FR2492470A1

FR2492470A1 - Dispositif de recuperation d'energie, appareil de pompage de fluide a moto-pompes et procede de recuperation de l'energie du type utilisant ce dispositif et cet appareil

Info

Publication number: FR2492470A1
Application number: FR8119590A
Authority: FR
Inventors: Gerry B Andeen
Original assignee: SRI International Inc; Stanford Research Institute
Current assignee: SRI International Inc
Priority date: 1980-10-20
Filing date: 1981-10-19
Publication date: 1982-04-23
Also published as: IE812318L; GB2088968B; EG15082A; IT1142902B; AU548580B2; AU7658381A; IT8149509A0; GB2088968A; IE52001B1; DE3141033A1; FR2492470B1; GR75056B; US4637783A; JPH049575B2; JPS5794306A; CA1164308A

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN DISPOSITIF DE RECUPERATION D'ENERGIE, UN APPAREIL DE POMPAGE DE FLUIDE A MOTO-POMPES ET UN PROCEDE DE RECUPERATION DE L'ENERGIE. LE SYSTEME DE POMPAGE DE FLUIDE COMPORTE PLUSIEURS MOTO-POMPES 20-1 ET 20-2 A PISTONS 24-1 ET 24-2 ET CYLINDRES 22-1 ET 22-2 DONT LES FACES INTERIEURE ET EXTERIEURE ONT DES SURFACES ACTIVES DIFFERENTES ET QUI COMPRENNENT DES CHAMBRES MOTRICES ET DES CHAMBRES DE POMPAGE, DES MOYENS 30 RELIANT LES FACES INTERIEURES DES PISTONS 24-1 ET 24-2, DES MOYENS 42 POUR ENVOYER UN FLUIDE MOTEUR AUX CHAMBRES MOTRICES ET DES MOYENS 48 POUR ENVOYER LE FLUIDE DEVANT ETRE POMPE AUX CHAMBRES DE POMPAGE, LE POMPAGE DU FLUIDE MOTEUR S'EFFECTUANT EN MEME TEMPS QUE LE REFOULEMENT DU FLUIDE DE TRAVAIL ET RECIPROQUEMENT. APPLICATION NOTAMMENT AUX INSTALLATIONS DE DESSALAGE DE L'EAU DE MER PAR OSMOSE INVERSEE.

Description

On utilise depuis longtemps des systèmes à osmose inversée pour

l'épuration de l'eau provenant de conteneurs

contaminés par des sels, pour l'élimination de déchets indus-

triels et analogues, dans lesquels il existe des concentra-

tions de sels inférieures à 5000 parties par million (ppm).

Etant donné les faibles concentrations impliquées, la pres-

sion requise est faible, à savoir de l'ordre de 1400 à 2100 kPa, et le taux de récupération (c'est-à-dire le pourcentage de saumure pompée, qui est convertie en eau douce) est élevé, à savoir de l'ordre de 90 à 95 %, seule une faible quantité de saumure concentrée étant nécessaire pour éliminer les sels

rejetés par la membrane à osmose inversée.

Naturellement on connaît le dessalement de l'eau de mer par osmose inversée, qui entraîne l'obtention d'eau douce à partir de l'eau de mer, dans laquelle la concentration en sels est de l'ordre de 35 000 à 40 000 ppm. Actuellement la pression-requise est de l'ordre de 5500 à 6900 kPa et le taux de récupération n'est pas supérieur à environ 30% avant que

la concentration de la saumure dépasse le niveau de solubi-

lité pour certains de ses constituants. Ut certain traite-

ment préalable de l'eau de mer est requis pour un taux de

récupération de 30%, le chiffre de 30% représentant un équi-

libre optionnel entre les coûts du traitement préalable et

les coûts réels de pompage. L'élimination de 70% de la sau-

mure à haute pression du dispositif à osmose inversée re-

présente une perte d'énergie importante et requiert un in-

vestissement important dans l'appareillage de pompage.

On connaît des moyens de récupération d'énergie destinés à permettre une récupération de l'énergie à partir de la saumure à haute pression résiduaire rejetée des systèmes à osmose inversée, comme cela est représenté par exemple dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 825 122, dans le brevet allemand n0 2 812 761, et dans un article intitulé "Développement d'échangeurs à travail hydraulique pour la récupération d'énergie dans les usines à osmose inversée", rapport "Research and Development Progvess n0 680, Avril

1971, de Gilbert et Coll., stock n0 2400-0633 des Ser-

vices de Publication du Gouvernement des Etats-Unis d'Amé-

rique. Un article typique d'étude sur ce sujet "Service du

Programme de la Recherche sur l'Eau et de la Recherche Teehno-

logique concernant des Systèmes de Récupération d'Energie" a été présenté par M. R. Mattson et E. P. Easton, Jr., à la conférence de l'Association Nationale d'Amélioration de

la Distribution de l'Eau, qui s'est tenue en juillet 1980.

Avec des dispositifs de l'art antérieur, des systèmes de pompage actionnés par la saumure usée évacuée du système à

osmose inversée sont incapables de fonctionner à une pres-

sion de refoulement suffisamment élevée pour alimenter le

système en saumure fraîche sans utiliser une pompe de sura-

limentation auxiliaire qui% naturellement,accroút le coût

initial et le coût de maintenance de tels systèmes.

Un objet de la présente invention est de fournir un procédé et un dispositif perfectionnés pour récupérer de l'énergie à partir d'un fluide évacué sous pression d'un système en fonctionnement, en utilisant ladite énergie pour

amener un fluide d'alimentation audit système.

