WO2001096244A1 - Procedes et appareils de distillation notamment pour produire de l'eau douce - Google Patents

Procedes et appareils de distillation notamment pour produire de l'eau douce Download PDF

Info

Publication number
WO2001096244A1
WO2001096244A1 PCT/FR2001/001832 FR0101832W WO0196244A1 WO 2001096244 A1 WO2001096244 A1 WO 2001096244A1 FR 0101832 W FR0101832 W FR 0101832W WO 0196244 A1 WO0196244 A1 WO 0196244A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
elements
liquid
evaporation
heat exchange
boiler
Prior art date
Application number
PCT/FR2001/001832
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Paul Domen
Original Assignee
Third Millenium Water Company
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Third Millenium Water Company filed Critical Third Millenium Water Company
Priority to AU2001267640A priority Critical patent/AU2001267640A1/en
Priority to US10/297,440 priority patent/US20040026225A1/en
Publication of WO2001096244A1 publication Critical patent/WO2001096244A1/fr

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
    • F28F21/06—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material
    • F28F21/065—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials of plastics material the heat-exchange apparatus employing plate-like or laminated conduits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/22—Evaporating by bringing a thin layer of the liquid into contact with a heated surface
    • B01D1/221—Composite plate evaporators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D3/00—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping
    • B01D3/34—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances
    • B01D3/343—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas
    • B01D3/346—Distillation or related exchange processes in which liquids are contacted with gaseous media, e.g. stripping with one or more auxiliary substances the substance being a gas the gas being used for removing vapours, e.g. transport gas
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/16—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using waste heat from other processes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D5/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation
    • F28D5/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, using the cooling effect of natural or forced evaporation in which the evaporating medium flows in a continuous film or trickles freely over the conduits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2245/00—Coatings; Surface treatments
    • F28F2245/02—Coatings; Surface treatments hydrophilic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/20—Controlling water pollution; Waste water treatment
    • Y02A20/208—Off-grid powered water treatment
    • Y02A20/212—Solar-powered wastewater sewage treatment, e.g. spray evaporation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the invention relates to new distillation processes and apparatuses as well as to particular heat exchangers used in these apparatuses. Such processes and devices are likely to have a very high coefficient of performance, that is to say capable of producing fresh water, per unit of thermal energy consumed, much greater than the amount of sea water. evaporated by this same energy (1.4 Iiter / kWh).
  • Two particular (but not limiting) applications of the invention relate mainly to the production of fresh water, in particular from sea water, but also that of concentrates such as syrups or brines.
  • liquid distillation apparatuses use hollow heat exchangers to condense the vapor produced by the heating of the liquid to be distilled.
  • steam or air saturated with vapor can circulate inside or outside the exchanger, while a cold liquid circulates outside. or inside the exchanger.
  • the first case is that of the coil of stills for alcoholic liquids.
  • the second case is that of different salt water distillation devices. In both cases, the coefficient of performance is particularly low.
  • a pump circulates cold salt water in helical conduits, installed in a condensation chamber, then pours in rain this water thus heated on similar conduits, installed in an evaporation chamber and traversed by a heating fluid appropriate;
  • a fan circulates air in a closed circuit, from bottom to top of the evaporation chamber and from top to bottom of the condensation chamber;
  • the heat supplied to the conduits of the evaporation chamber is used in an inefficient manner.
  • the heat of condensation of the vapor entrained by the circulating air only serves to slightly warm the salt water to be distilled, before this water, thus heated, undergoes greater heating in the evaporation chamber. . Consequently, the coefficient of performance of this distillation apparatus is low.
  • Multi-Stage Flash (MSF)
  • MSF Multi-Stage Flash
  • Another process is used which provides an excellent coefficient of performance.
  • This technique is briefly described on page 39 of the English journal “New Engineer” of August 31, 1991, in an article entitled “Fresh water from the sea”, which, moreover, gives a fairly complete presentation of the main desalination techniques of seawater (distillation and reverse osmosis) then available and still used.
  • the MSF process developed in the 1950s, consisted of heating sea water in a boiler to successively supply evaporation and condensation chambers, with dividing partitions which are good conductors of heat, arranged in series (usually around twenty). From one room to another, the temperature decreases in stages and goes, for example, from 95 to 45 ° C. In these chambers, thanks to the action of vacuum pumps, the presence of any noncondensable gas is eliminated and the vapor pressure decreases there in stages, from a value close to atmospheric pressure for the first to a low value for the last, in accordance with the quasi-exponential law, well known to specialists, which links the temperature of water and its saturated vapor pressure. In each room, the water boils and evaporation occurs.
  • the MSF units installed by the dozen in the Gulf region, are large factories which each produce 4,000 to 20,000 m 3 / day of fresh water.
  • the quantities of thermal and mechanical energy consumed by the boiler and vacuum pumps are very large, but this is not a problem in these countries, which is not the case in most of the others.
  • the advantages of an MSF unit are its simplicity, its reliability, its service life and its low maintenance cost.
  • the amount of the initial investment of an MSF unit is particularly high and its use reserved for large cities (of the order of a million inhabitants).
  • the MSF technique does not lend itself well or not at all, because of its installation and operating costs, to the realization of average daily production units (a few hundred m 3 / day, for example) or a fortiori very small (100 liters / day, for example) to supply small communities,
  • the present invention derives from an interesting process for the distillation of sea water, implemented in one of the solar stills for producing fresh water, described in an international patent application, published under the number WO 98/16474, filed by Jean-Paul DOMEN, author of the present invention.
  • This solar still is made up of a cylindrical balloon several meters long, made of flexible plastic, slightly inflated with air. It includes three chambers which open into each other and thus form a closed circuit, traversed by a current of air generated by a fan. It has an evaporation chamber arranged above a first condensation chamber and a second condensation chamber arranged at the end.
  • the evaporation chamber has a black external wall, provided with a transparent thermal protection cover slightly swollen with air, and an internal wall which constitutes a thin dividing partition separating it from the first condensation chamber.
  • the internal face of the walls of the evaporation chamber is provided with a hydrophilic coating, in which slowly circulates, by capillarity and gravity, the sea water to be distilled, brought by a gutter installed along the high generator of the balloon .
  • the internal faces of the walls of the two condensation chambers are impermeable, however the first chamber has an thermally well insulated external face and the second an external face cooled by the action of a hydrophilic coating, constantly humidified, exposed to air. and arranged in the shade.
  • the boiler produces both hot water and steam, from two evaporation surfaces, one directly heated by the heat source (the radiation of the sun) and the other, constituted by the dividing partition.
  • the ventilator circulates in a closed circuit an air current entraining the vapor produced in the evaporation chamber towards the first then towards the second condensation chamber.
  • the stream of hot and humid air current which licks the impermeable face of the dividing wall is, all along this wall, always a little warmer (1) than the hot water which s '' flows slowly, by capillarity and gravity, into the hydrophilic coating on the other side of this partition and (2) that the air stream, cooled and dried in the second condensation chamber, which gradually heats up and moistens , by traveling in opposite direction along this other face belonging to the evaporation chamber. It follows that, over the entire impermeable face of this dividing partition, water vapor condenses and that, through this dividing partition, part of the heat of condensation of this vapor is transmitted to sea water. heated which circulates in the hydrophilic coating on the other side.
  • the brine As for the brine, it is collected at the low point of the dividing wall, on the side of the evaporation chamber.
  • the cooling and drying of this air in the second condensation chamber is also not very effective, because they are carried out with limitations similar to those of the first, namely a cold external wall surface necessarily limited and a too large average gap. between this cold surface and the veins of air circulating inside.
  • the first object of the invention is to develop new distillation processes which extrapolate the basic concepts of the previous process by J.P. DOMEN.
  • the second object of the invention is to develop new distillation processes which, in the presence of an incondensable gas, perform evaporation and condensation operations similar to those carried out in MSF systems.
  • the third object of the invention is to develop such methods, so that they have particularly high performance coefficients and that they are capable of producing determined daily volumes of fresh water, situated in a range going 0.1 to a few hundred m 3 / day
  • the fourth object of the invention is to build stills with a high performance coefficient, in particular intended to produce fresh water and / or concentrates of aqueous solutions, which are economical in construction, operation and maintenance
  • the fifth object of the invention is to build stills, with a high coefficient of performance, which are particularly well suited to treating, at attractive economic conditions, the hot sea water produced by the cooling of marine engines, installed on land. or aboard ships 10
  • the sixth object of the invention is to build solar stills, with a high coefficient of performance, which are particularly well suited to producing fresh water, at attractive economic and technical conditions, in the regions coastal drylands, in deserts in the subsoil) containing brackish water or in tropical regions with only polluted waters
  • the seventh object of the invention is to develop and manufacture different heat exchange elements, which are effective and yet inexpensive, particularly suitable for carrying out significant recycling of the latent heat of condensation of the vapor produced during a distillation.
  • the noncondensable gas is used as the heat-transfer fluid, while the operations of evaporation and condensation are carried out on either side of the walls of a heat exchanger, through which passes the flow of 5D heat, that the flows of the gas transporting the vapor are carried out against the current during these operations, that the liquid to be evaporated progresses on one of the faces of these walls and that the distilled liquid condenses on the other side, the hot and cold sources being situated at the two ends of the gas stream loop on itself thus constituted
  • - heat exchange elements hollow and flat, with external and, if necessary, internal walls, adapted to ensure a substantially uniform spreading of any liquid flowing on them, by gravity and / or capillarity, are arranged, vertical or inclined , in a heat-insulated treatment chamber, with narrow separation spaces, of substantially constant width, filled with an incondensable gas, tf ----? - (e liquid to be distilled is heated and steam is produced;
  • a current of hot gas saturated with vapor traverses from top to bottom the interior of the elements while liquid to be distilled, preferably hot, flows uniformly along their external walls, -
  • a gas / liquid separation is made and the gas is slightly cooled before being introduced at the base of the spaces separating the elements, so as to lick their outer walls from bottom to top;
  • the concentrate is collected at the bottom of the spaces separating the elements.
  • this first process brings two new advantages: (1) excellent transmission of the heat of condensation of the vapor, through the thin walls of the heat exchange elements, thanks to suitable interior and exterior coatings, in particular hydrophilic or wettable, which allow flows in substantially uniform and relatively slow thin layers of the liquid to be distilled and the distilled liquid, on each side of these walls and therefore a good transfer of heat from one to the other, (2) replacement the second condensation chamber by any more appropriate heat exchange device, for example a coil immersed in liquid at the outside temperature.
  • This new process has the disadvantage of having to replace the fan with low power consumption, used in the previous process, by a turbine imposing a much higher power consumption.
  • the evaporation of the liquid to be distilled is carried out on one or more hot surfaces, operating at a non-uniform temperature, installed in a first treatment chamber, and the condensation of vapor, carried out on one or other surfaces, operating at a non-uniform temperature which is generally colder than the preceding one (s) tes, installed in a second treatment chamber communicating with the first from the top and from the bottom, the different zones of the evaporation and condensation surfaces being locally maintained at the required temperatures, thanks to the counter-current circulation of a heat transfer fluid along these surfaces a hot source being disposed between the hottest ends of the surfaces of evaporation and condensation and a cold source, installed between their coldest ends, the heat exchanges between the hot surface (s) and the or the cooler surfaces, being ensured by the circulation in a closed circuit, in a direction opposite to that of the heat transfer fluid, of an incondensable gas passing from one chamber to the other, with variable partial pressures of vapor, both
  • - heat exchange elements hollow and flat, having at least one outer wall ensuring a substantially uniform spreading of any liquid flowing on them, by gravity and / or capillarity, are arranged vertical or inclined, in two heat-insulated treatment chambers, communicating from above and from below, respectively assigned to the evaporation of liquid and to the condensation of vapor, in such a way that these elements are separated there in pairs by a narrow free space, of substantially constant width, filled with an incondensable gas;
  • a heat transfer liquid is heated in a boiler and caused to circulate, in a closed circuit, from top to bottom inside the elements of the evaporation chamber, then, after slight cooling, from bottom to top inside the elements of the condensation chamber and finally it is brought back to the boiler;
  • a stream of gas saturated with vapor circulates in a closed circuit between the heat exchange elements, from top to bottom of the condensation chamber and then from bottom to top of the evaporation chamber; - A determined flow of cold liquid to be distilled continuously generates the flow of liquid spread over the heat exchange elements of the evaporation chamber;
  • the evaporation of the liquid is carried out on one or more hot surfaces, operating at a non-uniform temperature, and the condensation of vapor, carried out on one or other other surfaces, arranged (s ) opposite the previous one (s), operating at a generally cooler non-uniform temperature, the various zones of the evaporation and condensation surfaces being locally maintained at the required temperatures, by virtue of the countercurrent circulation of a heat-transfer fluid , a hot source being disposed between the hottest ends of the evaporation and condensation surfaces and a cold source, installed between their coldest ends, the differences in partial pressures of saturated vapor between the different zones of said surfaces being ensured by the presence of an incondensable gas in a treatment chamber, press uniform total ion.
  • a determined flow of cold liquid to be distilled continuously generates the flow of liquid spilled at the top of the outer walls of the evaporation elements; - the distillate is collected at the bottom of the walls of the condensing elements;
  • the concentrate is collected at the bottom of the walls of the evaporation elements.
  • the heat-transfer liquid circulating in a closed circuit is the liquid to be distilled and the cold liquid to be distilled is added to the previous one, at the point of the circuit where it is the least hot.
  • the cold liquid to be distilled is preheated by heat exchange with the concentrate and / or the distillate.
  • the boiler is installed under the treatment chamber (s) and the distance between the boiler and the treatment chamber (s) is sufficient to allow the circulation of the heat transfer liquid, to be carried out by thermosiphon.
  • the boiler is a solar water heater, with or without accumulation, provided with a surface for absorbing solar radiation and, where appropriate, an associated reservoir, said surface then being oversized with respect to the processing capacity of the elements of the chamber and the volume of the reservoir much greater than the total interior volume of these elements.
  • a second particular high-performance distillation process is defined, which differs mainly from the first by the presence of a heat transfer liquid circuit intermediate between a condensation chamber and an evaporation chamber, both equipped with suitable heat exchange elements.
  • This allows a simple fan to be kept to circulate the air between the two chambers but may require the use of a pump, with comparable electrical consumption, to circulate this heat-transfer liquid in a closed circuit, with a relatively low speed and relatively constant pressure.
  • this fan can itself be deleted in the case where the openings, high and low respectively, of communication between the two chambers are sufficiently long and wide, to allow air circulation by simple natural convexro ⁇ , between two chambers containing air at different temperatures.
  • the circulation pump of heat transfer liquid it can also be eliminated, when the boiler is disposed under the treatment chamber, so as to ensure such circulation itself, by thermosiphon.
  • the boiler must only produce hot liquid, it being understood, however, that steam production is also possible there, but, in general, of no particular interest.
  • the heat transfer liquid is the liquid to be distilled
  • the slight cooling intended to be carried out between the two bottoms of the elements of the two chambers, can be accomplished by the cold liquid to be distilled.
  • a double function is then achieved: causing the flow of liquid spread over the evaporation elements and cooling the mixture.
  • the equilibrium temperature of the device concerned will be raised. This will, all other things being equal, increase the coefficient of performance of this device.
  • the third particular distillation process according to the invention is an interesting improvement on the second. Indeed, in this third process, the heat exchange elements respectively assigned to a water evaporation or a vapor condensation, are no longer installed in two separate chambers isolated from each other, respectively dedicated to these two functions, but on the contrary in a single treatment chamber, in which the condensing elements are installed between two evaporation elements. This makes it unnecessary to use a fan to circulate a stream of saturated hot air between the condensing and evaporating elements, since water vapor is produced from top to bottom of a surface. evaporation, arranged at a very short distance from a condensing surface, having at any level a few degrees less. As a result, the vapor produced at each level is transported opposite, by the sole effect of natural diffusion through a thin strip of saturated hot air, at ambient pressure.
  • the advantages of these second and third particular distillation methods according to the invention are particularly advantageous when the boiler is a solar storage water heater, oversized compared to the instant processing capacity of the heat exchange elements used.
  • an accumulation of hot sea water is produced in the tank during the six hours of bright sunshine of a day, which allows a still according to the invention, comprising one (or two) chamber (s) of treatment with limited operational capacity, to operate day and night and its daily production of fresh water to be more than tripled.
  • the first particular distillation process according to the invention has, compared to the other two, the advantage of using, for a given daily production, twice as little heat exchange area. This is because, unlike the other two methods, each heat exchange element has a double function, namely: condensation of vapor on its inner walls and evaporation of liquid on its outer walls. This can more than make up for the drawbacks it presents elsewhere.
  • the MSF process referred to above which comprises a succession of several chambers operating at decreasing temperature and saturated vapor pressure levels
  • these different chambers here are replaced by the different horizontal sections of the separation spaces of the heat exchange elements concerned.
  • the total prevailing pressure is the atmospheric pressure and the temperature of the edges of the spaces of separation concerned decreases continuously from the top to the bottom of the heat exchange elements. The result is, between these sections, a continuous decrease in partial saturated vapor pressure, the stability of which is ensured by the presence in increasing quantity of an incondensable gas (generally air).
  • the amplitude of the results provided by these processes is a relatively complex function of many parameters and in particular (1) of the temperature of the saturated hot air introduced into the elements or of the hot liquid entering the evaporation elements, (2) absolute differences in temperature between the upstream and downstream of the elements, (3) the ratio between the total surface area of the elements and the thermal power used of the boiler, (4) the flow rate of the hot liquid spilled, per unit of surface of the evaporation elements, (5) of the flow rate of the liquid and / or of the air circulating per unit area of the different elements, (6) of the width of the spaces filled with incondensable gas separating these elements, (7) of the drop in temperature created during cooling, (8) the increase in temperature of the liquid and / or air, generated by the boiler and, finally, (9) the coefficient of thermal coupling with the outside , cha mbr of treatment and affected pipelines.
  • a seawater distillation apparatus which implements one or the other of the three methods according to the invention, can produce ten to fifty liters of fresh water per kWh thermal consumed, that is to say from seven to thirty-five times approximately the volume of water evaporated by this same energy.
  • the distillation processes according to the invention obviously carry out an exceptionally efficient recycling of the latent heat of condensation of the vapor.
  • such a heat exchange element is characterized in that it is hollow and flat and that at least one of its outer walls is provided with means for effectively spreading the flow, by gravity and / or capillarity, of a liquid spilled on this wall, which can be substantially flat or cylindrical.
  • said means for spreading the flow consist either of an agglomerate or a permeable, hydrophilic or wettable fabric, or by shallow, narrow or wide parallel gutters, intended to be arranged horizontally.
  • such an element is mechanically stable in the presence of relatively hot liquids of less than 100 ° C. and it constitutes a set of juxtaposed long conduits, with external walls conducting heat well, said assembly being provided (1) upstream and downstream connections, leading to connection members, (2) positioning means adapted to allow said conduits to be placed vertically or at any suitable angle of inclination, and (3) rigid lateral reinforcements, in particular adapted to determine the pitch of assembly of juxtaposed elements.
  • such an element is a flexible rectangular sheet, grouping together numerous narrow conduits, formed between parallel longitudinal weld lines, produced between two polymer membranes, comprising, at least on the outside, a bonded hydrophilic coating or welded, and said fittings are formed by two transverse weld lines, made upstream and downstream of said conduits.
  • such an element is a rigid rectangular cellular panel, provided with a hydrophilic or wettable outer coating, glued or welded, and each of its upstream and downstream connections forms a kind of elongated flat cap, with thin walls. , said cap being engaged and fixed sealed on the ends of this panel.
  • such an element is a rigid, hollow and flat rectangular panel, having external walls which are good conductors of heat, provided with shallow parallel gutters, transversely arranged, these gutters being either narrow when this element must be installed vertically is wide when it must be arranged in a slightly inclined plane.
  • a permeable agglomerate in a heat exchange element according to the invention, (1) such a permeable agglomerate will be a nonwoven or a hydrophilic cellulose felt or else a wettable sheet of porous sintered powder, (2) a such permeable fabric will be made of hydrophilic cotton or of wettable waterproof threads and (3) such walls provided with gutters will be made of metal or of extruded hard plastic or of thermo-formed plastic. It will be noted that gutter walls, relatively easy to clean, will preferably be used when the liquid to be distilled tends to produce tartar.
  • FIG. 1 shows a schematic front view of a flexible heat exchange element according to the invention
  • FIG. 3 shows an end view of two flexible elements installed juxtaposed, in a treatment chamber
  • FIG. 4 shows a longitudinal sectional view of a flexible heat exchange element
  • FIG. 5 shows a schematic front view of a rigid heat exchange element according to the invention
  • - Figure 6 shows a longitudinal sectional view of this rigid element
  • - Figure 7 shows a partial longitudinal sectional view of a heat exchange element provided with narrow gutters
  • FIG. 8 shows, in schematic form, an apparatus for distilling hot sea water discharged from a marine engine, which implements the first method according to the invention
  • FIG. 9 shows, in schematic form, a seawater distillation apparatus with conventional boiler, implementing the second method according to the invention.
  • FIG. 10 shows, in simplified perspective, a seawater distillation apparatus, equipped with a solar storage boiler, implementing the third method according to the invention.
  • a first type of heat exchange element 10 essentially comprises a flexible sheet 12, provided with rigid lateral reinforcements 14 ab , in molded plastic.
  • the sheet 12 is produced from a thin membrane 13, made of food plastic, for example made of polyethylene 100 ⁇ m thick, and it comprises a welded hydrophilic coating 15, constituted by a nonwoven of cellulose of comparable thickness. .
  • the retained membrane is first folded in half, the covering 15 being placed outside, then subjected to one or more welding operations, so as to constitute a large number of longitudinal weld lines. parallels 16 .... 16 n .
  • a transverse and slightly oblique weld line 20 is made and, a little above this line 20, two lateral cutouts, of width slightly greater than the width of the lateral reinforcements 14 ab, are made in the extensions of the end weld lines 16 ⁇ and 16 n .
  • a sheath 22 is produced which will, for example, be 50 mm wide at one end and 80 mm at the other.
  • this sheath 22 can be engaged a flat rod 24, with rounded edges, 40 mm wide and 4 mm thick, intended to ensure the vertical suspension of the element 10.
  • the transverse weld line 20 joins the end lines 16 ⁇ and 16n, so as to delimit a flat connector 26, in the shape of a trapezoid, measuring 20 mm above the conduit 18 ⁇ and 50 mm above 18 n - ⁇ .
  • a connection tube 28 fixed in a leaktight manner to the wide end of the connector 26, which measures at most 12 mm in outside diameter and about 60 mm long.
  • a connector 30, symmetrical to the connector 26, is produced at the lower end of the conduits 18 ⁇ ... 18n- ⁇ and this connector 30 is connected to a connection tube 32, diagonally opposite but identical to the previous one.
  • the rigid lateral reinforcements 14 ab incorporate the wide end weld lines 16 ⁇ .
  • the conduits 18 ⁇ ... 18n- ⁇ , delimited by the membrane 13 and its coating 15, appear slightly inflated, each having the shape of two arcs of a circle, having a maximum deviation of 4 mm, joined by a weld line 162 ... 16 ⁇ - ⁇ .
  • the initial width of the ply 12 is reduced by approximately 5%.
  • Two holes 34 ab and 36 ab, made in each of the reinforcements 14 ab, are intended to be crossed by two pairs of clamping rods, integral with an appropriate frame (not shown), which will allow the various elements 10, assembled in a processing chamber, to be properly arranged.
  • the distance between two clamping rods, fixed at the same level on the interior frame of a treatment chamber, will be equal to the initial width of the sheet, reduced by the 5% mentioned above.
  • FIG. 3 represents an end view, along arrow B, of the rigid lateral reinforcements 14a and 14b of two heat exchange elements 10 in flexible ply, juxtaposed so that their connection tubes 28 and 32 have opposite positions, for allow them to encroach on the neighboring element.
  • Each reinforcement 14a and 14b projects upwards the connector 26, to form a fork with two branches 38 ab.
  • the reinforcements 14a and 14b have on each side two lateral cutouts 40 ab and 42 ab.
  • each reinforcement 14a or 14b will be 7 mm, its width 40 mm, the thickness of the legs 38 ab of the fork of 1.5 mm, the spacing of these branches by 4 mm, their height of 44 mm, the depth of the cuts 40 ab and 42 ab, of 1.65 mm and their height of 60 mm.
  • the support formed by the branches 38 ab is intended to receive in support one of the ends of the suspension rod 24.
  • Each pair of cutouts 40 ab and 42 ab of the lateral reinforcements 14 ab of two juxtaposed elements 10 is intended to serve housing at one end of two intermediate plates 44 ab, of cellular plastic, 3.3 mm thick, 60 mm wide and of length equal to that of the rod 24.
  • connection tube 32 A little above the feet 46 ab, respectively open the connection tube 32 and a discharge pipe 56 which will be presented below.
  • Figure 4 which is a sectional view along the line CC of the sheet 12 (with lateral spacing of the various components, to facilitate representation)
  • line 16 represents a weld line and the lines 48 ab, the composite walls (internal plastic membrane and external hydrophilic coating) of a duct 18. Above the line 16, appear the connector 26, the transverse weld line 20, the sheath 22 and the rod of suspension 24.
  • a pipe 50 of 4 mm wide plugged at its free end and pierced with a hole of 1 mm in diameter every 10 cm, as well as '' a cap 52 made of composite material (inner hydrophilic coating and outer plastic membrane) which envelops the pipe 50, the rod 24 and the connector 26 and which descends over the first centimeters of the conduit 18.
  • a liner 54 is disposed at the base of the sheet 12 , similar to the cape 52 and installed like it, so as to wrap the connector 30 and the last few centimeters of the conduit 18.
  • the liner 54 has a slight slope, terminated by a discharge pipe 56, fixed waterproof, which leads to above the foot 46b of the rigid lateral reinforcement 14b (see fig. 1).
  • the two plates 44 ab or 58 ab, of cellular plastic, are pressed into their housing by the lateral reinforcements 14 ab of the two elements which surround the element 10 shown. Consequently, the fittings 26 and 30 which, swollen, would have overflowed the space which is allocated to them, are tightened and, in the case of the example presented above, reduced to a thickness of 3J mm.
  • the cap 52 which applies its inner hydrophilic coating on the outer hydrophilic coating of the web 12, cooperates with the pipe 50, assigned to the supply of water to be distilled, to distribute this water in a uniform manner, by capillarity and gravity, in the hydrophilic coating of this sheet.
  • a free space of 3.3 mm of average thickness is arranged between the flexible sheets 12 of two juxtaposed elements 10. This free space is extended at the top and bottom of the elements 10, by the transverse cells (square of 3 mm side) of the plates 44 ab and 58 ab, thus ensuring an open free space of appropriate width between two juxtaposed elements 10.
