WO2014096736A1 - Dispositif et procede d'evaporation d'un liquide et leurs applications - Google Patents

Dispositif et procede d'evaporation d'un liquide et leurs applications Download PDF

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WO2014096736A1
WO2014096736A1 PCT/FR2013/053221 FR2013053221W WO2014096736A1 WO 2014096736 A1 WO2014096736 A1 WO 2014096736A1 FR 2013053221 W FR2013053221 W FR 2013053221W WO 2014096736 A1 WO2014096736 A1 WO 2014096736A1
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WO
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liquid
water
evaporation chamber
evaporation
gas
Prior art date
Application number
PCT/FR2013/053221
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Inventor
Jaouad Zemmouri
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Starklab
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/14—Evaporating with heated gases or vapours or liquids in contact with the liquid
    • 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
    • B01D3/007—Energy recuperation; Heat pumps
    • 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
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

Definitions

  • the present invention relates to a novel device and a novel method of evaporating a liquid.
  • the invention finds its application in all areas where it is necessary to evaporate a liquid, including water.
  • the invention preferably, but not exclusively, its application to the production of electrical energy from water vapor, especially from the evaporation of water pumped in a natural environment such as in particular seawater , water from a lake, or water from a watercourse, or groundwater.
  • the invention is also applicable to the distillation of a liquid by evaporation / condensation, for example to desalt seawater, or purify a liquid.
  • the invention also finds application in the field of heat pumps or in the field of industrial cooling, in particular industrial cooling of a liquid, or a gas, air conditioning, refrigeration.
  • Evaporation refers to the appearance of molecules in the gaseous state at the surface of the liquid. If we bring energy from quickly at the bottom of a container, the temperature rises gradually over the entire water column, but at the surface in contact with the energy supply, the temperature will quickly exceed the evaporation temperature (100 °) C for water at normal atmospheric pressure). This creates local evaporation in the form of small bubbles in the water that will escape and rise into the liquid due to Archimedes' surge. This phenomenon will accelerate with the rise of the temperature of the liquid and the number of bubbles becomes important; we then obtain the so-called boiling phenomenon. It can be said that boiling is a three-dimensional or volume evaporation in contrast to conventional evaporation which takes place on the surface.
  • the evaporation of a liquid, and in particular of water at low pressure is moreover a well known and controlled method.
  • This method of evaporation is related to the fact that the evaporation temperature of a liquid, and in particular of water, decreases with the atmospheric pressure above this liquid.
  • the evaporation temperature of the water is of the order of 60 ° C; at 20 mbar, the evaporation temperature of the water is of the order of 17.5 ° C.
  • a container such as for example a beaker
  • nriiiq is the mass of non-evaporated liquid
  • C p ii q is the heat capacity of the liquid and is 4.6kJ / kg / K for water and ⁇ is the change in the temperature of the liquid water.
  • nrieva is the mass of evaporated liquid and L v is the latent heat and is 2.25 MJ / kg for the water at atmospheric pressure.
  • ITIeva L v ITI
  • This electrical energy produced from the steam can be obtained by means of a turbine, such as for example in French patent applications FR 2,515,727 and FR 2,534,293.
  • This electrical energy can also advantageously be produced by condensation of the steam, and in particular of the water vapor produced, and by a transformation into electrical energy of the energy recovered during the condensation of the steam.
  • OTEC Ocean Themal Energy Conversion
  • thermodynamic cycle of an intermediate working fluid there are three Rankine, Kalina and Uehara thermodynamic cycles that are compatible with the principle of OTEC systems.
  • This cycle is used with organic liquids that have a boiling point lower than that of water. Therefore, it is called Organic Rankine Cycle (ORC).
  • ORC Organic Rankine Cycle
  • the liquid phase with a low concentration is used in the regenerator. Subsequently, the two streams are fused in the condenser, where the fluid condenses, giving heat to the cold source. The fluid leaving the condenser and preheated in the regenerator and the same cycle starts again.
  • the Kalina cycle is a cycle that has the particularity of varying the concentrations of the coolant (water + ammonia) to change the operating points. Indeed, at the level of the exchanger the ammonia concentration is high, which makes the evaporation temperature low. Thus the fluid can be evaporated at a lower temperature. If the concentration of ammonia is low, it makes the condensation temperature higher and it thus becomes easier to condense the vapor since the liquid that will be used to condense (cold source) will not need to be very cold.
  • This cycle of electricity generation using the thermal energy of the seas is an improvement of the Kalina cycle. Its main feature is to simplify the change of composition of the water-ammonia mixture by resorting to a stepped relaxation with sampling.
  • Part of this expanded stream is re-circulated at medium pressure, then cooled by exchange with the base mixture, to which it is mixed, to form the working fluid, which is then pressurized again.
  • the main stream leaving the turbine is expanded to the low pressure in a second turbine and then directed to an absorber, where it is mixed with the liquid fraction leaving the separator and previously cooled in the regenerator by exchange with the outgoing working fluid. from the rich pump, then relaxed at low pressure. At the absorber outlet, the base mixture obtained is condensed before being compressed to the intermediate pressure.
  • OTEC systems and in particular OTEC systems based on the Uehara cycle, are:
  • An object of the invention is to propose a new technical solution which makes it possible to improve the evaporation of a liquid, and in particular of water, and also to better control this evaporation.
  • the invention thus has for its first object a device for evaporation of a liquid, comprising an evaporation chamber intended to contain a liquid to be evaporated and supply means for introducing a gas into a liquid to be evaporated contained in the evaporation chamber, so as to form gas bubbles in the liquid and promote the evaporation of the liquid.
  • This forced boiling of the liquid by introducing a gas, and for example air, into the liquid to be evaporated advantageously makes it possible to promote the evaporation of this liquid, and also makes it possible to control this evaporation, and in particular the amount of Steam produced over time, controlling the flow of gas entering the enclosure.
  • the invention thus makes it possible to produce with low energy steam at low temperature.
  • This low-temperature steam then advantageously requires a source which is less cold, to recover by condensation the energy stored in the steam to transform it into electrical energy.
  • the energy conversion efficiencies are improved.
  • the evaporation device of the invention may comprise the following additional and optional features, taken separately, or in combination with each other:
  • the supply means comprise a compressor, a manifold for admitting a gas into the compressor and an outlet pipe for injecting into the liquid to be evaporated gas delivered by the compressor.
  • the supply means make it possible to automatically regulate the supply flow rate of the gas entering the evaporation chamber.
  • the evaporation chamber is at atmospheric pressure.
  • the device comprises means for a depression of the evaporation chamber.
  • the device comprises liquid renewal means for supplying the evaporation chamber with liquid and to evacuate the liquid contained in the evaporation chamber.
  • the means can supply the evaporation chamber with liquid at a temperature higher than the temperature of the liquid contained in the evaporation chamber.
  • the liquid renewal means can feed the evaporation chamber with liquid at a temperature above the temperature of the liquid leaving the evaporation chamber.
  • the liquid renewal means makes it possible to supply the evaporation chamber with liquid at a temperature lower than the temperature of the liquid contained in the evaporation chamber.
  • the liquid renewal means comprise in the evaporation chamber one or more liquid discharge openings, preferably positioned near the bottom of the enclosure or in the bottom of the enclosure.
  • the liquid renewal means are able to automatically regulate the flow of liquid entering the evaporation chamber.
  • the liquid renewal means comprise a hydraulic pump for forced feeding of the liquid evaporation chamber.
  • the liquid renewal means comprise a supply line which is capable of forming a liquid column, and whose upper end communicates with the evaporation chamber, and a hydraulic pump allowing a forced liquid supply of said line. power.
  • the liquid renewal means are designed to pump water in a natural environment, including sea water, lake water or water from a watercourse, or water. underground water.
  • the injectable gas in the liquid is air or an air-based mixture.
  • the injectable gas in the liquid comprises helium.
  • the device is suitable for evaporating a volume of liquid water.
  • the device is adapted to evaporate a volume of liquid at an evaporation temperature below the boiling temperature of the liquid.
  • the device is adapted to evaporate a volume of liquid water at an evaporation temperature of less than 100 ° C, preferably less than 50 ° C, and more preferably still less than 25 ° C.
  • the device performs an air conditioning function: the injectable gas in the liquid is ambient air, and the device allows to evacuate into the ambient air outside the evaporation chamber cooled air from the air 'evaporation.
  • the second subject of the invention is also an installation for treating a liquid by evaporation and condensation.
  • This installation comprises an evaporation device referred to above, in which the upper part of the evaporation chamber intended to contain the steam communicates with a condensation system which makes it possible to condense the steam coming from the evaporation chamber.
  • the installation of the invention may comprise the following additional and optional features, taken separately, or in combination with each other:
  • the installation allows the production of electrical energy; the condensation system makes it possible to condense the steam coming from the evaporation chamber and to recover the energy of this condensation by transforming it into electrical energy.
  • the condensation system implements a Kalina cycle, or a Uehara cycle or a Rankine cycle, or a cycle derived from one or other of these cycles.
  • the installation includes a receptacle of the liquid from the condensation of steam.
  • the evaporation chamber of the evaporation device is fed with water pumped in a natural environment, and in particular water from sea, water from a lake or water from a watercourse, or groundwater.
  • the gas supply means for injecting air into a liquid contained in the evaporation chamber by taking all or part of this air in the ambient air.
  • the gas supply means for recycling the gas from the evaporation chamber by re-injecting all or part of the evaporation chamber.
  • the third subject of the invention is also a process for evaporation of a liquid during which a liquid to be evaporated is introduced into an evaporation chamber, and a gas is introduced into the liquid contained in the evaporation chamber. in order to form gas bubbles in the liquid and to promote evaporation of the liquid.
  • process of the invention may comprise the following additional and optional features, taken alone, or in combination with each other:
  • the evaporation chamber is at atmospheric pressure.
  • the evaporation chamber is depressurized (pressure below normal atmospheric pressure).
  • the pressure is automatically regulated in the evaporation chamber above the liquid.
  • the gas introduced into the liquid is air or a gaseous mixture based on air.
  • the gas introduced into the liquid comprises helium.
  • a liquid volume is evaporated at an evaporation temperature below the boiling point of the liquid.
  • the liquid contained in the evaporation chamber is water.
  • the water is evaporated in the evaporation chamber at an evaporation temperature of less than 100 ° C., and preferably less than 50 ° C., and more preferably less than 25 ° C.
  • the liquid contained in the evaporation chamber is water pumped in a natural environment and in particular sea water, lake water or water from a watercourse, or groundwater.
  • a portion of the gas injected into the liquid to be evaporated is air taken from the ambient air.
  • At least a portion of the gas injected into the liquid is recycled by being reinjected into the liquid to be evaporated.
  • the gas injected into the liquid is air taken from the ambient air and the cooled air resulting from evaporation is discharged into the ambient air outside the evaporation chamber.
  • the gas injected into the liquid is a hot gas, and this gas is cooled by evaporation of the liquid contained in the evaporation chamber.
