FR2774309A1 - Procede et installation de filtration d'un liquide utilisant un dispositif de filtration a membrane - Google Patents
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Abstract
La présente invention a pour objet un procédé de filtration d'un liquide, utilisant un dispositif (1) de séparation que l'on alimente avec ledit liquide qui est pressurisé, dans lequel on recueille d'une part un concentrat et d'autre part un perméat; selon la présente invention, on utilise l'énergie du concentrat pour déplacer un piston de récupération servant à entraîner, par l'intermédiaire d'une liaison mécanique, la pompe à piston.
Description
Procédé et installation de filtration d'un liquide utilisant un dispositif
de filtration à membrane
La présente invention a pour objet un procédé et une installation de filtration d'un liquide utilisant un dispositif de filtration à membrane.
de filtration à membrane
La présente invention a pour objet un procédé et une installation de filtration d'un liquide utilisant un dispositif de filtration à membrane.
Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication de dispositifs de filtration, en particulier de dispositifs à membrane semi-perméable.
La présente invention est plus particulièrement relative à un procédé et à un dispositif de dessalement d'eau de mer ou d'eau saumâtre par osmose inverse, et aux procédés et dispositifs d'ultrafiltration d'un liquide tel que de l'eau, pour fournir une eau apte à la consommation humaine et/ou de l'eau d'irrigation par exemple.
La demande internationale WO 96/34678(MARINZET) décrit une installation de dessalement d'eau de mer qui comprend un module d'osmose inverse équipé d'un dispositif de pompage, qui comporte des pistons de pompage d'eau aptes à coulisser dans une chambre de pressurisation, un multiplicateur d'effort et un dispositif d'entraînement d'un piston du multiplicateur d'effort, selon un mouvement de translation alternatif, qui comporte un ballast immergé dans un fluide ; afin de récupérer une partie de l'énergie de pompage, une turbine peut être installée sur le conduit d'eau sursalée.
Un inconvénient des installations de filtration d'eau de mer en vue de leur dessalement est le rendement faible de ces installations l'énergie consommée pour obtenir un mètre cube d'eau dessalée est de l'ordre de 5 à 10 kWh ; dans le cas où on utilise une turbine, telle qu'une turbine de type PELTON par exemple, pour récupérer l'énergie de l'eau sursalée produite, le rendement de ce genre de turbine est faible et le rendement global de l'installation est peu amélioré ; en outre, de telles installations équipées de pompes et de turbines rotatives sont d'un coût élevé, et d'une fiabilité et d'une durée de vie relativement faibles.
Dans les installations de dessalement d'eau de mer par osmose inverse, on délivre l'eau à traiter à l'entrée du dispositif de filtration, à une pression d'entrée qui est supérieure à la pression osmotique de l'eau; généralement, étant donné que la pression osmotique de l'eau salée est de 25 bars, la pression d'alimentation en eau à l'entrée du filtre est au moins égale à 25 bars, par exemple de l'ordre de 30 à 100 bars, en particulier de l'ordre de 60 à 80 bars ; on récupère en sortie du filtre un concentrat d'eau dite sursalée d'une part, et un perméat d'eau dessalée (qui est à une pression voisine de la pression atmosphérique) d'autre part la pression du concentrat en sortie du filtre est généralement peu inférieure à la pression d'alimentation d'eau à dessaler, par exemple inférieure à celle-ci d'une valeur de l'ordre de 1 à 5 bars, étant donné que la chute de pression dans le filtre est faible.
Dans les installations de filtration moins poussée, notamment dans les installations de nanofiltration pour le traitement d'eaux saumâtres par exemple, on alimente le filtre en eau à traiter à une pression par exemple de l'ordre de 10 bars, et on récupère un concentrat à une pression qui est par exemple de l'ordre de 4 à 8 bars.
Un objectif de la présente invention est de proposer un procédé et une installation de filtration de liquide qui soient améliorés.
Un objectif de la présente invention est d'améliorer le rendement global de ces procédés et installations de filtration.
La présente invention concerne en particulier les installations de filtration d'eau dans lesquelles l'eau est délivrée sous pression à un dispositif de filtration par une pompe à piston, c'est-à-dire par un piston de compression d'eau à filtrer ; conformément à l'invention, on utilise l'énergie du (ou des) fluide(s) sortant du dispositif de filtration (c'est-à-dire concentrat et le cas échéant permeat) pour déplacer un piston - dit moteur ou de récupération - qui est lié mécaniquement au piston de compression pour transmettre à ce dernier l'énergie reçue du (ou des) fluide(s) sortant de l'unité de filtration ; il est envisageable de prévoir un seul piston de compression et un seul piston de récupération, qui sont par exemple intégrés (rigidement liés) à un seul corps mobile commun aux deux pistons ; cependant, dans ce cas, il est nécessaire de prévoir un dispositif de stockage de l'énergie du concentrat, tel qu'un vase d'expansion par exemple, pour stocker l'énergie pendant la compression et pour restituer l'énergie au piston de récupération pendant le demi-cycle suivant (d'aspiration) ; on préfère donc prévoir un premier piston de compression et un premier piston de récupération qui sont de préférence intégrés à un premier corps mobile, et un deuxième piston de compression ainsi qu'un deuxième piston de récupération qui sont de préférence intégrés à un deuxième corps mobile ; dans ce cas, les corps mobiles se déplacent en opposition de phase ; on prévoit de préférence une liaison mécanique entre les deux corps mobiles, sur laquelle peut s'exercer l'effort d'un actionneur (de compensation) commun aux deux corps mobiles ; dans le cas notamment où les deux corps mobiles ont une masse faible (de l'ordre de quelques dizaines ou centaines de kilogrammes), on prévoit de préférence une liaison mécanique faite d'éléments articulés entre eux : en particulier une liaison (dite balancier ) comportant une bielle centrale et deux biellettes ; en variante, on utilise une liaison mécanique déformable filiforme, en particulier lorsque les corps mobiles sont très pesants.