  • FIG. 5 is a schematic view of a rigid heat exchange element 60, produced from a honeycomb panel 61, made of food plastic, for example polypropylene, of a type available on the market, in particular for constituting display racks.
  • a panel 61 is 60 cm wide and 80 cm long and comprises around 180 longitudinal cells such as 62 ⁇ ... 62 n , with a square internal section of 3 mm on the side, delimited by narrow partitions 64 ⁇ ... 64 n + ⁇ and faces 65 ab (see fig. 6), 0.15 mm thick.
  • the upper and lower ends of the panel 61 are engaged and welded tightly in two identical elongated flat caps 66 and 67, symmetrically arranged, made of a plastic identical to that of the panel 61.
  • Each cap 66-67 has two lateral reinforcements 68 ab and 69 ab, 7 mm thick, 20 mm wide and 80 mm high.
  • two flat collectors of trapezoidal shape 72 or 73 open out on two diagonally opposite connection tubes 74 or 75.
  • the reinforcements 68 ab and 69 ab comprise, on the one hand, extensions 76 a and 77 a, drilled with a hole 76 c and 77 c, and on the other hand extensions 76 b and 77 b, the extensions 77 ab serving as feet for the element 60.
  • two pairs of holes 78 ab and 79 ab intended to be crossed by the two pairs of clamping rods of elements 60, installed in a treatment chamber.
  • the reinforcements 68 ab and 69 ab are provided on each side with U-shaped tongues, 80 ab and 81 ab, adapted to facilitate the positioning of the intermediate plates 82 and 83 of FIG. 6. In this FIG. 6, appear a cell 62 and its two outer faces 65 ab, engaged in their end caps 66 and 67.
  • a pipe 86 identical to the pipe 50 of FIGS. 3-4, intended for the supply of sea water to the element 60, passes through the hole 76c of the extension 76a, runs above the cap 66 and stops blocked. , substantially at the end of the cap 66.
  • a cap 88 identical to that 52 of FIG. 4, covers this pipe 86 and the part of the cap 66 comprised between the extensions 76 ab and descends to the panel 61.
  • a boot 90 identical to that 54 of FIG.
  • Figures 7a, 7b show views in partial longitudinal section of a vertical heat exchange element 94a and slightly inclined 94b. They are rectangular, hollow and flat, with internal cells 96 a-b and two walls 95 provided with narrow gutters 97 for one and a single 95a provided with wide gutters 98, arranged in cascade, for the other.
  • the flatness of these walls is ensured by the presence of interior spacers spaced a few decimetres.
  • the surface of these elements may be relatively large, for example greater than one square meter.
  • the width of the gutters will be a few millimeters for the narrow ones and about one decimeter for the wide ones, their depth will be a few millimeters and the separation interval for the narrow ones will be a few centimeters.
  • a gutter for the supply of liquid to be distilled identical to the gutters 50 and 86 of FIGS. 4 and 6, will be installed above these elements, but no flow distribution cap will be necessary.
  • Appropriate gutters will be provided to collect the condensate.
  • These elements can be made from metal plates or hard plastic, produced by extrusion, provided with narrow or wide gutters. They will be assembled using suitable borders and spacers. Another way of producing such a heat exchange element with narrow gutters will be to use techniques for manufacturing hollow bodies, in thermo-formed plastic.
  • FIG. 8 schematically represents a distillation apparatus 100 for the implementation of the first high performance distillation method according to the invention.
  • This device 100 includes a heat-insulating tank 101, containing hot water and steam. It is supplied by a conduit provided with a flow control valve 99, conveying 2 m 3 / hour of hot sea water at 95 ° C, discharged by the marine engine not shown from a small coastal power station, which thus co-generates electricity and fresh water.
  • This tank 101 is installed above a treatment chamber 102, in the form of a tank with a rectangular bottom of 150 ⁇ 350 cm, high of 170 cm.
  • the treatment chamber 02 has thick walls 107, with high thermal insulation, and it contains a frame (not shown), on which are installed and fixed by their assembly rods (not shown) four hundred heat exchange elements, 100 cm wide and 120 cm high, such 104 a ... g.
  • These elements are of the flexible ply type shown in FIG. 1, but they differ from them in that they also have an interior hydrophilic coating 104 "a ... g, identical to their usual exterior hydrophilic coating 104 'a. .. g, both shown in dotted lines
  • These elements are separated from each other by 3.3 mm thick intermediate cellular plates (not shown), referenced 44 ab and 58 ab in FIGS. 3 and 4.
  • each element 104 a ... g are arranged (but not shown here) the pipe 50 and the cap 52 of FIG. 4, this pipe being connected to a pipe 112, supplied with hot sea water 114, contained in the tank 101 .
  • the upper part of the tank 101 is filled with hot air 118, saturated with water vapor.
  • a turbine 120 connected to this upper part, is connected by a pipe 122, about 20 cm in diameter, to a manifold 124, connected to the connection tubes of the high fittings 105 to ... g of the heat exchange elements 104 a ... g.
  • this turbine 120 generates an air flow of 0.4 m 3 / sec at a speed of approximately 15 m / sec and under a pressure of 3 hectopascals.
  • the hot air saturated with vapor thus injected into the conduits of these elements, passes through them from top to bottom, at relatively high speed.
  • a downstream manifold 126 connected to the connection tubes of the bottom fittings 103 a ... g of the elements 104 a ... g, is connected to the inlet of an air / water segregation tank 128.
  • the bottom inlet d a vertical coil 130, immersed in the water of a cooling tank 132, is connected to the upper part of the air / water segregation tank.
  • the tank 132 has a high inlet, supplied with sea water at the outside temperature (approximately 25 °) by a conduit 134, provided with a valve 135 for adjusting the flow rate.
  • the tank 132 has a low outlet 133 for evacuating lukewarm sea water (approximately 40 ° C.).
  • the upper outlet of the coil 130 is connected, by a conduit 136, to a collector 137 connected to several low inputs, such as 138 a ... h, projecting a little from the bottom of the treatment chamber 102.
  • the air dried and cooled thus injected into the chamber 102 is at a temperature of approximately 40 ° C.
  • This chamber 102 has several high outlets, such as 140 a ... h, connected to a collector 142, the upper end 143 of which dips into the water 114 of the tank 100.
  • the segregation flask 128 comprises, at a low point, a pipe 146 for discharging the condensed fresh water in the cells 104 a ... g and in the coil 130.
  • the treatment chamber 102 comprises, at a low point, a pipe 148 for discharging the brine.
  • FIG. 9 represents in schematic form a distillation apparatus 150, produced according to the second method of the invention.
  • This device 150 comprises two treatment chambers 152 and 154, provided with thick walls 153-155, with high thermal insulation, separated by an insulating dividing wall 156.
  • These chambers 152-154 are respectively assigned to a condensation of vapor and to an evaporation of water.
  • the assembly, formed by these two adjoining chambers, constitutes a rectangular bottom tank 60 x 80 cm, 120 cm high.
  • the condensation chamber 152 contains fifteen "cold" heat exchange elements, such as 158 a, b, c, which are 60 cm wide and 80 cm high and are provided with lateral reinforcements 7 mm thick. .
  • hydrophilic coatings shown in dotted lines, and not referenced
  • they comprise either flexible plies in accordance with FIGS. 1, 2 and 3 or rigid cellular panels, of the kind described in FIGS. 5 and 6.
  • the evaporation 154 also contains fifteen heat exchange elements identical to previous, such as 160 a, b, c, but these are hot and they differ from cold panels 158 a, b, c in that they are provided, on their upper part, with capes 162 a ... f d spreading of hot water, covering the top of the hydrophilic coatings.
  • These capes cover gutters, such as 164 a ... f, of seawater supply (cf. the pipe 86 and the cape 88 of fig.
  • the upper parts of the free spaces 170 a ... d and 172 a ... d communicate with each other through a relatively wide passage 174, arranged throughout the upper part of the dividing partition 156 separating the condensation chambers 152 and d 'evaporation 154.
  • the lower parts of the free spaces 170 a ... d and 172 a ... d also communicate with each other, through a circular passage, arranged in the lower part of the partition 156, in which a fan is installed 176.
  • This fan 176 is suitable for bringing into the evaporation chamber 154 a stream of air, dried and cooled coming from the condensation chamber 152, and thus circulating in a closed circuit a stream of air in these two chambers .
  • the flow rate of the fan 176 is, in the case of a 1 kW boiler, about 80 liters / sec and the speed of the air blown between the elements, about 40 cm / sec.
  • connection tubes of the high fittings 159 a, b, c of the cold heat exchange elements 158 a, b, c of the condensation chamber 152 are connected to a manifold 178, connected to a conduit 180 which passes through the upper part horizontal of the wall 153 and terminates at the inlet of the reservoir 168.
  • the outlet duct 166 of this reservoir 168 crosses the horizontal upper part of the wall 155 of the evaporation chamber 154 and terminates in a manifold 182, to which are connected the connection tubes of the high fittings 161 a, b, c of the hot heat exchange elements 160 a, b, c.
  • connection tubes of the bottom fittings of the hot elements 160 a, b, c are connected to a manifold 184 connected to a conduit 186 which passes through the lower part of the wall 155 of the chamber 154 and leads to the inlet of a pump. 188.
  • This pump 188 supplies a cooling member 190, exposed to ambient air and placed in the shade, which opens onto a conduit 192 passing through the bottom wall 153 of the condensation chamber 152 and leads to the bottom collector 193 of the elements. cold 158 a, b, c of this chamber 152. Under the action of the pump 188, the water circulates at a speed of 1 to 2 mm / sec in the cells of the heat exchange elements.
  • a column 194 is connected to the air a little above the tank 168 and provided with a valve 196 for adjusting the flow rate
  • This column 194 supplied with sea water at the outside temperature, and this valve 196 are adapted to add, to the sea water which circulates in a closed circuit in the heat exchange elements 158 a, b, c and 160 a, b, c of the two chambers 152 and 154, a given flow rate of seawater at the outside temperature, adjusted as a function of the optimal values of the operating parameters of the apparatus, (ie approximately 10% of the flow rate of the pump 188).
  • a conduit 198 ensuring the evacuation of the fresh water produced, passes through a side wall of the condensation chamber 152, at the bottom of this chamber.
  • Another conduit 200 ensuring the evacuation of the brine, crosses a side wall of the evaporation chamber 154, at the bottom of this chamber.
  • the cooling member 190 is a radiator 191, arranged in the shade, which can be produced from a sheet of polyethylene, provided with internal welding lines and an external hydrophilic coating, constantly moistened with sea water.
  • This organ which aims to lower by a few degrees (3 to 7 ° C, generally) the temperature of the sea water passing through it, has a surface depending on the value of the dew point temperature of the ambient air. As an indication, in the desert, the latter temperature is close to 15 ° C, in the dry coastal regions, it approaches 23 ° C and in hot and humid regions, it rises to 30 ° C.
  • FIG. 10 represents the diagram of a domestic apparatus for distilling seawater 220, produced according to the third method of the invention.
  • the apparatus 220 includes, by way of nonlimiting example, a solar storage boiler 222, installed under a heat-insulated treatment chamber 223 (schematically represented in dotted lines), with a rectangular bottom of 80 x 60 cm and 120 cm high ..
  • a heat-insulated treatment chamber 223 (schematically represented in dotted lines), with a rectangular bottom of 80 x 60 cm and 120 cm high ..
  • twenty five heat exchange elements are arranged, 60 cm wide and 80 cm high, provided with 7 mm thick lateral reinforcements, of one of the kinds described in FIGS. 1 to 4 or 5 - 6. These elements are divided into a first and a second group, respectively assigned to water evaporation and vapor condensation.
  • FIGS. 4 or 6 but without reference to FIG.
  • the thirteen evaporation elements such as 224 a, b, c
  • a gutter 50 or 86 for supplying sea water
  • a cap 52 or 88 for distributing this water
  • a liner 54 or 90 for collecting brine.
  • the twelve condensing elements such as 226 a, b, they are only provided with a liner 54 or 90 for collecting the distilled water produced.
  • Each condensing element is interposed between two evaporation elements, with a difference of 3.3 mm, thanks to the lateral reinforcements 14 ab and to the presence of intermediate plates, such as 44 ab in FIG. 5 (not shown here).
  • All of these heat exchange elements are in principle suitable for treating hot sea water at a temperature varying from 60 to 75 ° C., delivered by a boiler, having a thermal power of around 400.
  • the number and dimensions of the elements referred to above are approximate, systematic tests will be necessary to give them optimal values in order to best couple, treatment chamber and solar or conventional boiler.
  • the various hot sea water supply pipes for the hydrophilic coatings of the evaporation elements 224 a, b, c are here recalled by the references 230 a, b, c . They are connected to a collector 232, connected to a conduit 234, connected to the outlet of the boiler 222, by a heat-insulated pipe 235.
  • the top connections of the evaporation elements 224 a, b, c (first group) are supplied with hot sea water by connection tubes 236 a, b, c connected to the conduit 234.
  • connection tubes 248 a, b of the high connections of the condensing elements 226 a, b are connected to a manifold 250, connected to a heat-insulated pipe 252, connected to the inlet of the boiler 222.
  • a column 254 opening into the open air a little above the level of the conduit 232 for supplying hot sea water to be spread over the evaporation elements.
  • a constant determined flow of seawater at outside temperature is poured, supplied by a pipe 255, provided with a flow control valve 257 and connected to a reservoir 259 (itself preceded by a filter not shown).
  • This constant flow which corresponds substantially at 10% of the flow circulating in the device, generates the overflow of an equal flow of hot water coming from the boiler 222, spread over the hydrophilic external walls of the evaporation elements 224 a, b, c.
  • this constant flow represents approximately twice the expected fresh water flow and at least one and a half times this latter flow, so as never to deposit salt in the device.
  • the liner 90 and its pipe 92 of FIGS. 5 and 6, provided for the collection of the brine which flows from each of the hydrophilic coatings of the evaporation elements 224 a, b, c, are represented here and bear the references 256 a , b, c. They are connected to a collector 258, assigned to the evacuation of this brine.
  • a boot 261 ab and a pipe 263 ab identical to the previous ones, are placed on the condensing elements 226 a, b and are connected to a collector 260, connected to a pipe 262 for discharging distilled water.
  • thermosyphon of the hot water produced by the boiler is spontaneously established in the closed circuit formed in the distillation apparatus.
  • the final average speed of this circulation is approximately 15 cm / sec, in the thermally insulated pipes 235 and 252, and a few mm / sec in the cells of the heat exchange elements.
  • the solar storage boiler 222 comprises an elongated reservoir 266 made of relatively thick black polyethylene (0.15 mm for example) measuring 40 cm wide, 30 cm high and 3 m long, which contains approximately 300 liters of water, or about ten times the volume of water contained in the cells of the heat exchange elements 224-226.
  • the reservoir 266 is, on the one hand, installed on an insulating plate 268 and, on the other hand, under a transparent cover 270, made of polyethylene treated to trap the infrared rays, mounted in a sealed manner on rigid sides transparent insulators 272 a, b, integral with the plate 268.
  • This plate 268 and the reservoir 266 are oriented as a function of the latitude of the place of installation of the device 220 and slightly inclined.
  • the lower end of the heat-insulated pipe 235 for leaving hot water is connected to a drain 274, installed at the highest end of the tank 266.
  • the heat-insulated pipe 252 for returning cooled water ends up on a drain 276, installed at the lowest end of the tank 266.
  • Such a solar storage boiler produces hot water at about 75 ° C during the six hours of full sun of the day. Thanks to the good thermal insulation of the device, during the night, this temperature slowly decreases to around 60 ° C. As for the temperature of the water returning to the boiler, it remains constantly around 4 to 6 ° C below the temperature of the outgoing hot water.
  • the apparatus 220 operates day and night, but the hourly production of fresh water decreases during the night, at the same time as the temperature of the hot water supplied by the boiler.
  • the three distillation apparatuses according to the invention provide particularly interesting results. This is due to the high efficiency of each of the quasi-reversible liquid / vapor heat exchange elements used, to the possibility of assembling them in a relatively small volume, to form very large total heat exchange surfaces and to the very small thickness of the air spaces which separate these elements.
  • the temperatures of hot fluids circulating from top to bottom are slightly higher (at least higher than a theoretical threshold of about 0.5 ° C in the case of sea water) than those of fluids "cold" flowing from bottom to top.
  • approximately 10% of the water, circulating in the conduits or the cells of the heat exchange elements, is spread over the hydrophilically coated walls of the elements evaporation.
  • approximately half and at most two-thirds of the water thus spread are evaporated and then condensed on the walls with hydrophilic coating of the elements of condensation.
  • the temperature of the hot water thus spread gradually decreases from top to bottom, as does that of the water which accompanies it and which circulates from top to bottom in the conduits or the alveoli of the elements of evaporation, while increasing in the same way the temperature of the water which circulates from bottom to top in the condensing elements, which thus recover the latent heat of condensation of the vapor.
  • saturated hot air replaces the water circulating in the elements of the other two, but the heat exchanges are similar.
  • the absolute pressure is constant, however, that the partial pressure of water vapor is high in their part close to the hot plates and notably lower in their part close to the cold plates. This results in a natural diffusion of the molecules of water vapor in these saturated air layers which causes these molecules to leave a level of hot wall to condense on a cold wall located at the same level.
  • the extent of this diffusion depends directly on the energy transfer coefficient between the wall of a hot element and that of the cold element facing it.
  • the heat exchange which is established from a hot wall towards the cold wall of the heat exchange element opposite, is accompanied by an exchange of pure water through a sort of osmotic membrane, formed by the saturated moist air layer, placed between these elements.
  • the engine of the exchange is not a difference of pressure, established on both sides of the air gap by a pump, but a simple difference in vapor pressure, resulting from the difference in temperatures, much easier to obtain, by inserting a boiler between the outlets of the elements with cold walls and the inlets of the evaporation elements with hot walls.
  • the thermal energy provided by the boiler it is ultimately found in the difference in temperatures between the lukewarm liquids (distillate and concentrated) evacuated by the device and the liquid at external temperature which enters it, in the energy dissipated by the cooling member, in the heat losses of the device (walls of the quasi-reversible heat exchange elements, treatment chambers and various pipes) but also in the work of separation of pure water and brine which determines the theoretical threshold of 0.5 ° C referred to above.
  • the quasi-reversible liquid / vapor heat exchange elements of a distillation apparatus process and recycle quantities of thermal energy equivalent up to fifty times that supplied by the boiler.
  • the resulting coefficient of performance is higher the lower the energy losses during the double liquid / vapor and vapor / liquid exchange between an upward and downward fluid, separated by the thin wall of a heat exchange element and, on the other hand, the losses through the insulated external walls of the device.
  • the theoretical value of this coefficient of performance which depends directly on the saturation vapor pressure of the hot water produced by the boiler, is equal to the quotient of the temperature differences of the circulating water, respectively generated by the heat exchange elements and by this boiler.
  • sea water distillation apparatus comprising the features of either of the methods described above, is both particularly efficient and particularly economical.
  • inexpensive and space-saving heat exchange elements with two active faces according to the invention it is possible, in reduced volumes, to provide particularly large quasi-reversible liquid / vapor heat exchange surfaces, for example a thousand meters squares installed in a container of less than 10 m 3 , to constitute the distillation apparatus according to figure 8.
  • the production of fresh water from sea water distillation apparatus, produced according to one or other of the The methods of the present invention are estimated to be between ten and fifty liters per kWh thermal used, depending on the level of possible optimization of the various parameters governing the operation of these devices. This gives a coefficient of performance likely to be between 7 and 35.
  • the three distillation methods according to the invention can be implemented by means of a solar or conventional boiler.
  • distillation devices with solar boilers are generally less productive, per unit of thermal energy used, than those with conventional boilers.
  • the maximum temperatures of the hot water supplied by the boiler are very different in each type of boiler and they constitute one of the major parameters determining the coefficient of performance of the appliance.
  • the thermal power of which depends on external factors (the latitude and the season of the place of installation) this maximum temperature is between approximately 65 ° C and 75 ° C, while with a conventional boiler with power Easily adjustable temperature, it easily reaches 95 ° C.
  • valve 264 for adjusting the flow rate of the hot water supplied by the solar boiler and that 257 adjusting the supply of sea water to be distilled, provided for a distillation apparatus according to the third process of the invention are particularly important. Indeed, whatever the type of boiler used, conventional or solar with or without accumulation, the maximization of the coefficient of performance of a distillation apparatus whose parameters are fixed (number, height and width of the exchange elements, width of the space separating them, maximum thermal power of the boiler), requires that the temperature difference between the flow of hot and less hot water leaving the boiler and entering it, be as small as possible, while the difference in temperatures between the top and the bottom of the heat exchange elements should, on the contrary, be as high as possible.
  • valve 264 for adjusting the hot water flow rate, installed in the closed circuit comprising the boiler 222, the speed of rise by thermosyphon of this hot water in the pipe 235 supplying the heat exchange elements is modified.
  • hot 264 a, b, c and therefore its speed of circulation in the cells of these elements.
  • the flow, by capillarity and by gravity, of the hot water to be evaporated, spread over the vertical hydrophilic coatings of the evaporation elements, depends on the flow authorized by the valve 257. This latter flow determines the overflow of the closed circuit, consisting of the heat exchange elements and the boiler.
  • the distillation apparatuses according to the invention incorporate conventional boilers and the valves such as 99-135 (fig.8) or 196 (fig.9) are adjusted once and for all.
  • the valves 264 and 257 must be periodically adjusted to optimize the operation of the device, according to the values of the external parameters referred to above. In practice, it will be possible to have additional means, manual or even automatic, for modifying these settings somewhat according to the main maximum temperature ranges of the hot water produced by the solar boiler, during the seasons and the days.
  • the destinations of the distillation apparatus according to the invention will be completely different.
  • the markets concerned will first of all be that of economic, family or collective production of water gentle for food and / or irrigation in dry coastal regions, in deserts in the subsoil rich in brackish water and in tropical regions with only polluted water. To these markets is added that of the production of brine in the saltworks.
  • the markets concerned by distillation apparatus according to the three methods of the invention will be, on the one hand, that of the economical production of water soft on pleasure boats and, on the other hand, that of an economic production of concentrates in different industries and in particular in sugar refineries.
  • the noncondensable gas which must be present in the distillation apparatus, may not be air but a neutral gas (nitrogen, for example).
  • a neutral gas nitrogen, for example.
  • the construction and operation of the treatment chambers will be very similar.
  • the distillation apparatuses according to the invention make it possible to inexpensively almost triple the salt or sugar concentration of the water to be treated.
  • distillation apparatus comprising a given number of square meters of heat exchange elements, corresponding to a given thermal power of the boiler
  • those equipped with a solar boiler, with or without accumulation have respective times of stable production of a few hours or a day or two.
  • the valve 257 for controlling the flow of this water may include an automatic operating device sensitive to solar radiation. Such a valve is useless in the case of a solar storage boiler.
  • the invention is of course not limited to the embodiments of distillation apparatus and improved heat exchange elements described above.
  • the distillation apparatus deals with the average flow rates of hot water. By increasing the number of square meters of heat exchange and, at the same time, the dimensions of the treatment chamber, depending on the space available, this same type of device is quite suitable for treating water flows. much larger hot seas (especially those produced by the cooling of onboard marine engines), up to 200 m 3 / day for example, in order to be able to produce at least 100 m 3 / day of fresh water, per treatment.
  • the devices described in Figures 8 and 9 can operate with a solar boiler, with or without accumulation, operating with a pump or by thermosyphon. In the case of the apparatus according to FIG.
  • the output of the solar boiler will end at the valve 99 placed at the inlet of the tank 101, and the inlet of this boiler will be connected, on the one hand to a pipe of outlet from this tank, similar to line 12 and, on the other hand, to a line provided with a valve ensuring the supply of sea water to be distilled, preferably preheated.
  • the apparatus according to FIG. 9 may, depending on particular operating conditions, include several groups of double treatment chambers (evaporation and condensation), each chamber comprising only a small number of exchange elements. thermal, all connected to each other, in accordance with their respective functions.
  • the apparatus described in FIG. 10 can operate with a conventional boiler, with or without a circulation pump.
  • a circulation pump With regard to the solar still according to FIG. 10, it will be noted that several solar heating cylinders can be installed in parallel under the same thermal protection cover, so as to constitute a large total surface for absorbing solar radiation, 10 m 2 for example. Which, in hot regions, would give such a water heater a daily thermal energy of 60 kWh, capable of producing at least 2 m 3 / day of fresh water, by means of a space-saving treatment chamber, enclosing heat exchange elements having a hundred square meters of total surface.
  • the heat transfer liquid of the distillation apparatuses described in Figures 9 and 10 may not be the liquid to be distilled, but pure water for example.
  • the conduit 194 and the valve 196 of FIG. 9, supplying the apparatus with liquid to be distilled will no longer be connected to the conduits 192 and 193 opening onto the bottom fittings of the heat exchange elements of the condensation 152, but to an appropriate heat exchanger, immersed in the tank 168 of the boiler.
  • This exchanger will supply the pipes 164 a ... f bringing hot liquid to the outer walls of the heat exchange elements of the evaporation chamber.
  • a similar arrangement could be applied to the device according to FIG. 10, in particular when the boiler will be of a conventional type.
  • the heat transfer liquid is the liquid to be distilled
  • Such heating will be achieved by means of a suitable heat exchanger in which circulate, on the one hand, the distillate and / or the condensate produced and, on the other hand, the cold liquid to be distilled.
  • the rise in temperature thus brought to the cold liquid to be distilled results in a general rise in temperatures throughout the loop circuit followed by the circulating liquid.
  • this heating of the cold liquid to be distilled results in a similar increase in the temperature of the hot liquid produced by the boiler and in an equivalent reduction in the drop in temperature undergone by the liquid leaving the evaporation elements before it is introduced into the base of the condensing elements.
  • FIGS 9 and 10 show distillation apparatus according to the invention, in which the heat exchange elements used are hollow and vertical.
  • the evaporation heat exchange elements will remain hollow and flat but will no longer be vertical and, on the contrary, arranged in parallel slightly inclined planes.
  • the upper wall of the evaporation elements will be equipped with one of the means defined above, to ensure uniform spreading of the liquid to be distilled.
  • These means may, as desired, be a sheet of hydrophilic felt, a plate of porous sintered powder or wide and shallow gutters, arranged in cascade.
  • condensation heat exchange elements they will be inclined like the evaporation elements and they will be rectangular, hollow and flat panels, provided with hydrophilic or wettable coatings, ensuring an appropriate retention of the condensed liquid, thanks to the placing in work of capillary forces greater than the gravity forces concerned.
  • the elements of evaporation and condensation will be installed in several parallel layers, in two separate chambers. A liquid circulation pump and a gas circulation fan will be required. Under these conditions, the condensing elements may have hydrophilic or wettable coatings on their two faces, their total surface remaining substantially equal to that of the evaporation elements.
  • the hollow and flat elements of evaporation heat exchange used will be replaced by simple rigid plates. A wall of these plates will be provided with means for effectively spreading the flow of any liquid spilled on it and these plates may be vertical or slightly tilted.
  • the heat transfer liquid is the liquid to be distilled and this is spread hot at the top of the evaporation plates
  • a pump will be necessary to circulate the liquid in a closed circuit and, in in the case of an embodiment with separate evaporation and condensation chambers, a fan circulating the noncondensable gas will also be.
  • connection tubes arranged in the plane of these elements, but each connection tube can be replaced by two rings, of significantly larger diameter, respectively installed on both sides.
  • plastic materials respectively flexible and rigid, (polyethylene and polypropylene) presented above, by way of examples, for the manufacture of two particular types of cellular heat exchange elements according to the invention , do not exclude the use of other polymeric materials, as long as they meet the selection criteria used.
  • any plastic material neutral vis-à-vis food liquids, can in principle be suitable.
  • plastic materials capable of constituting flexible sheets (where applicable thermosetting), such as PVC or polyurethane, can therefore also be used for the production of elements with flexible plies according to FIG. 1.
  • plastics which can be used to constitute hard objects such as rigid panels, in particular polycarbonate or ABS, can also be used for the production of heat exchange elements according to FIG. 5 and 7 .
  • a distillation apparatus in particular that carried out according to the third process which uses a solar storage boiler and requires no electrical energy.
  • a bactericidal gas chlorine for example
  • this additional gas will allow the fresh water produced to be easily sanitized.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)

