EP3096851A1 - Installation et procede de traitement par evaporation/condensation d'eau pompee en milieu naturel - Google Patents

Installation et procede de traitement par evaporation/condensation d'eau pompee en milieu naturel

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EP3096851A1
EP3096851A1 EP15704354.8A EP15704354A EP3096851A1 EP 3096851 A1 EP3096851 A1 EP 3096851A1 EP 15704354 A EP15704354 A EP 15704354A EP 3096851 A1 EP3096851 A1 EP 3096851A1
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EP
European Patent Office
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water
evaporation chamber
liquid form
evaporation
contained
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15704354.8A
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German (de)
English (en)
Inventor
Jaouad Zemmouri
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Starklab SAS
Original Assignee
Starklab SAS
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Publication date
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    • 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
    • C02F1/10—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation by direct contact with a particulate solid or with a fluid, as a heat transfer medium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/14—Evaporating with heated gases or vapours or liquids in contact with the liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/007—Energy recuperation; Heat pumps
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
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    • 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
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
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    • C02F1/06—Flash evaporation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
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    • F01K11/02—Plants characterised by the engines being structurally combined with boilers or condensers the engines being turbines
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    • C02F2103/06—Contaminated groundwater or leachate
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    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination

Definitions

  • the present invention relates to a new installation and a new process for the evaporation / condensation treatment of water pumped in liquid form in a natural environment, such as in particular sea water, lake water, or water. of a watercourse, or groundwater.
  • a natural environment such as in particular sea water, lake water, or water. of a watercourse, or groundwater.
  • the invention makes it possible, for example, to desalt seawater, or to purify water pumped in a natural environment.
  • the invention is also applicable to the use of the thermal energy of water pumped in the natural environment to produce electricity or to treat a gas.
  • Evaporation refers to the appearance of molecules in the gaseous state at the surface of the liquid. If we bring energy quickly to the bottom of a container, the temperature rises gradually over the entire water column, but at the level of the surface in contact with the energy supply, the temperature will quickly exceed the evaporation temperature (100 ° C for water at normal atmospheric pressure). This creates local evaporation in the form of small bubbles in the water that will escape and rise into the liquid due to Archimedes' surge. This phenomenon will accelerate with the rise of the temperature of the liquid and the number of bubbles becomes important; we then obtain the so-called boiling phenomenon. It can be said that boiling is a three-dimensional or volume evaporation in contrast to conventional evaporation which takes place on the surface.
  • the evaporation of a liquid, and in particular of water at low pressure is moreover a well known and controlled method.
  • This method of evaporation is related to the fact that the evaporation temperature of a liquid, and in particular of water, decreases with the atmospheric pressure above this liquid.
  • the evaporation temperature of the water is of the order of 60 ° C; at 20 mbar, the evaporation temperature of the water is of the order of 17.5 ° C.
  • a container such as for example a beaker
  • miiq is the mass of non-evaporated liquid
  • C P N q is the heat capacity of the liquid and is 4.18 kJ / kg / K for the water and ⁇ is the change in the temperature of the liquid water.
  • nrieva is the mass of evaporated liquid and is latent heat and is 2.25 MJ / kg for water at atmospheric pressure.
  • This electrical energy produced from the steam can be obtained by means of a turbine, such as for example in French patent applications FR 2,515,727 and FR 2,534,293.
  • This electrical energy can also advantageously be produced by condensation of the steam, and in particular of the water vapor produced, and by a transformation into electric energy of the energy recovered during the condensation of the steam.
  • OTEC Ocean Themal Energy Conversion
  • thermodynamic cycle of an intermediate working fluid there are three Rankine, Kalina and Uehara thermodynamic cycles that are compatible with the principle of OTEC systems.
  • This cycle is used with organic liquids that have a boiling point lower than that of water. Therefore, it is called Organic Rankine Cycle (ORC).
  • ORC Organic Rankine Cycle
  • the liquid phase with a low concentration is used in the regenerator. Thereafter the two streams are fused in the condenser, where the fluid condenses by giving heat to the cold source. The fluid leaving the condenser is preheated in the regenerator and the same cycle starts again.
  • the Kalina cycle is a cycle that has the particularity of varying the concentrations of the coolant (water + ammonia) to change the operating points. Indeed, at the level of the exchanger the concentration of ammonia is high, which makes the evaporation temperature low. Thus the fluid can be evaporated at a lower temperature. If the concentration of ammonia is low, it makes the condensation temperature higher and it thus becomes easier to condense the vapor since the liquid that will be used to condense (cold source) will not need to be very cold.
  • This cycle of electricity generation using the thermal energy of the seas is an improvement of the Kalina cycle. Its main feature is to simplify the change of composition of the water-ammonia mixture by resorting to a stepped relaxation with sampling.
  • Part of this expanded stream is re-circulated at medium pressure, then cooled by exchange with the base mixture, to which it is mixed, to form the working fluid, which is then pressurized again.
  • the main stream leaving the turbine is expanded to the low pressure in a second turbine and then directed to an absorber, where it is mixed with the liquid fraction leaving the separator and previously cooled in the regenerator by exchange with the outgoing working fluid. from the rich pump, then relaxed at low pressure. At the output of the absorber, The resulting base mixture is condensed before being compressed to the intermediate pressure.
  • OTEC systems and in particular OTEC systems based on the Uehara cycle, are:
  • Water desalination systems have also been proposed, using a humidifier (evaporation device) coupled to a dehumidifier (condensation device). These systems are for example described in the publication "A solar desalination System using humidification-dehumidification process - A review of recent research", YB Karhe et al, International Jurnal of Modem Engineering Research, pages 966-977, April 30, 2013.
  • the evaporation of water in the evaporation device is obtained by pre-heating the water before it is introduced into the evaporation chamber, in particular by using solar energy, and evaporating all the salt water which is introduced into the evaporation device, subsequently recovering the brine in the bottom of the evaporation device.
  • These water desalination systems do not make it possible to operate with large water flows and it is not conceivable with these systems to use the low amount of water vapor generated to produce electricity.
  • the invention aims at proposing a new technical solution for evaporation / condensation treatment of water in liquid form pumped in a natural environment, such as, in particular, seawater, lake water, or water from a lake. A watercourse, or groundwater
  • a natural environment such as, in particular, seawater, lake water, or water from a lake.
  • a watercourse, or groundwater The solution of the invention makes it possible to improve the energy conversion efficiencies and the implementation costs.
  • the invention thus has as its first object a treatment plant, by evaporation and condensation, water in liquid form pumped in a natural environment.
  • Said installation comprises an evaporation device, which comprises an evaporation chamber intended to contain water in liquid form, and for evaporating only part of the water contained in the evaporation chamber, and gas supply means for introducing a gas into the water in liquid form contained in the evaporation chamber, so as to form gas bubbles in said water.
  • Said installation comprises in addition to a heat exchanger, which comprises cooling means and which allows at least to condense water vapor from the evaporation chamber.
  • Said installation comprises means for supplying water, which make it possible to pump water in liquid form in a natural environment, and in particular sea water, lake water or water from a water course.
  • water, or groundwater to pass through said cooling means or put in contact with said cooling means this water in liquid form pumped in a natural environment, so as to allow the cooling of the steam of water from the evaporation chamber, and supplying the evaporation chamber with said water in liquid form pumped in the natural environment after this water in liquid form has been heated by having passed through or having been put in contact with it with said cooling means.
  • the evaporation chamber comprises means for evacuating part of the water in liquid form contained in the enclosure which, in combination with the water supply means, allow a renewal of the water in liquid form inside the enclosure so that the temperature of the water in liquid form contained in the chamber is maintained at a temperature sufficient to maintain the evaporation of part of the water contained in the evaporation chamber.
  • the installation of the invention may comprise the following additional and optional features, taken separately, or in combination with each other:
  • the evaporation chamber is devoid of means for additional heating of the water contained in the evaporation chamber.
  • the installation is devoid of means for additional heating water between the cooling means and the evaporation chamber.
  • Said cooling means of the heat exchanger are positioned outside the evaporation chamber, and the water supply means make it possible to circulate through said cooling means of the heat exchanger said water under liquid form pumped in a natural environment, and used to supply the evaporation chamber with said water in liquid form pumped in the natural environment, after passing through the cooling means of the heat exchanger.
  • At least part of the cooling means of the heat exchanger is positioned inside the evaporation chamber, so that it can be cooled by the water in liquid form contained in the evaporation chamber.
  • the cooling means of the heat exchanger comprises a closed evaporation / condensation circuit, in which can circulate in a closed loop a working fluid, and which comprises an evaporator of said working fluid and a condenser of said working fluid; the evaporator allows the condensation of the water vapor from the evaporation chamber.
  • Said water supply means make it possible to cool the working fluid during its passage in said condenser, with water in liquid form pumped in a natural medium, and make it possible to supply the evaporation chamber with said water under water. liquid form after its heating by the working fluid in the condenser.
  • the evaporator is positioned outside the evaporation chamber and the condenser is positioned in the evaporation chamber, so that it can be immersed in the water in liquid form contained in the evaporation chamber .
  • Said heat exchanger is a power generation system that also allows to recover the energy of the condensation of water vapor from the evaporation chamber (10), and transform it into electrical energy.
  • Said heat exchanger comprises a turbine, which is mounted between the evaporator and the condenser, and which is able to be actuated by the working fluid in the vapor state, so as to produce electrical energy.
  • the heat exchanger is designed to implement a Kalina cycle, or a Uehara cycle or a Rankine cycle, or a cycle derived from one or other of these cycles.
  • the cooling means of the heat exchanger comprise a cooling circuit, which is intended to be in contact with the water vapor coming from the evaporation chamber, and in which circulates a coolant, and wherein said means supplying water to introduce and circulate in said cooling circuit said water in liquid form pumped in a natural environment, which water pumped in a natural environment serves as a heat transfer liquid in the cooling circuit, and allow to supplying the evaporation chamber with said water in liquid form from the cooling circuit after its heating by the steam from the evaporation chamber.
  • the gas supply means comprise a compressor, which is positioned between the evaporation chamber (10) and the heat exchanger (3/3 '), and which allows to suck gas and steam from water within the evaporation chamber and supplying the heat exchanger with gas and water vapor from the evaporation chamber; the evaporation chamber comprises an inlet opening through which, when the compressor is operating, gas is sucked and introduced into the water in liquid form contained in the evaporation chamber.
  • Said compressor makes it possible to depressurize the inside of the evaporation chamber so as to allow evaporation of the water contained in the evaporation chamber at a temperature below 100.degree. C., preferably below 60.degree. ° C, and more preferably still below 25 ° C.
  • the inlet opening of the evaporation chamber is an air intake communicating with the air, through which air is introduced into the water in liquid form contained in the evaporation chamber .
  • the inlet opening of the evaporation chamber, through which gas is introduced into the water in liquid form contained in the evaporation chamber, is equipped with a gas flow control valve.
  • the compressor is used to heat the gas and water vapor as they pass through the compressor.
  • the gas supply means comprise a compressor, a gas inlet pipe in the compressor and an outlet pipe, which allows the injection of the gas delivered by the compressor into the water in liquid form contained in the evaporation chamber.
  • the gas supply means can automatically regulate the feed rate of the gas entering the water in liquid form contained in the evaporation chamber.
  • the gas supply means used to recycle the gas from the evaporation chamber by reinjecting it in whole or in part in water in liquid form contained in the evaporation chamber.
  • the water supply means used to supply the evaporation chamber with water at a temperature above the temperature of the water discharged in liquid form from the evaporation chamber.
  • the water supply means are adapted to automatically regulate the flow of water entering the evaporation chamber so as to maintain the evaporation of water in the evaporation chamber.
  • the gas introduced into the water in liquid form contained in the evaporation chamber is air or a mixture based on air.
  • the gas introduced into the water comprises an inert gas, including helium.
  • the gas supply means allow evaporation of the water contained in the chamber at an evaporation temperature lower than the boiling temperature of said water.
  • the plant is designed to evaporate a volume of liquid water at an evaporation temperature of less than 100 ° C, preferably less than 60 ° C, and more preferably still less than 25 ° C.
  • the gas supply means allow to introduce air into the water in liquid form contained in the evaporation chamber by taking all or part of this air in the ambient air outside the chamber. 'pregnant.
  • the subject of the invention is also a method for treating water in liquid form, by evaporation / condensation, in which only part of the water is evaporated in an evaporation chamber of an evaporation device.
  • liquid form contained in this evaporation chamber, and the water vapor from the evaporation chamber is condensed by means of a heat exchanger, into which a gas is introduced into the water in liquid form contained in the evaporation chamber, so as to form gas bubbles in this water, in which water is pumped in liquid form in a natural environment, and in particular sea water, water from a lake or the water of a watercourse, or groundwater, is passed through said cooling means or put in contact with said means cooling said water in liquid form pumped in the natural environment, so as to allow cooling of the water vapor from the evaporation chamber, and the evaporation chamber is supplied with said water in liquid form, after that this water in liquid form has been heated by having passed through or having been put in contact with said cooling means, in which part of the water in liquid
  • process of the invention may comprise the following additional and optional features, taken alone, or in combination with each other:
  • the water contained in the evaporation chamber is not heated by means of additional heating means.