Selon un premier aspect, la solution au problème posé consiste à utiliser l'énergie du ou des fluides sortant de l'unité de filtration, pour déplacer une masse en la soulevant, de manière à augmenter son énergie potentielle de gravité, cet accroissement d'énergie potentielle de gravité étant ensuite utilisé (lors d'un déplacement descendant ultérieur de cette masse) pour comprimer le fluide à filtrer et le délivrer au dispositif de filtration.
L'invention s'applique à un procédé de filtration d'un liquide, en particulier d'eau de mer ou d'eau saumâtre, utilisant un dispositif de séparation à membrane, dans lequel on alimente le dispositif (ou unité) de filtration avec ledit liquide à filtrer qui est pressurisé à une pression dite d'entrée, et dans lequel on recueille d'une part un concentrat, à une pression dite de sortie inférieure à ladite pression d'entrée, et on recueille d'autre part un perméat ; selon un mode de réalisation de l'invention, on utilise l'énergie du concentrat pour soulever (ou élever) un corps mobile pesant, c'est-à-dire une structure mobile de masse élevée, de sorte que l'on stocke cette énergie récupérée sous forme d'énergie potentielle de gravité.
Selon d'autres modes préférés de mise en oeuvre de l'invention
- on soulève successivement ou simultanément plusieurs corps mobiles, en particulier de deux à dix corps, selon un mouvement de translation sensiblement verticale, sur une course inférieure à 20 mètres et de préférence au moins égale à 1 mètre, par exemple voisine de 5 à 10 mètres
- ledit ou lesdits corps mobiles sont animés d'un mouvement alternatif, de préférence périodique, dont la durée de la période est comprise entre 2 secondes et 10 minutes, notamment voisine de 20 secondes à trois minutes
- la vitesse maximale de déplacement du corps mobile est comprise entre 0,1 mètre par seconde et 5 mètres par seconde, notamment de l'ordre de 0,2 mètre par seconde à 2 mètres par seconde
- chaque corps mobile est mécaniquement solidaire (et/ou équipé) d'un premier piston (dit piston de récupération), qui est monté coulissant dans une première chambre (dite chambre de récupération) qui est susceptible d'être mise en communication avec le circuit du concentrat, et chaque corps pesant est mécaniquement solidaire (et/ou équipé) d'un deuxième piston (dit piston de pressurisation ou de compression) qui est monté coulissant dans une deuxième chambre (dite chambre de pressurisation ou compression) qui est susceptible d'être mise en communication avec le circuit d'alimentation du liquide à filtrer
- on utilise en outre un actionneur, en particulier un moteur ou un vérin rotatif (électrique, pneumatique, hydraulique ou thermique) pour soulever ledit corps mobile, étant donné que l'énergie récupérée du concentrat est inférieure à l'énergie à transmettre au liquide à filtrer
- on utilise successivement et de façon alternée et répétitive chaque corps mobile pour pressuriser le liquide à filtrer à une pression d'entrée, généralement comprise entre 10 et 100 bars, en particulier de l'ordre de 20 à 80 bars, et pour le délivrer au dispositif de filtration, pendant une phase de compression dans laquelle le corps mobile descend, principalement sous l'effet de son poids, puis pour récupérer l'énergie du concentrat, pendant une phase de récupération dans laquelle le corps mobile s'élève sous l'effet de la pression du concentrat qui lui est appliquée par l'intermédiaire d'un piston (dit piston de récupération) dont il est mécaniquement solidaire.