  • the invention also has the following uses for other objects listed in the above mentioned device or installation or process:
  • the invention also relates to an electrical energy production installation comprising an evaporation device comprising an evaporation chamber, which is intended to contain water in liquid form, and whose upper part intended to contain water.
  • the steam communicates with an electricity production system making it possible to condense the steam coming from the evaporation chamber and to recover the energy of this condensation by transforming it into electrical energy, means of renewal in water which make it possible to pump water in liquid form in a natural environment, including seawater, or water from a lake or water from a watercourse, or groundwater, supplying the evaporation chamber with said water in liquid form and discharging water in liquid form contained in the evaporation chamber;
  • the evaporation device of this installation comprises feed means for introducing a gas in water in liquid form contained in the evaporation chamber, so as to form gas bubbles in the water and promote evaporation of the water contained in the evaporation chamber.
  • this installation may comprise the additional and optional features previously described, taken separately, or in combination with each other.
  • the subject of the invention is also a method of producing electricity during which liquid water is pumped in a natural medium, and in particular sea water, or water from a lake or the water of a watercourse, or of the groundwater, this liquid water is introduced into the evaporation chamber of an evaporation device, and water is evacuated in liquid form.
  • a gas is introduced into the water in liquid form contained in the evaporation chamber, so as to form gas bubbles in the water under f elm the liquid and promote evaporation of said water.
  • this installation may comprise the additional and optional features previously described, taken separately, or in combination with each other.
  • FIG. 1 schematically represents a variant of embodiment of an evaporation device of the invention.
  • FIG. 2 represents examples of operating curves of the device of FIG. 1, showing the evolution over time of the temperature of the water in the evaporation chamber for different initial volumes of water (21, 11). , 21) and with different air flows (41 / s;
  • FIG. 3 schematically represents a first variant embodiment of an installation of the invention for the electricity production by evaporation / condensation of seawater.
  • FIG. 4 schematically represents a second variant embodiment of FIG. an installation of the invention for the production of electricity by evaporation / condensation of sea water.
  • FIG. 5 shows schematically a third embodiment of an installation of the invention for the production of electricity by evaporation / condensation of sea water.
  • FIG. 6 schematically shows a fourth embodiment of an installation of the invention for the production of electricity by evaporation / condensation of sea water.
  • FIG. 1 shows schematically an example of an evaporation device 1 of the invention.
  • This device 1 comprises:
  • an evaporation chamber containing an initial volume of liquid 1 1 to be evaporated, and for example a volume of water.
  • Feeding means 12 for introducing a pressurized gas, and for example air, into the liquid 1 1, so as to form gas bubbles 13 in the liquid.
  • the feeding means 12 more particularly comprise a compressor 121, an intake manifold 120 for supplying the compressor 121 with ambient air, and an outlet pipe 122, connected at one end to the outlet of the compressor 121, and having its other end immersed in the liquid 1 1, so that the air produced by the compressor 121 is introduced into the liquid 1 1, near the bottom of the enclosure 10.
  • the gas may be simply air or any other gas, and for example and without limitation and not exhaustive, an air-based gas mixture, or an inert gas, and especially helium.
  • the device of FIG. 1 has been tested under the following conditions:
  • FIG. 2 shows the evolution over time of the temperature of the water in the enclosure 10 for different initial water volumes (21; 11; 21) and with different air flows (41 / s; s 61 / s).
  • the introduction of a gas, and in particular air, into the liquid 1 1 contained in the evaporation chamber 10 advantageously makes it possible to create gas bubbles 13, and more particularly air bubbles, which allow the acceleration of evaporation.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of an electricity production installation based on the conversion of the thermal energy of the water pumped into a natural environment, and in this particular example of water of sea M.
  • This installation comprises an evaporation device Y by forced boiling according to the invention connected by a pipe 2 to a system 3 for producing electrical energy by condensation of the steam of sea water from the evaporation device Y.
  • the evaporation device Y comprises an evaporation chamber 10, which is positioned above the sea level M.
  • This enclosure 10 comprises, in the upper part, an opening 10a for the evacuation of air and steam water, which is connected to the pipe 2, and a bottom 100 in which is formed an opening 100a for its supply with seawater.
  • This opening 100a is connected to a vertical duct 14, which plunges into the sea and which is equipped with a hydraulic pump 15 for pumping "hot" seawater at the surface and forcing the enclosure 10 forcibly with this "hot” seawater.
  • the conduit 14 forming the liquid column could be inclined relative to the vertical.
  • the enclosure 10 also comprises at its bottom 100 a water discharge opening 100b connected to an outlet pipe 16 plunging into the sea and allowing the evacuation of water from the enclosure 10.
  • This outlet pipe 16 may be equipped with a waterfall energy recovery device 17, of the finned wheel type .
  • the pump 15 makes it possible to feed the enclosure 10 with seawater at a temperature greater than the temperature of the seawater contained in the enclosure 10, and thus to provide energy thermally sufficient to maintain the volume of seawater in the enclosure at a temperature high enough that the phenomenon of evaporation does not slow down.
  • the flow rate of the pump 15 may be fixed or may advantageously be regulated automatically, for example from a liquid level detection in the chamber 10, in order to maintain a minimum level of liquid in the chamber in time, and / or from a detection of the liquid temperature 1 1 in the chamber 10 so as to maintain in time the temperature of the liquid above a minimum temperature threshold conditioning the evaporation of the liquid.
  • the evaporation device 1 Comprises, in a manner comparable to that previously described for the evaporation device 1 of FIG. means 12 for supplying air with a compressor 121, an intake manifold 120 for supplying the compressor with ambient air, and an outlet pipe 122, connected at one end to the outlet of the compressor 121, and having its other end immersed in the column of liquid contained in the conduit 14, preferably substantially at sea level.
  • the ambient air is thus continuously withdrawn at 1 bar, is compressed by the compressor 121, for example at a pressure of 3 bars. or more, and is injected under pressure into the liquid 1 1.
  • the air inlets in the liquid may be multiple and positioned at different heights and, if necessary with various inclinations, in the liquid column. It is also possible in another variant to have several conduits 14, with each one or more air inlets.
  • the seawater contained in the enclosure 10 is forced to boil and evaporates by taking the thermal energy from the liquid contained in the 'pregnant.
  • the amount of steam produced over time is regulated.
  • the water pump 15 makes it possible to regulate the temperature drop of the sea water and to regulate the flow of the production.
  • the enclosure 10 may optionally, but not necessarily be equipped with a vacuum pump (not shown in Figure 3), for lowering and regulating the air pressure in the chamber 10 above the liquid level 1 1, so as to lower the evaporation temperature of the liquid and accelerate evaporation.
  • a vacuum pump not shown in Figure 3
  • the water vapor that is created in the chamber 10 is driven by the air in the pipe 2 to the system 3 for producing electrical energy by condensation.
  • the water vapor is transported by the Venturi effect due to the change of inlet section of the pipe 2 relative to the section of the upper part of the enclosure 10.
  • a filter F is mounted at the inlet of the pipe 2 to prevent fouling of the installation downstream of the device Evaporation 1 '.
  • This condenser system 3 comprises a heat exchanger 30 and means 31 which allow a forced circulation of a coolant in the exchanger 30 with a recovery and conversion into electrical energy of a portion of the thermal energy of the coolant.
  • These means 31 are for example suitable for implementing a closed thermodynamic cycle, such as Kalina cycle, Uehara cycle, Rankine cycle, or a derivative of one and / or the other of these cycles.
  • the water vapor generated following the boiling and evaporation of seawater in the chamber 10 makes it possible to heat the heat transfer liquid (for example a water + ammonia mixture in the case of a Kalina cycle) of the exchanger heat 30.
  • the heat transfer liquid for example a water + ammonia mixture in the case of a Kalina cycle
  • the seawater vapor in contact with the walls of the heat exchanger 30 transfers its energy to the coolant, and consequently the desalinated water condenses on the walls of the exchanger 30.
  • This desalinated seawater 4 may advantageously be recovered in a receptacle 18 and discharged into a fresh water recovery circuit 18a.
  • the introduction of air into the evaporation chamber 10 advantageously makes it possible to generate low-temperature seawater vapor (for example at a temperature below 20 ° C.), without it being necessary to create the vacuum in the evaporation chamber 10.
  • This low temperature steam advantageously allows a more efficient heat transfer by condensation, and therefore allows the implementation of a source (heat transfer fluid) which is less cold, to recover by condensation the energy stored in the steam in order to transform it into electrical energy. It is no longer necessary, unlike traditional OTEC systems, pumping seawater at very great depths to cool the heat exchanger, and energy conversion efficiencies are improved.
  • seawater vapor with forced boiling also reduces the need for structure and number of pumps (currently 100MW OTEC systems require pumps with a cumulative flow of 1 1 1 m 3 / s for pump hot seawater).
  • the water pump 15 may in comparison have a relatively low flow rate.
  • the invention thus makes it possible to extract thermal energy from seawater with a lower energy consumption than traditional OTEC systems.
  • the performance of the installation of the invention depends on the temperature of the seawater which is pumped on the surface by the water pump 15.
  • the performance of the installation of the invention can be improved by increasing the temperature of the the air introduced into the liquid 1 1, because this hot air will yield its excess energy to water vapor.
  • the installation can operate in a closed circuit as illustrated in FIG. 4, by recycling, via the compressor 121, the dry air coming from the condenser system 3.
  • a solenoid valve EV is mounted on the tubing of FIG. admission 120.
  • This modification makes it possible to reduce the power consumption of the compressor (s) 121. Indeed, the use of closed circuit compressor requires less energy, because the same air is used permanently for the operation of the system.
  • One or more temperature sensors ST can be positioned within the air circulation circuit, in order to control the operating air temperature and to automatically control the air intake solenoid valve EV, if it is proves necessary to bring ambient air into the circuit in order to increase the temperature or to change fully functioning air.
  • Figure 5 Combination of a vacuum evaporation and a forced boiling There is shown in Figure 5, an installation that combines vacuum evaporation and forced boiling.
  • This installation comprises an air compressor 121 in a closed circuit, which allows both to create an overpressure P2 downstream, and a negative pressure P 0 . (Vacuum) upstream in the evaporation chamber 10. With the depression P 0 in the evaporation chamber 10, the seawater evaporates faster because its evaporation temperature is lowered.
  • FIG. 6 shows another alternative embodiment of an electrical energy production installation implementing a vacuum pump PV, which makes it possible to adjust the pressure inside the evaporation chamber 10 ; this a vacuum pump PV can serve as a priming system for evaporation and / or as a backup system for evaporation.
  • a vacuum pump PV can serve as a priming system for evaporation and / or as a backup system for evaporation.
  • FIGS. 7 to 11 show schematically other examples of applications of the invention.
  • FIG. 7 shows an installation comprising an evaporation device 1 "according to the invention, the evaporation chamber 10 of which contains a liquid 11 and at least one component 11 which has been mixed with the liquid or suspended in the liquid.
  • the evaporation chamber 10 is connected via a line 2 to an enclosure 5 for recovering by condensation of a purified condensate 5a originating from the evaporation / condensation of the liquid 11.