  • the water is not heated before its introduction into the evaporation chamber by means of additional heating means positioned between the cooling means and the evaporation chamber.
  • Said cooling means of the heat exchanger are positioned outside the evaporation chamber, this water is circulated in liquid form pumped in the natural medium through the cooling means of said heat exchanger, and this water in the evaporation chamber, after it has been heated during its passage through the cooling means of the heat exchanger.
  • At least part of the cooling means of the heat exchanger is positioned inside the evaporation chamber, and the water in liquid form, pumped in the natural environment, is introduced into the evaporation chamber; such that said part of the cooling means of the heat exchanger positioned inside the evaporation chamber is immersed in the water in liquid form contained in the evaporation chamber.
  • the cooling means of said heat exchanger comprises a closed circuit, which contains a working fluid, and which comprises an evaporator of said working fluid and a condenser of said working fluid; condensing water vapor from the evaporation chamber by bringing it into contact with the evaporator; circulating said working fluid in said closed circuit so as to evaporate the working fluid as it passes through the evaporator and to condense said working fluid as it passes through the condenser; said working fluid is cooled in said condenser with water in liquid form pumped in a natural medium.
  • the evaporation chamber is supplied with said water in liquid form pumped in a natural environment, after its heating by the working fluid.
  • the working fluid Before the passage of the working fluid in the condenser, the working fluid is used to rotate at least one electric turbine.
  • the water vapor from the evaporation chamber is condensed by putting it in contact with the cooling circuit of the cooling means of the heat exchanger; circulating in said cooling circuit, said water in liquid form which is pumped in a natural medium, and which acts as heat transfer fluid of said cooling circuit, and the evaporation chamber is supplied with said water in liquid form from the cooling circuit after heating with water vapor from the evaporation chamber.
  • the evaporation chamber is at a pressure greater than or equal to atmospheric pressure.
  • the evaporation chamber is depressed.
  • the pressure in the evaporation chamber above the liquid is automatically regulated.
  • the flow of gas entering the water in liquid form contained in the evaporation chamber is automatically regulated.
  • a part of the water in liquid form contained in the evaporation chamber is continuously replaced with water at a temperature higher than the temperature of the water which is evacuated outside the evaporation chamber.
  • the flow of liquid entering the evaporation chamber is automatically regulated.
  • the gas introduced into the liquid is air or a gaseous mixture based on air.
  • the gas introduced into the water in liquid form comprises an inert gas and in particular helium.
  • Part of the water in liquid form contained in the evaporation chamber is evaporated at a temperature of evaporation lower than the boiling temperature of said water.
  • Part of the water is evaporated in the evaporation chamber at an evaporation temperature of less than 100 ° C., and preferably less than 60 ° C., and more preferably less than 25 ° C.
  • the water resulting from the condensation of the water vapor is recovered.
  • At least part of the gas injected into the water in liquid form contained in the evaporation chamber is air taken from the ambient air.
  • At least part of the gas injected into the water in liquid form contained in the evaporation chamber is recycled by being reinjected into the liquid contained in the evaporation chamber.
  • the subject of the invention is also a use of the abovementioned installation or the aforementioned method:
  • FIG. 1 shows schematically an alternative embodiment of an evaporation device of the invention.
  • FIG. 2 represents examples of operating curves of the device of FIG. 1, showing the evolution over time of the temperature of the water in the evaporation chamber for different initial volumes of water (21, 11). , 21) and with different air flows (41 / s, 61 / s, 61 / s).
  • FIG. 3 is a schematic representation of a first embodiment of an installation of the invention for the production of electricity by evaporation / condensation of water pumped in a natural environment, for example seawater.
  • - Figure 4 schematically shows a second embodiment of an installation of the invention for the production of electricity by evaporation / condensation of water pumped in a natural environment, and for example seawater.
  • FIG. 5 schematically shows a third embodiment of an installation of the invention for the production of electricity by evaporation / condensation of water pumped in a natural environment, and for example seawater.
  • FIGS. 6 to 8 respectively show diagrammatically installations for the evaporation / condensation treatment of water pumped in a natural environment, and for example for the desalination of sea water, in which the said water pumped in a natural environment serves of coolant in a cooling circuit used for the condensation of water vapor from the evaporation chamber of the installation.
  • FIG. 9 schematically shows a third embodiment of an installation of the invention for the production of electricity by evaporation / condensation of water pumped in a natural environment, and for example seawater.
  • FIG. 1 shows schematically an example of experimental evaporation device 1.
  • This device 1 comprises:
  • an evaporation chamber containing an initial volume of liquid 1 1 to be evaporated, and for example a volume of water.
  • Feeding means 12 for introducing a gas, and for example air into the liquid 1 1, so as to form gas bubbles 13 in the liquid.
  • the supply means 12 more particularly comprise a compressor 121, an intake duct 120 making it possible to feed the compressor 121 with ambient air, and an outlet pipe 122, connected at one end to the outlet of the compressor 121, and having its other end immersed in the liquid 1 1, so that the air produced by the compressor 121 is introduced into the liquid 1 1, near the bottom of the enclosure 10.
  • the gas may be simply air or any other gas, and for example and without limitation and not exhaustive, an air-based gas mixture, or an inert gas, and in particular helium.
  • the device of FIG. 1 has been tested under the following conditions:
  • FIG. 2 shows the evolution over time of the temperature of the water in the enclosure 10 for different initial water volumes (21; 11; 21) and with different air flows (41 / s; s 61 / s).
  • the curves of FIG. 2 show that the higher the flow rate of the gas, the higher the temperature of the liquid in the enclosure 10 drops rapidly. This temperature drop corresponds to the evaporation of a certain amount of liquid.
  • the introduction of a gas, and in particular air, into the liquid 1 1 contained in the evaporation chamber 10 advantageously makes it possible to create gas bubbles 13, and more particularly air bubbles, which allow the acceleration of evaporation.
  • FIG. 3 shows an alternative embodiment of an installation which is in accordance with the invention, and which makes it possible to produce electricity from the conversion of the thermal energy of water, pumped in the form of liquid in a natural environment, for example, sea water, lake water, or water from a watercourse, or water from an underground natural source
  • This plant comprises an evaporation device 1 'by forced boiling, connected to a heat exchanger 3 which, in this variant, allows more particularly the production of electrical energy, from the condensation of the water vapor from the device Evaporation 1 '.
  • the evaporation device 1 comprises an evaporation chamber 10 intended to contain water 1 1, which has been pumped in liquid form in a natural medium.
  • This evaporation chamber 10 comprises:
  • an air intake opening 10b which communicates with the free air outside the enclosure,
  • an opening 10a which allows the evacuation of air and water vapor.
  • This evaporation chamber 10 comprises a bottom 100 in which is formed an opening 100a for its supply with water pumped in liquid form in a natural environment.
  • the evaporation chamber 10 also has an opening 10c for discharging the liquid water 1 1 contained in the enclosure.
  • the heat exchanger 3 for the production of electricity allows the implementation of a closed thermodynamic cycle, Rankine cycle type.
  • a condensation unit 30 comprising a condensation chamber 300, which communicates with the evacuation opening 10a of the evaporation chamber 10, and which allows the condensation of the water vapor coming from the enclosure Evaporation 10.
  • a Rankine-type energy conversion system which comprises a closed circuit 31, in which circulates in a closed loop a coolant working fluid.
  • This closed circuit 31 comprises an evaporator 310 of said working fluid (cold source of the Rankine cycle), which is in the form of a coil, and which is positioned in said condensing chamber 300, and a condenser 31 1 of said working fluid (hot source of the Rankine cycle), which is in the form of a coil, and which is positioned outside the condensing chamber 300.
  • a compressor 312 between the outlet of the condenser 31 1 and the inlet of the evaporator 310.
  • the heat exchanger 3 also comprises a turbine 32, which allows the production of electricity by means of the working fluid F, and which is mounted on the path of the working fluid, between the evaporator 310 of the working fluid and the condenser 31 1 working fluid
  • the working fluid F is for example a mixture of water and ammonia.
  • the installation also comprises feed means 12 for forcing air into the water 1 1 contained in the enclosure 10 in a forced manner.
  • These supply means 12 comprise a compressor 121 whose inlet is connected to the evacuation opening 10a of the evaporation chamber 10 via a pipe 120, and the outlet of which is connected to an inlet of the enclosure 300 by a pipe 122, and a valve air flow control device 123 which is mounted on the intake opening 10b of the evaporation chamber 10.
  • a filter (not shown) can be mounted at the outlet of the evaporation chamber 10, and upstream of the compressor 121, in order to prevent fouling of the installation downstream of the evaporation device 1 '. .
  • the installation also comprises water supply means 14, comprising a hydraulic pump 140, which makes it possible to pump water L in liquid form in a natural medium, such as, for example, seawater, water or water. water from a lake, water from a watercourse, or groundwater.
  • a natural medium such as, for example, seawater, water or water. water from a lake, water from a watercourse, or groundwater.
  • This hydraulic pump 140 is connected at the outlet to one end of a water supply pipe 141.
  • the other end of the water supply line 141 is connected to the inlet opening 144a of a cooling circuit 144, which is in contact with the condenser 31 1, and which makes it possible to cool the working fluid.
  • the exhaust opening 144b of this cooling circuit 144 is connected to one end of a pipe 142, which is connected at its other end to the opening 100a in the bottom 100 of the evaporation chamber 10.
  • the installation also comprises a vertical evacuation line 143 which is connected to the opening 10c of the evaporation chamber, and which makes it possible to discharge by gravity a portion of the water 1 1 contained in the pregnant 10.
  • the outlet 143a of this exhaust pipe 143 which is located below the evaporation chamber 10, is for example, but not necessarily, immersed in the same natural water source (sea, ocean, lake, course of water ...) than that in which the hydraulic pump 140 pumps water.
  • cold water L is injected in liquid form at a temperature Tf in a natural environment, and in particular sea water, lake water or water a watercourse, or groundwater; this pumped water is circulated in a natural environment in the cooling circuit 144, which makes it possible to cool the condenser 31 1, and to condense the heat transfer fluid F during its passage in the condenser 31 1.
  • This water L is thus heated during its passage through the cooling circuit 144.
  • this water L is introduced in liquid form and heated to a temperature Tf + ⁇ 1 in the evaporation chamber 10, through the admission opening 100a in the bottom 100 of the chamber 10, which allows to renew and heat the liquid water contained in this chamber 10.
  • the temperature (Tf + ⁇ 1) water in liquid form entering the evaporation chamber 10 is greater than the temperature (Tf - ⁇ 2) of the water in liquid form leaving the evaporation chamber 10 through the opening 10c.
  • “Additional heating means” means a heating means using a source of energy external to the system, that is to say a source of energy other than the energy coming from the water pumped in a natural environment. , and for example a source of solar or electric energy.
  • the flow rate of the pump 140 is regulated or is regulated automatically, so as to continuously provide sufficient thermal energy to maintain the volume of water 1 1 in the chamber 10 at a sufficiently high temperature for the phenomenon of evaporation does not stop.
  • This flow rate of the pump 140 may be fixed or may advantageously be regulated automatically, for example from a liquid level detection in the chamber 10, in order to maintain in time a minimum level of liquid in the chamber, and / or for example from a detection of the liquid temperature 1 1 in the chamber 10, so as to maintain in time the temperature of the liquid above a minimum temperature threshold conditioning the evaporation of the liquid.
  • the compressor 121 operates and draws gas (in this case air) and water vapor at the top of the evaporation chamber 10, and creates a vacuum in the evaporation chamber 10 above the water level.
  • This depression allows a suction of the air outside the evaporation chamber through the valve 123 and the inlet opening 10b of the chamber 10, and thus makes it possible to forcefully introduce the air coming from outside the chamber 10 in the volume of liquid water 1 1 contained in the chamber 10.
  • this air forms air bubbles 13 (forced boiling) in the liquid water 1 1 which rise to the surface of the water and which promote the evaporation of water .
  • the quantity of vapor produced over time is advantageously controlled.
  • the depression inside the enclosure created by the compressor 121 and this forced boiling of the liquid water in the chamber 10 advantageously allows the production of water vapor with water at low temperature, and for example with water at room temperature (Tf + ⁇ 1 for example between 15 ° C and 60 ° C).
  • the air and the water vapor produced at the top of the evaporation chamber 10 are sucked by the compressor 121, and are discharged by the compressor 121 into the condensation chamber 300, having been heated by several degrees. Celsius in the compressor 121.