Un objet de la présente invention est de fournir un procédé et un dispositif perfectionn4s du type mentionné

plus haut, pour récupérer de l'énergie, qui soient particu-

lièrement utiles pour amener par pompage de la saumure fraîche

à des pressions élevées à l'entrée d'un système de dessale-

ment par osmose inversée, en utilisant de la saumure usée

provenant dudit système en tant que fluide moteur pour ac-

tionner des moyens de pompage à haute pression.

Un objet de la présente invention est de fournir un procédé et un dispositif perfectionnés du type mentionné

plus haut, de récupération d'énergie, qui soient d'une con-

ception extrêmement simple et soient aisément aptes à être utilisés dans des usines existantes de dessalement par osmose inversée de différentes capacités et qui puissent être mis en oeuvre pour accroître la fois le rendement et/ou la capacité

de l'usine.

Les objectifs et avantages indiqués ci-dessus ainsi que

d'autres objectifs et avantages de la présente invention sont at-

teints grâce à l'utilisation de plusieurs cylindres fermés dont chacun comporte un piston pouvant avoir un mouvement alternatif dans le cylindre. Les pistons sont interconnectés par. des tiges de piston afin de permettre leur déplacement simultané. Les faces

opposées des pistons possèdent des surfaces actives différentes dema-

nière à fournir un accroissement de pression lors de l'envoi de saumure fraîche par pompage à un système à osmose inversée au moyen de la saumure usée provenant du système. La saumure usée est

envoyée de façon séquentielle à l'aide de dispositif à valves ap-

propriésaux cylindres, sur la face étendue du piston associé en vue

de produire un mouvement alternatif des pistons interconnectés.

Simultanément de la saumure fraîche à l'extrémité opposée des cylindres est introduite séquentiellement par pompage à l'entrée du système à osmose inversée de manière à accroître l'alimentation

en saumure fraîche fournie par les moyens de pompage principaux.

Pendant la course de retour du piston, la saumure usée est évacuée hors d'une extrémité du cylindre associé et de la saumure fraîche provenant d'une source appropriée est envoyée à l'autre extrémité

du cylindre.

La présente invention sera mieux comprise à partir de la

description qui va suivre considérée en référence aux dessins anne-

xés sur lesquels les chiffres de référence identiques désignent des parties ou composants identiques sur les différentes figures, parmi lesquelles: - la figure 1 est un schéma montrant un système à osmose inversée qui comporte un nouveau dispositif de récupération d'energie conforme à la présente invention; - la figure 2 est un schéma similaire à celui de la fimgure 1,

mais montrant une forme légèrement modifiée du dispositif de récupé-

ration d'énergie; et - la figure 3 est un graphique montrant les exigences requises de pompage d'un système à osmose inversée typique et montrant les caractéristiques de fonctionnement avec et

sans le nouveau dispositif de récupération d'énergie con-

forme à la présente invention.

On va se référer tout d'abord à la figure 1 des dessins, sur laquelle se trouve représenté un dispositif à osmose inversée 10 permettant le dessalement de l'eau de

mer et qui comporte une admission 12 pour la saumure frai-

che, une sortie 14 pour la saumure usée et une sortie 16 pour l'eau douce. La saumure fraîche provenant d'une source d'eau de mer prétraitée, non représêntée, est introduite dans l'admission du dispositif à osmose inversée au moyen

d'une pompe à haute pression 18. L'eau traverse des membra-

nes semi-perméables que contient le dispositif 10 à osmose

inversée, et est évacuée par la sortie 16 pour l'eau douce.

L'eau salée concentrée est évacuée par la sortie 14 pour la

saunure usée à une pression inférieure à la pression d'ad-

mission. A titre indicatif uniquement et sans y être en au-

cune manière limité, on peut utiliser respectivement des pres-

sions d'admission de la saumure fraîche et de sortie de la

saumure usée de l'ordre de 6000 kPa et 5500 kPa respective-

ment. Le nouveau dispositif de récupération d'énergie

conforme à la présente invention comporte plusieurs dispo-

sitifs à moto-pompes hydrauliques interconnectés. De tels

dispositifs 20-1 et 20-2 sont représentés sur la figure 1.

Ils comportent des premier et second cylindres fermés 22-1 et 22-2 contenant des pistons à mouvement alternatif 24-1 et 24-2. Des joints d'étanchéité 26-1 et 26-2 assurent un contact essentiellement étanche au fluide entre les pistons et les parois associéesdes cylindres, tout en permettant un mouvement de glissement des pistons dans les cylindres. Tout

d'abord des parois d'extrémité 28-1 et 28-2 ferment les ex-

trémités extérieures des cylindres 22-1 et 22-2. Les cylin-

dres peuvent être alignés axialement et formés d'un seul te-

nant, comme représenté, et être équipés d'une paroi d'extré-

mité intérieure unitaire 30 au niveau de leurs extrémités

intérieures.

Les pistons 24-1 et 24-2 sont interconnectés afin

de pouvoir être déplacés simultanément. Dans l'agencement-

représenté, dans lequel les cylindres sont alignés axia-

lement, pour interconnecter les pistons on utilise une tige unitaire de raccordement 32 qui s'étend à travers

une ouverture ménagée dans la paroi d'extrémité inté-

rieure 30. Un joint d'étanchéité 34 de faible diamètre situé au niveau de l'ouverture de la paroi assure un contact

avec étanchéité entre la tige et la paroi, tout en permet-

tant un déplacement axial de la tige.

