EP4217317A1 - Installation combinee de generation d'energie calorifique et de dessalement d'eau - Google Patents

Installation combinee de generation d'energie calorifique et de dessalement d'eau

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Publication number
EP4217317A1
EP4217317A1 EP21794606.0A EP21794606A EP4217317A1 EP 4217317 A1 EP4217317 A1 EP 4217317A1 EP 21794606 A EP21794606 A EP 21794606A EP 4217317 A1 EP4217317 A1 EP 4217317A1
Authority
EP
European Patent Office
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water
ice
separation system
cooling
ice crystals
Prior art date
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Pending
Application number
EP21794606.0A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Anthony Delahaye
Laurence Fournaison
Romuald HUNLEDE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Original Assignee
Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement filed Critical Institut National de Recherche pour lAgriculture lAlimentation et lEnvironnement
Publication of EP4217317A1 publication Critical patent/EP4217317A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/22—Treatment of water, waste water, or sewage by freezing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F2201/009—Apparatus with independent power supply, e.g. solar cells, windpower, fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies

Definitions

  • the present invention relates to the field of desalination of water to be purified, in particular sea or brackish water.
  • the invention relates to a combined installation for the generation of heat energy and the desalination of water.
  • Distillation consists of raising the temperature of the water to be purified until it boils and recovering the water vapor thus produced. This water vapor is then condensed to obtain water with a lower salt concentration.
  • the major drawback of this desalination solution is that it leads to high energy consumption, which makes this type of solution unsuitable for isolated locations where the power supply is a problem.
  • Reverse osmosis consists in filtering the salt crystals or impurities contained in the water to be purified by means of membranes whose pores allow the passage of water molecules but retain these salt crystals or these impurities.
  • This type of installation requires less energy to purify the water, approximately 3.7 Wh/m3 compared to 15 Wh/m3 for installations using distillation.
  • this type of installation requires significant maintenance, in particular because of the deterioration of the membranes.
  • ice-forming desalination solution that relies on forming ice crystals of a size to reduce the likelihood of trapping impurities, including salt crystals, inside the crystals. of ice formed. Ice crystals are separated from residual water with high salt concentration and then heated to obtain purified water.
  • document DE-2937575 describes a water desalination installation by centrifugation.
  • the need for purified water may be accompanied by a need for cold generation.
  • generating cold we mean the fact of cooling a place or an installation.
  • a seaside hotel complex generally needs purified water but also cooling energy, in particular to supply an air conditioning system.
  • the invention proposes a combined installation for heat energy generation and water desalination, the installation comprising:
  • an ice slurry generator in fluid communication with the water supply system and configured to generate an ice slurry from water from the water supply system, the slurry comprising ice crystals and a residual liquid,
  • a separation system in fluid communication with the generator of ice slurry configured to separate the ice crystals from the residual liquid towards first and second outlets, respectively,
  • the pre-cooling system supplying the ice slurry generator, the pre-cooling system comprising a pre-cooling conduit in fluid communication with the first outlet of the separation system to allow pre-cooling of the water supplying the generator by the ice crystals, desalinated water being obtained from the melting of the ice crystals.
  • the installation may include a desalinated water distribution pipe connected to an outlet of the pre-cooling system.
  • the installation makes it possible to obtain desalinated or purified water from an ice slurry generator.
  • the ice slurry corresponds to a fluid comprising ice crystals with a size of less than 1 mm, preferably less than 0.5 mm, so as to obtain a salt concentration of the ice crystals much lower than existing desalination solutions by ice formation.
  • the size of the ice crystals inside the ice slurry makes it possible to obtain purified water with a much lower salinity once the ice crystals have melted.
  • the installation may comprise a heat energy exchange system with at least one receiver, the exchange system comprising at least one heat exchanger in fluid communication with at least one of the pre -cooling and the second outlet of the separation system for exchanging heat energy originating respectively from the ice crystals or from the residual fluid with said at least one receiver, the heat exchanger being downstream of the pre-cooling system.
  • Desalination solutions by ice formation make it possible to recover the heat energy from the ice slurry in order to transfer it to a receiver, such as air conditioning and food or materials. It is thus possible to reduce the energy losses induced by the desalination of water in order to direct this calorific energy towards another application.
  • the ice slurry is a fluid allowing effective conservation of heat energy. This desalination solution is therefore particularly suitable for storage.
  • This possibility of storage is particularly advantageous because it makes it possible to produce ice crystals at a time when the conditions are preferential and to distribute this calorific energy later when a need is identified. This storage therefore allows much more flexible and optimal operation of the installation.
  • the supply system comprises a supply pump intended to be in fluid communication with a source of sea or brackish water to supply the ice slurry generator with sea or brackish water.
  • the installation is thus directly supplied with sea or brackish water.
  • This sea or brackish water can be taken directly from a marine environment, such as an ocean.
  • the second outlet of the separation system is in fluid communication with said source of sea or brackish water to allow the reintroduction of the residual fluid into the source of sea water. or brackish.
  • the exchange system comprises at least one heat exchanger in fluid communication with the second outlet of the separation system to exchange heat energy from the residual fluid with said at least one receiver, the exchange system being configured to regulate the quantity of heat energy exchanged with said at least one receiver as a function of a target temperature of the residual fluid downstream of said at least one heat exchanger.
  • This regulation is for example carried out by regulating the flow rate of residual fluid inside said at least one exchanger.
  • the exchange system comprises at least one heat exchanger in fluid communication with the pre-cooling duct to exchange heat energy from ice crystals or desalinated water obtained by melting ice crystals with said at least one receiver, the exchange system being configured to regulate the amount of heat energy exchanged with said at least one receiver as a function of a target temperature of the desalinated water downstream of said at least one heat exchanger.
  • the installation thus makes it possible to meet the needs for desalinated water more precisely by making it possible to regulate the temperature of the desalinated water produced. This regulation is for example carried out by regulating the flow rate of desalinated water inside said at least one exchanger.
  • the latter further comprises an ice slurry storage tank arranged between the ice slurry generator and the separation system, the storage tank being configured to regulate the supply of ice slurry to the separation system.
  • the storage of the ice slurry allows a more optimized operation of the installation by allowing the distribution of desalinated water and heat energy at a time subsequent to the production of the ice slurry.
  • the separation system is a centrifugal separation system.
  • the separation system may comprise a first separation system which can be chosen from one of a first centrifugation system or a vacuum filtration system with a Büchner funnel or a filtration system under endless screw pressure, this first separation system supplying fluid communication to a second centrifugal separation system.
  • the separation system is arranged above the pre-cooling system and configured so that the separated ice crystals feed the pre-cooling conduit, preferably by gravity.
  • a forced drive device can be provided to drive the ice crystals to the pre-cooling system.
  • the pre-cooling system comprises a device for wetting the ice crystals supplying the pre-cooling system, the wetting device comprising at least one water spray nozzle, a recovery box water and a supply circuit of said at least one spray nozzle in fluid communication with the recovery tank.
  • a circulation loop is thus formed between the water collection tank and the wetting of the ice crystals.
  • the wetting device improves the heat exchange between the ice crystals and the water supplying the ice slurry generator.
  • the ice slurry generator comprises:
  • a refrigerant circuit extending at least partially close to a wall of the tank and configured to at least partially freeze the water present in the tank in contact with said wall
  • a scraping device arranged inside the tank and configured to scrape ice crystals generated by the freezing of the water in contact with said wall.
  • the ice slurry generator is configured to generate an ice slurry comprising ice crystals having a size equal to or less than 100 ⁇ m.
  • FIG. 1 shows a schematic view of one embodiment of a combined installation for heat energy generation and water desalination.
  • FIG. 2 shows an interior view of a combined plant ice slurry generator.
  • the combined installation 10 comprises an impure water supply system 12, i.e. comprising a salt content above a predetermined threshold.
  • the salt content of impure water is for example between 1 and 40 g/l.
  • the water supplying the combined installation 10 is for example sea water or brackish water.