Abstract

Un de ces appareils utilise le soleil comme unique source d'énergie. Il comprend un chauffe-eau solaire à accumulation (222) et des éléments alvéolaires d'échange thermique liquide/vapeur quasi-réversible, pourvus de revêtements hydrophiles. Des éléments de types E et C, respectivement affectés à l'Evaporation d'eau (224 a, b, c) et à la Condensation de vapeur (226 a-b) sont intercalés, avec des espaces libres étroits, dans une chambre de traitement calorifugée (223), disposée au-dessus de la chaudière (222). L'eau chaude sortant de la chaudière (222) circule en circuit fermé, par thermosiphon, de haut en bas des éléments E et de bas en haut des éléments C. Un organe de léger refroidissement (242) est intercalé entre les collecteurs bas (240-244) des éléments E et C. De l'eau chaude est déversée lentement en haut des revêtements hydrophiles des éléments E et la vapeur produite se condense en face, sur les parois des éléments C. De l'eau de mer à distiller est introduite par un conduit (254) en amont du collecteur bas (244) des éléments C. Deux vannes (264-257) règlent la circulation d'eau chaude et l'arrivée d'eau de mer. Un coefficient de performance élevé est obtenu à de bonnes conditions économiques.

Description

P R O C E D E S E T A P P A R E I L S D E D I S T I L L A T I O N N O T A M M E N T P O U R P R O D U I R E D E L ' E A U D O U C E
L'invention se rapporte à des procédés et à des appareils de distillation nouveaux ainsi qu'à des échangeurs thermiques particuliers utilisés dans ces appareils. De tels procédés et appareils sont susceptibles de présenter un coefficient de performance très élevé, c'est-à-dire pouvant réaliser une production d'eau douce, par unité d'énergie thermique consommée, très supérieure à la quantité d'eau de mer évaporée par cette même énergie (1,4 Iitre/kWh). Deux applications particulières (mais non limitatives) de l'invention concernent principalement la production d'eau douce, notamment à partir d'eau de mer, mais également celle de concentrés tels que sirops ou saumures.
De nombreux appareils de distillation de liquides utilisent des échangeurs thermiques creux pour condenser la vapeur produite par le chauffage du liquide à distiller. Dans les procédés mis en oeuvre par ces appareils, de la vapeur ou de l'air saturé en vapeur peut circuler à l'intérieur ou à l'extérieur de l'échan- geur, cependant qu'un liquide froid circule à l'extérieur ou à l'intérieur de l'échangeur. Le premier cas est celui du serpentin des alambics pour liquides alcoolisés. Le second cas est celui de différents appareils de distillation d'eau salée. Dans les deux cas, le coefficient de performance est particulièrement faible.
Le brevet français 93.14615, accordé à Desplats et autres, décrit un appareil de distillation d'eau de mer dans lequel,
- une pompe fait circuler de l'eau salée froide dans des conduits hélicoïdaux, installés dans une chambre de condensation, puis répand en pluie cette eau ainsi réchauffée sur des conduits semblables, installés dans une chambre d'évaporation et traversés par un fluide de chauffage approprié ;
- un ventilateur fait circuler de l'air en circuit fermé, de bas en haut de la chambre d'évaporation et de haut en bas de la chambre de condensation ;
- l'air se réchauffe et s'humidifie dans la chambre d'évaporation puis il passe dans la chambre de condensation où il se refroidit et s'assèche cependant que de la vapeur se condense sur les conduits de cette chambre ;
- l'eau douce est recueillie en bas de la chambre de condensation et la saumure en bas de la chambre d'évaporation.
Dans cet appareil, la chaleur fournie aux conduits de la chambre d'évaporation est utilisée d'une manière peu efficace. En effet, la chaleur de condensation de la vapeur entraînée par l'air en circulation ne sert qu'à réchauffer quelque peu l'eau salée à distiller, avant que cette eau ainsi réchauffée ne subisse un chauffage plus important dans la chambre d'évaporation. En conséquence, le coefficient de performance de cet appareil de distillation est faible.
En revanche, dans les appareils exploitant la technique de distillation à multiple effet, connue sous le nom de « Multi-Stage Flash » (MSF), qui fait l'objet d'une exploitation industrielle importante dans plusieurs pays du Golfe Persique, pour le dessalement de l'eau de mer, un autre procédé est exploité qui fournit un excellent coefficient de performance. Cette technique est brièvement décrite à la page 39 de la revue anglaise « New Scientist » du 31 août 1991, dans un article intitulé « Fresh water from the sea », lequel, par ailleurs, fait une présentation assez complète des principales techniques de dessalement d'eau de mer (distillation et osmose inverse) alors disponibles et toujours exploitées. Le procédé MSF, développé dans les années 50, consiste à chauffer de l'eau de mer dans une chaudière pour successivement alimenter des chambres d'évaporation et de condensation, à cloisons mitoyennes bonnes conductrices de la chaleur, disposées en série (une vingtaine généralement). D'une chambre à l'autre, la température diminue par palier et passe, par exemple, de 95 à 45°C. Dans ces chambres, grâce à l'action de pompes à vide, la présence de tout gaz incondensable est supprimée et la pression de vapeur y décroît par paliers, depuis une valeur proche de la pression atmosphérique pour la première jusqu'à une faible valeur pour la dernière, en accord avec la loi quasi-exponentielle, bien connue des spécialistes, qui lie la température de l'eau et sa pression de vapeur saturante. Dans chaque chambre, l'eau bout et une évaporation se produit. Une condensation de vapeur se réalise alors par convexion naturelle sur la clo-soπ mitoyenne aval des chambres et sur un ensemble d'éléments d'échange thermique vapeur/liquide constitué par des tubes étroits, parcourus à contre-courant par l'eau de mer à distiller. Dans chaque chambre, les gouttes d'eau condensée sont collectées cependant que la chaleur de condensation de la vapeur est récupérée, de manière à provoquer l'ébullition de l'eau présente dans la chambre aval et à élever par paliers la température de l'eau de mer qui traverse les tubes et alimente la chaudière. Le coefficient de performance de ces systèmes de distillation est élevé.
Les unités MSF, installées par dizaines dans la région du Golfe, sont de grosses usines qui produisent chacune de 4.000 à 20.000 m3/jour d'eau douce. Les quantités d'énergies thermique et mécanique, consommées par la chaudière et les pompes à vide, sont très importantes, mais cela ne pose aucun problème dans ces pays, ce qui n'est pas le cas dans la plupart des autres. Les avantages d'une unité MSF sont sa simplicité, sa fiabilité, sa durée de vie et son faible coût de maintenance. En revanche, le montant de l'investissement initial d'une unité MSF est particulièrement élevé et son utilisation réservée aux grandes agglomérations (de l'ordre du million d'habitants). La technique MSF se prête mal ou pas du tout, du fait de ses coûts d'installation et d'exploitation, à la réalisation d'unités de production journalière moyenne (quelques centaines de m3/jour, par exemple) ou a fortiori très petite (100 litres/jour, par exemple) permettant d'alimenter des petites communautés,
La présente invention dérive d'un procédé intéressant de distillation d'eau de mer, mis en oeuvre dans un des alambics solaires de production d'eau douce, décrits dans une demande de brevet international, publiée sous le N° WO 98/16474, déposée par Jean-Paul DOMEN, auteur de la présente invention. Cet alambic solaire est constitué dans un ballon cylindrique de plusieurs mètres de long, en plastique souple, légèrement gonflé d'air. Il comprend trois chambres qui débouchent l'une dans l'autre et forment ainsi un circuit fermé, parcouru par un courant d'air engendré par un ventilateur. Il comporte une chambre d'évaporation disposée au-dessus d'une première chambre de condensation et une seconde chambre de condensation disposée en bout. La chambre d'évaporation possède une paroi extérieure noire, pourvue d'une couverture transparente de protection thermique légèrement gonflée d'air, et une paroi intérieure qui constitue une cloison mitoyenne mince la séparant de la première chambre de condensation. La face interne des parois de la chambre d'évaporation est pourvue d'un revêtement hydrophile, dans lequel circule lentement, par capillarité et gravité, l'eau de mer à distiller, amenée par une gouttière installée le long de la génératrice haute du ballon. Les faces internes des parois des deux chambres de condensation sont imperméables cependant que la première chambre possède une face externe thermiquement bien isolée et la seconde, une face externe refroidie par l'action d'un revêtement hydrophile, constamment humidifié, exposé à l'air et disposé à l'ombre. Dans la chambre d'évaporation de cet alambic solaire, la chaudière produit à la fois de l'eau chaude et de la vapeur d'eau, à partir de deux surfaces d'évaporation, l'une directement chauffée par la source de chaleur (le rayonnement du soleil) et l'autre, constituée par la cloison mitoyenne. Le ventilateur fait circuler en circuit fermé un courant d'air entraînant la vapeur produite dans la chambre d'évaporation vers la première puis vers la seconde chambre de condensation. Dans la première chambre de condensation, la veine de courant d'air chaud et humide qui lèche la face imperméable de la cloison mitoyenne est, tout le long de cette cloison, toujours un peu plus chaude (1) que l'eau chaude qui s'écoule lentement, par capillarité et gravité, dans le revêtement hydrophile de l'autre face de cette cloison et (2) que la veine d'air, refroidi et asséché dans la seconde chambre de condensation, qui se réchauffe et s'humidifie progressivement, en circulant en sens inverse le long de cette autre face appartenant à la chambre d'évaporation. Il en résulte que, sur toute la face imperméable de cette cloison mitoyenne, de la vapeur d'eau se condense et que, à travers cette cloison mitoyenne, une partie de la chaleur de condensation de cette vapeur est transmise à l'eau de mer réchauffée qui circule dans le revêtement hydrophile de l'autre face. De la sorte, un recyclage partiel de la chaleur latente de condensation de la vapeur, condensée sur la face de la cloison mitoyenne appartenant à la première chambre de condensation, est réalisé dans la chambre d'évaporation. Il en résulte la production d'un supplément de vapeur, emporté par le courant d'air qui circule en circuit fermé dans les trois chambres. Dans les deux chambres de condensation, une l ségrégation air/eau se produit, qui permet de recueillir l'eau douce aux points bas de ces deux chambres.
Quant à la saumure, elle est recueillie au point bas de la cloison mitoyenne, du côté de la chambre d'évaporation.
Ce procédé donne des résultats intéressants mais cependant insuffisants pour deux raisons principales. Tout d'abord, la partie recyclée de la chaleur latente de condensation de la vapeur est peu importante parce que les échanges thermiques entre la première chambre de condensation et la chambre d'évaporation sont très faibles. Cela s'explique (1) par le fait que la veine d'air chaud et humide, qui participe à un échange thermique avec la cloison mitoyenne, a une épaisseur très petite par rapport aux dimensions transversales du courant d'air qui circule dans la première chambre de condensation et (2) parce que la surface totale de cette cloison mitoyenne est nécessairement limitée par les dimensions maximales acceptables du ballon. Dans ces conditions, l'air sortant de la première chambre de condensation est encore relativement chaud et humide. Le refroidissement et l'assèchement de cet air dans la seconde chambre de condensation sont également peu efficaces, car ils sont réalisés avec des limitations semblables à celles de la première, à savoir une surface de paroi extérieure froide nécessairement limitée et un écart moyen trop important entre cette surface froide et les veines d'air en circulation à l'intérieur.
Le premier objet de l'invention est de développer de nouveaux procédés de distillation qui extrapolent les concepts de base du procédé antérieur de J.P. DOMEN.
Le deuxième objet de l'invention est de développer de nouveaux procédés de distillation qui, en présence d'un gaz incondensable, réalisent des opérations d'évaporation et de condensation semblables à celles effectuées dans les systèmes MSF. Le troisième objet de l'invention est de développer de tels procédés, de manière à ce qu'ils aient des coefficients de performance particulièrement élevés et qu'ils soient susceptibles de produire des volumes d'eau douce quotidiens détermines, situés dans une plage allant de 0,1 a quelques centaines de m3/jour
Le quatrième objet de l'invention est de construire des alambics à coefficient de performances élevé, 5 notamment destines à produire de l'eau douce et/ou des concentres de solutions aqueuses, qui soient économiques à la construction, à l'exploitation et à la maintenance
Le cinquième objet de l'invention est de construire des alambics, à haut coefficient de performance, qui soient particulièrement bien adaptes à traiter, à des conditions économiques intéressantes, l'eau de mer chaude produite par le refroidissement des moteurs marins, installes à terre ou a bord de navires 10 Le sixième objet de l'invention est de construire des alambics solaires, à haut coefficient de performance, qui soient particulièrement bien adaptes à produire de l'eau douce, a des conditions économiques et techniques intéressantes, dans les régions sèches du littoral, dans les déserts au sous-so) contenant de l'eau saumâtre ou dans les régions tropicales ne disposant que d'eaux polluées
Le septième objet de l'invention est de développer et fabriquer différents éléments d'échange thermique, 15 efficaces et cependant bon marche, particulièrement bien adaptes à réaliser des recyclages importants de la chaleur latente de condensation de la vapeur produite au cours d'une distillation
Selon l'invention, un procédé général nouveau de distillation à multiple effet, destiné à séparer de leur solvant liquide des matières en solution, est caractérisé en ce qu'il utilise un échange 2- thermique à contre courant, l'un des courants assurant l'évaporation du liquide et l'autre, la condensation de vapeur, de telle manière que, de préférence en toute zone d'opération, la chaleur de condensation de la vapeur est récupérée pour évaporer et/ou réchauffer du liquide à une pression par tielle de vapeur inférieure, cette pression partielle étant variable et obtenue grâce à la présence d'un gaz incondensable assurant une pression totale sensiblement uniforme "Pression ZX~ sensiblement uniforme" sera en général compris comme ne variant pas plus de 20mbar, de préférence pas plus de lOmbar, avantageusement pas plus de 5mbar
Selon une première caractéristique particulière du procédé général ci-dessus, le gaz incondensable est utilise comme fluide caloporteur, cependant que les opérations d'évaporation et la condensation sont effectuées de part et d'autre des parois d'un échangeur thermique, à travers lesquelles passe le flux de 5D chaleur, que les écoulements du gaz transportant la vapeur sont réalisés a contre-courant au cours de ces opérations, que le liquide à évaporer progresse sur l'une des faces de ces parois et que le liquide distille se condense sur l'autre face, les sources chaude et froide étant situées aux deux extrémités du courant de gaz boucle sur lui-même ainsi constitué
Selon une combinaison du procède général ci-dessus et de sa première caractéristique particulière, *T un premier procédé particulier de distillation à multiple effet, est caractérisé en ce que
- des éléments d'échange thermique, creux et plats, aux parois extérieures et, le cas échéant, intérieures, adaptées à assurer un étalement sensiblement uniforme à tout liquide coulant sur elles, par gravite et/ou capillarité, sont disposés, verticaux ou inclinés, dans une chambre de traitement calorifugée, avec des espaces de séparation étroits, de largeur sensiblement constante, remplis d'un gaz incondensable , tf----? - (e liquide a distiller est chauffé et de la vapeur est produite ;
- un courant de gaz chaud saturé en vapeur traversede haut en bas l'intérieur des éléments cependant que du liquide à distiller, chaud de préférence, s'écoule uniformément le long de leurs parois extérieures , - au sortir de ces éléments, une séparation gaz/liquide est faite et le gaz est légèrement refroidi avant d'être introduit à la base des espaces séparant les éléments, de manière à lécher de bas en haut leurs parois extérieures ;
- le gaz sortant du haut de ces espaces de séparation barbote dans du liquide chaud et le circuit parcouru par ce gaz est ainsi bouclé ;
- le distillât est recueilli après séparation gaz/liquide ;
- le concentré est recueilli en bas des espaces séparant les éléments.
Grâce à ces dispositions, un premier procédé particulier de distillation à haut coefficient de performances est réalisé, qui est une extrapolation directe des concepts mis en oeuvre dans le procédé décrit dans la demande de brevet international de J.P. DOMEN commentée ci-dessus. Dans ce nouveau procédé, les deux surfaces d'évaporation du procédé antérieur sont séparées et éloignées l'une de l'autre, au lieu d'appartenir à la même chambre d'évaporation. Cela permet de réaliser trois perfectionnements importants : (1) disposer de cloisons mitoyennes d'échange thermique de très grande surface totale (les parois de tous les éléments installés en parallèle), puisque les dimensions de la chaudière ne limitent plus la surface de ces cloisons, (2) pouvoir réduire au mieux l'épaisseur des couches d'air saturé qui circulent dans les espaces libres étroits, le long de ces parois d'échange thermique, et ainsi augmenter leur couplage et (3) pouvoir utiliser une chaudière conventionnelle aussi bien que solaire. En outre, ce premier procédé apporte deux avantages nouveaux : (1) une excellente transmission de la chaleur de condensation de la vapeur, à travers les parois minces des éléments d'échange thermique, grâce à des revêtements intérieur et extérieur adéquats, notamment hydrophiles ou mouillables, qui permettent des écoulements en couches minces sensiblement uniformes et relativement lents du liquide à distiller et du liquide distillé, de chaque côté de ces parois et donc un bon transfert de chaleur de l'un à l'autre, (2) le remplacement de la seconde chambre de condensation par tout dispositif d'échange thermique plus approprié, par exemple un serpentin immergé dans du liquide à la température extérieure. Ce nouveau procédé présente toutefois l'inconvénient de devoir remplacer le ventilateur à faible consommation électrique, utilisé dans le procédé antérieur, par une turbine imposant une consommation électrique nettement supérieure. Cela, pour compenser les pertes de charge du courant d'air à pression et vitesse initiales relativement élevées, qui circule à vitesse localement augmentée dans les organes de connexion inévitablement étroits d'entrée et de sortie des différents éléments d'échange thermique plats utilisés. Par ailleurs, on notera la nécessité de disposer d'éléments d'échange thermique particuliers, comportant des revêtements intérieur et extérieur hydrophiles. Dans ces conditions, la complexité et le coût de fabrication de ces éléments particuliers seront notablement supérieurs à ceux des éléments standards qui seront définis ci-après. En dépit de ces divers inconvénients, l'intérêt de faire appel, dans certains cas particuliers, à ce premier procédé de distillation selon l'invention, apparaîtra plus loin. Les deuxième et troisième procédés particuliers de distillation selon l'invention permettent de réduire notablement, voire même de supprimer totalement, tout besoin d'énergie mécanique, tout en conservant la plupart des avantages du premier procédé particulier défini ci-dessus.
Selon une deuxième caractéristique particulière du procédé général défini plus haut, l'évaporation du liquide à distiller est réalisée sur une ou des surfaces chaudes, opérant à une température non uniforme, installées dans une première chambre de traitement, et la condensation de vapeur, réalisée sur une ou des autres surfaces, opérant à une température non uniforme globalement plus froide que la ou les précéden- tes, installées dans une seconde chambre de traitement communiquant avec la première par le haut et par le bas, les différentes zones des surfaces d'évaporation et de condensation étant localement maintenues aux températures requises, grâce à la circulation à contre-courant d'un fluide caloporteur le long de ces surfaces une source chaude étant disposée entre les extrémités les plus chaudes des surfaces d'évaporation et de condensation et une source froide, installée entre leurs extrémités les plus froides, les échanges thermiques entre la ou les surfaces chaudes et la ou les surfaces plus froides, étant assurés par la circulation en circuit fermé, selon un sens opposé à celui du fluide caloporteur, d'un gaz incondensable passant d'une chambre à l'autre, avec des pressions partielles de vapeur variables, les deux chambres demeurant à une pression totale uniforme sensiblement constante. Selon une combinaison du procédé général défini plus haut et de sa deuxième caractéristique particulière, un deuxième procédé particulier de distillation à multiple effet est caractérisé en ce que :
- des éléments d'échange thermique, creux et plats, possédant au moins une paroi extérieure assurant un étalement sensiblement uniforme de tout liquide coulant sur elles, par gravité et/ou capillarité, sont disposés verticaux ou inclinés, dans deux chambres de traitement calorifugées, communiquant par le haut et par le bas, respectivement affectées à l'évaporation de liquide et à la condensation de vapeur , de telle manière que ces éléments y soient séparés deux à deux par un espace libre étroit, de largeur sensiblement constante, rempli d'un gaz incondensable ;
- un liquide caloporteur est chauffé dans une chaudière et amené à circuler, en circuit fermé, de haut en bas à l'intérieur des éléments de la chambre d'évaporation puis, après un léger refroidissement, de bas en haut à l'intérieur des éléments de la chambre de condensation et finalement il est ramené à la chaudière ;
- du liquide à distiller, chaud de préférence, est répandu en haut des parois extérieures des éléments de la chambre d'évaporation et s'écoule uniformément (e long de ces parois ;
- un courant de gaz saturé en vapeur circule en circuit fermé entre les éléments d'échange thermique, de haut en bas de la chambre de condensation puis de bas en haut de la chambre d'évaporation ; - un débit déterminé de liquide froid à distiller engendre continuellement le débit de liquide répandu sur les éléments d'échange thermique de la chambre d'évaporation ;
- le distillât est recueilli en un point bas de la chambre de condensation ;
- le concentré est recueilli en un point bas de la chambre d'évaporation.
Selon une troisième caractéristique particulière du procédé général défini plus haut, l'évaporation du liquide est réalisée sur une ou des surfaces chaudes, opérant à une température non uniforme, et la condensation de vapeur, réalisée sur une ou des autres surfaces, disposée(s) en regard de la ou des précédentes, opérant à une température non uniforme globalement plus froide, les différentes zones des surfaces d'évaporation et de condensation étant localement maintenues aux températures requises, grâce à la circulation à contre-courant d'un fluide caloporteur, une source chaude étant disposée entre les extrémités les plus chaudes des surfaces d'évaporation et de condensation et une source froide, installée entre leurs extrémités les plus froides, les différences de pressions partielles de vapeur saturante entre les différentes zones desdites surfaces étant assurées par la présence d'un gaz incondensable dans une chambre de traitement, à pression totale uniforme.
Selon une combinaison du procédé général défini plus haut et de sa troisième caractéristique particulière, un troisième procédé particulier de distillation à multiple effet, est caractérisé en ce que : - des éléments d'échange thermique, creux et plats, possédant au moins une paroi extérieure adaptée à assurer un étalement sensiblement uniforme de tout liquide s'y écoulant, sont installés inclinés ou verticaux, dans une chambre de traitement calorifugée, de telle manière que ces éléments soient séparés deux à deux par un espace étroit, de largeur sensiblement constante, rempli d'un gaz incondensable ; - les éléments sont répartis en deux groupes, respectivement affectés à l'évaporation de liquide et à la condensation de vapeur, chaque élément de condensation étant disposé entre deux éléments d'évaporation;
- un liquide caloporteur est chauffé dans une chaudière et amené à circuler, en circuit fermé, de haut en bas à l'intérieur des éléments d'évaporation, puis après un léger refroidissement, de bas en haut à l'intérieur des éléments de condensation et finalement il est ramené à la chaudière ;
- du liquide à distiller, chaud de préférence, est répandu en haut des parois extérieures des éléments d'évaporation et s'écoule uniformément le long de ces parois ;
