté à l'équipement des bateaux de plaisance et des cuisines des appartements des immeubles de certaines grandes villes modernes du littoral (telles Hong Kong ou Singapour), où sévit continuellement une certaine pénurie d'eau douce et où, pour pouvoir faire face à cette insuffisance chronique, de l'eau de mer est également distribuée pour alimenter les chasses d'eau des toilettes.
Lorsque la température de l'eau à distiller disponible est relativement élevée, supérieure à 35°C, par exemple, comme cela est le cas dans certains déserts, dont le sous-sol contient de l'eau saumâtre, il est nécessaire, pour qu'un alambic à diffusion de vapeur et contre-courant d'air fonctionne d'une manière optimale, d'abaisser notablement cette température avant de la faire entrer dans l'appareil. Pour ce faire, on utilisera les grandes plaques rectangulaires creuses 140, à revêtement hydrophile, décrites à la figure 7, en les transformant en réfrigérateur naturel. Le liquide à distiller circulera par gravité à l'intérieur de ces plaques et, par gravité et capillarité, dans leur revêtement hydrophile. En installant ces plaques à l'ombre, avec un bon écart entre elles, l'air sec du désert (ou de tout autre région aride) provoquera une évaporation continue d'une bonne partie de l'eau qui s'écoule dans le revêtement, ce qui aura pour effet de refroidir l'eau qui circule à l'intérieur. La température minimale susceptible d'être atteinte par un tel réfrigérateur naturel est la température du point de rosée de l'air ambiant (soit inférieure à 1O0C, pour de l'air sec).
Comme cela a été dit dans la demande PCT afférente à l'invention antérieure, le gaz incondensable, utilisé dans un alambic à diffusion de vapeur, peut ne pas être de l'air pur mais un mélange d'air et d'un gaz susceptible de parfaire l'élimination des germes infectieux que pourrait contenir l'eau à distiller entrant dans un alambic à diffusion de vapeur selon la présente invention. En effet, des mesures, réalisées dans un laboratoire officiel, ont prouvé qu'une distillation, effectuée au moyen d'un tel alambic, pouvait transformer en eau potable, l'eau polluée résultant d'un traitement par lagunage des eaux usées d'une ville moyenne.
Si l'invention concerne principalement des procédés et des appareils de production d'eau douce, à partir d'eau de mer, d'eau saumâtre ou d'eau polluée, elle intéresse également les industries alimentaires et chimiques, pour produire de liquides concentrés, tels que sirops ou saumures. Il est en effet particulièrement intéressant, de récupérer l'énergie thermique des effluents chauds des usines concernées, pour économiser d'importants frais d'évaporation des différents liquides à concentrer.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de distillation à multiple effet, destiné à séparer de leur solvant liquide des matières en solution, notamment pour produire de l'eau douce ou des concentrés, dans lequel :
- des échanges thermiques sont effectués à contre-courant par un fluide caloporteur unique, liquide ou gazeux, circulant en circuit fermé le long de surfaces, respectivement chaudes Sc et froides Sf, liées par une conductance thermique importante ;
- lesdites surfaces Sc et Sf sont des faces de parois de plaques creuses minces d'échange thermique de distillation, installées en grand nombre, verticales ou inclinées, dans une chambre de traitement calorifugée, comportant des espaces inter-plaques étroits, de largeur sensiblement constante, remplis d'un gaz iπconden- sable, notamment d'air à pression atmosphérique ; caractérisé en ce que : .
- le fluide caloporteur circule, dans un premier sens ascendant ou descendant, le long des surfaces Sc, en passant d'une température initiale élevée Ti à une température finale T3 inférieure à Ti puis, dans un second sens inverse du premier, le long des surfaces Sf, en passant d'une température initiale T4, inférieure à T3, à une température finale T2, supérieure à T4 et inférieure à Ti; - en haut des faces externes des parois des plaques creuses, à l'intérieur desquelles le fluide caloporteur circule dans ledit premier sens, du liquide à distiller est répandu qui s'étale et descend lentement en couches fines le long de ces faces externes ;
- sous l'action du courant de fluide caloporteur circulant dans ledit premier sens, une partie du liquide à distiller répandu sur lesdites faces externes s'évapore, cependant que ce courant se refroidit, passant de Ti à T3, et que la vapeur produite diffuse dans le gaz incondensable présent dans les espaces inter-plaques ;
- sous l'action du courant de fluide caloporteur, circulant dans ledit second sens, la vapeur diffusée dans le gaz incondensable se condense, cependant que ce courant se réchauffe, passant de T4 à T2, sous l'effet d'une récupération d'une partie importante de la chaleur latente de condensation de la vapeur diffusée ;
- une source chaude est disposée entre les extrémités les plus chaudes des surfaces Sc et Sf, pour augmenter la température du fluide caloporteur de T2 à Ti ;
- une source froide est disposée entre les extrémités les moins chaudes de ces mêmes surfaces S0 et Sf, pour abaisser la température du fluide caloporteur de T3 à T4 ;
- un écart local sensiblement constant de flux d'enthalpie dH est établi entre les surfaces S0 et Sf, en donnant des amplitudes appropriées aux échanges thermiques respectivement effectués entre le fluide caloporteur et lesdites sources chaude et froide ;
- les températures optimales du fluide caloporteur Ti, T2 et T3, T4, aux extrémités de ces mêmes surfaces, sont déterminées à partir du maximum du Critère Intrinsèque d'Efficacité QE = Q2/P.V de l'installation, Q étant la puissance thermique de distillation échangée, P étant la puissance thermique fournie par la source chaude et V, le volume actif de l'installation .