- on soulève successivement ou simultanément plusieurs corps mobiles, en particulier de deux à dix corps, selon un mouvement de translation sensiblement verticale, sur une course inférieure à 20 mètres et de préférence au moins égale à 1 mètre, par exemple voisine de 5 à 10 mètres
- ledit ou lesdits corps mobiles sont animés d'un mouvement alternatif, de préférence périodique, dont la durée de la période est comprise entre 2 secondes et 10 minutes, notamment voisine de 20 secondes à trois minutes
- la vitesse maximale de déplacement du corps mobile est comprise entre 0,1 mètre par seconde et 5 mètres par seconde, notamment de l'ordre de 0,2 mètre par seconde à 2 mètres par seconde
- chaque corps mobile est mécaniquement solidaire (et/ou équipé) d'un premier piston (dit piston de récupération), qui est monté coulissant dans une première chambre (dite chambre de récupération) qui est susceptible d'être mise en communication avec le circuit du concentrat, et chaque corps pesant est mécaniquement solidaire (et/ou équipé) d'un deuxième piston (dit piston de pressurisation ou de compression) qui est monté coulissant dans une deuxième chambre (dite chambre de pressurisation ou compression) qui est susceptible d'être mise en communication avec le circuit d'alimentation du liquide à filtrer
- on utilise en outre un actionneur, en particulier un moteur ou un vérin rotatif (électrique, pneumatique, hydraulique ou thermique) pour soulever ledit corps mobile, étant donné que l'énergie récupérée du concentrat est inférieure à l'énergie à transmettre au liquide à filtrer
- on utilise successivement et de façon alternée et répétitive chaque corps mobile pour pressuriser le liquide à filtrer à une pression d'entrée, généralement comprise entre 10 et 100 bars, en particulier de l'ordre de 20 à 80 bars, et pour le délivrer au dispositif de filtration, pendant une phase de compression dans laquelle le corps mobile descend, principalement sous l'effet de son poids, puis pour récupérer l'énergie du concentrat, pendant une phase de récupération dans laquelle le corps mobile s'élève sous l'effet de la pression du concentrat qui lui est appliquée par l'intermédiaire d'un piston (dit piston de récupération) dont il est mécaniquement solidaire.
Selon un autre aspect, l'invention consiste en une installation de filtration d'un liquide qui comporte
- un dispositif de séparation à membrane comportant un orifice d'entrée du liquide à filtrer et comportant un orifice de sortie du concentrat,
- au moins une (et de préférence au moins deux) pompe de compression comportant (chacune) un piston de compression du liquide à filtrer coopérant avec un (c'est-à-dire solidaire d'un) corps mobile, lequel piston de compression est monté coulissant dans une chambre de compression (ou de pressurisation) qui est raccordée audit orifice d'entrée,
chaque corps mobile et/ou chaque piston de compression étant solidaire d'un (c'est-à-dire coopèrant mécaniquement avec un) piston de récupération monté coulissant dans une chambre dite de récupération, qui est raccordée audit orifice de sortie.
- un dispositif de séparation à membrane comportant un orifice d'entrée du liquide à filtrer et comportant un orifice de sortie du concentrat,
- au moins une (et de préférence au moins deux) pompe de compression comportant (chacune) un piston de compression du liquide à filtrer coopérant avec un (c'est-à-dire solidaire d'un) corps mobile, lequel piston de compression est monté coulissant dans une chambre de compression (ou de pressurisation) qui est raccordée audit orifice d'entrée,
chaque corps mobile et/ou chaque piston de compression étant solidaire d'un (c'est-à-dire coopèrant mécaniquement avec un) piston de récupération monté coulissant dans une chambre dite de récupération, qui est raccordée audit orifice de sortie.
Selon d'autres modes préférés de réalisation de l'invention
- chaque corps mobile pesant est monté coulissant verticalement dans un puits (ou fourreau ou guide) respectif, de hauteur adaptée à la course du corps ; l'installation peut comporter un ou plusieurs actionneur(s) par exemple rotatif(s) d'aide au soulèvement du corps pesant
- la surface des pistons de compression (de même que la section transversale de la chambre de compression) et la surface des pistons de récupération (de même que la section transversale de la chambre de récupération) sont sensiblement dans le même rapport que le rapport du débit volumique de liquide traité en entrée au débit volumique du liquide récupéré en sortie dans le circuit de concentrat, ce qui permet d'utiliser la pression (et l'énergie) du concentrat, sur une course de remontée (du corps mobile pesant) de valeur voisine de celle de la course de descente du corps pesant ; en d'autres termes, la surface des pistons de compression et de récupération est sensiblement dans un rapport inverse du taux de conversion (ou dans un rapport lié à ce taux)
- l'installation comporte des moyens de liaison entre l'extrémité supérieure de chaque corps mobile pesant et un actionneur d'aide à la remontée, qui comportent de préférence un moyen de liaison filiforme déformable tel qu'un câble ou une chaîne métallique ; on peut utiliser un seul câble (ou une seule chaîne) et un seul actionneur d'aide à la remontée pour deux corps fonctionnant de manière alternative (en opposition de phase) et coopérant avec un même dispositif de filtration, à condition que l'on maintienne un brin tendu entre l'actionneur et le corps montant (en phase de récupération) et que la deuxième partie (ou brin) du câble (ou de la chaîne) de liaison, c'est-à-dire la partie du câble s'détendant entre l'actionneur et le corps mobile descendant (durant la phase de compression), soit molle ou lâche