- un débit déterminé de liquide froid à distiller engendre continuellement le débit de liquide répandu en haut des parois extérieures des éléments d'évaporation ; - le distillât est recueilli en bas des parois des éléments de condensation ;
- le concentré est recueilli en bas des parois des éléments d'évaporation.
Selon une caractéristique complémentaire de ces deuxième et troisième procédés particuliers de distillation, le liquide caloporteur circulant en circuit fermé est le liquide à distiller et le liqurde froid à distiller est ajouté au précédent, à l'endroit du circuit où celui-ci est le moins chaud. Selon une autre caractéristique complémentaire de ces deux procédés particuliers, le liquide froid à distiller est préchauffé par un échange thermique avec le concentré et/ou le distillât.
Selon une autre caractéristique complémentaire de ces deux procédés particuliers, la chaudière est installée sous la (ou les) chambre(s) de traitement et la distance, entre la chaudière et la (ou les) cham- bre(s) de traitement, est suffisante pour permettre à la circulation du liquide caloporteur, d'être effectuée par thermosiphon.
Selon une caractéristique complémentaire de la précédente, appliquée à la production d'eau douce, la chaudière est un chauffe-eau solaire, avec ou sans accumulation, doté d'une surface d'absorption du rayonnement solaire et, le cas échéant, d'un réservoir associé, ladite surface étant alors surdimensionnée par rapport à la capacité de traitement des éléments de la chambre et le volume du réservoir très supérieur au volume intérieur total de ces éléments.
Grâce à ces dispositions, un deuxième procédé particulier de distillation à hautes performances est défini, qui diffère principalement du premier par la présence d'un circuit de liquide caloporteur intermédiaire entre une chambre de condensation et une chambre d'évaporation, toutes deux équipées d'éléments d'échanges thermiques appropriés. Ce qui permet de conserver un simple ventilateur pour faire circuler l'air entre les deux chambres mais peut imposer l'emploi d'une pompe, à consommation électrique comparable, pour faire circuler en circuit fermé ce liquide caloporteur, avec une vitesse relativement faible et une pression relativement constante. On notera toutefois que ce ventilateur peut lui-même être supprimé dans le cas où les ouvertures, haute et basse respectivement, de communication entre les deux chambres sont suffisamment longues et larges, afin de permettre une circulation d'air par simple convexroπ naturelle, entre deux chambres contenant de l'air à des températures différentes. Quant à la pompe de circulation du liquide caloporteur, elle pourra elle aussi être supprimée, lorsque la chaudière est disposée sous la chambre de traitement, de manière à assurer elle-même une telle circulation, par thermosiphon. En outre, la chaudière ne doit produire que du liquide chaud, étant entendu cependant qu'une production de vapeur y est également possible mais, en général, sans intérêt particulier. Dans le cas où le liquide caloporteur est le liquide à distiller, on notera que le léger refroidissement, prévu pour être effectué entre les deux bas des éléments des deux chambres, peut être accompli par le liquide à distiller froid. Dans ce cas, une double fonction est alors réalisée: provoquer l'écoulement de liquide étalé sur les éléments d'évaporation et refroidir le mélange. Dans le cas où la température de ce liquide froid aura été augmentée par un échange thermique préalable avec le condensé ou le distillât, la température d'équilibre de l'appareil concerné sera relevée. Ce qui permettra, toutes choses égales par ailleurs, d'augmenter le coefficient de performance de cet appareil.
Le troisième procédé particulier de distillation selon l'invention est un perfectionnement intéressant du deuxième. En effet, dans ce troisième procédé, les éléments d'échange thermique respectivement affectés à une évaporation d'eau ou à une condensation de vapeur, ne sont plus installés dans deux chambres séparées isolées l'une de l'autre, respectivement dédiées à ces deux fonctions, mais au contraire dans une chambre de traitement unique, dans laquelle les éléments de condensation sont installés entre deux éléments d'évaporation. Ce qui rend inutile l'utilisation d'un ventilateur pour faire circuler un courant d'air chaud saturé entre les éléments de condensation et d'évaporation, puisque de la vapeur d'eau est produite de haut en bas d'une surface d'évaporation, disposée à très courte distance d'une surface de condensa- tion, ayant à tout niveau quelques degrés de moins. De ce fait, la vapeur produite à chaque niveau se transporte en face, par le seul effet de la diffusion naturelle à travers une mince lame d'air chaud saturé, à pression ambiante.
Les avantages de ces deuxième et troisième procédés particuliers de distillation selon l'invention sont particulièrement intéressants lorsque la chaudière est un chauffe-eau solaire à accumulation, surdimensionné par rapport à la capacité de traitement instantané des éléments d'échange thermique mis en œuvre. Dans ce cas, une accumulation d'eau de mer chaude est réalisée dans le réservoir pendant les six heures de grand soleil d'une journée, ce qui permet à un alambic selon l'invention, comprenant une (ou deux) chambre(s) de traitement à capacité opérationnelle limitée, de fonctionner jour et nuit et à sa production journalière d'eau douce d'être plus que triplée. On notera cependant que le premier procédé particulier de distillation selon l'invention présente, par rapport aux deux autres, l'avantage de faire appel, pour une production journalière donnée, à deux fois moins de surface d'échanges thermiques. Cela, parce que, contrairement aux deux autres procédés, chaque élément d'échange thermique possède une double fonction, à savoir : condensation de vapeur sur ses parois intérieures et évaporation de liquide sur ses parois extérieures. Ce qui peut largement compenser les inconvénients qu'il présente par ailleurs.
Si l'on compare les trois procédés de distillation selon l'invention au procédé MSF visé plus haut, lequel comporte une succession de plusieurs chambres opérant à des niveaux de température et de pression de vapeur saturante décroissant par paliers, on constate que ces différentes chambres sont ici remplacées par les différentes tranches horizontales des espaces de séparation des éléments d'échange thermique concernés. Dans la chambre de traitement des premier et troisième procédés selon l'invention, la pression totale régnante est la pression atmosphérique et la température des tranches des espaces de séparation concernés décroît d'une manière continue depuis le haut jusqu'en bas des éléments d'échange thermique. Il en résulte, entre ces tranches, une diminution continue de pression partielle de vapeur saturante, dont la stabilité est assurée par une présence en quantité croissante d'un gaz incondensable (de l'air généralement). La présence de cet air dans la chambre de traitement des deux procédés de distillation selon l'invention (alors que cet air est continuellement évacué dans les chambres successives des installations MSF), est utilisée comme un moyen de faire varier la pression partielle de vapeur d'eau le long des parois d'échangeurs thermiques à contre-courant, lesquelles parois connaissent ainsi sur toute leur longueur, une double variation continue appropriée de températures. Des considérations semblables s'appliquent aux deux chambres du second procédé selon l'invention. Dans les trois procédés de distillation selon l'invention, les résultats de la distillation sont tout à fait semblables. L'amplitude des résultats fournis par ces procédés est une fonction relativement complexe de nombreux paramètres et notamment (1) de la température de l'air chaud saturé introduit dans les éléments ou du liquide chaud entrant dans les éléments d'évaporation, (2) des différences absolues de températures existant entre l'amont et l'aval des éléments, (3) du rapport entre la surface totale des éléments et la puissance thermique utilisée de la chaudière, (4) du débit du liquide chaud répandu, par unité de surface des éléments d'évaporation, (5) du débit du liquide et/ou de l'air circulant par unité de surface des différents éléments, (6) de la largeur des espaces remplis de gaz incondensable séparant ces éléments, (7) de la baisse de température créée au cours du refroidissement, (8) de l'accroisse ent de température du liquide et/ou de l'air, engendré par la chaudière et, finalement, (9) du coefficient de couplage thermique avec l'extérieur, des chambres de traitement et des canalisations concernées.
Les valeurs de plusieurs de ces différents paramètres dépendent les unes des autres, dans le cadre de relations relativement complexes. A cet égard, on notera, par exemple, que l'écart entre l'accroissement de température produit par la chaudière et la chute de température engendrée par l'organe de refroidissement, est directement déterminé par la valeur plus ou moins grande des pertes thermiques de l'ensemble ainsi constitué. Cela veut dire que cet écart (aisément mesurable) est représentatif du coefficient de couplage thermique (relativement difficile à mesurer ou calculer) du système avec l'extérieur ainsi que du facteur d'efficacité des éléments d'échange thermique utilisés. C'est pourquoi les valeurs optimales des paramètres indépendants et non imposés de tout alambic, construit selon l'un des procédés de distillation de l'invention, seront déterminées à partir de données expérimentales et d'une modélisation mathématique du système thermodynamique ainsi constitué.
Lorsqu'il est correctement optimisé, compte-tenu des valeurs imposées de certains paramètres, un appareil de distillation d'eau de mer, qui met en oeuvre l'un ou l'autre des trois procédés selon l'invention, peut produire de dix à cinquante litres d'eau douce par kWh thermique consommé, c'est-à-dire de sept à trente cinq fois environ le volume d'eau évaporé par cette même énergie. Les procédés de distillation selon l'invention réalisent, à l'évidence, un recyclage exceptionnellement efficace de la chaleur latente de condensation de la vapeur.
Pour une mise en œuvre efficace des différents procédés de distillation définis ci-dessus, des éléments d'échange thermique appropriés sont nécessaires.
Selon l'invention, un tel élément d'échange thermique est caractérisé en ce qu'il est creux et plat et qu'au moins l'une de ses parois extérieures est pourvue de moyens pour efficacement étaler l'écoulement, par gravité et/ou capillarité, d'un liquide répandu sur cette paroi, laquelle peut être sensiblement plane ou cylindrique.
Selon une caractéristique complémentaire d'un tel élément d'échange thermique, lesdits moyens d'étalement de l'écoulement sont constitués soit par un aggloméré ou un tissu perméable, hydrophile ou mouillable, soit par des gouttières parallèles peu profondes, étroites ou larges, destinées à être disposées à l'horizontale.
Selon d'autres caractéristiques complémentaires, un tel élément est mécaniquement stable en présence de liquides relativement chauds de moins de 100°C et il constitue un ensemble de conduits longs juxtaposés, à parois extérieures conduisant bien la chaleur, ledit ensemble étant pourvu (1) de raccords amont et aval, débouchant sur des organes de connexion, (2) de moyens de mise en place adaptés à permettre de disposer lesdits conduits à la verticale ou selon tout angle d'inclinaison approprié, et (3) de renforts latéraux rigides, notamment adaptés à déterminer le pas d'assemblage d'éléments juxtaposés.
Selon une première forme de réalisation, un tel élément est une nappe souple rectangulaire, regroupant de nombreux conduits étroits, constitués entre des lignes de soudure longitudinales parallèles, réalisées entre deux membranes polymères, comportant, au moins du côté extérieur, un revêtement hydrophile collé ou soudé, et lesdits raccords sont formés par deux lignes de soudure transversales, réalisées en amont et en aval desdits conduits.
Selon une deuxième forme de réalisation, un tel élément est un panneau rectangulaire alvéolaire rigide, pourvu d'un revêtement extérieur hydrophile ou mouillable, collé ou soudé, et chacun de ses raccords amont et aval forme une sorte de coiffe plate allongée, à parois minces, ladite coiffe étant engagée et fixée étanche sur les extrémités de ce panneau.
Selon une troisième forme de réalisation, un tel élément est un panneau rectangulaire rigide, creux et plat, possédant des parois extérieures bonnes conductrices de la chaleur, pourvues de gouttières parallèles peu profondes, transversalement disposées, ces gouttières étant soit étroites quand cet élément doit être installé à la verticale soit larges quand il doit être disposé suivant un plan légèrement incliné.
A titre d'exemples, dans un élément d'échange thermique selon l'invention, (1) un tel aggloméré perméable sera un non-tissé ou un feutre hydrophile de cellulose ou encore une feuille mouillable de poudre frittée poreuse, (2) un tel tissu perméable sera réalisé en coton hydrophile ou en fils imperméables mouillables et (3) de telles parois pourvues de gouttières seront en métal ou en plastique dur extrudé ou encore en plastique thermo-formé. On notera que des parois à gouttières, relativement faciles à nettoyer, seront de préférence utilisées lorsque le liquide à distiller aura tendance à produire du tartre.
Grâce à ces dispositions, de tels éléments d'échange thermique deviennent tout à fait appropriés à une mise en œuvre efficace des procédés de distillation selon l'invention. En effet, la circulation d'un courant de liquide chaud dans un tel élément creux et plat, incliné ou vertical, permet de fournir, avec peu de pertes à travers sa paroi bonne conductrice de la chaleur, une quantité de chaleur suffisante pour continuellement assurer une évaporation d'une partie importante de tout liquide généralement chaud s'écoulant sur cette paroi, en couches minces et d'une manière sensiblement uniforme, par gravité et/ou capillarité (par opposition à un ruissellement qui s' effectue généralement en plusieurs coulées séparées, d'épaisseur variable). Le processus inverse existe également. En effet, lorsque de l'air chaud saturé en vapeur entoure un tel élément vertical ou incliné et que celui-ci est traversé de bas en haut par un liquide moins chaud, une condensation de vapeur s'effectue sur les parois de cet élément. Et ce phénomène a pour conséquence la transmission, dans d'excellentes conditions, de la chaleur de condensation de cette vapeur audit liquide, lequel se réchauffe au fur et à mesure qu'il monte et que le distillât descend lentement en couche mince, par capillarité et gravité, dans un revêtement hydrophile ou mouillable ou d'une gouttière à l'autre. En conséquence, ce type d'éléments d'échange thermique selon l'invention peut, en oubliant les augmentations d'entropie concernées, être qualifié d'élément d'échange thermique quasi réversible.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'une manière plus précise à la suite de la description ci-après de différentes formes de réalisation d'éléments d'échange thermique et d'appareils de distillation perfectionnés faisant usage de ces éléments, lesquelles formes sont données à titre d'exem- pies non limitatifs, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 représente une vue de face schématique d'un élément d'échange thermique souple selon l'invention ;
- la figure 2 représente une vue en coupe transversale de cet élément souple;
- la figure 3 représente une vue en bout de deux éléments souples installés juxtaposés, dans une cham- bre de traitement ;
- la figure 4 représente une vue en coupe longitudinale d'un élément d'échange thermique souple ;
- la figure 5 représente une vue de face schématique d'un élément d'échange thermique rigide selon l'invention ;
- la figure 6 représente une vue en coupe longitudinale de cet élément rigide; - la figure 7 représente une vue en coupe longitudinale partielle d'un élément d'échange thermique pourvu de gouttières étroites;
- la figure 8 représente, sous une forme schématique, un appareil de distillation de l'eau de mer chaude rejetée par un moteur marin, qui met en œuvre le premier procédé selon l'invention ;
- la figure 9 représente, sous une forme schématique, un appareil de distillation d'eau de mer à chaudière conventionnelle, mettant en œuvre le deuxième procédé selon l'invention ;
- la figure 10 représente, en perspective simplifiée, un appareil de distillation d'eau de mer, équipé d'une chaudière solaire à accumulation, mettant en œuvre le troisième procédé selon l'invention.
Selon la figure 1 et la figure 2, laquelle est une vue en coupe selon la ligne A-A' de la figure 1 , un premier type d'élément d'échange thermique 10 comprend essentiellement une nappe souple 12, pourvue de renforts latéraux rigides 14 a-b, en plastique moulé. La nappe 12 est réalisée à partir d'une membrane fine 13, en plastique alimentaire, par exemple en pσlyéthylène de 100 μm d'épaisseur, et elle comporte un revêtement hydrophile soudé 15, constitué par un non-tissé de cellulose d'épaisseur comparable. Pour réaliser la nappe 12, la membrane retenue est tout d'abord pliée en deux, le revêtement 15 étant placé à l'extérieur, puis soumise à une ou plusieurs opérations de soudure, de manière à constituer un grand nombre de lignes de soudure longitudinales parallèles 16....16n. Les lignes d'extrémité 16. et 16π ont environ 30 mm de large et s'étendent sur toute la longueur de la nappe 12. Les autre lignes ont de 2 à 3 mm de large, elles sont séparées les unes des autres par des intervalles de 15 à 20 mm et sont distantes des extrémités de la nappe d'environ 15 cm. Dans une nappe 12 donnée, le nombre de conduits 18ι...18n-ι ainsi constitués peut atteindre une cinquantaine, la largeur de la nappe 12 pouvant, quant à elle, varier de
60 à 120 cm et sa longueur de 80 à 180 cm, en fonction de l'application envisagée. Au voisinage de la pliure de la membrane, une ligne de soudure transversale et légèrement oblique 20 est réalisée et, un peu au-dessus de cette ligne 20, deux découpes latérales, de largeur un peu supérieure à la largeur des renforts latéraux 14 a-b, sont pratiquées dans les prolongements des lignes de soudure d'extrémité 16ι et 16n. De la sorte, un fourreau 22 est réalisé qui aura, par exemple, 50 mm de large à une extrémité et 80 mm à l'autre. Dans ce fourreau 22, peut être engagée une tringle plate 24, à bords arrondis, de 40 mm de large et de 4 mm d'épaisseur, destinée à assurer la suspension verticale de l'élément 10. La ligne de soudure transversale 20 rejoint les lignes d'extrémité 16ι et 16n, de manière à délimiter un raccord plat 26, en forme de trapèze, mesurant 20 mm au-dessus du conduit 18ι et 50 mm au-dessus de 18n-ι. Au-dessus de la ligne 16n, débouche un tube de connexion 28, fixé d'une manière étanche à l'extrémité large du raccord 26, qui mesure au plus 12 mm de diamètre extérieur et environ 60 mm de long. Un raccord 30, symétrique du raccord 26, est réalisé à l'extrémité inférieure des conduits 18ι...18n-ι et ce raccord 30 est relié à un tube de connexion 32, diagonalement opposé mais identique au précédent. Les renforts latéraux rigides 14 a-b incorporent les lignes larges de soudure d'extrémité 16ι.
Selon la figure 2, les conduits 18ι...18n-ι, délimités par la membrane 13 et son revêtement 15, apparaissent légèrement gonflés, chacun ayant la forme de deux arcs de cercle, présentant un écart maximal de 4 mm, réunis par une ligne de soudure 162...16π-ι . A la suite de ce gonflement, la largeur initiale de la nappe 12 est diminuée de 5% environ. Deux trous 34 a-b et 36 a-b, pratiqués dans chacun des renforts 14 a-b, sont destinés à être traversés par deux paires de tiges de serrage, solidaires d'un bâti approprié (non représentés), qui permettront aux différents éléments 10, assemblés dans une chambre de traitement, d'être correctement disposés. La distance entre deux tiges de serrage, fixées au même niveau sur le bâti intérieur d'une chambre de traitement, sera égale à la largeur initiale de la nappe, diminuée des 5% visés plus haut.
La figure 3 représente une vue en bout, selon la flèche B, des renforts latéraux rigides 14a et 14b de deux éléments 10 d'échange thermique en nappe souple, juxtaposés de façon que leurs tubes de connexion 28 et 32 aient des positions inverses, pour leur permettre d'empiéter sur l'élément voisin. Chaque renfort 14a et 14b déborde vers le haut le raccord 26, pour former une fourche à deux branches 38 a-b. Au niveau de chaque raccord 26 et 30 des conduits de la nappe 12, les renforts 14a et 14b présentent de chaque côté deux découpes latérales 40 a-b et 42 a-b. A titre d'exemples, l'épaisseur de chaque renfort 14a ou 14b sera de 7 mm, sa largeur de 40 mm, l'épaisseur des branches 38 a-b de la fourche de 1,5 mm, l'écartement de ces branches de 4 mm, leur hauteur de 44 mm, la profondeur des découpes 40 a-b et 42 a-b, de 1 ,65 mm et leur hauteur de 60 mm. Le support formé par les branches 38 a-b est destiné à recevoir en appui l'une des extrémités de la tringle de suspension 24. Chaque paire de découpes 40 a-b et 42 a-b des renforts latéraux 14 a-b de deux éléments 10 juxtaposés, est destinée à servir de logement à l'une des extrémités de deux plaques intercalaires 44 a-b, en plastique alvéolaire, de 3,3 mm d'épaisseur, de 60 mm de large et de longueur égale à celle de la tringle 24. Les renforts 14 a-b débordent vers le bas le raccord 30, pour respectivement former les deux pieds 46 a-b de l'élément d'échange thermique 10, ces pieds 46 a-b étant destinés à reposer sur le fond de la (ou des) chambre(s) de traitement de l'alambic. Un peu au-dessus des pieds 46 a-b, débouchent respectivement le tube de connexion 32 et un tuyau d'évacuation 56 qui sera présenté ci-après. Selon la figure 4, qui est une vue en coupe selon la ligne C-C de la nappe 12 (avec écartement latéral des différents composants, pour en faciliter la représentation), la ligne 16 représente une ligne de soudure et les traits 48 a-b, les parois composites (membrane plastique intérieure et revêtement hydrophile extérieur) d'un conduit 18. Au-dessus de la ligne 16, apparaissent le raccord 26, la ligne de soudure transversale 20, le fourreau 22 et la tringle de suspension 24. Au-dessus et tout le long de la tringle 24, sont disposés un tuyau 50 de 4 mm de large, bouché à son extrémité libre et percé d'un trou de 1 mm de diamètre tous les 10 cm, ainsi qu'une cape 52 en matériau composite (revêtement hydrophile intérieur et membrane plastique extérieure) qui enveloppe le tuyau 50, la tringle 24 et le raccord 26 et qui descend sur les premiers centimètres du conduit 18. De même, à la base de la nappe 12, est disposé un chausson 54, semblable à la cape 52 et installé comme elle, de manière à envelopper le raccord 30 et les derniers centimètres du conduit 18. Le chausson 54 présente une légère pente, terminée par un tuyau d'évacuation 56, fixé étanche, qui débouche au-dessus du pied 46b du renfort latéral rigide 14b (voir fig.1). Les deux plaques 44 a-b ou 58 a-b, en plastique alvéolaire, sont pressées dans leur logement, par les renforts latéraux 14 a-b des deux éléments qui entourent l'élément 10 représenté. En conséquence, les raccords 26 et 30 qui, gonflés, auraient débordé l'espace qui leur est affecté, sont resserrés et, dans le cas de l'exemple présenté plus haut, ramenés à une épaisseur de 3J mm. De plus, la cape 52, qui applique son revêtement hydrophile intérieur sur le revêtement hydrophile extérieur de la nappe 12, coopère avec le tuyau 50, affecté à l'alimentation en eau à distiller, pour répartir cette eau d'une manière uniforme, par capillarité et gravité, dans le revêtement hydrophile de cette nappe. Dans ces conditions, un espace libre de 3,3 mm d'épaisseur moyenne est aménagé entre les nappes souples 12 de deux éléments 10 juxtaposés. Cet espace libre se prolonge en haut et en bas des éléments 10, par les alvéoles transversales (carré de 3 mm de côté) des plaques 44 a-b et 58 a-b, assurant ainsi un espace libre ouvert de largeur appropriée entre deux éléments 10 juxtaposés.