2. Procédé de distillation à diffusion de vapeur, selon la revendication 1 , dans lequel :
- le fluide caloporteur est le liquide à distiller ;
- les plaques creuses minces d'échange thermique de distillation sont chaudes ou froides et elles sont alternativement installées dans la chambre de traitement calorifugée, les faces internes de leurs parois
5 respectives constituant lesdites surfaces chaudes S0 et froides Sf ;
- du liquide à distiller est répandu sur les faces externes des parois des seules plaques chaudes ; caractérisé en ce que :
- le liquide caloporteur circule, dans un premier sens ascendant ou descendant, à l'intérieur des plaques chaudes, il y entre très chaud à la température Ti et il en sort refroidi à la température T3, après avoir provoqué
0 une évaporation partielle du liquide à distiller en écoulement sur les faces externes des parois de ces plaques chaudes ;
- à la sortie de ces plaques chaudes, le liquide caloporteur à la température T3 est refroidi jusqu'à la température T4 ;
- ensuite, le liquide caloporteur à la température T4 entre à l'intérieur des plaques froides où il circule dans un 5 second sens inverse du premier en provoquant, sur les faces externes des parois de ces plaques froides, une condensation de la vapeur diffusée à travers la lame de gaz incondensable de l'espace inter-plaques et en récupérant une partie de la chaleur de condensation de cette vapeur pour se réchauffer, et finalement il sort des plaques froides à la température T2 ;
- au cours de ces opérations, les flux de chaleur traversent les parois des plaques chaudes et froides ainsi que O les lames immobiles de gaz incondensable qui les séparent ;
- le liquide distillé descend le long des faces externes des parois des plaques froides, cependant que le liquide concentré descend le long des faces externes des parois des plaques chaudes ;
- la température optimale Ti du liquide caloporteur, à l'entrée des plaques chaudes, est aussi peu que possible inférieure à la température d'ébullition de ce liquide à pression atmosphérique ; 5 - la température optimale T3 du liquide caloporteur, à la sortie des plaques chaudes, est relativement élevée et située dans une plage qui correspond à une zone entourant le maximum du Critère Intrinsèque d'Efficacité GE de l'installation ;
- les écarts de température (T1-T2) et (T3-T4) sont faibles, avec (T1-T2) un peu supérieur à (T3-T4) .
0 3. Procédé de distillation à diffusion de vapeur et liquide caloporteur, selon la revendication 2, caractérisé en ce que :
- la correspondance, entre la plage optimale des températures T3 et le maximum de QE, est réalisée par l'intermédiaire de leurs relations respectives avec une variable composite tdT, dans laquelle t est le temps de transit du liquide caloporteur dans les plaques et dT, l'écart de température entre les liquides circulant dans les 5 plaques froides et chaudes ;
- l'écart optimal de température dT est établi par un ajustement du rapport entre la puissance de chauffe de la source chaude et le débit massique D de liquide caloporteur circulant ;
- la valeur optimale choisie pour dT est relativement élevée lorsque le coût unitaire de l'énergie thermique, aisément disponible sur le lieu de mise en œuvre du procédé, est relativement faible ; -0 - la plage intéressante de la température T3 est à peu près l'intervalle 58 à 78°C, lorsque le liquide à distiller est de l'eau ; - le temps de transit optimal t du fluide caloporteur dans les plaques d'échange thermique est établi par ajustement du débit massique D du liquide caloporteur circulant en boucle fermée.
4. Procédé de distillation à diffusion de vapeur et liquide caloporteur, selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le liquide caloporteur circule, par thermosiphon ou par pompage, de haut en bas à l'intérieur des plaques creuses chaudes et de bas en haut à l'intérieur des plaques creuses froides, caractérisé en ce que :
- un échange thermique de réchauffement est effectué entre le débit d de liquide à distiller entrant dans l'installation à la température Tu et les deux débits de liquides distillé et concentré qui en sortent, de manière à porter la température de ce débit d à une valeur intermédiaire optimale TL2, relativement élevée ; - un mélange est effectué entre ce débit entrant d ainsi réchauffé et le débit D de liquide caloporteur sortant des plaques chaudes à la température T3, le rapport d/D étant ajusté de. façon que le mélange ainsi réalisé soit à une température T4 optimale, à l'entrée des plaques froides .
5. Procédé de distillation à diffusion de vapeur et liquide caloporteur, selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que :
- le liquide caloporteur circule par thermosiphon, de bas en haut à l'intérieur des plaques creuses chaudes et de haut en bas à l'intérieur des plaques creuses froides,
- le débit d de liquide à distiller entrant à la température Tu est ajouté au débit D de liquide caloporteur sortant à la température T3 des plaques chaudes, le rapport d/D étant ajusté de façon que le mélange ainsi réalisé soit à une température T4 optimale à l'entrée des plaques froides ;
- un débit d de liquide à la température T3 ou T4 est répandu en haut des faces externes des plaques chaudes.
6. Procédé de distillation à diffusion de vapeur, selon la revendication 1, dans lequel :
- le fluide caloporteur est ledit gaz incondensable, saturé en vapeur du liquide à distiller ; - du liquide à distiller est répandu en haut des faces externes des parois de toutes les plaques creuses d'échange thermique de distillation, ces faces externes constituant lesdites surfaces froides Sf cependant que les faces internes des parois de ces plaques constituent lesdites surfaces chaudes S0 ; caractérisé en ce que :
- le courant de gaz caloporteur à température Ti entre à l'intérieur de toutes les plaques creuses de distillation, où il circule dans un premier sens ascendant ou descendant, cependant qu'une partie de sa vapeur se condense sur les faces internes des parois des plaques, que des flux de chaleur, dus à une récupération quasi totale de la chaleur latente de condensation, traversent les parois des plaques pour évaporer une partie du liquide en écoulement sur les faces externes de ces parois et que, de ce fait, ce courant de gaz se refroidit et finalement sort des plaques creuses à la température T3 ; - à la sortie de ces plaques, ce courant de gaz caloporteur à température T3 est, par échange thermique, refroidi jusqu'à la température T4 et le liquide distillé, condensé à cette occasion, est récupéré ;
- ensuite, ce courant de gaz caloporteur à température Tt entre dans les espaces inter-plaques, où il circule dans un second sens inverse du premier, en emportant la vapeur produite dans ces espaces et en se réchauffant, finalement il sort de ces espaces à la température T2 ; - le liquide distillé, condensé sur les faces internes des parois des plaques creuses, descend le long de ces faces internes cependant que le liquide concentré descend le long des faces externes de ces parois ; - la température optimale Ti du courant de gaz caloporteur, à l'entrée des plaques creuses, est située dans une large plage entourant le maximum du Critère Intrinsèque d'Efficacité CIE de l'installation;
- la température T4 du courant de gaz caloporteur, à l'entrée des espaces inter-plaques, est optimale lorsque, par un refroidissement approprié, elle est rendue aussi proche que possible de la température minimale de la source froide naturelle disponible sur place ;
- l'écart de température (T1-T2) est faible et l'écart (T3-T4), important.