  • the water vapor is condensed in the enclosure 300 in contact with the evaporator 310 and gives a portion of the calories to the working fluid F, which heats and evaporates the working fluid F in the evaporator 310.
  • This working fluid F in the form of steam makes it possible to turn the turbine 32 which produces the electricity.
  • the working fluid F in the form of steam is cooled in the condenser 31 1 and is then circulated to the evaporator 310 by the compressor 312 interposed between the outlet of the condenser 31 1 and the inlet of the evaporator 310.
  • Water from the condensation of water vapor in the chamber 300 is collected in the lower part of the enclosure 300 and is discharged through the outlet 300a.
  • the dry air after condensation is removed from the air outlet condensing chamber 300b 300b.
  • the hydraulic pump 140 takes salt water (water taken from the sea or in an ocean)
  • the water from the condensation of the water vapor in the chamber 300 and collected in the lower part of the enclosure 300 is fresh water, the installation thus allowing, in addition to the production of electricity, to produce fresh water by desalting seawater.
  • This fresh water can advantageously be recovered by being evacuated from the condensation chamber 300 in a freshwater recovery circuit.
  • the forced introduction of air into the evaporation chamber 10 advantageously makes it possible to generate steam at a low temperature (for example at a temperature below 20 ° C.), without it being necessary to create the Vacuum in the evaporation chamber 10.
  • the depression created by the compressor 121 inside the evaporation chamber above the water level can for example be between 0.1 bar and 0.5bars.
  • This low temperature steam advantageously allows a condensation heat transfer more efficient, and therefore allows the implementation of a source (working fluid in the evaporator 310) which is less cold, to recover by condensation the energy stored in the steam to transform it in electrical energy. It is therefore no longer necessary, unlike traditional OTEC systems, to pump very cold water, especially seawater at very great depth to cool the condenser 31 1, but this less cold water (Tf per example between 15 ° C and 30 ° C) can advantageously be pumped close to the surface, and the energy conversion efficiencies are improved.
  • forced boiling water vapor also reduces the need for structure and number of pumps (currently 100MW OTEC systems require pumps with a cumulative flow of 1 1 1 m 3 / s to pump hot sea water).
  • the water pump 140 may in comparison have a relatively low flow rate.
  • the invention thus makes it possible to extract thermal energy from water in a natural environment, and in particular from seawater with a lower energy consumption than traditional OTEC systems.
  • the performance of the installation of the invention depends on the temperature of the water which is pumped in the natural medium by the water pump 140.
  • the performance of the installation of the invention can be improved by increasing the temperature of the water. air introduced into the liquid 1 1, because this hot air will yield its excess energy to water vapor.
  • the walls of the evaporation chamber 10 may also be heated with an additional heating system.
  • the air introduced into the chamber 10 may be replaced by another gas, and for example an air-based gas mixture, or an inert gas, and more particularly helium.
  • FIG. 3 can also be modified so as to implement a closed thermodynamic cycle, of the Kalina cycle type, Uehara cycle, or a derivative of one and / or the other of these cycles, the water pumped in a natural environment being also used for the cooling of a working fluid used in this closed thermodynamic cycle.
  • the gas in this case air taken from the ambient environment
  • the gas is introduced into the chamber 10 in the same manner as for FIG. ie by using a compressor 121 which makes it possible to blow (and no longer to suck) this gas into the volume of liquid 1 1 contained in the enclosure 10.
  • the discharge opening 10a of the enclosure The evaporation device 10 can also be connected directly to the inlet of the condensation chamber 300 via a pipe, or any other equivalent means, for communicating the upper part of the evaporation chamber 10 with the enclosure of
  • the evaporation chamber 10, above the level of the water 1 1 is at atmospheric pressure.
  • the installation can operate in a closed circuit as illustrated in FIG. 5, by recycling, via the compressor 121, the dry air coming from the condensation system 30.
  • a solenoid valve EV is mounted on the tubing d 120 admission.
  • This modification makes it possible to reduce the power consumption of the compressor (s) 121. Indeed, the use of closed circuit compressor requires less energy, because the same air is used permanently for the operation of the system.
  • One or more temperature sensors ST can be positioned within the air circulation circuit, in order to control the operating air temperature and to automatically control the air intake solenoid valve EV, if it is It is necessary to bring ambient air into the circuit to increase the temperature or to completely change the operating air.
  • FIG. 6 shows an installation for the evaporation / condensation treatment of water taken from the natural environment, which is similar to the installation of FIG. 3 previously described, in that it comprises the following elements: evaporation 1 '; supply means 12 comprising a compressor 121 and an air flow control valve 123; means 14 for supplying water for pumping water in liquid form in a natural environment.
  • This installation of FIG. 6 comprises a heat exchanger 3 ', which also allows the condensation of the water vapor coming from the evaporation device Y, but which is different from the heat exchanger 3 of the installation of FIG.
  • This heat exchanger 3 comprises a condensation unit 30, which comprises a condensation chamber 300 communicating with the evaporation chamber 10 of the evaporation device Y, and a cooling circuit 301 in the form of a coil, which is positioned in the evaporation chamber 300, and in which circulates a coolant
  • the output of the hydraulic pump 140 is connected to the inlet 301a of the cooling circuit 301 via a pipe 141, and the outlet 301b of the cooling circuit 301 is connected to the opening 100a of the chamber 10 by a pipe 142.
  • the hydraulic pump 140 allows natural water to be pumped at a temperature Tf, to circulate in the cooling circuit 301 the water pumped in the natural environment and acting as coolant of the cooling circuit 301.
  • Tf temperature
  • the water which has been heated temperature Tf + ⁇ 1
  • the heat exchanges resulting from the condensation in the enclosure 300 of the water vapor coming from the evaporation device Y is introduced in the evaporation chamber 10 through the inlet opening 100a.
  • this gas is a hot gas and / or a gas containing pollutants
  • the evaporation device 1 'allows in this case the cooling of this gas and / or the dissolution in the liquid 1 1 pollutants contained in the gas. After passing through the liquid 1 1, the gas is cooled and / or depolluted.
  • This device can for example be used for the cooling and the depollution of a gas resulting from an incinerator and which can have a temperature of several hundreds of degrees, the passage of the gas in the liquid making it possible to block the propagation of the pollutants in the atmosphere.
  • FIG. 7 shows an embodiment variant implementing a compressor 121 which makes it possible to blow (and no longer suck) a gas into the volume of liquid 11 contained in the enclosure 10, in a manner comparable to the variant of Figure 4.
  • FIG. 8 shows an alternative embodiment operating in a closed circuit in a manner similar to the variant of FIG. 5, that is to say by recycling, via the compressor 121, the dry air coming from the unit condensation 30.
  • FIG. 9 shows another alternative embodiment, in which the evaporator 310 of the heat exchanger 3 "is positioned outside the evaporation chamber 10, and the condenser 31 1 is positioned in the evaporation chamber 10, so as to be immersed in the water in liquid form 1 1 contained in the evaporation chamber 10.
  • the pump 142 can pump liquid water L in liquid form at a temperature Tf, and introduce this water directly into the evaporation chamber 10, so that the condenser 31 1 of the heat exchanger 3 "is immersed in the water in liquid form 1 1 contained in the evaporation chamber 10.
  • the working fluid F is thus cooled by the water 1 1 contained in the evaporation chamber 10, then is returned in liquid form by the compressor 312 in the evaporator 310 to allow the condensation of water vapor from the evaporation chamber 10.

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Abstract

L'installation comporte un dispositif d'évaporation (1'), qui comprend une enceinte d'évaporation (10) destinée à contenir de l'eau (11) sous forme liquide et permettant d'évaporer une partie seulement de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation (10), et des moyens d'alimentation en gaz (12) permettant d'introduire un gaz dans l'eau (11)contenue dans l'enceinte d'évaporation (10), de manière à former des bulles de gaz dans ladite eau,et un échangeur thermique (3), qui comporte des moyens de refroidissement (300, 310, 311 / 300, 301) et qui permet au moins de condenser la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10). L'installation comprend des moyens (14) d'alimentation en eau,qui permettent de pomper de l'eau sous forme liquide (L) en milieu naturel, de faire traverser dans lesdits moyens de refroidissement (300, 310, 311 / 300, 301) ou de mettre en contact avec lesdits moyens de refroidissement (300, 310, 311 / 300, 301) cette eau pompée en milieu naturel, de manière à permettre le refroidissement de la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10), et d'alimenter l'enceinte d'évaporation (10) avec ladite eau après que cette eau a été réchauffée en ayant traversé ou en ayant été mise en contact avec lesdits moyens de refroidissement (300, 310, 311 / 300, 301). L'enceinte d'évaporation (10) comporte des moyens d'évacuation (10c; 143) d'une partie de l'eau sous forme liquide (L) contenue dans l'enceinte qui, en combinaison avec les moyens (14) d'alimentation en eau, permettent un renouvellement de l'eau à l'intérieur de l'enceinte de telle sorte que la température de l'eau contenue dans l'enceinte (10) est maintenue à une température suffisante pour entretenir l'évaporation d'une partie de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation (10).

Description

INSTALLATION ET PROCEDE DE TRAITEMENT PAR
EVAPORATION/CONDENSATION D'EAU POMPEE EN MILIEU
NATUREL Domaine technique
La présente invention concerne une nouvelle installation et un nouveau procédé de traitement par évaporation/condensation d'eau pompée sous forme liquide en milieu naturel, telle que notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac, ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine. L'invention permet par exemple de dessaler de l'eau de mer, ou de purifier de l'eau pompée en milieu naturel. L'invention trouve également son application à l'utilisation de l'énergie thermique de l'eau pompée en milieu naturel pour produire de l'électricité ou pour traiter un gaz.
Art antérieur
A la pression atmosphérique normale (au niveau de la mer) l'évaporation de l'eau se produit autour de 100°C. Cette évaporation se produit lorsque le milieu extérieur fournit de l'énergie à l'eau devenue vapeur sous forme de chaleur latente Lv. Tant que l'eau reste dans son état de vapeur, cette énergie Lv reste stockée dans cette vapeur. Si on diminue la température de la vapeur, on assiste alors au phénomène de condensation par lequel la vapeur se transforme en liquide en cédant cette énergie stockée vers le milieu extérieur.
On parle souvent d'évaporation et d'ébullition sans distinction pour le passage de l'état liquide vers l'état gazeux. En réalité, ces deux phénomènes sont différents et apparaissent dans des circonstances différentes. On désigne par évaporation l'apparition de molécules dans l'état gazeux au niveau de la surface du liquide. Si on apporte de l'énergie de manière rapide au bas d'un récipient, la température monte progressivement sur toute la colonne d'eau, mais au niveau de la surface en contact avec l'apport d'énergie, la température va rapidement dépasser la température d'évaporation (100°C pour l'eau sous une pression atmosphérique normale). Ceci crée une évaporation locale sous forme de petites bulles dans l'eau qui vont s'échapper et remonter dans le liquide à cause de la poussée d'Archimède. Ce phénomène va s'accélérer avec la montée de la température du liquide et le nombre de bulles devient important ; on obtient alors le phénomène dit d'ébullition. On peut dire que l'ébullition est une évaporation à trois dimensions ou en volume contrairement à l'évaporation classique qui a lieu en surface.
L'évaporation d'un liquide, et notamment de l'eau à basse pression, est par ailleurs une méthode bien connue et maîtrisée. Cette méthode d'évaporation est liée au fait que la température d'évaporation d'un liquide, et notamment de l'eau, diminue avec la pression atmosphérique au dessus de ce liquide. Par exemple à 0,2 bar, la température d'évaporation de l'eau est de l'ordre de 60°C ; à 20 mbar, la température d'évaporation de l'eau est de l'ordre de 17,5°C. Ainsi, si on place par exemple de l'eau à 20°C dans un récipient, tel que par exemple un bêcher, il ne se passe rien à court terme à la pression atmosphérique. Si on place le récipient dans une cloche à vide reliée à une pompe à vide, l'eau se met à bouillir brutalement, et la température de l'eau baisse de plus en plus, pour finir à une température en dessous de zéro. A partir d'un certain moment, l'eau restante finit par geler mettant un terme à l'évaporation. Il est donc possible en abaissant suffisamment la pression de faire évaporer et faire bouillir de l'eau à basse température, et par exemple à 20°C.
Lorsqu'un liquide tel que de l'eau s'évapore, il a besoin d'énergie pour passer de la phase liquide à la phase gazeuse : c'est la chaleur latente Lv. La chaleur latente Lv est égale à 2,25MJ/kg pour l'eau à la pression atmosphérique. Cette énergie est fournie par le volume de l'eau à l'état liquide qui ne s'évapore pas et par le récipient contenant l'eau à l'état liquide, lesquels fournissent cette énergie thermique en abaissant leurs températures. Tant que l'évaporation continue, la température continue de baisser jusqu'à descendre sous 0°C et l'eau liquide finit par se transformer en glace. Si on néglige la participation du récipient, on peut considérer en première approximation, qu'il y conservation de l'énergie entre l'énergie reçue par l'eau évaporée et l'énergie fournie par l'eau liquide. Eeva = Enq où Eeva est l'énergie reçue par l'eau évaporée et Enq est l'énergie fournie par l'eau liquide.