Les cylindres 20-1 et 20-2 sont équipés d'orifi-

ces d'admission et de sortie voisins de leurs extrémités opposées pour permettre l'entrée et la sortie d'un fluide de travail à l'extrémité extérieure des cylindres et pour permettre l'entrée et la sortie d'un fluide devant être

pompé à l'extrémité intérieure des cylindres. Dans l'ac-

ceptation dans laquelle elle est prise ici, l'extrémité intérieure du cylindre se rapporte à l'extrémité du cylindre

s'étendant dans la même direction que la tige de piston as-

sociée. Sur la figure, la paroi d'extrémité unitaire 30 est située au niveau des extrémités intérieures des cylindres et les premières parois d'extrémité 28-1 et 28-2 sont situées

au niveau des extrémités extérieures-des cylindres. Des ori-

fices d'admission - sortie 36-1 et 36-2 pour le fluide de travail sont prévus au voisinage des extrémités extérieures des cylindres 22-1 et -222 respectivement, et des orifices d'admission - sortie 38-1 et 38-2 pour le fluide devant être pompé sont prévus au voisinage des extrémités intérieures

des cylindres respectifs 22-1 et 22-2. En vue de son utili-

sation avec le dispositif 10 à osmose inversée, le fluide de travail est constitué par de la saumure usée introduite par les orifices 36-1 et 36-2 à partir du dispositif 10, par 1' intermédiaire de la canalisation 14 de sortie de la saumure usée et d'une première valve à quatre voies 42. La saumure usée est évacuée des cylindres par l'intermédiaire de la valve à quatre voies 42 et d'une canalisation d'évacuation - 44. La saumure fraîche devant être introduite par pompage dans le dispositif à osmose inversée au moyen des moto-pompes -i et 20-2 est envoyée aux orifices d'admission - sortie 38-1 et 38-2 au niveau des extrémités intérieures des

cylindres par l'intermédiaire d'une canalisation d'ali-

mentation 46 à partir de la source de saumure fraîche et

par l'intermédiaire d'une seconde valve à quatre voies 48.

La saumure fraîche est entraînée par pompage hors des ori- fices 38-1 et 38-2 par l'intermédiaire de la valve à quatre voies 48, d'une canalisation 50, d'une valve d'étranglement 52 et de la canalisation d'admission 12 jusqu'au dispositif

à osmose inversée.

Les valves à quatre voies et à deux positions 42

et 48 sont actionnées à l'aide d'un dispositif d'actionne-

ment 54 de tout type approprié, tel qu'un dispositif d'action-

nement hydraulique, pneumatique, à solénoïde ou analogue.

D'un point de vue descriptif, le dispositif d'actionnement peut comporter des solénoides permettant de décaler les valves dans des directions opposées. Des transducteurs 56 et

58 sont disposés au voisinage des extrémités opposées du cy-

lindre 22-1 pour la détection du piston 24-1 dans les posi-

tions respectives opposées de début et de fin de la course

du piston. On peut utiliser des transducteurs formant détec-

teurs de proximité du type capacitif, magnétique ou analogue. Les sor-

ties des transducteurs sont raccordées au dispositif d'ac-

tionnement 54 par l'intermédiaire d'une unité de commande 60.

Lorsque le piston 24-1 est détecté par le transducteur 56, le signal provenant de ce dernier et aboutissant à l'unité de commande 60 provoque la sortie d'un signal de l'unité de commande, qui est envoyé au dispositif d'actionnement 54

pour déplacer les valves 42 et 48 en vue d'inverser la di-

rection de l'écoulement de fluide vers et à partir des chambres des cylindres. A l'autre extrémité de la course du piston, le transducteur 58 délivre un signal de sortie à

l'unité de commande 60 en vue d'exciter le dispositif d'ac-

tionnement 54 pour déplacer les valves 42 et 48 en les ra-

menant dans les positions représentées.

La valve d'étranglement 52 située dans la canali-

sation 50 d'évacuation de la saumure fraîche à partir des moto-pompes 201 et 20-2 commande la pression du système La pression d'entrée de la saumure fraîche dans le dispositif

a osmose inversée est détectée par un transducteur de pres-

sion 62 possédant un signal de sortie électrique variable qui est envoyé à un dispositif 64 d'actionnement de valve qui, à son tour, commande l'ouverture et la fermeture de la valve à étranglement 52. Si l'on suppose l'utilisation d'une

pompe volumétrique principale 18, avec détection d'un accrois-

sement de la pression par le transducteur de pression 62, la valve d'étranglement 52 est davantage ouverte, ce qui permet au dispositif de récupération d'énergie de fonctionner plus rapidement en augmentant le débit de sortie de la saumure hors de l'ensemble du système et en réduisant la pression du système. Si on le désire la valve d'étranglement 52 peut être située dans la canalisation 14 de sortie de la saumure usée, d'une manière représentée sur la figure 2, en vue de permettre

une commande de la pression du système.

Bien que l'on estime que le fonctionnement du sys-

tème représenté sur la figure 1 soit évident, on va en donner

ci-après une brève description. La saumure fraîche à basse

pression est envoyée à la pompe principale à haute pression 18 et à la chambre de pompage de l'une ou de l'autre des moto-pompes 20-1 et 20-2, en fonction de la position de la valve 48. Dans la position représentée des valves à quatre voies 42 et 48, les pistons 24-1 et 24-2 sont déplacés vers la gauche, comme cela est représenté sur la figure 1, suivant la direction de la flèche en trait plein à l'intérieur du cylindre 22-2. A cet instant, l'écoulement du liquide dans différentes canalisations du système s'effectue suivant la

direction des flèches en trait plein situées à côté des cana-

lisations. La flèche en traits interrompus indique la direc-

tion de déplacement du piston et l'écoulement du fluide lorsque

les valves 42 et 48 sont placées dans leurs autres positions.

