FR2488379A1 - Procede et dispositifs pour la revalorisation d'energie thermique a bas niveau mettant en oeuvre des phenomenes d'evaporation et de melange de deux fluides en equilibre de pression de vapeur - Google Patents

Abstract

L'INVENTION SE RAPPORTE A UN PROCEDE ET A DES DISPOSITIFS POUR LA REVALORISATION D'ENERGIE THERMIQUE A BAS NIVEAU. SELON L'INVENTION, ON UTILISE DES DISPOSITIFS FORMANT EVAPORATEUR-MELANGEUR EM, AVANTAGEUSEMENT ASSOCIES A DES DISPOSITIFS FORMANT EVAPORATEUR-SEPARATEUR ES POUR FOURNIR, A PARTIR D'UNE SOURCE DE CHALEUR A BAS NIVEAU, PAR EXEMPLE A 25C, DE LA CHALEUR A PLUS HAUT NIVEAU, PAR EXEMPLE A 80C, EN METTANT EN OEUVRE DES PHENOMENES D'EVAPORATION ET DE MELANGE DE DEUX FLUIDES EN EQUILIBRE DE PRESSION DE VAPEUR SOUS DES TEMPERATURES DIFFERENTES. L'INVENTION S'APPLIQUE NOTAMMENT A LA CLIMATISATION DE BATIMENTS.

Description

La présente invention a pour objet un procédé et des dispositifs perettant la revalorisation et le stockage d'énergie thermique à bas niveau mettant en oeuvre des phénamenes d'évaporation et de mélange de deux fluides en équilibre de pression de vapeur sous des températures différentes.

On sait que deux fluides de nature différente peuvent être en équilibre de pression de vapeur sous des tewSératures différentes. Ainsi par exemple, un ballon contenant de l'eau pure et un ballon contenant une solution dans l'eau d'un sel tel que chlorure de lithium, chlorure de calcium ou d'une substance telle que soude, acide sulfurique, gaz ammoniac, ne sont en équilibre de vapeur qu'à des températures différentes. Ainsi, par exemple, la pression de vapeur de l'eau pure à 200C est sensiblement égale à celle d'une saumure saturée de chlorure de calcium à 500C et celle d'une solution saturée de chlorure de lithium à 70-800C ou d'une solution d'acide sulfurique, de soude ou de chlorure de zinc vers 120 C.

I1 est possible de mettre à profit ce phénamene pour faire "bouillir" à basse toepérature un liquide, que l'on appellera "solvant", tel que de l'eau en utilisant cars condenseur un volume dans lequel est maintenu à telrEé- rature plus élevée un mélange formé par dissolution dans le solvant d'un autre corps, que l'on appellera "soluté" qui a la propriété d'abaisser la pres sicn de vapeur du solvant. On peut faire travailler la vapeur dans une tur bine.On peut également mettre à profit la différence de températures des solutions pour lesquelles il y a équilibre de vapeur pour transférer des ca bries apportées à bas niveau au solvant liquide et les récupérer à un niveau plus élevé, c'est-à-dire une température plus élevée, dans la solution abtenue par mélange, énergie "noble" nécessaire étant apportée par l'augmentatian d'entropie du systit lors du mélange du solvant à la solution concentrée de soluté pour former une solution diluée. Par abréviation, la solution concentrée sera appelée "saumure" et la solution diluée résultant du mélangeage de la solution concentrée et du solvant sera appelée "diluat".La solution concentrée pourra éventuellement aller jusqu'à être du soluté pur.

Pour que le système fonctionne de façon continue, il faut lui apporter ou régénérer en permanence le solvant (eau par exemple) et le soluté (sel ou autre corps : chlorure de calcium par exemple) nécessaires à l'opération.

I1 s'agit en sc d'une "pompe à chaleur" d'un type nouveau l'énergie noble nécessaire au fonctionnement de la pompe est fourni par l'effet de dilution d'une certaine quantité de soluté dans du solvant.

L'invention propose des dispositifs et procédés nouveaux et originaux permettant notaient une revalorisation effective et très économique d'énergie thermique à bas niveau pttticuliàrement bien adaptée au chauffage des batiments.

L'invention permet également une revalorisation particulièrement élégante et efficace des rejets thermiques à bas niveau de toutes natures, tels que rejets thermiques de centrales nucléaires ou autres, rejets thermiques d'usines, eaux usées, etc. L'invention permet également la valorisation et le stockage de longue durée d'énergies diluées et intermittentes telles que l'é- nergie solaire et l'énergie du vent froid.

L'invention permet également d'utiliser l'énergie "ambiante" des masses d'eau telles que eaux de rivières, lacs et mers, et eaux d'origine géothermique.

Selon une caractéristique essentielle de l'invention, un dispositif éva porateurinelangeur pour la revalorisation d'énergie thermique à bas niveau du type utilisant le transfert d'énergie d'une première source à teppérature donnée dite "source froide" vers une deuxième source à teppérature plus élevée dite "source chaude" par évaporation d'un solvant liquide porté à la tempia- ture de la source froide et condensation de la vapeur de solvant en un deuxième me liquide qui se mélange (diluat) avec un autre fluide (saumure) à la teppé- rature de la source chaude, est caractérisé en ce qu'il comprend - au moins une surface d'évaporation telle qu'une plaque ou analogue, sur laquelle ledit solvant liquide est amené et circule ou ruisselle de façon continue sensiblement à la teppérature de la "source froide", ladite surface d'évaporation communiquant avec un volume dans lequel peut s'effectuer 1 'évapora- tion dudit solvant liquide et qui est maintenu sous une pression sensiblement égale et de préférence légerement inférieure à la pression de vapeur dudit solvant liquide à ladite teppérature de la source froide, - et au nains une surface de condensation, telle qu'une plaque ou analogue sur laquelle la vapeur de solvant se condense et se Irélange (diluat) avec un deuxieme liquide (saumure) qui ruisselle de façon continue sensiblement à la te pérature de la "source chaude", ladite surface de condensation comnuniquant avec ledit volume et étant disposée à faible distancie et de préférence sensiblement en regard de ladite surface d'évaporation.

Selon une autre caractéristique de l'invention, ladite surface d'évaporat ion est en contact par une de ses faces au moins avec le fluide caloporteur de la source d'énergie à bas niveau et à teppérature comprise entre celle de la source chaude et celle de la source froide.

Selon une autre caractéristique encore de l'invention, ladite surface de condensation est en contact par une de ses faces au moins avec le fluide caloporteur permettant d'extraire la chaleur revalorisée produite sensiblement à la température de la source chaude.

Selon une autre caractéristique préférée de l'invention, plusieurs dispositifs précités sont associés en série, la plaque de condensation de l'étage de rang n constituant par son autre face la plaque de vaporisation de l'étage de rang n+l
Avec de tels dispositifs, on obtient une construction très économique, compacte et très efficace permettant de "remonter" en quelques étages, et par l'emploi de solutions peu corrosives faciles à manipuler, d'une centaine de degrés ou davantage le niveau de température de la chaleur prélevée à la source froide et qui pourra être utilisée à la température de la source chaude.

L'invention concerne également des systèmes de revalorisation d'énergie thermique à bas niveau caractérisés en ce qu'ils utilisent des dispositifs évaporateurs-mélangeurs du type cidessus mentionné, et en association avec ces dispositifs des dispositifs évaporateurs-séparateurs permettant de séparer ou reconstituer par les techniques d'évaporation et de condensation à partir de la solution diluée (diluat) ledit solvant liquide et ladite solution concentrée (saumure) pour permettre le fonctionnement autonome et illimité du système.

Avantageusement, les dispositifs évaporateurs-séparateurs utilisés auront une structure à surfaces d'évaporation et de condensation semblable ou identique à celle des dispositifs évaporateurs-mélangeurs susmentionnés.

I1 apparait immédiatement que l'utilisation en association des évaporateurs-mélangeurs et des évaporateurs-séparateurs permet de faire fonctionner ces dispositifs de façon discontinue, indépendamment les uns des autres et en particulier de façon non simultanée. Ceci est avantageux en ce que dans certaines conditions, on pourra par exemple faire fonctionner les évaporateurs-séparateurs grâce à l'énergie solaire lorsqu'elle est disponible, et faire fonctionner les évaporateursmélangeurs lorsqu'on aura besoin par exemple de chaleur pour chauffer une habitation et tout particulièrement lorsque l'énergie solaire fait défaut.

En associant au système une ou plusieurs cuves de stockage de la saumure, du diluat et du solvant, il devient ainsi possible de stocker, à la température ambiante, et sans avoir à prendre aucune précaution spéciale l'énergie "noble" accumulée pendant les heures d'ensoleillemente notamment d'été et d'utiliser cette énergie noble dans les dispositifs- évaporateurs-mélangeurs pour chauffer un bâtiment pendant les heures froides et notamment la période d'hiver en empruntant le flux d'énergie principal a une "source froide disponible telle par exemple qu'une eau environnante, une eau de rejet industriel ou de centrale ou encore l'air ambiant.

L'invention se rapporte également à un procédé de climatisation d'un bâtiment utilisant des dispositifs évaporateurs-mélangeurs et des systèmes associant des évaporateurs-mélangeurs et des évaporateurs-séparateurs, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'on utilise des évaporateurs-mélangeurs pour climatiser le bâtiment sur ses surfaces intérieures et des évaporateursséparateurs pour reconstituer la saumure et le solvant pur sur ses surfaces extérieures.