Selon la figure 5 et la figure 6 qui représente une vue en coupe selon la ligne D-D' de la figure 5, un second élément d'échange thermique selon l'invention est représenté. La figure 5 est une vue schématique d'un élément d'échange thermique rigide 60, réalisé à partir d'un panneau alvéolaire 61, en plastique alimentaire, par exemple en polypropylène, d'un type disponible dans le commerce, notamment pour constituer des supports d'affichage. A titre d'exemple, un tel panneau 61 mesure 60 cm de large et 80 cm de long et comporte environ 180 alvéoles longitudinales telles 62ι...62n, à section interne carrée de 3 mm de côté, délimitées par des cloisons étroites 64ι...64n+ι et des faces 65 a-b (voir fig.6), ayant 0,15 mm d'épaisseur. Les extrémités hautes et basses du panneau 61 sont engagées et soudées étanches dans deux coiffes plates allongées identiques 66 et 67, symétriquement disposées, réalisées en un plastique identique à celui du panneau 61. Chaque coiffe 66-67 comporte deux renforts latéraux 68 a-b et 69 a-b, épais de 7 mm, larges de 20 mm et hauts de 80 mm. Dans la partie centrale des coiffes 66 et 67deux collecteurs plats de forme trapézoïdale 72 ou 73, débouchent sur deux tubes de connexion 74 ou 75, diagonalement opposés. Les renforts 68 a-b et 69 a-b comportent, d'une part, des prolongements 76 a et 77 a, percés d'un trou 76 c et 77 c, et d'autre part des prolongements 76 b et 77 b, les prolongements 77 a-b servant de pieds à l'élément 60. En outre deux paires de trous 78 a-b et 79 a-b, destinés à être traversés par les deux paires de tiges de serrage d'éléments 60, installés dans une chambre de traitement. Enfin, les renforts 68 a-b et 69 a-b sont munis de chaque côté, de languettes en U, 80 a-b et 81 a-b, adaptées à faciliter la mise en place des plaques intercalaires 82 et 83 de la figure 6. Sur cette figure 6, apparaissent une alvéole 62 et ses deux faces extérieures 65 a-b, engagées dans leurs coiffes d'extrémité 66 et 67. Les faces 65 a-b des alvéoles du panneau 61, ainsi que les parois externes des coiffes 66 et 67, comportent un revêtement hydrophile collé 84, représenté en pointillé. Un tuyau 86, identique au tuyau 50 des figures 3-4, destiné à l'alimentation en eau de mer de l'élément 60, traverse le trou 76c du prolongement 76a, court au-dessus de la coiffe 66 et s'arrête bouché, sensiblement au bout de la coiffe 66. Une cape 88, identique à celle 52 de la fig.4, recouvre ce tuyau 86 et la partie de la coiffe 66 comprise entre les prolongements 76 a-b et descend jusqu'au panneau 61. De même, un chausson 90, identique à celui 54 de la figure 4, est installé entre les pieds 77 a-b de l'élément 60, il démarre du bas du panneau 61 et termine, en pente légère, sous un conduit d'évacuation 92, inséré dans le trou 77c du pied 77a de l 'élément 60. Sur les languettes en U, 80 a-b et 81 a-b, de chacun des renforts 68 a-b et 69 a-b de deux éléments 60 juxtaposés, sont engagées les alvéoles d'extrémité de deux paires de plaques intercalaires 82 a-b et 83 a-b, de 60 mm de large, réalisées à partir d'un panneau identique au panneau 61. De la sorte, les revêtements intérieurs hydrophiles de la cape 88 et du chausson 90 sont pressés sur les revêtements extérieurs hydrophiles 65 a-b du panneau 61 et des coiffes 66 et 67. Dans ces conditions, la cape 88 assure, par capillarité et gravité, une bonne distribution dans ces revêtements extérieurs, de l'eau à distiller apportée par la gouttière 86. Quant au chausson 90, suivant qu'il est installé sur des plaques d'évaporation ou de condensation, il assure une bonne collecte de la saumure ou de l'eau distillée qui s'écoule de ces mêmes revêtements. En outre, ces paires de plaques intercalaires 82 a-b et 83 a-b établissent entre deux éléments 60 juxtaposés, assemblés dans une chambre de traitement, un espace libre ouvert approprié, ayant dans le cas présent 3,3 mm de large.
Les figures 7a, 7b représentent des vues en coupe longitudinale partielle d'un élément d'échange thermique vertical 94a et légèrement incliné 94b. ils sont rectangulaires, creux et plats, avec des alvéoles intérieures 96 a-b et deux parois 95 pourvues de gouttières étroites 97 pour l'un et d'une seule 95a pourvue de gouttières larges 98, disposées en cascade, pour l'autre. La planéité de ces parois est assurée par la présence d'entretoises intérieures espacées de quelques décimètres. La surface de ces éléments pourra être relativement grande, par exemple supérieure à un mètre carré. La largeur des gouttières sera de quelques millimètres pour les étroites et d'environ un décimètre pour les larges, leur profondeur sera de quelques millimètres et l'intervalle de séparation des étroites sera de quelques centimètres. Une gouttière d'alimentation en liquide à distiller, identique aux gouttières 50 et 86 des figures 4 et 6, sera installée au- dessus de ces éléments, mais aucune cape de répartition d'écoulement ne sera nécessaire. Des gouttières appropriées seront prévues pour recueillir le condensé. Ces éléments pourront être réalisés à partir de plaques métalliques ou de plastique dur, réalisées par extrusion, pourvues de gouttières étroites ou larges. Elles seront assemblées au moyen de bordures appropriées et d'entretoises. Une autre manière de réaliser un tel élément d'échange thermique à gouttières étroites sera de faire appel aux techniques de fabrication de corps creux, en plastique thermo-formé.
La figure 8 représente schématiquement un appareil de distillation 100 pour la mise en œuvre du premier procédé de distillation à hautes performances selon l'invention. Cet appareil 100 comprend un réservoir calorifuge 101, contenant de l'eau chaude et de la vapeur. Il est alimenté par un conduit pourvu d'une vanne de réglage de débit 99, véhiculant 2 m3/heure d'eau de mer chaude à 95°C, rejetée par le moteur marin non représenté d'une petite centrale électrique du littoral, qui réalise ainsi une co-génération électricité et eau douce. Ce réservoir 101 est installé au-dessus d'une chambre de traitement 102, en forme de cuve à fond rectangulaire de 150 x 350 cm, haute de 170 cm. La chambre de traitement 02 possède des parois épaisses 107, à haute isolation thermique, et elle contient un bâti (non représenté), sur lequel sont installés et fixés par leurs tiges d'assemblage (non représentées) quatre cents éléments d'échange thermique, de 100 cm de large et de 120 cm de haut, tels 104 a...g. Ces éléments sont du genre à nappe souple représenté à la figure 1 , mais ils en diffèrent par le fait qu'ils comportent en plus un revêtement hydrophile intérieur 104" a... g, identique à leur revêtement hydrophile extérieur usuel 104' a... g, tous deux représentés en pointillés. Ces éléments sont séparés les uns des autres par des plaques alvéolaires intercalaires épaisses de 3,3 mm (non représentées), référencées 44 a-b et 58 a-b sur les figures 3 et 4. Ils sont assemblés et juxtaposés comme indiqué plus haut, par deux paires de tiges d'assemblage traversant leurs renforts latéraux rigides, de façon à créer des espaces libres 106 a...h, ouverts de haut en bas. Sur la tranche supérieure de chaque élément 104 a...g, sont disposés (mais non représentées ici) le tuyau 50 et la cape 52 de la figure 4, ce tuyau étant raccordé à un conduit 112, alimenté par de l'eau de mer chaude 114, contenue dans le réservoir 101.
La partie supérieure du réservoir 101 est remplie d'air chaud 118, saturé en vapeur d'eau. Une turbine 120, raccordée à cette partie supérieure, est connectée par un tuyau 122, d'environ 20 cm de diamètre, à un collecteur 124, relié aux tubes de connexion des raccords hauts 105 a...g des éléments d'échange thermique 104 a...g. Dans le cas d'un débit d'eau chaude de 2 m3/h, cette turbine 120 engendre un débit d'air de 0,4m3/sec à une vitesse d'environ 15 m/sec et sous une pression de 3 hectopascals. L'air chaud saturé en vapeur, ainsi injecté dans les conduits de ces éléments, les traverse de haut en bas, à vitesse relativement élevée. Un collecteur aval 126, relié aux tubes de connexion des raccords bas 103 a...g des éléments 104 a...g, est connecté à l'entrée d'un ballon de ségrégation air/eau 128. L'entrée basse d'un serpentin vertical 130, immergé dans l'eau d'un ballon de refroidissement 132, est connectée à la partie haute du ballon de ségrégation air/eau. Le ballon 132 comporte une entrée haute, alimentée en eau de mer à la température extérieure (25° environ) par un conduit 134, pourvu d'une vanne 135 de réglage de débit. Le ballon 132 comporte une sortie basse 133 d'évacuation d'eau de mer tiède (40°C environ). La sortie haute du serpentin 130 est reliée, par un conduit 136, à un collecteur 137 connecté à plusieurs entrées basses, telles 138 a...h, débordant un peu du fond de la chambre de traitement 102. L'air asséché et refroidi ainsi injecté dans la chambre 102 est à une température de 40°C environ. Cette chambre 102 comporte plusieurs sorties hautes, telles 140 a...h, reliées à un collecteur 142, dont l'extrémité supérieure 143 plonge dans l'eau 114 du réservoir 100. Le ballon de ségrégation 128 comporte, en un point bas, un tuyau 146 d'évacuation de l'eau douce condensée dans les alvéoles 104 a...g et dans le serpentin 130. La chambre de traitement 102 comporte, en un point bas, un tuyau 148 d'évacuation de la saumure.
La figure 9 représente sous une forme schématique un appareil de distillation 150, réalisé selon le deuxième procédé de l'invention. Cet appareil 150 comprend deux chambres de traitement 152 et 154, pourvues de parois épaisses 153-155, à haute isolation thermique, séparées par une cloison mitoyenne isolante 156. Ces chambres 152-154 sont respectivement affectées à une condensation de vapeur et à une évaporation d'eau. L'ensemble, formé par ces deux chambres contiguës, constitue une cuve à fond rectangulaire de 60 x 80 cm, haute de 120 cm. La chambre de condensation 152 contient une quinzaine d'éléments d'échange thermique "froids", tels 158 a,b,c, qui mesurent 60 cm de large et 80 cm de haut et sont pourvus de renforts latéraux de 7 mm d'épaisseur. Ces éléments sont dotés de revêtements hydrophiles (représentés en pointillés, et non référencés) et ils comportent soit des nappes souples conformes aux figures 1, 2 et 3 soit des panneaux alvéolaires rigides, du genre décrit aux figures 5 et 6. La chambre d'évaporation 154 contient également quinze éléments d'échange thermique identiques aux précédents, tels 160 a,b,c, mais ces derniers sont chauds et ils diffèrent des panneaux froids 158 a,b,c par le fait qu'ils sont pourvus, sur leur partie supérieure, de capes 162 a...f d'étalement d'eau chaude, recouvrant le haut des revêtements hydrophiles. Ces capes recouvrent des gouttières, telles 164 a...f, d'alimentation en eau de mer (cf. le tuyau 86 et la cape 88 de la fig.6), connectées au conduit de sortie 166 d'une chaudière d'une puissance thermique de 1 kW, qui comporte un réservoir 168 rempli d'eau de mer chauffée à environ 95°C. Les éléments d'échange thermique 158 a,b,c et 160 a,b,c sont séparés les uns des autres par des espaces libres 170 a...d et 172 a...d, de 3,3 mm de large (cf. fig.6).
Les parties hautes des espaces libres 170 a...d et 172 a...d, communiquent entre elles à travers un passage 174 relativement large, aménagé dans toute la partie supérieure de la cloison mitoyenne 156 séparant les chambres de condensation 152 et d'évaporation 154. Les parties basses des espaces libres 170 a...d et 172 a...d communiquent également entre elles, à travers un passage circulaire, aménagé dans la partie inférieure de la cloison 156, dans lequel est installé un ventilateur 176. Ce ventilateur 176 est adapté à faire entrer dans la chambre d'évaporation 154 un courant d'air, asséché et refroidi venant de la chambre de condensation 152, et ainsi faire circuler en circuit fermé un courant d'air dans ces deux chambres. Le débit du ventilateur 176 est, dans le cas d'une chaudière de 1 kW, d'environ 80 litres/sec et la vitesse de l'air soufflé entre les éléments, d'environ 40 cm/sec.
Les tubes de connexion des raccords hauts 159 a,b,c des éléments d'échange thermique froids 158 a,b,c de la chambre de condensation 152, sont reliés à un collecteur 178, connecté à un conduit 180 qui traverse la partie supérieure horizontale de la paroi 153 et aboutit à l'entrée du réservoir 168. Le conduit de sortie 166 de ce réservoir 168 traverse la partie supérieure horizontale de la paroi 155 de la chambre d'évaporation 154 et aboutit à un collecteur 182, auquel sont reliés les tubes de connexion des raccords hauts 161 a,b,c des éléments d'échange thermique chauds 160 a,b,c. Les tubes de connexion des raccords bas des éléments chauds 160 a,b,c sont reliés à un collecteur 184 connecté à un conduit 186 qui traverse la partie inférieure de la paroi 155 de la chambre 154 et aboutit à l'entrée d'une pompe 188. Cette pompe 188 alimente un organe de refroidissement 190, exposé à l'air ambiant et disposé à l'ombre, qui débouche sur un conduit 192 traversant la paroi inférieure 153 de la chambre de condensation 152 et aboutit au collecteur bas 193 des éléments froids 158 a,b,c de cette chambre 152. Sous l'action de la pompe 188, l'eau circule à une vitesse de 1 à 2 mm/sec dans les alvéoles des éléments d'échange thermique. Au conduit 190, est connectée l'extrémité basse d'une colonne 194, ouverte à l'air libre un peu au-dessus du réservoir 168 et pourvue d'une vanne 196 de réglage de débit Cette colonne 194, alimentée en eau de mer à la température extérieure, et cette vanne 196 sont adaptées à ajouter, à l'eau de mer qui circule en circuit fermé dans les éléments d'échange thermique 158 a,b,c et 160 a,b,c des deux chambres 152 et 154, un débit donné d'eau de mer à la température extérieure, ajusté en fonction des valeurs optimales des paramètres de fonctionnement de l'appareil, (soit environ 10% du débit de la pompe 188). Un conduit 198, assurant l'évacuation de l'eau douce produite, traverse une paroi latérale de la chambre de condensation 152, au niveau du fond de cette chambre. Un autre conduit 200, assurant l'évacuation de la saumure, traverse une paroi latérale de la chambre d'évaporation 154, au niveau du fond de cette chambre.
L'organe de refroidissement 190 est un radiateur 191, disposé à l'ombre, qui peut être réalisé à partir d'une feuille de polyéthylène, pourvue de lignes de soudure intérieures et d'un revêtement hydrophile extérieur, constamment humidifié par de l'eau de mer. Cet organe, qui a pour objet d'abaisser de quelques degrés (3 à 7°C, généralement) la température de l'eau de mer qui le traverse, a une surface dépendant de la valeur de la température du point de rosée de l'air ambiant. A titre indicatif, dans le désert, cette dernière température est proche de 15°C, dans les régions sèches du littoral, elle approche 23°C et dans les régions chaudes et humides, elle s'élève jusqu'à 30°C. La figure 10 représente le schéma d'un appareil domestique de distillation d'eau de mer 220, réalisé selon le troisième procédé de l'invention. L'appareil 220 comprend, à titre d'exemple non limitatif, une chaudière solaire à accumulation 222, installée sous une chambre de traitement calorifugée 223 (schématiquement représentée en pointillés), à fond rectangulaire de 80 x 60 cm et de 120 cm de haut.. Dans cette chambre, sont disposés vingt cinq éléments d'échange thermique de 60 cm de large et de 80 cm de haut, pourvus de renforts latéraux épais de 7 mm, de l'un des genres décrits aux figures 1 à 4 ou 5- 6. Ces éléments sont répartis en un premier et un second groupe, respectivement affectés à l'évaporation d'eau et à la condensation de vapeur. En accord avec les figures 4 ou 6 (mais sans report sur la figure 10), les treize éléments d'évaporation, tels 224 a,b,c, sont pourvus d'une gouttière 50 ou 86 d'alimentation en eau de mer, d'une cape 52 ou 88 de répartition de cette eau et d'un chausson 54 ou 90 de collecte de la saumure. Quant aux douze éléments de condensation, tels 226 a,b, ils sont seulement pourvus d'un chausson 54 ou 90 de collecte de l'eau distillée produite. Chaque élément de condensation est intercalé entre deux éléments d'évaporation, avec un écart de 3,3 mm, grâce aux renforts latéraux 14 a-b et à la présence de plaques intercalaires, telles 44 a-b de la fig. 5 (non représentées ici). L'ensemble de ces éléments d'échange thermique est en principe adapté à traiter de l'eau de mer chaude à température variant de 60 à 75°C, délivrée par une chaudière, ayant une puissance thermique d'environ 400 . En fait, le nombre et les dimensions des éléments visés plus haut sont approximatifs, des essais systématiques seront nécessaires pour leur donner des valeurs optimales afin de coupler au mieux, chambre de traitement et chaudière solaire ou conventionnelle.
Les différents tuyaux d'alimentation en eau de mer chaude des revêtements hydrophiles des éléments d'évaporation 224 a,b,c (référencés 50 et 86 sur les figures 3 et 5), sont ici rappelés par les références 230 a,b,c. Ils sont connectés à un collecteur 232, relié à un conduit 234, raccordé à la sortie de la chaudière 222, par une canalisation calorifugée 235. Les raccords hauts des éléments d'évaporation 224 a,b,c (premier groupe) sont alimentés en eau de mer chaude par des tubes de connexion 236 a,b,c reliés au conduit 234. Les tubes de connexion 238 a,b,c, fixés aux raccords bas de ces mêmes éléments d'évaporation sont reliées à un collecteur 240, prolongé par un conduit 241 qui traverse la paroi inférieure de la chambre de traitement 223 et aboutit à l'entrée d'un organe de refroidissement 242, identique à l'organe 190 de la figure 8 et installé de même. La sortie de l'organe de refroidissement 242 est connectée à un conduit 243 qui traverse la paroi inférieure de la chambre 223 et aboutit à un collecteur 244 alimentant les tubes de connexion 246 a,b des raccords bas des éléments de condensation 226 a,b (second groupe). Les tubes de connexion 248 a,b des raccords hauts des éléments de condensation 226 a,b sont reliés à un collecteur 250, connecté à une canalisation calorifugée 252, reliée à l'entrée de la chaudière 222. Au conduit 240, est par ailleurs raccordée une colonne 254, débouchant à l'air libre un peu au-dessus du niveau du conduit 232 d'alimentation en eau de mer chaude à étaler sur les éléments d'évaporation. Dans cette colonne 254, se déverse un débit déterminé constant d'eau de mer à la température extérieure, fourni par un tuyau 255, pourvu d'une vanne de réglage de débit 257 et relié à un réservoir 259 (lui-même précédé d'un filtre non représenté). Ce débit constant, qui correspond sensiblement à 10% du débit circulant dans l'appareil, engendre le débordement d'un débit égal d'eau chaude venant de la chaudière 222, répandu sur les parois externes hydrophiles des éléments d'évaporation 224 a,b,c. En outre, ce débit constant représente environ le double du débit d'eau douce attendu et au moins une fois et demie ce dernier débit, afin de ne jamais déposer de sel dans l'appareil. Le chausson 90 et son tuyau 92 des figures 5 et 6, prévus pour la collecte de la saumure qui s'écoule de chacun des revêtements hydrophiles des éléments d'évaporation 224 a,b,c, sont représentés ici et portent les références 256 a,b,c. Ils sont reliés à un collecteur 258, affecté à l'évacuation de cette saumure. Un chausson 261 a-b et un tuyau 263 a-b, identiques aux précédents, sont mis en place sur les éléments de condensation 226 a,b et sont reliés à un collecteur 260, connecté à un tuyau 262 d'évacuation de l'eau distillée.
En installant la chaudière solaire 222 au-dessous de la chambre de traitement 223, de telle façon que la sortie de cette chaudière soit située à au moins 2m au-dessous du collecteur 232, alimentant en eau chaude à étaler les éléments d'évaporation 224 a, b, c, une circulation par thermosiphon de l'eau chaude produite par la chaudière, s'établit spontanément dans le circuit fermé constitué dans l'appareil de distillation. La vitesse moyenne finale de cette circulation est de 15 cm/sec environ, dans les canalisations calorifugées 235 et 252, et de quelques mm/sec dans les alvéoles des éléments d'échange thermique. Cette vitesse est réglée par une vanne 264, à commande manuelle, installée au point le plus froid de l'appareil, à savoir au début du collecteur 244 qui alimente en eau refroidie, produite par l'organe de refroidissement 242, les tubes de connexion bas 246 a,b des éléments de condensation 226 a,b. La chaudière solaire à accumulation 222 comprend un réservoir allongé 266 en polyéthylène noir relativement épais (0,15 mm par exemple) mesurant 40 cm de large, 30 cm de haut et de 3 m de long, qui contient environ 300 litres d'eau, soit à peu près dix fois le volume d'eau contenu dans les alvéoles des éléments d'échange thermique 224-226. Le réservoir 266 est, d'une part, installé sur un plateau isolant 268 et, d'autre part, sous une couverture transparente 270, en polyéthylène traité pour piéger les rayons infra- rouges, montée d'une manière étanche sur des flancs rigides isolants transparents 272 a,b, solidaires du plateau 268. Ce plateau 268 et le réservoir 266 sont orientés en fonction de la latitude du lieu d'installation de l'appareil 220 et légèrement inclinés.
L'extrémité basse de la canalisation calorifugée 235 de départ d'eau chaude est connectée à une bonde 274, installée à l'extrémité la plus haute du réservoir 266. La canalisation calorifugée 252 de retour d'eau refroidie aboutit sur une bonde 276, installée à l'extrémité la plus basse du réservoir 266. Une telle chaudière solaire à accumulation produit pendant les six heures de plein soleil de la journée une eau chaude à 75°C environ. Grâce au bon isolement thermique de l'appareil, pendant la nuit, cette température diminue lentement jusqu'à environ 60°C. Quant à la température de l'eau qui retourne à la chaudière, elle demeure constamment de 4 à 6°C environ au-dessous de la température de l'eau chaude sortante. L'appareil 220 fonctionne jour et nuit, mais la production horaire d'eau douce diminue pendant la nuit, en même temps que la température de l'eau chaude fournie par la chaudière.
Grâce à ces dispositions, les trois appareils de distillation selon l'invention, décrits aux figures 8, 9 et 10, fournissent des résultats particulièrement intéressants. Cela est dû à l'efficacité élevée de chacun des éléments d'échange thermique liquide/vapeur quasi réversible utilisés, à la possibilité de les assembler en un volume relativement faible, pour former de très grandes surfaces totales d'échanges thermiques et à la très faible épaisseur des lames d'air qui séparent ces éléments. A chaque niveau des parois de ces éléments d'échange thermique, les températures des fluides chauds qui circulent de haut en bas sont légèrement supérieures (au moins supérieure à un seuil théorique d'environ 0,5°C dans le cas de l'eau de mer) à celles des fluides "froids" qui circulent de bas en haut.
Dans les appareils de mise en œuvre des deuxième et troisième procédés selon l'invention, environ 10% de l'eau, en circulation dans les conduits ou les alvéoles des éléments d'échange thermique, est étalée sur les parois à revêtement hydrophile des éléments d'évaporation. Au cours de sa descente, par capillarité et/ou gravité, le long des parois de ces éléments d'évaporation, la moitié environ et au plus les deux tiers de l'eau ainsi étalée sont évaporés puis condensés sur les parois à revêtement hydrophile des éléments de condensation. Pour ce faire, la température de l'eau chaude ainsi étalée diminue progressivement de haut en bas, de même que diminue celle de l'eau qui l'accompagne et qui circule de haut en bas dans les conduits ou les alvéoles des éléments d'évaporation, cependant qu'augmente de la même façon la température de l'eau qui circule de bas en haut dans les éléments de condensation, lesquels récupèrent ainsi la chaleur latente de condensation de la vapeur. Dans les éléments d'échange thermique des appareils selon le premier procédé, de l'air chaud saturé remplace l'eau en circulation dans les éléments des deux autres, mais les échanges thermiques sont semblables.
On notera que le revêtement hydrophile intérieur des parois des éléments de l'appareil selon la figure 8 (premier procédé) et que le revêtement extérieur, hydrophile ou mouillable, des parois des éléments de condensation des appareils selon les figures 9-10 (deuxième et troisième procédés), permettent aux petites gouttes d'eau pure condensée sur ces parois, de descendre lentement en abandonnant au même rythme leur chaleur latente de condensation à l'eau de mer qui circule en sens inverse à l'extérieur ou à l'intérieur de ces éléments. Un tel revêtement hydrophile, appliqué sur les parois froides de ces éléments, empêche la formation progressive de grosses gouttes d'eau chaude en haut des éléments, suivie de descentes brusques de ces mêmes gouttes. Ce qui aurait diminué notablement le taux de recyclage de la chaleur de condensation de la vapeur. Un écart de température de plusieurs dizaines de degrés existe entre le haut et le bas de la lame d'air saturé en vapeur, présente dans les espaces libres séparant les éléments d'échange thermique. Dans ces lames d'air saturé, la pression absolue est constante cependant que la pression partielle de vapeur d'eau est élevée dans leur partie proche des plaques chaudes et notablement plus faible dans leur partie proche des plaques froides. Il en résulte une diffusion naturelle des molécules de vapeur d'eau dans ces lames d'air saturé qui amène ces molécules à quitter un niveau de paroi chaude pour se condenser sur une paroi froide située au même niveau. Dans le cas du troisième procédé de distillation selon l'invention, l'importance de cette diffusion dépend directement du coefficient de transfert d'énergie entre la paroi d'un élément chaud et celle de l'élément froid qui lui fait face. Ce coefficient augmente lorsque diminue l'écart entre deux parois opposées et que croit la pression partielle de vapeur d'eau. Dans l'intervalle de tempéra- ture concerné (20 à 95°C), il est compris entre 50 et 500 W/K.m2 et il est toujours largement supérieur à toutes les autres formes d'échange thermique entre les éléments (rayonnement, conduction à travers l'air, convexion). Ce qui permet de réaliser une distillation d'eau très importante.