7. Procédé de distillation à diffusion de vapeur et gaz caloporteur, selon la revendication 6, caractérisé en ce que : - la correspondance entre la plage optimale des températures Ti et la zone du maximum de CIE est réalisée par l'intermédiaire de leurs relations respectives entre une variable composite t.dH/V, dans laquelle t est le temps de transit du gaz caloporteur dans les plaques creuses et dH un écart local sensiblement constant de flux d'enthalpie, entre les faces internes et externes des parois des plaques creuses ;
- la plage intéressante de la température Ti est à peu près comprise entre 74° et 910C; - l'écart local optimal de flux d'enthalpie dH, entre les faces internes et externes des parois des plaques creuses, est établi par ajustement du rapport entre la puissance de chauffe de la source chaude et le débit massique D du gaz caloporteur circulant ;
- la valeur optimale de l'écart dH est plus élevée, lorsque le CIE et le coût de l'énergie thermique, aisément disponible sur place, sont relativement faibles ; - le temps de transit optimal t du courant de gaz caloporteur dans les plaques creuses est établi par ajustement du débit massique D de ce courant de gaz.
8. Procédé de distillation à diffusion de vapeur et à gaz caloporteur, selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que, suivant un premier ensemble de dispositions, - le courant de gaz à température Ti est introduit en haut des plaques creuses de distillation et il en sort par le bas à la température T3 ;
- à la sortie des plaques creuses de distillation, ce courant de gaz à température T3 est soumis à un premier échange thermique de refroidissement, assuré par une source froide à la température Tu, constituée par le débit entrant de liquide à distiller, afin que, compte-tenu des caractéristiques massiques et thermiques respectives de ce courant de gaz et de ce débit de liquide, la température T3 du courant de gaz soit abaissée jusqu'à une température optimale T4 et la température du liquide portée à Tu ;
- après cet échange thermique, le liquide à distiller à température Tι_2 est réchauffé par une source chaude;
- le courant de gaz à température Tt est introduit en bas des espaces inter-plaques et il en sort par le haut à la température T2 ; - le courant de gaz circule en circuit fermé dans les plaques creuses et dans les espaces inter-plaques, sous l'action d'au moins un propulseur ;
- à la sortie des espaces inter-plaques, le courant de gaz à température T2 est réchauffé et saturé en vapeur, par un contact physique adéquat avec le liquide à distiller réchauffé par la source chaude, de manière à prendre une température Ti, optimale ou simplement efficace ; - après son contact physique avec le courant de gaz à température T2, le liquide à distiller est répandu, à température proche de Ti, en haut des faces externes des parois des plaques creuses, et il en sort à une température proche de T4 ; - le liquide distillé, condensé au cours dudit échange thermique de refroidissement et celui, condensé sυr les faces internes des plaques creuses, sont collectés, évacués et récupérés ;
- le liquide concentré est recueilli en bas des faces externes des parois de ces plaques puis il est évacué et, le cas échéant, récupéré.
9. Procédé de distillation à diffusion de vapeur et gaz caloporteur, selon la revendication 8, caractérisé en ce que :
- lesdites plaques creuses de distillation formant un nombre important N de plaques, un petit courant de gaz caloporteur à température Ti est introduit dans un nombre réduit n de plaques creuses auxiliaires de réchauffement, pour participer à un deuxième échange thermique, destiné à réchauffer le liquide à distiller sortant d'un troisième échange thermique ;
- le débit de liquide à distiller qui sort réchauffé de ce deuxième échange thermique est introduit dans la chambre de chauffe de la chaudière, en lieu et place de celui sortant précédemment du premier échange thermique ; - en sortant de ces n plaques creuses de réchauffement, le petit courant refroidi de gaz caloporteur est mélangé avec le courant de gaz caloporteur sortant des N plaques creuses de distillation, puis le mélange est soumis audit premier échange thermique, pour en sortir à ladite température T4 ;
- le liquide à distiller sortant du premier échange thermique est réchauffé, au cours dudit troisième échange thermique, par le liquide distillé qui s'est condensé sur les faces internes des parois des (N+n) plaques ; - les débits de liquides distillés, produits en sortie de ces (N+n) plaques creuses et au cours du premier échange thermique, sont mélangés puis évacués et récupérés.
10. Procédé de distillation selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que :
- la source chaude est une chaudière pourvue d'une chambre de chauffe opérant à niveau de liquide constant et adaptée à produire du liquide très chaud et des jets de vapeur ;
- le liquide à distiller très chaud est étalé sur un support, afin d'être balayé par le courant de gaz caloporteur à la température T2 ;
- les jets de vapeur constituent des propulseurs destinés à faire circuler le courant de gaz caloporteur en circuit fermé et à contre sens de la convection naturelle, et, en outre, à réchauffer et sursaturer ce courant pour l'amener à une température Ti optimale ou simplement efficace ;
- la puissance de chauffe de la chaudière est variable et les débits de liquide chaud et de vapeur sont réglés en ajustant cette puissance.
11. Procédé de distillation à diffusion de vapeur et gaz caloporteur, selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que, suivant un second ensemble de dispositions ,
- le courant de gaz saturé à la température Ti est introduit en bas des plaques creuses de distillation et il en sort par le haut à la température T3 ;
- à la sortie des plaques creuses de distillation, ce courant de gaz est soumis à un échange thermique de refroidissement, assuré par une source froide à température TLI, constituée par le débit entrant de liquide à distiller, afin que, compte-tenu des caractéristiques massiques et thermiques de ce courant de gaz et de ce débit de liquide, la température T3 du courant de gaz soit abaissée jusqu'à une température optimale T4 et la température du liquide portée à TL2 , - après cet échange thermique, le liquide à distiller à température TLI OU TL2 est répandu en haut des faces externes des parois des plaques creuses, il descend le long de ces faces externes et il les quitte à une température proche de T2 ;
- le courant de gaz à température T4 est introduit en haut des espaces inter-plaques et il en sort par le bas à la température T2 ;
- à la sortie des espaces inter-plaques, le courant de gaz à température T2 est soumis à l'action d'une source chaude, afin d'être réchauffé, saturé en vapeur et porté à une température Ti optimale ou simplement efficace ;
- le courant de gaz à température Ti est introduit en bas des plaques creuses et, au moins par convection naturelle, il monte à l'intérieur de ces plaques puis il en sort par le haut, il traverse ensuite une zone où il subit ledit échange thermique de refroidissement puis, à température T4, il entre et descend par gravité dans les espaces inter-plaques ;
- le liquide distillé, condensé au cours de l'échange thermique de refroidissement, et celui condensé le long des faces internes des parois des plaques creuses sont collectés puis évacués ; - le liquide concentré est collecté au bas des espaces inter-plaques, en vue d'une évacuation immédiate ou différée.