Il apparaîtra alors de façon évidente que, la valve 48 étant dans la position représentée, la saumure fraîche est envoyée à la chambre intérieure du cylindre 22-1 par l'intermédiaire de l'orifice 38-1. Simultanément la saumure usée est pompée à partir de l'extrémité extérieure du premier cylindre 22-1 par l'intermédiaire de l'orifice 36-1, de la valve 42 et de la canalisation 44 pour être envoyée à un récipient appro-

prié pour la saumure. Les pistons sont entraînés par la sau-

mure usée provenant du dispositif à osmose inversée 10 et envoyée par l'intermédiaire de la canalisation 14 et de la valve 42 à l'extrémité extérieure du second cylindre 22-2 par l'intermédiaire de l'orifice 36-2. La saumure fraîche

présente à l'extrémité intérieure du cylindre 22-2 est en-

traînée par pompage à travers l'orifice 38-2, la valve 48,

la canalisation 50, la valve d'étranglement 52 et-la cana- -

lisation 12 jusqu'à l'admission du dispositif à osmose in-

versée 10. Il apparaît alors à l'évidence que la saumure

fraîche est envoyée au dispositif à osmose inversée à une.

pression élevée à la fois à partir de la pompe- principale

à haute pression 18 et à partir du dispositif de récupéra-

tion d'énergie conforme à la présente invention.

Lorsque les pistons atteignent la limite la plus à gauche de leur course, comme cela est visible sur la figure 1, le transducteur 56 détecte le piston 24-1 et envoie un signal de sortie à l'unité de commande 60 qui, à son tour,

excite un solénoïde contenu dans le dispositif d'actionne-

ment 54 de manière à faire fonctionner simultanément les

valves 42 et-48 pour les placer dans une seconde position.

Il en résulte que l'écoulement du fluide vers et à partir des cylindresest inversé, grâce à quoi la saumure usée provenant du dispositif 1.0 a osmose inversée est maintenant envoyée à l'extrémité extérieure du cylindre 22-1 afin d'entraîner les pistons interconnectés vers la droite; de la saumure fraîche provenant du cylindre 22-1 est introduite

par pompage.à travers l'orifice 38-1 en direction du dispo-

sitif à osmose inversée; de la saumure fraîche provenant de la source de ce dernier est envoyée au cylindre 22-2 par l'intermédiaire de l'orifice 38-2 en vue de recharger ledit

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cylindreet de la saumure usée est évacuée du cylindre 22-2 par l'intermédiaire de 36-2. Lorsque le piston 24-1 atteint sa position d'extrémité voisine du transducteur

58, il est détecté par le transducteur qui envoie un si-

gnal de sortie à l'unité de commande 60 qui, alors, excite un autre solénoïde situé dans le dispositif d'actionnement

54 pour ramener les valves 44 et 48 dans la première posi-

tion représentée, et le cycle de récupération d'énergie se répète.

Il apparaîtra à l'évidence que les faces inté-

rieures des pistons possèdent une surface active inférieure à la surface des faces extérieures par suite de la fixation, à ces dernières, de la tige de raccordement 32. Avec une telle surface efficace différentielle, la saumure fraîche est évacuée des cylindres à une pression supérieure à la pression du fluide moteur, constitué par la saumure usée et envoyé aux cylindres. Il existe alors une amplification de

pression associée à la surface différentielle du piston.

L'énergie nécessaire pour évacuer la saumure usée à partir du cylindre opposé peut être fournie principalement par la

source a basse pression de saumure fraîche envoyée au cy-

lindre pendant le rechargement de celui-ci. Avec cet agen-

cement, aucune pompe supplémentaire n'est nécessaire pour

accroître la pression de la saumure fraîche envoyée à l'os-

mose inversée, par ledit dispositif de récupération d'éner-

gie. On va se référer maintenant à la figure 2, sur laquelle on a représenté une forme de réalisation modifiée de la présente invention, dans laquelle plusieurs valves de

retenue sont utilisées à la place de la seconde valve à qua-

tre voies 48 destinée à être utilisée dans la canalisation véhiculant la saumure fraîche vers et à partir du dispositif de récupération d'énergie. Les moto-pompes, ici désignées

par les chiffres de référence 20'-1 et 20'-2, peuvent possé-

der la même constitution que les unités 20-1 et 20-2 repré-

sentées sur la figure 1 et décrites ci-dessus. Cependant, à des fins d'illustration, les moto-pompes sont représentées comme incluant des cylindres 22'-1 et 22'-2 qui comportent des orifices séparés d'admission et d'évacuation 38-lA et 38-iB, et 38-2A

et 38-2B à la place des orifices respectifs d'admission -

sortie 38-1 et 38-2. Les pistons et le restant des cylin- dres sont identiques à ceux représentés sur le dispositif de la figure 1. Une source de saumure fraîche provenant de la canalisation 46 est envoyée aux orifices d'admission 38-IA et 38-2A par l'intermédiaire de valves respectives de retenue 70-1 et 72-2. De façon similaire les valves de retenue 72-1 et 72-2 relient les orifices de sortie 38-lB

et 38-2B à la canalisation 50 qui communique avec la cana-

lisation d'admission 12 pénétrant dans le dispositif à osmose

inversée. Il ressortira à l'évidence que les valves de re-

tenue 70-1 et 72-2 sont ouvertes et que les valves de rete-

nue 70-2 et 72-1 sont fermées pendant le déplacement des pistons vers la gauche, comme cela est visible sur la figure 2, le déplacement des pistons et la direction d'écoulement

du fluide étant représentés par des lignes en trait plein.