Dans le cas du troisième procédé, on remarquera que l'échange de chaleur, qui s'établit d'une paroi chaude vers la paroi froide de l'élément d'échange thermique d'en face, s'accompagne d'un échange d'eau pure à travers une sorte de membrane osmotique, constituée par la lame d'air humide saturé, disposée entre ces éléments. A ceci près cependant, que le moteur de l'échange n'est pas une différence de pression, établie de part et d'autre de la lame d'air par une pompe, mais une simple différence de tension de vapeur, résultant de la différence de températures, beaucoup plus facile à obtenir, en intercalant une chaudière entre les sorties des éléments de condensation à parois froides et les entrées des éléments d'évaporation à parois chaudes. Pour ce qui concerne l'énergie thermique apportée par la chaudière, elle se retrouve en fin de compte dans la différence de températures existant entre les liquides tièdes (distillât et concentré) évacués par l'appareil et le liquide à température extérieure qui y entre, dans l'énergie dissipée par l'organe de refroidissement, dans les pertes thermiques de l'appareil (parois des éléments d'échange thermique quasi réversible, chambres de traitement et canalisations diverses) mais également dans le travail de séparation de l'eau pure et de la saumure qui détermine le seuil théorique de 0,5°C visé plus haut.
Quant aux éléments d'échange thermique liquide/vapeur quasi réversible d'un appareil de distillation selon l'invention, ils traitent et recyclent des quantités d'énergie thermique équivalant jusqu'à cinquante fois celle fournie par la chaudière. Le coefficient de performance qui en résulte est d'autant plus élevé que sont faibles, d'une part, les pertes d'énergie au cours du double échange liquide/vapeur et vapeur/liquide entre un fluide montant et un fluide descendant, séparés par la paroi mince d'un élément d'échange thermique et, d'autre part, les pertes à travers les parois externes calorifugées de l'appareil. Par ailleurs, on notera que la valeur théorique de ce coefficient de performance, qui dépend directement de la pression de vapeur saturante de l'eau chaude produite par la chaudière, est égale au quotient des différences de températures de l'eau en circulation, respectivement engendrées par les éléments d'échange thermique et par cette chaudière.
En conséquence, des appareils de distillation d'eau de mer, comprenant les caractéristiques de l'un ou l'autre des procédés décrits plus haut, sont à la fois particulièrement efficaces et particulièrement économiques. En effet, avec des éléments d'échange thermique peu onéreux et peu encombrants à deux faces actives selon l'invention, on peut réaliser dans des volumes réduits, des surfaces d'échanges thermiques liquide/vapeur quasi réversibles particulièrement grandes, par exemple mille mètres carrés installés dans un conteneur de moins de 10 m3, pour constituer l'appareil de distillation selon la figure 8. La production d'eau douce des appareils de distillation d'eau de mer, réalisés selon l'un ou l'autre des procédés de la présente invention, est estimée comprise entre dix et cinquante litres par kWh thermique utilisé, en fonction du niveau d'optimisation possible des différents paramètres régissant le fonctionnement de ces appareils. Ce qui donne un coefficient de performance susceptible d'être compris entre 7 et 35.
Les trois procédés de distillation selon l'invention peuvent être mis en œuvre au moyen d'une chaudière solaire ou conventionnelle. Mais il faut noter que les appareils de distillation à chaudière solaire sont en général moins productifs, par unité d'énergie thermique utilisée, que ceux à chaudière conventionnelle. En effet, les températures maximales de l'eau chaude fournie par la chaudière sont très différentes dans l'un et l'autre type de chaudière et elles constituent l'un des paramètres majeurs déterminant le coefficient de performances de l'appareil. Avec une chaudière solaire, dont la puissance thermique dépend de facteurs extérieurs (la latitude et la saison du lieu d'installation), cette température maximale est comprise entre environ 65°C et 75°C, cependant qu'avec une chaudière conventionnelle à puissance thermique aisément réglable, elle atteint facilement 95°C. Dans ces conditions, la vanne 264 de réglage de débit de l'eau chaude fournie par la chaudière solaire et celle 257 ajustant l'alimentation en eau de mer à distiller, prévues pour un appareil de distillation selon le troisième procédé de l'invention, sont particulièrement importantes. En effet, quelque soit le type de chaudière utilisée, conventionnelle ou solaire avec ou sans accumulation, la maximisation du coefficient de performance d'un appareil de distillation dont les paramètres sont fixes (nombre, hauteur et largeur des éléments d'échange, largeur de l'espace les séparant, puissance thermique maximale de la chaudière), impose que la différence de températures entre les débits d'eau chaude et moins chaude sortant de la chaudière et y entrant, soit aussi faible que possible, cependant que la différence de températures entre le haut et le bas des éléments d'échange thermique doit, au contraire, être aussi élevée que possible. En jouant sur la vanne 264 de réglage du débit d'eau chaude, installée dans le circuit fermé comprenant la chaudière 222, on modifie Ja vitesse de montée par thermosiphon de cette eau chaude dans la canalisation 235 d'alimentation des éléments d'échange thermique chauds 264 a,b,c et donc sa vitesse de circulation dans les alvéoles de ces éléments. L'écoulement, par capillarité et par gravité, de l'eau chaude à évaporer, répandue sur les revêtements hydrophiles verticaux des éléments d'évaporation, dépend du débit autorisé par la vanne 257. Ce dernier débit détermine le trop plein du circuit fermé, constitué par les éléments d'échange thermique et par la chaudière. Au-delà d'un premier seuil (haut) de ce débit, on comprend que l'écoulement d'eau à distiller dans les revêtements hydrophiles des éléments d'évaporation est trop rapide et se fait plus par gravité que par capillarité. Ce qui affecte directement le transfert de chaleur de l'eau chaude circulant dans les alvéoles à l'eau chaude à évaporer, répandue sur leurs parois. Cela diminue considérablement la production horaire d'eau douce de l'appareil et augmente inutilement la production d'une saumure peu concentrée. En revanche, en deçà d'un second seuil (bas) de débit d'eau à distiller, la concentration de la saumure peut être trop importante et engendrer un dépôt de sel, dommageable à un bon fonctionnement prolongé de l'appareil.
Sur les figures 8 et 9, les appareils de distillation selon l'invention incorporent des chaudières conventionnelles et les vannes telles que 99-135 (fig.8) ou 196 (fig.9) sont réglées une fois pour toutes. Au contraire, avec des chaudières solaires, les vannes 264 et 257 doivent être périodiquement réglées pour optimiser le fonctionnement de l'appareil, en fonction des valeurs des paramètres extérieurs visés plus haut. En pratique, on pourra disposer de moyens additionnels, manuels ou même automatiques, pour quelque peu modifier ces réglages en fonction des principales plages de températures maximales de l'eau chaude produite par la chaudière solaire, au cours des saisons et des jours.
Avec des éléments alvéolaires d'échange thermique susceptibles de supporter sans déformations des températures relativement élevées (150°C, par exemple pour des éléments métalliques insensibles à l'eau de mer, aux parois pourvues de gouttières étroites) et avec des moyens appropriés d'alimentation forcée en liquide à distiller, il est possible de faire travailler en surpression l'ensemble des éléments d'échange thermique d'un appareil de distillation exploitant les deuxième et troisième procédés selon l'invention. Ce qui permettrait d'augmenter notablement le coefficient de performance d'un tel appareil, en fonction directe de la température de l'eau chaude fournie par la chaudière conventionnelle utilisée. Cette variante pourrait convenir à la solution de problèmes particuliers propres à certaines industries des concentrés, notamment lorsque les éléments d'évaporation concernés ne seront pas creux mais seulement plats, comme cela sera précisé ci-après.
Selon le type de chaudières retenu, les destinations des appareils de distillation selon l'invention seront totalement différentes. Dans le cas des chaudières solaires, notamment celles à accumulation, les marchés concernés seront tout d'abord celui de la production économique, familiale ou collective, d'eau douce pour l'alimentation et/ou l'irrigation dans les régions sèches du littoral, dans les déserts au sous-sol riche en eaux saumâtres et dans les régions tropicales ne disposant que d'eaux polluées. A ces marchés, s'ajoute celui de la production de saumure dans les salines. Dans le cas des chaudières conventionnelles (chauffe-eau domestique ou chaudière de chauffage central), les marchés concernés par des appareils de distillation selon les trois procédés de l'invention, seront, d'une part, celui de la production économique d'eau douce sur les bateaux de plaisance et, d'autre part, celui d'une production économique de concentrés dans différentes industries et notamment dans les sucreries. Pour certaines applications, le gaz incondensable, qui doit être présent dans les appareils de distillation, pourra ne pas être de l'air mais un gaz neutre (azote, par exemple). Dans tous les cas, la réalisation et le fonctionnement des chambres de traitement seront très semblables. Pour ce qui concerne les concentrés, les appareils de distillation selon l'invention permettent de presque tripler à bon compte la concentration en sel ou en sucre des eaux à traiter.
On va maintenant comparer entre eux les avantages et les inconvénients respectifs des appareils de distillation selon l'invention, représentés aux figures 8, 9 et 10. Dans le cas de l'appareil de la figure 8, la turbine utilisée consomme une énergie électrique relativement importante, très supérieure à celle nécessaire au fonctionnement d'un ventilateur produisant un courant d'air à faible pression. Toutefois, cette consommation est marginale devant l'énergie produite par l'alternateur associé au moteur marin concerné. Ce qui permet de construire dans de bonnes conditions économiques des appareils de co-génération électricité et eau douce, domestiques ou collectifs, de capacité petite (20 m3/jour) ou moyennes (plusieurs centaines de m3/jour) de distillation d'eau de mer. Ces appareils ont un coefficient de performance au moins égal à celui des grosses unités industrielles onéreuses de dessalement d'eau de mer, du type MSF ou à osmose inverse.
Dans le cas de l'appareil représenté à la figure 9, deux chambres de traitement sont utilisées au lieu d'une seule dans le premier appareil selon la figure 8. Ce qui, pour un nombre total donné d'éléments d'échange thermique et un volume total donné de ces chambres, a pour effet de diviser par deux les surfaces d'échange thermique respectivement affectées à la condensation et à l'évaporation. Les performances susceptibles d'être obtenues par ce deuxième appareil, au moyen de l'énergie gratuite d'une chaudière solaire, sont estimées à un mètre cube d'eau douce par kWh électrique consommé par la turbine. Ce qui, en fin de compte, démontre un intérêt certain de ce deuxième procédé par rapport au premier. Cette conclusion demeure correcte avec des chaudières d'un type conventionnel.
Dans le cas de l'appareil représenté à la figure 10, une seule chambre de traitement est à nouveau utilisée. Mais dans cette unique chambre de traitement, les surfaces d'échange thermique respectivement affectées à la condensation de vapeur et à l'évaporation de liquide, sont à nouveau, pour un volume donné de cette chambre, deux fois plus faibles que dans le cas du premier appareil. Cet inconvénient est largement compensé par le fait qu'aucune énergie électrique n'est plus nécessaire. Dans ces conditions, la construction, l'exploitation et la maintenance d'appareils de distillation d'eau de mer, selon le troisième procédé de l'invention, destinés aux régions chaudes, industrialisées ou non, disposant d'eau non potable, sont particulièrement banales et bon marché. En effet, ils ne prévoient aucun besoin d'énergie électrique et se contentent d'une chaudière solaire usuelle, avec ou sans accumulation, (de puissance thermique comprise entre 0,3 et 3 kW), associée à une chambre de traitement calorifugée, contenant quelques dizaines ou au plus une ou deux centaines de mètres carrés d'éléments d'échange thermique peu onéreux, selon l'invention. En outre, l'utilisation d'une chaudière solaire à accumulation permet de faire fonctionner jour et nuit, un appareil de distillation selon l'invention.
Pour terminer ces comparaisons, on notera qu'avec des appareils de distillation comportant un nombre donné de mètres carrés d'éléments d'échange thermique, correspondant à une puissance thermique donnée de la chaudière, ceux équipés d'une chaudière solaire, sans ou avec accumulation, ont des temps respectifs de mise en production stable de quelques heures ou d'un jour ou deux. Dans le cas d'appareils de distillation équipés d'une chaudière solaire sans accumulation, il faut éviter que, dès le crépuscule, l'eau chaude contenue dans les éléments d'échange thermique ne soit évacuée par l'arrivée d'eau de mer froide à distiller. Pour ce faire, le robinet 257 de contrôle du débit de cette eau pourra comprendre un dispositif de manœuvre automatique sensible au rayonnement solaire. Un tel robinet est inutile dans le cas d'une chaudière solaire à accumulation.
L'invention n'est bien entendu pas limitée aux formes de réalisation d'appareils de distillation et d'éléments d'échange thermique perfectionnés décrits ci-dessus.
L'appareil de distillation selon le premier procédé de l'invention, décrit à la figure 8, traite des débits moyens d'eau chaude. En augmentant le nombre de mètres carrés d'échange thermique et, en même temps, les dimensions de la chambre de traitement, en fonction de l'espace disponible, ce même type d'appareil convient tout à fait au traitement de débits d'eau de mer chaude beaucoup plus importants, (notamment ceux produits par le refroidissement de moteurs marins embarqués), jusqu'à 200 m3/jour par exemple, afin de pouvoir produire au moins 100 m3/jour d'eau douce, par chambre de traitement. Les appareils décrits aux figures 8 et 9 peuvent fonctionner avec une chaudière solaire, avec ou sans accumulation, opérant avec pompe ou par thermosiphon. Dans le cas de l'appareil selon la figure 8, la sortie de la chaudière solaire aboutira à la vanne 99 disposée à l'entrée du réservoir 101, et l'entrée de cette chaudière sera reliée, d'une part à une canalisation de sortie de ce réservoir, semblable au conduit 12 et, d'autre part, à un conduit pourvu d'une vanne assurant l'alimentation en eau de mer à distiller, de préférence préchauffée. Par ailleurs, l'appareil selon la figure 9 pourra, en fonction de conditions particulières d'exploitation, comprendre plusieurs groupes de doubles chambres de traitement (évaporation et condensation), chaque chambre ne comportant qu'un petit nombre d'éléments d'échange thermique, tous connectés les uns aux autres, en accord avec leurs fonctions respectives.
De même, l'appareil décrit à la figure 10 peut fonctionner avec une chaudière conventionnelle, avec ou sans pompe de circulation. Pour ce qui est de l'alambic solaire selon la figure 10, on notera que plusieurs ballons de chauffage solaire peuvent être installés en parallèle sous une même couverture de protection thermique, de manière à constituer une importante surface totale d'absorption du rayonnement solaire, de 10 m2 par exemple. Ce qui, dans les régions chaudes, donnerait à un tel chauffe-eau une énergie thermique journalière de 60 kWh, susceptible de produire au moins 2 m3/jour d'eau douce, au moyen d'une chambre de traitement peu encombrante, enfermant des éléments d'échange thermique ayant une centaine de mètres carrés de surface totale.
Selon l'invention, le liquide caloporteur des appareils de distillation décrits aux figures 9 et 10, peut ne pas être le liquide à distiller, mais de l'eau pure par exemple. A cet effet, le conduit 194 et la vanne 196 de la figure 9, alimentant l'appareil en liquide à distiller, seront reliés, non plus aux conduits 192 et 193 débouchant sur les raccords bas des éléments d'échange thermique de la chambre de condensation 152, mais à un échangeur thermique approprié, immergé dans le réservoir 168 de la chaudière. Cet échangeur alimentera les tuyaux 164 a...f amenant du liquide chaud sur les parois extérieures des éléments d'échange thermique de la chambre d'évaporation. Un arrangement semblable pourra être appliqué à l'appareil selon la figure 10, notamment lorsque la chaudière sera d'un type conventionnel.
Dans les appareils de distillation selon les figures 9 et 10, dans lesquels le liquide caloporteur est le liquide à distiller, il est intéressant de préchauffer le liquide froid à distiller, avant de l'introduire au point le plus froid du circuit bouclé suivi par le liquide en circulation dans les éléments d'échange thermique de ces appareils. Un tel réchauffement sera réalisé au moyen d'un échangeur thermique approprié dans lequel circulent, d'une part, le distillât et/ou le condensé produits et, d'autre part, le liquide froid à distiller. L'élévation de température ainsi apportée au liquide froid à distiller se traduit par une élévation générale des températures tout au long du circuit bouclé suivi par le liquide en circulation. Plus précisément, ce réchauffement du liquide froid à distiller se traduit par une augmentation semblable de la température du liquide chaud produit par la chaudière et par une diminution équivalente de la baisse de température subie par le liquide sortant des éléments d'évaporation avant son introduction à la base des éléments de condensation. Ces deux variations en sens inverse, des températures du liquide entrant dans les éléments d'échange thermique concernés, ont pour conséquence un accroissement direct du coefficient de performance des appareils.
Les figures 9 et 10 représentent des appareils de distillation selon l'invention, dans lesquels les éléments d'échange thermique utilisés sont creux et verticaux. Dans deux premières variantes susceptibles d'être respectivement apportées aux appareils de distillation ainsi représentés, les éléments d'échan- ge thermique d'évaporation demeureront creux et plats mais ne seront plus verticaux et, au contraire, disposés suivant des plans parallèles légèrement inclinés. Dans les deux cas, la paroi supérieure des éléments d'évaporation sera équipée de l'un des moyens définis plus haut, pour assurer un étalement uniforme du liquide à distiller. Ces moyens pourront, au choix, être une nappe de feutre hydrophile, une plaque de poudre frittée poreuse ou des gouttières larges et peu profondes, disposées en cascade. Quant aux éléments d'échange thermique de condensation, ils seront inclinés comme les éléments d'évaporation et ce seront des panneaux rectangulaires, creux et plats, pourvus de revêtements hydrophiles ou mouillables, assurant une rétention appropriée du liquide condensé, grâce à la mise en œuvre de forces de capillarité supérieures aux forces de gravité concernées.
Dans le cas d'un appareil selon le deuxième procédé de distillation, les éléments d'évaporation et de condensation seront installés en plusieurs couches parallèles, dans deux chambres séparées. Une pompe de circulation de liquide et un ventilateur de circulation de gaz seront nécessaires. Dans ces conditions, les éléments de condensation pourront posséder des revêtements hydrophiles ou mouillables sur leurs deux faces, leur surface totale demeurant sensiblement égale à celle des éléments d'évaporation.
Dans le cas d'un appareil selon le troisième procédé de distillation, plusieurs couches de paires d'éléments d'évaporation et de condensation de mêmes dimensions, disposés en regard, seront installées dans une même chambre de traitement, légèrement inclinées et séparées les unes des autres par une plaque de matériau isolant. Une pompe de circulation de liquide sera nécessaire.
Dans deux autres variantes susceptibles d'être respectivement apportées aux appareils de distillation selon les figures 9 et 10, les éléments creux et plats d'échange thermique d'évaporation utilisés seront remplacés par de simples plaques rigides. Une paroi de ces plaques sera pourvue de moyens pour efficacement étaler l'écoulement de tout liquide répandu sur elle et ces plaques pourront être verticales ou légèrement inclinées. Dans les appareils de distillation ainsi modifiés, le liquide caloporteur est le liquide à distiller et celui-ci est répandu chaud au sommet des plaques d'évaporation Dans les deux cas, une pompe sera nécessaire pour faire circuler le liquide en circuit fermé et, dans le cas d'une réalisation à chambres d'évaporation et de condensation séparées, un ventilateur faisant circuler le gaz incondensable le sera également. Ces appareils ainsi modifiés seront respectivement réalisés selon les mêmes architectures générales (1) que celles illustrées aux figures 9 et 10, utilisant des éléments verticaux et (2) que celles précisées plus haut pour les deux premières variantes, utilisant des éléments creux et plats, légèrement inclinés Ce type d'appareils, équipé de telles plaques d'évaporation, produit un concentré (saumure ou sirop) particulièrement dense, puisque tout le liquide chaud à distiller est répandu sur la paroi supérieure des plaques d'évaporation et que seule une petite partie de ce liquide en circulation est évaporée à chaque passage Une telle caractéristique présente un intérêt particulier pour les salines et les sucreries.
On notera, d'une part, que ces deux dernières variantes des appareils de distillation selon l'invention sont respectivement conformes aux deuxième et troisième caractéristiques particulières du procédé général de distillation définies plus haut et que, d'autre part, la variante à deux chambres se distingue fondamentalement de la technique Desplats, décrite dans la présentation des procédés de distillation connus
Les organes de connexion amont et aval des éléments d'échange thermique décrits ci-dessus sont des tubes disposés dans le plan de ces éléments mais chaque tube de connexion peut être remplacé par deux bagues, de diamètre nettement plus grand, respectivement installées des deux côtés d'une excroissance latérale, creuse et plate, ajoutée aux renforts rigides de l'élément. Ce qui permet de diminuer les pertes de charge des fluides, et notamment des gaz, circulant dans les éléments d'échange thermiques.
En ce qui concerne la forme des éléments d'échange thermique selon l'invention, on remarquera que si des éléments à parois planes permettent de remplir au mieux une chambre de traitement à section rectangulaire, des éléments à section courbe seront de préférence utilisés, en tronçons jointifs, dans le cas où, pour une raison quelconque, la chambre serait circulaire ou elliptique.
Par ailleurs, on notera que les matériaux plastiques, respectivement souples et rigides, (polyéthylène et polypropylène) présentés ci-dessus, à titre d'exemples, pour la fabrication de deux types particuliers d'éléments alvéolaires d'échange thermique selon l'invention, n'excluent pas pour autant l'emploi d'autres matériaux polymères, dès lors que ceux-ci répondent aux critères de choix mis en œuvre. En fait tout matériau plastique, neutre vis-à-vis des liquides alimentaires, peut en principe convenir. Plus précisément, de tels matériaux plastiques, susceptibles de constituer des feuilles souples (le cas échéant thermodur- cissables), tels que du PVC ou du polyuréthane, peuvent donc être aussi utilisés pour la réalisation d'éléments à nappes souples selon la figure 1. De même, des plastiques susceptibles d'être utilisés pour constituer des objets durs tels que des panneaux rigides, notamment du polycarbonate ou de l'ABS, peuvent être également utilisés pour la réalisation d'éléments d'échange thermique selon la figure 5 et 7.
Dans les régions sèches du littoral, les centrales électriques qui utilisent de l'eau de mer pour leur refroidissement pourront, grâce aux procédés de distillation selon l'invention, valoriser leurs rejets d'eau de mer chaude en produisant de l'eau douce, à des conditions particulièrement économiques. Il en est de même pour les moteurs marins équipant les navires de gros et moyens tonnages, notamment ceux de croisière. Dans tous les cas, il sera intéressant de préférer le premier procédé de distillation selon l'invention qui, à production d'eau douce égale, requiert des mètres carrés d'échangeurs thermiques deux fois moins nombreux et moins encombrants, mais une puissance électrique ou mécanique relativement importante pour faire tourner la turbine nécessaire.
Dans les régions subtropicales, pour transformer en eau potable une eau polluée, il est intéressant, après décantation et filtrage de cette eau, d'utiliser un appareil de distillation selon l'invention, notamment celui réalisé selon le troisième procédé qui fait appel à une chaudière solaire à accumulation et ne nécessite aucune énergie électrique. Au cas où, après distillation, l'eau douce produite contiendrait encore une proportion dangereuse de bactéries, on pourra introduire dans la chambre de traitement, d'une manière continue ou périodique, un gaz bactéricide (du chlore par exemple). En se mélangeant au gaz incondensable de la chambre de traitement, ce gaz additionnel permettra d'aseptiser facilement l'eau douce produite.