E|iq=ITI|iq Cpliq ΔΤ
où, miiq est la masse de liquide non évaporée, CPNq est la capacité calorifique du liquide et vaut 4,18kJ/kg/K pour l'eau et ΔΤ est la variation de la température de l'eau liquide.
E = m L
où nrieva est la masse de liquide évaporé et est la chaleur latente et vaut 2,25MJ/kg pour l'eau à la pression atmosphérique.
La conservation de l'énergie et de la matière impose que Eeva— E|iq donc
ITIeva Lv=ITI|iq Cpliq ΔΤ
C'est cette relation ( Eeva— E|iq ) qui permet d'extraire de l'énergie d'un liquide par évaporation, et par exemple d'extraire de l'énergie par évaporation d'eau pompée en milieu naturel telle que notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau.
Ce phénomène d'évaporation d'un liquide, et notamment de l'eau, à basse pression, est utilisé depuis de très nombreuses années pour produire de la vapeur et pour utiliser la vapeur produite afin de générer de l'énergie électrique.
Cette énergie électrique produite à partir de la vapeur d'eau peut être obtenue au moyen d'une turbine, tel que par exemple dans les demandes de brevet français FR 2 515 727 et FR 2 534 293.
Cette énergie électrique peut également avantageusement être produite par condensation de la vapeur, et notamment de la vapeur d'eau produite, et par une transformation en énergie électrique de l'énergie récupérée lors de la condensation de la vapeur.
Plus particulièrement, au cours de la dernière décennie, la conversion de l'énergie thermique des océans et des mers a fait des progrès importants avec la technologie OTEC (Océan Themal Energy Conversion). Les systèmes OTEC sont décrits par exemple dans les demandes de brevet internationales WO 81/02231 , WO 95/28567 et WO 96/41 1079 et dans le brevet US 3 967 449, et convertissent l'énergie thermique en électricité en utilisant la différence de température entre l'eau de mer chaude en surface et l'eau de mer froide en profondeur.
Habituellement on utilise les systèmes OTEC à cycle fermé qui utilisent un cycle thermodynamique d'un fluide de travail intermédiaire. Pour cela, il existe trois cycles thermodynamiques Rankine, Kalina et Uehara qui sont compatibles avec le principe des systèmes OTEC.
Cycle de Rankine :
Ce cycle est utilisé avec des liquides organiques qui ont un point d'ébullition inférieur à celui de l'eau. Par conséquent, il est appelé « Organic Rankine Cycle » (ORC).
Cycle de Kalina :
http://www.thermoptim rg/sections/technologies/svstemes/cvcle-kalina/ Ce cycle utilise un mélange d'eau et d'ammoniac comme fluide de travail. La concentration d'ammoniac est variable selon le besoin de chaque étape du cycle. En théorie, l'efficacité est 20% plus élevée que celle du cycle ORC. Le fluide de travail (eau + ammoniac) est bouilli en utilisant la chaleur dégagée par la source chaude. Ensuite, le fluide pénètre dans un séparateur et se divise en deux :
- la phase vapeur avec une grande concentration d'ammoniac qui entre par la suite dans la turbine à expansion qui fait tourner le générateur d'électricité.
- la phase liquide avec une faible concentration est utilisée dans le régénérateur. Par la suite les deux flux sont fusionnés dans le condenseur, où le fluide se condense en donnant de la chaleur à la source froide. Le fluide en sortie du condenseur est préchauffé dans le régénérateur et le même cycle recommence.
Le cycle de Kalina est un cycle qui présente la particularité de faire varier les concentrations du fluide caloporteur (eau + ammoniac) afin de faire évoluer les points de fonctionnement. En effet, au niveau de l'échangeur la concentration en ammoniac est élevée, ce qui rend la température d'évaporation faible. Ainsi on peut évaporer le fluide à une température moins élevée. Si la concentration en ammoniac est faible, cela rend la température de condensation plus élevée et il devient donc plus facile de condenser la vapeur puisque le liquide qui va servir à condenser (source froide) n'aura pas besoin d'être très froid.
Cycle d'Uehara :
http://www.thermoptim rg/sections/technologies/systemes/cycle-uehara Ce cycle utilise également de l'eau et de l'ammoniac comme fluide de travail à concentration fixe en ammoniac, mais son efficacité théorique est supérieure à Kalina et ce cycle est surtout adapté à des températures de la source chaude entre 20 et 30 °C.
Ce cycle de production d'électricité utilisant l'énergie thermique des mers est une amélioration du cycle de Kalina. Sa principale particularité est de simplifier le changement de composition du mélange eau-ammoniac en recourant à une détente étagée avec prélèvement.
Tout comme pour le cycle de Kalina, l'intérêt de ce cycle est de remplacer les évaporations et condensations à température constante du fluide de travail par des évolutions avec glissement de température, et donc de réduire les irréversibilités du système.
Dans ce cycle, un mélange riche en ammoniac est chauffé dans un économiseur et un vaporiseur, dont il sort à l'état diphasique. Les phases vapeur et liquide sont alors séparées, la première étant détendue jusqu'à une pression intermédiaire dans une turbine.
Une partie de ce flux détendu est re-circulée à moyenne pression, puis refroidie par échange avec le mélange de base, auquel elle est mélangée, pour former le fluide de travail, qui est ensuite remis en pression.
Le flux principal sortant de la turbine est détendu jusqu'à la basse pression dans une deuxième turbine puis dirigé vers un absorbeur, où il est mélangé avec la fraction liquide sortant du séparateur et préalablement refroidie dans le régénérateur par échange avec le fluide de travail sortant de la pompe riche, puis détendue à la basse pression. En sortie d'absorbeur, le mélange de base obtenu est condensé avant d'être comprimé à la pression intermédiaire.
En pratique, une installation OTEC de 100MW fonctionnant avec un cycle d'Uehara présente les caractéristiques suivantes :
- Puissance électrique nette : 64MW
- Production électrique journalière de 1 ,5GWh
- Production électrique annuelle de 514GWh
- Production journalière d'eau douce : 120000m3/jour
- Débit d'eau de mer chaude : 1 1 1 m3/s (= 1 1 1 1 1 1 kg/s)
- Débit d'eau de mer froide : 1 1 1 m3/s (1 1 1 1 1 1 kg/s)
- Besoin électrique (généralement pour les pompes) : 23MW.
Les inconvénients majeurs des systèmes OTEC, et notamment des systèmes OTEC basés sur le cycle d'Uehara sont :
- les débits très importants d'entrée d'eau de mer chaude et froide et leurs effets potentiels sur l'environnement.
- l'aspiration d'eau à grande profondeur (généralement 1000 mètres) pour le condenseur, ce qui réduit fortement le rendement du système.
On a par ailleurs proposé des systèmes de désalinisation d'eau mettant en œuvre un humidificateur (dispositif d'évaporation) couplé à un déshumidificateur (dispositif de condensation). Ces systèmes sont par exemple décrits dans la publication « A solar desalination System using humidification-deshumidification process - A review of récent research », Y B Karhe et al, International Jurnal of modem Engineering Research, pages 966- 977, 30 avril 2013. Dans ces systèmes de désalinisation d'eau, l'évaporation de l'eau dans le dispositif d'évaporation est obtenue grâce à un chauffage préalable de l'eau avant son introduction dans l'enceinte d'évaporation, notamment en utilisant l'énergie solaire, et on évapore toute l'eau salée qui est introduite dans le dispositif d'évaporation, de manière ultérieurement à récupérer la saumure dans le fond du dispositif d'évaporation. Ces systèmes de désalinisation d'eau ne permettent pas de fonctionner avec des débits d'eau importants et il n'est pas concevable avec ces système d'utiliser la faible quantité de vapeur d'eau générée pour produire de l'électricité.
Objectif de l'invention
L'invention vise à proposer une nouvelle solution technique de traitement par évaporation/condensation d'eau sous forme liquide pompée en milieu naturel, telle que notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac, ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine La solution de l'invention permet d'améliorer les rendements de conversion d'énergie et les coûts de mise en œuvre.
Résumé de l'invention
L'invention a ainsi pour premier objet une installation de traitement, par évaporation et condensation, d'eau sous forme liquide pompée en milieu naturel. Ladite installation comporte un dispositif d 'évaporation, qui comprend une enceinte d'évaporation destinée à contenir de l'eau sous forme liquide, et permettant d'évaporer une partie seulement de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation, et des moyens d'alimentation en gaz permettant d'introduire un gaz dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation, de manière à former des bulles de gaz dans ladite eau. Ladite installation comporte outre un échangeur thermique, qui comporte des moyens de refroidissement et qui permet au moins de condenser la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation. Ladite installation comprend des moyens d'alimentation en eau, qui permettent de pomper de l'eau sous forme liquide en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine, de faire traverser dans lesdits moyens de refroidissement ou de mettre en contact avec lesdits moyens de refroidissement cette eau sous forme liquide pompée en milieu naturel, de manière à permettre le refroidissement de la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation, et d'alimenter l'enceinte d'évaporation avec ladite eau sous forme liquide pompée en milieu naturel après que cette eau sous forme liquide a été réchauffée en ayant traversé ou en ayant été mise en contact avec lesdits moyens de refroidissement. L'enceinte d'évaporation comporte des moyens d'évacuation d'une partie de l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte qui, en combinaison avec les moyens d'alimentation en eau, permettent un renouvellement de l'eau sous forme liquide à l'intérieur de l'enceinte de telle sorte que la température de l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte est maintenue à une température suffisante pour entretenir l'évaporation d'une partie de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation.
Plus particulièrement, l'installation de l'invention peut comporter les caractéristiques additionnelles et optionnelles suivantes, prises isolément, ou en combinaison les unes avec les autres :
- L'enceinte d'évaporation est dépourvue de moyen de chauffage additionnel de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation.
- L'installation est dépourvue de moyen de chauffage additionnel de l'eau entre les moyens de refroidissement et l'enceinte d'évaporation.
- Lesdits moyens de refroidissement de l'échangeur thermique sont positionnés à l'extérieur de l'enceinte d'évaporation, et les moyens d'alimentation en eau permettent de faire circuler à travers lesdits moyens de refroidissement de l'échangeur thermique ladite eau sous forme liquide pompée en milieu naturel, et permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation avec ladite eau sous forme liquide pompée en milieu naturel, après son passage à travers les moyens de refroidissement de l'échangeur thermique.
- Au moins une partie des moyens de refroidissement de l'échangeur thermique est positionnée à l'intérieur de l'enceinte d'évaporation, de manière à pouvoir être refroidie par l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation.
- Les moyens de refroidissement de l'échangeur thermique comportent un circuit d'évaporation/condensation fermé, dans lequel peut circuler en boucle fermée un fluide de travail, et qui comprend un évaporateur dudit fluide de travail et un condenseur dudit fluide de travail ; l'évaporateur permet la condensation de la vapeur d'eau issue de l'enceinte d'évaporation. Lesdits moyens d'alimentation en eau permettent de refroidir le fluide de travail lors de son passage dans ledit condenseur, avec de l'eau sous forme liquide pompée en milieu naturel, et permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation avec ladite eau sous forme liquide après son réchauffement par le fluide de travail dans le condenseur.
L'évaporateur est positionné à l'extérieur de l'enceinte d'évaporation et le condenseur est positionné dans l'enceinte d'évaporation, de manière à pouvoir être immergé dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation.
Ledit échangeur thermique constitue un système de production d'électricité qui permet en outre de récupérer l'énergie de la condensation de la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10), et de la transformer en énergie électrique.
Ledit échangeur thermique comporte une turbine, qui est montée entre l'évaporateur et le condenseur, et qui est apte à être actionnée par le fluide de travail à l'état de vapeur, de manière à produire de l'énergie électrique.
L'échangeur thermique est conçu pour mettre en œuvre un cycle de Kalina, ou un cycle d'Uehara ou un cycle de Rankine, ou un cycle dérivé de l'un ou l'autre de ces cycles.