  • Seawater is defined by a salt concentration greater than 10 g/l. More generally, seawater has an average salt concentration of around 35 g/l.
  • Brackish water, also called fresh water, is defined by a salt concentration between 1 and 10 g/l.
  • the supply system 12 includes a supply line 14 in fluid communication with a water source 16.
  • the supply system 12 includes a supply pump 18 disposed in the supply line 14 to cause the circulation of water inside the supply pipe 14.
  • the circulation of sea or brackish water can be carried out by any means other than the drive pump 18 or in addition to this.
  • the water source 16 can be a natural marine environment such as an ocean, a sea or even a river or even an anthropized marine environment. In this case, sea or brackish water is taken directly from the marine environment.
  • the water source 16 may be a water storage tank.
  • the combined plant 10 also includes an ice slurry generator 20 in fluid communication with the supply line 14.
  • the ice slurry generator 20 is configured to generate an ice slurry from water from the supply system 12.
  • the ice slurry generator 20 is supplied with sea or brackish water by the supply system, in particular by the supply pump 18.
  • the ice slurry is a fluid comprising ice crystals whose salt concentration is low and a residual liquid whose salt concentration is high.
  • the ice slurry generator 20 is configured to produce ice crystals whose size is less than or equal to 1 mm.
  • ice crystal size the largest dimension between two points on the periphery of an ice crystal.
  • size means the maximum transverse dimension.
  • the ice crystals are preferably produced so as to have a size less than or equal to 500 ⁇ m, more preferably less than or equal to 100 ⁇ m.
  • the ice slurry generator 20 is preferably of the scraper type as shown in Figure 2.
  • the slurry generator 20 comprises a reservoir 21 to receive water from the supply system 12 and a refrigerant or heat transfer fluid circuit extending at least partially close to a wall 23 of the tank.
  • the refrigerant circuit is configured to at least partially freeze the water present in the tank in contact with said wall 23.
  • the refrigerant cools the wall 23 of the tank 21 so that the water present or circulating in the reservoir 21 freezes superficially in contact with this wall 23.
  • the reservoir is a drum of circular cross-section, the outer wall of which is in contact with the refrigerant and the inner wall is in contact with the water coming from the cooling system. power supply 12.
  • the ice slurry generator 20 also comprises a scraping device 27 arranged inside the reservoir and configured to scrape the ice crystals generated by the freezing of the water in contact with said wall 23.
  • the frequency at which the ice crystals are scraped makes it possible in particular to vary the size of the ice crystals.
  • the scraping device 27 comprises at least one scraping head 29 in contact with the wall 23 and driven in rotation inside the reservoir 21 .
  • an ice slurry is formed and consists of ice crystals and a residual liquid that has not given rise to ice crystals.
  • the ice slurry formed is approximately at a temperature of -2 to -3°C.
  • the ice slurry comprises about 30% ice crystals for about 70% residual liquid.
  • the combined installation 10 further comprises a storage tank 22 for the ice slurry generated by the ice slurry generator 20.
  • the storage tank 22 is in fluid communication with an outlet of the ice slurry generator. ice slurry 20.
  • the storage tank 22 is configured to regulate the supply of ice slurry to a separation system 24. In other words, the storage tank 22 is disposed between an outlet of the ice slurry generator ice 20 and an inlet 25 of the separation system 24.
  • the storage tank 22 is preferably thermally insulated and/or refrigerated to prevent the ice crystals from melting during storage, in particular to maintain the ice slurry at a temperature equal to or less than 0° C., preferably at -1°C.
  • the combined installation 10 may further comprise a bypass device comprising an inlet connected to the ice slurry generator 20, a first outlet connected to the storage tank 22 and a second outlet connected to the inlet 25 of the system separation device 24.
  • the bypass device is configured to allow the circulation of the ice slurry either towards the storage tank 22 or towards the separation system 24, without passing through the storage tank 22.
  • the bypass device thus allows a mode operating mode in which the ice slurry does not circulate through the storage tank 22.
  • the separation system 24 is configured to separate the ice crystals and the residual liquid present in the ice slurry.
  • the ice crystals are directed to a first outlet 26 of the separation system 24 and the residual liquid is directed to a second outlet 28 of the separation system 24.
  • the residual liquid at the outlet of the separation system 24 is at a temperature of approximately -2 to -3°C.
  • the separation system 24 is for example a centrifugal separation system.
  • the separation system 24 is configured to rotate the ice slurry so as to separate the ice crystals from the residual liquid due to their difference in density.
  • the separation of the ice crystals from the residual liquid can be carried out in whole or in part by sedimentation. Since the ice crystals are lighter than the residual liquid, the ice slurry tends to form an upper phase comprising the ice crystals and a lower phase comprising the residual liquid.
  • the separation system 24 may comprise one or more of the following processes: draining, spin-drying, centrifugation, vacuum filtration with a Büchner funnel, compression under a press of several tens of bars through a sieve, filtration under endless screw pressure...
  • the final salinity rate of the desalinated water is lower than that observed after the implementation of a single desalination process.
  • Double centrifugation achieves a salinity rate of less than 3 PSU, while vacuum filtration followed by centrifugation or screw press filtration followed by centrifugation achieves a salinity rate less than 1 PSU.
  • the second outlet 28 of the separation system 24 is in fluid communication with the water source 16 by means of a discharge pipe 30.
  • the residual liquid can be reinjected into the water source 16.
  • a residual liquid drive pump 32 can be arranged in the discharge line 30 to drive the residual liquid.
  • the combined installation 10 further comprises a heat energy exchange system 36 with a receiver 38.
  • This receiver 38 can be a refrigeration installation such as an air conditioning or food or equipment conservation installation.
  • the exchange system 36 is in fluid communication with the second outlet 28 of the separation system 24 via the discharge line 30.
  • the exchange system 36 comprises at least a first exchanger 34 configured to exchange heat between the residual liquid and the receiver 38.
  • the exchange system 36 comprises two first exchangers 34 to take heat energy from the residual liquid.
  • the heat exchanger 34 is downstream of the separation system, itself downstream of the pre-cooling system.
  • the exchange system 36 is preferably configured to regulate the quantity of heat energy exchanged with said at least one receiver 38 as a function of a target temperature of the residual fluid downstream of the first exchangers 34.
  • This target temperature of the residual fluid is preferably determined to be equal to the temperature of the water in the water source 16.
  • the installation preferably comprises a residual liquid temperature sensor disposed downstream of the first exchangers 34.
  • This regulation is preferably performed by a controller 40 configured to control one or more of the pumps of the combined installation 10.
  • the controller 40 is also connected to all of the sensors of the combined installation 10 of way to receive information.
  • the regulation of the drive speed of the residual liquid in the discharge pipe 30 makes it possible to regulate the quantity of calorific energy exchanged with the receiver 38 and therefore the temperature of the residual liquid downstream of the first exchangers 34.
  • the controller 40 is also configured to control all or part of the combined installation 10.
  • the controller 40 is thus connected by wire or wirelessly to all or part of the components of the combined installation 10 to exchange information or instructions.
  • the first outlet 26 of the separation system 24 is in fluid communication with a pre-cooling system 42 of the water supplying the ice slurry generator 20.
  • the supply line 14 circulates between the water source 16 and the ice slurry generator 20 inside the pre-cooling system 42.
  • the water circulating inside the supply pipe 14 is pre-cooled by the ice crystals coming from the separation system 24.
  • This pre-cooling makes it possible to lower the temperature of the water coming from the water source before its introduction into the generator of ice slurry 20. A reduced calorific energy is therefore then necessary inside the ice slurry generator 20 to lower the temperature of the water to its freezing temperature.
  • the pre-cooling system 42 makes it possible, for example, to lower the temperature of the water coming from the water source 16 down to a temperature of around 0°C.
  • the overall consumption of the combined installation 10 is thus reduced because the heat energy used to pre-cool the water comes from the ice generated from the ice slurry.
  • this pre-cooling has the second effect of raising the temperature of the ice crystals and therefore starting their melting process.