12. Procédé de distillation selon la revendication 11, caractérisé en ce que,
- en sortant des espaces inter-plaques, le liquide concentré est réchauffé par une source chaude ; - le courant de gaz sortant de ces espaces inter-plaques est réchauffé et saturé par un contact physique adéquat avec le liquide concentré, réchauffé par cette source chaude ;
- le liquide un peu plus concentré, qui résulte de l'opération précédente, est le cas échéant collecté dans un réservoir, d'où il est évacué d'une manière périodique.
13. Procédé de distillation selon la revendication 11 , caractérisé en ce que :
- avant d'être évacué d'une manière continue, le liquide distillé collecté circule de bas en haut dans un petit groupe de plaques creuses auxiliaires de récupération thermique, séparées par des espaces inter-plaques étroits ;
- le cas échéant, il en est de même pour le liquide condensé collecté ; - ces plaques creuses auxiliaires de récupération thermique sont à la fois rigides, minces et pourvues de revêtements extérieurs, hydrophiles ou mouillables ;
- du liquide à distiller, de préférence aussi froid que possible, est répandu en haut de ces revêtements ;
- une partie du courant de gaz à la température T4 circule de haut en bas le long de ces revêtements ainsi humidifiés ; - le courant de gaz chaud saturé qui quitte ces revêtements est ajouté à celui qui sort des espaces interplaques des plaques creuses de distillation, puis le mélange est réchauffé et saturé afin de prendre une température Ti efficace ou optimale ;
- les liquides distillé et concentré sortent refroidis en haut de ces plaques creuses auxiliaires de récupération thermique puis ils sont évacués et au moins l'un d'entre eux est récupéré.
14. Procédé de distillation selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que :
- la source chaude concernée est une chaudière solaire, adaptée à chauffer un tapis hydrophile mince, incliné en fonction de la latitude du lieu d'installation ;
- le liquide chaud concentré, qui coule des espaces inter-plaques, aboutit à une gouttière dans laquelle est immergée la partie supérieure de ce tapis hydrophile ;
- le liquide chaud concentré qui s'écoule de ce tapis hydrophile est recueilli dans un réservoir calorifuge, dont la surface est à la fois découverte et aussi grande que possible et la profondeur suffisante pour qu'il puisse contenir tout le liquide concentré produit au cours d'une journée;
- le courant de gaz, qui sort des espaces inter-plaques, est dirigé vers la surface du liquide chaud contenu dans ce réservoir, afin d'en effectuer un balayage et bénéficier ainsi d'un préchauffage ;
- ensuite, le courant de gaz ainsi préchauffé lèche ce tapis hydrophile, chauffé pendant le jour et constamment humidifié par le liquide concentré, afin d'être réchauffé et saturé, avant de pénétrer en bas des plaques creuses de distillation ;
- le réservoir est vidé tous les matins, afin qu'une distillation complémentaire limitée puisse être effectuée pendant la nuit.
15. Procédé de distillation selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que la source chaude concernée est un tube de chauffage, pourvu d'un revêtement hydrophile à pans dégagés, sur lequel est déversé le liquide concentré qui s'écoule des espaces inter-plaques, le liquide très concentré produit étant évacué en continu.
16. Procédé de distillation selon la revendication 11 , caractérisé en ce que :
- la source chaude concernée est constituée par des jets de vapeur, installés à bonnes distance et orientation, en amont des entrées des plaques creuses ; - ces jets de vapeur réchauffent et saturent le courant de gaz sortant des espaces inter-plaques et, de plus, ils constituent des propulseurs auxiliaires qui augmentent la vitesse de circulation par convection naturelle de ce courant et peuvent ainsi donner une valeur optimale au temps de transit de ce courant de gaz dans les plaques creuses ;
- le liquide concentré sortant des espaces inter-plaques est collecté et évacué en continu.
17. Procédé de distillation selon les revendications 11 ou 16, caractérisé en ce que un ventilateur est utilisé juste en amont des espaces inter-plaques, pour augmenter le débit circulant.
18. Alambic, notamment pour produire de l'eau douce ou des concentrés, selon le procédé de distillation de la revendication 4, comprenant :
- un bloc de distillation, à diffusion de vapeur et liquide caloporteur, constitué par un grand nombre de plaques creuses minces, alternativement chaudes (10) ou froides (12), à revêtement hydrophile ou mouillable, installées, verticales ou inclinées, dans une chambre de traitement calorifugée, avec des espaces inter-plaques étroits (14), remplis d'un gaz incondensable, notamment d'air à pression atmosphérique; - des moyens pour faire circuler le liquide à distiller, en circuit fermé et en fluide caloporteur, de haut en bas à l'intérieur des plaques chaudes puis de bas en haut, à l'intérieur des plaques froides ;
- une source chaude (17-18-19), disposée entre les extrémités hautes des plaques froides et chaudes ; - une source froide (20-22) , disposée entre les extrémités basses des plaques chaudes et froides ;
- des moyens (11a-b et 13 a-b) pour respectivement raccorder les extrémités hautes et basses des plaques (10-12) à l'entrée et à la sortie des sources chaude et froide ;
- des moyens (11c) pour répandre du liquide à distiller chaud, en haut des faces externes des plaques chaudes ;
- des moyens (32) pour recueillir le liquide distillé qui descend le long des faces externes des parois des plaques froides et des moyens semblables (30) pour recueillir le liquide concentré qui descend le long des faces externes des parois plaques chaudes (10) ; caractérisé en ce qu'il comporte : - une source chaude (17), adaptée à porter la température du liquide à distiller à une valeur aussi proche que possible de sa température d'ébullition à pression atmosphérique ;
- un échangeur thermique (22) comportant une enveloppe (28) enfermant deux éléments actifs (24-26), ces éléments étant de préférence du genre monobloc à multiples replis creux (250) ;
- un réservoir (36) contenant le liquide à distiller, disposé au-dessus des plaques et relié à l'entrée de l'enveloppe (28) ; et en ce que :
- les moyens (30-32) de collecte des liquides distillé et concentré sont reliés aux entrées des éléments actifs (24-26) et les sorties de ces éléments aboutissent respectivement à des gouttières d'évacuation (38-40) ;
- la sortie de l'enveloppe (28) est reliée à une entrée d'un mélangeur (20), dont l'autre entrée est reliée, par le dispositif de raccordement (11b), à la sortie des plaques chaudes (10), et la sortie de ce mélangeur (20), est reliée par le dispositif de raccordement (13b) à l'entrée des plaques froides (12), la température du liquide caloporteur étant alors T4 ;
- les moyens, pour faire circuler le liquide caloporteur dans les plaques creuses (10-12), sont adaptés à déterminer un temps de transit t de ce liquide dans ces plaques, qui donne à la variable composite t.dT une valeur correspondant à la température optimale T3.