- le point mort haut (dans le cas d'une disposition verticale) de la course de déplacement des corps mobiles est à un niveau inférieur ou égal au niveau de la surface libre d'un bassin ou réservoir de stockage du liquide à filtrer ; dans ce cas notamment, une partie au moins du dispositif de pressurisation et des circuits de raccordement entre les chambres de pressurisation et de récupération et le dispositif de filtration, peut-etre enterrée
- l'installation peut également comporter une pompe annexe de pressurisation, dont la sortie est raccordée à la canalisation d'entrée dans le dispositif de filtration, notamment pour assurer une pressurisation d'appoint du liquide à filtrer, en particulier pour pallier les variations du taux de conversion du filtre
- l'installation peut comporter des moyens annexes de récupération de l'énergie, notamment une turbine de récupération d'appoint, dont l'orifice d'entrée est raccordé à la canalisation de sortie du concentrat du dispositif de filtration ; un réservoir de stockage du concentrat sous pression, également raccordé à la canalisation de sortie du concentrat du dispositif de filtration, peut également être prévu
- l'installation comporte des vannes, qui peuvent être commandées à distance, permettant de raccorder ou non (c'est-à-dire de raccorder alternativement et successivement) les chambres de pressurisation et de récupération aux canalisations d'entrée de liquide et d'évacuation de concentrat, et auxdits orifices d'entrée et de sortie du filtre
- la masse de chacun des corps mobiles verticalement est comprise entre 1 tonne et 1000 tonnes, par exemple voisine de 10 à 100 tonnes
- chaque corps mobile peut comporter plusieurs pistons disposés selon une symétrie centrée (ou centrale) pour faciliter l'équilibrage des efforts de poussée, de manière à obtenir un effort résultant, qui soit à tout instant sensiblement coaxial avec l'axe selon lequel se déplace le corps, qui est de préférence confondu avec l'axe longitudinal du corps, qui est lui-même de préférence construit selon une symétrie cylindrique d'axe vertical
- chaque corps mobile peut être muni d'au moins trois pistons, en particulier de quatre à six pistons ; chaque corps peut comporter au moins un piston de récupération (disposé de manière centrale) et au moins deux pistons de compression, en particulier de trois à cinq pistons de compression ; à l'inverse, chaque corps peut comporter au moins un piston de compression, par exemple en position centrale, et au moins deux pistons de récupération, en particulier de trois à cinq pistons de récupération qui sont disposés régulièrement espacés sur un cercle centré sur le centre du piston central
- la structure du corps mobile pesant peut comporter un agrégat de particules minérales non métalliques, telles que sable ou gravier, auxquelles sont ajoutées et mélangées des particules minérales métalliques telles que des résidus d'alliages ferreux ou d'aluminium, ces particules métalliques et non métalliques étant amalgamées à l'aide d'un liant tel qu'une résine synthétique ou du ciment par exemple, le tout étant par exemple surmoulé sur des logements tubulaires parallèles entre eux et parallèles à l'axe longitudinal du corps pesant, selon lequel celuici se déplace ; ces éléments peuvent être moulés avec la structure de forme cylindrique générale du corps pesant, par exemple moulés à l'intérieur d'une chemise cylindrique ceinturant le corps pesant.
- chaque corps mobile pesant est monté coulissant verticalement dans un puits (ou fourreau ou guide) respectif, de hauteur adaptée à la course du corps ; l'installation peut comporter un ou plusieurs actionneur(s) par exemple rotatif(s) d'aide au soulèvement du corps pesant
- la surface des pistons de compression (de même que la section transversale de la chambre de compression) et la surface des pistons de récupération (de même que la section transversale de la chambre de récupération) sont sensiblement dans le même rapport que le rapport du débit volumique de liquide traité en entrée au débit volumique du liquide récupéré en sortie dans le circuit de concentrat, ce qui permet d'utiliser la pression (et l'énergie) du concentrat, sur une course de remontée (du corps mobile pesant) de valeur voisine de celle de la course de descente du corps pesant ; en d'autres termes, la surface des pistons de compression et de récupération est sensiblement dans un rapport inverse du taux de conversion (ou dans un rapport lié à ce taux)
- l'installation comporte des moyens de liaison entre l'extrémité supérieure de chaque corps mobile pesant et un actionneur d'aide à la remontée, qui comportent de préférence un moyen de liaison filiforme déformable tel qu'un câble ou une chaîne métallique ; on peut utiliser un seul câble (ou une seule chaîne) et un seul actionneur d'aide à la remontée pour deux corps fonctionnant de manière alternative (en opposition de phase) et coopérant avec un même dispositif de filtration, à condition que l'on maintienne un brin tendu entre l'actionneur et le corps montant (en phase de récupération) et que la deuxième partie (ou brin) du câble (ou de la chaîne) de liaison, c'est-à-dire la partie du câble s'détendant entre l'actionneur et le corps mobile descendant (durant la phase de compression), soit molle ou lâche
- le point mort haut (dans le cas d'une disposition verticale) de la course de déplacement des corps mobiles est à un niveau inférieur ou égal au niveau de la surface libre d'un bassin ou réservoir de stockage du liquide à filtrer ; dans ce cas notamment, une partie au moins du dispositif de pressurisation et des circuits de raccordement entre les chambres de pressurisation et de récupération et le dispositif de filtration, peut-etre enterrée
- l'installation peut également comporter une pompe annexe de pressurisation, dont la sortie est raccordée à la canalisation d'entrée dans le dispositif de filtration, notamment pour assurer une pressurisation d'appoint du liquide à filtrer, en particulier pour pallier les variations du taux de conversion du filtre
- l'installation peut comporter des moyens annexes de récupération de l'énergie, notamment une turbine de récupération d'appoint, dont l'orifice d'entrée est raccordé à la canalisation de sortie du concentrat du dispositif de filtration ; un réservoir de stockage du concentrat sous pression, également raccordé à la canalisation de sortie du concentrat du dispositif de filtration, peut également être prévu
- l'installation comporte des vannes, qui peuvent être commandées à distance, permettant de raccorder ou non (c'est-à-dire de raccorder alternativement et successivement) les chambres de pressurisation et de récupération aux canalisations d'entrée de liquide et d'évacuation de concentrat, et auxdits orifices d'entrée et de sortie du filtre
- la masse de chacun des corps mobiles verticalement est comprise entre 1 tonne et 1000 tonnes, par exemple voisine de 10 à 100 tonnes
- chaque corps mobile peut comporter plusieurs pistons disposés selon une symétrie centrée (ou centrale) pour faciliter l'équilibrage des efforts de poussée, de manière à obtenir un effort résultant, qui soit à tout instant sensiblement coaxial avec l'axe selon lequel se déplace le corps, qui est de préférence confondu avec l'axe longitudinal du corps, qui est lui-même de préférence construit selon une symétrie cylindrique d'axe vertical
- chaque corps mobile peut être muni d'au moins trois pistons, en particulier de quatre à six pistons ; chaque corps peut comporter au moins un piston de récupération (disposé de manière centrale) et au moins deux pistons de compression, en particulier de trois à cinq pistons de compression ; à l'inverse, chaque corps peut comporter au moins un piston de compression, par exemple en position centrale, et au moins deux pistons de récupération, en particulier de trois à cinq pistons de récupération qui sont disposés régulièrement espacés sur un cercle centré sur le centre du piston central
- la structure du corps mobile pesant peut comporter un agrégat de particules minérales non métalliques, telles que sable ou gravier, auxquelles sont ajoutées et mélangées des particules minérales métalliques telles que des résidus d'alliages ferreux ou d'aluminium, ces particules métalliques et non métalliques étant amalgamées à l'aide d'un liant tel qu'une résine synthétique ou du ciment par exemple, le tout étant par exemple surmoulé sur des logements tubulaires parallèles entre eux et parallèles à l'axe longitudinal du corps pesant, selon lequel celuici se déplace ; ces éléments peuvent être moulés avec la structure de forme cylindrique générale du corps pesant, par exemple moulés à l'intérieur d'une chemise cylindrique ceinturant le corps pesant.
Grâce à l'invention, on peut notamment réaliser une installation de dessalement d'eau de mer par osmose inverse, dont l'énergie consommée rapportée au volume d'eau dessalée obtenue est inférieure à 5 kWh /m3, généralement de l'ordre de 2 à 3,5 kWh / m3, en utilisant un système de récupération d'énergie simple, robuste et peu coûteux.
L'invention s'applique en particulier aux installations permettant de délivrer de l'ordre de 10 à 1000 m3 par heure d'eau filtrée (permeat).
Les nombreux avantages procurés par l'invention seront mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de l'invention.
Dans les dessins, les éléments identiques ou similaires portent, sauf indication contraire, les mêmes références d'une figure à l'autre.
La figure 1 illustre en vue schématique en coupe par un plan vertical, les principaux constituants d'une installation de traitement d'eau conforme à l'invention.
La figure 2 est une vue similaire à celle de la figure 1, représente la même installation dans une deuxième phase d'un cycle de fonctionnement du dispositif de compression et de récupération conforme à l'invention.
Les figures 3 et 4 illustrent respectivement, de la même manière que les figures 1 et 2, en vue schématique en coupe par un plan vertical, une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention, équipé de deux corps pesants mobiles verticalement et fonctionnant en opposition de phase ; l'installation illustrée figures 3 et 4 reprend les principaux constituants illustrés figures 1 et 2 et illustre en outre des composants optionnels supplémentaires, à savoir essentiellement une pompe (repérée 41) de pressurisation d'appoint, une turbine (repérée 42) de récupération d'appoint et un dispositif de stockage (repéré 43) d'appoint de concentrat pressurisé ; chaque corps pesant est équipé d'un piston de récupération et de deux pistons de compression.
Les figures 6 et 7 illustrent en vue latérale par un plan vertical un troisième mode de réalisation d'un dispositif de compression et de récupération de l'énergie pour une installation de traitement d'eau conforme à l'invention qui est partiellement enterré sous le niveau (repéré 50) du sol ; la figure 6 est une vue selon VI de la figure 7.
La figure 8 illustre en vue en coupe par un plan perpendiculaire à son axe longitudinal ou axe de déplacement, un mode préféré de réalisation d'un corps pesant rentrant dans la constitution d'une installation conforme à l'invention.
La figure 5, qui est une vue en coupe selon V/V de la figure 8, illustre en vue en coupe par deux demi-plans parallèles à l'axe longitudinal du corps pesant, la structure de ce corps pesant équipé d'un piston de récupération et de trois pistons de compression.
La figure 9 illustre de la même manière que la figure 4, une variante de réalisation de l'invention utilisant une liaison entre les corps mobiles par bielle et biellettes articulées.