  • the separation system 24 is arranged above the pre-cooling system 42 and configured so that the separated ice crystals supply the pre-cooling system.
  • the first outlet 26 of the separation system 24 is in fluid communication with a pre-cooling pipe in which the ice crystals circulate.
  • This pre-cooling pipe can be in the form of a chamber 43 in which the ice crystals are inserted.
  • the supply of ice crystals is carried out by gravity.
  • a constrained drive device may be provided to drive the ice crystals to the pre-cooling system 42.
  • the pre-cooling system 42 comprises a device 44 for wetting the ice crystals supplying the pre-cooling system 42.
  • the wetting device 44 comprises, in the lower part of the pre-cooling system, a container 48 for collecting water from the melting of the ice crystals.
  • the wetting device 44 also comprises at least one spray nozzle 46 of water on the supply pipe 14. These spray nozzles 46 are supplied with water by a supply circuit 50 in fluid communication with the recovery tank. 48 and the projection nozzles 46.
  • a wetting pump 56 is arranged in the supply circuit 44 to circulate the water from the recovery tank 48 to the projection nozzles 46.
  • the portion of the supply pipe 14 arranged inside the pre-cooling pipe may be in the form of a heat exchanger, for example of the plate or finned tube type.
  • the wetting device 44 is arranged at least partially inside the pre-cooling pipe or chamber 43.
  • the spray nozzles 46 and the recovery tank 48 are arranged inside the pre-cooling line or chamber 43.
  • the pre-cooling pipe is in fluid communication with a distribution pipe 52 connected to a distribution installation 54 of purified water.
  • the distribution pipe 52 is thus connected to an outlet of the pre-cooling system.
  • the distribution pipe 52 is in fluid communication with the recovery tank 48 so as to recover the desalinated water obtained by the melting of the ice crystals at the level of an outlet 51 of the pre-cooling system 42.
  • the pre-cooling or heat exchange between the ice crystals and the water coming from the water source 16 leads to the beginning of a process of melting the ice crystals.
  • the fluid at the outlet 51 of the pre-cooling system 42 is thus desalinated water obtained by the melting of ice crystals.
  • the heat energy exchange system 36 further comprises at least one second exchanger 58 disposed in the distribution pipe 52.
  • Said at least one second exchanger 58 is configured to exchange heat between the desalinated water and the receiver 38.
  • This second heat exchanger 58 is downstream of the pre-cooling system.
  • Said at least one second exchanger 58 is placed between the distribution installation 54 and the pre-cooling system 42.
  • a distribution pump 60 placed in the distribution pipe 52 makes it possible to circulate the desalinated water from the pre-cooling system. - cooling 42 to the distribution installation 54.
  • the exchange system 36 is preferably configured to regulate the quantity of heat energy exchanged with said at least one receiver 38 according to a target temperature of the desalinated or purified water downstream of said at least one second exchanger 58.
  • This target temperature of the desalinated water is determined by the distribution installation 54 with respect to the need and the application.
  • the installation preferably comprises a desalinated water temperature sensor disposed downstream of said at least second exchanger 58.
  • This regulation is preferably carried out by the controller 40 configured to control in particular the distribution pump 60.
  • the controller 40 is also connected to the desalinated water temperature sensor and preferably configured to communicate information with the installation. distribution 54.
  • the regulation of the drive speed of the desalinated water in the distribution pipe 52 makes it possible to regulate the quantity of heat energy exchanged with the receiver 38 and therefore the temperature of the desalinated water in downstream of the second exchanger(s) 58.
  • the combined installation 10 may also include an additional exchange circuit 62 to improve the melting of the ice crystals.
  • This additional exchange circuit 62 comprises an exchange pipe 64, a pipe portion of which is arranged inside the pre-cooling pipe of the pre-cooling system 42. This pipe portion corresponds to a heat exchanger which may be of the plate type. A heat transfer fluid is placed inside the exchange pipe 64 so as to allow heat exchange between this heat transfer fluid and the ice crystals.
  • the pipe portion of the exchange pipe 64 is preferably arranged inside the pre-cooling system 42 downstream of the pipe portion of the supply pipe 14 with respect to the direction of circulation of the ice crystals. In this way, the ice crystals exchange heat with the water coming from the water source 16 before exchanging heat with the heat transfer fluid of the exchange pipe. This improves the pre-cooling of the water supplying the ice slurry generator 20.
  • the additional exchange circuit 62 is connected to the receiver 38. More particularly, the exchange line 64 is connected at these two ends to the receiver 38.
  • the exchange line 64 thus forms a loop arranged in part inside the pre-cooling system 42 and whose two ends are connected to the receiver 38.
  • An exchange pump 68 is arranged in the exchange pipe 64 to circulate the heat transfer fluid between the pre-cooling system 42 and the receiver 38.
  • the first 34 and second 58 exchangers are preferably plate exchangers.
  • the receiver 38 can comprise one or more receiving installations so that the first 34 and second 58 exchangers and the additional exchange circuit 62 can be connected to the same receiving installation or to different receiving installations.
  • the receiver 38 may comprise a decoupling bottle (also called a mixing bottle) connected to one or more of the first 34 and second 58 exchangers and the additional exchange circuit 62 to recover in this decoupling bottle the heat exchanged with the one or more of these first 34 and second 58 exchangers and the pre-cooling system 42.
  • This decoupling bottle can be in the form of a liquid reservoir having a plurality of hydraulic connections to connect, on the one hand, to one or more of the first 34 and second 58 exchangers and the pre-cooling system 42 and, on the other hand, with one or more installations having a cooling requirement.
  • the combined installation 10 comprises an electrical energy supply device 68 configured in particular to supply electrical energy to all or part of the components of the combined installation 10.
  • the electrical energy supply device 68 is configured to supply electrical energy to one or more of the supply 18, wetting 56, distribution 60 and exchange 68 pumps as well as the pre-cooling system 42, the ice slurry generator 20, the system separation 24 and the controller 40.
  • the electrical energy supply device 68 is configured to generate electrical energy from a solar energy source.
  • the electrical energy supply device 68 preferably comprises one or more photovoltaic panels.
  • the combined installation 10 is thus independent of any external electrical network.
  • the electrical energy supply device 68 also preferably comprises one or more electrical accumulators for storing electrical energy.
  • the electrical power supply device 68 may include a heat engine as well as an alternator to generate electrical energy from the combustion of a fuel.
  • a heat recovery system can be arranged at the level of the condenser of the ice slurry generator 20 to transmit this heat energy to any installation having, for example, a need for hot water.

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Abstract

L'invention concerne une installation combinée (10) de génération d'énergie calorifique et de dessalement d'eau, comprenant : - un générateur de coulis de glace (20) configuré pour générer un coulis de glace à partir d'eau provenant du système d'alimentation (12) en eau, le coulis comprenant des cristaux de glace et un liquide résiduel, - un système de séparation (24) configuré pour séparer les cristaux de glace du liquide résiduel en direction d'une première (26) et d'une deuxième (28) sorties, respectivement, - un système de pré-refroidissement (42) de l'eau alimentant le générateur de coulis de glace (20), - un système d'échange (36) d'énergie calorifique avec au moins un récepteur (38) pour échanger de l'énergie calorifique provenant des cristaux de glace ou du fluide résiduel avec ledit au moins un récepteur (38), de l'eau dessalée étant obtenue à partir de la fusion des cristaux de glace.

Description

Description
Titre de l'invention : INSTALLATION COMBINEE DE GENERATION D’ENERGIE CALORIFIQUE ET DE DESSALEMENT D’EAU
[0001] La présente invention concerne le domaine du dessalement d’une eau à purifier, notamment de l’eau de mer ou saumâtre.
[0002] En particulier, l’invention concerne une installation combinée de génération d’énergie calorifique et de dessalement d’eau.
[0003] Les solutions les plus utilisées à l’heure actuelle pour le dessalement de l’eau sont la distillation et l’osmose inverse.