19. Alambic à diffusion de vapeur et liquide caloporteur selon la revendication 18, caractérisé en ce que les moyens pour faire circuler le liquide à distiller dans les plaques creuses sont constitués soit par une pompe soit par la convection naturelle engendrée par une différence de niveaux appropriée entre, d'une part, les extrémités hautes des plaques chaudes (10) et froides (12) et, d'autre part, les embouchures d'entrée et de sortie de la chambre de chauffe (19) d'une chaudière (18), installée en dessous.
20. Alambic, notamment pour produire de l'eau douce ou des concentrés, selon le procédé de distillation de la revendication 5, comprenant : - un bloc de distillation, à diffusion de vapeur et liquide caloporteur, constitué par un grand nombre de plaques creuses minces, alternativement chaudes (10') ou froides (12'), à revêtement hydrophile ou mouillable (16'), installées, verticales ou inclinées, dans une chambre de traitement calorifugée, avec des espaces interplaques étroits (14'), remplis d'un gaz incondensable, notamment d'air à pression atmosphérique;
- une gouttière (32") pour recueillir le liquide distillé qui descend le long des faces externes des parois des plaques froides (12') et une autre (30'), pour recueillir le liquide concentré qui descend le long des faces externes des parois plaques chaudes (10'), caractérisé en ce que : - le conduit d'entrée (11 'a) des plaques chaudes (10') et le conduit de sortie (13'a) des plaques froides (12') sont situés en bas de ces plaques ;
- le conduit de sortie (11'b) des plaques chaudes (10') et le conduit d'entrée (13'b) des plaques froides (12') sont situés en haut de ces plaques ; - la chambre de chauffe (19') d'une chaudière (18'), disposée entre le conduit de sortie (13'a) des plaques froides (12') et le conduit d'entrée (11 'a) des plaques chaudes (10'), engendre dans ces plaques une circulation en circuit fermé, par convection naturelle ;
- des becs verseurs (11'c), branchés sur le conduit de sortie (11'b) des plaques chaudes (10'), sont installés au-dessus des revêtements (16') de ces plaques ; - un réservoir (36'), contenant le liquide à distiller, est disposé au-dessus des plaques (1O'-12'), ;
- un mélangeur (20'), disposé sous le réservoir (32') et au-dessus des plaques (1O'-12'), comporte une entrée reliée à la sortie de ce réservoir (36'), une autre, reliée au conduit de sortie (11'b) des plaques chaudes (10'), et une sortie, raccordée au conduit d'entrée (13'b) des plaques froides (12')
- la source chaude (17') de la chaudière (18') est adaptée à porter la température du liquide à distiller à une valeur aussi proche que possible de sa température d'ébullition à pression atmosphérique;
- un robinet (34'), installé entre le réservoir (36') et le mélangeur (20'), est adapté à régler le débit entrant du liquide à distiller et l'écart de température (T3-T4).
21. Alambic, à diffusion de vapeur et gaz caloporteur, notamment pour produire de l'eau douce ou des concentrés, selon le procédé de distillation de la revendication 8 comprenant :
- un bloc de distillation, constitué par un nombre important N de plaques creuses minces, grandes et séparées (54) ou petites et solidaires (256- 250), et d'espaces inter-plaques étroits (58 ou 260), remplis d'un gaz incon- densable, notamment d'air à pression atmosphérique, constituant ledit gaz caloporteur, ;
- des moyens de propulsion pour faire circuler, en circuit fermé, le gaz caloporteur saturé, de haut en bas à l'intérieur des plaques creuses et de bas en haut dans leurs espaces inter-plaques ;
- des moyens pour répandre le liquide à distiller chaud, en haut des plaques (54 ou 256) ;
- des moyens pour recueillir le liquide distillé, condensé sur les faces internes des plaques, et des moyens pour recueillir le liquide condensé qui s'écoule le long de leurs faces externes ;
- une source chaude, disposée entre les extrémités hautes des plaques et des espaces inter-plaques, et une source froide, disposée entre leurs extrémités basses ; caractérisé en ce que :
- la source chaude est installée juste au-dessus des plaques (54 ou 256-293), au milieu du courant de gaz caloporteur sortant des espaces inter-plaques pour entrer à l'intérieur des plaques creuses (54 ou 256-293), afin de porter les températures de ce courant de T2 et Ti et, à cette occasion, de le sursaturer en vapeur; - cette source chaude comprend un plateau, le cas échéant recouvert d'un tapis spongieux (100 ou 361), pourvu d'un fond percé de petits trous, associés à des conduits et/ou mèches de répartition (102 ou 362), ce plateau étant installé sous un ou plusieurs tubes de soutirage (124 ou 348) du liquide à distiller chaud présent dans la chambre de chauffe (118 ou 336) d'une chaudière (120 ou 338) ;
- la source froide est constituée par un premier échangeur thermique (80 ou 318) comportant un élément actif (84 ou 318), enfermé dans une enveloppe (82 ou 320) ;
- l'entrée de cet élément actif (84 ou 318) est reliée à un réservoir (76 ou 314) de liquide froid à distiller, le cas échéant, à travers un dispositif auxiliaire de refroidissement naturel, et sa sortie, reliée par des moyens appropriés (86 et/ou 66 ou 326) à l'entrée de la chambre de chauffe (118 ou 336) de la chaudière (120 ou 332) ;
- l'entrée de l'enveloppe (82 ou 320) est reliée à la sortie des N plaques creuses séparées (54) ou solidaires (256-293) et sa sortie, à l'entrée des espaces inter-plaques (58 ou 260) ; les moyens de propulsion sont constitués par un ventilateur (92), installé en amont des entrées des espaces inter-plaques (58), et/ou par des jets de vapeur (347), engendrés en amont des entrées des plaques creuses (293) ;
- l'enveloppe (82 ou 320) comporte un conduit (83 ou 376) d'évacuation de l'eau distillée produite, qui coopère avec les moyens (108-115 ou 378) destinés à recueillir celle qui s'écoule en bas des (N) plaques creuses.
22. Alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur, selon la revendication 21 , caractérisé en ce que :
- un nombre réduit n de plaques creuses auxiliaires (63 ou 294) est installé au voisinage des N plaques creuses du bloc de distillation, pour constituer un deuxième échangeur thermique à contre-courant, entre une petite partie de gaz caloporteur, saturé à température Ti et le débit de liquide à distiller qui sort d'un troisième échangeur thermique (88 ou 294), disposé entre la sortie du premier échangeur thermique (80 ou 318) et les moyens de collecte (108-112 ou 320) des liquides distillés qui s'écoulent sur les faces internes des parois des (N+n) plaques creuses (54 et 63 ou 293 et 295) ;
- les N plaques creuses du bloc de distillation (54 ou 293) et les n plaques auxiliaires (63 ou 294) débouchent sur un conduit de sortie commun, raccordé à l'enveloppe (82 ou 320) du premier échangeur thermique (80 ou 318-320) ;
- le liquide distillé qui sort des n plaques auxiliaires (63 ou 294) est ajouté à ceux qui sortent des N plaques de distillation (54 ou 293) et de l'enveloppe (82 ou 320) de l'échangeur thermique (80 ou 318-320) .
23. Alambic à diffusion de vapeur et liquide caloporteur, selon l'une des revendications 18-20, caracté- risé en ce que les moyens, pour raccorder les canaux communs hauts (148) et bas (163) des multiples conduits séparés (142) de grandes plaques creuses rectangulaires (10-12 ou 54-63), de rang pair ou impair, aux entrées et sorties des sources chaude (17-18-19 ou 118-120-122) et froide (20-22 ou 80), sont constitués par :
- deux rondelles de raccordement (172-174), insérées dans deux coins opposés des plaques creuses, chaque rondelle étant pourvue (1) de plusieurs trous (192), pratiqués dans son épaisseur, dirigés vers les canaux communs hauts (148) ou bas (163) des conduits séparés (142) des plaques creuses, (2) d'un rebord circulaire (188) dont les deux faces sont soudées aux faces internes des plaques creuses et (3) d'épaulements amont et aval d'assemblage (171-173) ;
- chaque rondelle (172-174) ayant une épaisseur égale au double du pas d'installation des plaques creuses (10-12 ou 54-66), une découpe (188) est pratiquée dans le coin supérieur libre de ces plaques ; - les rondelles sont empilées et fortement serrées, de manière à constituer une canalisation sans fuite, par un tirant d'assemblage (186), comportant une base (194) en appui sur la rondelle aval de l'empilement, une tige (196) de longueur appropriée et un raccord en forme de T (180), dont l'élément, coaxial à l'empilement des rondelles, a ses deux extrémités équipées d'appuis, l'un en anneau (202) en contact avec la rondelle amont de l'empilement et l'autre en forme de coupelle (200), percée d'un trou central traversé par l'extrémité, pourvue d'un joint torique d'étanchéité (204), du tirant (186), la partie extrême de ce tirant étant filetée et pourvue d'un écrou de serrage (208).
24. Alambic à diffusion de vapeur et liquide caloporteur, selon la revendication 18 ou 20, caractérisé en ce que les moyens, pour répandre le liquide à distiller chaud en haut des revêtements (16) des plaques chaudes (10), comprennent un ou plusieurs becs verseurs (228) débouchant au-dessus d'un tissu spongieux (226), disposé au-dessus des plaques chaudes (10) et froides (12), les parties hautes de ces plaques (10-12) étant séparées les unes des autres par des plaquettes alvéolaires (214) et les plaques froides (12) ainsi que les deux plaquettes (214) qui leur sont contiguës, étant protégées de tout contact avec ce liquide chaud, par des capes imperméables (216), de préférence pourvues de revêtements hydrophiles (217), en contact avec celui (16) des plaques chaudes (10).
25. Alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur, selon la revendication 21 ou 22, caractérisé en ce que les moyens, pour répandre le liquide à distiller chaud en haut des revêtements (60 60') des plaques (54- 54'), sont constitués par un ou plusieurs conduits (102-102') associés à des becs verseurs (228) débouchant au-dessus de bandes de tissu spongieux (226), disposées, à une certaine distance les unes des autres, au- dessus des plaques (54-54'), les parties hautes de ces plaques étant séparées les unes des autres par des plaquettes alvéolaires (214), des sections de ces plaquettes débouchant dans les espaces qui séparent les bandes de tissu spongieux.
26. Elément monobloc d'échange thermique de distillation, pour alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur, selon la revendications 21 , comprenant : - un ou plusieurs échangeurs thermiques élémentaires (250), chacun constitué par une pièce active unique (254), sans assemblage ni soudure, formée par un empilement de paires de plaques allongées, creuses et minces, communicantes et globalement symétriques (256a-b), réalisée, à température appropriée, par compression contrôlée d'une ébauche à paroi mince (276), ayant la forme de soufflets d'accordéon fabriqués par thermo-soufflage ; - les faces internes des parois d'une plaque creuse et les faces externes des parois de deux plaques contiguës, sont en tous points séparées les unes des autres par des espaces étroits, sensiblement constants (260);
- ces paires de plaques creuses (254) constituent les conduits élémentaires de la pièce active qui comportent des parties centrales allongées (252) dont les deux extrémités sont reliées les unes aux autres, par deux raccords creux (262 - 264); - chaque conduit élémentaire de la pièce active possède deux collecteurs d'alimentation dont les axes sont confondus avec les axes d'empilement des raccords d'extrémités ;
- l'une des extrémités de chaque collecteur se termine par une tubulure de connexion (266 - 268) de la pièce active ;
- un ou plusieurs éléments actifs d'échange (254), en polymère ou en verre, sont installés fixes dans une enveloppe (251), pourvue de deux tubulures de connexion (274-276) et formée par deux demi-coquilles (251-
253), fixées d'une manière étanche, l'une à l'autre, de manière à entourer complètement, avec un faible écart, ce ou ces éléments actifs (254) ;
- caractérisé en ce que :
- lorsque l'élément actif (254) est en polymère, un revêtement hydrophile (282) est fixé sur la paroi externe de chaque paire de plaques (256 a-b) ;
- lorsque l'élément actif (254) est en verre, les faces externes et, le cas échéant les faces internes, de ses plaques sont dépolies par un traitement chimique approprié, afin de devenir mouillables ; - une couche hydrophile (286) est installée sur les sommets des différentes paires de plaques de chaque élément actif (254), juste en dessous de la tubulure de raccordement (274) de l'enveloppe de cet élément.