Par référence aux figures 1 à 4 particulièrement, l'installation 2 comporte un bassin 44 contenant de l'eau 20 à filtrer, dont la surface libre est repérée 200 ; l'eau 20 est susceptible de s'écouler par une canalisation 100, jusqu'au dispositif 1 de filtration de l'installation ; le dispositif de filtration proprement dit ou unité de filtration ou filtre 1 membranaire est muni d'un orifice 3 d'entrée du liquide à filtrer, d'un orifice 5 de sortie du perméat, notamment d'eau douce, par lequel le dispositif 1 de filtration est relié à une canalisation 500 de délivrance de l'eau filtrée pour son utilisation ; le dispositif 1 de filtration est en outre doté d'un orifice 4 de sortie du concentrat, par lequel le dispositif 1 est relié à une conduite 400 de sortie du concentrat ; l'orifice 3 d'entrée du filtre 1 est relié à une canalisation 300 d'arrivée du liquide à filtrer.
Par référence aux figures 1 à 5 et 8 en particulier, le dispositif de pressurisation et de récupération d'énergie équipant l'installation 2 comporte deux corps pesants respectivement repérés 6 et 7, susceptibles de se déplacer selon un mouvement alternatif périodique de translation verticale d'axe respectif 700 et 800.
Les figures 1 et 3 illustrent le dispositif dans une phase de fonctionnement du procédé, dans laquelle le corps pesant 6 est animé d'un mouvement vertical descendant repéré 6A, sous l'effet de son propre poids, ce qui provoque, par l'intermédiaire d'un piston 24 de compression qui est monté mobile dans une chambre 25, la pressurisation et la délivrance de l'eau pressurisée à filtrer à l'entrée du dispositif 1 de filtration ; le deuxième corps pesant 7 est, sur ces figures 1 et 3, animé d'un mouvement vertical ascendant repéré 7A, sous l'effet d'une part de la pression du concentrat délivré en sortie 4 du dispositif 1, laquelle pression lui est appliquée par l'intermédiaire d'un piston de récupération 22 mobile dans une chambre 23 de récupération, et sous l'effet d'autre part d'un actionneur 11.
Comme illustré sur ces figures 1 à 5 en particulier, chaque corps pesant 6, 7 comporte au moins un piston 22 de récupération qui est solidarisé à la structure 36, 37 du corps pesant, par l'intermédiaire d'une tige 33 (figure 5), s'étendant à l'intérieur d'un logement 38 cylindrique prévu à l'intérieur du corps 6, 7 ; le corps 6, 7 est également muni d'un ou plusieurs piston(s) 24 de compression, également solidarisé(s) mécaniquement au corps 6, 7 par une tige 33 fixée à une bride 32 d'extrémité du logement 38 ; chacun des logements 38 est délimité par des parois cylindriques 31 d'axe longitudinal parallèle à l'axe longitudinal 900 du corps pesant 6, 7 ; la masse du corps pesant résulte notamment de la présence d'un agrégat 36, par exemple surmoulé sur les enveloppes cylindriques 31 fermées par la bride 32, lequel agrégat 36 comporte des particules non métalliques 35 liées avec des particules métalliques 34, lequel agrégat 36 peut être, comme illustré figure 5, moulé à l'intérieur d'une chemise cylindrique 37 ceinturant le bloc cylindrique pesant 6, 7.
Par référence à la figure 5 en particulier, les pistons de récupération 22 et de compression 24, qui sont montés mobiles en translation avec le corps 6, 7 auquel ils sont liés, sont susceptibles de coopérer respectivement avec une chambre fixe de récupération 23 et une chambre fixe de compression 25, qui peuvent être respectivement mises en communication avec les orifices de sortie 4 et d'entrée 3 du filtre ; la chambre 23 de récupération est délimitée par des parois cylindriques 30 susceptibles de coulisser à l'intérieur de la chemise cylindrique 31 prévue dans le bloc pesant 6, 7 ; lors d'un déplacement du corps 6, 7 par rapport à la chambre 23 qui est fixe, le piston 22 de récupération lié rigidement au corps 6, 7 peut coulisser à l'intérieur de la chambre 23 ; cette chambre 23 est en outre délimitée à son extrémité inférieure par une bride 29 percée d'un orifice 28 permettant la communication entre la chambre 23 et l'orifice 4 du filtre ; de manière similaire, chacune des chambres 25 de compression est délimitée par des parois cylindriques 30 d'axe parallèle à l'axe 40 du logement 38 du corps pesant 6, 7, lesquelles parois cylindriques 30 délimitant la chambre 25 peuvent également coulisser à l'intérieur du logement cylindrique 38 délimité par la paroi tubulaire 31 l'extrémité inférieure de la chambre 25 est délimitée par une bride 29 percée d'un orifice 28 de communication avec l'orifice 3 d'entrée du filtre.
Le fonctionnement est le suivant par référence aux figures 1 à 4 en particulier ; dans la phase de fonctionnement illustrée figures 1 et 3, qui correspond à une première demi-période du cycle de fonctionnement de l'installation, le mouvement descendant du corps 6 provoque, d'une part l'alimentation du filtre 1 en eau pressurisée, et d'autre part l'évacuation du concentrat présent dans la chambre de récupération associée au corps 6 ; inversement, durant cette phase, le mouvement ascendant du corps 7 sous l'effet de l'actionneur de compensation et de la pression du concentrat sortant du filtre (pression qui est appliquée au piston de récupération équipant le corps 7), provoque et/ou permet le remplissage de la chambre de compression associée au corps par le liquide à filtrer (qui sera pressurisé lors de la demi-période suivante) ; le premier corps pesant 6 situé à gauche sur ces figures, qui est animé d'un mouvement vertical descendant repéré 6A selon l'axe 700 vertical, provoque une pressurisation du liquide à filtrer présent dans la chambre 25 de compression communiquant avec la canalisation 300 et l'orifice 3 d'entrée du filtre, grâce au mouvement du piston 24 de compression vertical descendant dans la chambre 25 ; à cet effet, le liquide expulsé par le piston 24 de la chambre 25 s'écoule selon la flèche 27 dans un conduit 17 (équipé d'une vanne 15 ouverte) qui relie la chambre 25 au conduit 300 d'entrée ; durant cette phase, le concentrat présent dans la chambre de récupération 23 est chassé par le piston 22 de récupération qui est solidaire du premier corps 6, dans une conduite 600 d'évacuation d'eau sursalée équipée d'une vanne 21 (en partie gauche des figures 1 - 4) qui, dans cette phase de fonctionnement est ouverte, comme repéré par le signe O sur la figure 1 ; à cet effet, la vanne 14 (située en partie gauche des figures) prévue sur le conduit 16 reliant le conduit 400 de sortie de concentrat à la chambre 23 de récupération coopérant avec le premier corps 6, est fermée.
De manière symétrique et opposée, dans cette phase de fonctionnement illustrée figures 1 et 3, le deuxième corps pesant 7 est animé d'un mouvement vertical ascendant selon la flèche 7A et l'axe 800 ; ce mouvement vertical ascendant résulte d'une part d'une traction verticale ascendante exercée par un actionneur 11 par l'intermédiaire d'un câble 13 reliant l'actionnneur 11 à l'extrémité supérieure du corps 7 pour compenser une partie du poids du corps 7, et résulte d'autre part de la poussée verticale ascendante exercée sur le corps 7 par l'intermédiaire du piston de récupération 22 dont celui-ci est équipé ; le piston 22 est alors soumis par sa face inférieure à la pression du concentrat présent dans la chambre 23 de récupération communiquant (par l'intermédiaire des canalisations 16 et 400 et de la vanne 14 située à droite qui, dans cette étape est ouverte), avec l'orifice 4 de sortie de concentrat du filtre 1 ; le concentrat sortant du filtre 1 par l'orifice 4 s'écoule dans les conduits 400, 16 selon la flèche 26. Le mouvement ascendant 7A du corps 7 provoque également une mise en dépression de la chambre 25 de compression associée au corps 7, par le piston 24 ; la vanne 18, qui équipe le conduit 19 reliant la chambre 25 au conduit 100, étant ouverte, le liquide 20 provenant du bassin remplit la chambre 25 associée au corps 7.
Le fonctionnement correspondant aux illustrations des figures 2 et 4 est l'inverse de celui des figures 1 et 3 respectivement ; de ce fait, l'état (ouvert repéré O ou fermé repéré F ) des différentes vannes 14, 15, 18, 21 est sur les figures 2 et 4, inverse de l'état des mêmes vannes sur les figures 1 et 3.
Dans la phase suivante ou la demi-période du cycle de fonctionnement correspondant aux figures 2 et 4, le mouvement descendant du corps 7 provoque, d'une part l'alimentation du filtre 1 en eau pressurisée, et d'autre part l'évacuation du concentrat présent dans la chambre de récupération associée au corps 7 ; inversement, durant cette phase, le mouvement ascendant du corps 6 sous l'effet de l'actionneur de compensation et de la pression du concentrat sortant du filtre (pression qui est appliquée au piston de récupération équipant le corps 6), provoque et/ou permet le remplissage de la chambre de compression associée au corps par le liquide à filtrer (qui sera pressurisé lors de la demi-période suivante).
Dans les modes de réalisation représentés figures 1 et 2, on a symboliquement illustré deux actionneurs 10 et 11 d'entraînement respectifs des corps pesants 6 et 7 auxquels ils sont liés par des tronçons de câble 12 et 13, les corps pesants 6 et 7 se déplaçant dans des puits 8 et 9 respectifs, d'axes respectifs 700 et 800 ; il est avantageux dans certains cas de prévoir un seul actionneur, ce qui peut être réalisé, comme illustré figures 3, 4, 6 et 7 notamment, en prévoyant une seule poulie 45, comme illustré figures 6 et 7 ou bien deux poulies 45 et 46, comme illustré figures 3 et 4 ; dans ce cas, une seule poulie, par exemple celle repérée 45, est entrainée en rotation selon l'axe 48 par un actionneur représenté figure 6 et repéré 49, tel qu'un moteur électrique.
L'actionneur 49 sert à participer à la remontée selon les flèches 6B ou 7A de l'un ou l'autre des corps pesants 6 et 7, suivant la phase dont il s'agit, par traction sur le corps, grâce à une partie 47A d'un câble ou chaîne 47 qui est tendu.
Dans le mode de réalisation illustré figures 3, 4, 6, 7 où l'on utilise une seule liaison (chaîne 47 entraînée par un pignon 45 mue par un moteur), il faut maintenir non tendu le brin ou partie 47B de la liaison 47, qui s'étend entre l'organe moteur (pignon 45) et le corps pesant (6 ou 7) en phase descendante, pour ne pas exercer de traction ascendante sur ce corps descendant, et permettre ainsi d'utiliser l'énergie potentielle qu'il a accumulée pour comprimer et délivrer (pendant son mouvement descendant) le liquide à filtrer jusqu'au filtre.
Par référence à la figure 9, le dispositif reprend le même fonctionnement et la même structure générale que celui décrit en relation avec les figures 3 et 4. Dans cette variante les chambres de compression ne sont plus liées à un lest qui permet de générer la pression lors de la descente et de stocker l'énergie lors de la montée.
Les deux corps 6 et 7 sont
Claims (10)
1. Procédé de filtration d'un liquide, utilisant un dispositif (1) de séparation que l'on alimente avec ledit liquide qui est pressurisé par une pompe à piston, dans lequel on recueille d'une part un concentrat et d'autre part un perméat, caractérisé en ce qu'on utilise l'énergie du concentrat pour déplacer un piston de récupération servant à entraîner, par l'intermédiaire d'une liaison mécanique, la pompe à piston.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on soulève plusieurs corps mobiles équipés d'un piston de compression et/ou d'un piston de récupération selon un mouvement périodique de translation verticale, sur une course inférieure à 20 mètres et au moins égale à 1 mètre, selon une période comprise entre 2 secondes et 10 minutes.
3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel chaque corps mobile est mécaniquement solidaire d'un premier piston de récupération, qui est monté coulissant dans une première chambre de récupération qui est susceptible d'être mise en communication avec le circuit du concentrat, et dans lequel chaque corps mobile est mécaniquement solidaire d'un deuxième piston de pressurisation, qui est monté coulissant dans une deuxième chambre de pressurisation, qui est susceptible d'être mise en communication avec le circuit d'alimentation du liquide à filtrer.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel on utilise en outre un actionneur (10, 11) pour soulever ledit corps et/ou pour entraîner le piston de compression de la pompe.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel on utilise successivement et de façon alternée et répétitive chaque corps mobile pour pressuriser le liquide à filtrer à une pression d'entrée comprise entre 10 et 100 bars, et pour le délivrer au dispositif de filtration, pendant une phase de compression dans laquelle le corps mobile descend, principalement sous l'effet de son poids, puis on utilise le corps mobile pour récupérer l'énergie du concentrat, pendant une phase de récupération dans laquelle le corps mobile s'élève sous l'effet de la pression du concentrat qui lui est appliquée par l'intermédiaire d'un piston de récupération dont il est mécaniquement solidaire.
6. Installation (2) de filtration d'un liquide qui comporte
- un dispositif (1) de séparation comportant un orifice (3) d'entrée dudit liquide et comportant un orifice (4) de sortie de concentrat,
- une pompe de compression du liquide comportant au moins un piston de compression monté coulissant dans une chambre de compression raccordée audit orifice (3) d'entrée,
caractérisée en ce que ledit piston de compression est lié mécaniquement à un piston de récupération monté coulissant dans une chambre de récupération qui est raccordée audit orifice (4) de sortie.
7. Installation selon la revendication 6, comportant au moins deux corps (6, 7) montés coulissant dans un fourreau (8, 9) de hauteur adaptée à la course du corps, chaque corps étant mécaniquement solidaire d'au moins un piston de compression et d'au moins un piston de récupération, et l'installation comporte au moins un actionneur (10, 11) d'aide au déplacement desdits corps.
8. Installation selon la revendication 7, qui comporte des moyens déformables de liaison entre chaque corps (6, 7) pesant et un actionneur rotatif (10, 11) d'aide à la remontée des corps (6, 7), tels qu'un ou plusieurs câble(s) ou chaîne(s), et dans laquelle chaque corps et chaque piston est monté coulissant verticalement.
9. Installation selon la revendication 7, qui comporte des moyens rigides articulés de liaison (tels qu'un système comportant une bielle rotative - ou balancier - et deux biellettes) entre chaque piston de récupération et un piston de compression associé, et un actionneur (linéaire ou de préférence rotatif) mécanique pour entraîner en mouvement les moyens rigides de liaison et fournir l'énergie complémentaire nécessaire a la compression.
10. Installation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, qui comporte des vannes commandées à distance permettant de raccorder ou non les chambres de pressurisation et de récupération aux canalisations d'entrée de liquide et d'évacuation de concentrat, et auxdits orifices (3, 4) d'entrée et de sortie, dans laquelle la masse de chacun des corps mobiles est comprise entre 1 tonne et 1000 tonnes, dans laquelle chaque corps comporte plusieurs pistons disposés selon une symétrie centrée pour faciliter l'équilibrage des efforts de poussée, et dans laquelle chaque corps comporte un agrégat de particules amalgamées à l'aide d'un liant tel qu'une résine synthétique ou du ciment.
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