Claims

REVENDICATIONS
1 Procédé de distillation à multiple effet, destiné à séparer de leur solvant liquide des matières en solution, caractérisé en ce qu'il utilise un échange thermique à contre-courant, l'un des courants assurant l'évaporation du liquide et l'autre, la condensation de vapeur, de telle manière que la chaleur de condensation de la vapeur est récupérée pour évaporer et/ou réchauffer du liquide à une pression partielle de vapeur inférieure, cette pression partielle étant variable et obtenue grâce à la présence d'un gaz incondensable assurant une pression totale sensiblement uniforme
2. Procédé de distillation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le gaz incondensable est utilisé comme fluide caloporteur, cependant que les opérations d'évaporation et la condensation sont effectuées de part et d'autre des parois, à température non uniforme, d'un échangeur thermique, à travers lesquelles passe le flux de chaleur, que les écoulements du gaz transportant la vapeur sont réalisés à contre-courant au cours de ces opérations, que le liquide à évaporer progresse sur l'une des faces des parois de -'échangeur thermique et que le liquide distille se condense sur l'autre face, les sources chaude et froide étant situées aux deux extrémités du courant de gaz bouclé sur lui-même ainsi constitué.
3. Procédé de distillation selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'évaporation du liquide à distiller est réalisée sur une ou des surfaces chaudes, opérant à une température non uniforme, installées dans une première chambre de traitement, et la condensation de vapeur, réalisée sur une ou des autres surfaces, opérant à une température non uniforme globalement plus froide que la précédente, installées dans une seconde chambre de traitement communiquant avec la première par le haut et par le bas, les différentes zones des surfaces d'évaporation et de condensation étant localement maintenues aux températures requises, grâce à la circulation à contre-courant d'un fluide caloporteur le long de ces surfaces, une source chaude étant disposée entre les extrémités les plus chaudes des surfaces d'évaporation et de condensation et une source froide, installée entre leurs extrémités les plus froides, les échanges thermiques entre la surface chaude et la surface plus froide, étant assurés par la circulation en circuit ferme, selon un sens opposé à celui du fluide caloporteur, d'un gaz incondensable passant d'une chambre à l'autre, lesquelles chambres sont à une pression totale uniforme
4. Procédé de distillation selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'évaporation du liquide est réalisée sur une ou des surfaces chaudes opérant à une température non uniforme et la condensation de vapeur, réalisée sur une ou des autres surfaces, disposées en regard de la ou des précédentes, opérant à une température non uniforme globalement plus froide, les différentes zones des surfaces d'évaporation el de condensation étant localement maintenues aux températures requises, grâce à la circulation à contre courant d'un fluide caloporteur, une source chaude étant disposée entre les extrémités les plus chaude? des surfaces d'évaporation et de condensation et une source froide, installée entre leurs extrémités le; plus froides, les différences de pression partielle de vapeur saturante entre les différentes zones desdite! surfaces étant assurées par la présence d'un gaz incondensable dans une chambre de traitement à pression totale uniforme.
5. Procédé de distillation selon la revendication 2, caractérisé en ce que, dans ce procédé : - des éléments d'échange thermique liquide/vapeur creux et plats, quasi réversibles (60 ou 104 a...g) sont disposés, verticaux ou inclinés, dans une chambre de traitement calorifugée (102), avec des espaces de " séparation étroits (106 a...h), de largeur sensiblement constante (14 a-b), remplis d'un gaz incondensable ;
- le liquide à distiller est chauffé et de la vapeur (118) est produite dans un réservoir (101) ;
- un courant (120-122) de gaz chaud saturé en vapeur (118) traverse de haut en bas l'intérieur des éléments (104 a... g) cependant que du liquide chaud (114) s'écoule (112) lentement le long de leurs parois extérieures ;
- au sortir de ces éléments, une séparation gaz/liquide (128) est faite et le gaz est légèrement refroidi (130) avant d'être introduit (137) à la base des espaces (138 a...h) séparant les éléments (104 a...g), de manière à lécher de bas en haut leurs parois extérieures ; - le gaz sortant de ces espaces de séparation barbote (143) dans du liquide chaud (114) et le circuit parcouru par ce gaz est ainsi bouclé ;
- le distillât est recueilli (146) après séparation gaz/liquide ;
- le concentré est recueilli en bas (148) des espaces séparant les éléments.
6.. Procédé de distillation selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans ce procédé,
- des éléments d'échange thermique liquide/vapeur, creux et plats, quasi réversibles (158 a,b,c et 160 a,b,c) sont disposés verticaux ou inclinés, dans deux chambres de traitement (152-154) calorifugées (153- 155), communiquant par le haut (174) et par le bas (176), respectivement affectées à l'évaporation de liquide et à la condensation de vapeur , de telle manière que ces éléments y soient séparés deux à deux par un espace libre étroit (132 a., .d), de largeur sensiblement constante, rempli d'un gaz incondensable ;
- un liquide caloporteur est chauffé dans une chaudière (168) et amené à circuler en circuit fermé de haut en bas à l'intérieur des éléments (160 a,b,c) de la chambre d'évaporation (152) puis, après un léger refroidissement (191), de bas en haut à l'intérieur des éléments (158 a,b,c) de la chambre de condensation (154) et finalement il est ramené à la chaudière (168); - du liquide chaud à distiller est répandu (162 a,b,c et 164 a,b,c) en haut des parois extérieures des éléments de la chambre d'évaporation et s'écoule lentement le long de ces parois ;
- un courant de gaz saturé en vapeur circule (174-176) en circuit fermé entre les éléments d'échange thermique, de haut en bas de la chambre de condensation (152) puis de bas en haut de la chambre d'évaporation (154); - un débit déterminé (194-196) de liquide froid à distiller remplace continuellement le débit de liquide chaud répandu sur les éléments d'échange thermique de la chambre d'évaporation ;
- le distillât est recueilli en un point bas (198) de la chambre de condensation (152) ;
- le concentré est recueilli en un point bas (200) de la chambre d'évaporation(154).
7. Procédé de distillation selon la revendication 4, caractérisé en ce que, dans ce procédé, - des éléments d'échange thermique liquide/vapeur, creux et plats, quasi réversibles (224 a,b,c - 226 a,b,c), sont installés inclinés ou verticaux, dans une chambre de traitement calorifugée (223), de telle manière que ces éléments soient séparés deux à deux par un espace étroit , de largeur sensiblement constante, rempli d'un gaz incondensable ; - les éléments sont répartis en deux groupes, respectivement affectés à l'évaporation de liquide (224 a,b,c) et à la condensation de vapeur (226 a,b,c), chaque élément de condensation étant disposé entre deux éléments d'évaporation;
- un liquide caloporteur est chauffé dans une chaudière (222) et amené à circuler en circuit fermé de haut en bas à l'intérieur des éléments d'évaporation (224 a,b,c) , puis après un léger refroidissement (242), de bas en haut à l'intérieur des éléments de condensation (226 a-b) et finalement dans la chaudière ;
- du liquide chaud à distiller est répandu (230 a,b,c) en haut des parois extérieures des éléments d'évaporation (224 a,b,c) et s'écoule lentement le long de ces parois ;
- du liquide froid à distiller remplace continuellement (254 - 257) le liquide chaud répandu en haut des parois extérieures des éléments d'évaporation ; - le distillât est recueilli en bas (257 a-b, 259 a-b) des parois des éléments de condensation ;
- le concentré est recueilli en bas (256 a,b,c) des parois des éléments d'évaporation.
8. Procédé de distillation selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le liquide caloporteur circulant en circuit fermé est le liquide à distiller et le liquide froid à distiller est ajouté au précédent, à l'endroit du circuit où celui-ci est le moins chaud.
9. Procédé de distillation selon l'une des revendications 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que le liquide froid à distiller est préchauffé par un échange thermique avec le concentré et/ou le distillât.
10. Procédé de distillation selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le liquide caloporteur étant le liquide à distiller, lequel est ajouté froid ou préchauffé au point le moins chaud du circuit, les éléments d'échange thermique d'évaporation creux et plats utilisés sont remplacés par des plaques rigides, verticales ou légèrement inclinées, dont une des parois est pourvue de moyens pour étaler en couche mince sensiblement uniforme, le liquide répandu sur cette paroi.
11. Procédé de distillation selon la revendication 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que la chaudière (222-128) est installée sous la (ou les) chambre(s) de traitement (223 ou 152-154) et la distance entre la chaudière et le réservoir (101) et/ou la (ou les) chambre(s) de traitement est suffisante pour permettre à la circulation du liquide à distiller, d'être effectuée par thermosiphon.
12. Procédé de distillation selon l'une des revendications 5 à 11, appliqué à la production d'eau douce, caractérisé en ce que la chaudière (122) est un chauffe-eau solaire avec ou sans accumulation, associé à un réservoir, ledit chauffe-eau est, le cas échéant, surdimensionné par rapport à la capacité de traitement des éléments d'échange thermique de la chambre de traitement et ledit réservoir possède alors un volume très supérieur au volume total des éléments d'échange thermique utilisés.
13. Elément d'échange thermique (10, 60, 94 a-b), caractérisé en ce qu'il est creux et plat, avec au moins l'une de ses parois extérieures pourvue de moyens pour efficacement étaler l'écoulement, par gravité et/ou capillarité, d'un liquide répandu sur cette paroi, laquelle peut être sensiblement plane ou cylindrique.
14. Elément d'échange thermique selon la revendication 13, caractérisé en ce que lesdits moyens d'étalement de l'écoulement sont constitués soit par un aggloméré ou un tissu perméable (15) , hydrophile ou mouillable, soit par des gouttières parallèles, peu profondes, étroites (97) ou larges (99), destinées à être disposées à l'horizontale.
15. Elément d'échange thermique selon la revendication 14, caractérisé en ce que cet élément est mécaniquement stable en présence de liquides relativement chauds de moins de 100°C et il constitue un ensemble de conduits longs juxtaposés (18, 62), à parois extérieures conduisant bien la chaleur, ledit ensemble étant pourvu (1) de raccords amont (26, 72) et aval (30, 73), débouchant sur des organes de connexion (28-32, 74-75), (2) de moyens de mise en place (46, 77), adaptés à permettre de disposer lesdits conduits à la verticale ou selon tout angle d'inclinaison approprié, et (3) de renforts latéraux rigides, (14 a-b, 68-69), notamment adaptés à déterminer le pas d'assemblage d'éléments juxtaposés et/ou la largeur et l'épaisseur de l'élément.
16. Elément d'échange thermique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il forme une nappe souple rectangulaire (10), regroupant de nombreux conduits étroits (18), constitués entre des lignes de soudure longitudinales parallèles (16), réalisées entre deux membranes polymères, comportant à l'extérieur et, le cas échéant, également à l'intérieur, un revêtement hydrophile (15) collé ou soudé, et lesdits raccords (26, 32) sont formés par deux lignes de soudure transversales.
17. Elément d'échange thermique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il est un panneau alvéolaire rigide (60), plan ou courbe, pourvu d'un revêtement hydrophile ou mouillable, collé ou soudé, et chacun de ses raccords amont et aval (72-73) forme une sorte de coiffe plate allongée, à parois minces, ladite coiffe étant engagée et fixée étanche sur les extrémités de ce panneau.
18. Elément d'échange thermique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il est un panneau creux (96 a-b), rectangulaire, rigide, ayant au moins l'une de ses parois extérieures (95-98), pourvue de gouttières parallèles peu profondes, étroites (97) ou larges (99), transversalement disposées en cascade, et, le cas échéant, d'un revêtement intérieur hydrophile ou mouillable, les panneaux munis de gouttières étroites étant destinés à être installés à la verticale et les panneaux munis de gouttières larges, destinés à être installés le long de plans légèrement inclinés par rapport à la verticale.
19. Elément d'échange thermique selon la revendication 15, caractérisé en ce que les moyens d'étalement dont au moins l'une de ses parois est pourvue sont au choix (1) un aggloméré perméable constitué par un non-tissé ou un feutre hydrophile de cellulose ou encore une feuille mouillable de poudre frittée poreuse, (2) un tissu perméable réalisé en coton hydrophile ou en fils imperméables mouillables et
(3) des gouttières étroites, en métal ou en plastique dur extrudé ou encore en plastique thermo-formé.
20. Appareil de distillation, à haut coefficient de performance, caractérisé en ce qu'il comprend :
- une chambre de traitement calorifugée (102) ;
- un grand nombre d'éléments d'échange thermique, creux et plats (60 ou 104 a... g), ayant au moins l'une de leurs parois extérieures pourvue de moyens pour étaler d'une manière sensiblement uniforme un liquide en écoulement sur elle et, le cas échéant, des parois intérieures munies de moyens d'étalement semblables ;
- ces éléments étant installés dans cette chambre, de telle manière qu'ils soient séparés deux à deux par un espace libre étroit (106 a... h), de largeur sensiblement constante, rempli d'un gaz incondensable, notamment d'air, et que leurs parois soient verticales ou légèrement inclinées par rapport à l'horizontale;
- des collecteurs amont et aval (124-126) connectés aux raccords respectivement hauts et bas de ces éléments ;
- une chaudière pour chauffer le liquide à distiller et produire de la vapeur (118) dans un réservoir (101) ;
- une turbine (120) et des conduits appropriés (122-124) pour faire circuler de haut en bas dans lesdits éléments (104 a...g) , un courant de gaz chaud saturé en vapeur (118);
- des gouttières et des accessoires appropriés (110 a... g, 50-52), ensemble adaptés à faire uniformément couler de haut en bas des parois extérieures (104' a...g) desdits éléments (104 a...g), du liquide chaud (114) produit par la chaudière ;
- une bouteille de décantation air/liquide (128), installée à la sortie du collecteur aval (126) des éléments ; - un échangeur thermique (130), ayant son entrée connectée à la sortie haute de la bouteille de décantation (128), installé dans un ballon de refroidissement (132), alimenté par du liquide à la température extérieure, disposé au-dessus de cette bouteille ;
- un conduit (136) pour relier la sortie de cet échangeur (130) à des tuyaux (138 a...h) débouchant à la base des espaces libres (106 a...h) séparant lesdits éléments (104 a...g) ; - un collecteur (142), relié à des conduits (100 a...h) débouchant en haut des espaces libres (106 a...h) et pourvu d'un embout (143) plongeant dans le liquide chaud (114) contenu dans le réservoir (101) alimenté par la chaudière (99) ;
- un tuyau (146) pour recueillir le distillât à la sortie basse de la bouteille de décantation (118) ;
- un tuyau (148) pour recueillir le concentré en bas des espaces libres (106 a...h) séparant les éléments.
21. Appareil de distillation, à haut coefficient de performance, caractérisé en ce qu'il comprend :
- deux chambres de traitement (152-154) à parois extérieures calorifugées (153-155), respectivement affectées à l'évaporation de liquide et à la condensation de vapeur, séparées par une cloison mitoyenne isolante (156) ; - deux groupes importants d'éléments d'échange thermique, creux et plats, (158 a,b,c et 160 a,b,c), ayant au moins l'une de leurs parois extérieures pourvue de moyens pour étaler d'une manière sensiblement uniforme un liquide en écoulement sur elle ;
- ces deux groupes étant respectivement installés dans ces deux chambres, de telle manière que leurs éléments soient séparés deux à deux par un espace libre étroit, de largeur sensiblement constante, rempli d'un gaz incondensable, notamment d'air, (170 a...d et 172 a...d) et que leurs parois extérieures soient verticales ou légèrement inclinées par rapport à l'horizontale; - des collecteurs hauts et bas (178 -182 et 184-193) associés aux éléments des deux chambres (152-154); - une chaudière (168) pour chauffer un liquide caloporteur ;
- un conduit (180) pour relier l'entrée de la chaudière (168) au collecteur haut (178) des éléments (158 a,b,c) de la chambre de condensation (152) et un conduit (166) pour relier sa sortie au collecteur haut (182) des éléments (160 a,b,c) de la chambre d'évaporation (154) ;
- un organe (191) produisant un léger refroidissement, disposé entre les collecteurs bas (184-193) des éléments des deux chambres (152-154);
- des moyens (188) pour faire circuler en circuit fermé le liquide caloporteur dans les éléments d'évaporation (160 a,b,c), dans l'organe de refroidissement (191), dans les éléments de condensation (158 a,b,c) et finalement dans la chaudière (168), le liquide circulant de haut en bas dans les éléments d'évaporation et de bas en haut dans les éléments de condensation ;
- des moyens (174-176) pour faire passer, en haut de la chambre de condensation (152), le gaz chaud humide de la chambre d'évaporation (154) et, en bas de la chambre d'évaporation, le gaz asséché refroidi de la chambre de condensation ; - des gouttières et des accessoires appropriés (162 a,b,c et 164 ab,c) ensemble adaptés à faire uniformément couler de haut en bas d'au moins l'une des parois extérieures des éléments de la chambre d'évaporation (154), du liquide à distiller, directement ou indirectement, chauffé par la chaudière (168) ;
- un conduit (194), alimenté en liquide à distiller, et une vanne (196), ensemble adaptés à fournir à l'appareil, un débit déterminé (194-196) de liquide à distiller ; - un tuyau (198), connecté en un point bas de la chambre de condensation (152), pour recueillir le distillât et un tuyau (200), connecté en un point bas de la chambre d'évaporation (154), pour recueillir le concentré.
22. Appareil de distillation selon la revendication 21, caractérisé en ce que les moyens pour faire circuler le gaz incondensable dans les chambres de condensation (152) et d'évaporation (154) comprennent deux ouvertures, respectivement pratiquées en haut et en bas de la cloison mitoyenne (156), l'une (174) étant large et l'autre, soit réduite mais équipée d'un ventilateur (176) soit identique à la première.
23. Appareil de distillation, à coefficient de performances élevé, caractérisé en ce qu'il comprend : - une chambre de traitement calorifugée (223) ;
- un grand nombre d'éléments d'échange thermique, creux et plats (224 a,b,c - 226 a,b,c), ayant au moins l'une de ses parois extérieures pourvue de moyens pour étaler d'une manière sensiblement uniforme un liquide en écoulement sur elle ;
- ces éléments étant installés dans cette chambre de telle manière qu'ils soient séparés deux à deux par un espace libre étroit, de largeur sensiblement constante, rempli d'un gaz incondensable, notamment d'air, et que leurs parois extérieures soient verticales ou légèrement inclinées par rapport à l'horizontale;
- lesdits éléments étant répartis en deux groupes, respectivement affectés à l'évaporation de liquide (224 a,b,c) et à la condensation de vapeur (226 a,b,c), chaque élément de condensation étant disposé entre deux éléments d'évaporation; - des collecteurs hauts (234 - 250) et bas (244 - 240) équipant les éléments de chacun des deux groupes ;
- une chaudière (222) alimentée par un liquide caloporteur ; - deux canalisations calorifugées (252-235) reliant respectivement l'entrée et la sortie de la chaudière (222) aux collecteurs hauts (250-234) des éléments de condensation (226 a-b) et d'évaporation (224 a,b,c) ;
- un organe (242) produisant un léger refroidissement, disposé entre les collecteurs bas (240 - 244) des éléments des deux groupes, - des moyens pour faire circuler en circuit fermé le liquide caloporteur dans les éléments d'évaporation (224 a,b,c), dans l'organe de refroidissement (242), dans les éléments de condensation (226 a-b) et finalement dans la chaudière (222), le liquide circulant de haut en bas dans les éléments d'évaporation et de bas en haut dans les éléments de condensation ;
- des gouttières et des accessoires appropriés (230 a,b,c, 50-52, 86-88), ensemble adaptés à faire uniformément couler de haut en bas d'au moins l'une des parois extérieures des éléments d'évaporation
(224 a,b,c) du liquide à distiller, directement ou indirectement, chauffé par la chaudière (222) ;
- des conduits (254-255) et une vanne (257), adaptés à fournir un débit déterminé de liquide à distiller à l'appareil ;
- des moyens (54-56, 90-92, 257 a-b, 259 a-b) pour recueillir le distillât qui s'écoule des parois extérieures des éléments de condensation (226 a-b);
- des moyens (54-56, 90-92, 256 a,b,c, 258) pour recueillir le concentré qui s'écoule des parois extérieures des éléments d'évaporation (224 a,b,c).
24. Appareil selon la revendication 21 ou 23, caractérisé en ce que les moyens pour faire circuler le liquide en circuit fermé dans les éléments comprennent une pompe (188).
25. Appareil de distillation selon la revendication 20, 21 ou 23, caractérisé en ce que la chaudière (222- 128) est installée sous le réservoir (101) et/ou la (ou les) chambre(s) de traitement (223 ou 152-154) et la distance entre la chaudière et ce réservoir et ou la (ou les) chambre(s) de traitement est suffisante pour permettre à la circulation du liquide à distiller, d'être effectuée par thermosiphon.
26. Appareil de distillation selon l'une des revendications 20 à 25, appliqué à la production d'eau douce, caractérisé en ce que la chaudière (122) est un chauffe-eau solaire, avec ou sans accumulation, pourvu d'une surface (266) absorbant le rayonnement solaire et d'un réservoir associé, ladite surface étant, le cas échéant, surdimensionnée par rapport à la capacité de traitement des éléments d'échange thermique de la chambre de traitement et ledit réservoir possédant alors un volume très supérieur au volume intérieur total de ces éléments et, le cas échéant, du réservoir (101) associé.
27. Appareil de distillation selon les revendications 21 ou 23, caractérisé en ce que le liquide caloporteur est le liquide à distiller et que celui-ci est introduit entre les collecteurs bas (240 - 244) des éléments d'échange thermique d'évaporation (160 a,b,c ou 224 a,b,c) et de condensation (158 a,b,c ou 226 a,b,c).
28. Appareil de distillation selon l'une des revendications 20, 21,23, caractérisé en ce que le liquide froid à distiller est préchauffé dans un échangeur thermique approprié, alimenté par le distillât et/ou le condensé.
29. Appareil de distillation selon l'une des revendications 21 et 23, caractérisé en ce que le liquide caloporteur étant le liquide à distiller, le cas échéant préchauffé avant son introduction dans les éléments de condensation, dans cet appareil, les éléments d'évaporation, précédemment prévus creux. et plats, sont remplacés par une plaque rigide d'évaporation, disposée à la verticale ou légèrement inclinée par rapport à l'horizontale, cette plaque ayant au moins une paroi pourvue de moyens pour étaler d'une manière sensiblement uniforme un liquide en écoulement sur elle.
30. Appareil de distillation selon l'une des revendications 20 à 29, caractérisé en ce que la ou les chambres de traitement ont un fond rectangulaire et les éléments d'échange thermique concernés ont des parois extérieures sensiblement planes, de forme rectangulaire, et ils sont installés à la verticale ou légèrement inclinés par rapport à l'horizontale.
PCT/FR2001/001832 2000-06-13 2001-06-13 Procedes et appareils de distillation notamment pour produire de l'eau douce WO2001096244A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2001267640A AU2001267640A1 (en) 2000-06-13 2001-06-13 Distillation method and appliances for fresh water production
US10/297,440 US20040026225A1 (en) 2000-06-13 2001-06-13 Distillation method and appliances for fresh water production