[0004] La distillation consiste à élever la température de l’eau à purifier jusqu’à ébullition et à récupérer la vapeur d’eau ainsi produite. Cette vapeur d’eau est ensuite condensée pour obtenir une eau dont la concentration en sel est moindre. L’inconvénient majeur de cette solution de dessalement est qu’elle entraîne une forte consommation d’énergie qui rend ce type de solutions peu adaptées aux localisations isolées où l’alimentation en énergie électrique est une problématique.
[0005] L’osmose inverse consiste à filtrer les cristaux de sel ou impuretés contenus dans l’eau à purifier au moyen de membranes dont les pores permettent le passage des molécules d’eau mais retiennent ces cristaux de sel ou ces impuretés. Ce type d’installations demandent moins d’énergie pour purifier l’eau, approximativement 3,7 Wh/m3 contre 15 Wh/m3 pour les installations utilisant la distillation. Toutefois, ce type d’installation nécessitent une maintenance importante, notamment à cause de la détérioration des membranes.
[0006] Dès lors, les installations utilisant l’osmose inverse ou la distillation sont très coûteuses et/ou limitées en efficacité et s’adressent souvent à des applications de grande taille.
[0007] Il existe également une solution de dessalement par formation de glace reposant sur le fait de former des cristaux de glace d’une taille permettant de réduire la probabilité de piéger des impuretés, notamment des cristaux de sel, à l’intérieur des cristaux de glace formés. Les cristaux de glace sont séparés de l’eau résiduelle à forte concentration en sel et ensuite chauffés pour obtenir de l’eau purifiée.
[0008] Les solutions utilisant le dessalement par formation de glace demandent peu de maintenance et présentent une consomme énergétique modérée en comparaison avec les autres solutions de dessalement. Toutefois, cette solution n’est pas assez efficace en l’état et ne permet pas d’obtenir des taux de salinité satisfaisants.
[0009] Par ailleurs, il est connu du document DE-2937575 une installation de dessalement de l’eau par centrifugation.
[0010] Cependant dans certaines localités le besoin en eau purifiée peut s’accompagner d’un besoin en génération de froid. On entend par génération de froid le fait de refroidir un lieu ou une installation. A titre d’exemple, un complexe hôtelier de bord de mer a généralement besoin d’eau purifiée mais également d’énergie frigorifique, notamment pour fournir un système de climatisation.
[0011] Lorsque l’alimentation en énergie électrique est une problématique ou qu’il existe une volonté de réduire la consommation d’énergie, il est particulièrement intéressant de pouvoir combiner ces deux problématiques en une seule installation. Or, la plupart des installations existantes sont dédiées au dessalement uniquement. Des systèmes de cogénération d’énergie frigorifique et d’eau purifiée existent mais leur rendement énergétique n’est pas satisfaisant ce qui les rend peu attractifs.
[0012] Il existe donc un besoin pour une installation combinée de génération d’énergie calorifique et de dessalement d’eau améliorée dont le rendement énergétique est amélioré.
[0013] Pour cela, l’invention propose un installation combinée de génération d’énergie calorifique et de dessalement d’eau, l’installation comprenant :
- un système d’alimentation en eau ;
- un générateur de coulis de glace en communication de fluide avec le système d’alimentation en eau et configuré pour générer un coulis de glace à partir d’eau provenant du système d’alimentation en eau, le coulis comprenant des cristaux de glace et un liquide résiduel,
- un système de séparation en communication de fluide avec le générateur de coulis de glace configuré pour séparer les cristaux de glace du liquide résiduel en direction d’une première et d’une deuxième sorties, respectivement,
- un système de pré-refroidissement de l’eau alimentant le générateur de coulis de glace, le système de pré-refroidissement comprenant un conduit de prérefroidissement en communication de fluide avec la première sortie du système de séparation pour permettre un pré-refroidissement de l’eau alimentant le générateur par les cristaux de glace, de l’eau dessalée étant obtenue à partir de la fusion des cristaux de glace. En particulier, l’installation peut comporter une conduite de distribution de l’eau dessalée raccordée à une sortie du système de pré-refroidissement.
[0014] L’installation permet d’obtenir de l’eau dessalée ou purifiée à partir d’un générateur de coulis de glace. Le coulis de glace correspond à un fluide comprenant des cristaux de glace d’une taille inférieure à 1 mm, de préférence inférieure à 0,5 mm, de manière à obtenir une concentration en sel des cristaux de glace bien inférieure aux solutions existantes de dessalement par formation de glace. En effet, la taille des cristaux de glace à l’intérieur du coulis de glace permet d’obtenir une eau purifiée ayant une bien moindre salinité une fois les cristaux de glace fondus.
[0015] Il est ainsi possible de bénéficier des avantages du dessalement par formation de glace tout en obtenant une eau purifiée d’une salinité satisfaisante. Les procédés de dessalement par formation de glace sont notamment des solutions robustes qui demandent une maintenance moindre.
[0016] L’installation peut comporter un système d’échange d’énergie calorifique avec au moins un récepteur, le système d’échange comprenant au moins un échangeur de chaleur en communication de fluide avec au moins l’un parmi le conduit de pré-refroidissement et la deuxième sortie du système de séparation pour échanger de l’énergie calorifique provenant respectivement des cristaux de glace ou du fluide résiduel avec ledit au moins un récepteur, l’échangeur de chaleur étant en aval du système de pré-refroidissement.
[0017] Les solutions de dessalement par formation de glace permettent de récupérer l’énergie calorifique du coulis de glace pour la transférer vers un récepteur, telles que des installations de climatisation et de conservation d’aliments ou de matériels. Il est ainsi possible de réduire les pertes énergétiques induites par le dessalement de l’eau pour diriger cette énergie calorifique vers une autre application.
[0018] De plus, le coulis de glace est un fluide permettant une conservation efficace de l’énergie calorifique. Cette solution de dessalement est ainsi particulièrement adaptée au stockage.
[0019] Cette possibilité de stockage est particulièrement avantageuse car elle permet de produire des cristaux de glace à un moment où les conditions sont préférentielles et de distribuer cette énergie calorifique ultérieurement lorsqu’un besoin est identifié. Ce stockage permet donc un fonctionnement beaucoup plus souple et optimal de l’installation.
[0020] Lorsque les enjeux d’alimentation en énergie électrique sont importants, notamment lorsque des accumulateurs électriques sont utilisés pour alimenter l’installation en énergie électrique, il est ainsi possible d’optimiser la génération de coulis de glace vis-à-vis des besoins en eau purifiée et en énergie calorifique.
[0021] A titre d’exemple, lorsque l’installation est alimentée en énergie électrique via une source d’énergie solaire, il est ainsi possible de produire le coulis de glace en journée lorsque le chargement des accumulateurs électriques est important et de distribuer tout ou partie de ce coulis de glace la nuit, sous forme d’eau purifiée ou d’énergie calorifique.
[0022] De plus, l’utilisation d’un système de pré-refroidissement utilisant de l’énergie calorifique du coulis de glace pour pré-refroidir l’eau permet également de réduire la consommation d’énergie de l’installation.
[0023] On obtient ainsi une installation dont la consommation électrique a été grandement améliorée et rationalisée pour fournir un besoin existant en énergie calorifique. Il a été déterminé qu’une telle installation alimentée en énergie électrique par des panneaux photovoltaïques pouvait être autonome en énergie pour une production journalière d’eau purifiée supérieure à 450 m3 et une génération journalière d’énergie calorifique d’environ 2 GW.
[0024] Selon un mode de réalisation de l’installation, le système d’alimentation comprend une pompe d’alimentation destinée à être en communication de fluide avec une source d’eau de mer ou saumâtre pour alimenter le générateur de coulis de glace en eau de mer ou saumâtre.
[0025] L’installation est ainsi directement alimentée par de l’eau de mer ou saumâtre. Cette eau de mer ou saumâtre peut être directement prélevée dans un milieu marin, tel qu’un océan.