  • This plant can be used for example for desalination of seawater, the purification of a liquid and for example wastewater, the distillation of a liquid.
  • FIG. 8 The installation of FIG. 8 is a heat pump that uses evaporation to cool the liquid 11 (for example water) contained in the evaporation device 1 and thus pump calories (Q) to the interior of a building, and to transfer these calories to a remote condensation chamber 5 located outside the building, where the calories (Q) are resituated outside by condensation.
  • liquid 11 for example water
  • FIG. 9 The installation of FIG. 9 is a heat pump that uses evaporation to cool the liquid 1 1 (for example water) contained in the evaporation device 1 situated outside a building, and thus to pump calories (Q) outside the building, and to transfer these calories to a remote condensation chamber 5 located inside the building, at which the calories (Q) are relocated by condensation to the outside. interior of the building.
  • liquid 1 1 for example water
  • FIG. 10 implements an evaporation device 1 "'of the invention for cooling a liquid 11, and for example water, and producing a cooled gas and cold vapor.
  • gas and steam can be done by condensation.
  • This installation can be used for example for the industrial cooling of a liquid, and / or a gas, or as a refrigeration system of the walls of the evaporation chamber 10.
  • the device illustrated in FIG. 10 can advantageously be used as air conditioning, by evacuating in the ambient air outside the atmosphere. the evaporation chamber 10 the cooled air from the evaporation.
  • air at 40 ° C air temperature at the inlet of the enclosure 10) by lowering its temperature to a temperature between 16 ° C and 19 ° C (temperature of the at the outlet of the chamber 10) by injecting it into the evaporation chamber 10 of air at 40 ° C. under a pressure of 2 bars, with a flow rate of 51 / s, said chamber containing liquid water at an initial temperature of 19 ° C.
  • FIG. 11 shows an application of the invention in which an installation 6 similar to that of FIG. 9 is used as a heat source for a traditional heat pump 7, in order to rapidly bring back the energy of the external environment. to the evaporator of the heat pump, which increases the efficiency of the heat pump.
  • FIG. 12 shows an evaporation device 1 '' according to the invention for rapid cooling and, where appropriate, depollution of a gas at elevated temperature.
  • This device 1 ' comprises means for replacing the liquid 1 1 contained in the evaporation chamber, which can supply the evaporation chamber 10 with liquid at a temperature below the temperature of the liquid contained in the chamber. 10 and evacuate the liquid contained in the evaporation chamber.
  • These liquid renewal means comprise for example an intake manifold 14 'and a pump 15' for introducing the liquid into the evaporation chamber. the evaporation chamber 10, and an outlet pipe 16 'and a pump 15 "for the pumping the liquid outside the evaporation chamber 10.
  • the gas at high temperature is introduced into the liquid 1 1 through the bottom of the evaporation chamber 10.
  • the evaporation of the liquid 1 1 absorbs the energy stored in the gas regardless of its temperature. This energy is recovered in the form of steam, which can then be used to produce electricity, after separation of the cooled gas and the steam at the outlet of the evaporation chamber 10.
  • the renewal of the liquid in the evaporation chamber 10 with cooler liquid makes it possible to evacuate, outside the chamber 10, a portion of the calories accumulated in the liquid, and to prevent a too great rise in temperature of the liquid 1 1 contained in the enclosure 10.
  • Another advantage of this device is to allow the dissolution in the liquid of pollutants contained in the gas which is injected into the liquid. After passing through the liquid 1 1, the gas is cleaned.
  • This device can for example be used for the cooling and the depollution of a gas resulting from an incinerator and which can have a temperature of several hundreds of degrees, the passage of the gas in the liquid making it possible to block the propagation of the pollutants in the atmosphere.

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Abstract

Le dispositif d'évaporation d'un liquide, comporte une enceinte d'évaporation (10) destinée à contenir un liquide à évaporer et des moyens d'alimentation (12) permettant d'introduire un gaz dans un liquide(11)à évaporer contenu dans l'enceinte d'évaporation (10), de manière à former des bulles de gaz dans le liquide et favoriser l'évaporation du liquide. Le dispositif d'évaporation peut être mis en œuvre dans une installation permettant la production d'énergie électrique par évaporation/condensation d'eau de mer.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE D'EVAPORATION D'UN LIQUIDE ET LEURS
APPLICATIONS
Domaine technique
La présente invention concerne un nouveau dispositif et un nouveau procédé d'évaporation d'un liquide. L'invention trouve son application dans tous les domaines où il est nécessaire d'évaporer un liquide, et notamment de l'eau. L'invention trouve préférentiellement, mais non exclusivement, son application à la production d'énergie électrique à partir de vapeur d'eau, notamment à partir de l'évaporation d'eau pompée en milieu naturel tel que notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac, ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine. L'invention trouve également son application à la distillation d'un liquide par évaporation/condensation, par exemple pour dessaler de l'eau de mer, ou purifier un liquide. L'invention trouve également son application dans le domaine des pompes à chaleur ou dans le domaine du refroidissement industriel, notamment refroidissement industriel d'un liquide, ou d'un gaz, climatisation, réfrigération.
Art antérieur
A la pression atmosphérique normale (au niveau de la mer) l'évaporation de l'eau se produit autour de 100°C. Cette évaporation se produit lorsque le milieu extérieur fournit de l'énergie à l'eau devenue vapeur sous forme de chaleur latente Lv. Tant que l'eau reste dans son état de vapeur, cette énergie Lv reste stockée dans cette vapeur. Si on diminue la température de la vapeur, on assiste alors au phénomène de condensation par lequel la vapeur se transforme en liquide en cédant cette énergie stockée vers le milieu extérieur.
On parle souvent d'évaporation et d'ébullition sans distinction pour le passage de l'état liquide vers l'état gazeux. En réalité, ces deux phénomènes sont différents et apparaissent dans des circonstances différentes. On désigne par évaporation l'apparition de molécules dans l'état gazeux au niveau de la surface du liquide. Si on apporte de l'énergie de manière rapide au bas d'un récipient, la température monte progressivement sur toute la colonne d'eau, mais au niveau de la surface en contact avec l'apport d'énergie, la température va rapidement dépasser la température d'évaporation (100°C pour l'eau sous une pression atmosphérique normale). Ceci crée une évaporation locale sous forme de petites bulles dans l'eau qui vont s'échapper et remonter dans le liquide à cause de la poussée d'Archimède. Ce phénomène va s'accélérer avec la montée de la température du liquide et le nombre de bulles devient important ; on obtient alors le phénomène dit d'ébullition. On peut dire que l'ébullition est une évaporation à trois dimensions ou en volume contrairement à l'évaporation classique qui a lieu en surface.
L'évaporation d'un liquide, et notamment de l'eau à basse pression, est par ailleurs une méthode bien connue et maîtrisée. Cette méthode d'évaporation est liée au fait que la température d'évaporation d'un liquide, et notamment de l'eau, diminue avec la pression atmosphérique au dessus de ce liquide. Par exemple à 0,2 bar, la température d'évaporation de l'eau est de l'ordre de 60°C ; à 20 mbar, la température d'évaporation de l'eau est de l'ordre de 17,5°C. Ainsi, si on place par exemple de l'eau à 20°C dans un récipient, tel que par exemple un bêcher, il ne se passe rien à court terme à la pression atmosphérique. Si on place le récipient dans une cloche à vide reliée à une pompe à vide, l'eau se met à bouillir brutalement, et la température de l'eau baisse de plus en plus, pour finir à une température en dessous de zéro. A partir d'un certain moment, l'eau restante finit par geler mettant un terme à l'évaporation. Il est donc possible en abaissant suffisamment la pression de faire évaporer et faire bouillir de l'eau à basse température, et par exemple à 20°C.
Lorsque qu'un liquide tel que de l'eau s'évapore, il a besoin d'énergie pour passer de la phase liquide à la phase gazeuse: c'est la chaleur latente Lv. La chaleur latente Lv est égale à 2,25MJ/kg pour l'eau à la pression atmosphérique. Cette énergie est fournie par le volume de l'eau à l'état liquide qui ne s'évapore pas et par le récipient contenant l'eau à l'état liquide, lesquels fournissent cette énergie thermique en abaissant leurs températures. Tant que l'évaporation continue, la température continue de baisser jusqu'à descendre sous 0°C et l'eau liquide finit par se transformer en glace. Si on néglige la participation du récipient, on peut considérer en première approximation, qu'il y conservation de l'énergie entre l'énergie reçue par l'eau évaporée et l'énergie fournie par l'eau liquide. Eeva = E|iq où Eeva est l'énergie reçue par l'eau évaporée et E|iq est l'énergie fournie par l'eau liquide.
E|iq=ITI|iq Cpliq ΔΤ
où, nriiiq est la masse de liquide non évaporée, Cpiiq est la capacité calorifique du liquide et vaut 4,6kJ/kg/K pour l'eau et ΔΤ est la variation de la température de l'eau liquide.
E = m L
Où nrieva est la masse de liquide évaporé et Lv est la chaleur latente et vaut 2,25MJ/kg pour l'eau à la pression atmosphérique.
La conservation de l'énergie et de la matière impose que Eeva = E|iq donc
ITIeva Lv=ITI|iq Cp|iq ΔΤ
C'est cette relation (Eeva = E|iq ) qui permet d'extraire de l'énergie d'un liquide par évaporation, et par exemple d'extraire de l'énergie par évaporation d'eau pompée en milieu naturel tel que notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau.
Ce phénomène d'évaporation d'un liquide, et notamment de l'eau, à basse pression, est utilisé depuis de très nombreuses années pour produire de la vapeur et pour utiliser la vapeur produite afin de générer de l'énergie électrique.
Cette énergie électrique produite à partir de la vapeur d'eau peut être obtenue au moyen d'une turbine, tel que par exemple dans les demandes de brevet français FR 2 515 727 et FR 2 534 293.
Cette énergie électrique peut également avantageusement être produite par condensation de la vapeur, et notamment de la vapeur d'eau produite, et par une transformation en énergie électrique de l'énergie récupérée lors de la condensation de la vapeur.
Plus particulièrement, au cours de la dernière décennie, la conversion de l'énergie thermique des océans et des mers a fait des progrès importants avec la technologie OTEC( Océan Themal Energy Conversion). Les systèmes OTEC sont décrits par exemple dans les demandes de brevet internationales WO 81/02231 , WO 95/28567 et WO 96/41 1079 et dans le brevet US 3 967 449, et convertissent l'énergie thermique en électricité en utilisant la différence de température entre l'eau de mer chaude en surface et l'eau de mer froide en profondeur.
Habituellement on utilise les systèmes OTEC à cycle fermé qui utilisent un cycle thermodynamique d'un fluide de travail intermédiaire. Pour cela, il existe trois cycles thermodynamiques Rankine, Kalina et Uehara qui sont compatibles avec le principe des systèmes OTEC.
Cycle de Rankine :
Ce cycle est utilisé avec des liquides organiques qui ont un point d'ébullition inférieur à celui de l'eau. Par conséquent, il est appelé « Organic Rankine Cycle » (ORC).
Cycle de Kalina :
http://www.thermoptim rg/sections/technologies/systemes/cycle-kalina/ Ce cycle utilise un mélange d'eau et d'ammoniac comme fluide de travail. La concentration d'ammoniac est variable selon le besoin de chaque étape du cycle. En théorie, l'efficacité est 20% plus élevée que celle du cycle ORC. Le fluide de travail (eau + ammoniac) est bouilli en utilisant la chaleur dégagée par la source chaude. Ensuite, le fluide pénètre dans un séparateur et se divise en deux:
- la phase vapeur avec une grande concentration d'ammoniac qui entre par la suite dans la turbine à expansion qui fait tourner le générateur d'électricité.
- la phase liquide avec une faible concentration est utilisée dans le régénérateur. Par la suite les deux flux sont fusionnés dans le condenseur, où le fluide se condense en donnant de la chaleur à la source froide. Le fluide en sortie du condenseur et préchauffé dans le régénérateur et le même cycle recommence.
Le cycle de Kalina est un cycle qui présente la particularité de faire varier les concentrations du fluide caloporteur (eau + ammoniac) afin de faire évoluer les points de fonctionnement. En effet, au niveau de l'échangeur la concentration en ammoniac est élevée, ce qui rend la température d'évaporation faible. Ainsi on peut évaporer le fluide à une température moins élevée. Si la concentration en ammoniac est faible, cela rend la température de condensation plus élevée et il devient donc plus facile de condenser la vapeur puisque le liquide qui va servir à condenser (source froide) n'aura pas besoin d'être très froid.
Cycle d'Uehara :
http://www.thermoptim rg/sections/technologies/svstemes/cycle-uehara Ce cycle utilise également de l'eau et de l'ammoniac comme fluide de travail à concentration fixe en ammoniac, mais son efficacité théorique est supérieure à Kalina et ce cycle est surtout adapté à des températures de la source chaude entre 20 et 30 °C.
Ce cycle de production d'électricité utilisant l'énergie thermique des mers est une amélioration du cycle de Kalina. Sa principale particularité est de simplifier le changement de composition du mélange eau-ammoniac en recourant à une détente étagée avec prélèvement.
Tout comme pour le cycle de Kalina, l'intérêt de ce cycle est de remplacer les évaporations et condensations à température constante du fluide de travail par des évolutions avec glissement de température, et donc de réduire les irréversibilités du système.
Dans ce cycle, un mélange riche en ammoniac est chauffé dans un économiseur et un vaporiseur, dont il sort à l'état diphasique. Les phases vapeur et liquide sont alors séparées, la première étant détendue jusqu'à une pression intermédiaire dans une turbine.
Une partie de ce flux détendu est re-circulée à moyenne pression, puis refroidie par échange avec le mélange de base, auquel elle est mélangée, pour former le fluide de travail, qui est ensuite remis en pression. Le flux principal sortant de la turbine est détendu jusqu'à la basse pression dans une deuxième turbine puis dirigé vers un absorbeur, où il est mélangé avec la fraction liquide sortant du séparateur et préalablement refroidie dans le régénérateur par échange avec le fluide de travail sortant de la pompe riche, puis détendue à la basse pression. En sortie d'absorbeur, le mélange de base obtenu est condensé avant d'être comprimé à la pression intermédiaire.
En pratique, une installation OTEC de 100MW fonctionnant avec un cycle d'Uehara présente les caractéristiques suivantes :
- Puissance électrique net : 64MW
- Production électrique journalière de 1 ,5GWh
- Production électrique annuelle de 514GWh
- Production journalière d'eau douce : 120000m3/jour
- Débit d'eau de mer chaude : 1 1 1 m3/s (= 1 1 1 1 1 1 kg/s)
- Débit d'eau de mer froide : 1 1 1 m3/s (1 1 1 1 1 1 kg/s)
- Besoin électrique (généralement pour les pompes) : 23MW.
Les inconvénients majeurs des systèmes OTEC, et notamment des systèmes OTEC basés sur le cycle d'Uehara sont :
- les débits très importants d'entrée d'eau de mer chaude et froide et leurs effets potentiels sur l'environnement.
- l'aspiration d'eau à grande de profondeur (généralement 1000 mètres) pour le condenseur, ce qui réduit fortement le rendement du système.
Objectif de l'invention
Un objectif de l'invention est de proposer une nouvelle solution technique qui permet d'améliorer l'évaporation d'un liquide, et en particulier de l'eau, et également de mieux contrôler cette évaporation.
Lorsque cette solution est appliquée à un système de conversion de l'énergie thermique de l'eau pompée en milieu naturel, elle permet d'améliorer les rendements de conversion d'énergie et les coûts de mise en œuvre du système de conversion d'énergie. Résumé de l'invention
L'invention a ainsi pour premier objet un dispositif d'évaporation d'un liquide, comportant une enceinte d'évaporation destinée à contenir un liquide à évaporer et des moyens d'alimentation permettant d'introduire un gaz dans un liquide à évaporer contenu dans l'enceinte d'évaporation, de manière à former des bulles de gaz dans le liquide et favoriser l'évaporation du liquide.
Cette ébullition forcée du liquide par introduction d'un gaz, et par exemple de l'air, dans le liquide à évaporer, permet avantageusement de favoriser l'évaporation de ce liquide, et permet également de contrôler cette évaporation, et notamment la quantité de vapeur produite dans le temps, en contrôlant le débit de gaz entrant dans l'enceinte.
L'invention permet ainsi de produire avec moins d'énergie de la vapeur à basse température. Cette vapeur à basse température nécessite ensuite avantageusement une source qui est moins froide, pour récupérer par condensation l'énergie stockée dans la vapeur afin de la transformer en énergie électrique. Les rendements de conversion d'énergie sont améliorés.
Plus particulièrement, le dispositif d'évaporation de l'invention peut comporter les caractéristiques additionnelles et optionnelles suivantes, prises isolément, ou en combinaison les unes avec les autres :
- Les moyens d'alimentation comportent un compresseur, une tubulure d'admission d'un gaz dans le compresseur et une tubulure de sortie permettant l'injection dans le liquide à évaporer du gaz délivré par le compresseur.
- Les moyens d'alimentation permettent de réguler automatiquement le débit d'alimentation du gaz entrant dans l'enceinte d'évaporation.
- L'enceinte d'évaporation est à la pression atmosphérique.
- Le dispositif comporte des moyens permettant une mise en dépression de l'enceinte d'évaporation.
- Le dispositif comporte des moyens de renouvellement en liquide permettant d'alimenter l'enceinte d'évaporation avec du liquide et d'évacuer du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation.
Les moyens (de renouvellement en liquide permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation avec du liquide à une température supérieure à la température du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation. Les moyens de renouvellement en liquide permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation avec du liquide à une température supérieure à la température du liquide sortant de l'enceinte d'évaporation.
Les moyens de renouvellement en liquide permette d'alimenter l'enceinte d'évaporation avec du liquide à une température inférieure à la température du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation. Les moyens de renouvellement en liquide comportent dans l'enceinte d'évaporation une ou plusieurs ouvertures d'évacuation du liquide, de préférence positionnées à proximité du fond de l'enceinte ou dans le fond de l'enceinte.
Les moyens de renouvellement en liquide sont aptes à réguler automatique le débit de liquide entrant dans l'enceinte d'évaporation. Les moyens de renouvellement en liquide comportent une pompe hydraulique permettant une alimentation forcée de l'enceinte d'évaporation en liquide.
Les moyens de renouvellement en liquide comportent une conduite d'alimentation qui est apte à former une colonne de liquide, et dont l'extrémité supérieure communique avec l'enceinte d'évaporation, et une pompe hydraulique permettant une alimentation forcée en liquide de ladite conduite d'alimentation.
Les moyens de renouvellement en liquide sont conçus pour pomper de l'eau en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine.
Le gaz injectable dans le liquide est de l'air ou un mélange à base d'air.
Le gaz injectable dans le liquide comprend de l'hélium. - Le dispositif est adapté pour évaporer un volume d'eau liquide.
- Le dispositif est adapté pour évaporer un volume de liquide à une température d'évaporation inférieure à la température d'ébullition du liquide.
- Le dispositif est adapté pour évaporer un volume d'eau liquide à une température d'évaporation inférieure à 100°C, de préférence inférieure à 50°C, et plus préférentiellement encore inférieure à 25°C.
- Le dispositif remplit une fonction de climatiseur : le gaz injectable dans le liquide est de l'air ambiant, et le dispositif permet d'évacuer dans l'air ambiant en dehors de l'enceinte d'évaporation l'air refroidi provenant de l'évaporation.
L'invention a également pour deuxième objet une installation de traitement d'un liquide par évaporation et condensation. Cette installation comporte un dispositif d'évaporation susvisé, dans lequel la partie supérieure de l'enceinte d'évaporation destinée à contenir de la vapeur communique avec un système de condensation qui permet de condenser la vapeur issue de l'enceinte d'évaporation.
Plus particulièrement, l'installation de l'invention peut comporter les caractéristiques additionnelles et optionnelles suivantes, prises isolément, ou en combinaison les unes avec les autres :
- L'installation permet la production d'énergie électrique ; le système de condensation permet de condenser la vapeur issue de l'enceinte d'évaporation et de récupérer l'énergie de cette condensation en la transformant en énergie électrique.
- Le système de condensation met en œuvre un cycle de Kalina, ou un cycle d'Uehara ou un cycle de Rankine, ou un cycle dérivé de l'un ou l'autre de ces cycles.
- L'installation comporte un réceptacle du liquide issu de la condensation de la vapeur.
- L'enceinte d'évaporation du dispositif d'évaporation est alimentée avec de l'eau pompée en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine.
- Les moyens d'alimentation en gaz permettent d'injecter de l'air dans un liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation en prélevant tout ou partie de cet air dans l'air ambiant.
- Les moyens d'alimentation en gaz permettent de recycler le gaz issu de l'enceinte d'évaporation en le réinjectant en tout ou partie dans l'enceinte d'évaporation.
L'invention a également pour troisième objet un procédé d'évaporation d'un liquide au cours duquel on introduit un liquide à évaporer dans une enceinte d'évaporation, et on introduit un gaz dans le liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation, de manière à former des bulles de gaz dans le liquide et favoriser d'évaporation du liquide.
Plus particulièrement, le procédé de l'invention peut comporter les caractéristiques additionnelles et optionnelles suivantes, prises isolément, ou en combinaison les unes avec les autres :
- L'enceinte d'évaporation est à la pression atmosphérique.
- L'enceinte d'évaporation est mise en dépression (pression inférieure à la pression atmosphérique normale).
- On régule automatiquement la pression dans l'enceinte d'évaporation au dessus du liquide.
- On régule automatiquement le débit de gaz entrant dans le liquide.
- On remplace continuellement une partie du liquide dans l'enceinte d'évaporation avec du liquide nouveau.
- On remplace continuellement une partie du liquide dans l'enceinte d'évaporation avec du liquide nouveau à une température supérieure à la température du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation.
- On remplace continuellement une partie du liquide dans l'enceinte d'évaporation (avec du liquide nouveau à une température supérieure à la température du liquide sortant de l'enceinte d'évaporation.
- On remplace continuellement une partie du liquide dans l'enceinte d'évaporation avec du liquide nouveau à une température inférieure à la température du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation.
- On régule automatiquement le débit de liquide entrant dans l'enceinte d'évaporation.
- Le gaz introduit dans le liquide est de l'air ou un mélange gazeux à base d'air.
- Le gaz introduit dans le liquide comporte de l'hélium.
- On évapore un volume de liquide à une température d'évaporation inférieure à la température d'ébullition du liquide.
- Le liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation est de l'eau.
- On évapore l'eau dans l'enceinte d'évaporation à une température d'évaporation inférieure à 100°C, et préférence inférieure à 50°C, et plus préférentiellement inférieure à 25°C.
- Le liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation est de l'eau pompée en milieu naturel et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine.
- On condense la vapeur de liquide produite dans l'enceinte d'évaporation.
- On récupère l'énergie de condensation de la vapeur.
- On récupère l'énergie de condensation de la vapeur et on la transforme en énergie électrique.
- On récupère le liquide issu de la condensation de la vapeur.
- Une partie moins du gaz injecté dans le liquide à évaporer est de l'air prélevé dans l'air ambiant.
- Une partie au moins du gaz injecté dans le liquide est recyclé en étant réinjecté dans le liquide à évaporer.
- Le gaz injecté dans le liquide est de l'air prélevé dans l'air ambiant et on évacue dans l'air ambiant en dehors de l'enceinte d'évaporation l'air refroidi issu de l'évaporation.
- Le gaz injecté dans le liquide est un gaz chaud, et on refroidit ce gaz par évaporation du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation.
L'invention a également pour autre objets les utilisations ci-après énumérés du dispositif ou de l'installation ou du procédé susvisés :
- Utilisation du dispositif susvisé ou du procédé susvisé pour refroidir le liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation.
- Utilisation du dispositif susvisé ou du procédé susvisé pour refroidir le gaz injecté dans le liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation.
- Utilisation du dispositif susvisé, ou de l'installation susvisée ou du procédé susvisé, pour produire de l'énergie à partir de la vapeur produite, et plus particulièrement pour produire l'énergie électrique.
- Utilisation du dispositif susvisé, ou de l'installation susvisée comme pompe à chaleur ou comme source chaude d'une pompe à chaleur.
- Utilisation du dispositif susvisé, ou de l'installation susvisée ou du procédé susvisée, pour traiter un liquide contenant un composant et pour séparer par évaporation et condensation ledit composant du liquide.
- Utilisation du dispositif susvisé, ou de l'installation susvisée ou du procédé susvisé, pour produire de l'eau potable à partir d'eau salée contenue dans l'enceinte d'évaporation.
L'invention a également pour objet une installation de production d'énergie électrique comportant un dispositif d'évaporation comprenant une enceinte d'évaporation, qui est destinée à contenir de l'eau sous forme liquide, et dont la partie supérieure destinée à contenir de la vapeur communique avec un système de production d'électricité permettant de condenser la vapeur issue de l'enceinte d'évaporation et de récupérer l'énergie de cette condensation en la transformant en énergie électrique, des moyens de renouvellement en eau qui permettent de pomper de l'eau sous forme liquide en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, ou de l'eau d'un lac ou de l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine, d'alimenter l'enceinte d'évaporation avec ladite l'eau sous forme liquide et d'évacuer de l'eau sous forme liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation ; le dispositif d'évaporation de cette installation comprend des moyens d'alimentation permettant d'introduire un gaz dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation, de manière à former des bulles de gaz dans l'eau et favoriser l'évaporation de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation.
De manière facultative, cette installation peut comporter les caractéristiques additionnelles et optionnelles précédemment décrites, prises isolément, ou en combinaison les unes avec les autres.
L'invention a également pour objet un procédé de production d'électricité au cours duquel on pompe de l'eau sous forme liquide en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, ou de l'eau d'un lac ou de l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine, on introduit cette eau sous forme liquide dans l'enceinte d'évaporation d'un dispositif d'évaporation, et on évacue de l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation de manière à renouveler l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation, on évapore dans l'enceinte d'évaporation une partie de l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation et on produit de l'électricité en condensant la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation et récupérant l'énergie de condensation de ladite vapeur d'eau Au cours de ce procédé, on introduit un gaz dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation, de manière à former des bulles de gaz dans l'eau sous forme le liquide et favoriser d'évaporation de ladite eau.
De manière facultative, cette installation peut comporter les caractéristiques additionnelles et optionnelles précédemment décrites, prises isolément, ou en combinaison les unes avec les autres.
Brève description des figures
Les caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée ci-après de plusieurs variantes particulières de réalisation de l'invention, lesquelles variantes particulières de réalisation sont décrites à titre d'exemples non limitatifs et non exhaustifs de l'invention, et en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- La figure 1 représente de manière schématique une variante de réalisation d'un dispositif d'évaporation de l'invention.
- La figure 2 représente des exemples de courbes de fonctionnement du dispositif de la figure 1 , montrant l'évolution dans le temps de la température de l'eau dans l'enceinte d'évaporation pour différents volumes d'eau initiaux (21, 11, 21) et avec différents débits d'air (41/s ;
61/s ; 61/s).
La figure 3 représente de manière schématique une première variante de réalisation d'une installation de l'invention pour la production d'électricité par évaporation/condensation d'eau de mer. - La figure 4 représente de manière schématique une deuxième variante de réalisation d'une installation de l'invention pour la production d'électricité par évaporation/condensation d'eau de mer.
- La figure 5 représente de manière schématique une troisième variante de réalisation d'une installation de l'invention pour la production d'électricité par évaporation/condensation d'eau de mer.
- La figure 6 représente de manière schématique une quatrième variante de réalisation d'une installation de l'invention pour la production d'électricité par évaporation/condensation d'eau de mer.
- Les figures 7 à 12 représentent de manière schématique cinq autres exemples d'application de l'invention.
Description détaillée
Figures 1 et 2
On a représenté de manière schématique sur la figure 1 , un exemple de dispositif d'évaporation 1 de l'invention.
Ce dispositif 1 comporte :
- une enceinte d'évaporation 10 contenant un volume initial de liquide 1 1 à évaporer, et par exemple un volume d'eau.
- des moyens d'alimentation 12 permettant d'introduire un gaz sous- pression, et par exemple de l'air, dans le liquide 1 1 , de manière à former des bulles de gaz 13 dans le liquide.
Les moyens d'alimentation 12 comportent plus particulièrement un compresseur 121 , une tubulure d'admission 120 permettant d'alimenter le compresseur 121 avec de l'air ambiant, et une tubulure de sortie 122, reliée à une extrémité à la sortie du compresseur 121 , et ayant son autre extrémité plongée dans le liquide 1 1 , de sorte que l'air produit par le compresseur 121 est introduit dans le liquide 1 1 , à proximité du fond de l'enceinte 10.
Le passage d'un gaz, tel que de l'air, à travers le liquide 1 1 provoque une ébullition forcée à basse température (en l'occurrence à température ambiante) qui permet d'améliorer le rendement de l'évaporation. Ceci peut s'expliquer par le fait que les bulles de gaz 13, qui sont créées de manière forcée dans le liquide par le gaz, se chargent en vapeur (vapeur d'eau si le liquide 1 1 est de l'eau), en prélevant de la chaleur latente Lv au liquide 1 1 et en refroidissant ainsi le liquide dans l'enceinte 10. Sous l'effet de la poussée d'Archimède, les bulles 13 du gaz chargées de vapeur montent de plus en plus vite pour éclater en surface de l'eau.
II est à noter que le gaz peut être simplement de l'air ou tout autre gaz, et par exemple et de manière non limitative et non exhaustive, un mélange gazeux à base d'air, ou un gaz inerte, et notamment de l'hélium.
Le dispositif de la figure 1 a été testé dans les conditions suivantes :
- Enceinte 10 en plastique contenant un volume initial d'eau 1 1 à une température de 19,5°C pour la courbe avec un débit d'ai de 4l/s et de 17°C pour les deux autres courbes avec un débit d'air d 6l/s.
- Température du jet d'air en sortie du compresseur 121 : 17°C
- Pression du jet d'air en sortie du compresseur 121 : 2 bars
- Débit du jet d'air en sortie du compresseur 121 : modifiable
- Température ambiante : 20,3°C
La figure 2 montre l'évolution dans le temps de la température de l'eau dans l'enceinte 10 pour différents volumes d'eau initiaux (21 ; 11 ; 21) et avec différents débits d'air (41/s ; 61/s ; 61/s).
Les courbes de la figure 2 montrent que plus le débit du gaz augmente, et plus la température du liquide dans l'enceinte 10 chute rapidement. Cette chute de température correspond à l'évaporation d'une certaine quantité de liquide. En contrôlant le débit de gaz à l'entrée de l'enceinte, on agit ainsi sur la vitesse d'évaporation du liquide et sur la quantité de vapeur produite dans le temps.
Ainsi, l'introduction d'un gaz, et en particulier d'air, dans le liquide 1 1 contenu dans l'enceinte d'évaporation 10 permet avantageusement de créer des bulles de gaz 13, et plus particulièrement de bulles d'air, qui permettent l'accélération de l'évaporation.
Figure 3- Production d'énergie électrique- cycle ouvert
On a représenté sur la figure 3, un premier exemple de réalisation d'une installation de production d'électricité à partir de la conversion de l'énergie thermique de l'eau pompée en milieu naturel, et dans cet exemple particulier d'eau de mer M.
Cette installation comporte un dispositif d'évaporation Y par ébullition forcée conforme à l'invention relié par une conduite 2 à un système 3 de production d'énergie électrique par condensation de la vapeur d'eau de mer issue du dispositif d'évaporation Y.
Dispositif d'évaporation 1 '
Le dispositif d'évaporation Y comporte une enceinte d'évaporation 10, qui est positionnée au dessus du niveau de la mer M. Cette enceinte 10 comporte, en partie supérieure, une ouverture 10a pour l'évacuation de l'air et de la vapeur d'eau, qui est raccordée à la conduite 2, et un fond 100 dans lequel est ménagée une ouverture 100a pour son alimentation avec de l'eau de mer. Cette ouverture 100a est raccordée à un conduit 14 vertical, qui plonge dans la mer, et qui est équipé d'une pompe hydraulique 15, permettant de pomper de l'eau de mer « chaude » en surface et d'alimenter de manière forcée l'enceinte 10 avec cette eau de mer « chaude ». dans un autre variante, le conduit 14 formant la colonne de liquide pourrait être incliné par rapport à la verticale.
L'enceinte 10 comporte également au niveau de son fond 100 une ouverture d'évacuation d'eau 100b raccordée à une tubulure de sortie 16 plongeant dans la mer et permettant l'évacuation de l'eau en provenance de l'enceinte 10. Cette tubulure de sortie 16 peut être équipée d'un dispositif de récupération d'énergie par chute d'eau 17, du type roue à ailettes.
En fonctionnement, la pompe 15 permet d'alimenter l'enceinte 10 avec de l'eau de mer à une température supérieure à la température de l'eau de mer contenue dans l'enceinte 10, et ainsi d'apporter de l'énergie thermique en quantité suffisante pour maintenir le volume d'eau de mer dans l'enceinte à une température suffisamment élevée pour que le phénomène d'évaporation ne ralentisse pas.
Le débit de la pompe 15 peut être fixe ou peut avantageusement être régulé automatiquement par exemple à partir d'une détection de niveau de liquide dans l'enceinte 10, afin de maintenir dans le temps un niveau minimum de liquide dans l'enceinte, et/ou à partir d'une détection de la température de liquide 1 1 dans l'enceinte 10 de manière à maintenir dans le temps la température du liquide au-dessus d'un seuil de température minimum conditionnant l'évaporation du liquide.
Afin de permettre l'ébullition forcée de l'eau de mer dans l'enceinte 10, le dispositif d'évaporation 1 ' comporte, de manière comparable à ce qui a été précédemment décrit pour le dispositif d'évaporation 1 de la figure 1 , des moyens 12 d'alimentation en air comportant un compresseur 121 , une tubulure d'admission 120 pour alimenter le compresseur avec de l'air ambiant, et une tubulure de sortie 122, reliée à une extrémité à la sortie du compresseur 121 , et ayant son autre extrémité plongée dans la colonne de liquide contenue dans le conduit 14, de préférence sensiblement au niveau de la mer. L'air ambiant est ainsi prélevé en permanence à 1 bar, est comprimé par le compresseur 121 par exemple à une pression de 3bars ou plus, et est injecté sous pression dans le liquide 1 1 .
Dans une autre variante, les entrées d'air dans le liquide pourront être multiples et positionnées à différentes hauteurs et le cas échéant avec des inclinaisons variées, dans la colonne de liquide. Il est également possible dans une autre variante d'avoir plusieurs conduites 14, avec chacune une ou plusieurs entrées d'air.
Afin de faciliter la création des bulles en répartissant mieux l'air en sortie de la tubulure 122, il est avantageux également de mettre en œuvre grille 123 dans le conduit 14 au niveau de sortie de la tubulure 12.
Grâce au jet d'air injecté dans la colonne de liquide contenue dans le conduit vertical 14, l'eau de mer contenue dans l'enceinte 10 est mise en ébullition forcée et s'évapore en prélevant l'énergie thermique au liquide contenu dans l'enceinte.
En régulant le débit d'air entrant dans l'enceinte 10, on règle la quantité de vapeur produite dans le temps.
La pompe à eau 15 permet de réguler la chute de température de l'eau de mer et de régler le débit de la production.
Il convient de noter que plus le débit d'air entrant dans l'enceinte 10 est élevé, et plus la hauteur H de la colonne d'eau sera élevée. Cette hauteur va s'ajouter à celle produite par la pompe à eau 15. Cette hauteur H de la colonne d'eau est utilisée pour récupérer une partie de l'énergie grâce au système 17 de récupération d'énergie par chute d'eau. Ceci permet de compenser une partie importante de la consommation électrique du compresseur 121 et de la pompe à eau 15.
L'enceinte 10 peut le cas échéant, mais non nécessairement, être équipée d'une pompe à vide (non représentée sur la figure 3), permettant d'abaisser et de réguler la pression d'air dans l'enceinte 10 au dessus du niveau de liquide 1 1 , de manière à abaisser la température d'évaporation du liquide et d'accélérer l'évaporation.
La vapeur d'eau qui est créée dans l'enceinte 10 est entraînée par l'air dans la conduite 2 jusqu'au système 3 de production énergie électrique par condensation. Dans cet exemple particulier de la figure 3, le transport de la vapeur d'eau s'effectue par effet Venturi dû au changement de section d'entrée de la conduite 2 par rapport à la section de la partie haute de l'enceinte 10. De préférence, un filtre F est monté à l'entrée de la conduite 2 afin d'éviter l'encrassement de l'installation en aval du dispositif d'évaporation 1 '.
Dans une autre variante, il est envisageable d'équiper l'installation avec au moins un ventilateur permettant une circulation forcée de la vapeur d'eau entre le dispositif d'évaporation 1 ' et le système 3 de production d'énergie électrique par condensation
Système 3 de production énergie électrique par condensation
Ce système condenseur 3 comporte un échangeur de chaleur 30 et des moyens 31 qui permettent une mise en circulation forcée d'un fluide caloporteur dans l'échangeur 30 avec une récupération et une conversion en énergie électrique d'une partie de l'énergie thermique du fluide caloporteur. Ces moyens 31 sont par exemple adaptés pour mettre en œuvre un cycle thermodynamique fermé, de type cycle de Kalina, cycle d'Uehara, cycle Rankine, ou un dérivé de l'un et/ou l'autre de ces cycles
La vapeur d'eau générée suite à l'ébullition et évaporation d'eau de mer dans l'enceinte 10 permet de chauffer le liquide caloporteur (par exemple mélange eau + ammoniac dans le cas d'un cycle de Kalina) de l'échangeur de chaleur 30.
La vapeur d'eau de mer au contact des parois de l'échangeur 30 cède son énergie au liquide caloporteur, et par conséquent l'eau dessalée se condense sur les parois de l'échangeur 30. Cette eau de mer dessalée 4 peut avantageusement être récupérée dans un réceptacle 18 et évacuée dans un circuit de récupération d'eau douce 18a.
L'introduction d'air dans l'enceinte d'évaporation 10 permet avantageusement de générer de la vapeur d'eau de mer à basse température (par exemple à une température inférieure 20°C), sans qu'il ne soit nécessaire de créer le vide dans l'enceinte d'évaporation 10. Cette vapeur à basse température permet avantageusement un transfert de chaleur par condensation plus efficace, et permet par conséquent la mise en œuvre d'une source (fluide caloporteur) qui est moins froide, pour récupérer par condensation l'énergie stockée dans la vapeur afin de la transformer en énergie électrique. Il n'est donc plus nécessaire, contrairement aux systèmes traditionnels OTEC, de pomper de l'eau de mer à très grande profondeur pour refroidir l'échangeur de chaleur, et les rendements de conversion d'énergie sont améliorés.
L'utilisation de la vapeur d'eau de mer avec ébullition forcée permet également de réduire le besoin en structure et en nombre de pompes (actuellement les systèmes OTEC de 100MW nécessitent des pompes ayant un débit cumulé de 1 1 1 m3/s pour pomper l'eau de mer chaude). Dans l'installation de la figure 3, la pompe à eau 15 peut en comparaison avoir un débit relativement faible.
L'invention permet ainsi d'extraire de l'énergie thermique de l'eau de mer avec une consommation d'énergie plus faible que les systèmes OTEC traditionnels.
Les performances de l'installation de l'invention dépendent de la température de l'eau de mer qui est pompée en surface par la pompe à eau 15. Les performances de l'installation de l'invention peuvent être améliorées en augmentant la température de l'air introduit dans le liquide 1 1 , car cet air chaud cédera son énergie excédentaire à la vapeur d'eau.
Figure 4- Production d'énergie électrique- cycle fermé
L'installation peut fonctionner en circuit fermé tel qu'illustré sur la figure 4, en recyclant, via le compresseur 121 , l'air sec issu du système condenseur 3. Sur cette figure 4, une électrovanne EV est montée sur la tubulure d'admission 120.
Cette modification permet de réduire la consommation électrique du ou des compresseurs 121 . En effet, l'utilisation de compresseur en circuit fermé nécessite moins d'énergie, car le même air est utilisé en permanence pour le fonctionnement du système.
Une ou plusieurs sondes de température ST peuvent être positionnées au sein du circuit de circulation d'air, afin de contrôler la température d'air de fonctionnement et de piloter automatiquement l'électrovanne d'admission d'air EV, s'il s'avère nécessaire de faire entrer de l'air ambiant dans le circuit afin d'augmenter la température ou de changer entièrement l'air de fonctionnement.
Figure 5 -Combinaison d'une évaporation sous vide et d'une ébullition forcée On a représenté sur la figure 5, une installation qui permet de combiner une évaporation sous vide et une ébullition forcée.
Cette installation comporte un compresseur d'air 121 en circuit fermé, qui permet à la fois de créer une surpression P2 en aval, et une dépression P0. (vide) en amont dans l'enceinte d'évaporation 10. Grâce à la dépression P0 dans l'enceinte d'évaporation 10, l'eau de mer s'évapore plus vite, car sa température d'évaporation est abaissée.
Pour éviter que les bulles sous haute pression ne viennent perturber la dépression (P0) dans l'enceinte d'évaporation 10, la hauteur de la colonne d'eau (Hi + H2) doit compenser la surpression P2 en aval du compresseur 121 . Par exemple si Po = 10Ombar et P2= 2bars, alors la longueur total Hi + H2 doit être égale à 19m, avec H2=9m.
Figure 6
On a représenté sur la figure 6, une autre variante de réalisation d'une installation de production d'énergie électrique mettant en œuvre une pompe à vide PV, qui permet de régler la pression à l'intérieur de l'enceinte d'évaporation 10 ; cette une pompe à vide PV peut servir comme système d'amorçage de l'évaporation et/ou comme système d'appoint pour l'évaporation.
On a représenté de manière schématique sur les figures 7 à 1 1 d'autres exemples d'applications de l'invention.
Figure 7
La figure 7 montre une installation comportant un dispositif d'évaporation 1 " conforme à l'invention dont l'enceinte d'évaporation 10 contient un liquide 1 1 et au moins un composant 1 1 a mélangé au liquide ou en suspension dans le liquide 1 1 . L'enceinte d'évaporation 10 est raccordée par une conduite 2 à une enceinte 5 de récupération par condensation d'un condensât 5a purifié provenant de l'évaporation/condensation du liquide 1 1 .
Cette installation peut être utilisée par exemple pour le dessalement d'eau de mer, la purification d'un liquide et par exemple d'eaux usées, la distillation d'un liquide.
Figure 8- Pompe à chaleur - Refroidissement
L'installation de la figure 8 est une pompe à chaleur qui utilise l'évaporation pour refroidir le liquide 1 1 (par exemple de l'eau) contenu dans le dispositif d'évaporation 1 et ainsi pomper des calories (Q) à l'intérieur d'un bâtiment, et pour transférer ces calories vers une enceinte de condensation 5 déportée, située à l'extérieur du bâtiment, au niveau de laquelle les calories (Q) sont resituées à l'extérieur par condensation.
Figure 10- Pompe à chaleur - Chauffage
L'installation de la figure 9 est une pompe à chaleur qui utilise l'évaporation pour refroidir le liquide 1 1 (par exemple de l'eau) contenu dans le dispositif d'évaporation 1 située à l'extérieur d'un bâtiment, et ainsi pomper des calories (Q) à l'extérieur du bâtiment, et pour transférer ces calories vers une enceinte de condensation 5 déportée, située à l'intérieur du bâtiment, au niveau de laquelle les calories (Q) sont resituées par condensation à l'intérieur du bâtiment.
Figure 10- Refroidissement industriel
L'installation de la figure 10 met en œuvre un dispositif d'évaporation 1 "' de l'invention pour refroidir un liquide 1 1 , et par exemple de l'eau, et produire un gaz refroidi et de la vapeur froide. La séparation du gaz et de la vapeur peut être fait ensuite par condensation.
Cette installation peut être utilisée par exemple pour le refroidissement industriel d'un liquide, et/ou d'un gaz, ou comme système de réfrigération des parois de l'enceinte d'évaporation 10.
Egalement, dans une autre application, lorsque le gaz injecté dans le liquide contenu dans l'enceinte provient de l'air ambiant, le dispositif illustré sur la figure 10 peut avantageusement être utilisé comme climatisation, en évacuant dans l'air ambiant en dehors de l'enceinte d'évaporation 10 l'air refroidi provenant de l'évaporation.
A titre d'exemple uniquement, il est par exemple possible de refroidir de l'air à 20°C ( température de l'air injecté à l'entrée de l'enceinte 10) en abaissant sa température à 10°C (température de l'air à la sortie de l'enceinte 10) en l'injectant dans l'enceinte d'évaporation 10 de l'air à 20°C sous une pression de 2bars, avec un débit de 8 l/s (environ 30m3/h), ladite enceinte contenant de l'eau liquide à une température initiale de 19°C.
il est par exemple possible de refroidir de l'air à 40°C ( température de l'air à l'entrée de l'enceinte 10) en abaissant sa température à une température entre 16°C et 19°C (température de l'air à la sortie de l'enceinte 10) en l'injectant dans l'enceinte d'évaporation 10 de l'air à 40°C sous une pression de 2bars, avec un débit de 51/s, ladite enceinte contenant de l'eau liquide à une température initiale de 19°C.
Figure 1 1
On a représenté sur la figure 1 1 une application de l'invention dans laquelle une installation 6 similaire à celle de la figure 9 est utilisée comme source de chaleur pour une pompe à chaleur 7 traditionnelle, afin de ramener rapidement l'énergie du milieu extérieur vers l'évaporateur de la pompe à chaleur, ce qui permet d'augmenter le rendement de la pompe à chaleur.
Figure 12 - refroidissement d'un gaz avec éventuellement dépollution du gaz
On a représenté sur la figure 12 un dispositif d'évaporation 1 '"conforme à l'invention et permettant le refroidissement rapide et le cas échéant la dépollution d'un gaz à température élevée.
Ce dispositif 1 '"comporte des moyens de renouvellement du liquide 1 1 contenu dans l'enceinte d'évaporation, qui permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation 10 avec du liquide à une température inférieure à la température du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation 10, et d'évacuer du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation. Ces moyens de renouvellement du liquide comportent par exemple une tubulure d'admission 14' et une pompe 15' pour l'introduction du liquide dans l'enceinte d'évaporation 10, et une tubulure de sortie 16' et un pompe 15" pour le pompage du liquide en dehors de l'enceinte d'évaporation 10.
Le gaz à température élevée est introduit dans le liquide 1 1 à travers le fond de l'enceinte d'évaporation 10. L'évaporation du liquide 1 1 permet d'absorber l'énergie stockée dans le gaz quelle que soit sa température. Cette énergie est récupérée sous forme de vapeur, qui peut ensuite être utilisée pour produire de l'électricité, après séparation du gaz refroidi et de la vapeur en sortie de l'enceinte d'évaporation 10.
Le renouvellement du liquide dans l'enceinte d'évaporation 10 avec du liquide plus froid permet d'évacuer, en dehors de l'enceinte 10, une partie des calories accumulées dans le liquide, et d'éviter une montée en température trop importante du liquide 1 1 contenu dans l'enceinte 10.
Un autre intérêt de ce dispositif est de permettre la dissolution dans le liquide de polluants contenus dans le gaz qui est injecté dans le liquide. Après passage dans le liquide 1 1 , le gaz est dépollué.
Ce dispositif peut par exemple être utilisé pour le refroidissement et la dépollution d'un gaz issu d'un incinérateur et pouvant avoir une température de plusieurs centaines de degrés, le passage du gaz dans le liquide permettant de bloquer la propagation des polluants dans l'atmosphère.

Claims

REVENDICATIONS
Dispositif d'évaporation d'un liquide, comportant une enceinte d'évaporation (10) destinée à contenir un liquide à évaporer et des moyens d'alimentation (12) permettant d'introduire un gaz dans un liquide (1 1 ) à évaporer contenu dans l'enceinte d'évaporation (10), de manière à former des bulles de gaz dans le liquide et favoriser l'évaporation du liquide.
Dispositif selon la revendication 1 , dans lequel les moyens d'alimentation (12) comportent un compresseur (121 ), une tubulure (120) d'admission d'un gaz dans le compresseur (121 ) et une tubulure de sortie (122) permettant l'injection dans le liquide (1 1 ) à évaporer du gaz délivré par le compresseur (121 ).
Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les moyens d'alimentation (12) permettent de réguler automatiquement le débit d'alimentation du gaz entrant dans l'enceinte d'évaporation (10).
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'enceinte d'évaporation (10) est à la pression atmosphérique.
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens (PV), permettant une mise en dépression de l'enceinte d'évaporation (10).
Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, comportant des moyens de renouvellement en liquide permettant d'alimenter l'enceinte d'évaporation (10) avec du liquide et d'évacuer du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation (10).
Dispositif selon la revendication 6, dans laquelle les moyens (15 ; 14 ; 16) de renouvellement en liquide permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation (10) avec du liquide à une température supérieure à la température du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation (10). Dispositif selon la revendication 6, dans laquelle moyens de renouvellement en liquide (14' ; 15' ; 15" ; 16') permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation (10) avec du liquide à une température inférieure à la température du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation (10).
9. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de renouvellement en liquide comportent dans l'enceinte d'évaporation (10) une ou plusieurs ouvertures d'évacuation (100b) du liquide, de préférence positionnées à proximité du fond (100) de l'enceinte ou dans le fond (100) de l'enceinte.
10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, dans lequel les moyens (15 ; 14 ; 16) de renouvellement en liquide permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation (10) avec du liquide à une température supérieure à la température du liquide sortant de l'enceinte d'évaporation (10).
1 1 . Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, dans lequel les moyens de renouvellement en liquide sont aptes à réguler automatique le débit de liquide entrant dans l'enceinte d'évaporation (10).
12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 1 1 , dans lequel les moyens de renouvellement en liquide comportent une pompe hydraulique (15) permettant une alimentation forcée de l'enceinte d'évaporation (10) en liquide.
13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 12, dans lequel les moyens de renouvellement en liquide comportent une conduite d'alimentation (14) qui est apte à former une colonne de liquide, et dont l'extrémité supérieure communique avec l'enceinte d'évaporation (10), et une pompe hydraulique (15) permettant une alimentation forcée en liquide de ladite conduite d'alimentation (14).
14. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 6 à 13, dans lequel les moyens de renouvellement en liquide sont conçus pour pomper de l'eau en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine.
15. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gaz injectable dans le liquide est de l'air ou un mélange à base d'air.
16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le gaz injectable dans le liquide comprend de l'hélium.
17. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes adapté pour évaporer un volume d'eau liquide.
18. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, adapté pour évaporer un volume de liquide à une température d'évaporation inférieure à la température d'ébullition du liquide.
19. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, adapté pour évaporer un volume d'eau liquide à une température d'évaporation inférieure à 100°C, de préférence inférieure à 50°C, et plus préférentiellement encore inférieure à 25°C.
20. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, à fonction de climatiseur, dans lequel le gaz injectable dans le liquide est de l'air ambiant, et qui permet d'évacuer dans l'air ambiant en dehors de l'enceinte d'évaporation (10) l'air refroidi provenant de l'évaporation.
21 . Installation de traitement d'un liquide par évaporation et condensation de ce liquide, ladite installation comportant un dispositif d'évaporation qui est visé à l'une quelconque des revendications précédentes, et dans lequel la partie supérieure de l'enceinte d'évaporation (10) destinée à contenir de la vapeur communique avec un système de condensation qui permet de condenser la vapeur issue de l'enceinte d'évaporation (10).
22. Installation selon la revendication 21 , permettant la production d'énergie électrique, et dans laquelle le système de condensation (3) permet de condenser la vapeur issue de l'enceinte d'évaporation (10) et de récupérer l'énergie de cette condensation en la transformant en énergie électrique.
23. Installation selon la revendication 21 , dans laquelle le système de condensation met en œuvre un cycle de Kalina, ou un cycle d'Uehara ou un cycle de Rankine, ou un cycle dérivé de l'un ou l'autre de ces cycles.
24. Installation selon l'une quelconque des revendications 21 à 23 comportant un réceptacle du liquide issu de la condensation de la vapeur.
25. Installation selon l'une quelconque des revendications 21 à 24 dans laquelle l'enceinte d'évaporation (10) du dispositif d'évaporation est alimentée avec de l'eau pompée en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine.
26. Installation selon l'une quelconque des revendications 21 à 25, dans laquelle les moyens d'alimentation (12) en gaz permettent d'injecter de l'air dans un liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation en prélevant tout ou partie de cet air dans l'air ambiant.
27. Installation selon l'une quelconque des revendications 21 à 26, dans laquelle les moyens d'alimentation (12) en gaz permettent de recycler le gaz issu de l'enceinte d'évaporation en le réinjectant en tout ou partie dans l'enceinte d'évaporation.
28. Procédé d'évaporation d'un liquide, caractérisé en ce qu'on introduit un liquide (1 1 ) à évaporer dans une enceinte d'évaporation (10), et on introduit un gaz dans le liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation (10), de manière à former des bulles de gaz (13) dans le liquide et favoriser d'évaporation du liquide.
29. Procédé selon la revendication 28, dans lequel l'enceinte d'évaporation (10) est à la pression atmosphérique.
30. Procédé selon la revendication 28, dans lequel l'enceinte d'évaporation (10) est mise en dépression.
31 . Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 30, au cours duquel on régule automatiquement la pression dans l'enceinte d'évaporation (10) au dessus du liquide (1 1 ).
32. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 31 , au cours duquel on régule automatiquement le débit de gaz entrant dans le liquide (1 1 ).
33. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 32, au cours duquel on remplace continuellement une partie du liquide (1 1 ) dans l'enceinte d'évaporation (10) avec du liquide nouveau.
34. Procédé selon la revendication 33, au cours duquel on remplace continuellement une partie du liquide (11 ) dans l'enceinte d'évaporation (10) avec du liquide nouveau à une température supérieure à la température du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation (10).
35. Procédé selon la revendication 33 ou 34, au cours duquel on remplace continuellement une partie du liquide (1 1 ) dans l'enceinte d'évaporation (10) avec du liquide nouveau à une température supérieure à la température du liquide sortant de l'enceinte d'évaporation (10).
36. Procédé selon la revendication 33, au cours duquel on remplace continuellement une partie du liquide (11 ) dans l'enceinte d'évaporation (10) avec du liquide nouveau à une température inférieure à la température du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation (10).
37. Procédé selon l'une quelconque des revendications 33 à 36, au cours duquel on régule automatiquement le débit de liquide entrant dans l'enceinte d'évaporation (10).
38. Procédé selon l'une quelconque des revendications 29 à 37, dans lequel le gaz introduit dans le liquide (1 1 ) est de l'air ou un mélange gazeux à base d'air.
39. Procédé selon l'une quelconque des revendications 29 à 38, dans lequel le gaz introduit dans le liquide (1 1 ) comporte de l'hélium.
40. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 39, dans lequel on évapore un volume de liquide à une température d'évaporation inférieure à la température d'ébullition.
41 . Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 40, dans lequel le liquide (1 1 ) contenu dans l'enceinte d'évaporation (10) est de l'eau.
42. Procédé selon la revendication 41 , dans lequel on évapore l'eau dans l'enceinte d'évaporation (10) à une température d'évaporation inférieure à 100°C, et préférence inférieure à 50°C, et plus préférentiellement inférieure à 25°C.
43. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 42, dans lequel le liquide (1 1 ) contenu dans l'enceinte d'évaporation (10) est de l'eau pompée en milieu naturel et notamment de l'eau de mer, l'eau d'un lac ou l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine.
44. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 43, au cours duquel on condense la vapeur de liquide produite dans l'enceinte d'évaporation (10).
45. Procédé selon la revendication 44, au cours duquel on récupère l'énergie de condensation de la vapeur.
46. Procédé selon la revendication 45, au cours duquel on récupère l'énergie de condensation de la vapeur et on la transforme en énergie électrique.
47. Procédé selon l'une quelconque des revendications 44 à 46, au cours duquel on récupère le liquide issu de la condensation de la vapeur. 48. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 47, au cours duquel une partie moins du gaz injecté dans le liquide (1 1 ) à évaporer est de l'air prélevé dans l'air ambiant.
49. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 48, au cours duquel une partie au moins du gaz injecté dans le liquide (1 1 ) est recyclé en étant réinjecté dans le liquide à évaporer.
50. Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 48, dans lequel le gaz injecté dans le liquide est de l'air prélevé dans l'air ambiant et dans lequel on évacue dans l'air ambiant en dehors de l'enceinte d'évaporation (10) l'air refroidi issu de l'évaporation.
51 . Procédé selon l'une quelconque des revendications 28 à 49, dans lequel le gaz injecté dans le liquide est un gaz chaud, et en ce qu'on refroidit ce gaz par évaporation du liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation (10).
52. Utilisation du dispositif visé à l'une quelconque des revendications 1 à 20 ou du procédé visé à l'une quelconque des revendications 28 à 51 pour refroidir le liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation (10).
53. Utilisation du dispositif visé à l'une quelconque des revendications 1 à 20 ou du procédé visé à l'une quelconque des revendications 28 à 51 pour refroidir le gaz injecté dans le liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation (10).
54. Utilisation du dispositif visé à l'une quelconque des revendications 1 à 20, ou de l'installation visée à l'une quelconque des revendications 21 à 27 ou du procédé visé à l'une quelconque des revendications 28 à 51 , pour produire de l'énergie à partir de la vapeur produite, et plus particulièrement pour produire de l'énergie électrique.
55. Utilisation du dispositif visé à l'une quelconque des revendications 1 à 20, ou de l'installation visée à l'une quelconque des revendications 21 à 27 comme pompe à chaleur ou comme source chaude d'une pompe à chaleur.
56. Utilisation du dispositif visé à l'une quelconque des revendications 1 à 20, ou de l'installation visée à l'une quelconque des revendications 21 à 27 ou du procédé visé à l'une quelconque des revendications 28 à 51 , pour traiter un liquide contenant un composant et pour séparer par évaporation et condensation ledit composant du liquide.
57. Utilisation du dispositif visé à l'une quelconque des revendications 1 à 20, ou de l'installation visée à l'une quelconque des revendications
21 à 27 ou du procédé visé à l'une quelconque des revendications 28 à 51 , pour produire de l'eau potable à partir d'eau salée contenue dans l'enceinte d'évaporation.
58. Installation de production d'énergie électrique comportant un dispositif d'évaporation comprenant une enceinte d'évaporation (10), qui est destinée à contenir de l'eau sous forme liquide, et dont la partie supérieure destinée à contenir de la vapeur communique avec un système de production d'électricité (3) permettant de condenser la vapeur issue de l'enceinte d'évaporation (10) et de récupérer l'énergie de cette condensation en la transformant en énergie électrique, des moyens de renouvellement en eau qui permettent de pomper de l'eau sous forme liquide en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, ou de l'eau d'un lac ou de l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine, d'alimenter l'enceinte d'évaporation (10) avec ladite l'eau sous forme liquide et d'évacuer de l'eau sous forme liquide contenu dans l'enceinte d'évaporation (10), et le dispositif d'évaporation comprenant des moyens d'alimentation (12) permettant d'introduire un gaz dans l'eau (1 1 ) sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10), de manière à former des bulles de gaz dans l'eau et favoriser l'évaporation de l'eau contenue dans l'enceinte d'évaporation.
59. Installation selon la revendication 58 dans laquelle les moyens (15 ;
14 ; 16) de renouvellement en eau permettent d'alimenter l'enceinte d'évaporation (10) avec de l'eau sous forme liquide à une température supérieure à la température de l'eau sous forme liquide sortant de l'enceinte d'évaporation (10).
60. Procédé de production d'électricité au cours duquel on pompe de l'eau sous forme liquide en milieu naturel, et notamment de l'eau de mer, ou de l'eau d'un lac ou de l'eau d'un cours d'eau, ou de l'eau souterraine, on introduit cette eau sous forme liquide dans l'enceinte d'évaporation (10) d'un dispositif d'évaporation, et on évacue de l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10) de manière à renouveler l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10), on évapore dans l'enceinte d'évaporation une partie de l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation et on produit de l'électricité en condensant la vapeur d'eau provenant de l'enceinte d'évaporation (10) et récupérant l'énergie de condensation de ladite vapeur d'eau, .et au cours duquel on introduit un gaz dans l'eau sous forme liquide contenue dans l'enceinte d'évaporation (10), de manière à former des bulles de gaz (13) dans l'eau sous forme liquide et favoriser d'évaporation de ladite eau.
Procédé selon la revendication 60 au cours duquel on remplace continuellement une partie de l'eau sous forme liquide (1 1 ) dans l'enceinte d'évaporation (10) avec de la nouvelle eau sous forme liquide à une température supérieure à la température de l'eau sous forme liquide sortant de l'enceinte d'évaporation (10).
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114111411A (zh) * 2021-10-27 2022-03-01 佛山精迅能冷链科技有限公司 一种气液相变换热系统
WO2023213131A1 (fr) * 2022-05-06 2023-11-09 深圳市英维克科技股份有限公司 Dispositif de refroidissement

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109876479B (zh) * 2019-03-21 2022-09-30 上海景峰制药有限公司 一种多级分体式水中溶剂蒸发装置

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3967449A (en) 1975-05-29 1976-07-06 Beck Earl J Ocean thermal gradient power plant
FR2322101A1 (fr) * 1975-08-27 1977-03-25 Sidem Procede et dispositif de production d'eau douce a partir d'eau salee, du type " a evaporation "
FR2333542A1 (fr) * 1975-12-03 1977-07-01 Kestner App Evaporateurs Evaporateur a multiple etage isobar
WO1981002231A1 (fr) 1980-01-28 1981-08-06 G Humiston Procede par cycle a vapeur binaire de production d'energie
FR2515727A1 (fr) 1981-11-02 1983-05-06 Liebard Alain Machine destinee a produire de l'energie mecanique ou electrique a partir d'une turbine a vapeur fonctionnant sous pression inferieure a la pression atmospherique
FR2534293A1 (fr) 1982-10-08 1984-04-13 Buchere Jeanne Marie De Perfectionnements aux installations de dessalement d'eau avec ou sans production conjointe d'energie electrique a partir de sources d'eau chaude et froide presentant un faible dt mises en oeuvre dans un cycle ouvert a pression subatmospherique
WO1995028567A1 (fr) 1994-04-15 1995-10-26 Otec Developments Systeme de conversion de l'energie thermique des oceans (otec)
WO1996041079A1 (fr) 1995-06-07 1996-12-19 Otec Developments Systeme de conversion de l'energie thermique des oceans
DE19647378A1 (de) * 1996-11-15 1997-03-27 Georg Dipl Ing Litinas Apparat und Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines Verdampfungsprozesses
FR2926227A1 (fr) * 2008-01-16 2009-07-17 Ipolia Soc Responsabilite Limi Procede de separation avec recyclage du gaz de stripping

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3967449A (en) 1975-05-29 1976-07-06 Beck Earl J Ocean thermal gradient power plant
FR2322101A1 (fr) * 1975-08-27 1977-03-25 Sidem Procede et dispositif de production d'eau douce a partir d'eau salee, du type " a evaporation "
FR2333542A1 (fr) * 1975-12-03 1977-07-01 Kestner App Evaporateurs Evaporateur a multiple etage isobar
WO1981002231A1 (fr) 1980-01-28 1981-08-06 G Humiston Procede par cycle a vapeur binaire de production d'energie
FR2515727A1 (fr) 1981-11-02 1983-05-06 Liebard Alain Machine destinee a produire de l'energie mecanique ou electrique a partir d'une turbine a vapeur fonctionnant sous pression inferieure a la pression atmospherique
FR2534293A1 (fr) 1982-10-08 1984-04-13 Buchere Jeanne Marie De Perfectionnements aux installations de dessalement d'eau avec ou sans production conjointe d'energie electrique a partir de sources d'eau chaude et froide presentant un faible dt mises en oeuvre dans un cycle ouvert a pression subatmospherique
WO1995028567A1 (fr) 1994-04-15 1995-10-26 Otec Developments Systeme de conversion de l'energie thermique des oceans (otec)
WO1996041079A1 (fr) 1995-06-07 1996-12-19 Otec Developments Systeme de conversion de l'energie thermique des oceans
DE19647378A1 (de) * 1996-11-15 1997-03-27 Georg Dipl Ing Litinas Apparat und Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades eines Verdampfungsprozesses
FR2926227A1 (fr) * 2008-01-16 2009-07-17 Ipolia Soc Responsabilite Limi Procede de separation avec recyclage du gaz de stripping

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114111411A (zh) * 2021-10-27 2022-03-01 佛山精迅能冷链科技有限公司 一种气液相变换热系统
WO2023213131A1 (fr) * 2022-05-06 2023-11-09 深圳市英维克科技股份有限公司 Dispositif de refroidissement

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