Lorsque le piston 24-1 atteint la limite la plus à gauche de sa course et est détecté par le transducteur 56, l'unité de commande 60 délivre un signal de sortie au dispositif d'actionnement 54 afin que ce dernier réalise le déplacement de la valve à quatre voies 42 pour l'amener dans son autre

état, non représenté. Cependant comme les pistons sont dé-

placés vers la droite, comme cela est visible sur la figure 2, les valves de retenue 70-2 et 72-1 sont ouvertes et les valves de retenue 71-1 et 722 sont fermées,et la direction de l'écoulement du fluide formé par la saumure fraîche en

direction et à partir des extrémités intérieures des cylin-

dres est inversé. Le transducteur 58 détecte le piston 24-2 à l'extrémité la plus à droite de la course du piston

pour ramener la valve à quatre voies 42 dans l'état repré-

senté.

Dans le dispositif de la figure 2, la valve d'étran-

glement 52 est insérée dans la canalisation de sortie 14 partant du dispositif à osmose inversée, au lieu d'être il installée dans la canalisation de sortie 50 provenant du dispositif de récupération. (Naturelle-ment cette valve pourrait être incorporée dans la canalisation 50, de la

manière représentée sur la figure 1). Avec cette dispo-

sition, la pression de la saumure usée provenant du dis-

positif 10 à osmose inversée et envoyée aux cylindres de- ré-

cupération d'énergie est commandée en vue de réaliser la

commande de la pression du système. A nouveau>en suppo-

sant l'utilisation d'une pompe volumétrique principale 18,

un accroissement de la pression au niveau de la canalisa-

tion d'admission 12, détecté par le transducteur de pres- -

sion 62, a pour effet que le dispositif d'actionnement 64 de la valve ouvre plus encore la valve d'étranglement 52

de manière à réduire la pression du système.

On va se référer maintenant à la figure 3, sur laquelle on a représenté un graphique de variation de la capacité de pompage principale requise pour produire

une unité d'écoulement de sortie d'eau dessalée, en fonc-

tion du taux de récupération, c'est-à-dire du rapport de l'eau dessalée à la saumure totale introduite par pompage

dans des récipients de mise en oeuvre de l'osmose inversée.

Sur cette figure, on indique en ordonnées les unités de saumure pompée par la pompe principale, pour produire une unité d'eau douce, et en abscisses le taux de récupération. La courbe supérieure

représente les exigences requises de pompage pour un sys-

tème classique à osmose inversée, dans lequel aucune récupé-

ration d'énergie n'est mise en oeuvre. On peut voir par exem-

ple qu'en un point de fonctionnement pour un taux de récupé-

ration de 30% à partir de l'eau de mer prétraitée, il faut pomper 3,33 litres de saumure pour chaque litre d'eau douce

produit (voir le point A, courbe 80). Comme cela a été sug-

géré ci-dessus, il est usuel d'avoir un fonctionnement avec

un taux de récupération d'environ 30% pour l'eau de mer pré-

traitée. Avec la mise en oeuvre de la présente invention pour réaliser le pompage d'une partie de la saumure fraîche,

la pompe principale 18 doit entraîner par pompage une quan-

tité beaucoup plus faible de saumure fraîche vers le sys-

tème à osmose inversée. La courbe inférieure 84 montre la même information dans le càs de l'utilisation du système de récupération d'énergie selon la présente invention pour pomper une partie de la saumure fraîche. La courbe 84 mon-

tre le fonctionnement-en utilisant des moto-pompes compor-

tant des pistons et dans lesquelles la surface active de

la face intérieure des pistons est égale à 85% de la sur-

face active de la face extérieure des pistons. Dans les systèmes de récupération représentés, le diamètre de la tige de raccordement 32 utilisée est un facteur intervenant dans l'établissement du rapport de surfaces de part et d'autre

des pistonset l'on obtient aisément des rapports de sur-

face de 85%. Le rapport de surfaces utilisé dépend des per-

tes hydrauliques dans le système, y compris les pertes dans les récipients pour l'osmose inversée et dans le dispositif de récupération d'énergie lui-même. En supposant un rapport

de surfaces de 85%,.on peut voir que pour un taux-de récu-

pération de 30% (point B, courbe 84), seuls 3,35 litres de saumure fraîche ont besoin d'être introduits par la pompe principale 18 pour chaque litre d'eau douce délivrée. Il faut encore pomper un total de 3,33 litres, mais sur cette quantité globale, le dispositif de récupération d'énergie pomperait 1,98 litre. Le coût énergétique du fonctionnement du système devrait être réduit d'environ 60%. Naturellement

il est possible d'utiliser des pompes principales et des mo-

teurs plus petits pour réaliser le même fonctionnement dans

des systèmes utilisant le système de récupération de l'éner-

gie selon l'invention.

Avec de telles économies importantes en ce qui concerne les coûts des pompes et des moteurs et les coûts de pompage, le point de fonctionnement du système à osmose inversée devrait être décalé vers un fonctionnement à un taux de récupération inférieur de:.manière à réduire la nécessité d'un prétraitement. Pour un taux de récupération de 0,2 par exemple, le seul prétraitement requis serait un filtrage

(voir le point C sur la courbe 84). Le coût du pompage de-

vrait être encore inférieur à la moitié de ce qu'il serait

au point de fonctionnement à. 30% sans récupération d'éner-

gie, avec suppression totale des coûts de prétraitement, hormis pour le filtrage. Au taux de récupération inférieur, la fréquence de remplacement de la membrane serait réduite

et ce moyennant des économies supplémentaires.