27. Alambic, notamment pour produire de l'eau douce ou des concentrés, selon le procédé de distillation de la revendication 11 , caractérisé en ce que:
- il comprend un ou plusieurs blocs de distillation, à diffusion de vapeur et à gaz caloporteur, installé(s) entre un étage bas et un étage haut ;
- chaque bloc de distillation est constitué par un grand nombre de plaques creuses planes, minces et souples, à parois tendues (400-I-6), chacune étant, d'une part, pourvue d'une entrée (452i-β) et d'une sortie (454i-β), de même forme verticale allongée, diagonalement opposées et respectivement aménagées au moyen d'entretoi- ses courtes (448-ι-s et 450i-5), en bas d'un bord latéral de chaque plaque (400i-e) et en haut de l'autre, et d'autre part, séparée de ses plaques creuses contiguës par des espaces inter-plaques (457i-s), bordés latéralement par des entretoises longues (456i-7), ayant la même épaisseur qu'elle ;
- les entrées (452i-β) des plaques creuses (400i-e) du bloc de distillation sont disposées au sommet d'une cheminée basse (426), aménagée dans ledit étage bas ;
- dans cette cheminée basse (426) est installée une source chaude (422), adaptée à réchauffer et sursaturer le gaz caloporteur qui sort des espaces inter-plaques (403i-s) et ensuite traverse un large espace collecteur (432) de cet étage bas ;
- les sorties (454i-e) des plaques creuses (400i-e) débouchent dans une cheminée haute (436), aménagée dans ledit étage haut ;
- au sommet de cette cheminée haute (436), sont installés des éléments actifs monoblocs (438) d'échange thermique, alimentés par le liquide froid à distiller, qui font communiquer cette cheminée haute (436) et un large espace collecteur (443) de cet étage haut ;
- les entrées (457i-δ) des espaces inter-plaques apparaissent en bas de cet espace inoccupé haut (443) ; - un ou plusieurs tuyaux (442) relient les sorties des éléments monoblocs d'échange thermique (438) à un ou plusieurs distributeurs (444) de liquide à distiller, transversalement disposés au-dessus de chaque bloc de distillation et adaptés à répandre du liquide au sommet de chaque plaque creuse de distillation ;
- les moyens pour faire circuler en circuit fermé du gaz caloporteur dans les plaques creuses (400i-e), dans les espaces inter-plaques (457i-s) et dans les cheminées basse (426) et haute (436) associées, comprennent la convection naturelle ;
- des conduits plats (414) adaptés à recueillir le liquide concentré sont aménagés en bas des espaces interplaques (4572-6) ;
- les moyens (412-416) pour recueillir le liquide distillé, condensé dans les plaques (400-I-6) et sur les parois des éléments d'échange thermique (438), sont disposés sous ces plaques (400i-β) et sous ces éléments et ils ont un débouché commun.
28. Alambic selon la revendication 27, caractérisé en ce que :
- un bloc de récupération thermique est associé à chaque bloc de distillation ;
- chaque bloc de récupération thermique comprend un ou, le cas échéant, deux groupes de plaques creuses auxiliaires, minces et rigides (variante de 140i-3), à revêtements extérieurs hydrophiles ou mouillables, assemblés avec des espaces inter-plaques étroits, aux entrées et sorties disposées exactement comme celles des espaces inter-plaques (457) du bloc de distillation ; - des moyens (444) pour répandre du liquide à distiller aussi froid que possible sont installés au-dessus de ces revêtements ;
- chacune de ces plaques creuses auxiliaires possède une entrée située en bas et une sortie située en haut ;
- le tuyau d'aspiration d'un siphon plonge dans les moyens de collecte (416) du liquide distillé et il est raccordé à l' entrée d'un groupe de plaques creuses auxiliaires de récupération thermique ;
- le cas échéant, le tuyau d'aspiration d'un autre siphon plonge dans les moyens de collecte (434) du liquide concentré réchauffé et ils sont raccordés à l'entrée d'un autre groupe de plaques creuses auxiliaires de récupération thermique ;
- le(s) tuyau(x) d'évacuation de ce(s) siphon(s) est ou sont relié(s) à la ou aux sortie(s) de ce(s) groupes() de plaques creuses auxiliaires et il(s) débouche(nt) à des niveaux situés en dessous de ceux des entrées des tuyaux d'aspiration des deux liquides concernés.
29. Composant principal d'une plaque creuse, plane, mince et souple (400i-6), adaptée à constituer l'un des éléments du bloc de distillation d'un alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur, selon la revendi- cation 21 ou 27, caractérisé en ce que :
- il comprend une nappe rectangulaire allongée (402-i-β) en polymère ;
- la nappe (402i-β) est pliée en deux, avec des bords d'extrémité soudés à une barre de tension (406i-β) en polymère, de façon à dégager deux pans débordants étroits (414) pour la nappe (402) et deux bouts débordants (408 a-b) de longueurs égales, pour la barre (406) ; - une tringle de suspension (404-I-6) en polymère est soudée à la nappe (402i-e), de part et d'autre de la pliure, de façon à dégager deux bouts débordants de longueurs égales ;
- une première entretoise courte en polymère (448i-β), est fixée en équerre à une extrémité de la tringle de suspension (404-ι-β) et disposée libre entre des bords des pans de la nappe repliée ;
- une seconde entretoise courte en polymère (450i-6), est fixée en équerre à l'extrémité opposée de la barre de tension (406-ι-e) et disposée libre entre les autres bords des pans de la nappe repliée ;
- le ou les polymères utilisés présentent une bonne tenue mécanique à au moins 9O0C ;
- l'épaisseur de la nappe est à peu près comprise entre 100 et 250 microns ;
- les épaisseurs de la barre de tension, de la tringle de suspension et des deux entretoises sont identiques et à peu près comprises entre 2 et 5 millimètres et leurs largeurs, à peu près comprises entre 2 et 5 centimètres ; -la surface d'une face de la nappe (402i-e) ainsi pliée est à peu près comprise entre 20 et 100 décimètres carrés, sa largeur, comprise de même entre 4 et 8 décimètres et les longueurs de la barre (406i-e) et de la tringle (404i-β), supérieures d'environ 10 centimètres à la largeur de la nappe ;
- la nappe pliée (402i-e) comporte un revêtement extérieur, hydrophile ou mouillable, ayant une épaisseur de 80 à 150 microns ; - la barre de tension (406i-β) comporte, à 10 centimètres environ de l'une de ses extrémités, une entaille longitudinale (412) et/ou une mèche plate, pour constituer un moyen de soutirage du liquide distillé ;
- les pans débordants de la nappe (402i-β) sont relevés, plies en biais et écrasés, pour constituer un conduit plat (414) d'évacuation du liquide concentré, de préférence incliné vers l'autre extrémité de la barre de tension.