[0026] Selon un mode de réalisation de l’installation, la deuxième sortie du système de séparation est en communication de fluide avec ladite source d’eau de mer ou saumâtre pour permettre la réintroduction du fluide résiduel dans la source d’eau de mer ou saumâtre.
[0027] Selon un mode de réalisation de l’installation, le système d’échange comprend au moins un échangeur de chaleur en communication de fluide avec la deuxième sortie du système de séparation pour échanger de l’énergie calorifique provenant du fluide résiduel avec ledit au moins un récepteur, le système d’échange étant configuré pour réguler la quantité d’énergie calorifique échangée avec ledit au moins un récepteur en fonction d’une température cible du fluide résiduel en aval dudit au moins un échangeur de chaleur.
[0028] Il est ainsi possible de réguler la température du fluide résiduel réintroduit dans la source d’eau. Ceci est particulièrement intéressant lorsque la source d’eau est un milieu marin comportant une faune et une flore. Le fluide réintroduit dans cette source d’eau peut ainsi l’être à la température de l’eau de mer ou saumâtre dans ce milieu marin. La gêne occasionnée au milieu marin est donc réduite.
[0029] Cette régulation est par exemple réalisée en régulant le débit de fluide résiduel à l’intérieur dudit au moins un échangeur.
[0030] Selon un mode de réalisation de l’installation, le système d’échange comprend au moins un échangeur de chaleur en communication de fluide avec le conduit de pré-refroidissement pour échanger de l’énergie calorifique provenant des cristaux de glace ou de l’eau dessalée obtenue par la fusion des cristaux de glace avec ledit au moins un récepteur, le système d’échange étant configuré pour réguler la quantité d’énergie calorifique échangée avec ledit au moins un récepteur en fonction d’une température cible de l’eau dessalée en aval dudit au moins un échangeur de chaleur. [0031] L’installation permet ainsi de répondre aux besoins en eau dessalée de manière plus précise en permettant de réguler la température de l’eau dessalée produite. Cette régulation est par exemple réalisée en régulant le débit d’eau dessalée à l’intérieur dudit au moins un échangeur.
[0032] Selon un mode de réalisation de l’installation, celle-ci comprend en outre une cuve de stockage du coulis de glace disposée entre le générateur de coulis de glace et le système de séparation, la cuve de stockage étant configurée pour réguler l’alimentation en coulis de glace du système de séparation.
[0033] Le stockage du coulis de glace permet un fonctionnement plus optimisé de l’installation en permettant la distribution d’eau dessalée et d’énergie calorifique à un moment ultérieur à la production de coulis de glace.
[0034] Selon un mode de réalisation de l’installation, dans laquelle le système de séparation est un système de séparation par centrifugation. Selon un mode de réalisation préféré, le système de séparation peut comporter un premier système de séparation pouvant être choisi parmi l’un d’un premier système de centrifugation ou un système de filtration sous vide avec un entonnoir de Büchner ou un système de filtration sous pression à vis sans fin, ce premier système de séparation alimentant en communication de fluide un deuxième système de séparation par centrifugation.
[0035] Selon un mode de réalisation de l’installation, le système de séparation est disposé au-dessus du système de pré refroidissement et configuré pour que les cristaux de glace séparés alimentent le conduit de pré-refroidissement, de préférence par gravité.
[0036] Ceci permet de réduire encore davantage la consommation d’énergie de l’installation. De manière alternative ou combinée à un entrainement par gravité, un dispositif d’entrainement contraint peut être prévu pour entrainer les cristaux de glace vers le système de pré-refroidissement.
[0037] Selon un mode de réalisation de l’installation, le système de prérefroidissement comprend un dispositif de mouillage des cristaux de glace alimentant le système de pré-refroidissement, le dispositif de mouillage comprenant au moins une buse de projection d’eau, un bac de récupération d’eau et un circuit d’alimentation de ladite au moins une buse de projection en communication de fluide avec le bac de récupération.
[0038] Une boucle de circulation est ainsi formée entre le bac de récupération d’eau et le mouillage des cristaux de glace. Le dispositif de mouillage permet d’améliorer l’échange thermique entre les cristaux de glace et l’eau alimentant le générateur de coulis de glace.
[0039] Selon un mode de réalisation de l’installation, le générateur de coulis de glace comprend :
- un réservoir pour recevoir de l’eau provenant du système d’alimentation,
- un circuit de fluide frigorigène s’étendant au moins partiellement à proximité d’une paroi du réservoir et configuré pour congeler au moins partiellement de l’eau présente dans le réservoir au contact de ladite paroi,
- un dispositif de raclage disposé à l’intérieur du réservoir et configuré pour racler des cristaux de glace générés par la congélation de l’eau au contact de ladite paroi.
[0040] Selon un mode de réalisation de l’installation, le générateur de coulis de glace est configuré pour générer un coulis de glace comprenant des cristaux de glace ayant une taille égale ou inférieure à 100pm.
[0041] Il a été observé que cette taille de cristaux de glace permet d’obtenir une eau purifiée dont la concentration en sel est au moins 20 fois inférieure. Ainsi, il est possible d’obtenir une eau purifiée dont la concentration en sel est égale ou inférieure à 1 ,75 g/l à partir d’une eau de mer dont la concentration en sel est de 35 g/l.
Brève description des dessins
[0042] Les dessins annexés illustrent l’invention :
[0043] [Fig. 1] représente une vue schématique d’un mode de réalisation d’une installation combinée de génération d’énergie calorifique et de dessalement d’eau.
[0044] [Fig. 2] représente une vue intérieure d’un générateur de coulis de glace de l’installation combinée.
Description de mode(s) de réalisation [0045] Il est proposé une installation combinée de génération d’énergie calorifique et de dessalement d’eau. Un mode de réalisation de cette installation combinée est représenté en figure 1 et décrit ci-après.
[0046] L’installation combinée 10 comprend un système d’alimentation 12 en eau impure, i.e. comprenant une teneur en sel supérieure à un seuil prédéterminé. La teneur en sel de l’eau impure est par exemple comprise entre 1 et 40 g/l. L’eau alimentant l’installation combinée 10 est par exemple de l’eau de mer ou de l’eau saumâtre. L’eau de mer est définie par une concentration en sel supérieure à 10 g/l. Plus généralement, l’eau de mer a en une concentration moyenne en sel d’environ 35 g/l. L’eau saumâtre, également appelée eau douce, est définie par une concentration en sel comprise entre 1 et 10 g/l.
[0047] Le système d’alimentation 12 comprend une conduite d’alimentation 14 en communication de fluide avec une source d’eau 16. Le système d’alimentation 12 comprend une pompe d’alimentation 18 disposée dans la conduite d’alimentation 14 pour entrainer la circulation de l’eau à l’intérieur de la conduite d’alimentation 14. De manière alternative, la mise en circulation de l’eau de mer ou saumâtre peut être réalisée par tout moyen autre que la pompe d’entrainement 18 ou en complément de celle-ci.
[0048] La source d’eau 16 peut être un milieu marin naturel tel qu’un océan, une mer ou bien une rivière ou bien un milieu marin anthropisé. Dans ce cas, l’eau de mer ou saumâtre est directement prélevée dans le milieu marin. De manière alternative, la source d’eau 16 peut être un réservoir de stockage d’eau.
[0049] L’installation combinée 10 comprend également un générateur de coulis de glace 20 en communication de fluide avec la conduite d’alimentation 14. Le générateur de coulis de glace 20 est configuré pour générer un coulis de glace à partir de l’eau provenant du système d’alimentation 12. Ainsi, le générateur de coulis de glace 20 est alimentée en eau de mer ou saumâtre par le système d’alimentation, en particulier par la pompe d’alimentation 18.
[0050] Le coulis de glace est un fluide comprenant des cristaux de glace dont la concentration en sel est faible et un liquide résiduel dont la concentration en sel est élevée. Le générateur de coulis de glace 20 est configuré pour réaliser des cristaux de glace dont la taille est inférieure ou égale à 1 mm. On entend par « taille des cristaux de glace » la dimension la plus grande entre deux points de la périphérie d’un cristal de glace. Autrement dit, on entend par « taille », la dimension transversale maximale. Les cristaux de glace sont de préférence réalisés de manière à avoir une taille inférieure ou égale à 500 pm, de manière encore préférée inférieure ou égale à 100 pm.
[0051] Le générateur de coulis de glace 20 est de préférence du type à racleurs tel que représenté en figure 2. Dans ce cas, le générateur de coulis 20 comprend un réservoir 21 pour recevoir l’eau provenant du système d’alimentation 12 et un circuit de fluide frigorigène ou caloporteur s’étendant au moins partiellement à proximité d’une paroi 23 du réservoir. Le circuit de fluide frigorigène est configuré pour congeler au moins partiellement de l’eau présente dans le réservoir au contact de ladite paroi 23. Ainsi, le fluide frigorigène refroidit la paroi 23 du réservoir 21 de sorte que l’eau présente ou circulant dans le réservoir 21 congèle superficiellement au contact de cette paroi 23. De manière préférée, le réservoir est un tambour de section circulaire dont la paroi externe est en contact avec le fluide frigorigène et la paroi interne est en contact avec l’eau provenant du système d’alimentation 12.
[0052] Le générateur de coulis de glace 20 comprend également un dispositif de raclage 27 disposé à l’intérieur du réservoir et configuré pour racler les cristaux de glace générés par la congélation de l’eau au contact de ladite paroi 23. La fréquence à laquelle les cristaux de glace sont raclés permet notamment de faire varier la taille des cristaux de glace. Dans le cas d’un réservoir 21 de section circulaire, le dispositif de raclage 27 comporte au moins une tête de raclage 29 en contact avec la paroi 23 et entrainé en rotation à l’intérieur du réservoir 21 .
[0053] A l’issue du raclage, un coulis de glace est formé et se compose des cristaux de glace et d’un liquide résiduel n’ayant pas donné lieu à des cristaux de glace. Le coulis de glace formé est environ à une température de -2 à -3 °C. Le coulis de glace comprend environ 30% de cristaux de glace pour environ 70% de liquide résiduel.
[0054] L’installation combinée 10 comprend en outre une cuve de stockage 22 du coulis de glace généré par le générateur de coulis de glace 20. La cuve de stockage 22 est en communication de fluide avec une sortie du générateur de coulis de glace 20. La cuve de stockage 22 est configurée pour réguler l’alimentation en coulis de glace d’un système de séparation 24. En d’autres termes, la cuve de stockage 22 est disposée entre une sortie du générateur de coulis de glace 20 et une entrée 25 du système de séparation 24.
[0055] La cuve de stockage 22 est de préférence isolée thermiquement et/ou réfrigérée pour éviter la fusion des cristaux de glace lors du stockage, notamment pour maintenir le coulis de glace à une température égale ou inférieure à 0°C, de préférence à -1°C.
[0056] L’installation combinée 10 peut en outre comprendre un dispositif de dérivation comprenant une entrée reliée au générateur de coulis de glace 20, une première sortie reliée à la cuve de stockage 22 et une deuxième sortie reliée à l’entrée 25 du système de séparation 24. Le dispositif de dérivation est configuré pour permettre la circulation du coulis de glace soit vers la cuve de stockage 22 soit vers le système de séparation 24, sans passer par la cuve de stockage 22. Le dispositif de dérivation permet ainsi un mode de fonctionnement dans lequel le coulis de glace ne circule pas au travers de la cuve de stockage 22.
[0057] Le système de séparation 24 est configuré pour séparer les cristaux de glace et le liquide résiduel présents dans le coulis de glace. Les cristaux de glace sont dirigés vers une première sortie 26 du système de séparation 24 et le liquide résiduel est dirigé vers une deuxième sortie 28 du système de séparation 24. Le liquide résiduel en sortie du système de séparation 24 est à une température d’environ -2 à -3 °C.
[0058] Le système de séparation 24 est par exemple un système de séparation par centrifugation. En d’autres termes, le système de séparation 24 est configuré pour entraîner en rotation le coulis de glace de manière à séparer les cristaux de glace du liquide résiduel en raison de leur différence de densité. De manière alternative, la séparation des cristaux de glace du liquide résiduel peut être réalisée en tout ou partie par sédimentation. Les cristaux de glace étant plus léger que le liquide résiduel, le coulis de glace tend à former une phase supérieure comprenant les cristaux de glace et une phase inférieure comprenant le liquide résiduel. [0059] Le système de séparation 24 peut comporter l’un ou plusieurs des procédés suivants : égouttage, essorage, centrifugation, filtration sous vide avec un entonnoir de Büchner, compression sous presse de plusieurs dizaines de bar au travers d’un tamis, filtration sous pression à vis sans fin... Lorsque le système de séparation met en œuvre au moins deux procédés de séparation, identiques ou différents, successivement, le taux de salinité final de l’eau dessalée est inférieur à celui observé après la mise en œuvre d’un unique procédé de dessalement. Une double centrifugation permet d’atteindre un taux de salinité inférieure à 3 PSU, tandis qu’une filtration sous vide suivie d'une centrifugation ou une filtration par presse à vis sans fin suivie d'une centrifugation permet d’atteindre un taux de salinité inférieure à 1 PSU.
[0060] La deuxième sortie 28 du système de séparation 24 est en communication de fluide avec la source d’eau 16 au moyen d’une conduite de refoulement 30. Ainsi, le liquide résiduel peut être réinjecté dans la source d’eau 16. Lorsque la source d’eau est un milieu marin, le liquide résiduel est ainsi réinjecté directement dans ce milieu marin. Une pompe d’entrainement du liquide résiduel 32 peut être disposée dans la conduite de refoulement 30 pour entrainer le liquide résiduel.
[0061] L’installation combinée 10 comprend en outre un système d’échange 36 d’énergie calorifique avec un récepteur 38. Ce récepteur 38 peut être une installation frigorifique telle qu’une installation de climatisation ou de conservation d’aliments ou de matériels. Le système d’échange 36 est en communication de fluide avec la deuxième sortie 28 du système de séparation 24 via la conduite de refoulement 30. En particulier, le système d’échange 36 comprend au moins un premier échangeur 34 configuré pour échanger de la chaleur entre le liquide résiduel et le récepteur 38. Dans le mode de réalisation de la figure 1 , le système d’échange 36 comprend deux premiers échangeurs 34 pour prélever de l’énergie calorifique au liquide résiduel. L’échangeur de chaleur 34 est en aval du système de séparation, lui-même en aval du système de pré-refroidissement.
[0062] Le système d’échange 36 est de préférence configuré pour réguler la quantité d’énergie calorifique échangée avec ledit au moins un récepteur 38 en fonction d’une température cible du fluide résiduel en aval des premiers échangeurs 34. Cette température cible du fluide résiduel est de préférence déterminée comme étant égale à la température de l’eau dans la source d’eau 16. Ainsi, l’impact sur la source d’eau 16 est réduit ce qui est particulièrement important lorsque la source d’eau 16 est un milieu naturel.
[0063] L’installation comprend de préférence un capteur de température du liquide résiduel disposé en aval des premier échangeurs 34.
[0064] Cette régulation est de préférence réalisée par un contrôleur 40 configuré pour commander l’un ou plusieurs parmi les pompes de l’installation combinée 10. Le contrôleur 40 est également connecté à l’ensemble des capteurs de l’installation combinée 10 de manière à recevoir des informations. En particulier, la régulation de la vitesse d’entrainement du liquide résiduel dans la conduite de refoulement 30 permet de réguler la quantité d’énergie calorifique échangée avec le récepteur 38 et donc la température du liquide résiduel en aval des premiers échangeurs 34.
[0065] Le contrôleur 40 est par ailleurs configuré pour commander tout ou partie de l’installation combinée 10. Le contrôleur 40 est ainsi relié de manière filaire ou sans-fil à tout ou partie des composants de l’installation combinée 10 pour échanger des informations ou instructions.