Grâce à la présente invention, les joints d'étan-

* chéité de pistons 26-1 et 26-2 contenus dans les moto -pom-

pes sont soumis à des différences de pression relativement

faibles. Comme cela a été indiqué, les moto-pompes fonction-

nent avec une intensification de pression et les joints

d'étanchéité des pistons doivent résister à une telle aug-

mentation de pression, qui est rendue essentiellement équi-

valente à la chute de pression d'écoulement à travers le récipient 10 à osmose inversée. Des pressions de l'ordre de seulement 415 à 550 kPa sont typiques. Le joint d'étan-

chéité 34 de la tige de piston, plus petit, doit naturelle-

ment résister à des pressions beaucoup plus élevées. Avec

le dispositif représenté, dans lequel il est prévu une pa-

roi intérieure unitaire. 30 entre les cylindres, seul un joint de tige de piston unique est nécessaire. Ce joint d'étanchéité étant d'un diamètre plus petit, les problèmes d'étanchéité sont sensiblement réduits. L'utilisation des cylindres représentés alignés axialement réduit également

les problèmes d'alignement, ce qui rend simple la concep-

tion du piston. De même, étant donné que le travail hydrau-

lique est transmis directement au niveau des pistons et non par des forces intervenant dans la tige de piston, cette dernière n'est pas un composant principal supportant une charge. Sa taille peut être choisie par rapport à d'autres

contraintes, à savoir l'amplification de pression nécessaire.

Etant donné que le dispositif de récupération d'énergie fonctionne à une vitesse directement en rapport avec le débit du système à osmose inversée, un dispositif d'une taille (ou plusieurs dispositifs) fonctionnera avec une gamme étendue de systèmes à osmose inversée. Etant donné que le système de récupération d'énergie conforme à la présente invention est indépendant de la ou des pompes

principales d'entraînement de la saumure fraîche, l'appli-

cation de l'invention à des systèmes existants à osmose inversée est possible, peu complexe et économique. La ca- pacité d'une usine existante de dessalement pourrait être aisément doublée par l'adjonction du présent dispositif de récupération d'énergie moyennant l'utilisation de la ou

des mêmes pompes principales.

Bien que la présente invention ait été décrite de façon détaillée en référence à deux formes de réalisation préférées, un spécialiste de la technique peut y apporter différentes autres variantes et modifications sans sortir

du cadre de la présente invention. Par exemple, le disposi-

tif de récupération d'énergie selon l'invention peut com-

porter un plus grand nombre de moto-pompes que les deux moto-pompes représentées sur les figures 1 et 2. Trois ou un plus grand nombre de cylindres de moto-pompes peuvent être util.isés, moyennant un raccordement de leurs tiges de piston

par l'intermédiaire d'un vilebrequin. Des positions de dé-

part des pistons peuvent être étagées-de manière à fournir une cadence plus uniforme d'envoi par pompage de saumure fraîche au système à osmose par le système de récupération d'énergie.

Claims

REVENDICATIONS

1. Système de pompage de fluide, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs moto-pompes (20-1, 20-2; '-1, 20'-2) comportant chacune un cylindre fermé (22-1, 22-2; 22'-1, 22'-2) et un piston (24-1, 24-2) déplaçable

selon un mouvement alternatif dans le cylindre, chaque pis-

ton possédant des faces intérieure et extérieure opposées ayant des surfaces actives différentes, une chambre motrice

étant formée par la face extérieure de chaque piston et l'ex-

10. trémité extérieure fermée du cylindre associé et une chambre de pompage étant formée par la face intérieure de chaque

piston et l'extrémité intérieure fermée du cylindre associé.

des moyens (32) pour interconnecter les faces in-

térieures des pistons afin que ces derniers aient un mouve-

ment alternatif simultané,

des moyens permettant d'envoyer de façon séquen-

tielle un fluide moteur auxdites chambres motrices de manière à produire de façon séquentielle un déplacement du piston

(24-1, 24-2) vers l'extrémité intérieure fermée des cylin-

dres associés et pour pomper simultanément de façon séquen-

tielle le fluide à partir des chambres de pompage en vue de réaliser un fonctionnement de pompage séquentiel desdites moto-pompes (20-1, 20-2; 20'-1, 20'-2), et des moyens (36-1, 36-2, 38-1, 38-2 36-1, 36-2

38-IA, 38-2A, 38-lB. 38-2B) pour envoyer de façon séquen-

tielle un fluide devant être introduit par pompage dans les chambres de pompage et pour évacuer simultanément de façon séquentielle le fluide moteur à partir des chambres motrices pendant le déplacement du piston vers l'extrémité extérieure

fermée des cylindres associés.

2. Système de pompage de fluide selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que les faces intérieures des

pistons (24-1, 24-2) sont plus petites que leurs faces ex-

térieures et le fluide est introduit par pompage à par-

tir des chambres de pompage à une pression supérieure à

celle du fluide moteur envoyé auxdites chambres motrices.

3. Système de pompage de fluide selon la revendi-

cation 1, caractérisé en ce que le système comporte deux

moto-pompes (20-1, 20-2; 20-'-1, 20'-2) possédant des cy-

lindres (22-1, 22-2; 22'-1, 22'-2) alignés axialement, et lesdits moyens d'interconnexion (32) des faces intérieu-

res des pistons comprennent une tige de piston.