Les moyens de refroidissement de l'échangeur thermique comportent un circuit de refroidissement, qui est destiné à être en contact avec la vapeur d'eau issue de l'enceinte d'évaporation, et dans lequel circule un liquide caloporteur, et dans laquelle lesdits moyens d'alimentation en eau permettent d'introduire et de faire circuler dans ledit circuit de refroidissement ladite l'eau sous forme liquide pompée en milieu naturel, laquelle eau pompée en milieu naturel fait office de liquide caloporteurdans le circuit de refroidissement, et permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation avec ladite eau sous forme liquide issue du circuit de refroidissement après son réchauffement par la vapeur d'eau issue de l'enceinte d'évaporation. - Les moyens d'alimentation en gaz comportent un compresseur, qui est positionné entre l'enceinte d'évaporation (10) et l'échangeur thermique (3 / 3'), et qui permet d'aspirer du gaz et de la vapeur d'eau à l'intérieur de l'enceinte d'évaporation et d'alimenter l'échangeur thermique avec du gaz et de la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation ; l'enceinte d'évaporation comporte une ouverture d'admission par laquelle, lorsque le compresseur fonctionne, du gaz est aspiré et introduit dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation.
- Ledit compresseur permet de mettre en dépression l'intérieur de l'enceinte d'évaporation de manière à permettre une évaporation de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation à une température inférieure à 100°C, de préférence inférieure à 60°C, et plus préférentiellement encore inférieure à 25°C.
- L'ouverture d'admission de l'enceinte d'évaporation est une admission d'air communiquant à l'air libre, par laquelle de l'air est introduit dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation.
- L'ouverture d'admission de l'enceinte d'évaporation, par laquelle du gaz est introduit dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation, est équipée d'une vanne de contrôle de débit du gaz.
- Le compresseur permet de chauffer le gaz et la vapeur d'eau lors de leur passage à travers le compresseur.
- Les moyens d'alimentation en gaz comportent un compresseur, une tubulure d'admission d'un gaz dans le compresseur et une tubulure de sortie, qui permet l'injection du gaz délivré par le compresseur dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation.
- Les moyens d'alimentation en gaz permettent de réguler automatiquement le débit d'alimentation du gaz entrant dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation.
- Les moyens d'alimentation en gaz permettent de recycler le gaz provenant de l'enceinte d'évaporation en le réinjectant en tout ou partie dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation.
- Les moyens d'alimentation en eau permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation avec de l'eau à une température supérieure à la température de l'eau évacuée sous forme liquide de l'enceinte d'évaporation.
- Les moyens d'alimentation en eau sont aptes à réguler automatique le débit d'eau entrant dans l'enceinte d'évaporation de manière à entretenir l'évaporation de l'eau dans l'enceinte d'évaporation.
- Le gaz introduit dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation est de l'air ou un mélange à base d'air.
- Le gaz introduit dans l'eau comprend un gaz inerte, et notamment de l'hélium.
- Les moyens d'alimentation en gaz permettent l'évaporation de l'eau contenue dans l'enceinte à une température d'évaporation inférieure à la température d'ébullition de ladite eau.
- L'installation est, conçue pour évaporer un volume d'eau liquide à une température d'évaporation inférieure à 100°C, de préférence inférieure à 60°C, et plus préférentiellement encore inférieure à 25°C.
- Les moyens d'alimentation en gaz permettent d'introduire de l'air dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation en prélevant tout ou partie de cet air dans l'air ambiant à l'extérieur de l'enceinte.
L'invention a également pour objet un procédé de traitement d'eau sous forme liquide, par évaporation/condensation, dans lequel on évapore, dans une enceinte d'évaporation d'un dispositif d'évaporation, une partie seulement de l'eau sous forme liquide contenue dans cette enceinte d'évaporation, et on condense la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation au moyen d'un échangeur thermique, dans lequel on introduit un gaz dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation, de manière à former des bulles de gaz dans cette eau, dans lequel on pompe de l'eau sous forme liquide en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine, on fait traverser dans lesdits moyens de refroidissement ou on met en contact avec lesdits moyens de refroidissement cette eau sous forme liquide pompée en milieu naturel, de manière à permettre le refroidissement de la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation, et on alimente l'enceinte d'évaporation avec ladite eau sous forme liquide, après que cette eau sous forme liquide a été réchauffée en ayant traversé ou en ayant été mise en contact avec lesdits moyens de refroidissement, dans lequel on évacue une partie de l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation de manière, en combinaison avec l'alimentation en eau de l'enceinte d'évaporation, à renouveler l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation de telle sorte que la température de l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte est maintenue à une température suffisante pour entretenir l'évaporation d'une partie de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation.
Plus particulièrement, le procédé de l'invention peut comporter les caractéristiques additionnelles et optionnelles suivantes, prises isolément, ou en combinaison les unes avec les autres :
- On ne chauffe pas l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation à l'aide d'un moyen de chauffage additionnel.
- On ne chauffe pas l'eau avant son introduction dans l'enceinte d'évaporation à l'aide d'un moyen de chauffage additionnel positionné entre les moyens de refroidissement et l'enceinte d'évaporation.
- Lesdits moyens de refroidissement de l'échangeur thermique sont positionnés à l'extérieur de l'enceinte d'évaporation, on fait circuler cette eau sous forme liquide pompée en milieu naturel à travers les moyens de refroidissement dudit échangeur thermique, et on introduit cette eau dans l'enceinte d'évaporation, après qu'elle ait été réchauffée lors de son passage dans les moyens de refroidissement de l'échangeur thermique. - Au moins une partie des moyens de refroidissement de l'échangeur thermique est positionnée à l'intérieur de l'enceinte d'évaporation, et on introduit dans l'enceinte d'évaporation l'eau sous forme liquide, pompée en milieu naturel, de telle sorte que ladite partie des moyens de refroidissement de l'échangeur thermique positionnée à l'intérieur de l'enceinte d'évaporation est immergée dans le l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation.
- Les moyens de refroidissement dudit échangeur thermique comportent un circuit fermé, qui contient un fluide de travail, et qui comprend un évaporateur dudit fluide de travail et un condenseur dudit fluide travail ; on condense la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation en l'amenant au contact de l'évaporateur ; on fait circuler ledit fluide de travail dans ledit circuit fermé, de manière à évaporer le fluide de travail lors de son passage dans l'évaporateur et à condenser ledit fluide de travail lors de son passage dans le condenseur ; on refroidit ledit fluide de travail dans ledit condenseur avec de l'eau sous forme liquide pompée en milieu naturel.
- On alimente l'enceinte d'évaporation avec ladite eau sous forme liquide pompée en milieu naturel, après son réchauffement par le fluide de travail.
- On produit de l'électricité en récupérant une partie au moins de l'énergie de condensation de ladite vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation.
- Avant le passage du fluide de travail dans le condenseur, on utilise le fluide de travail pour faire tourner au moins une turbine électrique.
- On condense la vapeur d'eau issue de l'enceinte d'évaporation en la mettant en contact avec le circuit de refroidissement des moyens de refroidissement de l'échangeur thermique ; on fait circuler, dans ledit circuit de refroidissement, ladite l'eau sous forme liquide qui est pompée en milieu naturel, et qui fait office de fluide caloporteur dudit circuit de refroidissement, et on alimente l'enceinte d'évaporation avec ladite eau sous forme liquide issue du circuit de refroidissement après son réchauffement par la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation.
L'enceinte d'évaporation est à une pression supérieure ou égale à la pression atmosphérique.
L'enceinte d'évaporation est mise en dépression.
On régule automatiquement la pression dans l'enceinte d'évaporation au-dessus du liquide.
On régule automatiquement le débit de gaz entrant dans le l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation.
On remplace continuellement une partie de l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation avec de l'eau à une température supérieure à la température de l'eau qui est évacuée en dehors l'enceinte d'évaporation.
On régule automatiquement le débit de liquide entrant dans l'enceinte d'évaporation.
Le gaz introduit dans le liquide est de l'air ou un mélange gazeux à base d'air.
Le gaz introduit dans l'eau sous forme liquide comporte un gaz inerte et notamment de l'hélium.
On évapore une partie de l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation à une température d'évaporation inférieure à la température d'ébullition de ladite eau.
On évapore une partie de l'eau dans l'enceinte d'évaporation à une température d'évaporation inférieure à 100°C, et de préférence inférieure à 60°C, et plus préférentiellement inférieure à 25°C.
On récupère l'eau issue de la condensation de la vapeur d'eau.
Une partie au moins du gaz injecté dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation est de l'air prélevé dans l'air ambiant.
Une partie au moins du gaz injecté dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation est recyclé en étant réinjecté dans le liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation.
L'invention a également pour objet une utilisation de l'installation susvisée ou du procédé susvisé :
- pour produire de l'électricité à partir d'eau pompée en milieu naturel et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine,
ou
- pour purifier et le cas échéant dessaler et/ou dépolluer de l'eau pompée en milieu naturel et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine,
ou
- pour refroidir et/ou dépolluer le gaz injecté dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation.
Brève description des figures
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-après de plusieurs variantes particulières de réalisation de l'invention, lesquelles variantes particulières de réalisation sont décrites à titre d'exemples non limitatifs et non exhaustifs de l'invention, et en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- La figure 1 représente de manière schématique une variante de réalisation d'un dispositif d'évaporation de l'invention.
- La figure 2 représente des exemples de courbes de fonctionnement du dispositif de la figure 1 , montrant l'évolution dans le temps de la température de l'eau dans l'enceinte d'évaporation pour différents volumes d'eau initiaux (21, 11, 21) et avec différents débits d'air (41/s ; 61/s ; 61/s).
La figure 3 représente de manière schématique une première variante de réalisation d'une installation de l'invention permettant la production d'électricité par évaporation/condensation d'eau pompée en milieu naturel, et par exemple de l'eau de mer. - La figure 4 représente de manière schématique une deuxième variante de réalisation d'une installation de l'invention permettant la production d'électricité par évaporation/condensation d'eau pompée en milieu naturel, et par exemple de l'eau de mer.
- La figure 5 représente de manière schématique une troisième variante de réalisation d'une installation de l'invention permettant la production d'électricité par évaporation/condensation d'eau pompée en milieu naturel, et par exemple de l'eau de mer.
- Les figures 6 à 8 représentent respectivement de manière schématique des installations pour le traitement par évaporation/condensation d'eau pompée en milieu naturel, et par exemple pour la désalinisation d'eau de mer, dans lesquels ladite eau pompée en milieu naturel fait office de fluide caloporteur dans un circuit de refroidissement utilisé pour la condensation de la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation de l'installation.
- La figure 9 représente de manière schématique une troisième variante de réalisation d'une installation de l'invention permettant la production d'électricité par évaporation/condensation d'eau pompée en milieu naturel, et par exemple de l'eau de mer.
Description détaillée
Figures 1 et 2
On a représenté de manière schématique sur la figure 1 , un exemple de dispositif d'évaporation 1 expérimental.
Ce dispositif 1 comporte :
- une enceinte d'évaporation 10 contenant un volume initial de liquide 1 1 à évaporer, et par exemple un volume d'eau.
- des moyens d'alimentation 12 permettant d'introduire un gaz, et par exemple de l'air, dans le liquide 1 1 , de manière à former des bulles de gaz 13 dans le liquide.
Les moyens d'alimentation 12 comportent plus particulièrement un compresseur 121 , une conduite d'admission 120 permettant d'alimenter le compresseur 121 avec de l'air ambiant, et une conduite de sortie 122, reliée à une extrémité à la sortie du compresseur 121 , et ayant son autre extrémité plongée dans le liquide 1 1 , de sorte que l'air produit par le compresseur 121 est introduit dans le liquide 1 1 , à proximité du fond de l'enceinte 10.
Le passage d'un gaz, tel que de l'air, à travers le liquide 1 1 provoque une ébullition forcée à basse température (en l'occurrence à température ambiante) qui permet d'améliorer le rendement de l'évaporation. Ceci peut s'expliquer par le fait que les bulles de gaz 13, qui sont créées de manière forcée dans le liquide par le gaz, se chargent en vapeur (vapeur d'eau si le liquide 1 1 est de l'eau), en prélevant de la chaleur latente au liquide 1 1 et en refroidissant ainsi le liquide dans l'enceinte 10. Sous l'effet de la poussée d'Archimède, les bulles 13 du gaz chargées de vapeur montent de plus en plus vite pour éclater en surface de l'eau.
Il est à noter que le gaz peut être simplement de l'air ou tout autre gaz, et par exemple et de manière non limitative et non exhaustive, un mélange gazeux à base d'air, ou un gaz inerte, et notamment de l'hélium.
Le dispositif de la figure 1 a été testé dans les conditions suivantes :
- Enceinte 10 en plastique contenant un volume initial d'eau 1 1 à une température de 19,5°C pour la courbe avec un débit d'air de 4l/s et de
17°C pour les deux autres courbes avec un débit d'air d 6l/s.
- Température du jet d'air en sortie du compresseur 121 : 17°C
- Pression du jet d'air en sortie du compresseur 121 : 2 bars
- Débit du jet d'air en sortie du compresseur 121 : modifiable
- Température ambiante : 20,3°C.