[0066] La première sortie 26 du système de séparation 24 est en communication de fluide avec un système de pré-refroidissement 42 de l’eau alimentant le générateur de coulis de glace 20. En d’autres termes, la conduite d’alimentation 14 circule entre la source d’eau 16 et le générateur de coulis de glace 20 à l’intérieur du système de pré-refroidissement 42. A l’intérieur de ce système de pré-refroidissement 42, l’eau circulant à l’intérieur de la conduite d’alimentation 14 est pré-refroidie par les cristaux de glace provenant du système de séparation 24. Ce pré-refroidissement permet d’abaisser la température de l’eau provenant de la source d’eau avant son introduction dans le générateur de coulis de glace 20. Une énergie calorifique réduite est donc nécessaire ensuite à l’intérieur du générateur de coulis de glace 20 pour abaisser la température de l’eau à sa température de congélation.
[0067] Le système de pré-refroidissement 42 permet par exemple d’abaisser la température de l’eau provenant de la source d’eau 16 jusqu’à une température d’environ 0 °C. [0068] La consommation globale de l’installation combinée 10 est ainsi réduite car l’énergie calorifique utilisée pour pré-refroidir l’eau provient de la glace générée à partir du coulis de glace. De plus, ce pré-refroidissement à pour deuxième effet d’élever la température des cristaux de glace et donc de démarrer leur processus de fusion.
[0069] Le système de séparation 24 est disposé au-dessus du système de pré refroidissement 42 et configuré pour que les cristaux de glace séparés alimentent le système de pré-refroidissement. En particulier, la première sortie 26 du système de séparation 24 est en communication de fluide avec une conduite de pré-refroidissement dans laquelle circule les cristaux de glace. Cette conduite de pré-refroidissement peut être de la forme d’une chambre 43 dans laquelle les cristaux de glace sont insérés. De préférence, l’alimentation en cristaux de glace est réalisée par gravité. De manière alternative ou combinée à un entrainement par gravité, un dispositif d’entrainement contraint peut être prévu pour entrainer les cristaux de glace vers le système de pré-refroidissement 42.
[0070] Pour améliorer l’échange thermique entre les cristaux de glace et le fluide de la conduite d’alimentation 14 d’une part et le fluide de la conduite d’échange 64 d’autre part, le système de pré-refroidissement 42 comprend un dispositif de mouillage 44 des cristaux de glace alimentant le système de pré-refroidissement 42. Le dispositif de mouillage 44 comprend en partie basse du système de prérefroidissement un bac de récupération 48 d’eau provenant de la fusion des cristaux de glace. Le dispositif de mouillage 44 comprend également au moins une buse de projection 46 d’eau sur la conduite d’alimentation 14. Ces buses de projection 46 sont alimentées en eau par un circuit d’alimentation 50 en communication de fluide avec le bac de récupération 48 et les buses de projection 46. Une pompe de mouillage 56 est disposée dans le circuit d’alimentation 44 pour faire circuler l’eau depuis le bac de récupération 48 vers les buses de projection 46.
[0071] La portion de la conduite d’alimentation 14 disposée à l’intérieur de la conduite de pré-refroidissement peut être de la forme d’un échangeur de chaleur, par exemple du type à plaque ou tube à ailettes. [0072] Le dispositif de mouillage 44 est disposé au moins partiellement à l’intérieur de la conduite de pré-refroidissement ou chambre 43. En particulier, les buses de projection 46 et le bac de récupération 48 sont disposés à l’intérieur de la conduite de pré-refroidissement ou chambre 43.
[0073] Pour la distribution de l’eau purifiée, la conduite de pré-refroidissement est en communication de fluide avec une conduite de distribution 52 connectée à une installation de distribution 54 d’eau purifiée. La conduite de distribution 52 est ainsi raccordée à une sortie du système de pré-refroidissement. En particulier, la conduite de distribution 52 est en communication de fluide avec le bac de récupération 48 de manière à récupérer l’eau dessalée obtenue par la fusion des cristaux de glace au niveau d’une sortie 51 du système de pré-refroidissement 42. En effet, le pré-refroidissement ou échange de chaleur entre les cristaux de glace et l’eau provenant de la source d’eau 16 entraine le commencement d’un processus de fusion des cristaux de glace. Le fluide au niveau de la sortie 51 du système de pré-refroidissement 42 est ainsi de l’eau dessalée obtenue par la fusion des cristaux de glace.
[0074] Le système d’échange 36 d’énergie calorifique comprend en outre au moins un deuxième échangeur 58 disposé dans la conduite de distribution 52. Ledit au moins un deuxième échangeur 58 est configuré pour échanger de la chaleur entre l’eau dessalée et le récepteur 38. Ce deuxième échangeur de chaleur 58 est en aval du système de pré-refroidissement. Ledit au moins un deuxième échangeur 58 est disposé entre l’installation de distribution 54 et le système de pré-refroidissement 42. Une pompe de distribution 60 disposée dans la conduite de distribution 52 permet de faire circuler l’eau dessalée depuis le système de pré-refroidissement 42 vers l’installation de distribution 54.
[0075] Le système d’échange 36 est de préférence configuré pour réguler la quantité d’énergie calorifique échangée avec ledit au moins un récepteur 38 en fonction d’une température cible de l’eau dessalée ou purifiée en aval dudit au moins un deuxième échangeur 58. Cette température cible de l’eau dessalée est déterminée par l’installation de distribution 54 par rapport au besoin et à l’application. [0076] L’installation comprend de préférence un capteur de température de l’eau dessalée disposé en aval dudit au moins deuxième échangeur 58.
[0077] Cette régulation est de préférence réalisée par le contrôleur 40 configuré pour commander notamment la pompe de distribution 60. Le contrôleur 40 est également connecté au capteur de température de l’eau dessalée et de préférence configuré pour communiquer des informations avec l’installation de distribution 54. En particulier, la régulation de la vitesse d’entrainement de l’eau dessalée dans la conduite de distribution 52 permet de réguler la quantité d’énergie calorifique échangée avec le récepteur 38 et donc la température de l’eau dessalée en aval du ou des deuxième échangeurs 58.
[0078] L’installation combinée 10 peut en outre comprendre un circuit additionnel d’échange 62 pour améliorer la fusion des cristaux de glace. Ce circuit additionnel d’échange 62 comprend une conduite d’échange 64 dont une portion de conduite est disposée à l’intérieur de la conduite de pré-refroidissement du système de pré-refroidissement 42. Cette portion de conduite correspond à un échangeur de chaleur pouvant être du type à plaques. Un fluide caloporteur est disposé à l’intérieur de la conduite d’échange 64 de manière à permettre un échange de chaleur entre ce fluide caloporteur et les cristaux de glace.
[0079] La portion de conduite de la conduite d’échange 64 est de préférence disposée à l’intérieur du système de pré-refroidissement 42 en aval de la portion de conduite de la conduite d’alimentation 14 par rapport au sens de circulation des cristaux de glace. De cette façon, les cristaux de glace échangent de la chaleur avec l’eau provenant de la source d’eau 16 avant d’échanger de la chaleur avec le fluide caloporteur de la conduite d’échange. Ceci permet d’améliorer le pré-refroidissement de l’eau alimentant le générateur de coulis de glace 20.
[0080] Le circuit additionnel d’échange 62 est relié au récepteur 38. Plus particulièrement, la conduite d’échange 64 est reliée au niveau de ces deux extrémités au récepteur 38. La conduite d’échange 64 forme ainsi une boucle disposée en partie à l’intérieur du système de pré-refroidissement 42 et dont les deux extrémités sont reliées au récepteur 38. Une pompe d’échange 68 est disposée dans la conduite d’échange 64 pour faire circuler le fluide caloporteur entre le système de pré-refroidissement 42 et le récepteur 38.
[0081] Les premier 34 et deuxième 58 échangeurs sont de préférence des échangeurs à plaques. Le récepteur 38 peut comprendre une ou plusieurs installations réceptrices de sorte que les premier 34 et deuxième 58 échangeurs et le circuit additionnel d’échange 62 peuvent être reliés à une même installation réceptrice ou à des installations réceptrices différentes. Le récepteur 38 peut comprendre une bouteille de découplage (appelée également bouteille de mélange) reliée à un ou plusieurs parmi les premier 34 et deuxième 58 échangeurs et le circuit additionnel d’échange 62 pour récupérer dans cette bouteille de découplage la chaleur échangée avec l’un ou plusieurs parmi ces premier 34 et deuxième 58 échangeurs et le système de pré-refroidissement 42. Cette bouteille de découplage peut être de la forme d’un réservoir de liquide ayant une pluralité de connexions hydrauliques pour se connecter, d’une part, à l’un ou plusieurs parmi les premier 34 et deuxième 58 échangeurs et le système de pré-refroidissement 42 et, d’autre part, avec une ou plusieurs installations ayant un besoin de froid.
[0082] L’installation combinée 10 comprend un dispositif d’alimentation en énergie électrique 68 configuré pour notamment alimenter en énergie électrique tout ou partie des composants de l’installation combinée 10. Ainsi, le dispositif d’alimentation en énergie électrique 68 est configuré pour alimenter en énergie électrique l’un ou plusieurs parmi les pompes d’alimentation 18, de mouillage 56, de distribution 60 et d’échange 68 ainsi que le système de pré-refroidissement 42, le générateur de coulis de glace 20, le système de séparation 24 et le contrôleur 40.
[0083] De manière préférée, le dispositif d’alimentation en énergie électrique 68 est configuré pour générer de l’énergie électrique à partir d’une source d’énergie solaire. Ainsi, le dispositif d’alimentation en énergie électrique 68 comprend de préférence un ou plusieurs panneaux photovoltaïques. L’installation combinée 10 est ainsi indépendante de tout réseau électrique extérieur. Le dispositif d’alimentation en énergie électrique 68 comprend également de préférence un ou plusieurs accumulateurs électriques pour stocker de l’énergie électrique. De manière alternative ou combinée, le dispositif d’alimentation en énergie électrique 68 peut comprendre un moteur thermique ainsi qu’un alternateur pour générer de l’énergie électrique à partir de la combustion d’un carburant.
[0084] Par ailleurs, un système de récupération de chaleur peut être disposé au niveau du condenseur du générateur de coulis de glace 20 pour transmettre cette énergie calorifique à toute installation ayant par exemple un besoin en eau chaude.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Installation combinée (10) de génération d’énergie calorifique et de dessalement d’eau, l’installation comprenant :
- un système d’alimentation (12) en eau ;
- un générateur de coulis de glace (20) en communication de fluide avec le système d’alimentation (12) en eau et configuré pour générer un coulis de glace à partir d’eau provenant du système d’alimentation (12) en eau, le coulis comprenant des cristaux de glace et un liquide résiduel,
- un système de séparation (24) en communication de fluide avec le générateur de coulis de glace (20) configuré pour séparer les cristaux de glace du liquide résiduel en direction d’une première (26) et d’une deuxième (28) sorties, respectivement,
- un système de pré-refroidissement (42) de l’eau alimentant le générateur de coulis de glace (20), le système de pré-refroidissement (42) comprenant un conduit de pré-refroidissement en communication de fluide avec la première sortie (26) du système de séparation (24) pour permettre un prérefroidissement de l’eau alimentant le générateur par les cristaux de glace (20),
-de l’eau dessalée étant obtenue à partir de la fusion des cristaux de glace.
[Revendication 2] Installation combinée (10) selon la revendication
1 caractérisée en ce qu’elle comporte un système d’échange (36) d’énergie calorifique avec au moins un récepteur (38), le système d’échange (36) comprenant au moins un échangeur (34, 58) de chaleur en communication de fluide avec au moins l’un parmi le conduit de ré-refroidissement et la deuxième sortie (28) du système de séparation (24) pour échanger de l’énergie calorifique provenant respectivement des cristaux de glace ou du fluide résiduel avec ledit au moins un récepteur (38), l’échangeur de chaleur étant en aval du système de pré-refroidissement.
[Revendication 3] Installation combinée (10) selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le système d’alimentation (12) comprend une pompe d’alimentation (18) destinée à être en communication de fluide avec une source d’eau (16) pour alimenter le générateur de coulis de glace (20) en eau.
[Revendication 4] Installation combinée (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la deuxième sortie (28) du système de séparation est en communication de fluide avec ladite source d’eau (16) pour permettre la réintroduction du fluide résiduel dans la source d’eau (16).
[Revendication 5] Installation combinée (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’elle comporte un système d’échange (36) d’énergie calorifique avec au moins un récepteur (38), le système d’échange (36) comprenant au moins un échangeur (34) de chaleur en communication de fluide avec la deuxième sortie (28) du système de séparation (24) pour échanger de l’énergie calorifique provenant du fluide résiduel avec ledit au moins un récepteur (38), le système d’échange (36) étant configuré pour réguler la quantité d’énergie calorifique échangée avec ledit au moins un récepteur (38) en fonction d’une température cible du fluide résiduel en aval dudit au moins un échangeur (34) de chaleur.
[Revendication 6] Installation combinée (10) selon l’une quelconque des revendications, caractérisée en ce qu’elle comporte un système d’échange (36) d’énergie calorifique avec au moins un récepteur (38), le système d’échange (36) comprenant au moins un échangeur (58) de chaleur en communication de fluide avec le conduit de pré-refroidissement pour échanger de l’énergie calorifique provenant de l’eau dessalée obtenue par la fusion des cristaux de glace avec ledit au moins un récepteur (38), le système d’échange (36) étant configuré pour réguler la quantité d’énergie calorifique échangée avec ledit au moins un récepteur (38) en fonction d’une température cible de l’eau dessalée en aval dudit au moins un échangeur (58) de chaleur.
[Revendication 7] Installation combinée (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre une cuve de stockage (22) du coulis de glace disposée entre le générateur de coulis de glace (20) et le système de séparation (24), la cuve de stockage (22) étant configurée pour réguler l’alimentation en coulis de glace du système de séparation (24).
[Revendication 8] Installation combinée (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système de séparation (24) est un système de séparation par centrifugation.
[Revendication 9] Installation combinée (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système de séparation (24) comporte un premier et un deuxième système de séparation, le premier système de séparation pouvant être choisi parmi l’un d’un premier système de centrifugation ou un système de filtration sous vide avec un entonnoir de Büchner ou un système de filtration sous pression à vis sans fin, ce premier système de séparation alimentant en communication de fluide le deuxième système de séparation par centrifugation.
[Revendication 10] Installation combinée (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système de séparation (24) est disposé au-dessus du système de pré refroidissement (42) et configuré pour que les cristaux de glace séparés alimentent le conduit de prérefroidissement, de préférence par gravité.
[Revendication 11] Installation combinée (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le système de pré-refroidissement (42) comprend un dispositif de mouillage (44) des cristaux de glace alimentant le système de pré-refroidissement (42), le dispositif de mouillage (44) comprenant au moins une buse de projection (46) d’eau, un bac de récupération (48) d’eau et un circuit d’alimentation (50) de ladite au moins une buse de projection (46) en communication de fluide avec le bac de récupération (48).
[Revendication 12] Installation combinée (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le générateur de coulis de glace (20) comprend :
- un réservoir (21) pour recevoir de l’eau provenant du système d’alimentation (12),
- un circuit de fluide frigorigène s’étendant au moins partiellement à proximité d’une paroi (23) du réservoir (21) et configuré pour congeler au moins partiellement de l’eau présente dans le réservoir (21) au contact de ladite paroi (23),
- un dispositif de raclage (27) disposé à l’intérieur du réservoir (21) et configuré pour racler des cristaux de glace générés par la congélation de l’eau au contact de ladite paroi (23). [Revendication 13] Installation combinée (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle le générateur de coulis de glace (20) est configuré pour générer un coulis de glace comprenant des cristaux de glace ayant une taille égale ou inférieure à 100pm.
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