4. Système de pompage de fluide selon la reven-

dication 3, caractérisé en ce que lesdits cylindres com-

portent une paroi d'extrémité intérieure unitaire (30), que traverse ladite tige de piston (32) suivant un contact

glissant étanche au fluide.

5. Système de pompage de fluide, caractérisé en ce qu'il comporte un premier et un second cylindre fermés (22-1,

22-2; 22'-1, 22'-2),

un premier et un second piston (24-1, 24-2) dé-

plaçables selon un mouvement alternatif dans lesdits premier et second cylindres respectifs, chaque piston comportant une première et une seconde face opposées, dont l'une est plus étendue que l'autre, des moyens (32) interconnectant les secondes faces des pistons en vue d'obtenir un déplacement simultané de ces derniers,

- chaque cylindre (24-1, 24-2) possédant des pre-

miers orifices d'admission - sortie (36-1, 36-2) pour l'en-

trée et la sortie d'un fluide de travail, au voisinage de la première face du piston associé, et des seconds orifices

d'admission - sortie (38-1, 38-2; 38-1B, 38-2B) pour l'en-

trée et la sortie d'un fluide devant être pompé au voisinage de la seconde face du piston associé, chaque piston (24-1, 24-2) étant déplaçable entre une position de départ au voisinage du premier orifice du cylindre associé et une position finale voisine du second orifice de telle manière que, lorsque ledit premier piston (24-1) est dans sa position de départ, le second piston (24-2) se trouve dans sa position finale et que, lorsqu'un fluide de travail sous pression est admis dans le premier

cylindre par l'intermédiaire dudit premier orifice, le pre-

mier piston (24-1) est amené dans sa position finale et le

second piston (24-2) est amené par lesdits moyens d'inter-

connexion (32) dans sa position de départ, de tels déplace-

ments étant inversés lors de l'admission du fluide de tra-

vail sous pression dans ledit second cylindre par l'inter-

médiaire desdits premiers orifices de ce dernier, et des moyens (42, 48) pour admettre le fluide devant être pompé dans ledit second cylindre par l'intermédiaire

desdits seconds orifices de ce dernier et pour évacuer si-

multanément le fluide pompé à partir.dudit premier cylindre

par l'intermédiaire dudit second orifice de ce dernier lors-

que le premier piston (24-1) est déplacé de sa position de départ dans sa position finale, et pour admettre le fluide

devant être pompé dans ledit premier cylindre par l'inter-

médiaire du second orifice de ce dernier et pour évacuer simultanément le fluide pompé hors du second cylindre par l'intermédiaire du second orifice de ce dernier lorsque le second piston (24-2) est amené de sa position de départ dans

sa position finale.

6. Système de pompage de fluide selon la revendica-

tion 5, caractérisé en ce qu'il comporte une première valve à quatre voies (42) pour le raccordement d'une source de fluide de travail sous pression au premier orifice desdits premier et second cylindres et pour évacuer le fluide de

travail hors du premier orifice.

7. Système de pompage de fluide selon la revendi-

cation 6, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde valve à quatre voies (48) pour admettre le fluide devant être pompé dans les premier et second cylindres par l'intermédiaire du second orifice et pour évacuer le fluide pompé hors du second orifice.

8. Système de pompage de fluide selon la revendica-

tion 6, caractérisé en ce qu'il comporte des valves de rete-

nue (70-1, 70-2; 72-1, 72-2) pour l'admission du fluide de-

vant être pompé dans les premier et second cylindres par l'intermédiaire du second orifice et pour l'évacuation

du fluide pompé hors du second orifice.

9. Système de pompage de fluide selon la reven-

dication 5, caractérisé en ce que la première face des pis-

tons (24-1, 24-2) est plus étendue que la seconde face de

ces derniers pour l'évacuation du fluide pompé hors du se-

cond.orifice à une pression supérieure à la pression du

fluide de commande admis par le premier orifice.

10. Système de pompage de fluide selon la reven-

dication 5, caractérisé en ce que les premier et second cylindres sont alignés axialement et les moyens (30)

d'interconnexion des secondes faces des pistons sont cons-

titués par une tige de piston.

1i. Système de pompage de fluide selon la reven-

dication 10, caractérisé en ce que les cylindres sont munis d'une paroi d'extrémité intérieure unitaire (30) à travers laquelle la tige de piston (32) s'étend selon un contact

glissant étanche au fluide.

12. Dispositif de récupération de l'énergie des-

tiné à être utilisé lors de l'adduction par pompage de sau-

mure fraîche dans un système à osmose inversée (10) ou ana-

logue, qui comporte une canalisation d'admission (12) à la-

quelle la saumure fraîche est amenée par pompage, une sortie d'eau douce (16) à partir de laquelle de l'eau douce est évacuée, et une canalisation (14) de sortie de la saumure usée, à partir de laquelle la saumure usée est évacuée à une pression inférieure à la pression de la saumure fraîche présente dans la canalisation d'admission (12), une source de saumure fraîche, et une pompe principale (18) destinée à

amener la saumure depuis la source de saumure fraîche jus-

qu'à la canalisation (12) d'admission de la saumure fraîche,

caractérisé en ce qu'il comporte des premier et second cy-

lindres (22-1, 22-2; 22'-1, 22'-2) alignés axialement com-

portant des extrémités intérieures et extérieures opposées fermées,

des premier et second pistons (24-1, 24-2) dépla-

çables axialement dans lesdits premier et second cylindres,

chaque piston comportant des faces intérieures et exté-

rieures opposées,

des moyens (32) d'interconnexion des faces in-

térieures des pistons en vue de permettre un déplacement simultané de ces derniers, la surface active des faces ex- térieures étant supérieure à celle des faces intérieures des pistons, des moyens incluant des premiers moyens à valves (42) déplaçables entre un premier et un second état pour diriger la saumure usée depuis le système à osmose inversée (10) vers l'extrémité extérieure du premier cylindre (22-1,