La figure 2 montre l'évolution dans le temps de la température de l'eau dans l'enceinte 10 pour différents volumes d'eau initiaux (21 ; 11 ; 21) et avec différents débits d'air (41/s ; 61/s ; 61/s).
Les courbes de la figure 2 montrent que plus le débit du gaz augmente, et plus la température du liquide dans l'enceinte 10 chute rapidement. Cette chute de température correspond à l'évaporation d'une certaine quantité de liquide. En contrôlant le débit de gaz à l'entrée de l'enceinte, on agit ainsi sur la vitesse d'évaporation du liquide et sur la quantité de vapeur produite dans le temps.
Ainsi, l'introduction d'un gaz, et en particulier d'air, dans le liquide 1 1 contenu dans l'enceinte d'évaporation 10 permet avantageusement de créer des bulles de gaz 13, et plus particulièrement de bulles d'air, qui permettent l'accélération de l'évaporation.
Figure 3 : Production d'énergie électrique - 1 ère variante
On a représenté sur la figure 3, une variante de réalisation d'une installation qui est conforme à l'invention, et qui permet de produire de l'électricité à partir de la conversion de l'énergie thermique d'eau, pompée sous forme liquide en milieu naturel, et par exemple de l'eau de mer, l'eau d'un lac, ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau d'une source naturelle souterraine
Cette installation comporte un dispositif d'évaporation 1 ' par ébullition forcée, raccordé à un échangeur thermique 3 qui, dans cette variante, permet plus particulièrement la production d'énergie électrique, à partir de la condensation de la vapeur d'eau issue du dispositif d'évaporation 1 '.
Le dispositif d'évaporation 1 ' comporte une enceinte d'évaporation 10 destinée à contenir de l'eau 1 1 , qui a été pompée sous forme liquide en milieu naturel.
Cette enceinte d'évaporation 10 comporte :
- en partie basse, une ouverture d'admission d'air 10b qui communique avec l'air libre à l'extérieur de l'enceinte,
- en partie supérieure, une ouverture 10a qui permet l'évacuation de l'air et de la vapeur d'eau.
Cette enceinte d'évaporation 10 comporte un fond 100 dans lequel est ménagée une ouverture 100a pour son alimentation avec de l'eau pompée sous forme liquide en milieu naturel.
En partie haute, l'enceinte d'évaporation 10 comporte également une ouverture 10c pour l'évacuation de l'eau liquide 1 1 contenue dans l'enceinte. L'échangeur thermique 3 pour la production d'électricité permet la mise en œuvre d'un cycle thermodynamique fermé, de type cycle Rankine.
Il comporte une unité de condensation 30, comprenant une enceinte de condensation 300, qui communique avec l'ouverture d'évacuation 10a de l'enceinte d'évaporation 10, et qui permet la condensation de la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation 10.
La récupération d'une partie au moins de l'énergie de condensation de la vapeur d'eau et sa transformation en énergie électrique sont effectuées par un système de conversion d'énergie de type Rankine, qui comporte un circuit fermé 31 , dans lequel circule en boucle fermée un fluide de travail caloporteur. Ce circuit fermé 31 comprend un évaporateur 310 dudit fluide de travail (source froide du cycle Rankine), qui est en forme de serpentin, et qui est positionné dans ladite enceinte de condensation 300, et un condenseur 31 1 dudit fluide de travail (source chaude du cycle Rankine), qui est en forme de serpentin, et qui est positionné à l'extérieur de l'enceinte de condensation 300. De manière connue en soi, sur le parcours du fluide de travail est en outre interposé un compresseur 312 entre la sortie du condenseur 31 1 et l'entrée de l'évaporateur 310.
L'échangeur thermique 3 comprend également une turbine 32, qui permet la production d'électricité au moyen du fluide de travail F, et qui est montée sur le parcours du fluide de travail, entre l'évaporateur 310 du fluide de travail et le condenseur 31 1 du fluide de travail
Le fluide de travail F est par exemple un mélange d'eau et d'ammoniac.
L'installation comporte également des moyens d'alimentation 12 permettant d'introduire de manière forcée de l'air dans l'eau 1 1 contenue dans l'enceinte 10.
Ces moyens d'alimentation 12 comportent un compresseur 121 dont l'admission est raccordée à l'ouverture d'évacuation 10a de l'enceinte d'évaporation 10 par une conduite 120, et dont la sortie est raccordée à une entrée de l'enceinte de condensation 300 par une conduite 122, et une vanne de contrôle de débit d'air 123 qui est montée sur l'ouverture d'admission 10b de l'enceinte d'évaporation 10.
Plus particulièrement, un filtre (non représenté) peut être monté en sortie de l'enceinte d'évaporation 10, et en amont du compresseur 121 , afin d'éviter l'encrassement de l'installation en aval du dispositif d'évaporation 1 '.
L'installation comporte également des moyens d'alimentation en eau 14, comportant une pompe hydraulique 140, qui permet de pomper de l'eau L sous forme liquide en milieu naturel, telle que par exemple de l'eau de mer, de l'eau d'un lac, de l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine.
Cette pompe hydraulique 140 est raccordée en sortie à une extrémité d'une conduite d'alimentation en eau 141 . L'autre extrémité de la conduite d'alimentation en eau 141 est raccordée à l'ouverture d'admission 144a d'un circuit de refroidissement 144, qui est en contact avec le condenseur 31 1 , et qui permet de refroidir le fluide de travail F circulant dans le condenseur 31 1 . L'ouverture d'évacuation 144b de ce circuit de refroidissement 144 est raccordée à une extrémité d'une conduite 142, qui est raccordée à son autre extrémité à l'ouverture 100a dans le fond 100 de l'enceinte d'évaporation 10.
L'installation comporte également une conduite d'évacuation 143 verticale qui est raccordée à l'ouverture 10c de l'enceinte d'évaporation, et qui permet l'évacuation par gravité d'une partie de l'eau 1 1 contenue dans l'enceinte 10.
La sortie 143a de cette conduite d'évacuation 143, qui est située en contrebas de l'enceinte d'évaporation 10, est par exemple, mais non nécessairement, plongée dans la même source d'eau naturelle (mer, océan, lac, cours d'eau...) que celle dans laquelle la pompe 140 hydraulique pompe de l'eau.
En fonctionnement on pompe, au moyen de la pompe hydraulique 140, de l'eau froide L sous forme liquide à une température Tf en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine ; on fait circuler cette eau pompée en milieu naturel dans le circuit de refroidissement 144, ce qui permet de refroidir le condenseur 31 1 , et de condenser le fluide caloporteur F lors de son passage dans le condenseur 31 1 . Cette eau L est ainsi réchauffée lors de son passage dans le circuit de refroidissement 144.
Puis on introduit cette eau L sous forme liquide et réchauffée à une température Tf + ΔΤ1 dans l'enceinte d'évaporation 10, par l'ouverture d'admission 100a dans le fond 100 de l'enceinte 10, ce qui permet de renouveler et réchauffer l'eau sous forme liquide contenue dans cette enceinte 10.
Lorsque le niveau d'eau dans l'enceinte d'évaporation 10 est suffisant, une partie de l'eau contenue dans l'enceinte 10 est automatiquement évacuée par l'ouverture 10c et par la conduite 143. La température (Tf + ΔΤ1 ) de l'eau sous forme liquide entrant dans l'enceinte d'évaporation 10 est supérieure à la température (Tf - ΔΤ2) de l'eau sous forme liquide sortant de l'enceinte d'évaporation 10 par l'ouverture 10c. On renouvelle ainsi en permanence l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation, et la température de l'eau sous forme liquide L contenue dans l'enceinte 10 est constamment maintenue à une température suffisante pour entretenir l'évaporation d'une partie seulement de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation, sans qu'il ne soit nécessaire de chauffer l'eau dans l'enceinte 10 par un moyen de chauffage additionnel ou de chauffer l'eau avant son introduction dans l'enceinte 10 par un moyen de chauffage additionnel. Par « moyen de chauffage additionnel », on désigne un moyen de chauffage utilisant une source d'énergie externe au système, c'est-à-dire une source d'énergie autre que l'énergie provenant de l'eau pompée en milieu naturel, et par exemple une source d'énergie solaire ou électrique.
Le débit de la pompe 140 est réglé ou est régulé automatiquement, de manière à continuellement apporter de l'énergie thermique en quantité suffisante pour maintenir le volume d'eau 1 1 dans l'enceinte 10 à une température suffisamment élevée pour que le phénomène d'évaporation ne s'arrête pas.
Ce débit de la pompe 140 peut être fixe ou peut avantageusement être régulé automatiquement, par exemple à partir d'une détection de niveau de liquide dans l'enceinte 10, afin de maintenir dans le temps un niveau minimum de liquide dans l'enceinte, et/ou par exemple à partir d'une détection de la température de liquide 1 1 dans l'enceinte 10, de manière à maintenir dans le temps la température du liquide au-dessus d'un seuil de température minimum conditionnant l'évaporation du liquide.
Parallèlement, le compresseur 121 fonctionne et aspire du gaz (en l'espèce de l'air) et de la vapeur d'eau en partie haute de l'enceinte d'évaporation 10, et crée une dépression dans l'enceinte d'évaporation 10 au- dessus du niveau d'eau. Cette dépression permet une aspiration de l'air à l'extérieur de l'enceinte d'évaporation à travers la vanne 123 et l'ouverture d'admission 10b de l'enceinte 10, et permet ainsi d'introduire de manière forcée de l'air en provenance de l'extérieur de l'enceinte 10 dans le volume d'eau liquide 1 1 contenu dans l'enceinte 10.
De manière comparable à ce qui a été décrit précédemment, cet air forme des bulles d'air 13 (ébullition forcée) dans l'eau liquide 1 1 qui remontent à la surface de l'eau et qui favorisent l'évaporation de l'eau.
En réglant ou régulant le débit d'air entrant dans l'enceinte 10 au moyen de la vanne 123 de contrôle de débit d'air, on contrôle avantageusement la quantité de vapeur produite dans le temps.
La dépression à l'intérieur de l'enceinte créée par le compresseur 121 et cette ébullition forcée de l'eau liquide dans l'enceinte 10 permettent avantageusement la production de vapeur d'eau avec de l'eau à basse température, et par exemple avec de l'eau à température ambiante (Tf + ΔΤ1 par exemple comprise entre 15°C et 60°C).
L'air et la vapeur d'eau produite en partie haute de l'enceinte d'évaporation 10 sont aspirés par le compresseur 121 , et sont refoulés par le compresseur 121 dans l'enceinte de condensation 300, en ayant été chauffés de plusieurs degrés Celsius dans le compresseur 121 .
La vapeur d'eau est condensée dans l'enceinte 300 au contact de l'évaporateur 310 et cède une partie des calories au fluide de travail F, ce qui réchauffe et évapore le fluide de travail F dans l'évaporateur 310.
Ce fluide de travail F sous forme de vapeur permet de faire tourner la turbine 32 qui produit l'électricité.
Une fois qu'il est passé à travers la turbine 32, le fluide de travail F sous forme de vapeur est refroidi dans le condenseur 31 1 , puis est remis en circulation vers l'évaporateur 310 par le compresseur 312 interposé entre la sortie du condenseur 31 1 et l'entrée de l'évaporateur 310.
L'eau provenant de la condensation de la vapeur d'eau dans l'enceinte 300 est recueillie en partie basse de l'enceinte 300 et est évacuée par la sortie 300a. L'air sec après condensation est évacué de l'enceinte 300 de condensation par sortie d'air 300b.
Lorsque la pompe hydraulique 140 prélève de l'eau salée (eau prélevée dans la mer ou dans un océan), l'eau provenant de la condensation de la vapeur d'eau dans l'enceinte 300 et recueillie en partie basse de l'enceinte 300 est de l'eau douce, l'installation permettant ainsi, en plus de la production d'électricité, de produire de l'eau douce en dessalant de l'eau de mer. Cette eau douce peut avantageusement être récupérée en étant évacuée de l'enceinte de condensation 300 dans un circuit de récupération d'eau douce.
Egalement, s'agissant d'eau salée ou d'eau douce prélevée en milieu naturel, et susceptible de contenir des polluants, l'évaporation/condensation de cette eau dans l'installation permet de récupérer, à la sortie 300a de l'enceinte d'évaporation 300, de l'eau purifiée dépolluée.
L'introduction forcée d'air dans l'enceinte d'évaporation 10 permet avantageusement de générer de la vapeur d'eau à basse température (par exemple à une température inférieure 20°C), sans qu'il ne soit nécessaire de créer le vide dans l'enceinte d'évaporation 10. A titre d'exemple, la dépression créée par le compresseur 121 à l'intérieur de l'enceinte d'évaporation au dessus du niveau d'eau peut par exemple être comprise entre 0.1 bars et 0.5bars.