30. Bloc de distillation pour alambic selon fa revendication 21 ou 27 , caractérisé en ce que :
- il comprend un grand nombre de composants, selon la revendication 29, dont les bouts débordants des tringles de suspension (404i-e) sont posés sur deux poutres horizontales parallèles, montées fixes sur un châssis; - deux autres poutres, parallèles aux précédentes, montées sur des ressorts fixés audit châssis, sont installées en appui sur les bouts débordants des barres de tension (406i-6) desdits composants, de manière à donner une tension appropriée aux pans des nappes (402i-6) constituant ces composants ;
- deux entretoises longues (456i-β) en polymère sont installées de part et d'autre de chacun desdits composants, de manière à constituer les bords latéraux des espaces inter-plaques (4572-e) et de deux espaces d'extrémités (457i,r) ;
- des panneaux rigides, reliés par tirants, sont installés de part et d'autre du bloc de distillation ainsi assemblé pour enserrer et pincer ses différents constituants, afin d'assurer une étanchéité latérale suffisante aux plaques creuses (4001-e), aux espaces inter-plaques (4572-β) et aux deux espaces libres d'extrémité (457i,7) de ce bloc de distillation.
31. Chaudière pour alambics selon la revendication 21, caractérisée en ce que :
- elle est constituée par un radiateur tubulaire (338), installé dans une chambre de chauffe allongée (336), destiné à être parcouru par un fluide de chauffage approprié, adapté à porter à ébullition sous légère surpression le liquide à distiller, lequel circule dans cette chambre, à contre-courant du fluide de chauffage ; - une pièce d'entrée (334), est aménagée en amont de cette chambre de chauffe (336), et elle comporte une ouverture en tronc de cône (354) associée à un obturateur (356) de même forme, solidaire d'un flotteur (358), le liquide à distiller étant introduit à travers cette ouverture (354), afin de maintenir constant le niveau de ce liquide dans cette chambre (336) ;
- la chambre de chauffe (336) comporte au moins un conduit de soutirage (348) du liquide bouillant et au moins une ouverture calibrée d'où s'échappent des jets de vapeur (347);
- le conduits de soutirage (348) débouchent au-dessus d'un plateau, au fond percé de petits trous, le cas échéant recouvert d'un mince tapis spongieux (361) ;
- ce plateau est adapté à être balayé par le courant de gaz caloporteur sortant des espaces inter-plaques ;
- les trous du plateau communiquent à travers des conduits individuels (362) avec les revêtements hydrophiles des éléments actifs d'évaporation (292);
- les jets de vapeur sont adaptés à se mélanger au courant de gaz quittant le plateau, afin de constituer des propulseurs de ce courant de gaz ainsi que des moyens pour le réchauffer et le sursaturer.
32. Source chaude pour alambics selon la revendication 27, caractérisé en ce qu'elle est une chaudière solaire (120'), adaptée à évaporer le liquide qu'elle traite, et, à cet effet, elle est constituée par une serre plate
(118'-119'), dont le fond (122') est une nappe imperméable noire, pourvue à l'arrière d'un tapis hydrophile mince, installé sur une grille tendue, et comportant, à son extrémité supérieure, un pan débordant, destiné à être plongé dans une gouttière d'alimentation (105') contenant le liquide concentré qui sort des espaces interplaques (58').
33. Source chaude pour alambics selon la revendication 27, caractérisée en ce qu'elle est constituée par un tube de chauffe (422), parcouru par un fluide de chauffage approprié et recouvert d'un tapis hydrophile mince (424) à pans dégagés, au-dessus duquel sont disposés des becs verseurs (420 a-b) du liquide concentré qui s'écoule des espaces inter-plaques.
34. Source chaude pour alambics selon la revendication 27, caractérisé en ce que elle est constituée par des jets de vapeur produits par un tube de chauffe (422) fermé à une extrémité, pourvu d'orifices calibrés percés à intervalles réguliers le long d'une génératrice et alimenté par un générateur de vapeur à faible surpression et à débit approprié.
35. Générateur de vapeur pour source chaude selon la revendication 34, équipant un alambic familial selon la revendication 27, caractérisé en ce que :
- il est constitué par une marmite pourvue d'un couvercle, adapté à lui être fixé d'une manière étanche et à résister à une surpression d'au moins 40 hPa ; - ce couvercle est équipé d'une prise d'eau et d'une prise de vapeur ;
- la prise, d'eau est prolongée par un conduit terminé par un obturateur à pointeau (354-356) associé à un flotteur (358), adapté à établir un niveau d'eau constant dans cette marmite ;
- la prise d'eau est destinée à être connectée par un tuyau à un dispositif approprié (113') associé à l'alambic, adapté à fournir de l'eau distillée sous légère surpression ; - la prise de vapeur est destinée à être connectée par un tuyau calorifuge à l'extrémité libre du tube de chauffe (422) à jets de vapeur, constituant ladite source chaude.
36. Alambic à diffusion de vapeur et gaz caloporteur selon la revendication 27, caractérisé en ce qu'il comporte une hélice de ventilateur (92), installée dans l'espace collecteur haut (443) juste en amont des entrées des espaces inter-plaques (457i-β) et/ou un tube de chauffe à jets de vapeur (422), installé dans la cheminée basse (426) en amont des entrées des plaques creuses de distillation, pour constituer un propulseur et une source chaude, seul ou en coopération avec cette hélice et/ou avec une autre source chaude de nature différente.
37. Réfrigérateur naturel pour abaisser au mieux la température du liquide à distiller entrant dans un alambic selon l'une des revendications 21 , 27 ou 28, caractérisé en ce qu'il comprend :
- des plaques creuses auxiliaires minces (140) pourvues, d'une part, de parois extérieures dotées de revêtements hydrophiles et, d'autre part, de moyens de connexion (172-180) amont et aval appropriés;
- des espaces inter-plaques relativement importants ; - des tuyaux pour relier un réservoir (76) de liquide à distiller à des moyens (226-228) pour répandre ce liquide sur ces revêtements;
- des tuyaux pour respectivement relier lesdits moyens amont et aval de connexion au réservoir (76) et au conduit d'entrée (77' ou 440) de l'échangeur thermique de refroidissement (84' ou 438), associé au bloc de distillation de l'alambic ou à celui du distributeur de liquide à distiller (444) de son bloc de récupération thermique.
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