Selon un procédé préféré de climatisation d'un bâtiment utilisant des dispositifs évaporateursmélangeurs montés en série conformes à l'invention, on utilise la source d'énergie à bas niveau dont on dispose pour faire fonctionner certains dispositifs précités pour remonter la température du fluide caloporteur sortant du dispositif par rapport à celle de ladite source, et chauffer certaines parties du bâtiment, et on utilise la source d'énergie à bas niveau dont on dispose pour faire fonctionner d'autres dispositifs précités pour abaisser la température du fluide caloporteur sortant du dispositif par rapport à celle de ladite source et pour réfrigérer d'autres parties du bâtiment, ladite source d'énergie étant utilisée dans un étage intermédiaire d'évaporateurmélangeur.

On obtient ainsi une climatisation intégrée du bâtiment, les besoins en froid servant partiellement à satisfaire les besoins en chaud du bâtiment, tandis que simultanément, on obtient de façon très économique les besoins de réfrigération ( chambre froide voulus.

Selon un autre mode de mise en oeuvre de l1in- vention, on utilise des dispositifs formant panneaux chauffants notamment pour bâtiments, caractérisés en ce qu'ils comprennent, montés à l'extérieur du bâtiment, des dispositifs évaporateurs-sEparateurs exposés aux surfaces froides extérieures du bâtiment, des dispositifs évaporateurs-mélangeurs montés à l'intérieur du bâtiment en regard desdits évaporateursséparateurs, et au moins une surface d'échange thermique interposée entre les évaporateurs-séparateurs et les évaporateurs-mélangeurs à laquelle est apportée la chaleur de la source thermique exploitable à bas niveau.

Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, on,utilise des dispositifs formant panneaux réfrigérants, notamment pour bâtiments, caractérisés en ce qu'ils comprennent, montés à l'extérieur du bâtiment, des dispositifs évaporateurs-séparateurs exposés aux surfaces chaudes extérieures du bâtiment, des dispositifs évaporateurs-mélangeurs montés à l'intérieur du bâtiment en regard desdits évaporateursséparateurs, et au moins une surface d'échange thermique interposée entre les évaporateurs-séparateurs et les évaporateurs-mélangeurs à laquelle est apportée la chaleur de la source thermique exploitable à bas niveau.

On notera qu'une telle conception est parfaitement bien adaptée aux besoins de la climatisation des bâtiments, le dispositif étant d'autant plus efficace que les conditions climatiques seront plus rigoureuses. En d'autres termes, plus le froid extérieur sera vif, plus le panneau chauffant sera susceptible de chauffer, tandis qu'inversement, plus la chaleur extérieure sera élevée, plus sera grande la puissance de réfrigération du panneau.

L'invention concerne également des échangeurs de chaleur pouvant notamment constituer évaporateurmélangeur ou évaporateur-séparateur pour la mise en oeuvre des dispositifs systèmes et procédés susmentionnés.

Ils se caractérisent en se quels comportent des surfaces d1 échange de chaleur constituées par les deux faces d'une plaque mince conformée avec des ondulations, plis ou analogues, ménageant de part et d'autre de la plaque entre les plis ou ondulations de la plaque des canaux pour les fluides en échange de chaleur. Une telle construction est particulièrement bien adaptée aux problèmes posés nécessitant l'évaporation la plus forte possible par unité de surface d'échangeur, devant amener à des solutions simples et économiques et à des dispositifs susceptibles d'encaisser des pressions différentielles non négligeables.

L'invention, sa mise en oeuvre, ses buts et avantages apparaîtront plus clairement à l'aide de la description qui va suivre faite en référence aux dessins annexés dans lesquels
- la figure 1 montre en coupe verticale schématique la constitution d'un évaporateur-mélangeur à un étage conçu selon lzinvention,
- la figure 2 montre le diagramme de températures lorsqu'on traverse l'évaporateur-mélangeur de la figure 1,
- la figure 3 montre comme la figure 1 un évaporateurmélangeur comportant quatre étages montés en série,
- la figure 4 montre le diagramme de températures lorsqulon traverse le dispositif de la figure 3,
- la figure 5 montre le schéma d'une installation utilisant un dispositif évaporateur à trois étages associé à des échangeurs récupérateurs de chaleur,
- la figure 6 montre à plus grande échelle un détail de construction utilisant une paroi perméable à la vapeur entre la surface dlévaporation et la surface de condensation d'un évaporateur mélangeur,
- la figure 7 montre en coupe verticale une installation comprenant un évaporateur-mélangeur à trois étages en série associé aides échangeurs-récupérateurs de chaleur et constituant une constrution de forme cylindrique circulaire,
- la figure 8 montre en coupe schématique verticale un évaporateur-séparateur à trois étages conforme à llin- vention,
la figure 9 montre le diagramme des températures lorsqu'on traverse le dispositif de la figure 8,
- la figure 10 montre en coupe schématique verticale un évaporateur-séparateur à trois étages conforme à l'invention associé à des échangeurs récupérateurs de chaleur,
- la figure 11 montre schématiquement un procédé de climatisation d'une habitation utilisant des évaporateurs mélangeurs et des évaporateurs-séparateurs conformément à 1 invention,
- la figure 12 montre en coupe schématique l'utilisation de plusieurs évaporateurs-mélangeurs montés en série pour engendrer, à partir d'une source de chaleur à bas niveau de la chaleur à niveau plus élevée et-simultanément du froid,
- la figure 13 montre schématiquement l'association d'évaporateurs-mélangeurs et dlévaporateurs-séparateurs pour constituer un panneau réfrigérant, notamment pour habitations,
- la figure 14 montre comme la figure 13 la manière de constituer un panneau chauffant associant des évaporateursmélangeurs et des évaporateurs-séparateurs,
-la figure 15 montre schématiquement comme les figures 13 et 14 la constitution d'un panneau réfrigérant utilisant une source de chaleur résiduaire
- la figure 16 montre schématiquement la configuration dlun panneau refroidisseur associant des évaporateurs séparateurs, des évaporateurs-mélangeurs, une source de chaleur résiduaire et une source de chaleur ambiante,
- la figure 17 montre le diagramme de températures à travers le dispositif de la figure 16,
- la figure 18 montre comme la figure 16 la configuration d'un panneau réchauffeur associant des évaporateurs-séparateurs, des évaporateurs-mélangeurs, une source de chaleur
ambiante , et une source de froid.

- la figure 19 montre le diagramme de températures à travers le dispositif de la figure 18,
- la figure 20 montre schématiquement une installation utilisant en association des évaporateurs-mélangeurs montés en série et des évaporateurs-séparateurs montés en parallèle,
- la figure 21 montre en coupe verticale schématiquement une structure d'échange particulièrement adaptée à la construction d' évaporateurs-mélangeurs et dlévaporateurs-sé- parateurs conformes à-liinvention,
- la figure 22 est une coupe schématique horizontale faite sensiblement dans le plan -XXII-XXII de la figure 21,
- la figure 23 est une coupe schématique verticale dtune autre structure utilisable selon l'invention,
- la figure 24 montre schématiquement vue selon la flèche XXIV de la figure 23 une plaque d'échangeur conforme à la structure illustrée en coupe à la figure 23,
- la figure 25 montre en coupe verticale l'association de plusieurs structures semblables à celle illustrée à la figure 23 et montées en série,
- la figure 26 montre en coupe verticale une structure dlun évaporateur-séparateur pouvant fonctionner avantageusement sous lteffet du rayonnement solaire,
- la figure 27 montre schématiquement vue de côté, la pente que lion donne avantageusement aux plaques de la structure illustrée à la figure 26 dont le plan de coupe a été repéré 2XVI-XXVI à cette figure 27.

On se reportera tout -d'abord-à la figure 1 qui illustre un dispositif formant évaporateur-mélangeur conforme à l'invention repéré dans son ensemble EM permettant de transférer une quantité de chaleur Q empruntée à une source thermique de bas niveau dite "source froide" vers une deuxième source à température plus élevée dite "source chaude'.En d'autres termes, le dispositif évaporateur-mélangeur de l'invention permet de transférer une quantité de chaleur
Q disponible à une température déterminée, par exemple 250C apportée sur une face 1 du dispositif et de la libérer après traversée du dispositif sur une deuxième face 2 à une température plus élevée, par exemple 450cl
Dans l'exemple de réalisation illustré schématiquement, la source de chaleur disponible à bas niveau est constituée par un courant de fluide, par exemple une eau résiduaire sensiblement à la température de la source froide", amenée par un conduit 3 en échange de chaleur avec une face (extérieure) la de la plaque 1 du dispositif.

La chaleur est prélevée au dispositif à la température de la "source chaude par un fluide caloporteur, tel par exemple que de l'eau amenée par un conduit 4 en échange de chaleur avec la face (extérieure) 2a de la plaque 2 du dispositif
Le transfert de chaleur de la plaque 1 à la plaque 2 et l'élévation du niveau thermique de la chaleur transférée se fait grâce à ltévaporation d'un film d'un fluideolvant),t1 par exemple que de l'eau douce 5 qui ruisselle en déscendant le long de la face (intérieure) lb de la plaque 1 réchauffée par le fluide 3 constituant la source de chaleur à bas niveau disponible, et par la condensation de la vapeur produite dont le transfert est schématisé par les flèches 6, sur la face (intérieure) 2b de la plaque 2 en mélange avec un second fluide ou une solution saturée d'un soluté (saumure) s'écoulant en un film mouillant la face 2b de la plaque2'.

Ce transfert de chaleur et le relèvement du niveau de la chaleur transportée est rendu possible par l'application des lois de la thermodynamique dès lors que le solvant constituant le film 5 et la "solution" constituant le film 7 sont en équilibre de tension de vapeur à des températures différentes.

L'exemple thermique représenté correspond à llutilisa- tion pour le film 5 d'un film doleau douce et pour le film 7 d'une solution sensiblement saturée de chlorure de calcium dans l'eau.

La figure 2 donne exemplairement le diagramme des températures permettant d'obtenir, en tenant compte des chutes thermiques à travers les plaques minces d'échange 1 et 2 une température du fluide de sortie de 450C avec une température de fluide d'entrée de 250 C.

Pour que le dispositif puisse fonctionner, il suffit d'alimenter la plaque l en fluide thermique à bas niveau 3, d'alimenter le film d'eau douce 5, d'alimenter le film de saumure 7 et de récupérer la chaleur à plus haut niveau par le fluide d'échange caloporteur 4.

Lors de ce transfert de chaleur, de l'eau douce s'évapore, qu'il faut régénérer ou rajouter en complément, et la saumure se dilue, et il faut, soit apporter du sel frais, soit régénérer le sel à partir de la saumure. Bien évidemment l'énergie "noble" qui permet de relever la température de la chaleur empruntée à la source froide est apportée par la chaleur de dissolution du sel dans veau.

Dans la suite de la description, et par manière de simplification, on parlera essentiellement d'eau et de saumure, ou éventuellement de "solvant", "soluté" et de "solution" il faut bien comprendre que ltinvention peut fonctionner avec diverses sortes de solvants et de solutés, pourvu qu'il existe une chaleur de dissolution relativement importante du soluté dans le solvant, plus forte étant la chaleur de dissolution, plus grande étant la possibilité de relever en un seul étage d'évaporation-mélange le niveau thermique de la source froide.

Parmi de tels couples de "solvant" et de "soluté", on peut citer notamment les couples suivants
- eau / chlorure de lithium,
- eau / bromure de lithium,
- eau / chlorure de calcium,
- eau / soude caustique,
- eau / chlorure de zinc,
- eau / acide sulfurique, etc.

L'utilisation del'eau comme solvant est avantageuse en ce que veau est d'une part, un solvant économique, et d'autre part, présente une chaleur importante de vaporisation.

D'autre part, le choix du couple solvant-solution pourra être déterminé par des conditions d'utilisation locales et des critères de résistance des matériaux et de corrosion. Des additifs pourront éventuellement être ajoutés à la solution pour limiter les phénomènes de corrosion.

Si llon veut obtenir un relèvement de température important de la source froide à la source chaude, sans faire appel à des couples solvant-soluté très corrosifs tels que eau-acide sulfurique, on peut, comme illustré aux figures 3 et 4 monter en série plusieurs évaporateurs-mélangeurs conformes à l'in- vention.

Ainsi, comme illustré à la figure 3, quatre évaporateursmélangeurs sont montés en série les uns derrière les autres.

Sur la face extérieure la de la plaque 11 du premier étage d'évaporateur-mélangeur EM1 est apportée la chaleur à bas niveau de la source froide dont le courant 3 apporte sa chaleur à la plaque 11 . Le film d'eau 51 qui ruisselle le long de la plaque li s'évapore dans le volume laissé libre entre la plaque 11 et la plaque en regard 8 sur laquelle ruisselle le film de saumure 71 qui assure la dissolution et condensation de la vapeur 6 assurant simultanément le transfert de la chaleur Q et le relèvement de la température comme illustré par le diagramme de température de la figure 4.La plaque 8, par sa face en regard avec la plaque 1 1 forme surface de condensation de la vapeur, et par son autre face, forme face d'évaporation du film d'eau 52 du deuxième étage d'évaporateur-mélangeur EM
Tout se passe dans le deuxième étage EM2 comme dans le premier étage, à ceci près que le film d'eau 52 est évaporé dans le second évaporateur-mélangeur EM2 à une température plus élevée que celle à laquelle le film d'eau 51 est évaporé danS le premier étage EM1.Dans 11 exemple illustré, on a supposé un relèvement très modeste de 250C initial à 450C au niveau du film
La vapeur du film 52 produite est dissoute et condensée à température- > plus élevée, soit dans l'exemple illustré 750C, dans le film de saumure 72 qui ruisselle le long de la face en regard de la plaque suivante 9 formant plaque de condensation du second étage EM2 par une de ses faces et plaque d'évaporation du troisième étage EM3 par son autre face.

De proche en proche, en quatre étages, on peut très facilement, avec un couple eau/solution de chlorure de calcium obtenir un relèvement de température de la chaleur Q empruntée à la source froide b de 250C à 120 Csrécupérée par le fluide caloporteur 4 qui recueille la chaleur sur la face extérieure de la dernière plaque 24 de lXévaporateur-mélan- geur EM4.

Bien entendu, les pressions dans chaque étage EMi
seront ajustées à la valeur correspondant sensiblement à l'équilibre des pressions de vapeur du couple eau/solution saline aux températures envisagées de chaque étage.

Les différences de pression entre les faces extérieures 11 et 24 du système pourront être facilement encaissées en prévoyant (non représentées) quelques entretoises entre les plaques successives 11, 8, 9, 10, 24. On proposera du reste ci-après notamment en relation avec les figures 21 à2S d'autres structures de conception très simple et rigide.

On notera enfin que les évaporateurs-mélangeurs seront d'autant plus efficaces et d'autant moins encombrants que l'intervalle entre les plaques en regard d'évaporation et de condensation sera réduit, de telle sorte que le transfert de la vapeur illustré par les flèches 6 pourra être très efficace. Avec un tel dispositif, on peut escompter raisonnablement obtenir des densités de flux de transfert de chaleur de l'ordre de 20 à 30kw/m2 et davantage.

Dans certains cas, notamment dans le cas d'évaporateursmélangeurs travaillant à température relativement élevée, on pourra prévoir, comme illustré à la figure 6, interposées entre les plaques 1, 2 en regard de lssévaporateur-mélangeur LM des chicanes 11, 12 par exemple en métal poli réfléchissant, perforées d'un grand nornre de trous, n'offrant pratiquement pas de résistance au passage de la vapeur selon les flèches 6 mais s1 opposant efficacement au rayonnement thermique de la plaque chaude 2 vers la plaque froide 1 et également au "pri mage, c'est-à-dire au transfert du film 5 vers le film 7 de gouttelettes du solvant liquide allant se dissoudre dans la solution 7 sans évaporation, ce qui diminuerait considérablement le transfert de chaleur dans un tel évaporateur-mélan- geur.

On se reportera maintenant à la figure 5 dans laquelle on a décrit une installation utilisant des évaporateursmé- langeurs montés en série associés à des échangeurs récupérateurs de chaleur, et ce, pour l'alimentation en chaleur d'une "source chaude" à partir d'une source de chaleur résiduaire constituant "source froide'1. Dans l'exemple illustré, on a supposé un dispositif comportant trois évaporateurs-mélangeurs montés en série EM1, EM2, EM3 permettant le transfert d'une quantité de chaleur Q fournie par exemple à la température de 250C et sa récupération à la température supérieure de 800C.

Dans l'exemple illustré, la chaleur à bas niveau est apportée par le fluide caloporteur 3 à la plaque d'entrée 1 du premier évaporateur-mélangeur EM1. Le fluide caloporteur de la source de chaleur résiduaire pénètre en 13 par exemple à la température de 250C et ressort en 14 à la température de 200C. Cet abaissement de température de la "source froide" est mis à profit pour évaporer le film d'eau 51 dans le premier étage d'évaporateur-mélangeur EMI
Le fonctionnement des trois échangeurs-melangeurs en série est identique à celui des autres échangeurs de la figure 3 et ne sera pas décrit à nouveau.

Par contre, on mat à profit la chaleur sensible des diluats (solutions diluées) 71, 72, 73 quittant les échangeursenélangeurs EM1, E!52, EM3 à des températures par exemple respectivement de 450C, 650C et 850C pour réchauffer dans des échangeurs de chaleur de tout type approprié 15, 16, 17 les alimen- tations de saumure fraîche 18 (amenées par exemple à 200 C) nécessaires au foncticnnement des trois étages, et de nSme les alimentations d'eau fraîche aminée en 19 (par exemple à 20 C) aux étages 2 et 3 d'évaporateur-mélangeur.

Les solutions diluées sont recueillies en 20, par exemple vers 250C et seront soit régénérées, soit stockées, soit encore éventuellement rejetées selon les conditions d'implantation de l'installation (notamment si l'on est près de la miter ou de grands flewes aceeptant les rejets de solutions salines diluées).

En 21, on a illustré l'entrée du fluide caloporteur que l'on pourra faire traverser l'échangeur 17 afin de le réchauffer aYant de venir, au contact de la plaque 2 de condensation du dernier étage d1 épaporateurlangeur pour fournir en 22 le fluide caloporteur chaud sortant par exemple à la température de 800C.

Sur la figure 5, on a admis que l'eau douce amenée en tête de chaque film en évaporation est entièrement évaporée au cours de son ruissellement sur la paroi. Bien entendu s'il n'en pas ainsi et qu'un résidu d'eau pure parvient en pied de paroi, il suffit de munir le dispositif d'un système de gouttières pour collecter cette eau et la ré-injecter en tête de paroi - ce système n'est pas représenté ici -.

Les échangeurs à plaque planes du type décrit aux figures précédentes présentent l'avantage d'une simplicité de fabrication et conviennent très bien pour des usages à relativement basse température et faible pression. Par contre, si les températures et donc les pressions augmentent, ces échangeurs, qui crportent de nombreux joints risquent d'être mal adaptés.

A la figure 7, on a décrit schématiquement un échangeur évaporateur-mélangeur à trois étages en série de type cylindrique permettant le fonctionnement de l'installation sous des pressions et températures élevées.

Selon l'exemple illustré, le dispositif comprend trois échangeurs-mélangeurs disposés concentriquement EM1, EM2, EM3 fonctionnant en série selon le même principe que décrit aux figures précédentes et notamment à la figure 5.

Ces trois échangeurs-mélangeurs sont montés à l'intérieur d'une cuve cylindrique verticale 24.

En dessous des évaporateurs mélangeurs EM1, EM2, EM3, sont montés, par exemple logés également dans la cuve 24 des échangeurs de chaleur 25 pouvant fonctionner comme les échangeurs 15, 16, 17 de la figure 5.

Le dispositif est essentiellement adapté à la revalorisation des condensats de vapeurs basse pression, sous forme doleau liquide pouvant être introduite dans l'installation comme illustré en 26 vers 70-1000C par exemple. Une partie de cette eau traverse selon la flèche 27 le centre de llé- changeur et s'échauff e au contact de la dernière paroi de condensation 23 de l'échangeur EM3 jusqu'à la température maximale fonction de l'installation pouvant atteindre par exemple 150 à 2000C. On récupère ainsi en 28 de la vapeur moyenne pression par exemple à 15 bars et 2000C adaptée à tout usage asdustriel.

Une autre partie de l'eau provenant de l'alimentation à 70-1000C circule selon les flèches 29 à l'intérieur de llenceinte 24 et sert à réchauffer les premiers étages des échangeurs 25 et le premier étage de l'évaporateur-mêlan- geur EM1 par sa face extérieure 11 qui baigne à l'intérieur de l'enveloppe 24 dans ce courant d'eau ascendant. Le surplus, s'il y en a, de 11 eau ainsi fournie dans l'appareil peut être extrait comme indiqué en 30 par exemple à une température comprise entre 65 et 950C.

Lleau douce qui ruisselle sur la plaque extérieure 1 de l'échangeur-mélangeur de premier étage est amenée comme indiqué en 31 à la température où elle est disponible de 70 à 1000 C, cette eau étant avantageusement constituée par une petite quantité dérivée de la source 26. La saumure est amenée comme indiqué par les flèches 32 sur la face de la plaque 33 communiquant avec l'espace intérieur de llé- changeur EM1 à partir d'une source de stockage 34 par exemple à 200C et après échauffement à travers les échangeurs 25.

Les échangeurs 25 sont quant à eux réchauffés par les solutions diluées de saumure stéchappant des trois étages des évaporateurs-mélangeurs EM1, EM2 et EM3 comme indiqué par les flèches 34, 35, 36 et ce, à des températures allant en croissant jusqulà la température de la plaque la plus chaude 2 du dernier étage dléchangeur-mélangeur EM3. Les 3 3 solutions diluées-s'échappent des échangeurs 25 comme indiqué en 37 par exemple vers 1050C. Elles sont avantageusement traitées à cette température par évaporation-séparation pour reconstituer la saumure. Ce traitement dlévaporation-sépara- tion pourra se faire dans des appareils qui seront décrits ci-après.

Evidemment, les évaporateurs-mélangeurs EM2 et EM3 fonctionnent de façon semblable à l'échangeur-mélangeur EM1 mais à des températures supérieures. En 38, 39, on a repéré respectivement les alimentations des films d'eau du deuxième et troisième étages (à des températures allant en croissant) et en 40, 41 les alimentations en saumure des deuxième et troisième étages (à des températures allant en croissant).

On décrira maintenant en faisant référence aux figures 8 et 9 une installation formant évaporateur-séparateur permettant Za reconstitution des saumures (ou dudit soluté ) à partir des solutions diluées sortant des évaporateurs-mélangeurs tels que décrits ci-dessus.

Le dispositif, tel qu'illustré à la figure 8 est avantageusement fondamentalement semblable dans sa structure aux évaporateurs-mélangeurs ci-dessus décrits.

L'évaporateur-séparateur fonctionne cependant sensiblement de façon inverse.

La figure 8 montre un évaporateur-séparateur repéré dans son ensemble ES à trois étages montés en série ES1,,
ES2, ES3.

Le premier étage ES1 comporte une plaque 42 au contact par une de ses faces 42a avec une source de chaleur constituée dans l'exemple illustré par un courant de fluide 43 par exemple à 13000. Le flux de chaleur Q 1300C amené à la plaque 42 sert à évaporer le film de solution diluée de saumure 44 qui slécoule sur la face interne 42b de la plaque 42. La vapeur produite se condense sur la plaque de condensation en regard 45 du premier étage de l'évaporateurséparateur ES1 en formant un film-d1eau 46.On recueille à la base de la plaque 42 sur sa face 42b un film de saumure concentrée et sur la face 451 de la plaque 45 à sa base un film doleau douce La température dans la saumure 44 peut être par exemple de l'ordre de 1250C, tandis que dans le film d'eau douce, elle ne sera par exemple que de 950C comme il apparaît plus clairement sur le diagramme de températures de la figure 9.

La plaque 45 qui forme plaque de condensation par sa face 451 de l'évaporateur-séparateur -ES1 du premier étage forme par son autre face 452 la plaque d'évaporation du second étage d'évaporateur-séparateur ES2. Sur cette face, est amené et s'écoule un film 47 de solution diluée
qui se concentre par évaporation d'eau et condensation de cette eau sur la face 482 de condensation de la plaque 48 séparant le second étage et le troisième étage d'évaporateurséparateur. Dans l'exemple illustré, la température du film de solution saline 47 est aux environs de 900 tandis que la température du film d'eau 49 formée sur la face 482 de la plaque 48 est voisine de 600C.

Dans l'exemple illustré, l'opération dlévaporation- séparation est répétée une troisième fois dans levaporateur- séparateur ES où l'on condense vers 550C un film de saumure
3 50 que l'on sépare de l'eau recueillie en un film 51 vers 250C.

Enfin, pour assurer le transfert de la chaleur Q 1300C à travers le dispositif, on maintient la plaque extérieure 52 de condensation du dernier évaporateur-séparateur ES3 à la température convenable, égale à 200C dans l'exemple illustré ceci est obtenu en amenant au contact de la face extérieure 52a de la plaque 52 un fluide à basse température tel que de l'eau à 150C par exemple.

De la description qui précède, on constate qu'en fait, l'évaporateur-séparateur conforme à l'invention peut être de construction semblable ou identique aux évaporateurs-mélangeurs précédemment décrits, fonctionnant en quelque sorte en sens inverse.

De même que pour les évaporateurs-mélangeurs à plusieurs étages, on aura avantage, lorsque lton fait appel à des évaporateurs-séparateurs à plusieurs étages à utiliser des échangeurs-récupérateurs de chaleur. On se reportera à ce sujet à la figure 10 qui montre une installation d'évapora- teuraséparateursassociée à des échangeurs de chaleur et fonctionnant de façon assez semblable à l'installation d'évaporateurs-mélangeurs associée-à des échangeurs de chaleur précédemment décrite et illustrée en relation avec la figure 5.

On ne décrira pas en détail le fonctionnement de la batterie à trois étages d'évaporateur-séparateur ES1, ES2, ES3 de la figure 10, étant donné que le fonctionnement est très semblable à celui décrit aux figures 8 et 9 précédentes.

On précisera simplement que dans cet exemple, on associe aux évaporateurs-séparateurs ES1, ES2, ES3 des échangeurs récupérateurs de chaleur 53, 54, 55 qui permettent de remonter la température de la solution diluée de saumure délivrée en 56 par exemple à 200C à 11 installation à des températures plus élevées voisines de celles indiquées pour les films respectifs de saumure 50, 47 et 44 repérés aux figures 8 et 9.

La récupération de chaleur se fait par échange et refroidissement des solutions diluées ( ou diluats ), recueillies à la base de chaque étage en vue d'un stockage comme illustré en 58 vers 250C. De même, ce réchauffage pour ce qui est des récupérateurs de chaleur 53, 54 est obtenu en partie par refroidissement des condensats des films d'eau recueillis à la base des évaporateurs-séparateurs
ES1, ES2, l'eau condensée étant finalement recueillie Xen 57 par exemple vers 250C.

On se reportera maintenant à la figure 11 illustrant ltadaptation des dispositifs évaporateurs et évaporateurs-mélangeurs conformes à l'invention à la climatisation d'une habitation.

A la figure 11, on a schématisé un bâtiment 60 dans lequel on a installé un évaporateur-mélangeur EM (ou mieux une batterie de tels évaporateurs-mélangeurs montés en série) et un évaporateur-séparateur ES ou une batterie de tels évaporateurs-séparateurs montés en série
A proximité de l'habitation, et avantageusement sous elle, on a prévu une cuve de stockage 61 dans laquelle on stocke en partie supérieure en 62 la solution diluée (diluat),et en partie inférieure en 63 la solution concentrée (saumure). La séparation des deux solutions peut se faire par simple stratification. On peut également prévoir entre les deux solutions une paroi flottante de séparation 64, ou l'on peut encore enfermer l'une des solutions ou les deux dans des enveloppes souples formant baudruchede volume variable suivant la quantité de chaque solution.

Si l'on veut chauffer le bâtiment, il suffit d'apporter de la chaleur à bas niveau, par exemple à 250C à llévapo- rateur-mélangeur, cette chaleur à bas niveau pouvant être empruntée à des eaux résiduaires par exemple. L'évaporateurmélangeur permettra de transférer dans le bâtiment sensiblement la même quantité de chaleur mais à une température plus élevée, par exemple à 800C, pourvu que l'on apporte à l'évaporateur-mélangeur la quantité de solution saline concentrée nécessaire à son fonctionnement. Cette quantité est puisée par la pompe 65 en le volume 63 du réservoir 61.

Evidemment, lorsqu'on fournit à ltévaporateur-mélangeur une solution saline concentrée soutirée dans 1a: réserve 63, on produit simultanément une solution saline diluée (de volume un peu supérieur) que l'on stocke dans le réservoir 62.

Par condition d'ensoleillement favorable, et notamment en été, on pourra fournir à l'évaporateur-séparateur ES la quantité de chaleur à niveau convenable, par exemple à
500C qui permettra de reconstituer à partir de la solution saline diluée la solution saline concentrée. Dans de telles conditions, il suffira de mettre en route la pompe 66 qui amènera la solution saline diluée puisée dans le réservoir 62 à la batterie d'évaporateur-séparateur produisant la solution saline concentrée délivrée au réservoir 63. Simultanément, de lteau douce sera produite en 67.

L' évaporateur-séparateur pourra également fonctionner si désiré au moyen de toute source de chaleur résiduaire, voire de chaleur électrique aux heures creuses.

Sur le plan pratique, les installations restent raisonnables, car tout se passe comme si on réalisait un chauffage des habitations à la saumure en considérant un pouvoir calorifique de saumure voisin du vingtième de celui du fuel domestique avec possibilité de régénération de la saumure et son stockage de longue durée chaque fois qu'on dispose énergie en surplus.

On se reportera maintenant à la figure 12 qui décrit un système particulièrement bien adapté à l'utilisation de bâtiments industriels ou d{habitation.

Dans les habitations, et dans certaines industries, on a besoin à la fois de chaleur, notamment pour le chauffage ge des bâtiments, et à la fois de froid, notamment pour la conservation de denrées alimentaires et autres.

Conformément à l'invention, il est possible, à partir d'une installation unique de produire à la fois le froid et à la fois le chaud, en associant de façon judicieuse des évaporateurs-mélangeurs à une source de chaleur résiduaire à bas niveau.

Ainsi comme illustré à la figure 12, si l'on dispose d'une source de chaleur Q1 à 250 C, on alimentera comme illustré en 68 le volume 69 d'échange fermé d'un côté par la plaque 70 de vaporisation du premier étage EM1 d'un évaporateur-mélangeur, et de l'autre côté par la plaque 71 de condensation d'un évaporateur-mélangeur EMo. Dans llexem- ple illustré, l'évaporateur-mélangeur EM1 est suivi d'un deuxième étage d'évaporateur-mélangeur, ces deux évaporateursmélangeurs fonctionnant en série et formant pompe à chaleur comme il a été décrit précédemment notamment en relation avec les figures 1 et3. Dans l'exemple illustré, on suppose que la paroi 72 extérieure de l'échangeur-mélangeur EM2 est portée par exemple vers 650C permettant de chauffer vers 600C le fluide caloporteur 73 assurant le chauffage de l'installation.

En ce qui concerne l'échangeur-mélangeur EMo, celui-ci fonctionne en réfrigérateur, la surface 71a de la plaque 71 servant de surface de condensation sur laquelle ruisselle la
saumure , ce qui permet par évaporation du film 75 d'eau sur la plaque 76 extérieure de l'échangeur-mélangeur EMo d'obtenir la réfrigération, par exemple de 50C à OOC d'un fluide frigoporteur en contact avec la face extérieure de la plaque 76.

On notera que dans une telle installation, et contraire ment aux techniques classiques, il n'est pas plus cher ni plus difricile de produire du froid que du chaud et l'installation totale n'est pas notablement compliquée.

Une situation particulièrement intéressante sera celle ot le flux de chaleur Q3 fourni à la partie du bâtiment à chauffer sera égal, en valeur absolue, au flux de chaleur Q4 prélevé à la partie du bâtiment à refroidir. Dans ces conditions il n'y aura même plus besoin de faire appel à un flux de chaleur ambiante, car on aura : Q2 - Q1 = 0
On se reportera maintenant à la figure 13 qui décrit un mode de réalisation d'un panneau réfrigérant 79 particulièrementbien- adapté à des bâtiments.

Le panneau comprend un évaporateur-mélangeur EM et un évaporateur-séparateur ES séparés par un volume 78 parcouru par un fluide, tel que de l'eau par exemple à température ordinaire ambiante, par exemple de 200C.

En supposant que l'évaporateur-séparateur ES est exposé en facesud S du bâtiment au rayonnement solaire, sa surface extérieure peut être portée par exemple vers 55 0C. I1 est donc possible dans cet évaporateur-séparateur de fabriquer à partir d'une solution diluée de sel, une solution concentrée, l'eau douce évaporée se condensant à la température de la source froide ( ici supposée égale à 200C ).

A partir de la saumure concentrée fabriquée par 1 'évaporateur-séparateur il est possible de faire fonctionner l'évaporateur-mélangeur EM en utilisant ccanne surface d'évaporation froide de l'évaporateubmélangeur la face I intérieure au bâtiment, la vapeur d'eau condensée étant recueillie en mélange avec la solution concentrée saline sur la face chaude de condensation 78a de l'évaporateur-mélangeur EM en contact avec le volume 78 (vers 2O0C dans l'exemple illustré ).

Avec un tel panneau intégrant un seul étage d'évaporateurmélangeur et un seul étage d'évaporateur-séparateur fonctionnant avec de l'eau et de la saumure, il est possible d'obtenir aisément une température de la face intérieure I du panneau voisine de 50C.

On notera qu'un tel panneau réfrigérant est d'autant plus efficace que la surface extérieure soumise au rayonnement
S solaire sera plus chaude, ce qui est idéal, la réfrigération étant d'autant plus efficace que la chaleur extérieure est plus intense.

On décrira maintenant, en relation avec la figure 14 la réalisation d'un panneau chauffant 80 fonctionnant en quelque sorte de manière inverse à celle du panneau réfrigérant de la figure 13.

Ce panneau comporte comme le panneau réfrigérant 79 un évaporateur-mélangeur EM et un évaporateur-séparateur ES.

Comme dans 11 exemple précédent, c1 est l'évaporateurséparateur ES qui est exposé par une de ses faces à lxexté- rieur du bâtiment, mais cette fois sur la façade la plus froide, par exemple la façade nord que lton supposera portée à -100C. Cette face de l'évaporateur-séparateur est évidemment la face "froide", tandis que la face chaude est constituée par la paroi 81 formant le centre du panneau chauffant 80, laquelle paroi est maintenue à une température voisine de 200C par un fluide, tel que de l'eau constituant la source de chaleur à bas niveau dont on dispose.Dans l'exemple illustré, on a supposé qu'un flux de chaleur Q1 était fourni à 200C au panneau 81, le fluide caloporteur étant supposé quitter le panneau à une température abaissée à 150C comme indiqué en Q2. La différence de température entre la face "chaude" portée vers 200C de l'évaporateur ES et sa face "froide" portée vers -10 C exposée au vent froid du nord, permet le fonctionnement de l'évaporateur-séparateur et la fabrication d'une solution concentrée à partir d'une solution diluée. L'évaporateur-séparateur ES fonctionne d'autant plus efficacement que la source "froide" est à température plus basse.

Tandis que par sa face 81a, la paroi 81 formant échangeur de chaleur alimentée par le fluide thermique à bas niveau, constitue la paroi chauffante de l'évaporateur ES, par sa paroi opposée 81b, l'échangeur 81 forme partie froide de l'évapo- rateur-mélangeur EM.

La face chaude 82 de 11 évaporateur-mélangeur EM est dirigée vers l'intérieur I du bâtiment. Si la paroi 81b est à environ 15-200C, on peut obtenir facilement avec un seul étage d'évaporateur-mélangeur et utilisation dlune saumure une température de la face 82 voisine de 350C.

C'est à cette température qu'est introduit dans le bâtiment le flux de chaleur Q4.

En comparant les figures 13 et 14, on constate que le panneau réfrigérant de la figure 13 permet en quelque sorte de "pomper" dans le fluide thermique à bas niveau dont on dispose la chaleur que l'on veut éliminer Q3, Q4 sur les deux faces du panneau à deux niveaux de températures différents, tandis que dans le cas du panneau chauffant de la figure 14, on extrait du fluide thermique à bas niveau dont on dispose les quantités de chaleurs Q3 et Q , la chaleur
Q3 à plus bas niveau étant éliminée à l'extérieur, la chaleur
Q4 à niveau plus élevé servant à chauffer le batiment.

Selon le mode de réalisation illustré et schématisé à la figure 15, on a représenté un panneau refroidisseur 83 composé essentiellement d'un échangeur-mélangeur EM d'un échangeur-séparateur ES et de deux échangeurs de chaleur 84, 85 alimentés respectivement par une source de chaleur "ambiante" par exemple à 200C, et par une source de chaleur résiduaire par exemple à 600C. Sur la figure, on a indiqué les diverses températures pouvant exister à chaque endroit.

Le fonctionnement de ce panneau est tout-à-fait semblable à celui de la figure 13, à ceci près que la chaleur Q3 est apportée à l'évaporateur-séparateur ES, non pas par le rayonnement solaire auquel le panneau était exposé à la figure 13, mais par ltéchangeur de chaleur 85 utilisant le fluide de chaleur résiduaire vers 600C dont on suppose disposer.

Dans l'exemple illustré, l'évaporateur-séparateur et l?évaporateurmélangeur att un seul étage et fonctionn t avec des solutions aqueuses salines du gendre chlorure de calcium ou de lithium; une telle installation permet d'obtenir une température de paroi froide 86 voisine de 50C, ce qui peut constituer une température idéale pour les chambres froides notamment pour la conservation de fruits et légumes et autres denrées alimentaires. I1 apparait clairement qu'une telle installation est de conception et de coût d'exploitation très économiques.

On se reportera maintenant aux figures 16 et 17 dans lesquelles on a illustré de façon plus précise la configuration d'un panneau refroidisseur du type décrit ci-dessus à la figure 13.

Pour extraire la chaleur que l'on veut éliminer surh paroi intérieure 88 à l'intérieur I du bâtiment, on dispose d'une source de chaleur à bas niveau 87, par exemple de l'eau d'une rivière supposée dans 11 exemple illustré à 180C.

Après traversée de l'échangeur central 78 du panneau, l'eau sera rejetée en 89 par exemple à 230C.

Le rayonnement solaire S qui chauffe la face extérieure 90 du bâtiment permettra d'évaporer dans l'évaporateur-séparateur la solution diluée 91 pour la concentrer permettant de régénérer la saumure qui sera renvoyée par une pompe 92 en tête de l'évaporateur-mélangeur EM sur la surface de la plaque "chaude" 78a de l1évaporateur-mélangeur.

La solution diluée produite dans l'évaporateur-mélan geur EM en bas de la plaque 78a est renvoyée par une pompe de recyclage 93 en haut de la plaque 90 pour alimenter le film 91 de la solution diluée qui sera reconcentrée dans 1' évaporateur-séparateur ES.

L'eau douce recueillie sous forme du film 94 sur la plaque "froide1, 78b de l'évaporateur-séparateur ES est également renvoyée dans l'évaporateur-mélangeur EM pour être évaporée sur la plaque 88 et extraire la chaleur Q4 à une température voisine de 50C dans l'exemple illustré.

Les figures 18 et 19 illustrent comme les figures 16 et 17 une réalisation d'un panneau réchauffeur fonctionnant selon le principe décrit à la figure 14.

On ne redécrira pas en détail le fonctionnement de ce dispositif qui se dédiait de ce qui précède. On notera seulement les différents circuits et pompes telles que 95 permettant de ramener la solution diluée produite dans l'échan- geur EM en tête de-l'évaporateur-séparateur ES pour sa régénération, 96 ramenant la saumure concentrée produite dans l'évaporateurES en tête de llévaporateur-mélangeur et 97 ramenant l'eau douce produite dans-l'évaporateur-séparateur en tête de 1 'évaporateur-mélangeur
Dans la solution illustrée, on a supposé que la source de chaleur à bas niveau 98 était disponible à 230C, le fluide étant rejeté en 99 à 18 C. Comme expliqué précédemment, le panneau réchauffeur fonctionne de façon d'autant plus eff i- cace que le froid sur la façade 100 exposée au nord est rigoureux. En effet,p-lis la façade 100 est froide, plus efficace est le rendement de fonctionnement de l'évaporateur- séparateur ES , et par conséquent plus grande est la quantité de saumure concentrée fabriquée qui constitue le "combustible noble" nécessaire au fonctionnement de l'installation.

On se reportera maintenant à la figure 20 dans laquelle on a illustré le fonctionnement de quatre évaporateurs mélangeurs associés en série EM1, EM2, EM3 et EM4 fonctionnant par exemple comme il a été décrit et illustré en relation avec les figures 3 ou'5. Cette installation permet d'extraire dX une source de chaleur à bas niveau une quantité de chaleur Q1 et de délivrer à plus haut niveau une quantité de chaleur sensiblement équivalente Q2.

Comme expliqué précédemment, pour que lXinstallation fonctionne, il faut lui fournir de façon continue le "solvant" utilisé tel par exemple que de l'eau et la solution concentrée de mélange, telle qu'une saumure concentrée.

En 101, on a repéré llalimentation en solvant et en 102 l'alimentation en solution concentrée. A la sortie des échangeurs-mélangeurs, est récupérée en 103 la solution diluée, c'est-à-dire le mélange du solvant et de la solution concentrée.

Pour reconstituer le solvant et la solution concentrée à partir de la solution diluée, on peut utiliser par exemple plusieurs évaporateurs-séparateurs qui pourront fonctionner en série ou, plus avantageusement en général, en parallèle.

C'est ce qu'illustre la figure 20 dans laquelle quatre évaporateurs-séparateurs permettent de reconstituer la solution concentrée et le solvant à partir de la solution diluée.-S'il s'agit du domaine du chauffage d'une habitation, chaque évaporateur-séparateur pourra être constitué par un capteur solaire convenablement orienté par exemple sur le toit du bâtiment, la surface de tous les capteurs pouvant être sensiblement égale à celle du panneau chauffant du bâtiment multipliée par le nombre d'étages d'évaporateur-mélangeur montés en série.

Une telle installation permet d'utiliser dans les meilleures conditions de fonctionnement propres les capteurs solaires tout en rendant la température de fonctionnement de ces capteurs sensiblement indépendante de la température à l'laquelle on désire finalement produire la chaleur Q2 puisée, pour l'essentiel à une source de chaleur disponible à bas niveau. Supposons, à titre d'exemple, que les évaporateurs-séparateurs soient des capteurs solaires opérant avec la face chaude à 550C et la face froide à 200C. Leur densité de puissance thermique sera limitée par celle du rayonnement solaire, par exemple, 500 wAn2 à 1000 W/m2.L'évaporateurmélangeur à quatre étages, analogue à celui présenté à la figure 3, délivrera de la chaleur à 1200C ( par exemple sous forme de vapeur ou d'eau pressurisée ) et avec une densité de puissance thermique de l'ordre de 20 à 30 Kilowatts/m2.

Ainsi l'installation présentée sur la figure 20 a le double avantage de remanier le niveau de température du flux de chaleur qui serait issu
de capteurs solaires ordinaires et de concentrer la densité de ce flux.

On se reportera maintenant aux figures 21 et 22 dans lesquelles on a illustré une première manière avantageuse de réaliser les structures d'échange à plaques de grande surface nécessaires au fonctionnement des évaporateursmélangeurs et des évaporateurs-séparateurs utilisés selon l'invention.

Une plaque d'échange peut être avantageusement constituée par une plaque de tôle ondulée 104 qui pourra être raidie par deux feuilles de métal déployé telles que 105,106 qui pourront être soudées par points channe indi qué en 107,108 sur les crêtes des ondulations de la plaque 104. Les feuilles 105,106 pourront du reste constituer un écran anti-primage comme il a été expliqué precédesrent en relation à la description de la figure 6.

Pour le fonctionnement, l'un des côtés de la plaque, par exemple le côté 104a sera alimenté (dans les volumes 109 cçpris entre les ondes et la plaque perforée 106) par l'un des fluides : "solvant" ou "solution concentrée" tandis que sur l'autre côté de la plaque 104b sera alimenté l'autre fluide: "solution concentrée" ou "solvant" (dans les volumes 110 compris entre les ondes de la plaque 104 et la plaque 105).

La distribution pourra se faire en haut et de chaque côté de la plaque par un distributeur, tel qu'illustré à la figure 21. Le "solvant" amené par un canal de dStribution 111 pourra casniquer par exemple avec tous les volumes 110, tandis que la "solution concentrée"sera amenée par un canal de distribution 112 communiquant avec tous les volumes 109. Les fluides ruisselleront le long de ces plaques qui seront empilées en un ou plusieurs étages pour former les évaporateurs-mélangeurs ou évaporateurs-séparateurs du type décrit précédemment.

Si l'on veut allonger la durée de parcours des fluides , on pourra driger les canaux entre chaque onde de la plaque ondulée 104 , non pas verticalement, mais obliquement.

Dans ce cas, les ondulations pourront être conformées avantageusement comme illustré en coupe verticale à la figure 23.

Ainsi, de chaque côté 114a ou 114b d'une plaque ondulée 114, on ménagera des volumes 115, 116 avec au fond une gouttière 117, 118 formant couloir incliné pour l'écoulement de la solution ou du solvant.

Comme à la figure 22, la structure peut être avantageusement raidie par soudure de deux plaques perforées 119, 120 sur chaquessommet des ondes de la plaque.

La figure 24 montre de façon schématique une telle plaque 121 sur laquelle on voit l'inclinaison des gouttières 116, 117, le distributeur 122 de solution concentrée et le collecteur 123 de solution diluée.

On décrira maintenant en faisant référence à la figure 25 le fonctionnement dlun évaporateur-mélangeur à trois étages
EM1, EM2, EM3 constitué de l'empilage en série de trois plaques illustrées à la figure 23.

Le premier étage EM1 est alimenté d'un côté de la première plaque 150 en solvant, tel par exemple que de l'eau qui ruisselle le long des canaux comme repéré en 124. L'évaporation de l'eau et sa condensation en mélange avec les canaux de saumure 125 formés dans la seconde plaque 151 est illustrée par les flèches. Cette évaporation se fait grâce à un apport de chaleur constituée par exemple par l'écoulement dans les canaux 126 du fluide de chaleur à bas niveau que l'on veut valoriser.

L'écoulement de la saumure 125 mélangée à la vapeur d'eau extraite à l'étage EM1 sert à vaporiser à température plus élevée l'eau circulant comme indiqué en 127 dans les canaux ménagés à l'étage EM2 de l'autre côté de la plaque d'échange 151.

La vapeur d'eau produite se condense en se mélangeant à plus haute température à la solution concentrée 128 circulant dans les canaux de la troisième et dernière plaque 152. La chaleur est récupérée et utilisée, par exemple sous forme de vapeur produite à partir d'eau circulant comme indiqué en 129 et libérée dans le troisième et dernier étage EM3.

Avantageusement, toute la structure est raidie par utilisation de grillages ou plaques perforées tel qu'illustré en 119, 120 à la figure 23, ces plaques pouvant former chicanes -anti-primage.

On se reportera maintenant aux figures 26 et 27 dans lesquelles on a illustré une structure particulièrement bien adaptée à la réalisation d'évaporateurs séparateurs susceptibles de fonctionner à l'énergie solaire.

La structure est surmontée par un vitrage ou analogue 130 favorisant l'effet de serre, réduisant la ré-émission du rayonnement infra-rouge- En dessous ce vitrage, est disposée une tôle ondulée 131 absorbant le rayonnement solaire, par exemple peinte en noir. Sous chaque couple de voûtes adjacentes 132, sont formés des chenaux 133 par exemple conformés dans une bande de métal soudée sous les pieds 134 des voûtes à la tôle 131. Dans ces canaux s'écoule la solution diluée de saumure, repérée 135 dont l'eau s'évaporera comme indiqué par les flèches et viendra se condenser sur la voûte 136 de l'étage inférieur à température plus basse. L'eau de con densation. produite est recueillie en 137.

Ainsi, est constitué le premier étage ES1 d'évaporateur séparatear.

Le deuxième étage ES2 est constitué de façon semblable et fonctionne de la même manière mais à température plus basse, la saumure 138 du second étage s'écoulant dans les chenaux 139 étant évaporée pour produire une saumure concentrée et l'eau d'évaporation se condensant sur la voûte 140 plus froide de l'étage inférieur en formant les condensats 141.

Le troisième étage ES3 permet une troisième opération d'évaporation-séparation de la saumure 142 s1 écoulant dans les chenaux 143 et la condensation de la vapeur sur le fond 144 supposé à plus basse température et constitué par la paroi de ltéchangeur dans lequel s'écoule le fluide à la température ambiante,par exemple de 11 eau à 200C qui en sortira à 25 C.Cette structure pourra être posée a meAme le sol ou sur le toit d'une ma-isWn.Des piliers de soutènementi49 supportent iskbqu3.Pour l'écoulement des eaux et des solutions de saumure, on donne à la structure une légère pente, comme illustré à
la figure 27'.

Dans cette figure, on a schématisé en 145 l'alimentation de la solution diluée de saumure dans les rigoles superposées inclinées 133, 139, 143, la solution concentrée étant recueillie en 146, tandis que l'eau séparée condensée est recueillie en 147'. L'évaporateur-séparateur fonctionne comme décrit précédemment entre une source "chaude" constituée ici par le rayonnement solaire S et une source "froide" schématisée ici par les flèches F pouvant être constituée par le sol ou encore l'eau d'une rivière, d'un lac ou de la mer ou encore l'air ambiant.

Bien que divers-modes de réalisation aient été illustrés et décrits, il apparait que de nombreuses variantes peuvent être apportées à l'invention.

Ainsi, on peut par exemple guider les films ruisselants de "solvant et de "solution" dans une structure poreuse au lieu de les faire ruisseler sur des parois. Comme structure poreuse, on pourra utiliser des tissus, des matériaux spongieux ou encore des matériaux de remplissage pris en sandwich entre des parois poreuses ou perforées. De façon à favoriser 11 évaporation, on aura cependant avantage habituellement à ne pas utiliser de structure trop épaisse, des épaisseurs de quelques millimètres pouvant être appropriées.

De façon à favoriser les échanges, on pourra également avoir avantage à alimenter les films en débit pulsé plutôt que continu, de façon à améliorer la turbulence et favoriser l'évaporatioW.

Egalement, îes structuresd1échangeuts décrites aux figures 21 à 25 sont rigides et pourront donc encaisser des différences de pression importantes. Cependant, pour ltutilisation de pressions élevées, on pourra avoir avantage à utiliser ces mêmes structures, mais en conformant les plaques cylindriquement, par exemple en adaptant la construction à ce qui a été décrit en relation avec la figure 7.

I1 doit donc bien être entendu que l'invention n'est pas limitée aux exemples décrits mais comprend tous ses équivalents techniques si ceux-ci sont mis en oeuvre selon son esprit et dans le cadre des revendications qui suivent.

Egalement-llutilisation des échangeurs originaux qui ont été décrits, à grands surfaces échange en regard à plaques minces planes ou ondulées n'est pas limite aux évaporateursmélangeurs et aux évaporateurs-séparateurs décrits ci-dessts.

Ces échangeurs pourront également être utilisés avantageusement dans des évaporateurs à multiples effets à usage de production industrielle.

D'autre part il apparait clairement que de nombreuses variantes de forme et d'aspect des échangeurs ainsi que des conditions d'utilisation peuvent être imaginées, notamment au niveau de la distribution du solvant et de la saumure.Par exemple, aux schémas des figures 16 et 18 les pompes 92 et 95 peuvent être omises, ltécoulement des liquides dans les branches correspondantes des circuits s'effectuant par simple différence de pression existant au niveau des enceintes des évaporateurs- séparateurs et des évaporateurs-mélangeurs res pectif s-'.

D'autre part, de nombreux autres fluides que l'eau ou
même des mélanges de fluides pourront être utilisés comme "solvants"-. Dans le cas d'utilisations à basses températures ( OOC et en dessous ),on prendra un fluide plus volatil que l'eau, par exemple l'ammoniac, un alcool, etc... Dans le cas d'utilisations à hautes températures ( 2000C et au dessus), on utilisera un fluide moins volatil que l'eau, par exemple un métal volatil tel que mercure, cadmium, sodium ..

Claims (11)

REVENDICATIONS

1. Dispositif évaporateur-mélangeur pour la revalorisation

d'énergie thermique à bas niveau du type utilisant le trans

fert d'énergie d'une première source à température donnée dite

"source froide" vers une deuxième source à température plus

élévée dite "source chaude" par évaporation d'un premier liquide

(solvant) porté à la température de la source froide et con

densation de la vapeur de solvant en un deuxième liquide qui

se mélange avec un autre fluide (saumure) à la température de la source chaude11, caractérisé selon l'invention en ce qu'il comprend

- au moins une surface d'évaporation telle qu'une plaque ou analogue sur laquelle ledit solvant liquide est amené et circule ou ruisselle sensiblement à la température de la

source froide, ladite surface d'évaporation communiquant avec un volume dans lequel peut steffectuer ltévaporation dudit solvant liquide et qui est maintenu sous une pression sensiblement égale et de préférence légèrement inférieure à la pression de vapeur dudit solvant liquide à ladite température de la source froide,

et au moins une surface de condensation telle qutune plaque ou analogue sur laquelle la vapeur de solvant se con

dense et se mélange à un deuxième liquide (saumure) qui ruisselle

sensiblement à la température de la source chaude", ladite sur

face de condensation communiquant avec ledit volume et étant disposée à faible distance et de préférence sensiblement en

regard de ladite surface d'évaporation.

2. Dispositif évaporateur-mélangeur selon la revendication

1, caractérisé en ce que ladite surface d'évaporation est en contact, par une de ses faces au moins, avec le fluide caloporteur de la source d'énergie à bas niveau et à température

comprise entre celle de la source chaude et celle de la source froide.

'3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication

2, caractérisé en ce que ladite surface de condensation est en

contact par une de ses faces au moins avec le fluide caloporteur

permettant d'extraire la chaleur revalorisée produite sensiblement à la température de la source chaude.

4. Dispositif évaporateur-mélangeur selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que ledit deuxième liquide sortant des plaques de condensation (solution diluée ou "diluat") constitue un autre fluide caloporteur permettant d'extraire la chaleur revalorisée produite sensiblement à la température de la source chaude, des échangeurs de chaleur étant prévus à cet effet, dans ou contre lesquels circule ledit deuxième liquide lorsqu'il quitte lesdites plaques de condenstation.

5 Dispositif évaporateur-mélangeur selon ltune des revendications précédentes, caractérisé en ce que plusieurs dispositifs sont associés en série, la plaque de condensation de l'étage de rang n constituant par son autre face la plaque de vaporisation de 'l'étage de rang n+'1.

6. Dispositif évaporateur-mélangeur selon lune des reoGta- dications précédentes, caractérisé en ce que lesdites surfaces sont disposées de façon à permettre un écoulement par ruissellement sans détachement de particules liquides, et par exemple sensiblement verticalement1.

'7!. Dispositif évaporateur-mélangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites surfaces présentent des rugosités, aspérités et/ou porosités facilitant l'écoulement de volumes de liquides le long desdites surfaces en créant des turbulences.

8. Dispositif évaporateur-mélangeur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que des échangeurs de chaleur sont associés audit dispositif pour récupérer la chaleur latente des écoulements dUdit deuxième liquide à la sortie de chaque étage et la transférer audit étage ou à un étage in férielirl.

'9. Dispositif évaporateur-mélangeur selon llune des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est prévu au moins une surface de séparation perforée de nombreux passages, telle qu'unie grille ou feuille de métal déployé, entre ladite surface d'évaporation et ladite surface de condensation de chaque étage.

10'. Système de revalorisation -d'énergie thermique à bas niveau caractérisé en ce qu'il utilise des dispositifs éva porateurs-mélangeurs du type décrit dans l'une quelconque des revendications précédentes, et en association avec ces dispositifs, des dispositifs évaporateurs-séparateurs permettant de séparer ou reconstituer par les techniques dXévaporation et de condensation à partir de la solution diluée, ledit solvant liquide et ladite solution concentrée, saumure ou soluté pur pour permettre le fonctionnement autonome et illimité du système!.

tI. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que que lesdits dispositifs évaporateurs-séparateurs ont une structure à surfaces d'évaporation et de condensation semblable ou identique à celle de dispositifis évaporateurs-mélangeurs selon ltune des revendications 1 à'9!.

12;. Procédé de climatisation-d'un bâtiment utilisant des dispositifs évaporateurs-mélangeurs selon l'une des revendications 1 à 9 et des systèmes associant des évaporateurs-mélangeurs et des évaporateurs-séparateurs selon la revendication 10 ou la revendication 11, caractérisé en ce qu'on utilise des évaporateurs-mélangeurs pour climatiser (refroidir ou réchauffer) le.bâtiment sur ses surfaces intérieures et des évaporateurs-séparateurs pour reconstituer ladite solution concentrée (saumure) ou ledit soluté sur ses surfaces extérieures chaudes ou froides5.

13!. Procédé de climatisation dtun.batiment utilisant des dispositifs évaporateurs-mélangeurs selon l'une des revendications 1 à 9 montés en série, caractérisé en ce qu'on utilise la source d'énergie à bas niveau dont on dispose pour faire fonctionner certains dispositifs précités pour remonter la température du fluide caloporteur sortant du dispositif par rapport à celle de ladite source et chauffer certaines parties du bâtiment et en ce qu'on utilise la source d'énergie à bas niveau dont on dispose pour faire fonctionner d'autres dispositifs précités pour abaisser la température du fluide calpporteur sortant du dispositif par rapport à celle de ladite source et pour réfrigérer d'autres parties du bâtiment, ladite source d'énergie étant utilisée dans un étage intermédiaire d' évaporateur-mélangenr.

14. Dispositif formant panneau chauffant notamment pour bâtiment utilisant des dispositifs évaporateurs-séparateurs et évaporateurs-mélangeurs selon ltune des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend, montés à l'extérieur du bâtiment des dispositifs évaporateurs-séparateurs exposés aux surfaces froides extérieures du bâtiment, des dispositifs évaporateurs-mélangeurs montés à l'intérieur du bâtiment en regard desdits évaporateurs-séparateurs, et au moins une surface d'échange thermique interposée entre les évaporateurs-séparateurs et les évaporateurs-mélangeurs à laquelle est apportée

la chaleur de la source thermique exploitable à bas niveau.

15. Dispositif formant panneau réfrigérant notamment pour bâtiment utilisant des dispositifs évaporateurs-séparateurs et évaporateurs-mélangeurs selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce quil comprend, montés à llextérieur du bâtiment des dispositifs évaporateurs-séparateurs exposés aux surfaces chaudes extérieures du bâtiment, des dispositifs évaporateurs-mélangeurs montés à l'intérieur du bâtiment en regard desdits dispositifs évaporateurs-séparateurs, et au moins une surface d'échange thermique interposée entre les évaporateursséparateurs et les évaporateurs-mélangeurs à laquelle est apportée la chaleur de la source thermique exploitable à bas niveau.

16. Système associant des évaporateurs-mélangeurs et des évaporateurs-séparateurs selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce quten vue d'assurer une réfrigération à partir d'une source de chaleur à bas niveau, le système comprend au moins un évaporateur-mélangeur dont la surface froide dlévaporation constitue la face réfrigérante du système, et au moins un évaporateur-séparateur dont la surface chaude d'évaporation est en contact avec une source de chaleur à moins bas niveau, lesdits évaporateurs-séparateurs et évaporateursmélangeurs étant montés en série, de telle sorte que la surface de condensation du dernier étage d'évaporateur-separateur est en échange thermique, de même que celle du dernier étage d'évaporateur-mélangeur avec ladite source de chaleur à bas niveau.

17. Système associant des évaporateurs-mélangeurs et des évaporateurs-séparateurs selon lune des revendications 1 à 15, caractérisé en ce quwen vue d'assureur un chauffage à partir d'une source de chaleur à bas niveau, le système comprend au moins un évaporateur-mélangeur dont la surface chaude de condensation-mélange constitue la face de chauffage du système, et au moins un évaporateur-séparateur dont la surface froide d'évaporation est en contact avec une source de chaleur à plus bas niveau, lesdits évaporateurs-séparateurs et évaporateursmélangeur s étant montés en série de telle sorte que la surface d'évaporation du premier étage d' évaporateur-séparateur, de même que celle du premier étage d'évaporateur-mélangeur est en échange thermique avec ladite source de chaleur à bas niveau.

18. Système selon la revendication 16 ou la revendication 17, caractérisé en ce que la solution diluée provenant des évaporateurs-mélangeurs est recyclée aux évaporateurs-séparateurs, et de meme la solution concentrée provenant des évaporateurs-séparateurs est recyclée aux évaporateurs-mélangeur s.

19. Echangeur de chaleur pouvant notamment constituer évaporateur-mélangeur ou évaporateur-séparateur pour la mise en oeuvre des dispositifs, systèmes et procédés décrits dans l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte des surfaces d'échange de chaleur constituées par les deux faces d'une plaque mince conformée avec des ondulations, plis ou analogues, ménageant de part et d'autre autre de la plaque entre les plis ou ondulations de la plaque des canaux pour les fluides en échange de chaleur.

20. Echangeur de chaleur selon la revendication 19, caractérisé en ce que lesdits plaques minces ondulées ou plissées sont renforcées par des plaques perforées ou en métal déployé, fixées, par exemple soudées par points au voisinage des lignes de faîte des ondulations ou plis des plaques.

21. Echangeur de chaleur selon la revendication 19 ou la revendication 20, caractérisé en ce que plusieurs plaques ondulées ou plissées sont montées les unes derrière les autres pour former des évaporateurs-mélangeurs à plusieurs étages en série, le volume compris entre deux plaques adjacentes formant volume de transfert de vapeur de la surface d'évaporation d'un étage vers la surface de condensation du même étage.

22. Echangeur de chaleur selon l'une des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que lesdites plaques sont disposées sensiblement verticalement et lesdits canaux sont ménagés obliquement avec une pente d'écoulement déterminée.

23. Echangeur de chaleur selon lune des revendications 19 à 21, caractérisé en ce que lesdites plaques sont disposées avec une légère pente sur lXhorizontale et elles comportent, sous chaque ligne de faîte inférieure tournée vers le bas des ondulations de la plaque, des bandes parallèles formant rigoles ou canaux pour llécoulement du du liquide à évaporer le long de et sous chaque voûte formée sur une dite plaque immédiatement placée au-dessus

24.Echangeur de chaleur selon la revendication 23, ca ractérisé en ce que plusieurs telles plaques sont empilées les unes au-dessus des autres, la plaque supérieure étant recouverte d'une plaque de verre ou analogue pour le chauffage par rayonnement solaire par effet de serre de Iiensembl.

25. Dispositif de transfert d'énergie thermique pour la revalorisation d'énergie thermique à bas niveau de température utilisant llévaporation dzune première espèce chimique, au voisinage d'une première température donnée, à partir d'une source de chaleur à bas niveau, et la condensation de la vapeur produite, au contact 'd'une deuxième espèce chiffiique maintenue à une seconde température, énergie étant ainsi transportée sous forme de chaleur latente de vaporisation, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend au moins une sur face dXévaporation telle qu'unie plaque ou analogue sur laquelle ladite première espèce chimique est amenée et circule

ou ruisselle sensiblement à ladite première température de

ladite source de chaleur à bas niveau, ladite surface d'éva

poration communiquant avec un volume dans lequel peut sleffec-

tuer l'évaporation de ladite première espèce chimique et qui

est maintenu sous une pression sensiblement égale et de pré

férence légèrement inférieure à la pression de vapeur en équi

libre au dessus de ladite première chimique à ladite première

température, et au moins une surface de condensation , telle qu'une plaque ou analogue, sur laquelle ladite deuxième espèce chimique est amenée et circule ou ruisselle sensiblement à ladite seconde température, ladite surface de condensation communiquant avec ledit volume et étant disposée à faible distance et de préférence sensiblement en regard de ladite surface d'évaporation.