Cette vapeur à basse température permet avantageusement un transfert de chaleur par condensation plus efficace, et permet par conséquent la mise en œuvre d'une source (fluide de travail dans l'évaporateur 310) qui est moins froide, pour récupérer par condensation l'énergie stockée dans la vapeur afin de la transformer en énergie électrique. Il n'est donc plus nécessaire, contrairement aux systèmes traditionnels OTEC, de pomper de l'eau très froide, et notamment de l'eau de mer à très grande profondeur pour refroidir le condenseur 31 1 , mais cette eau moins froide (Tf par exemple comprise entre 15°C et 30°C) peut avantageusement être pompée à proximité de la surface, et les rendements de conversion d'énergie sont améliorés.
L'utilisation de la vapeur d'eau avec ébullition forcée permet également de réduire le besoin en structure et en nombre de pompes (actuellement les systèmes OTEC de 100MW nécessitent des pompes ayant un débit cumulé de 1 1 1 m3/s pour pomper l'eau de mer chaude). Dans l'installation de la figure 3, la pompe à eau 140 peut en comparaison avoir un débit relativement faible.
L'invention permet ainsi d'extraire de l'énergie thermique de l'eau en milieu naturel, et notamment d'eau de mer avec une consommation d'énergie plus faible que les systèmes OTEC traditionnels.
Les performances de l'installation de l'invention dépendent de la température de l'eau qui est pompée en milieu naturel par la pompe à eau 140. Les performances de l'installation de l'invention peuvent être améliorées en augmentant la température de l'air introduit dans le liquide 1 1 , car cet air chaud cédera son énergie excédentaire à la vapeur d'eau.
Dans une variante de l'invention, les parois de l'enceinte d'évaporation 10 peuvent également être chauffées avec un système de chauffage additionnel.
Dans une autre variante, l'air introduit dans l'enceinte 10 peut être remplacé par un autre gaz, et par exemple un mélange gazeux à base d'air, ou un gaz inerte, et plus particulièrement de l'hélium.
L'installation de la figure 3 peut également être modifiée de manière à mettre en œuvre un cycle thermodynamique fermé, de type cycle de Kalina, cycle d'Uehara, ou un dérivé de l'un et/ou l'autre de ces cycles, l'eau pompée en milieu naturel étant également utilisée pour le refroidissement d'un fluide de travail utilisé dans ce cycle thermodynamique fermé.
Figure 4 : Production d'énergie électrique - 2ème variante
Dans une autre variante illustrée sur la figure 4, le gaz (en l'espèce de l'air prélevé dans l'environnement ambiant) est introduit dans l'enceinte 10 de la même manière que pour la figure 1 , c'est-à-dire en utilisant un compresseur 121 qui permet de souffler (et non plus d'aspirer) ce gaz dans le volume de liquide 1 1 contenu dans l'enceinte 10. Dans ce cas, l'ouverture d'évacuation 10a de l'enceinte d'évaporation 10 peut également être raccordée directement à l'entrée de l'enceinte de condensation 300 par une conduite, ou tout autre moyen équivalent, permettant de faire communiquer la partie haute de l'enceinte d'évaporation 10 avec l'enceinte de condensation 30. Dans cette variante l'enceinte d'évaporation 10, au dessus du niveau de l'eau 1 1 , est à la pression atmosphérique.
Figure 5 : Production d'énergie électrique - 3ème variante
L'installation peut fonctionner en circuit fermé tel qu'illustré sur la figure 5, en recyclant, via le compresseur 121 , l'air sec issu du système de condensation 30. Sur cette figure 4, une électrovanne EV est montée sur la tubulure d'admission 120.
Cette modification permet de réduire la consommation électrique du ou des compresseurs 121 . En effet, l'utilisation de compresseur en circuit fermé nécessite moins d'énergie, car le même air est utilisé en permanence pour le fonctionnement du système.
Une ou plusieurs sondes de température ST peuvent être positionnées au sein du circuit de circulation d'air, afin de contrôler la température d'air de fonctionnement et de piloter automatiquement l'électrovanne d'admission d'air EV, s'il s'avère nécessaire de faire entrer de l'air ambiant dans le circuit afin d'augmenter la température ou de changer entièrement l'air de fonctionnement.
Figure 6 : installation de traitement par évaporation/condensation d'eau prélevée en milieu naturel
On a représenté sur la figure 6, une installation de traitement par évaporation/condensation d'eau prélevée en milieu naturel, qui est similaire à l'installation de la figure 3 précédemment décrite en ce qu'elle comporte les mêmes éléments suivants : dispositif d'évaporation 1 ' ; moyens d'alimentation 12 comportant un compresseur 121 et une vanne 123 de contrôle de débit d'air ; moyens 14 d'alimentation en eau permettant de pomper de l"eau sous forme liquide en milieu naturel.
Cette installation de la figure 6 comporte un échangeur thermique 3', qui permet également la condensation de la vapeur d'eau provenant du dispositif d'évaporation Y, mais qui est différent de l'échangeur thermique 3 de l'installation de la figure 3
Cet échangeur thermique 3' comporte une unité de condensation 30, qui comporte une enceinte de condensation 300 communiquant avec l'enceinte d'évaporation 10 du dispositif d'évaporation Y, et un circuit de refroidissement 301 en forme de serpentin, qui est positionné dans l'enceinte d'évaporation 300, et dans lequel circule un liquide caloporteur
Dans l'installation de la figure 6, la sortie de la pompe hydraulique 140 est raccordée à l'entrée 301 a du circuit de refroidissement 301 par une conduite 141 , et la sortie 301 b du circuit de refroidissement 301 est raccordée à l'ouverture d'admission 100a de l'enceinte 10 par une conduite 142.
En fonctionnement, la pompe hydraulique 140 permet pomper de l'eau de milieu naturel à une température Tf, de faire circuler dans le circuit de refroidissement 301 cette l'eau pompée en milieu naturel et faisant office de liquide caloporteur du circuit de refroidissement 301 . En sortie du circuit de refroidissement 301 , l'eau qui été réchauffée (température Tf +ΔΤ1 ), suite aux échanges thermiques découlant de la condensation dans l'enceinte 300 de la vapeur d'eau provenant du dispositif d'évaporation Y, est introduite dans l'enceinte d'évaporation 10 à travers l'ouverture d'admission 100a.
Les mêmes avantages précédemment décrits pour l'installation de la figure 3 sont obtenus avec l'installation de la figure 6. Il est possible de modifier cette installation de la figure 6, de telle sorte que le gaz, qui est introduit dans le volume d'eau liquide 1 1 contenue dans l'enceinte d'évaporation 10, à travers l'ouverture d'admission 10b, ne soit pas de l'air prélevé dans l'air ambiant, mais soit un autre gaz.
Plus particulièrement, lorsque ce gaz est un gaz chaud et/ou un gaz contenant des polluants, le dispositif d'évaporation 1 ' permet dans ce cas le refroidissement de ce gaz et/ou la dissolution dans le liquide 1 1 des polluants contenus dans le gaz. Après passage dans le liquide 1 1 , le gaz est refroidi et/ou dépollué.
Ce dispositif peut par exemple être utilisé pour le refroidissement et la dépollution d'un gaz issu d'un incinérateur et pouvant avoir une température de plusieurs centaines de degrés, le passage du gaz dans le liquide permettant de bloquer la propagation des polluants dans l'atmosphère.
Figures 7 et 8
On a représenté sur la figure 7 une variante de réalisation mettant en œuvre un compresseur 121 qui permet de souffler (et non plus d'aspirer) un gaz dans le volume de liquide 1 1 contenu dans l'enceinte 10, de manière comparable à la variante de la figure 4.
On a représenté sur la figure 8 une variante de réalisation fonctionnant en circuit fermé de manière similaire à la variante de la figure 5, c'est-à-dire en recyclant, via le compresseur 121 , l'air sec issu de l'unité de condensation 30.
Figure 9
On a représenté sur la figure 9 une autre variante de réalisation, dans laquelle l'évaporateur 310 de l'échangeur thermique 3" est positionné à l'extérieur de l'enceinte d'évaporation 10, et le condenseur 31 1 est positionné dans l'enceinte d'évaporation 10, de manière à pouvoir être immergé dans l'eau sous forme liquide 1 1 contenue dans l'enceinte d'évaporation 10.
Dans cette variante, la pompe 142 permet de pomper, en milieu naturel, de l'eau L sous forme liquide à une température Tf, et d'introduire cet eau directement dans l'enceinte d'évaporation 10, de telle sorte que le condenseur 31 1 de l'échangeur thermique 3" est immergé dans l'eau sous forme liquide 1 1 contenue dans l'enceinte d'évaporation 10. Lors de son passage dans le condenseur 31 1 , le fluide de travail F est ainsi refroidi par l'eau 1 1 contenue dans l'enceinte d'évaporation 10, puis est renvoyé sous forme liquide par le compresseur 312 dans l'évaporateur 310 pour permettre la condensation de la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation 10.

Claims

REVENDICATIONS
Installation de traitement, par évaporation et condensation, d'eau sous forme liquide pompée en milieu naturel, ladite installation comportant un dispositif d'évaporation (1 '), qui comprend une enceinte d'évaporation (10) destinée à contenir de l'eau (1 1 ) sous forme liquide et permettant d'évaporer une partie seulement de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation (10), et des moyens d'alimentation en gaz (12) permettant d'introduire un gaz dans l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10), de manière à former des bulles de gaz dans ladite eau, et un échangeur thermique (3 / 3V 3" ), qui comporte des moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ) et qui permet au moins de condenser la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10), ladite installation comprenant des moyens (14) d'alimentation en eau, qui permettent de pomper de l'eau sous forme liquide (L) en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine, de faire traverser dans lesdits moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ) ou de mettre en contact avec lesdits moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ) cette eau sous forme liquide (L) pompée en milieu naturel, de manière à permettre le refroidissement de la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10), et d'alimenter l'enceinte d'évaporation (10) avec ladite eau sous forme liquide (L) pompée en milieu naturel après que cette eau sous forme liquide (L) a été réchauffée en ayant traversé ou en ayant été mise en contact avec lesdits moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ), dans laquelle l'enceinte d'évaporation (10) comporte des moyens d'évacuation (10c ; 143) d'une partie de l'eau sous forme liquide (L) contenue dans l'enceinte d'évaporation (10) qui, en combinaison avec les moyens (14) d'alimentation en eau, permettent un renouvellement de l'eau sous forme liquide (L) à l'intérieur de l'enceinte d'évaporation (10), de telle sorte que la température de l'eau sous forme liquide (L) contenue dans l'enceinte (10) est maintenue à une température suffisante pour entretenir l'évaporation d'une partie de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation (10).
Installation selon la revendication 1 , dans laquelle l'enceinte d'évaporation (10) est dépourvue de moyen de chauffage additionnel de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation.
Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dépourvue de moyen de chauffage additionnel de l'eau entre les moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ) et l'enceinte d'évaporation (10).
Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes , dans laquelle lesdits moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ) de l'échangeur thermique (3 / 3') sont positionnés à l'extérieur de l'enceinte d'évaporation (10), et les moyens (14) d'alimentation en eau permettent de faire circuler à travers lesdits moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ) de l'échangeur thermique (3 / 3') ladite eau sous forme liquide (L) pompée en milieu naturel, et permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation (10) avec ladite eau sous forme liquide (L) pompée en milieu naturel, après son passage à travers les moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ) de l'échangeur thermique (3 / 3').
Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle au moins une partie (31 1 ) des moyens de refroidissement de l'échangeur thermique (3") est positionnée à l'intérieur de l'enceinte d'évaporation (10), de manière à pouvoir être refroidie par l'eau sous forme liquide (1 1 ) contenue dans l'enceinte d'évaporation (10). Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens de refroidissement de l'échangeur thermique (3/3") comportent un circuit d'évaporation/condensation fermé (31 ), dans lequel peut circuler en boucle fermée un fluide de travail (F), et qui comprend un évaporateur (310) dudit fluide de travail (F) et un condenseur (31 1 ) dudit fluide de travail (F), et dans laquelle l'évaporateur (310) permet la condensation de la vapeur d'eau issue de l'enceinte d'évaporation (10).
Installation selon les revendications 4 et 6, dans laquelle lesdits moyens d'alimentation en eau (14) permettent de refroidir le fluide de travail (F) lors de son passage dans ledit condenseur (31 1 ), avec de l'eau (L) sous forme liquide pompée en milieu naturel, et permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation (10) avec ladite eau sous forme liquide (L) après son réchauffement par le fluide de travail (F) dans le condenseur (31 1 ).
Installation selon les revendications 5 et 6 dans laquelle l'évaporateur (310) est positionné à l'extérieur de l'enceinte d'évaporation (10) et le condenseur (31 1 ) est positionné dans l'enceinte d'évaporation (10), de manière à pouvoir être immergé dans l'eau sous forme liquide (1 1 ) contenue dans l'enceinte d'évaporation (10).
Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, qui permet la production d'énergie électrique, et dans laquelle ledit échangeur thermique (3/3") constitue un système de production d'électricité qui permet en outre de récupérer l'énergie de la condensation de la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10), et de la transformer en énergie électrique.
10. Installation selon la revendication 9 et l'une quelconque des revendications 6 à 8, dans laquelle ledit échangeur thermique (3/3") comporte une turbine (32), qui est montée entre l'évaporateur (310) et le condenseur (31 1 ), et qui est apte à être actionnée par le fluide de travail (F) à l'état de vapeur, de manière à produire de l'énergie électrique.
1 1 . Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l'échangeur thermique (3) est conçu pour mettre en œuvre un cycle de Kalina, ou un cycle d'Uehara ou un cycle de Rankine, ou un cycle dérivé de l'un ou l'autre de ces cycles.
12. Installation selon la revendication 2, dans laquelle les moyens de refroidissement de l'échangeur thermique (3') comportent un circuit de refroidissement (301 ), qui est destiné à être en contact avec la vapeur d'eau issue de l'enceinte d'évaporation, et dans lequel circule un liquide caloporteur, et dans laquelle lesdits moyens d'alimentation en eau (14) permettent d'introduire et de faire circuler dans ledit circuit de refroidissement (301 ) ladite l'eau (L) sous forme liquide pompée en milieu naturel, laquelle eau (L) pompée en milieu naturel fait office de liquide caloporteur dans le circuit de refroidissement (301 ), et permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation (10) avec ladite eau sous forme liquide (L) issue du circuit de refroidissement (301 ) après son réchauffement par la vapeur d'eau issue de l'enceinte d'évaporation (10).
13. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens d'alimentation en gaz (12) comportent un compresseur (121 ) qui est positionné entre l'enceinte d'évaporation (10) et l'échangeur thermique (3 / 3'), et qui permet d'aspirer du gaz et de la vapeur d'eau à l'intérieur de l'enceinte d'évaporation (10) et d'alimenter l'échangeur thermique (3 / 3') avec du gaz et de la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10), et dans laquelle l'enceinte d'évaporation comporte une ouverture d'admission (10b) par laquelle, lorsque le compresseur (121 ) fonctionne, du gaz est aspiré et introduit dans l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10).
14. Installation selon la revendication 13, dans laquelle le compresseur (121 ) permet de mettre en dépression l'intérieur de l'enceinte d'évaporation (10) de manière à permettre une évaporation de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation (10) à une température inférieure à 100°C, de préférence inférieure à 60°C, et plus préférentiellement encore inférieure à 25°C.
15. Installation selon la revendication 13 ou 14, dans laquelle l'ouverture d'admission (10b) de l'enceinte d'évaporation (10) est une admission d'air communiquant à l'air libre, par laquelle de l'air est introduit dans l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10).
16. Installation selon l'une quelconque des revendications 13 à 15 dans laquelle l'ouverture d'admission (10b) de l'enceinte d'évaporation (10), par laquelle du gaz est introduit dans l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10), est équipée d'une vanne (123) de contrôle de débit du gaz.
17. Installation selon l'une quelconque des revendications 13 à 16, dans laquelle le compresseur (121 ) permet de chauffer le gaz et la vapeur d'eau lors de leur passage à travers le compresseur.
18. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans laquelle les moyens d'alimentation en gaz (12) comportent un compresseur (121 ), une tubulure (120) d'admission d'un gaz dans le compresseur (121 ) et une tubulure de sortie (122), qui permet l'injection du gaz délivré par le compresseur (121 ) dans l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10).
19. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens d'alimentation en gaz (12) permettent de réguler automatiquement le débit d'alimentation du gaz entrant dans l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation
(10).
20. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens d'alimentation en gaz (12) permettent de recycler le gaz provenant de l'enceinte d'évaporation (10) en le réinjectant en tout ou partie dans l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10).
21 . Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens (14) d'alimentation en eau permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation (10) avec de l'eau à une température (Tf + AT1ou Tf) supérieure à la température (Tf - ΔΤ2) de l'eau évacuée sous forme liquide de l'enceinte d'évaporation (10). 22. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens (14) d'alimentation en eau sont aptes à réguler automatiquement le débit d'eau entrant dans l'enceinte d'évaporation (10) de manière à entretenir l'évaporation de l'eau dans l'enceinte d'évaporation (10).
23. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le gaz introduit dans l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10) est de l'air ou un mélange à base d'air.
24. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le gaz introduit dans l'eau comprend un gaz inerte, et notamment de l'hélium.
25. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens d'alimentation (12) en gaz permettent l'évaporation de l'eau (1 1 ) contenue dans l'enceinte à une température d'évaporation inférieure à la température d'ébullition de ladite eau.
26. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, conçue pour évaporer un volume d'eau liquide à une température d'évaporation inférieure à 100°C, de préférence inférieure à 60°C, et plus préférentiellement encore inférieure à 25°C.
27. Installation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les moyens d'alimentation en gaz (12) permettent d'introduire de l'air dans l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10) en prélevant tout ou partie de cet air dans l'air ambiant à l'extérieur de l'enceinte.
28. Procédé de traitement d'eau sous forme liquide par évaporation/condensation, dans lequel on évapore, dans une enceinte d'évaporation (10) d'un dispositif d'évaporation (1 '), une partie seulement de l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans cette enceinte d'évaporation (10), et on condense la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10) au moyen d'un échangeur thermique (3 / 3V 3"), dans lequel on introduit un gaz dans l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10), de manière à former des bulles de gaz (13) dans cette eau, dans lequel on pompe de l'eau (L) sous forme liquide en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine, on fait traverser dans lesdits moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ) ou on met en contact avec lesdits moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ) cette eau sous forme liquide (L) pompée en milieu naturel, de manière à permettre le refroidissement de la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10), et on alimente l'enceinte d'évaporation (10) avec ladite eau sous forme liquide, après que cette eau sous forme liquide (L) a été réchauffée en ayant traversé ou en ayant été mise en contact avec lesdits moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ), dans lequel on évacue une partie de l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10) de manière, en combinaison avec l'alimentation en eau de l'enceinte d'évaporation, à renouveler l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10), de telle sorte que la température de l'eau sous forme liquide (L) contenue dans l'enceinte (10) est maintenue à une température suffisante pour entretenir l'évaporation d'une partie de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation (10).
29. Procédé selon la revendication 28, dans lequel on ne chauffe pas l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation (10) à l'aide d'un moyen de chauffage additionnel.
30. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 ou 29, dans lequel on ne chauffe pas l'eau avant son introduction dans l'enceinte d'évaporation (10) à l'aide d'un moyen de chauffage additionnel positionné entre les moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ) et l'enceinte d'évaporation (10).
31 . Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 30, dans lequel lesdits moyens de refroidissement (300, 310, 311 / 300, 301 ) de l'échangeur thermique (3 / 3') sont positionnés à l'extérieur de l'enceinte d'évaporation (10), on fait circuler cette eau sous forme liquide pompée en milieu naturel à travers les moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 / 300, 301 ) dudit échangeur thermique (3 / 3'), et on introduit cette eau dans l'enceinte d'évaporation (10), après qu'elle ait été réchauffée lors de son passage dans les moyens de refroidissement (300, 310, 31 1 300, 301 ) de l'échangeur thermique (3 / 3').
32. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 30, dans lequel au moins une partie (31 1 ) des moyens de refroidissement de l'échangeur thermique (3") est positionnée à l'intérieur de l'enceinte d'évaporation (10), et dans lequel on introduit dans l'enceinte d'évaporation (10) l'eau (L) sous forme liquide, pompée en milieu naturel, de telle sorte que ladite partie (31 1 ) des moyens de refroidissement de l'échangeur thermique (3") positionnée à l'intérieur de l'enceinte d'évaporation (10) est immergée dans l'eau sous forme liquide (1 1 ) contenue dans l'enceinte d'évaporation (10).
33. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 32, dans lequel les moyens de refroidissement dudit échangeur thermique (3) comportent un circuit fermé (31 ), qui contient un fluide de travail (F), et qui comprend un évaporateur (310) dudit fluide de travail (F) et un condenseur (31 1 ) dudit fluide travail (F), dans lequel on condense la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10) en l'amenant au contact de l'évaporateur (310), dans lequel on fait circuler ledit fluide de travail (F) dans ledit circuit fermé (31 ), de manière à évaporer le fluide de travail (F) lors de son passage dans l'évaporateur (310) et à condenser ledit fluide de travail (F) lors de son passage dans le condenseur (31 1 ), dans lequel on refroidit ledit fluide de travail (F) dans ledit condenseur (31 1 ) avec de l'eau (L) sous forme liquide pompée en milieu naturel.
34. Procédé selon la revendication 33, dans lequel on alimente l'enceinte d'évaporation (10) avec ladite eau (L) sous forme liquide pompée en milieu naturel, après son réchauffement par le fluide de travail (F).
35. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 34, permettant la production d'électricité, dans lequel on produit de l'électricité en récupérant une partie au moins de l'énergie de condensation de ladite vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10).
36. Procédé selon les revendications 33 et 35, dans lequel, avant le passage du fluide de travail (F) dans le condenseur (31 1 ), on utilise le fluide de travail (F) pour faire tourner au moins une turbine électrique (32).
37. Procédé selon l'une quelconque des revendication 28 à 30, dans lequel on condense la vapeur d'eau issue de l'enceinte d'évaporation
(10) en la mettant en contact avec le circuit de refroidissement (301 ) des moyens de refroidissement de l'échangeur thermique (3'), dans lequel on fait circuler, dans ledit circuit de refroidissement (301 ), ladite l'eau sous forme liquide (L) qui est pompée en milieu naturel, et qui fait office de fluide caloporteur dudit circuit de refroidissement (301 ), et dans lequel on alimente l'enceinte d'évaporation (10) avec ladite eau sous forme liquide (L) issue du circuit de refroidissement (301 ) après son réchauffement par la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10).
38. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 37, dans lequel l'enceinte d'évaporation (10) est à une pression supérieure ou égale à la pression atmosphérique. 39. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 37, dans lequel l'enceinte d'évaporation (10) est mise en dépression.
40. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 39, au cours duquel on régule automatiquement la pression dans l'enceinte d'évaporation (10) au-dessus du liquide (1 1 ).
41 . Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 40, au cours duquel on régule automatiquement le débit de gaz entrant dans le l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10).
42. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 41 , au cours duquel on remplace continuellement une partie de l'eau sous forme liquide (1 1 ) contenue dans l'enceinte d'évaporation (10) avec de l'eau à une température (Tf + ΔΤ1 ou Tf) supérieure à la température (Tf - ΔΤ2) de l'eau qui est évacuée en dehors l'enceinte d'évaporation (10).
43. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 42, au cours duquel on régule automatiquement le débit de liquide entrant dans l'enceinte d'évaporation (10).
44. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 43, dans lequel le gaz introduit dans le liquide (1 1 ) est de l'air ou un mélange gazeux à base d'air.
45. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 44, dans lequel le gaz introduit dans l'eau sous forme liquide (1 1 ) comporte un gaz inerte et notamment de l'hélium.
46. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 45, dans lequel on évapore une partie de l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10) à une température d'évaporation inférieure à la température d'ébullition de ladite eau.
47. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 46, dans lequel on évapore une partie de l'eau (1 1 ) dans l'enceinte d'évaporation (10) à une température d'évaporation inférieure à 100°C, et de préférence inférieure à 60°C, et plus préférentiellement inférieure à 25°C.
48. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 47, au cours duquel on récupère l'eau issue de la condensation de la vapeur d'eau.
49. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 48, au cours duquel une partie au moins du gaz injecté dans l'eau sous forme liquide (1 1 ) contenue dans l'enceinte d'évaporation (10) est de l'air prélevé dans l'air ambiant.
50. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 49, au cours duquel une partie au moins du gaz injecté dans l'eau sous forme liquide (1 1 ) contenue dans l'enceinte d'évaporation (10) est recyclé en étant réinjecté dans le liquide (1 1 ) contenu dans l'enceinte d'évaporation (10).
51 . Utilisation de l'installation visée à l'une quelconque des revendications 1 à 27 ou du procédé visé à l'une quelconque des revendications 28 à
50 pour produire de l'électricité à partir d'eau pompée en milieu naturel et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine, 52. Utilisation de l'installation visée à l'une quelconque des revendications 1 à 27 ou du procédé visé à l'une quelconque des revendications 28 à 50, pour purifier et le cas échéant dessaler et/ou dépolluer de l'eau pompée en milieu naturel et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine.
53. Utilisation de l'installation visée à l'une quelconque des revendications 1 à 27 ou du procédé visé à l'une quelconque des revendications 28 à 50, pour refroidir et/ou dépolluer le gaz injecté dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation.
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