22'-1) en vue d'entraîner lesdits pistons (24-1, 24-2) in-

terconnectés dans une direction, tout en refoulant la sau-

mure usée à partir de l'extrémité extérieure du second cy-

lindre (22-2, 22'-2) lorsque les premiers moyens à valves sont dans leur premier état, et pour diriger la saumure usée depuis le système à-osmose inversée (10) en direction de l'extrémité extérieure du second cylindre (22-2, 22'-2)

de manière à entraîner les pistons (24-1, 24-2) intercon-

nectés dans une direction opposée, tout en refoulant la saumure usée à partir de l'extrémité extérieure du premier

cylindre (22-1, 22'-1), lorsque les premiers moyens à val-

ves sont dans leur second état, et des moyens incluant des seconds moyens à valves

(48; 70-1, 70-2; 72-1, 72-2) pour diriger la saumure fraî-

che depuis une source de saumure fraîche vers l'extrémité

intérieure du second cylindre (22-2, 22'-2) tout en diri-

geant la saumure fraîche contenue dans-l'extrémité inté-

rieure du premier cylindre (22-1, 22'-1) jusqu'à l'admission de saumure fraîche du système à osmose inversée (10) pendant le déplacement des pistons (24-1, 24-2) dans une direction,

et pour diriger la saumure fraîche depuis une source de sau-

mure fraîche vers l'extrémité intérieure du premier cylindre (22-1, 22'-1) tout en dirigeant la saumure fraîche contenue dans l'extrémité intérieure du second cylindre (22-2, 22'-2)

vers l'admission de saumure fraîche du système à osmose inver-

sée pendant le déplacement desdits pistons dans la direction opposée. 13. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 12, caractérisé en ce que les premiers moyens à valves comprennent une première valve à quatre voies (42) déplaçable entre lesdits premier et second états, lorsque les pistons interconnectés sont dans des

positions finales opposées.

14. Dispositif de récupération d'énergie selon

la revendication 13, caractérisé en ce que les seconds mo-

yens à valves comprennent une seconde valve à quatre voies (48) pouvant être déplacée entre le premier et le second état en simultanéité avec ladite première valve à quatre

voies (42).

15. Dispositif de récupération d'énergie selon

la revendication 13, caractérisé en ce que les seconds mo-

yens à valves comprennent plusieurs valves de retenue (70-1,

-2; 72-1, 72-2,

16. Dispositif de récupération d'énergie selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comporte une

valve d'étranglement (52) placée dans au moins l'une des ca-

nalisations d'admission du système-à osmose inversée (10) et

de sortie de la saumure usée, pour la commande de la pres-

sion du système à osmose inversée (10).

17. Dispositif de récupération de l'énergie selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comporte des

moyens répondant à la pression de la saumure fraîche au ni-

veau de la canalisation d'admission (12) au système à osmose inversée pour la commande automatique du réglage de la valve d'étranglement. 18. Procédé pour délivrer de la saumure fraîche à un dispositif à osmose inversée (10) ou analogue, moyennant l'utilisation diune pompe DsrirIcipale (18) et de plusieurs moto-pompes (20-1, 20-2; 20'-1, 20'-2) interconnect'es, utilisant la saumure usée provenant du dispositif à osmose

inversée (10) en tant que fluide moteur pour lesdites moto-

pompes, dont chacune comporte un cylindre fermé, dans lequel circule un piston (24-1,- 24-2) pouvant avoir un déplacement alternatif et séparant le cylindre en une chambre motrice et

une chambre de pompage, chaque piston (24-1, 24-2) possé-

dant des faces opposées ayant des surfaces actives différen-

tes, la face la plus étendue du piston étant située dans la chambre motrice et la face la plus petite étant située dans la chambre de pompage pour réaliser une amplification de pression, lesdits pistons (24-1, 24-2) étant interconnectés pour avoir un déplacement simultané, caractérisé en ce qu'il consiste-à envoyer de façon séquentielle de la saumure usée en provenance du dispositif à osmose inversée (10) aux chambres

-10 motrices pour d'élacer'le piston (24-1, 24-2) depuis une posi-

tion de départ dans une position finale, tout en envoyant simultanément et séquentiellement par pompage de la saumure

fraîche depuis les chambres associées de pompage à l'admis-

sion (12) du dispositif à osmose inversée (10), et à envoyer de façon séquentielle de la saumure fraîche aux chambres de pompage tout en refoulant simultanément et séquentiellement la

saumure usée provenant des chambres motrices associées pen-

dant le mouvement de retour du piston (24-1, 24-2) depuis sa

position finale dans sa position de départ.

19. Procédé selon la revendication 18, caractérisé en ce qu'il inclut le fait de commander la pression du système

au moyen de l'envoi par pompage de saumure fraîche en prove-

nance des chambres de pompage à l'admission du dispositif à

osmose inversée (10) par l'intermédiaire d'une valve d'étran-

glement (52) et à commander le réglage de la valve d'étran-

glement (52) conformément à la pression présente à l'admission

du dispositif à osmose inversée (10).