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0007480 2000-06-13
FR0007480A FR2809968A1 (fr) 2000-06-13 2000-06-13 Echangeurs thermiques perfectionnes procedes et appareils de distillation en faisant usage notamment pour produire de l'eau douce

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2001096244A1 true WO2001096244A1 (fr) 2001-12-20

Family

ID=8851190

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2001/001832 WO2001096244A1 (fr) 2000-06-13 2001-06-13 Procedes et appareils de distillation notamment pour produire de l'eau douce

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20040026225A1 (fr)
AU (1) AU2001267640A1 (fr)
FR (1) FR2809968A1 (fr)
WO (1) WO2001096244A1 (fr)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2855766A1 (fr) * 2003-06-06 2004-12-10 Third Millenium Water Company Procedes et appareils de distillation notamment pour produire de l'eau douce
WO2010116100A2 (fr) * 2009-04-09 2010-10-14 The Third Millenium Water Company Perfectionnements aux distillateurs reproduisant le cycle naturel de l'eau
BE1024466B1 (fr) * 2017-07-27 2018-02-28 Ind Advanced Services Fz Llc Unité de dessalement d'eau par compression mécanique de vapeur
WO2018095978A1 (fr) * 2016-11-22 2018-05-31 Cevap Technology Bv Appareil de distillation à cartouche et son utilisation pour distiller de l'eau
CN109603185A (zh) * 2018-12-28 2019-04-12 中国二冶集团有限公司 两精馏塔平台间的过道安装方法
CN113198194A (zh) * 2021-05-11 2021-08-03 江苏峰业科技环保集团股份有限公司 一种节能环保型三效蒸发器
WO2022248425A1 (fr) * 2021-05-25 2022-12-01 Industrial Advanced Services Fze Echangeur thermique avec extracteurs de vapeur

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7416666B2 (en) * 2002-10-08 2008-08-26 Water Standard Company Mobile desalination plants and systems, and methods for producing desalinated water
US20060283802A1 (en) * 2005-06-21 2006-12-21 Water Standard Company, Llc Methods and systems for producing electricity and desalinated water
US20070137639A1 (en) * 2005-12-16 2007-06-21 Rhodes Richard O Thin film solar collector
US8161963B2 (en) * 2005-12-16 2012-04-24 Rhodes Richard O Thin film solar collector
US7897019B2 (en) * 2006-06-26 2011-03-01 Alan Dayton Akers Tower for the distillation of seawater
CN100427870C (zh) * 2006-06-30 2008-10-22 华南理工大学 多相流非饱和管内蒸发直接冷却装置
WO2009065407A2 (fr) * 2007-11-21 2009-05-28 Idekontoret Aps Collecteur solaire intégré et distillation à effets multiples
US8277614B2 (en) 2008-09-29 2012-10-02 King Abdulaziz University Multi-stage flash desalination plant with feed cooler
DE112010005502A5 (de) * 2010-04-22 2013-03-28 Achim Limbeck Vorrichtung und Verfahren zum Destillieren von Salz- und Brackwasser
EP2532401B1 (fr) 2011-06-07 2014-04-30 International For Energy Technology Industries L.L.C Système de purification d'eau
US9072984B2 (en) 2011-09-23 2015-07-07 Massachusetts Institute Of Technology Bubble-column vapor mixture condenser
US11408681B2 (en) * 2013-03-15 2022-08-09 Nortek Air Solations Canada, Iac. Evaporative cooling system with liquid-to-air membrane energy exchanger
WO2015038983A2 (fr) 2013-09-12 2015-03-19 Gradiant Corporation Systèmes incluant un appareil de condensation tel qu'un condensateur à colonnes à bulles
US10143936B2 (en) 2015-05-21 2018-12-04 Gradiant Corporation Systems including an apparatus comprising both a humidification region and a dehumidification region with heat recovery and/or intermediate injection
US10143935B2 (en) 2015-05-21 2018-12-04 Gradiant Corporation Systems including an apparatus comprising both a humidification region and a dehumidification region
US10463985B2 (en) 2015-05-21 2019-11-05 Gradiant Corporation Mobile humidification-dehumidification desalination systems and methods
US10981082B2 (en) 2015-05-21 2021-04-20 Gradiant Corporation Humidification-dehumidification desalination systems and methods
US10294123B2 (en) 2016-05-20 2019-05-21 Gradiant Corporation Humidification-dehumidification systems and methods at low top brine temperatures
US10513445B2 (en) 2016-05-20 2019-12-24 Gradiant Corporation Control system and method for multiple parallel desalination systems
EP3463605B1 (fr) 2016-05-23 2020-11-04 HSL Energy Holding APS Dispositif de purification de liquides par distillation
EP3749614A1 (fr) * 2018-03-13 2020-12-16 Geniver LLC Procédé et appareil de purification et de reminéralisation de l'eau
CN108671570A (zh) * 2018-05-08 2018-10-19 大连理工大学 一种倾斜椭圆管降膜蒸发器
CN112619196A (zh) * 2020-12-21 2021-04-09 大连广泰源环保科技有限公司 蒸发系统不凝气回收工艺及系统
FR3121613A1 (fr) * 2021-04-09 2022-10-14 Naval Group Bouilleur a compression de vapeur multi-effets
CN116020153B (zh) * 2023-02-20 2023-08-01 安徽瑞柏新材料有限公司 具有热循环利用功能的醋酸甲酯生产用精馏装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE758288R (fr) * 1970-10-30 1971-04-01 Labrique Fa Charles Appareil pour la distillation de
BE768099R (fr) * 1971-06-04 1971-11-03 Labrique Jean Pierre A M G Appareil pour la distillation de
JPS57162605A (en) * 1981-03-31 1982-10-06 Diesel Kiki Co Ltd Stacked type evaporator
DE3242807A1 (de) * 1982-11-19 1984-05-24 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Entsalzungsapparat
BE1002903A6 (fr) * 1989-03-13 1991-07-23 Labrique Jean Pierre Adhemar Installation pour distiller de l'eau avec un courant d'air entrainant la vapeur d'eau.
FR2713219A1 (fr) * 1993-11-30 1995-06-09 Desplats Philippe Dispositif et procédé de distillation d'eau salée par évaporation et condensation dans un flux d'air à pression atmosphérique.
WO1998016474A1 (fr) * 1996-10-16 1998-04-23 Domen Jean Paul Alambics solaires de production d'eau douce

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US744458A (en) * 1903-07-06 1903-11-17 Walter Ellsworth Barnard Music-holder.

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
BE758288R (fr) * 1970-10-30 1971-04-01 Labrique Fa Charles Appareil pour la distillation de
BE768099R (fr) * 1971-06-04 1971-11-03 Labrique Jean Pierre A M G Appareil pour la distillation de
JPS57162605A (en) * 1981-03-31 1982-10-06 Diesel Kiki Co Ltd Stacked type evaporator
DE3242807A1 (de) * 1982-11-19 1984-05-24 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Entsalzungsapparat
BE1002903A6 (fr) * 1989-03-13 1991-07-23 Labrique Jean Pierre Adhemar Installation pour distiller de l'eau avec un courant d'air entrainant la vapeur d'eau.
FR2713219A1 (fr) * 1993-11-30 1995-06-09 Desplats Philippe Dispositif et procédé de distillation d'eau salée par évaporation et condensation dans un flux d'air à pression atmosphérique.
WO1998016474A1 (fr) * 1996-10-16 1998-04-23 Domen Jean Paul Alambics solaires de production d'eau douce

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 007, no. 003 7 January 1983 (1983-01-07) *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2855766A1 (fr) * 2003-06-06 2004-12-10 Third Millenium Water Company Procedes et appareils de distillation notamment pour produire de l'eau douce
WO2004110936A2 (fr) * 2003-06-06 2004-12-23 The Third Millenium Water Company Procede et appareil de distillation notamment pour produire de l'eau douce
WO2004110936A3 (fr) * 2003-06-06 2005-06-09 Third Millenium Water Company Procede et appareil de distillation notamment pour produire de l'eau douce
WO2010116101A3 (fr) * 2009-04-09 2010-12-02 The Third Millenium Water Company Plaques creuses en polymere pour echanges thermiques entre gaz
FR2944277A1 (fr) * 2009-04-09 2010-10-15 Third Millenium Water Company Perfectionnements aux distilateurs reproduisant le cycle naturel de l'eau
WO2010116100A3 (fr) * 2009-04-09 2010-11-25 The Third Millenium Water Company Distillateurs par convention et recuperation de chaleur
WO2010116100A2 (fr) * 2009-04-09 2010-10-14 The Third Millenium Water Company Perfectionnements aux distillateurs reproduisant le cycle naturel de l'eau
WO2018095978A1 (fr) * 2016-11-22 2018-05-31 Cevap Technology Bv Appareil de distillation à cartouche et son utilisation pour distiller de l'eau
BE1024466B1 (fr) * 2017-07-27 2018-02-28 Ind Advanced Services Fz Llc Unité de dessalement d'eau par compression mécanique de vapeur
WO2019020605A1 (fr) * 2017-07-27 2019-01-31 Industrial Advanced Services Fz, Llc Unite de dessalement d'eau par compression mecanique de vapeur
CN109603185A (zh) * 2018-12-28 2019-04-12 中国二冶集团有限公司 两精馏塔平台间的过道安装方法
CN113198194A (zh) * 2021-05-11 2021-08-03 江苏峰业科技环保集团股份有限公司 一种节能环保型三效蒸发器
CN113198194B (zh) * 2021-05-11 2022-09-09 江苏峰业环境科技集团股份有限公司 一种节能环保型三效蒸发器
WO2022248425A1 (fr) * 2021-05-25 2022-12-01 Industrial Advanced Services Fze Echangeur thermique avec extracteurs de vapeur
BE1029506B1 (fr) * 2021-05-25 2023-01-23 Ind Advanced Services Fze Echangeur thermique avec extracteurs de vapeur

Also Published As

Publication number Publication date
FR2809968A1 (fr) 2001-12-14
AU2001267640A1 (en) 2001-12-24
US20040026225A1 (en) 2004-02-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2001096244A1 (fr) Procedes et appareils de distillation notamment pour produire de l'eau douce
EP0946423B1 (fr) Alambics solaires de production d'eau douce
CA2528244A1 (fr) Procede et appareil de distillation notamment pour produire de l'eau douce
FR2522520A1 (fr) Appareil et procede de distillation continue de liquides aqueux
EP2833981B1 (fr) Distillateurs d'eau a courants d'air sature
EP0491821B1 (fr) Procede de production d'eau douce a partir d'eaux chargees et installation pour la mise en uvre du procede
US20210380437A1 (en) Solar ocean thermal energy seawater distillation system
WO2014195103A1 (fr) Ensemble de traitement d'eau avec évaporateur solaire
BE1024466B1 (fr) Unité de dessalement d'eau par compression mécanique de vapeur
FR2944277A1 (fr) Perfectionnements aux distilateurs reproduisant le cycle naturel de l'eau
FR2505201A1 (fr) Appareil de concentration de solutions diluees
FR2882426A1 (fr) Capteur solaire hybride thermique (liquide et gaz de facon alternative) et photovoltaique
FR2950338A1 (fr) Distillateur solaire a efficacite amelioree
BE888555A (fr) Appareil de distillation,
FR2815336A1 (fr) Appareil de dessalement d'eau utilisant un cycle a air humide
EP3194874B1 (fr) Caloduc et procédé de réalisation d'un caloduc.
BE893082A (fr) Distillateur solaire pour la distillation d'eaux salees
WO2004067857A1 (fr) Dispositif d’extraction de l’eau presente dans l’air par condensation
FR2853895A1 (fr) Distillateur d'eau salee a plaques continues et etages de pression
FR2488379A1 (fr) 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
FR2581738A1 (fr) Procede et installation pour la climatisation de batiments a double paroi
FR2473166A1 (fr) Echangeurs de chaleur composes de plaques tubulaires extrudees de forme allongee et applications
FR2524335A1 (fr) Distillateur a effets multiples, utilisable notamment pour le dessalement de l'eau de mer et des eaux saumatres au moyen d'energie renouvelable
FR2754530A1 (fr) Installation solaire de distillation d'eau de mer
FR2764593A1 (fr) Alambics solaires de production d'eau douce

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NO NZ PL PT RO RU SD SE SG SI SK SL TJ TM TR TT TZ UA UG US UZ VN YU ZA ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10297440

Country of ref document: US

122 Ep: pct application non-entry in european phase
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP