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WO2010116100A2 - Perfectionnements aux distillateurs reproduisant le cycle naturel de l'eau - Google Patents

Perfectionnements aux distillateurs reproduisant le cycle naturel de l'eau Download PDF

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WO2010116100A2
WO2010116100A2 PCT/FR2010/050683 FR2010050683W WO2010116100A2 WO 2010116100 A2 WO2010116100 A2 WO 2010116100A2 FR 2010050683 W FR2010050683 W FR 2010050683W WO 2010116100 A2 WO2010116100 A2 WO 2010116100A2
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WO
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liquid
air
chambers
individual
hollow
Prior art date
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PCT/FR2010/050683
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Jean-Paul Domen
Stéphane Viannay
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THIRD MILLENIUM WATER Co
Original Assignee
THIRD MILLENIUM WATER Co
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Publication of WO2010116100A3 publication Critical patent/WO2010116100A3/fr
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Definitions

  • the invention relates to improvements to flow-air stills reproducing the natural cycle of water, with recovery of the latent heat of condensation of the vapor.
  • This type of distiller is primarily intended to produce freshwater, in small or medium quantities, from any non-potable clear water available in the wild or produced by industry. Air flow distillers are also suitable for the production of concentrates, in particular food, or for the distillation of liquids other than water.
  • distiller is described in two PCT applications published, filed by 3MW and now abandoned: (D1), WO 01/96244 A1 (only FIG. 8 and its comments) and its national correspondent US 2004/4026225 A1 as well as in (D2), WO 2004/110936 (only Figure 5 and its comments) and its national correspondent US 2006/0272933 A1.
  • D3 US Pat. No. 6,111,111, granted in 2005 to JR Beckman and in (D4), its implementation report "Desalination and Water Purification Research and Development Program Report No. 120". , Published in June 2008 by the US Department of Interior, Office of Claim, Denver Federal Center,
  • Document D1 describes the minimal general architecture of a draft distiller.
  • the document D2 improves this architecture and adds to it the ranges of certain values of the distillation parameters, extreme temperatures and transit time of the drafts, necessary for an effective and efficient operation of the apparatus.
  • Flexible specific hollow plates are used in D2.
  • Documents D3 and D4 are close to D2.
  • Commercial rigid hollow plates are used in D4. According to a general definition, resulting from an interesting combination of D2 documents,
  • propulsion means for circulating in these chambers, with an appropriate transit time, in an open or closed circuit, from bottom to top in the evaporation chambers, a total ascending air of saturated air at low initial temperature T 4 , as low as possible (typically 10 to 20 ° C.), and, from top to bottom in the condensation chambers, a total current descending from saturated air at an initial high temperature T 1 , which is optimal or satisfactory (80 to 90 0 C, for water), significantly lower than the boiling point of the liquid to be distilled, these total saturated air streams including a total mass flow of dry air D A , corresponding to the daily production Q of distilled liquid requested an active volume distiller V; evaporation chambers with close walls (a few millimeters), having their internal faces provided with hydrophilic or wettable packings;
  • spreading means adapted to spread, at the top of the internal faces of the evaporation chambers, a total flow D L of this liquid at temperature T 0 ; hollow polymer plates, juxtaposed vertically spaced apart at constant pitch, to form the walls of the condensation chambers, these plates having a low internal thickness (for example, 3 mm) and walls having a face swept by the downward currents of saturated air at extreme initial temperature T 1 and another, licked by the liquid to be distilled, the temperature of the cooled air currents leaving these chambers being T 3 ; a specific cold source cooperating with the propulsion means to generate saturated air streams at an initial low extreme temperature T 4 ;
  • a specific heat source for transforming the saturated air streams leaving the high temperature evaporation chambers T 2 (typically 83 ° C. for water) into saturated air streams at an extreme high initial temperature T 1 ; means for collecting the distilled and concentrated liquids produced, respectively installed at the bottom of the condensation and evaporation chambers.
  • the evaporation and condensation chambers are contiguous, separated by common walls, the walls of the evaporation chambers being lined with webs, woven or nonwoven, hydrophilic or wettable, glued.
  • the circulation of drafts is in a closed circuit and a spongy carpet, watered by the hot liquid to distill, plays a dual role. Swept by the total air current to overheat and saturate, it is a specific hot source. Dripping, it is a means of spreading.
  • the calculation notably takes into account (a) the global thermal conductance of the elements (air and walls) separating the central veins from the currents of hot and cold air flowing in opposite directions and (b) the local enthalpy difference between these two. saturated air currents.
  • Such a perfect elemental distiller operating with optimal distillation parameters, is highly efficient and effective, that is to say it has a high capacity to produce distilled liquid, with a high R factor (90%). and a maximum CoP of 10. It should be noted that this CoP is a function inverse to the daily production Q sought.
  • CIE CoP. QA /.
  • the first object of the invention relates to the production of an improved draft-air still having a QA Efficiency and a CoP Coefficient of Performance, as high as possible.
  • the second object of the invention is to construct a first improved draft-flown distiller with a conventional architecture, incorporating new hollow plates with a stable geometry.
  • the third object of the invention is to construct a second improved draft-flown distiller with a completely new architecture incorporating components and sub-assemblies with particularly low costs.
  • the fourth object of the invention relates to an improved drafts still according to one or the other architecture, comprising new satisfactory means (a) for circulating the saturated air currents correctly, (b) for spreading the hot distilling liquid on the walls evaporation chambers, (c) to properly flow this liquid along these same walls.
  • the fifth object of the invention relates to an improved drafts still according to one or the other architecture, comprising new satisfactory means (a) for heating the liquid to be distilled before spreading, (b) to achieve the source Specific hot and (c) to collect and evacuate the two liquids distilled and concentrated products.
  • a liquid distillator reproducing the natural cycle of water with a strong recovery of the latent heat of the condensed vapor, of the type in which:
  • the saturated air currents leaving these evaporation chambers are superheated and saturated by a specific hot source; the saturated air currents leaving this specific hot source are forced to flow up and down in condensation chambers; ;
  • this distiller comprises appropriate means, respectively associated with each of its evaporation and condensation chambers, so that they can behave in optimized chambers;
  • these appropriate means are adapted to ensure that these distillation parameters have substantially identical eigenvalues, in all similar locations of these different chambers, so that two sets of air currents are produced at the outlet of these chambers; - Tively formed veins of saturated air with mass flow rates and temperatures T 2 and T 3 , substantially identical.
  • Such an improved distiller is characterized in that it comprises:
  • calibrated means for regularly dispensing substantially identical divided mass flows of liquid to be distilled at uniform temperature, at the top of the walls of the evaporation chambers, these walls being provided with hydrophilic packings;
  • such a distiller is further characterized in that:
  • the means for regulating and rendering substantially identical, at practically all similar levels, the rising and falling flows of the individual air currents flowing in the evaporation and condensation chambers are equidistant vertical partitions;
  • these partitions are adapted to arrange individual evaporation and / or condensation chambers with stable walls, with a negligible arrow, between the facing faces of the vertical walls of two plates, hollow or solid, so that in these chambers These two individual streams of air are forced, at almost all levels, to flow parallel to the walls of these individual chambers of evaporation or condensation.
  • the walls of these individual chambers must, in order to remain stable, have an appropriate stiffness, which imposes on them a minimum thickness and a maximum width, directly dependent on the Young's modulus of the polymer, on the distiller operating temperature. Under these conditions, uniform and substantially identical flows of air currents are quickly obtained there. Indeed, as these currents generally undergo a sudden change of direction at the entrance of these rooms, a disturbance is created. This disturbance is rapidly reduced and only concerns the very beginning of the current flow in these individual rooms, when the ratio is low (for example 5%) between their width and their height. Depending on the applications (domestic, community or industrial distiller), the height of the evaporation chambers could vary from a few decimeters to a few meters.
  • such an air flow distiller is in practice characterized in that:
  • a low air intake chamber is arranged under the evaporation chambers and has an inlet opening, arranged to admit either a current of ambient ambient air or a saturated air flow to extreme low temperature leaving, directly or through a cooling chamber, condensation chambers of the apparatus; this lower chamber being adapted to substantially stabilize the flows of the total air flow entering through this opening and, in the case of a still operating in a closed circuit, to standardize the temperatures;
  • the ceiling of this lower chamber comprises parallel alignments of calibrated slots adapted to divide this total air current and produce individual air currents with identical mass flow rates, penetrating into the individual individual evaporation chambers; - an air intake upper chamber, with an outlet opening, is installed just above the individual evaporation chambers to collect and mix, in a total uniform current of saturated air, the different individual currents saturated air leaving these chambers at substantially identical high temperatures T 2 ;
  • the specific hot source is installed either in the upper air intake chamber or in a suitable boiler; distribution means, arranged between this source and the individual condensation chambers, are adapted to divide the total saturated air stream produced, in individual currents, at identical mass flow rates, penetrating into these individual chambers;
  • a fan is installed either in the inlet opening of the lower chamber or in the outlet opening of the upper chamber, to circulate in open or closed circuit, the total currents of saturated air ascending and descending, with a total mass flow rate of dry air D A proportional to the total active volume V, formed by all the evaporation and condensation chambers.
  • the fan installed in the inlet opening of the lower intake chamber, injects turbulent flows of a total air stream at uniform temperature, appropriate mass flow and pressure. While circulating in this low room, this current of total air stabilizes considerably- Then, by crossing the slotted ceiling, it undergoes small pressure drops and divides into a large number of individual drafts. With individual evaporation chambers, adapted to create identical pressure drops, these individual currents, at uniform temperature, have identical mass flow rates. But this comes first of all from the large number of identical calibrated slots in the ceiling, which act as effective filters for the residual turbulence of the injected air stream, due to the pressure drop (3 to 5 pascals). that they undergo, and as regular distributors of its total mass flow.
  • this total saturated air stream is divided into individual air currents at flow rates. mass and temperature, applied to the inlet mouths of the individual optimized condensing chambers.
  • the fan may be installed in the outlet opening of the upper intake chamber.
  • This solution may be equivalent to the previous one when the circulation circuit of these drafts is closed, but it has little interest when this circuit is open.
  • T 2 or T 1 the high temperature of the air currents concerned, this would require the use of appropriate fans more expensive, either adapted to these saturated hot air currents or equipped with motors installed at the outside of the upper intake chamber.
  • such an air flow distiller is further characterized in that: the upper part of each vertical plate, hollow or solid, separating two evaporation chambers, is a high, double-lined flat strip hydrophilic;
  • a high bar formed by two elongated elements almost symmetrical solidarized, with a series of equidistant external vertical reliefs, is associated with each high flat band to suspend the vertical plate and to correctly remove from its two adjacent plates, while providing calibrated output slots for individual streams of saturated air rising between these plates;
  • a gutter for spreading the liquid to be distilled is arranged between the two elements of this high bar, this gutter having a U-shaped cross-section, this bottom being pierced with a calibrated slot, adapted to slightly enclose the major part of such a flat strip; - At least one feed cup, V-shaped cross-section, bottom drilled with calibrated holes, is adapted to evenly distribute between all spreading gutters, the total flow D L of liquid to be distilled corresponding to the production daily distilled liquid; vertical series of horizontal reliefs, with constant pitch, are arranged, with relative shifts of a half step, on the two walls of the individual evaporation chambers, to stop and then spread out any irregular flow of liquid to be distilled in the packings hydrophilic of these vertical walls, in order to quickly find a satisfactory uniformity for the local flows of this liquid, from top to bottom of these walls.
  • such an air-flow distiller is further characterized in that:
  • the lower part of the vertical plate, hollow or solid, bordering two evaporation chambers, is a low flat strip with double hydrophilic packing
  • a low bar formed by two elongated elements almost symmetrical secured, is adapted to be suspended from the low flat strip of each plate and correctly separate this plate from its two adjacent plates;
  • these collecting gutters open into a general collector connected to a discharge pipe for the concentrated liquid.
  • Each spreading gutter arranged in a high bar, is constituted by two elongated elements, molded separately, with (a) hollow pins for one and tenons for the other, to form snaps to secure them, these lugs cooperating with holes in the high plane band of a plate, to suspend the plate, (b) a line of equidistant horizontal reliefs to pinch the hydrophilic lining and create a slight brake to the liquid flow, (c) projecting ends for suspending the plate and (d) external vertical reliefs of spacing;
  • each collection gutter, arranged in a low flat bar is constituted by two elongated elements, molded separately, provided with external reliefs of separation as well as hollow studs for one and tenons for the other, in order to constituting snaps for securing them, these lugs cooperating with holes in the low flat strip of a plate, to carry this gutter.
  • the specific hot source producing a total saturated air flow at high temperature T 1
  • the specific hot source is formed in the upper air intake chamber and comprises means adapted to emit steam jets, at low pressure and flow rate; appropriate, and to uniformly diffuse this vapor in the set of streams of air currents saturated at high temperature T 2 , leaving individual evaporation chambers;
  • the specific hot source is fed either by a steam generator or by unpolluted water vapor, usually discharged, produced in an industrial installation, which consists of the very hot distilling liquid contained in the gutters; spreading;
  • a high-input and low-output liquid vapor preheating and vapor preheating chamber contains a low inlet, high outlet polymer heat exchanger formed by one or more vertical hollow insert stacks;
  • This chamber is adapted to be traversed from top to bottom by at least a portion of the saturated air stream at temperature T 1 and the heat exchanger, adapted to be traversed from bottom to top by the cold distilling liquid entering the appliance;
  • the preheated distilling liquid produced by this heat exchanger is poured into the feed bowl of the spreading gutters;
  • the steam of the specific hot source can be supplied by a single steam generator, preferably supplied with warm distilled water produced
  • unpolluted water vapor is produced and yet treated as an effluent to be discharged.
  • this water will have a high purity, in spite of the presence of pollutants in the ambient air.
  • the specific hot source is incorporated in a suitable boiler, adapted, on the one hand, to receive the total current of saturated air, supplied by the upper air intake chamber, and of the preheated distillation liquid, and, on the other hand, to produce (a) a saturated total air stream at an optimum or satisfactory high temperature T 1 for the condensation chambers and (b) a very hot distilling liquid for the cuvette. feeding of the spreading gutters;
  • a high-input and low-output liquid vapor preheating and vapor preheating chamber contains a low inlet, high outlet polymer heat exchanger formed by one or more vertical hollow insert stacks; - This chamber is adapted to be traversed from top to bottom by at least a portion of the total air saturated air temperature T 1 and the heat exchanger, adapted to be traversed from bottom to top by the cold distilling liquid entering the chamber. appliance;
  • the preheated distillation liquid produced by this heat exchanger is wholly or partly directed towards the inlet of the boiler, the other part being, if necessary, discharged into the feed bowl of the drains; spreading;
  • the appropriate boiler comprises an inlet compartment for the air stream and a hollow or hydrophilic container, with a free surface and an inlet for the preheated distillation liquid; - A primary source of heat cooperates with this boiler suitable for the liquid to be distilled, present in the container, can be heated directly or through a heat exchanger and a heat transfer liquid;
  • the inlet compartment of the boiler has a perforated flat inner wall, installed parallel to the free surface of the liquid present in the container, and, from the total current of saturated air entering this compartment, this perforated wall is arranged to produce a large number of air jets, adapted to strongly hit the free surface of the liquid and thus very efficiently produce, at the outlet of the boiler, a total saturated air stream at high temperature T 1 .
  • this perforated wall is arranged to produce a large number of air jets, adapted to strongly hit the free surface of the liquid and thus very efficiently produce, at the outlet of the boiler, a total saturated air stream at high temperature T 1 .
  • This suitable boiler has a weir tank, arranged below the air inlet compartment;
  • the upper air inlet chamber has oblique walls converging towards an opening made in the central part of the perforated flat wall of the inlet compartment;
  • this upper chamber shares this tank in two communicating tanks;
  • a heat source including an electric heater or a heat exchanger, hollow polymer wafers, to be supplied by a heat transfer fluid;
  • a pipe connected to the outlet of the heat exchanger of the vapor condensation and liquid preheating chamber, supplies preheated distillation liquid to one of these two tanks;
  • the perforations formed in the plane wall of the air inlet compartment are parallel lines of elongate slots, equipped with air injection nozzles, with a cross section with a pierced bottom, adapted to produce jets rectilinear air, perpendicular to the level of the liquid; an outlet, for the saturated air current produced by the boiler, is arranged above at least one of the two tanks;
  • a receptacle associated with the outlet of the tank, has an opening connected by a pipe to the feed bowl of the spreading gutters.
  • the specific hot springs it is easy to construct an improved draft distillation system that can operate with many primary heat sources, acting directly or through a heat transfer fluid.
  • These direct heat sources include electricity, standard boilers and a specific solar boiler.
  • the container of the liquid to be distilled is a hydrophilic web (in particular a non-woven cellulose) having a flat surface, on which is applied another web, impermeable and black, all mounted on a rigid frame, installed inclined in a greenhouse at ambient pressure.
  • the primary heat sources using a heat transfer fluid there are many quasi-free sources, such as those constituted by a heat exchanger fed by a polluted effluent, liquid or gaseous, very hot (> 90 ° C.), a thermal engine, a standard solar water heater or a set of vacuum solar collectors. Thanks to the appropriate pressure air jet lines coming out of the nozzles fitted to the perforations of the wall of the inlet compartment of the appropriate boiler, which strike the free surface of the very hot liquid, the thermal coupling between this liquid and the saturated air stream, to superheat and saturate, is maximized and far superior to that produced by a stream of air simply sweeping the surface of the liquid. This makes it possible to typically reduce the free surface of the liquid by 5 to 10 times and the size of the container of the boiler and, in practice, to easily maintain the temperature of the liquid below the boiling point.
  • an airflow distiller having a novel solid-plate architecture is characterized in that: - an evaporation chamber contains a set of solid polymer plates, arranged to constitute the walls of individual chambers optimized evaporation;
  • these solid plates are provided with hydrophilic packings and horizontal reliefs in order to standardize the liquid flows, high and low bars of suspension and spacing. calibrated, as well as gutters spreading and collection of liquids concerned, arranged in these bars;
  • a chamber for condensing steam and for heating the liquid to be cold distilled contains a heat exchanger with vertical hollow plates; this chamber is traversed from top to bottom by the total current of saturated air at extreme high temperature and this heat exchanger, traversed from bottom to top by the cold liquid to be distilled.
  • solid (polypropylene or other) thin (0.5 mm) polymer sheets with a double hydrophilic packing is easy by electrostatic flocking of very short hydrophilic fine fibers ( ⁇ 0.5 mm) or by nonwoven bonding of cellulose.
  • These solid plates will preferably be thermoformed to have on their two faces alternating lines of the two kinds of vertical and horizontal reliefs, while maintaining flat bands at the top and bottom. They can also be completely flat and be separated by appropriate spacers, made of assembled molded elements, arranged to achieve spacing between plates, 8 mm for example.
  • These solid plates may have a height and a width of a few meters.
  • hollow polymer wafers installed in the condensation chamber, they will typically have a width limited to about 20 cm, an internal thickness and a gap between wafers of about 6 mm and a height of 50 about cm.
  • these heat exchangers made of polymer will be stacks of hollow plates with embossed walls.
  • These exchangers will be in particular of one of the types described in one of the European patents EP 1 579 163 or EP 2 032 928, of the company "Technologies of the Thermal Exchange"
  • an improved draughting distiller with conventional hollow plate architecture, is characterized in that: - a distillation chamber contains a set of juxtaposed polymer hollow plates, arranged to include internal and external channels; , constituting the optimized individual chambers of evaporation and condensation;
  • these hollow plates are provided with hydrophilic packings and horizontal reliefs in order to standardize the liquid flows, high and low bars of suspension and calibrated spacing, as well as spreading gutters and collecting the liquids concerned, arranged in these bars;
  • each hollow plate is respectively connected to two sets of superposed horizontal ducts constituting two zones in elongated rectangular triangles, installed above and below a central zone in parallelogram formed by these channels; internal;
  • the two stackings of the openings of these horizontal ducts, high and low, have the same height and they constitute the lateral mouths, upstream and downstream, diagonally opposite of a hollow plate;
  • the high ducts are substantially wider than the low ducts, so that the total pressure losses of the individual saturated air streams, entering hot in a hollow plate and leaving them cooled, are identical;
  • these two pairs of flanks have vertical external equidistant relief lines, extending the lines of contiguous external reliefs bordering the outer channels of the hollow plates; the thickness of the reliefs of the high flanks is considerably greater than that of the lower flanks, so that the total pressure losses of the individual saturated air currents circulating from bottom to top in these external channels and along these flanks are identical; highs and lows;
  • the lower flanks comprise a lateral extension, providing a protruding weir, for causing the distilled liquid produced to flow into an evacuation manifold, and openings between the adjoining edges of this extension, for cooled saturated air currents; leaving the hollow plate;
  • a distributor duct is adapted to receive most of the total current of saturated air produced by the specific hot source and to inject this major part, in individual currents, with identical mass flows, into the calibrated inlet openings of the horizontal ducts; high triangular areas of the hollow plates;
  • an auxiliary chamber of complementary condensation of steam and of preheating of the liquid to be distilled, encloses a heat exchanger with vertical hollow plates; this chamber is traversed from top to bottom by the other part of the total air stream saturated at extreme high temperature and this heat exchanger, traversed from bottom to top by the liquid to be distilled.
  • An air cooling chamber similar to the auxiliary enclosure, is arranged downstream of the outlet mouths of the hollow plates;
  • the hollow plates of this exchanger are adapted to be traversed from bottom to top by the cold distillation liquid entering the apparatus and to be swept up and down by the saturated air currents issuing from the hollow plates of the enclosure distillation and hollow plates of the auxiliary chamber; the condensed liquid on the outer faces of the hollow plates of this heat exchanger is recovered;
  • the two heat exchangers concerned are connected in series so as to gradually bring the liquid to be distilled into the distiller at the appropriate temperature of the liquid intended for the spreading means;
  • the saturated upstream and downstream air currents which enter and circulate in the numerous individual chambers of evaporation and condensation of the distillation chamber, do so with substantially identical temperatures and mass flow rates at virtually any similar location.
  • each distiller can operate with substantially identical distillation parameters at any similar location, in accordance with the requirements resulting from the modeling of a distiller elemental perfect, that is to say with efficiency and a high maximum CoP.
  • This strong CoP is also valid for the auxiliary chamber of additional condensation and liquid preheating and for the cooling chamber of the total current of air circulating in the apparatus, which is thus brought to an extreme minimum temperature.
  • the calculation makes it possible to determine the ratio that must exist between these thicknesses.
  • this ratio depends solely on the initial and final temperatures of the saturated air currents concerned. With the optimum temperatures of these saturated air currents, the ratio concerned is 1, 4. Consequently, if the thickness of the external reliefs of the lower flanks is 0.5 mm (two collection gutters are then separated by 1 mm), the thickness of the external reliefs of the high sides of these plates will be 0.7 mm. (Two spreading gutters are then spaced 1, 4 mm). Similarly, if the width of the horizontal bottom ducts is 3 mm, the width of the high horizontal ducts will be 4.2 mm.
  • the walls, with vertical and horizontal reliefs, hollow plates of this distiller will be made by thermoforming of polymer sheets and these walls are assembled by welding or gluing their edges and some of these reliefs.
  • the four figures 2a, b, cd represent the views of the inner and outer faces of the pair of high sides associated with hollow plates for distillers; the four figures 3 a, b, c d represent the views of the internal and external faces of the pair of low sides associated with hollow plates for distillers.
  • FIG. 4 shows a hollow plate distillation module
  • FIG. 5 shows a solid plate distillation module.
  • a typical new hollow plate 10 is represented vertically, intended to be incorporated, a few dozen copies, in the distillation chamber of an air-flow distiller reproducing the natural cycle of the water.
  • This hollow plate 10 is rectangular and comprises a central zone 12 in the form of a parallelogram and two end zones 14 and 16 in the form of right triangles.
  • the hollow plate 10 typically has a height of 120 cm, a width of 70 cm and an overall thickness (i.e. a stacking pitch) of 7.5 mm.
  • Its walls are polypropylene or any polymer with good mechanical strength at the maximum temperature of the enclosure.
  • the central zone 12 comprises twelve flat vertical internal channels 18i-i 2 , 3 mm thick, 5 cm wide, 90 cm high, and two welded or bonded side edges 20-21, 90 cm high and 10 mm wide. .
  • These twelve internal channels 18i-i 2 are separated by eleven groups 22 ⁇ 1 of vertical, internal and external reliefs, each group being 6 mm wide.
  • the loupe 1 1 shows the profile of a cross section, at the group 22 ⁇ two hollow plates 10 juxtaposed tight.
  • the triangular zones 14-16 of the hollow plate 10 are constituted by two high and low sets of twelve superimposed horizontal conduits 26i_i 2 and 28i_i 2 , all of which are 16 mm high, respectively butted at the two ends of the twelve vertical internal channels 18.
  • the width of the high ducts 26 is 4.2 mm and that of the lower ducts 28, 3 mm.
  • the free ends of these superposed conduits 26-28 form two stacks, 20 cm high, constituting lateral mouths, upstream 30 and downstream 32, for the hollow plate 10.
  • eleven partitions 2 mm thick formed by contiguous pairs of horizontal internal flank reliefs rights, such as 34n and 36n, provide the separations between conduits 26-28.
  • the magnifying glass 33 shows the right flanks 35-37 of the horizontal internal relief 36 connected to the sloping flanks of the two internal reliefs 13i and 13 2 . These right flanks 35-37 surround and overflow the lower end of the external relief 17 of the vertical relief groups 22.
  • the zone included in the magnifying glass 33 is representative of the two faces of the plate 10: it comprises in gray a hydrophilic packing 39, produced by electrostatic flocking of hydrophilic fibers.
  • the central zone 12 of the hollow plate 10 comprises, between two groups of vertical reliefs 22, and between the lateral edges of this plate 10 and the first and the last relief 22, vertical series of small horizontal reliefs 38, high and wide of 1 mm, with constant steps of 3 cm, shifted by half a step from one series to another.
  • the series of horizontal reliefs 38 of two contiguous hollow plates are interposed and hardly modify the flows of saturated air in the separation spaces of the hollow plates 10.
  • These horizontal reliefs are bars intended to block and then spread out any flow irregular, in particular random, of the liquid to be distilled by gravity and capillarity in the hydrophilic packings of each hollow plate 10.
  • each hollow plate 10 The upper and lower parts of each hollow plate 10 are two plane strips 40 and 42 respectively comprising two rows of twelve holes 44 1-12 and 46i-i 2 , the holes 44 making it possible to suspend the plate 10 and the holes 46, to suspend an associated device described later.
  • the earpieces 48-50 they are stops for the liquid to be distilled spread on the flat strip 40.
  • the outer parts of these atria 48-50 extend the lateral edges 20-21 of the plate 10 and they are, like these two edges, devoid of hydrophilic packing 39,
  • FIGS. 2a-2b and 2c-2d represent the external and internal views of two substantially triangular high sides 52-54, having a minimum thickness of 0.5 mm, associated with a hollow distillation plate 10 according to the invention.
  • the upper edges of these upper flanks have protruding ends 56-58 and 60-62, intended to be placed on supports formed in the heat insulating casing of a distillation chamber (shown below).
  • the upper edges of these two upper flanks 52-54 comprise three small cutouts 64-66, intended to serve to wedge a water supply bowl of the lining of the plate.
  • Figures 2a and 2c show the external views of the two upper flanks 52-54. On each of these views, there appear twenty three equidistant vertical reliefs 12-1 A, eleven of these reliefs being aligned on the eleven equidistant external partitions 17 or 19 of the hollow plate. These reliefs 72-74 are 3 mm wide and 1.05 mm high, so that, arranged contiguous between two adjacent plates, they provide twenty four flat corridors, such as 73-75 superimposed, having 25 mm wide, 2.1 mm thick and different lengths, depending on their rank.
  • Figures 2b and 2d show the internal views of these two flanks 52-54.
  • the lower parts 90-92 of the two elements 76-78 of the high bar 55 comprise small notches with contiguous edges forming the relatively thick pierced bottom (typically 3 mm) of the spreading gutter 80 The edges of these cuts enclose the high plane band 40 with double hydrophilic packing of the hollow plate 10.
  • eleven dashed lines 94 and 96 appear, at a pitch of 1 cm, corresponding to the eleven internal reliefs 34 of the upper triangular zone 14 of the hollow plate 10.
  • These dotted lines are frustoconical studs of 2.7 mm, with a base and top of 2 and 1 mm, engaged in the outer recesses, deep 2 mm, of these eleven internal reliefs 34.
  • a space of about 0.6 mm is arranged between the wall
  • the upper flanks 52-54 are formed firstly of the triangular zone 14 and the inner face of the upper flanks 52-54, to allow the hot distilling liquid to descend unhindered into the hydrophilic lining 39. 53a and 53b for these wet packings, protecting them from any cooling due to less hot saturated air currents rising in the outer channels of the hollow plates.
  • FIGS. 3a-3b and 3c-3d represent the external and internal views of the two quasi-symmetrical bottom flanks 100-102, which are substantially triangular, associated with a hollow distillation plate 10. These bottom flanks 100-102 are adapted to be mounted. joined, hooked the low triangular zone 16 of a hollow plate 10 according to the invention and suspended from the flat strip 42 of this zone.
  • bottom flanks 100-102 each have a lateral extension 104-106, comprising (a) edges 108-1 10 with contiguous reliefs 112-1 14, adapted to arrange openings for the cooled air leaving the hollow plates of a distillation chamber (shown below), and (b) at the foot of these edges 108-110, the walls 1 16-1 18 of a spillway weir 120-122, for the distilled liquid, condensed to the inside these hollow plates.
  • FIGS. 3a-3c the faces of twelve small hook tabs 124-126 and, in FIGS. 3b-3d, the backs of these tabs, which are adapted to be engaged on both sides of each of the openings of the twelve horizontal ducts 28 of the low triangular zone 16, to fix these two flanks 100-102 on the plate 10.
  • Figures 3a and 3c show the external views of the two flanks 100-102. On each of these views, appear twenty-three lines of equidistant vertical reliefs 128-130 having the same configuration and the same function as the lines of reliefs 12-1A of Figures 2a-2c. These lines of reliefs are 0.75 mm high and assembled joined, they arrange between two plates, twenty four flat corridors, such as 129, 25 mm long and 1.5 mm wide.
  • Figures 3b and 3d show the internal views of these two flanks 100-102.
  • FIGS. 3b-3d eleven frustoconical dotted lines 146 and 148 appear, having the same configuration and the same function as the lines 94-96 of FIGS. 2b-2d, their height being 3.4 mm and the thickness of the passage between the bare wall of the triangular zone 16 and the two lower sides is 1, 3 mm.
  • the pitch of the high and low bars of the hollow plates is necessarily constant, 8.5 mm in this case.
  • the upper portions of the bottom flanks 100-102 constitute screens 101a and 101b for the wet packings of the zone 16 in the form of a triangle, protecting them from the air currents saturated at initial low temperature, rising in the external channels of the hollow plates
  • any distillation chamber incorporating such new hollow plates associated with their pairs of high and low flanks, the saturated air currents circulate under optimal conditions, that is to say substantially identical with respect to mass flow rates and temperatures of air currents and liquid flows, at all similar levels of the external and internal channels of the hollow plates. This makes it possible to maximize the CoP of this distillation chamber and thus maximize the production of distilled water.
  • FIG. 4 shows in A, a front view of a water distillation module 150, with hollow plates, at B, a longitudinal sectional view of the envelope of this module and at C, a view from above.
  • the module 150 is shown without its indispensable insulating coating (typically 10 cm thick); it is enclosed in a rigid polymer envelope (shown transparent) 152, 230 cm high, comprising a hollow base 154 and a foot 155.
  • the envelope 152 comprises three superimposed removable parts, attached without leaks (by means not shown) and it contains: (a) at the bottom, an air inlet chamber 156 with four sides and a bottom, 30 cm high, and, laterally, a front air cooling heat exchanger 158 evacuation, (b) in the center, a four-sided housing 160 of 120 x 100 x 20 cm, enclosing a distillation chamber 162 and an auxiliary enclosure 164, of complementary condensation and preheating of the cold liquid to be distilled, and (c ) at the top, an air inlet chamber 166, a suitable boiler 168 and an angled distributor duct 170, with a square section of 20 cm on one side, bringing to the inlet of the hollow plates the major part of the total current of air saturated at temperature ha Extreme temperature T 1 , produced by the boiler.
  • a vertical internal partition 172 secured to the front faces and rear housing 160, separates the two enclosures 162 and 164.
  • the envelope 152 emptied of any content, reveals a rear face 174, a front face 175, a front door 176 and a cleat 178.
  • a distillation block 180 having a total exchange surface S of
  • This block consists of 26 hollow plates 10, in accordance with the first three figures, juxtaposed tightly by tie rods (the external reliefs of the plates and flanks are removed in this drawing).
  • a thick flexible ply 182 is installed between a lateral edge of this block and a side wall 161 of the casing 160, another similar ply being installed between the other lateral edge of this block and the internal partition 172, to ensure the tightness of the Lateral external channels 24 of the hollow plates 10.
  • the housing 160 comprises (a) an upper opening 184, of square shape at 20 cm of side, cut in its side wall 161 and in the flexible ply 182 and, (b) a low opening 186, cut in the internal partition 172 and the other flexible sheet, this opening 186 opening on a baffle 188, extending the partition 172.
  • the bent duct 170 has a square opening with flanges, of identical section to that of the upper opening 184 of the housing 160; these two openings face each other and these flanges are fixed on the wall 161 of the housing 160, the outer face of the edges of the cut made in the flexible ply 182, seal the assembly.
  • the extensions 104-106 of the bottom flanks 146-148 pass through the lower opening 186 and the cooled saturated air currents issuing from the hollow plates 10 and passing through the openings of these extensions are deflected by the deflector 188 towards the front of the heat exchanger 158, with vertical hollow plates.
  • the rear of this exchanger 158 opens into a small reservoir 190, arranged in the hollow base 154 of the housing 160.
  • the distilled water leaving the same hollow plates 10 is fed through the spout 120-122 extensions 104-106. to a manifold 192, provided with a pipe 194 connected to the tank 190, itself provided with a discharge pipe 191 and an outlet 193 for the cooled air.
  • auxiliary chamber 164 of complementary condensation of steam and preheating of the cold seawater to be distilled.
  • This auxiliary enclosure 164 contains two heat exchangers 196-198, similar to the exchanger 158. These three heat exchangers 158-196-198 are connected in series, the heat exchanger 158 having a low input 200, connected to a power supply device. seawater with appropriate pressure and flow rate (not shown), and a high output connected by a pipe 202 to the lower inlet of the exchanger 196, which has a high output connected to the lower inlet of the exchanger 198.
  • a small outlet opening 204 Between the end of the deflector 188 and the side wall 163 of the housing 160, there is arranged a small outlet opening 204, with a suitable section determined experimentally, fine adjustment of the flow rate of the saturated hot air stream admitted into the auxiliary enclosure 164 ..
  • the lower air inlet chamber 156 is equipped with a fan 206, installed in a side wall, and, if necessary, a plate 208 is disposed above to develop a diverging.
  • the ceiling of the lower chamber 156 is constituted by the tight juxtaposition of the low bars 103 spacing the plates 10; in these bars, the troughs 136 (see FIG. brine collection.
  • the external reliefs 128-130 of these bars 103 provide narrow slots (1.5 mm) corresponding to the external channels 24, separating two hollow plates 10 from the distillation block 180.
  • the gutters 136 open into a brine manifold 210 equipped with a siphon 212 connected to a drain pipe (not shown).
  • the upper air intake chamber 166 is installed above the spreading gutters 80, arranged in the upper bars 55 for suspending and spacing the hollow plates 10 of the distillation block 180. These gutters 80 are separated by a line of 2.1 mm thick slits.
  • the front and rear plane faces of this chamber 166 belong to the upper parts of the envelope 152, its oblique lateral edges 214-216 constituting the internal lateral edges of the boiler 168, its external lateral edges being referenced 215-217.
  • the top of these oblique edges 214-216 is a rectangular opening 218, with edges 220 secured to the top of the front faces 175 and rear 174 of the housing 160, which ends at the center of the inlet compartment 222 of the boiler 168.
  • this boiler 168 comprises two separate trays 167-169, communicating by two channels 221, bottom 219, arranged between the outer sides of the edges 220 and the front faces 175 and rear 174 of the casing 152.
  • This input compartment 222 is arranged between the upper edge 224 of the casing 152 and a rigid plate 226, relatively thick polymer (10 mm), having its two long sides in sealing engagement on the front and rear faces of this casing.
  • One of the short sides 223 of this plate 226 is in sealing abutment at the top of the side wall 163 of the casing 152 and the other 225 is straightened to be sealingly applied on its upper edge 224, so as to arrange, at above the tray 169, a main outlet 228 for the majority (approximately 70%) of the total saturated air current produced in the boiler 168.
  • a main outlet 228 for the majority (approximately 70%) of the total saturated air current produced in the boiler 168.
  • an outlet secondary 229 for the remainder of the saturated air stream, produced by the boiler 168.
  • This secondary current is directed, through a flat conduit 231, to the input of the auxiliary enclosure 164.
  • the output of this enclosure 164 is the opening 204, arranged by the deflector 188.
  • the cooled saturated air stream and the distilled water, condensed on the outer faces of the exchanger 196, which come out are directed towards the heat exchanger 158.
  • a central cut-out 227 tight-tight edges on the edges 220 of the outlet opening 218 of the upper chamber 166 and (b) parallel series of slots 230, having 10 cm of long and 1 cm wide, separated by 2 cm, are fitted with nozzles, with a V-shaped cross-section with a perforated bottom, 1.5 mm wide, leading to the close vicinity (3 mm) of the free level of water contained in the boiler 168.
  • the seawater enters, preheated, in the tank 167 of this boiler, by a low inlet, connected by a pipe 199 to the outlet of the heat exchanger 198 and comes out of it by an elongated weir 232, opening into a flat duct 234, arranged between the outer wall 215 of the tank 169 and an internal partition 236.
  • the flat duct 234 has a low outlet 237 connected by a pipe 238 to a bowl 240, with a deep V section (width : 10 mm at the bottom, 50 mm at the top, height: 60 mm), with a thick bottom (10 mm) pierced with e 26 calibrated holes, transversely placed on the spreading gutters 80 of the 26 hollow plates 10 of the distillation block 180.
  • This bowl 240 is wedged in the cuts 64 of the high flanks 52-54 and mounted in support on one of the front or rear faces of the housing 160.
  • a heat exchanger polymer 242-244 identical to the exchangers 158-196-198.
  • These exchangers 242-244 are connected in parallel and are traversed by a coolant, entering the exchanger 244 and exiting the exchanger 242, produced by an external primary hot source (not shown).
  • this heat transfer fluid is a liquid, it will be supplied at a temperature of about 95 ° C and the primary source will be a heat engine, a solar water heater or a gas kettle.
  • These two heat exchangers 242-244 can obviously be replaced by two appropriate electric heaters. In case, for various reasons, the volumes of the two tanks 242-244 would be significantly different, these heating means will be installed in the largest.
  • the 26 hollow plates juxtaposed with the distillation block 180 have at all similar locations of their optimized individual chambers of evaporation 24 and condensation 18, distillation parameters with substantially identical eigenvalues.
  • the objective of the invention is perfectly achieved (the CoP is almost tripled).
  • the preheated seawater is distributed between the boiler 168 and the feed bowl 240, then the two flow rates are mixed in this bowl to optimize the temperature of the seawater spread, depending on the temperatures obtained.
  • a distillation module with a production capacity of 25 m 3 / day, coupled with a primary heat source of about 100 kW, is a kind of standard, interesting in many respects.
  • FIG. 5 represents, in schematic perspective A, a still plate still, intended to be installed in a plant that usually discharges an effluent constituted by unpolluted water vapor, in order to produce, at a good price, water distilled very pure for a particular application.
  • a distiller 250 comprises on each side of a central support panel 252, provided with a suitable base 254, an evaporation chamber 256 and a condensation chamber 258, enclosed in a rigid polymer shell 260.
  • the casing 261 of the casing 260 is mounted without leakage, by reversible fasteners, on the base 254 of the carrier panel 252.
  • the evaporation chamber 256 consists of the tight juxtaposition of two hundred vertical solid plates 262 made of polymer (in particular polypropylene), 0.5 mm thick, spaced apart by 8 mm, with double hydrophilic packing. (flocking). These plates constitute an evaporation block 263, 130 cm high and 100 wide, fixedly mounted by any appropriate means on the carrier panel 252. Each plate 262 is thermoformed, with two strips, high and low, flat and wide of 5 cm, and it has on each side, lines of alternating vertical reliefs 264-266, 4 mm high (see B).
  • Horizontal bars 268-270 separate these lines 264-266, they are 1 mm thick, 10 cm long, vertically spaced 3 cm apart and offset by half a step from one face to the other. These lines of reliefs 264-266 and these bars 268-270 are identical to the alternating external relief lines 17 or 19 and bars 38-39 of the hollow plate 10, shown in FIG. 1.
  • the reliefs of three contiguous plates are joined together to form channels, such as 265, intended to constitute individual evaporation chambers.
  • FIG. 5C on the opposite faces of two full plates 262, there appear alternating vertical series of equidistant horizontal reliefs 268-270.
  • Each solid plate 262 is equipped with a high bar suspension and spacing in which is arranged a gutter spreading the water to be distilled, identical to the gutter 80 of Figures 2b-2d. It is also equipped with a low spreader bar (not shown), in which is arranged a brine collection gutter, identical to the gutter 136 of Figures 3b-3d. Each of these collection gutters leads to a general collector (not shown), connected to a discharge pipe passing through the base 254.
  • the condensation chamber 258 is (for example) constituted by the assembly of eight heat exchangers, each formed by twenty or so hollow polymer wafers, divided into four parallel series of two exchangers 278i -4 and 280i -4 , arranging a large number individual chambers of condensation, such as 279, in all the spaces separating these plates.
  • a conduit 282, distributor of cold water to be distilled, has an inlet 284, connected through a tap (not shown) to the water network of the city. This duct 282 feeds the four series formed by the four pairs of exchangers, 278i -4 and 280i -4 , connected by connections 286i -4 .
  • the parallel outputs of these four pairs of exchangers are connected to a manifold duct 288, connected by a pipe 290 to a bowl 291 for supplying the spreading gutters 289, with the bowl and gutters being identical to the bowl 240 of FIG. and at the trough 80 of Figures 2b-2d.
  • a flat tray 292 Under the heat exchangers 278-280 is installed a flat tray 292 to collect condensed distilled water on the outer faces of the hollow plates of these exchangers.
  • An exhaust pipe connected to this tank 292 passes through the base 254.
  • a distributor pipe 294 with a large diameter (10 cm), having a plugged end and the other connected to an industrial plant producing unpolluted water vapor, up to present treated as an effluent to be discharged into the atmosphere.
  • the duct 294 comprises one or more series of slots 296, oriented towards the vault 294, so that the steam, which escapes at an appropriate flow rate and low pressure, diffuses at best in the air stream circulating in this vault.
  • three or four fans are installed in the lower part of the carrier panel 252, to circulate air currents in a closed circuit in the individual evaporation chambers, formed between the solid plates 262, and in the individual condensation chambers 279, formed between the vertical hollow plates of the heat exchangers 278-280.
  • the distilled water condensed on the outer faces of these hollow plates is collected in a flat tray 292, placed on the base 254 and provided with a discharge pipe 293.
  • the brine is collected by the collection gutters arranged in the lower bars (not shown), suspended from the solid plates 262 of the evaporation chamber 256. These bars constitute the slotted ceiling of a low air intake chamber 297 and these gutters are connected to a pipe of evacuation 299.
  • This solid plate still is similar to that of the hollow plate still, of FIG. 4.
  • the cooled saturated air stream, which leaves at the bottom of the condensation chamber 258, is at an extreme low temperature. 4 slightly higher (20 ° C) than the cold water (15 ° C) supplied by the city.
  • This stream of air is injected by the fans 296 into the low inlet chamber 297, arranged between the base 254 and the juxtaposition of the low bars of separation of the full plates 262. Through the slots arranged between these low bars this total flow of air enters into individual currents with identical mass flow rates and temperatures in the individual evaporation chambers formed between the solid plates 262.
  • the vault 259 constitutes the wall of the upper air intake chamber of the apparatus.
  • the steam jets issuing from the slots of the distributor duct 290, with appropriate mass flow rates and temperature, cooperate with the total mass flow of air supplied by the fans 296, to produce a homogeneous saturated air stream at high maximum temperature (T 1 > 90 °), then with heat exchanger 278-280, with appropriate thermal conductance, to produce hot water at a temperature T 0 as high as possible.
  • this temperature T 0 may be 88 ° C. If it is desired to have a maximum temperature T 0 (99 ° C for tap water), a portion of the steam available as heat transfer fluid for a new hollow plate heat exchanger will be used.
  • the water to be distilled will pass through this exchanger before being discharged into the trough 291 for feeding the spreading gutters.
  • This hot water is uniformly spread over the hydrophilic packings of the plates 262 and the air currents coming out of the individual evaporation chambers are saturated air currents at relatively high temperature T 2 (89 ° C.), while cooled water, twice as mineralized as town water, is collected by the gutters for the collection of the low-profile plates.
  • T 2 89 ° C.
  • distilled water condenses on the external faces of these plates and is collected in the tank 292.
  • the distillation parameters can, in all similar locations, have substantially identical eigenvalues.
  • Horizontal isotherms exist in the evaporation chamber and they may also exist for saturated air streams descending into individual condensation chambers, arranged by means of partitions arranged between the hollow-plate heat exchanger columns.
  • An interesting CoP a priori lower than the previous one, is again obtained. And this interest is all the more important as the production cost of such a distiller is particularly reduced, because of the limited cost of the polymer components used: thin solid thermoformed plates, heat exchangers with hollow wafers.
  • the invention is not limited to the embodiments of the specific components and functional subassemblies characteristic of advanced draft distillers, hollow plate and solid plate types, described in FIGS. 4 and 5 above.
  • Each low bar will be an elementary ceiling, with narrow slots, of the lower chamber, and this ceiling will be between two half-gutters lateral collection of brine.
  • Each high bar will be an elementary floor, wide slits, the upper chamber, and this floor will be between two half-gutters lateral spreading water to distill.
  • a plate having calibrated narrow slot lines may, if necessary, be placed fixed on the upper ends of the cells of the hollow plates. The distilled water will flow freely into a collection chamber arranged under the lower air intake chamber.
  • a specific piece may also be used to form the partition walls and the vertical series of horizontal reliefs of the individual evaporation chambers, arranged between the flat plates of a still plate distiller full, according to the invention.
  • These solid plates will be equipped with the high and low bars described in Figures 2 and 3.
  • the improved drafts still can also treat any liquid to be distilled, the solvent of which is not water.
  • the optimum temperature T 1 of the saturated hot air stream, at extreme high temperature will be determined by the boiling temperature at atmospheric pressure of the solvent in question and it will be significantly lower.

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Abstract

Une enceinte de distillation (162), à courants d'air, renferme des plaques creuses minces en polymère, à garnissage hydrophile, juxtaposées écartées à pas constant. Des séries verticales de reliefs horizontaux assurent un écoulement uniforme du liquide dans ces garnissages. Des canaux plats verticaux internes et externes, constituent des chambres individuelles de condensation et d'évaporation. Des conduits internes horizontaux calibrés sont aboutés à ces canaux internes. Une chaudière (168), à échangeurs thermiques (242-244) traversés par un liquide caloporteur, produit un courant total d'air saturé à température haute extrême (85°C) et de l'eau à distiller chaude, déversée dans une cuvette (240) alimentant des gouttières d'épandage (80). A travers un plateau (103) à fentes calibrées, un ventilateur (206) injecte de l'air ambiant dans les canaux externes. Des courants d'air saturé, à débits et températures uniformes, montent dans les chambres d'évaporation. Le courant total d'air saturé produit par la chaudière (168), est en grande partie injecté dans les entrées des plaques creuses et en petite partie, dans une chambre de préchauffage de l'eau à distiller. Des courants d'air saturé uniformes descendent dans les chambres de condensation. L'eau distillée se con- dense sur les faces internes des plaques et la saumure coule le long de leurs faces externes. Des gouttières aménagées dans le plateau à fentes (103) collectent ces liquides sans risquer de les mélanger. Le coefficient de performance (CoP) du distillateur est élevé, grâce à l'équi-répartition du liquide et des courants d'air dans l'appareil. Applications : Distillation de tout liquide. Production de concentrés Distillateurs à eau domestiques (20 l/h) ou collectifs (25 m3/jour).

Description

PERFECTIONNEMENTS AUX DISTILLATEURS REPRODUISANT LE CYCLE NATUREL DE L'EAU
L'invention concerne des perfectionnements aux distillateurs à courants d'air reproduisant le cycle naturel de l'eau, avec récupération de la chaleur latente de condensation de la vapeur. Ce genre de distillateurs est principalement destiné à produire de l'eau douce, en quantité petite ou moyenne, à partir de toute eau claire non potable disponible dans la nature ou produite par l'industrie. Les distillateurs à courant d'air conviennent également à la production de concentrés, notamment alimen- taires, ou à la distillation de liquides autres que l'eau.
Un tel distillateur est décrit dans deux demandes PCT publiées, déposées par 3MW et aujourd'hui abandonnées : (D1 ), WO 01/96244 A1 (uniquement la figure 8 et ses commentaires) et sa correspondante nationale US 2004/4026225 A1 ainsi que dans (D2), WO 2004/110936 (uniquement la figure 5 et ses commentaires) et sa correspondante nationale US 2006/0272933 A1. Un tel distillateur est également décrit dans (D3), le brevet US 6 91 1 121 , accordé en 2005 à J. R. Beckman et dans (D4), son rapport de mise en œuvre « Desalination and Water Purification Research and Development Program Report N°120 », publié en juin 2008 par le US Department of Interior, Bureau of Réclamation, Denver Fédéral Center,
Le document D1 décrit l'architecture générale minimale d'un distillateur à courants d'air. Le document D2 améliore cette architecture et y ajoute les plages de certaines valeurs des paramètres de distillation, températures extrêmes et temps de transit des courants d'air, nécessaires à un fonctionnement efficace et performant de l'appareil. Des plaques creuses spécifiques souples sont utilisées en D2. Les documents D3 et D4 sont proches de D2. Des plaques creuses rigides du commerce sont utilisées en D4. Selon une définition généralisée, résultant d'une combinaison intéressante des documents D2,
D3, D4, un distillateur à courants d'air, du genre reproduisant le cycle naturel de l'eau avec une récupération importante de la chaleur latente de la vapeur condensée, comprend :
- deux ensembles calorifuges de chambres verticales, à géométries stables, en équilibre de pression avec l'extérieur, respectivement affectées à l'évaporation du liquide à distiller et à la condensation de la vapeur ;
- des moyens de propulsion pour faire circuler dans ces chambres, avec un temps de transit approprié, en circuit ouvert ou fermé, de bas en haut dans les chambres d'évaporation, un courant total ascendant d'air saturé à température initiale basse extrême T4, aussi basse que possible (typiquement 10 à 200C), et, de haut en bas dans les chambres de condensation, un courant total descendant d'air saturé à température initiale haute extrême T1, optimale ou satisfaisante (80 à 900C, pour l'eau), notablement inférieure à la température d'ébullition du liquide à distiller, ces courants totaux d'air saturé incluant un débit massique total d'air sec DA, correspondant à la production journalière Q de liquide distillé demandée à un distillateur de volume actif V; - des chambres d'évaporation à parois proches (quelques millimètres), ayant leurs faces internes dotées de garnissages hydrophiles ou mouillables ;
- des moyens pour fournir au distillateur un débit massique total DL de liquide à distiller et pour établir un rapport de coordination prédéterminé entre les débits massiques DL et DA de liquide et d'air;
- des moyens pour préchauffer et/ou chauffer ce débit DL de liquide à distiller, jusqu'à une température élevée T0 (typiquement 82°C pour l'eau) ;
- des moyens d'épandage adaptés à répandre, en haut des faces internes aux chambres d'évaporation, un débit total DL de ce liquide à température T0 ; - des plaques creuses en polymère, juxtaposées verticales, écartées à pas constant, pour constituer les parois des chambres de condensation, ces plaques ayant une épaisseur interne faible (par exemple, 3 mm) et des parois comportant une face balayée par les courants descendants d'air saturé à température initiale haute extrême T1 et une autre, léchée par le liquide à distiller, la température des courants d'air refroidis sortant de ces chambres étant T3 ; - une source froide spécifique coopérant avec les moyens de propulsion pour engendrer des courants d'air saturé à température initiale basse extrême T4 ;
- une source chaude spécifique pour transformer les courants d'air saturé sortant des chambres d'évaporation à température élevée T2 (typiquement 83°C pour de l'eau) en courants d'air saturé à température initiale haute extrême T1; - des moyens pour recueillir les liquides distillé et concentré produits, respectivement installés en bas des chambres de condensation et d'évaporation.
Dans les quatre documents visés plus haut, les chambres d'évaporation et de condensation sont contiguës, séparées par des parois communes, les parois des chambres d'évaporation étant garnies de nappes, tissées ou non tissées, hydrophiles ou mouillables, collées. Dans le document D2, la circulation des courants d'air se fait en circuit fermé et un tapis spongieux, arrosé par le liquide chaud à distiller, y joue un double rôle. Balayé par le courant d'air total à surchauffer et à saturer, il est source chaude spécifique. Dégoulinant, il est moyen d'épandage. Dans les documents D3-D4, la circulation des courants d'air est en circuit ouvert, la source chaude spécifique, un jet de vapeur diffusé dans les courants d'air sortant des chambres d'évaporation, et l'épandage du liquide, réalisé par des éponges à trous, laissant passer les courants d'air montants.
Dans ces distillateurs produisant de l'eau distillée, avec récupération de chaleur latente de vapeur condensée, le taux de récupération R de cette chaleur et le Coefficient de Performances CoP d'appareils, réalisés selon les prescriptions relatives à certains paramètres de distillation (températures extrêmes et/ou temps de transit des courants d'air totaux) énoncées dans les documents D2, D3, D4, ont été au mieux R = 70% et CoP = 3,3. Cet acronyme, couramment utilisé par les thermi- ciens, est ici défini par deux relations CoP = 1/(1-R) = P2/P1, avec P2, la puissance thermique échangée en distillation et P1 la puissance thermique injectée par la source chaude spécifique.
Dans le document D2, est présentée une modélisation mathématique des différents phénomènes mis en oeuvre dans un distillateur usuel à courants d'air. A cet effet, un distillateur élémentaire parfait a été étudié, qui comprend une chambre de condensation, entourée par deux demi chambres d'évaporation et séparée de chacune d'elles par une paroi fine en polymère, dotée d'un garnissage hydrophile supposé parfait. Ces chambres ont des géométries stables et à tout niveau de l'une ou de l'autre, sur toute leur largeur, on suppose une uniformité parfaite des écoulements de liquide et des débits de courants d'air, lesquels incluent un débit massique constant d'air sec, soumis à l'action des sources chaude et froide spécifiques définies plus haut. Le calcul prend notamment en compte (a) la conductance thermique globale des éléments (air et parois) séparant les veines centrales des courants d'air chaud et froid circulant en sens inverses et (b) l'écart local d'enthalpie entre ces deux courants d'air saturé. Un tel distillateur élémentaire parfait, opérant avec des paramètres de distillation à valeurs optimales, est hautement efficace et performant, c'est-à-dire dispose d'une haute capacité à produire du liquide distillé, avec un facteur R élevé (90 %) et un CoP maximal de 10. On notera que ce CoP est une fonction inverse de la production journalière Q recherchée. A ce sujet, voir en D2, pages 9 et 10, la théorie du Coefficient Intrinsèque d'Efficacité d'un distillateur à plaques creuses juxtaposées, CIE = CoP. QA/. Les paramètres de distillation ayant leurs valeurs optimales, CIE = Cte, et le temps de transit optimal (t) est défini par : t.dHA/ = Cte (en kJ/m3), avec dH, l'écart total d'enthalpie entre tous les courants d'air saturé descendant et montant.
L'importante différence entre les CoP mesuré et calculé trouve son explication immédiate dans le fait que, pour obtenir les hautes valeurs calculées, le distillateur doit être construit en conformité avec les hypothèses implicites ou explicites de la modélisation et doit opérer selon les prescriptions résultant de cette modélisation. Ce qui signifie que doivent être constamment conformes à ces hypothèses et prescriptions : (a) les géométries des chambres d'évaporation et de condensation d'un distillateur réel, (b) les températures, débits massiques et temps de transit des courants d'air saturé circulant dans chacune de ces chambres, et (c) les conditions d'épandage et d'écoulement du liquide à distiller sur les parois des chambres d'évaporation. Ce qui ne peut absolument pas être le résultat du hasard, comme cela a été attendu jusqu'à présent.
Le premier objet de l'invention concerne la réalisation d'un distillateur à courants d'air perfectionné ayant une Efficacité QA/ et un Coefficient de Performance CoP, aussi élevés que possible. Le deuxième objet de l'invention est de construire un premier distillateur à courants d'air perfectionné, doté d'une architecture usuelle, incorporant des plaques creuses nouvelles, à géométrie stable.
Le troisième objet de l'invention est de construire un second distillateur à courants d'air perfectionné, doté d'une architecture totalement nouvelle, incorporant des composants et des sous- ensembles à coûts particulièrement faibles.
Le quatrième objet de l'invention concerne un distillateur à courants d'air perfectionné selon l'une ou l'autre architecture, comportant des moyens nouveaux satisfaisants (a) pour faire correctement circuler les courants d'air saturé, (b) pour répandre le liquide à distiller chaud sur les parois des chambres d'évaporation, (c) pour faire correctement couler ce liquide le long de ces mêmes parois.
Le cinquième objet de l'invention concerne un distillateur à courants d'air perfectionné selon l'une ou l'autre architecture, comportant des moyens nouveaux satisfaisants (a) pour chauffer le liquide à distiller avant épandage, (b) pour réaliser la source chaude spécifique et (c) pour collecter et évacuer les deux liquides distillé et concentré produits.
Selon l'invention, un distillateur de liquides reproduisant le cycle naturel de l'eau avec une forte récupération de la chaleur latente de la vapeur condensée, du genre dans lequel :
- des courants d'air saturé initialement froids sont forcés à circuler de bas en haut dans des chambres d'évaporation, recevant par le haut le liquide à distiller chaud non bouillant,
- les courants d'air saturé sortant de ces chambres d'évaporation sont surchauffés et saturés par une source chaude spécifique, - les courants d'air saturé sortant de cette source chaude spécifique sont forcés à circuler de haut en bas dans des chambres de condensation ;
- les températures et les débits des courants d'air et de liquide étant les paramètres de distillation de l'appareil ; est caractérisé en ce que, pour être hautement efficace et performant, - ce distillateur comprend des moyens appropriés, respectivement associés à chacune de ses chambres d'évaporation et de condensation, pour qu'elles puissent se comporter en chambres optimisées ;
- ces moyens appropriés sont adaptés à faire en sorte que ces paramètres de distillation aient des valeurs propres sensiblement identiques, en tous emplacements semblables de ces différentes chambres, afin que soient produits, en sortie de ces chambres, deux ensembles de courants d'air respec- tivement formés de veines d'air saturé à débits massiques et températures T2 et T3, sensiblement identiques.
Plus précisément, un tel distillateur perfectionné est caractérisé en ce qu'il comprend :
- des moyens calibrés pour régulièrement répandre des débits massiques divisés sensiblement identiques de liquide à distiller à température uniforme, en haut des parois des chambres d'évaporation, ces parois étant dotées de garnissages hydrophiles;
- des moyens pour rapidement mettre fin à toute irrégularité affectant localement l'uniformité des écoulements de liquide à distiller le long des parois de chacune des chambres d'évaporation
- des moyens pour que le courant total d'air, devant circuler dans l'ensemble des chambres d'évaporation, ait une température uniforme ; - des moyens calibrés pour que le courant total d'air, devant circuler dans l'ensemble des chambres d'évaporation, soit réparti en courants d'air individuels, adaptés à respectivement pénétrer dans ces différentes chambres avec des débits massiques sensiblement identiques ; - des moyens pour réguler et rendre sensiblement identiques, à pratiquement tous niveaux semblables, les écoulements des courants d'air individuels montant dans les différentes chambres d'éva- poration ; - des moyens pour que le courant total d'air saturé, devant circuler dans l'ensemble des chambres de condensation, ait une température uniforme ;
- des moyens calibrés pour que le courant total d'air saturé, devant circuler dans l'ensemble des chambres de condensation, soit réparti en courants d'air individuels, adaptés à respectivement pénétrer dans ces différentes chambres, avec des débits massiques sensiblement identiques ; - des moyens pour que les courants individuels, d'air saturé devant respectivement pénétrer dans les différentes chambres de condensation, aient des températures sensiblement identiques ;
- des moyens pour réguler et rendre sensiblement identiques, à pratiquement tous niveaux semblables, les écoulements des courants individuels d'air saturé descendant dans les différentes chambres de condensation. Selon l'invention, un tel distillateur est en outre caractérisé en ce que :
- les moyens pour réguler et rendre sensiblement identiques, à pratiquement tous niveaux semblables, les écoulements montants et descendants des courants d'air individuels circulant dans les chambres d'évaporation et de condensation, sont des cloisons verticales équidistantes ;
- ces cloisons sont adaptées à aménager des chambres individuelles d'évaporation et/ou de conden- sation dotées de parois stables, à flèche négligeable, entre les faces en regard des parois verticales de deux plaques, creuses ou pleines, pour que dans ces chambres individuelles, ces deux courants d'air individuels soient contraints, à pratiquement tous niveaux, de circuler parallèlement aux parois de ces chambres individuelles d'évaporation ou de condensation.
Soumises à des pressions différentielles non négligeables, les parois de ces chambres indivi- duelles doivent, pour demeurer stables, avoir une raideur appropriée, qui leur impose une épaisseur minimale et une largeur maximale, dépendant directement du module d'Young du polymère, à la température de fonctionnement du distillateur. Dans ces conditions, des écoulements uniformes et sensiblement identiques de courants d'air y sont rapidement obtenus. En effet, comme ces courants subissent généralement un changement brusque de direction à l'entrée de ces chambres, une perturbation y est créée. Cette perturbation est rapidement réduite et ne concerne que le tout début du parcours des courants dans ces chambres individuelles, lorsque le rapport est faible (par exemple 5%) entre leur largeur et leur hauteur. En fonction des applications (distillateur domestique, communautaire ou industriel), la hauteur des chambres d'évaporation pourrait varier de quelques décimètres à quelques mètres. Dans ces conditions, l'efficacité QA/ et le CoP d'un distillateur ainsi perfectionné, peuvent tendre vers les valeurs élevées annoncées par sa modélisation. En effet, grâce aux valeurs propres identiques, imposées aux températures et aux débits massiques des courants d'air individuels, pénétrant dans les chambres individuelles d'évaporation et de condensation, ces chambres respectivement identiques ou équivalentes sont tout d'abord alimentées en parallèle d'une manière identique. Ensuite, grâce aux cloisons proches créant des chambres individuelles pour les courants d'air individuels, les deux courants d'air concernés ont des écoulements régulés, très majoritairement uniformes, et des longueurs de parcours bien établies. En conséquence, ces paires de chambres opèrent toutes dans les mêmes conditions, comme des reproductions parallèles fidèles de l'unique paire de chambres d'évaporation et de condensation d'un distillateur élémentaire parfait, fonctionnant avec des paramètres de distillation conformes à tout niveau semblable aux prescriptions résultant de sa modélisation. Un épandage uniforme du liquide à distiller en haut de chacune des parois des chambres d'évaporation est une condition nécessaire complémentaire qui participe à la situation précédente et la con- forte. Mais cette condition n'est pas suffisante.
En effet, une autre condition complémentaire inattendue s'impose, qui concerne la suppression rapide de toute irrégularité affectant l'uniformité des écoulements de liquide à distiller, le long des parois des chambres d'évaporation. Cela, afin de conserver, en toute zone de chacune des parois de ces chambres, le rapport de coordination préétabli entre les débits massiques totaux DA et DL. A cet effet, les moyens à mettre en œuvre ont pour fonction de rapidement mettre un terme aux conséquences négatives des caractéristiques propres à tout garnissage hydrophile et ainsi de se rapprocher du garnissage parfait pris en compte pour la modélisation. Des travaux scientifiques récemment publiés ont démontré ce que l'on peut constater de visu, à savoir que la permanence de l'uniformité parfaite des écoulements d'un liquide, uniformément répandu en haut du garnissage hydrophile d'une paroi, est totalement impossible. En effet, du fait de l'hétérogénéité intrinsèque de la structure poreuse d'un garnissage hydrophile, des productions aléatoires de coulées plus ou moins importantes sont toujours possibles, qui détruisent l'uniformité recherchée. Ce qui entraîne une modification locale, parfois temporaire, du rapport préétabli entre les débits massiques d'air et de liquide concernés, qui se traduit par une modification locale des conditions d'évaporation de ce liquide et donc par une modification des températures de sortie de veines du courant d'air saturé montant dans les chambres d'évaporation.
On notera que la présence de moyens pour rapidement mettre fin à ces coulées aléatoires de liquide et ainsi rétablir la grande uniformité recherchée, permet deux types d'épandage: (a) débits identiques, en quelques emplacements équidistants, se répartissant d'une manière plus ou moins uniforme dans le garnissage hydrophile ou, de préférence, (b) débits initialement aussi uniformes que possible, tout le long des bords supérieurs des parois.
Avant de poursuivre, on va s'intéresser à l'intérêt des uniformités et des valeurs propres sensiblement identiques, en tous emplacements semblables, des paramètres de distillation. Le calcul et l'expérience ont montré que, pour obtenir un coefficient CoP élevé, avoir un tel état de choses pour le courant total d'air appliqué aux entrées des chambres d'évaporation et de condensation, puis pour les courants individuels, à sensiblement tous niveaux de ces chambres individuelles, est une nécessité absolue. Pour ce qui est du courant total à ces entrées, cela provient des prescriptions impé- ratives résultant de la modélisation mathématique d'un distillateur élémentaire parfait. Pour les courants individuels, cela résulte de l'explication finalement apportée à l'énigme constituée par la grande dispersion des températures des veines de courants d'air saturé, relevées en sortie des chambres d'évaporation et de condensation d'un précédent prototype de distillateur 3MW. De nouvelles modélisations ont permis d'établir l'importance fondamentale des valeurs respectives identiques des débits massiques et des températures de ces courants d'air individuels, en quantifiant les résultats négatifs de leur absence. A cet effet, un distillateur usuel élémentaire double a été étudié. Les résultats sont éloquents : tout déséquilibre de quelques pourcents entre les débits massiques des paires de courants d'air saturé montant et descendant entraîne, par une sorte de contagion, une chute de production de liquide distillé pouvant égaler de cinq à dix fois le pourcentage de déséquilibre. Et cette chute de production est d'autant plus grande que le CoP du distillateur élémentaire concerné est grand. Il en est de même pour les déséquilibres des températures des courants d'air et des écoulements de liquide dans les garnissages hydrophiles. La simultanéité habituelle de ces trois déséquilibres est bien évidemment désastreuse pour le CoP d'un distillateur réel.
Selon l'invention, un tel distillateur à courants d'air est en pratique caractérisé en ce que :
- une chambre basse d'admission d'air, est aménagée sous les chambres d'évaporation et elle est dotée d'une ouverture d'entrée, disposée pour admettre soit un courant d'air ambiant extérieur soit un courant d'air saturé à température basse extrême sortant, directement ou à travers une chambre de refroidissement, des chambres de condensation de l'appareil ; cette chambre basse étant adaptée à pratiquement stabiliser les écoulements du courant d'air total entrant à travers cette ouverture et, dans le cas d'un distillateur opérant en circuit fermé, à en uniformiser les températures ;
- le plafond de cette chambre basse comporte des alignements parallèles de fentes calibrées, adaptées à diviser ce courant total d'air et produire des courants d'air individuels à débits massiques identiques, pénétrant dans les différentes chambres individuelles d'évaporation; - une chambre haute d'admission d'air, dotée d'une ouverture de sortie, est installée juste au-dessus des chambres individuelles d'évaporation pour collecter et mélanger, en un courant total uniforme d'air saturé, les différents courants individuels d'air saturé sortant de ces chambres, à températures élevées T2 sensiblement identiques ;
- la source chaude spécifique est installée, soit dans la chambre haute d'admission d'air soit dans une chaudière appropriée ; des moyens de distribution, disposés entre cette source et les chambres individuelles de condensation, sont adaptés à diviser le courant total d'air saturé produit, en courants individuels, à débits massiques identiques, pénétrant dans ces chambres individuelles ;
- un ventilateur est installé soit dans l'ouverture d'entrée de la chambre basse soit dans l'ouverture de sortie de la chambre haute, pour faire circuler en circuit ouvert ou fermé, les courants totaux d'air saturé montant et descendant, avec un débit massique total d'air sec DA proportionnel au volume actif total V, formé par toutes les chambres d'évaporation et de condensation.
Le ventilateur installé dans l'ouverture d'entrée de la chambre basse d'admission, y injecte en écoulements turbulents un courant d'air total à température uniforme, à débit massique et pression appropriés. En circulant dans cette chambre basse, ce courant d'air total se stabilise considérable- ment puis, en en traversant le plafond à fentes, il subit de petites pertes de charge et se divise en un grand nombre de courants d'air individuels. Avec des chambres individuelles d'évaporation, adaptées à leur créer des pertes de charge identiques, ces courants individuels, à température uniforme, ont des débits massiques identiques. Mais cela provient d'abord du grand nombre de fentes calibrées identiques, aménagées dans ce plafond, qui interviennent à la fois en filtres efficaces des turbulences résiduelles du courant d'air injecté, du fait de la chute de pression (3 à 5 Pascals) qu'ils y subissent, et en répartiteurs réguliers de son débit massique total.
Lorsque de l'air ambiant est injecté entre les faces humides d'une chambre d'évaporation, il se sature immédiatement et sa température diminue fortement, pour devenir un peu supérieure à celle de l'air extérieur, qui serait mesurée par un thermomètre mouillé. Cela est particulièrement intéressant dans les déserts chauds et secs. Ensuite, ces courants d'air saturé individuels montent lentement (typiquement 30 à 40 cm/s) dans ces chambres individuelles d'évaporation optimisées et leur température s'y accroît progressivement. En arrivant dans la chambre haute d'admission, ces courants d'air saturé ont une température T2 élevée. En traversant la source chaude spécifique, un courant total d'air saturé à température haute extrême T1 est produit et, sans perturbations d'écoulement, véhiculé par un conduit distributeur approprié jusqu'aux ouvertures d'entrée des chambres de condensation. Du fait des chutes de pression identiques, relativement importantes (typiquement de 50 à 70 Pascals), à subir au cours des traversées de ces différentes chambres de condensation, ce courant total d'air saturé se divise en courants d'air individuels, à débits massiques et températures identiques, appliqués aux embouchures d'entrée des chambres individuelles optimisées de condensation.
A titre de variante, le ventilateur peut être installé dans l'ouverture de sortie de la chambre haute d'admission. Cette solution peut être équivalente à la précédente lorsque le circuit de circulation de ces courants d'air est fermé, mais elle a peu d'intérêt lorsque ce circuit est ouvert. En outre, du fait de la température (T2 ou T1) élevée des courants d'air concernés, cela imposerait l'emploi de ventilateurs appropriés plus chers, soit adaptés à ces courants d'air chaud saturé soit équipés de moteurs installés à l'extérieur de la chambre haute d'admission.
Selon l'invention, un tel distillateur à courants d'air est en outre caractérisé en ce que : - la partie haute de chaque plaque verticale, creuse ou pleine, séparant deux chambres d'évaporation, est une bande plane haute, à double garnissage hydrophile;
- une barre haute, formée par deux éléments allongés quasi symétriques solidarisés, dotés d'une suite de reliefs verticaux externes équidistants, est associée à chaque bande plane haute pour suspendre cette plaque verticale et pour correctement l'écarter de ses deux plaques contiguës, tout en aménageant des fentes calibrées de sortie pour les courants individuels d'air saturé montant entre ces plaques ;
- une gouttière d'épandage du liquide à distiller est aménagée entre les deux éléments de cette barre haute, cette gouttière ayant une section droite en forme de U, ce fond étant percé d'une fente calibrée, adaptée à légèrement enserrer la majeure partie d'une telle bande plane ; - au moins une cuvette d'alimentation, à section droite en forme de V, à fond percé de trous calibrés, est adaptée à uniformément répartir entre toutes les gouttières d'épandage, le débit total DL de liquide à distiller correspondant à la production journalière de liquide distillé; - des séries verticales de reliefs horizontaux, à pas constant, sont aménagés, avec des décalages relatifs d'un demi pas, sur les deux parois des chambres individuelles d'évaporation, pour arrêter puis étaler toute coulée irrégulière de liquide à distiller dans les garnissages hydrophiles de ces parois verticales, afin de rapidement retrouver une uniformité satisfaisante pour les écoulements locaux de ce liquide, de haut en bas de ces parois. Selon l'invention, un tel distillateur à courants d'air est en outre caractérisé en ce que :
- la partie basse de la plaque verticale, creuse ou pleine, bordant deux chambres d'évaporation, est une bande plane basse, à double garnissage hydrophile ;
- une barre basse, formée par deux éléments allongés quasi symétriques solidarisés, est adaptée à être suspendue à la bande plane basse de chaque plaque et à correctement écarter cette plaque de ses deux plaques contiguës;
- la juxtaposition de ces barres planes basses, séparées par leurs reliefs externes, constitue le plafond à fentes calibrées de la chambre basse d'admission d'air ;
- des gouttières longitudinales, à section droite en forme de U, sont aménagées dans ces barres basses et elles sont adaptées à coopérer avec les bandes planes basses des plaques, pour collecter sans déborder le liquide concentré gouttant de ces bandes ;
- ces gouttières de collecte débouchent dans un collecteur général, relié à un tuyau d'évacuation du liquide concentré.
Selon l'invention, un tel distillateur à courants d'air est de plus caractérisé en ce que :
- chaque gouttière d'épandage, aménagée dans une barre haute, est constituée par deux éléments allongés, moulés séparément, dotés (a) d'ergots creux pour l'un et de tenons pour l'autre, afin de constituer des boutons-pression permettant de les solidariser, ces ergots coopérant avec des trous pratiqués dans la bande plane haute d'une plaque, afin de suspendre cette plaque, (b) d'une ligne de reliefs horizontaux équidistants pour pincer le garnissage hydrophile et créer un léger frein à l'écoulement de liquide, (c) d'extrémités saillantes pour suspendre la plaque et (d) de reliefs verticaux exter- nés d'écartement;
- chaque gouttière de collecte, aménagée dans une barre plane basse, est constituée par deux éléments allongés, moulés séparément, dotés de reliefs externes d'écartement ainsi que d'ergots creux pour l'un et de tenons pour l'autre, afin de constituer des boutons-pression permettant de les solidariser, ces ergots coopérant avec des trous pratiqués dans la bande plane basse d'une plaque, pour porter cette gouttière.
Tout d'abord, grâce aux boutons-pression des éléments moulés des barres haute et basse, l'assemblage d'une plaque, creuse ou pleine, et de ses gouttières d'épandage et de collecte de liquides, est chose aisée. Il en est de même de sa suspension sur des tasseaux. Puis, grâce aux gouttières d'épandage et à leur cuvette d'alimentation appropriée (section droite en U à hautes branches et fond épais, percé de canaux à diamètre et longueur calibrés), on peut tout de suite obtenir une bonne uniformité d'étalement du liquide à distiller chaud le long de chacun des bords supérieurs des garnissages hydrophiles des parois des chambres d'évaporation. Et cela, avec des valeurs du débit total DL notablement différentes, puisque le niveau de liquide dans la cuvette profonde d'alimentation peut évoluer sans déborder, pour compenser les chutes de pression dans les canaux calibrés, lesquelles chutes sont proportionnelles au carré du débit DL. Ensuite, ce liquide descend lentement, par gravité et capillarité, à une vitesse uniforme (typiquement 5 à 10 mm/s), déterminée par le débit répandu sur chaque paroi et par l'épaisseur de son garnissage hydrophile. Les séries verticales à pas constant (3 cm) de petits reliefs horizontaux (1 mm), aménagés entre les cloisons séparant les chambres individuelles optimisées d'évaporation, encadrent les écoulements de ce liquide en bloquant puis en étalant toute coulée locale irrégulière, aléatoire ou non, qui modifie l'uniformité des écoulements de liquide. Finalement, dans un distillateur à courants d'air produisant de l'eau douce, la saumure élaborée de haut en bas des garnissages hydrophiles des parois des cham- bres d'évaporation est amenée à couler goutte à goutte et sans éclaboussure dans des gouttières individuelles de collecte, à profondeur appropriée, suspendues à ces parois.
Selon une première forme de réalisation d'un tel distillateur à courants d'air perfectionné:
- la source chaude spécifique, produisant un courant total d'air saturé à température haute extrême T1 est constituée dans la chambre haute d'admission d'air et elle comprend des moyens adaptés à émettre des jets de vapeur, à pression basse et débit appropriés, et à uniformément diffuser cette vapeur dans l'ensemble des veines de courants d'air saturé à température élevée T2, sortant des chambres individuelles d'évaporation ;
- la source chaude spécifique est alimentée soit par un générateur de vapeur d'eau ou par de la vapeur d'eau non polluée, habituellement rejetée, produite dans une installation industrielle soit constituée par le liquide à distiller très chaud contenu dans les gouttières d'épandage;
- une enceinte de condensation de vapeur et de préchauffage de liquide, à entrée haute et sortie basse, renferme un échangeur thermique en polymère, à entrée basse et sortie haute, formé par un ou plusieurs empilements de plaquettes creuses verticales ;
- cette enceinte est adaptée à être traversée de haut en bas par au moins une partie du courant d'air saturé à température T1 et cet échangeur thermique, adapté à être traversé de bas en haut par le liquide à distiller froid entrant dans l'appareil ;
- le liquide à distiller préchauffé, produit par cet échangeur thermique, est déversé dans la cuvette d'alimentation des gouttières d'épandage ;
- le liquide distillé, condensé sur les faces externes des plaquettes creuses, est récupéré. Dans le cas d'un groupe de distillateurs à très haute capacité totale (dizaines de milliers de m3/jour), la vapeur de la source chaude spécifique pourra être fournie par un seul générateur de vapeur, de préférence alimenté en eau distillée tiède produite par l'un de ces distillateurs, Dans certaines industries, de la vapeur d'eau non polluée est produite et cependant traitée comme un effluent à évacuer. Dans ce cas, il peut être intéressant, pour réaliser des distillateurs devant produire de l'eau de bonne pureté à bon marché, de récupérer cette vapeur pour alimenter le distillateur. Et, si les courants d'air y circulent en circuit fermé, cette eau aura une pureté élevée, malgré la présence de polluants dans l'air ambiant.
Selon une seconde forme de réalisation d'un tel distillateur à courants d'air perfectionné ;
- la source chaude spécifique est incorporée à une chaudière appropriée, adaptée, d'une part, à recevoir le courant total d'air saturé, fourni par la chambre haute d'admission d'air, et du liquide à distiller préchauffé, et, d'autre part, à produire (a) un courant total d'air saturé, à température haute extrême T1 optimale ou satisfaisante, destiné aux chambres de condensation et (b) du liquide à distiller très chaud, destiné à la cuvette d'alimentation des gouttières d'épandage;
- une enceinte de condensation de vapeur et de préchauffage de liquide, à entrée haute et sortie basse, renferme un échangeur thermique en polymère, à entrée basse et sortie haute, formé par un ou plusieurs empilements de plaquettes creuses verticales ; - cette enceinte est adaptée à être traversée de haut en bas par au moins une partie du courant total d'air saturé à température T1 et cet échangeur thermique, adapté à être traversé de bas en haut par le liquide à distiller froid entrant dans l'appareil ;
- le liquide à distiller préchauffé, produit par cet échangeur thermique, est en totalité ou en partie dirigé vers l'entrée de la chaudière, l'autre partie étant, le cas échéant, déversé dans la cuvette d'alimen- tation des gouttières d'épandage ;
- le liquide distillé, condensé sur les faces externes des plaquettes creuses de ces échangeurs, est récupéré en sortie de l'enceinte ;
- la chaudière appropriée comporte un compartiment d'entrée pour le courant d'air et un contenant creux ou hydrophile, doté d'une surface libre et d'une entrée pour le liquide à distiller préchauffé ; - une source de chaleur primaire coopère avec cette chaudière appropriée pour que le liquide à distiller, présent dans le contenant, puisse être chauffé directement ou par l'intermédiaire d'un échangeur thermique et d'un liquide caloporteur;
- le compartiment d'entrée de la chaudière comporte une paroi interne plane perforée, installée parallèle à la surface libre du liquide présent dans le contenant, et, à partir du courant total d'air saturé entrant dans ce compartiment, cette paroi perforée est aménagée pour produire un grand nombre de jets d'air, adaptés à venir fortement frapper la surface libre du liquide et ainsi très efficacement produire, en sortie de la chaudière, un courant total d'air saturé à température haute extrême T1. Selon une forme de réalisation particulière,
- cette chaudière appropriée comporte une cuve à déversoir, disposée au-dessous du compartiment d'entrée d'air ;
- la chambre haute d'admission d'air possède des parois obliques convergeant vers une ouverture pratiquée dans la partie centrale de la paroi plane perforée du compartiment d'entrée;
- cette chambre haute partage cette cuve en deux bacs communicants ; - dans au moins l'un de ces deux bacs, est installé une source de chaleur, notamment une chaufferette électrique ou un échangeur thermique, à plaquettes creuses en polymère, destiné à être alimenté par un fluide caloporteur ; - un tuyau, raccordé à la sortie de l'échangeur thermique de l'enceinte de condensation de vapeur et de préchauffage de liquide, fournit du liquide à distiller préchauffé à l'un de ces deux bacs ;
- les perforations pratiquées dans la paroi plane du compartiment d'entrée d'air sont des lignes parallèles de fentes allongées, équipées de buses d'injection d'air, à section droite en forme de V à fond percé, adaptées à produire des jets d'air rectilignes, perpendiculaires au niveau du liquide ; - une sortie, pour le courant d'air saturé produit par la chaudière, est aménagée au-dessus d'au moins l'un des deux bacs ;
- un réceptacle, associé au déversoir de la cuve, comporte une ouverture raccordée, par un tuyau, à la cuvette d'alimentation des gouttières d'épandage.
Grâce aux différentes formes possibles de réalisation des sources chaudes spécifiques, il est aisé de construire un distillateur à courants d'air perfectionné pouvant fonctionner avec de nombreuses sources de chaleur primaire, intervenant directement ou à travers un fluide caloporteur. Parmi ces sources à chauffage direct, on a l'électricité, les chaudières standard et une chaudière solaire spécifique. Dans une chaudière solaire spécifique, le contenant du liquide à distiller est une nappe hydrophile (notamment un non-tissé de cellulose) comportant une surface plane, sur laquelle est appliquée une autre nappe, imperméable et noire, le tout monté sur un cadre rigide, installé incliné dans une serre à pression ambiante. Parmi les sources de chaleur primaire faisant appel à un liquide caloporteur, on a de nombreuses sources quasi-gratuites, telles que celles constituées par un échangeur thermique alimenté par un effluent pollué, liquide ou gazeux, très chaud (> 900C), un moteur thermique, un chauffe-eau solaire standard ou un ensemble de capteurs solaires sous vide. Grâce aux lignes de jets d'air à pression appropriée, sortant des buses équipant les perforations de la paroi du compartiment d'entrée de la chaudière appropriée, qui viennent frapper la surface libre du liquide très chaud, le couplage thermique entre ce liquide et le courant d'air saturé, à surchauffer et à saturer, est maximisé et très supérieur à celui produit par un courant d'air balayant simplement la surface du liquide. Ce qui permet de typiquement réduire de 5 à 10 fois la surface libre du liquide et l'encombrement du contenant de la chaudière et, en pratique, d'aisément maintenir la température du liquide, en dessous de l'ébullition.
Selon l'invention, un distillateur à courants d'air, possédant une architecture nouvelle à plaques pleines, est caractérisé en ce que : - une enceinte d'évaporation renferme un ensemble de plaques pleines en polymère, aménagées pour constituer les parois de chambres individuelles optimisées d'évaporation ;
- ces plaques pleines sont pourvues de garnissages hydrophiles et de reliefs horizontaux pour y uniformiser les écoulements de liquide, de barres hautes et basses de suspension et d'écartement calibré, ainsi que de gouttières d'épandage et de collecte des liquides concernés, aménagées dans ces barres;
- une enceinte de condensation de vapeur et de chauffage du liquide à distiller froid, renferme un échangeur thermique à plaquettes creuses verticales ; cette enceinte est traversée de haut en bas par le courant total d'air saturé à température haute extrême et cet échangeur thermique, traversé de bas en haut par le liquide froid à distiller.
Grâce à ces dispositions, un tel distillateur à plaques pleines peut être réalisé avec un CoP maximal a priori élevé, bien que la modélisation effectuée ne concerne directement que le distillateur à plaques creuses décrit plus loin. En effet, si la plupart des prescriptions découlant de cette modélisation s'appliquent à ces deux types de distillateurs, celles concernant les températures hautes des courants d'air saturé et des liquides ne concernent que les distillateurs à plaques creuses mais pas ceux à plaques pleines. En conséquence, la température du liquide distribué aux gouttières d'épandage d'un distillateur à plaques pleines, sera avantageusement très élevée mais non bouillante (1000C, par exemple pour l'eau de mer qui bout à 100,50C). Dans l'enceinte d'évaporation de ce distillateur, toutes les conditions d'uniformité des températures et des débits, exprimées ci-dessus, sont réalisées dans les chambres individuelles d'évaporation. En effet, ces chambres étroites sont traversées par des courants d'air verticaux individuels à débits massiques et températures localement identiques. Une situation comparable peut être aménagée dans l'enceinte de condensation de ce distillateur, puisque dans cette enceinte, le courant d'air saturé et le liquide à distiller circulent, en sens verticaux opposés, avec, pour ces deux fluides, des densités hautes en bas et des densités basses en haut. Dans ces conditions, pour maximiser l'efficacité de cette enceinte de condensation, il est relativement aisé d'utiliser des moyens de régulation complémentaires, semblables aux précédents, pour que des isothermes horizontales apparaissent dans les courants d'air et de liquide. De plus, l'équilibre des répartitions du liquide à distiller chaud, en haut des garnissages hydrophiles des plaques pleines, entraîne une uniformité initiale identique plus ou moins prolongée des écoulements de ce liquide le long des parois des chambres individuelles d'évaporation. Ensuite, dans l'ensemble de ces chambres individuelles étroites, au moins l'une d'entre elles, à un moment donné, voit inévitablement se produire une coulée aléatoire de liquide, engendrée par la structure hétérogène de ces garnissages. Chaque coulée irrégulière reste emprisonnée dans une chambre individuelle étroite et rencontre un petit obstacle horizontal (typiquement 1 mm) le long duquel elle s'étale puis déborde pour participer à un nouvel écoulement uniforme. En conséquence, les perturbations d'évaporation normalement provoquées par une coulée irrégulière particulière sont limitées à l'espace limité (typiquement 3 cm) séparant deux échelons de la chambre étroite concernée. Une telle coulée brève a de la sorte des effets pratiquement nuls sur les températures des veines du courant d'air saturé montant dans une chambre individuelle d'évaporation et donc sur la dispersion de ces températures en sortie de l'ensemble de ces chambres. Dans ces conditions, le CoP global des chambres d'évaporation et de tout le distillateur est peu affecté par une telle coulée irrégulière. Par ailleurs, ce type de distillateur à plaques pleines est remarquable en ce qu'il fait usage de composants bon marché aisément disponibles. La fabrication industrielle de plaques pleines en polymère (polypropylène ou autre) mince (0,5 mm), à double garnissage hydrophile est aisée par flocage électrostatique de fines fibres hydrophiles très courtes (< 0,5 mm) ou par collage de non-tissé de cellulose. Ces plaques pleines seront de préférence thermoformées pour comporter sur leurs deux faces des lignes alternées des deux sortes de reliefs verticaux et horizontaux, tout en conservant des bandes planes en haut et en bas. Elles pourront également être totalement planes et être séparées par des intercalaires appropriés, faits d'éléments moulés assemblés, aménagés pour réaliser un écartement entre plaques, de 8 mm par exemple. Ces plaques pleines pourront avoir une hauteur et une largeur de quelques mètres.
Quant aux échangeurs thermiques, à plaquettes creuses en polymère, installés dans l'enceinte de condensation, ils auront typiquement une largeur limitée à environ 20 cm, une épaisseur interne et un écart entre plaquettes d'environ 6 mm ainsi qu'une hauteur de 50 cm environ. En pratique, ces échangeurs thermiques en polymère seront des empilements de plaquettes creuses, à parois gaufrées. Ces échangeurs seront notamment de l'un des types décrits dans l'un des brevets européens EP 1 579 163 ou EP 2 032 928, de la société « Technologies de l'Echange Thermique »
Selon l'invention, un distillateur perfectionné à courants d'air, à architecture usuelle à plaques creuses, est caractérisé en ce que : - une enceinte de distillation renferme un ensemble de plaques creuses en polymère juxtaposées, aménagées pour comporter des canaux internes et externes, constituant les chambres individuelles optimisées d'évaporation et de condensation ;
- ces plaques creuses sont pourvues de garnissages hydrophiles et de reliefs horizontaux pour y uniformiser les écoulements de liquide, de barres hautes et basses de suspension et d'écartement calibré, ainsi que de gouttières d'épandage et de collecte des liquides concernés, aménagées dans ces barres;
- les extrémités des canaux internes verticaux de chaque plaque creuse sont respectivement raccordées à deux ensembles de conduits horizontaux superposés, constituant deux zones en triangles rectangles allongés, installées au-dessus et au-dessous d'un zone centrale en parallélogramme, constituée par ces canaux internes ;
- les deux empilements des ouvertures de ces conduits horizontaux, hauts et bas, ont même hauteur et ils constituent les embouchures latérales, amont et aval, diagonalement opposées d'une plaque creuse;
- les conduits hauts sont notablement plus larges que les conduits bas, afin que soient identiques les pertes de charge totales des courants individuels d'air saturé, entrant chauds dans une plaque creuse et en en sortant refroidis;
- deux paires de flancs, hauts et bas, incorporant les barres haute et basse d'une plaque creuse, sont accrochées aux deux zones triangulaires de cette plaque, pour constituer, au-dessous les barres hautes et au-dessus des barres basses, deux paires de paravents hauts et bas recouvrant ces deux zones pour protéger leurs garnissages hydrophiles humides des courants d'air montants ;
- ces deux paires de flancs ont des lignes de reliefs externes verticaux équidistants, prolongeant les lignes de reliefs externes jointifs bordant les canaux externes des plaques creuses ; l'épaisseur des reliefs des flancs hauts est notablement plus grande que celle des flancs bas, afin que soient identiques les pertes de charge totales des courants individuels d'air saturé, circulant de bas en haut dans ces canaux externes et le long de ces flancs hauts et bas ;
- les flancs bas comportent une extension latérale, aménageant un déversoir saillant, pour amener le liquide distillé produit à s'écouler dans un collecteur d'évacuation, et des ouvertures entre les bords jointifs de cette extension, pour les courants d'air saturé refroidis sortant de la plaque creuse ;
- un conduit distributeur est adapté à recevoir la majeure partie du courant total d'air saturé produit par la source chaude spécifique et à injecter cette majeure partie, en courants individuels, à débits massiques identiques, dans les ouvertures d'entrée calibrées des conduits horizontaux des zones triangulai- res hautes des plaques creuses ;
- une enceinte auxiliaire, de condensation complémentaire de vapeur et de préchauffage du liquide à distiller, renferme un échangeur thermique à plaquettes creuses verticales ; cette enceinte est traversée de haut en bas par l'autre partie du courant total d'air saturé à température haute extrême et cet échangeur thermique, traversé de bas en haut par le liquide à distiller. Selon des caractéristiques complémentaires des précédentes,
- une chambre de refroidissement d'air, semblable à l'enceinte auxiliaire, est aménagée en aval des embouchures de sortie des plaques creuses;
- les plaquettes creuses de cet échangeur sont adaptées à être traversées de bas en haut par le liquide à distiller froid entrant dans l'appareil et à être balayées de haut en bas par les courants d'air saturé sortant des plaques creuses de l'enceinte de distillation et des plaquettes creuses de l'enceinte auxiliaire ; le liquide condensé sur les faces externes des plaquettes creuses de cet échangeur thermique est récupéré ;
- les deux échangeurs thermiques concernés sont montés en série pour progressivement amener le liquide à distiller entrant dans le distillateur, à la température appropriée du liquide destiné aux moyens d'épandage ;
- l'ouverture d'entrée de la chambre basse d'admission d'air et l'ouverture de sortie de la chambre de refroidissement d'air débouchent, soit l'une sur l'autre, soit toutes deux, sur l'extérieur.
Grâce à la combinaison de l'ensemble des dispositions nouvelles précédentes, les courants d'air saturé montants et descendants, qui entrent et circulent dans les nombreuses chambres indivi- duelles d'évaporation et de condensation de l'enceinte de distillation, le font avec des températures et des débits massiques sensiblement identiques, à quasiment tout emplacement semblable. Il en est de même des écoulements de liquide dans les garnissages hydrophiles des plaques creuses. Et chaque distillateur peut opérer avec des paramètres de distillation sensiblement identiques à tout emplacement semblable, en conformité avec les prescriptions résultant de la modélisation d'un distillateur élémentaire parfait, c'est-à-dire avec efficacité et un CoP maximal élevé. Ce fort CoP vaut également pour l'enceinte auxiliaire de condensation complémentaire et de préchauffage de liquide et pour la chambre de refroidissement du courant total d'air circulant dans l'appareil, lequel est ainsi amené à une température minimale extrême. Ce courant total sera directement évacué vers l'extérieur, lorsque le circuit de circulation des courants d'air dans le distillateur est de type ouvert. Au contraire, ce courant total d'air sera directement réinjecté dans la chambre basse d'admission d'air, lorsque ce circuit est de type fermé. Cette dernière solution sera notamment adoptée lorsque le distillateur devra produire de l'eau distillée pure, non affectée par les polluants inévitables de l'air ambiant. Avant de poursuivre, on notera la fonction capitale qu'ont les ensembles de conduits horizontaux plats, à hauteur identique limitée (15 mm), assemblés dans deux zones en triangles rectangles, en amont et en aval du groupe, en forme de parallélogramme, constitué par les canaux internes verticaux plats, relativement larges (5 cm), opérant en chambres individuelles de condensation. En effet, dans les zones triangulaires amont des plaques creuses, une surpression statique de 50 à 100 Pascals fait circuler le courant d'air total avec une vitesse d'environ 4 m/s, en y créant une pression dynamique de 9 Pascals environ. Ensuite, dans les canaux verticaux, cette vitesse devient plusieurs fois inférieure. Dans ces conditions, en l'absence de ces conduits horizontaux, les bords verticaux décalés des premiers canaux verticaux opéreraient en déflecteurs peu efficaces, qui amèneraient ces premiers canaux à ne récupérer que des débits d'air très inférieurs aux débits uniformes recherchés. En effet, 80% environ du débit total d'air serait alors collecté par le dernier canal vertical, son bord arrière constituant une butée pour la pression dynamique. Ce déséquilibre majeur, désastreux pour le CoP, est supprimé par la présence dans les deux zones triangulaires des plaques creuses de conduits horizontaux hauts et bas, selon l'invention.
Pour ce qui concerne les épaisseurs différentes de ces conduits horizontaux hauts et bas, d'une part, et des lignes de reliefs externes des flancs hauts et bas, d'autre part, on notera que le calcul permet de déterminer le rapport devant exister entre ces épaisseurs. Dans le cas présent de courants d'air saturé, circulant en écoulements laminaires, ce rapport dépend uniquement des températures initiales et finales des courants d'air saturé concernés. Avec les températures optimales de ces courants d'air saturé, le rapport concerné est de 1 ,4. En conséquence, si l'épaisseur des reliefs externes des flancs bas est de 0,5 mm (deux gouttières de collecte sont alors écartées de 1 mm), l'épaisseur des reliefs externes des flancs hauts de ces plaques sera de 0,7 mm (deux gouttières d'épandage sont alors écartées de 1 ,4 mm). De même, si la largeur des conduits horizontaux bas est de 3 mm, la largeur des conduits horizontaux hauts sera de 4,2 mm.
Les parois, à reliefs verticaux et horizontaux, des plaques creuses de ce distillateur seront réalisées par thermoformage de feuilles de polymère puis ces parois sont assemblées par soudure ou collage de leurs bords et de certains de ces reliefs.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'une manière plus précise, à la suite des descriptions ci-après, faites en référence aux dessins annexés dans lesquels, - la figure 1 représente la vue de face d'une plaque creuse nouvelle ;
- les quatre figures 2 a, b, c d, représentent les vues des faces internes et externes de la paire de flancs hauts associés à des plaques creuses pour distillateur ; - les quatre figures 3 a, b, c d, représentent les vues des faces internes et externes de la paire de flancs bas associés à des plaques creuses pour distillateur.
- la figure 4 représente un module de distillation à plaques creuses ;
- la figure 5 représente un module de distillation à plaques pleines.
Selon la figure 1 , est représentée verticale une plaque creuse nouvelle typique 10, destinée à être incorporée, à quelques dizaines d'exemplaires, à l'enceinte de distillation d'un distillateur à courants d'air reproduisant le cycle naturel de l'eau. Cette plaque creuse 10 est rectangulaire et comporte une zone centrale 12 en forme de parallélogramme et deux zones d'extrémité 14 et 16 en forme de triangles rectangles. La plaque creuse 10 a typiquement une hauteur de 120 cm, une largeur de 70 cm et une épaisseur hors tout (c'est-à-dire un pas d'empilage) de 7,5 mm. Ses parois sont en polypropylène ou en tout polymère à bonne tenue mécanique à la température maximale de l'enceinte. Ces parois ont une épaisseur typique de 0,25 mm, elles sont thermoformées quasi symétriques et, par ailleurs, pourvues d'un garnissage hydrophile (non représenté), épais de 0,5 mm, notamment réalisé par flocage électrostatique de fines fibres hydrophiles courtes (< 0,5 mm). La zone centrale 12 comprend douze canaux internes plats verticaux 18i-i2, épais de 3 mm, larges de 5 cm, hauts de 90 cm, et deux bords latéraux 20-21 soudés ou collés, hauts de 90 cm et larges de 10 mm. Ces douze canaux internes 18i-i2 sont séparés par onze groupes 22^1 de reliefs verticaux, internes et externes, chaque groupe ayant 6 mm de large. La loupe 1 1 fait voir le profil d'une coupe transversale, au niveau du groupe 22^ de deux plaques creuses 10 juxtaposées serrées. Dans cette loupe 1 1 , entre les extrémités de deux paires de canaux internes 18i et 182, et d'une paire de canaux externes 24-ι et 242, on voit deux paires de reliefs internes symétriques jointifs 13i et 132, étroits (1 mm au fond), à bords pentus 15ia-b et 152a-b, qui entourent une paire de reliefs externes symétriques 17 et 19, à bords carrés, large de 3 mm et haut de 4,25 mm. Les paires de reliefs internes symétriques 13i et 132 sont de préférence collés ou soudés ensemble, pour maxi- miser la stabilité de la géométrie de la plaque creuse 10. De la sorte, les reliefs externes 17 et 19 forment de longs corps creux souples, destinés à être mis en contact serré avec des corps creux semblables appartenant aux deux plaques creuses contiguës.
Les zones triangulaires 14-16 de la plaque creuse 10 sont constituées par deux ensembles haut et bas de douze conduits horizontaux superposés 26i_i2 et 28i_i2, tous hauts de 16 mm, respec- tivement aboutés aux deux extrémités des douze canaux internes verticaux 18. La largeur des conduits hauts 26 est de 4,2 mm et celle des conduits bas 28, de 3 mm. Les extrémités libres de ces conduits superposés 26-28 forment deux empilements, hauts de 20 cm, constituant des embouchures latérales, amont 30 et aval 32, pour la plaque creuse 10. Dans ces deux zones 14-16, onze cloisons épaisses de 2 mm, formées par des paires jointives de reliefs internes horizontaux à flancs droits, tels 34n et 36n, assurent les séparations entre les conduits 26-28. Ces paires de reliefs 34 et 36 sont aménagées sur les deux parois de la plaque creuse 10, avec des longueurs croissantes en 14 et décroissantes en 16. La loupe 33 montre les flancs droits 35-37 du relief interne horizontal 36 reliés aux flancs pentus des deux reliefs internes 13i et 132. Ces flancs droits 35-37 entourent et débordent l'extrémité basse du relief externe 17 des groupes de reliefs verticaux 22. La zone comprise dans la loupe 33 est représentative des deux faces de la plaque 10 : elle comporte en grisé un garnissage hydrophile 39, réalisé par flocage électrostatique de fibres hydrophiles.
La zone centrale 12 de la plaque creuse 10 comporte, entre deux groupes de reliefs verticaux 22, et entre les bords latéraux de cette plaque 10 et le premier et le dernier relief 22, des séries verticales de petits reliefs horizontaux 38, hauts et larges de 1 mm, à pas constants de 3 cm, décalées d'un demi pas d'une série à l'autre. De la sorte, les séries de reliefs horizontaux 38 de deux plaques creuses contiguës sont intercalées et ne modifient guère les écoulements d'air saturé dans les espaces de séparation des plaques creuses 10. Ces reliefs horizontaux sont des barreaux destinés à bloquer puis étaler tout écoulement irrégulier, notamment aléatoire, du liquide à distiller descendant par gravité et capillarité dans les garnissages hydrophiles de chaque plaque creuse 10.
Les parties haute et basse de chaque plaque creuse 10 sont deux bandes planes 40 et 42 comportant respectivement deux rangées de douze trous 441-12 et 46i-i2, les trous 44 permettant de suspendre la plaque 10 et les trous 46, de suspendre un dispositif associé décrit plus loin. Quant aux oreillettes 48-50, ce sont des butées pour le liquide à distiller répandu sur la bande plane 40. En outre, pour compléter cette fonction de blocage de fuites de liquide à distiller répandu, les parties externes de ces oreillettes 48-50 prolongent les bords latéraux 20-21 de la plaque 10 et elles sont, comme ces deux bords, dépourvues de garnissage hydrophile 39,
Les couples de figures 2a-2b et 2c-2d représentent les vues externes et internes de deux flancs hauts 52-54, sensiblement triangulaires, ayant 0,5 mm d'épaisseur minimale, associés à une plaque creuse de distillation 10 selon l'invention. Les bords supérieurs de ces flancs hauts ont des extrémités saillantes 56-58 et 60-62, destinées à être mises en appui sur des tasseaux aménagés dans le boîtier calorifuge d'une enceinte de distillation (représentée plus loin). Les bords supérieurs de ces deux flancs hauts 52-54 comportent trois petites découpes 64-66, destinées à servir au calage d'une cuvette d'alimentation en eau du garnissage de la plaque. Sur le côté vertical de ces deux flancs hauts, apparaissent sur les figures 2a-2c les faces de douze petites languettes d'accrochage 68-70 et, sur les figures 2b-2d, les dos de ces languettes, lesquelles sont adaptées à être engagées des deux côtés de chacune des ouvertures des douze conduits horizontaux 26 de la zone triangulaire haute 14, pour fixer ces deux flancs 52-54 sur la plaque 10.
Les figures 2a et 2c représentent les vues externes des deux flancs hauts 52-54. Sur chacune de ces vues, apparaissent vingt trois reliefs verticaux équidistants 12-1 A, onze de ces reliefs étant alignés sur les onze cloisons externes équidistantes 17 ou 19 de la plaque creuse. Ces reliefs 72-74 ont 3 mm de large 1 ,05 mm de haut, de sorte que, disposés jointifs entre deux plaques contiguës, ils aménagent vingt quatre couloirs plats, tels 73-75 superposés, ayant 25 mm de large, 2,1 mm d'épaisseur et des longueurs différentes, en fonction de leur rang. Les figures 2b et 2d représentent les vues internes de ces deux flancs 52-54. Sur ces vues, apparaissent les deux éléments 76-78 d'une barre haute 55 de suspension et d'écartement, aménagés pour former, après assemblage, les bords d'une gouttière d'épandage 80, dotée de demies branches verticales 82a-b et 84a-b, de douze ergots creux 86 (en 2b) et de douze tenons creux à parois souples 88 (en 2c et 2d). La bande plane haute 40 de la plaque creuse 10 sera suspendue aux douze ergots 86 par ses douze trous 44, puis les douze tenons 88 seront engagés dans les creux de ces ergots 86 pour constituer douze boutons- pression sécurisant cette suspension. Sur les figures 2b-2d, les parties basses 90-92 des deux éléments 76-78 de la barre haute 55, comportent de petites entailles à bords jointifs formant le fond percé relativement épais (typiquement 3 mm) de la gouttière d'épandage 80. Les bords de ces entailles enserrent la bande plane haute 40 à double garnissage hydrophile de la plaque creuse 10.
Sur les figures 2b-2d, apparaissent onze lignes de pointillés 94 et 96, au pas de 1 cm, corres- pondant aux onze reliefs internes 34 de la zone triangulaire haute 14 de la plaque creuse 10. Ces pointillés sont des ergots tronconiques hauts de 2,7 mm, à base et sommet de 2 et 1 mm, engagés dans les creux externes, profonds de 2 mm, de ces onze reliefs internes 34. De la sorte, un espace de 0,6 mm environ est aménagé entre la paroi nue de la zone triangulaire 14 et la face interne des flancs hauts 52-54, pour permettre au liquide à distiller chaud de descendre sans entrave dans le garnis- sage hydrophile 39. Ces flancs hauts 52-54 constituent tout d'abord des paravents hauts 53a et 53b pour ces garnissages humides, les protégeant de tout refroidissement dû aux courants d'air saturé moins chauds montant dans les canaux externes des plaques creuses.
Les couples de figures 3a-3b et 3c-3d représentent les vues externes et internes des deux flancs bas quasi symétriques 100-102, sensiblement triangulaires, associés à une plaque creuse de distillation 10. Ces flancs bas 100-102 sont adaptés à être montés jointifs, accrochés la zone triangulaire basse 16 d'une plaque creuse 10 selon l'invention et suspendus à la bande plane 42 de cette zone. Ces flancs bas 100-102 ont chacun une extension latérale 104-106, comportant (a) des bords 108-1 10 à reliefs jointifs 112-1 14, adaptés à aménager des ouvertures pour l'air refroidi, sortant des plaques creuses d'une enceinte de distillation (représentée plus loin), et (b) au pied de ces bords 108-110, les parois 1 16-1 18 d'un déversoir à bec verseur 120-122, pour le liquide distillé, condensé à l'intérieur de ces plaques creuses. Sur le côté vertical de ces deux flancs bas 100-102, apparaissent sur les figures 3a-3c les faces de douze petites languettes d'accrochage 124-126 et, sur les figures 3b-3d, les dos de ces languettes, lesquelles sont adaptées à être engagées des deux côtés de chacune des ouvertures des douze conduits horizontaux 28 de la zone triangulaire basse 16, pour fixer ces deux flancs 100-102 sur la plaque 10.
Les figures 3a et 3c représentent les vues externes des deux flancs 100-102. Sur chacune de ces vues, apparaissent vingt trois lignes de reliefs verticaux équidistants 128-130 ayant la même configuration et la même fonction que les lignes de reliefs 12-1 A des figures 2a-2c. Ces lignes de reliefs ont 0,75 mm de haut et assemblés jointifs, ils aménagent entre deux plaques, vingt quatre couloirs plats, tel 129, ayant 25 mm de long et 1 ,5 mm de large. Les figures 3b et 3d représentent les vues internes de ces deux flancs 100-102. Sur ces vues, apparaissent les deux éléments d'une barre basse 103 d'écartement de plaque, aménagés pour former, après assemblage, les bords 132-134 d'une gouttière de collecte de saumure 136, à fond transversal 138 et déversoir 140 ainsi que douze ergots creux 142 (en 3b) et douze tenons creux 144 (en 3c et 3d). Un tenon allongé 133 coopère avec une mortaise allongée 135, pour assurer l'étanchéité du fond de la gouttière de collecte de saumure 136. A la bande plane basse 42 de la plaque creuse 10, les flancs 100-102 seront suspendus par leurs douze ergots 142, engagés dans les douze trous 46 de cette bande plane 42, puis les douze tenons 144 seront engagés dans les creux de ces ergots 142 pour constituer douze boutons-pression sécurisant cette suspension. Sur les figures 3b-3d, apparaissent onze lignes de pointillés tronconiques 146 et 148, ayant la même configuration et la même fonction que les lignes 94-96 des figures 2b-2d, leur hauteur étant de 3,4 mm et l'épaisseur du passage entre la paroi nue de la zone triangulaire 16 et les deux flancs bas est de 1 ,3 mm. Le pas des barres hautes et basses des plaques creuses est nécessairement constant, 8,5 mm dans le cas présent. Les parties supérieures des flancs bas 100- 102 constituent des paravents 101 a et 101 b pour les garnissages humides de la zone 16 en triangle, les protégeant des courants d'air saturé à température basse initiale, montant dans les canaux externes des plaques creuses
Grâce à l'ensemble de ces dispositions, dans toute enceinte de distillation, incorporant de telles plaques creuses nouvelles associées à leurs paires de flancs hauts et bas, les courants d'air saturé circulent dans des conditions optimales, c'est-à-dire sensiblement identiques pour ce qui concerne les débits massiques et les températures des courants d'air et des écoulements de liquides, à tous niveaux semblables des canaux externes et internes des plaques creuses. Ce qui permet de maximiser le CoP de cette enceinte de distillation et donc de maximiser la production d'eau distillée.
La figure 4 représente en A, une vue de face d'un module 150 de distillation d'eau, à plaques creuses, en B, une vue en coupe longitudinale de l'enveloppe de ce module et en C, une vue de dessus. Le module 150 est représenté sans son indispensable revêtement isolant (typiquement épais de 10 cm) ; il est enfermé dans une enveloppe rigide en polymère (représentée transparente) 152, haute de 230 cm, comportant un socle creux 154 et un pied 155. L'enveloppe 152 comporte trois parties démontables superposées, attachées sans fuites (par des moyens non représentés), et elle renferme : (a) en bas, une chambre basse 156 d'admission de l'air, à quatre côtés et un fond, haute de 30 cm, et, latéralement, un échangeur thermique 158 de refroidissement de l'air avant évacuation, (b) au centre, un boîtier 160 à quatre côtés, de 120 x 100 x 20 cm, renfermant une enceinte de distillation 162 et une enceinte auxiliaire 164, de condensation complémentaire et de préchauffage du liquide froid à distiller, et (c) en haut, une chambre haute 166 d'admission de l'air, une chaudière appropriée 168 et un conduit distributeur coudé 170, à section carrée de 20 cm de côté, amenant aux entrées des plaques creuses la majeure partie du courant total d'air saturé à température haute extrême T1, produit par la chaudière. Une cloison interne verticale 172, solidaire des faces avant et arrière du boîtier 160, sépare les deux enceintes 162 et 164. En B, sur la figure 4, l'enveloppe 152, vidée de tout contenu, fait apparaître une face arrière 174, une face avant 175, une porte avant 176 et un tasseau 178. Dans le boîtier central 160, un bloc de distillation 180, ayant une surface totale d'échange S de
36,4 m2 et un volume actif V de 120 dm3, est suspendu sur deux tasseaux 178. Ce bloc est constitué par 26 plaques creuses 10, conformes aux trois premières figures, juxtaposées serrées par des tirants (les reliefs externes des plaques et des flancs sont supprimés sur ce dessin). Une nappe épaisse souple 182 est installée entre un bord latéral de ce bloc et une paroi latérale 161 du boîtier 160, une autre nappe semblable étant installée entre l'autre bord latéral de ce bloc et la cloison interne 172, pour assurer l'étanchéité des canaux externes latéraux 24 des plaques creuses 10. Le boîtier 160 comporte (a) une ouverture haute 184, de forme carrée à 20 cm de côté, découpée dans sa paroi latérale 161 et dans la nappe souple 182 et, (b) une ouverture basse 186, découpée dans la cloison interne 172 et l'autre nappe souple, cette ouverture 186 débouchant sur un déflecteur 188, prolongeant cette cloison 172. Le conduit coudé 170 possède une ouverture carrée à rebords, de section identique à celle de l'ouverture haute 184 du boîtier 160 ; ces deux ouvertures se font face et ces rebords sont fixés sur la paroi 161 du boîtier 160, la face externe des bords de la découpe faite dans la nappe souple 182, assurent l'étanchéité du montage. En bas du bloc de distillation 180, les extensions 104-106 des flancs bas 146-148 traversent l'ouverture basse 186 et les courants d'air saturé refroidi sortant des plaques creuses 10 et traversant les ouvertures de ces extensions, sont déviés par le déflecteur 188 vers l'avant de l'échangeur thermique 158, à plaquettes creuses verticales. L'arrière de cet échangeur 158 débouche dans un petit réservoir 190, aménagé dans le socle creux 154 du boîtier 160. L'eau distillée sortant de ces mêmes plaques creuses 10 est amenée, par le bec verseur 120-122 des extensions 104-106, jusqu'à un collecteur 192, pourvu d'un tuyau 194 relié au réservoir 190, lui-même doté d'un tuyau d'évacuation 191 et d'une sortie 193 pour l'air refroidi.
Entre la cloison interne 172 et la paroi latérale 163, est constituée une enceinte auxiliaire 164 de condensation complémentaire de vapeur et de préchauffage de l'eau de mer froide à distiller. Cette enceinte auxiliaire 164 renferme deux échangeurs thermiques 196-198, semblables à l'échangeur 158. Ces trois échangeurs 158-196-198 sont montés en série, l'échangeur 158 comportant une entrée basse 200, reliée à un dispositif d'alimentation en eau de mer à pression et débit appropriés (non représenté), et une sortie haute reliée par un tuyau 202 à l'entrée basse de l'échangeur 196, lequel a une sortie haute reliée à l'entrée basse de l'échangeur 198. Entre l'extrémité du déflecteur 188 et la paroi latérale 163 du boîtier 160, est aménagée une petite ouverture de sortie 204, à section adéquate expérimentalement déterminée, de réglage fin du débit du courant d'air chaud saturé admis dans l'enceinte auxiliaire 164..
La chambre basse 156 d'admission de l'air est équipée d'un ventilateur 206, installé dans une paroi latérale, et, le cas échéant, un plateau 208 est disposé au-dessus pour aménager un divergent. Le plafond de la chambre basse 156 est constitué par la juxtaposition serrée des barres basses 103 d'écartement des plaques 10 ; dans ces barres, sont aménagées les gouttières 136 (voir figure 3) de collecte de saumure. Les reliefs externes 128-130 de ces barres 103 aménagent des fentes étroites (1 ,5 mm) correspondant aux canaux externes 24, séparant deux plaques creuses 10 du bloc de distillation 180. Les gouttières 136 débouchent dans un collecteur de saumure 210, équipé d'un siphon 212 raccordé à un tuyau d'évacuation (non représenté).
La chambre haute d'admission d'air 166 est installée au-dessus des gouttières d'épandage 80, aménagées dans les barres hautes 55 de suspension et d'écartement des plaques creuses 10 du bloc de distillation 180. Ces gouttières 80 sont séparées par une ligne de fentes épaisses de 2,1 mm. Les faces planes avant et arrière de cette chambre 166 appartiennent aux parties hautes de l'enveloppe 152, ses bords latéraux obliques 214-216 constituant les bords latéraux internes de la chaudière 168, ses bords latéraux externes étant référencés 215-217. Le sommet de ces bords obliques 214-216 est une ouverture rectangulaire 218, à bords 220 solidaires du haut des faces avant 175 et arrière 174 du boîtier 160, qui aboutit au centre du compartiment d'entrée 222 de la chaudière 168. De la sorte, cette chaudière 168 comporte deux bacs séparés 167-169, communiquant par deux canaux 221 , à fond 219, aménagés entre les flancs externes des bords 220 et les faces avant 175 et arrière 174 de l'enveloppe 152. Ce compartiment d'entrée 222 est aménagé entre le bord supérieur 224 de l'enveloppe 152 et un plateau rigide 226, en polymère relativement épais (10 mm), ayant ses deux côtés longs en appui étanche sur les faces avant et arrière de cette enveloppe. L'un des côtés courts 223 de ce plateau 226 est en appui étanche en haut de la paroi latérale 163 de l'enveloppe 152 et l'autre 225 est redressé pour être appliqué étanche sur son bord supérieur 224, de manière à aménager, au-dessus du bac 169, une sortie principale 228 pour la majorité (70% environ) du courant total d'air saturé produit dans la chaudière 168. Entre le plateau 226 et le haut du bord latéral 217 du bac 167, est aménagée une sortie secondaire 229 pour le reste du courant d'air saturé, produit par la chaudière 168. Ce courant secondaire est dirigé, par un conduit plat 231 , vers l'entrée de l'enceinte auxiliaire 164. La sortie de cette enceinte 164 est l'ouverture 204, aménagée par le déflecteur 188. Le courant d'air saturé refroidi et l'eau distillée, condensée sur les faces externes de l'échangeur 196, qui en sortent sont dirigés vers l'échangeur thermique 158.
Dans le plateau 226, sont pratiquées (a) une découpe centrale 227, aux bords serrés étanches sur les bords 220 de l'ouverture de sortie 218 de la chambre haute 166 et (b) des séries parallèles des fentes 230, ayant 10 cm de long et 1 cm de large, écartées de 2 cm, sont équipées de buses, à section droite en forme de V à fond percé, large de 1 ,5 mm, débouchant au proche voisinage (3 mm) du niveau libre de l'eau contenue dans la chaudière 168. L'eau de mer pénètre, préchauffée, dans le bac 167 de cette chaudière, par une entrée basse, reliée par un tuyau 199 à la sortie de l'échangeur thermique 198 et elle en sort par un déversoir allongé 232, débouchant dans un conduit plat 234, aménagé entre la paroi externe 215 du bac 169 et une cloison interne 236. Le conduit plat 234 possède une sortie basse 237 reliée par un tuyau 238 à une cuvette 240, à section en V profond (largeur : 10 mm en bas, 50 mm en haut ; hauteur : 60 mm), à fond épais (10 mm) percé de 26 trous calibrés, transversalement posée sur les gouttières d'épandage 80 des 26 plaques creuses 10 du bloc de distillation 180. Cette cuvette 240 est calée dans les découpes 64 des flancs hauts 52-54 et montée en appui sur l'une des faces avant ou arrière du boîtier 160. Dans chacun des bacs 167-169 de la chaudière 168, est installé fixe un échangeur thermique en polymère 242-244, identique aux échangeurs 158-196-198. Ces échangeurs 242-244 sont montés en parallèle et sont traversés par un fluide caloporteur, entrant dans l'échangeur 244 et sortant de l'échangeur 242, produit par une source chaude primaire externe (non représentée). Lorsque ce fluide caloporteur est un liquide, il sera fourni à une température d'environ 95°C et la source primaire sera un moteur thermique, un chauffe-eau solaire ou une bouilloire à gaz. Ces deux échangeurs thermiques 242-244 pourront bien évidemment être remplacés par deux chaufferettes électriques appropriées. Au cas où, pour des raisons diverses, les volumes des deux bacs 242-244 seraient notablement différents, ces moyens de chauffage seront installés dans le plus grand.
Avec un tel distillateur à plaques creuses, doté de son revêtement isolant, les conditions de circulation, des courants d'air et de l'eau de mer à distiller, sont parfaitement conformes aux prescriptions de l'invention. Les 26 plaques creuses juxtaposées du bloc de distillation 180 présentent en tous emplacements semblables de leurs chambres individuelles optimisées d'évaporation 24 et de condensation 18, des paramètres de distillation, aux valeurs propres sensiblement identiques. Avec une puissance thermique de 4 kW, fournie aux échangeurs 242-244 de la chaudière 168, et un débit d'eau de mer froide (18°C) de 100 l/h, ce module de distillation peut produire environ 50 litres d'eau douce par heure (Q = 1 ,2 m3/j) et autant de saumure. Cela, avec un CoP de 9, puisque l'évaporation de 50 l/h d'eau demande environ 37 kW, et avec un CIE de 90, puisque Q/V=10. Et cette production se fait avec un courant total d'air ambiant à T4 = 18°C, entrant à 18 g/s, avec des débits individuels identiques dans les centaines de chambres individuelles d'évaporation 24, un courant d'air saturé sortant à T2 = 84°C (avec une dispersion < 1 °C) de ces mêmes chambres. Quant au courant total d'air saturé produit par la chaudière 168, sa température haute extrême T1 est optimale (85°C), cependant qu'un courant d'eau de mer préchauffée à 83°C entre dans cette chaudière et en sort à 85°C, qu'un courant d'air saturé sort des plaques creuses 10 du bloc de distillation 180 à T3 = 45°C (avec une dispersion < 1 °C), et qu'un courant d'air saturé est finalement évacué à 35°C. L'objectif de l'invention est parfaitement atteint (le CoP est presque triplé). En pratique, l'eau de mer préchauffée est répartie entre la chaudière 168 et la cuvette d'alimentation 240, puis les deux débits sont mélangés dans cette cuvette pour optimiser la température de l'eau de mer répandue, en fonction des températures obtenues.
La dimension du module décrit a été faite à titre d'exemple. En pratique, le nombre de plaques creuses 10 d'un module de distillation pourra être beaucoup plus grand. Leur nombre est en fait limité par les problèmes de manipulation de l'appareil. Un module de distillation, à capacité de production de 25 m3/jour, couplé à une source de chaleur primaire de 100 kW environ, est une sorte de standard, intéressant à de nombreux égards.
On notera qu'une augmentation de 50% de la production horaire d'eau douce, demandée au module de distillation décrit, entraîne une multiplication par 2,25 de la puissance thermique Pi à fournir, un abaissement du CoP à 6 et des augmentations de 50% des débits massiques totaux d'air ambiant et d'eau de mer à fournir. Dans ce cas, en effet, le CIE = CoP. QA/ = Cte si les températures optimales précédentes, T1 = 85°C et T4 = 18°C, sont conservées, et si Pi = 9 kW. On adoptera cette façon d'exploiter un module de distillation, lorsque l'énergie thermique disponible est bon marché (notamment fournie par un moteur thermique ou une chaudière solaire).
La figure 5 représente, en perspective schématique A, un distillateur à plaques pleines, destiné à être installé dans une usine rejetant habituellement un effluent constitué par de la vapeur d'eau non polluée, afin de produire, à bon prix, de l'eau distillée très pure pour une application particulière. Un tel distillateur 250 comprend de chaque côté d'un panneau porteur central 252, pourvu d'un socle adéquat 254, une enceinte d'évaporation 256 et une enceinte de condensation 258, enfermées dans une enveloppe rigide en polymère 260. Cette enveloppe est en forme de cloche et en pratique constituée par un boîtier 261 à quatre côtés (dont l'un avec une porte), surmonté par une voûte amovible 259, fixée étanche au boîtier par tout moyen approprié. Le boîtier 261 de l'enveloppe 260 est monté sans fuites, par des attaches réversibles, sur le socle 254 du panneau porteur 252. Un revêtement isolant épais (10 cm), partiellement représenté en 259, recouvre le boîtier 261.
A titre d'exemple, l'enceinte d'évaporation 256 est constituée par la juxtaposition serrée de deux cents plaques pleines verticales 262, en polymère (notamment polypropylène), épaisses de 0,5 mm, écartées de 8 mm, à double garnissage hydrophile (flocage). Ces plaques constituent un bloc d'évaporation 263, haut de 130 cm et large de 100, monté fixe par tout moyen approprié sur le panneau porteur 252. Chaque plaque 262 est thermoformée, avec deux bandes, haute et basse, planes et larges de 5 cm, et elle comporte de chaque côté, des lignes de reliefs verticaux alternés 264-266, hautes de 4 mm (voir en B). Des barreaux horizontaux 268-270, séparent ces lignes 264-266, ils sont épais de 1 mm, longs de 10 cm, verticalement écartés de 3 cm et décalés d'un demi pas d'une face à l'autre. Ces lignes de reliefs 264-266 et ces barreaux 268-270 sont identiques aux lignes de reliefs externes alternés 17 ou 19 et des barreaux 38-39 de la plaque creuse 10, représentée à la figure 1. Sur la figure 5B, les lignes de reliefs de trois plaques contiguës sont assemblées jointives pour former des canaux, tels 265, destinés à constituer des chambres individuelles d'évaporation. A la figure 5C, sur les faces en regard de deux plaques pleines 262, apparaissent des séries verticales alternées de reliefs horizontaux équidistants 268-270.
Chaque plaque pleine 262 est équipée d'une barre haute de suspension et d'écartement dans laquelle est aménagée une gouttière d'épandage de l'eau à distiller, identique à la gouttière 80 des figures 2b-2d. Elle est également équipée d'une barre basse d'écartement (non représentée), dans laquelle est aménagée une gouttière de collecte de saumure, identique à la gouttière 136 des figures 3b-3d. Chacune de ces gouttières de collecte débouche sur un collecteur général (non représenté), relié à un tuyau d'évacuation traversant le socle 254.
L'enceinte de condensation 258 est (à titre d'exemple) constituée par l'assemblage de huit échangeurs thermiques, chacun formé par une vingtaine de plaquettes creuses en polymère, répartis en quatre séries parallèles de deux échangeurs 278i-4 et 280i-4, aménageant de très nombreuses chambres individuelles de condensation, telle 279, dans tous les espaces séparant ces plaquettes. Un conduit 282, distributeur d'eau froide à distiller, possède une entrée 284, raccordée à travers un robinet (non représenté) au réseau d'eau de la ville. Ce conduit 282 alimente les quatre séries formées par les quatre paires d'échangeurs, 278i-4 et 280i-4, connectés par des raccords 286i-4. Les sorties parallèles de ces quatre paires d'échangeurs sont reliées à un conduit collecteur 288, raccordé par un tuyau 290 à une cuvette 291 d'alimentation des gouttières d'épandage 289, cuvette et gouttières étant identiques à la cuvette 240 de la figure 4 et à la gouttière 80 des figures 2b-2d. Sous les échangeurs thermiques 278-280 est installée un bac plat 292 pour recueillir l'eau distillée condensée sur les faces externes des plaquettes creuses de ces échangeurs. Un tuyau d'évacuation relié à ce bac 292 traverse le socle 254.
Au-dessus des plaques juxtaposées 262, est longitudinalement installé un conduit distributeur 294, à fort diamètre (10 cm), ayant une extrémité bouchée et l'autre reliée à une installation industrielle produisant de la vapeur d'eau non polluée, jusqu'à présent traitée comme un effluent à évacuer dans l'atmosphère. Le conduit 294 comporte une ou plusieurs séries de fentes 296, orientées vers la voûte 294, de manière que la vapeur, qui s'en échappe à débit approprié et pression faible, diffuse au mieux dans le courant d'air circulant dans cette voûte. A cet effet, trois ou quatre ventilateurs, tel 296, sont installés dans la partie basse du panneau porteur 252, pour faire circuler des courants d'air en circuit fermé dans les chambres individuelles d'évaporation, constituées entre les plaques pleines 262, et dans les chambres individuelles de condensation 279, constituées entre les plaquettes creuses verticales des échangeurs thermiques 278-280. L'eau distillée condensée sur les faces externes de ces plaquettes creuses, est recueillie dans un bac plat 292, posé sur le socle 254 et doté d'un tuyau d'évacuation 293. La saumure est recueillie par les gouttières de collecte aménagées dans les barres basses (non représentées), suspendues aux plaques pleines 262 de l'enceinte d'évaporation 256. Ces barres constituent le plafond à fentes d'une chambre basse d'admission d'air 297 et ces gouttières sont raccordées à un tuyau d'évacuation 299.
Le fonctionnement de ce distillateur à plaques pleines est semblable à celui du distillateur à plaques creuses, de la figure 4. Le courant d'air saturé refroidi, qui sort en bas de l'enceinte de condensation 258, est à une température basse extrême T4 un peu supérieure (200C) à celle de l'eau froide (15°C) fournie par la ville. Ce courant d'air est injecté par les ventilateurs 296 dans la chambre basse d'admission 297, aménagée entre le socle 254 et la juxtaposition des barres basses d'écar- tement des plaques pleines 262. A travers les fentes aménagées entre ces barres basses, ce courant total d'air pénètre en courants individuels à débits massiques et températures identiques dans les chambres d'évaporation individuelles constituées entre les plaques pleines 262. La voûte 259 constitue la paroi de la chambre haute d'admission d'air de l'appareil. Et, dans cette chambre, les jets de vapeur sortant des fentes du conduit distributeur 290, à débits massiques et température appropriés, coopèrent avec le débit massique total d'air fourni par les ventilateurs 296, pour produire un courant d'air saturé homogène à température haute extrême maximale (T1 > 90°), puis avec les échangeurs thermiques 278-280, à conductance thermique appropriée, pour produire de l'eau chaude à une température T0 aussi élevée que possible. Avec le distillateur selon la figure 5, cette température T0 pourra être de 88°C. Si l'on désire disposer d'une température T0 maximale (99°C pour l'eau de ville), on utilisera une partie de la vapeur disponible comme fluide caloporteur pour un nouvel échangeur thermique à plaques creuses. L'eau à distiller traversera cet échangeur avant d'être déversée dans la cuvette 291 d'alimentation des gouttières d'épandage. Cette eau chaude est uniformément répandue sur les garnissages hydrophiles des plaques 262 et les courants d'air qui sortent des chambres individu-elles d'évaporation sont des courants d'air saturé à température T2 relativement élevée (89°C), cependant que de l'eau refroidie, deux fois plus minéralisée que l'eau de ville, est recueillie par les gouttières de collecte des barres basses d'écartement des plaques. En traversant les chambres individuelles de condensation 279, aménagées entre les plaquettes creuses des échan- geurs thermiques 278-280, de l'eau distillée se condense sur les faces externes de ces plaquettes et elle est recueillie dans le bac 292. Grâce à la circulation en circuit fermé des courants d'air dans ce distillateur, l'eau distillée produite est très pure, les inévitables polluants de l'air ambiant ne l'affectant pratiquement pas.
Dans ce distillateur à plaques pleines, les paramètres de distillation peuvent, en tous emplacements semblables, avoir des valeurs propres sensiblement identiques. Des isothermes horizontales existent dans l'enceinte d'évaporation et elles peuvent également exister pour les courants d'air saturé descendant dans des chambres individuelles de condensation, aménagées au moyen de cloisons disposées entre les colonnes d'échangeurs thermiques à plaquettes creuses. Un CoP intéressant, a priori inférieur au précédent, est à nouveau obtenu. Et cet intérêt est d'autant plus important que le coût de production d'un tel distillateur est particulièrement réduit, du fait du prix de revient limité des composants en polymère utilisés : plaques pleines minces thermoformées, échangeurs thermiques à plaquettes creuses. L'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation des composants spécifiques et des sous-ensembles fonctionnels caractéristiques des distillateurs à courants d'air perfectionné, des types à plaques creuses et à plaques pleines, décrits aux figures 4 et 5 ci-dessus. Tout d'abord, les sources chaudes spécifiques de ces deux distillateurs, à plaques creuses ou pleines, peuvent être inversées, de même que les boucles, ouverte et fermée, de circulation des courants d'air dans ces appareils. Par ailleurs, on notera qu'il est possible dans un distillateur à courants d'air selon l'invention, de remplacer les plaques creuses spécifiques décrites par des plaques creuses alvéolaires du commerce, auxquelles un garnissage hydrophile aura été ajouté. A cet effet, ces plaques creuses, juxtaposées à pas constant, traverseront sans fuites le plancher d'une chambre basse d'admission d'air et le plafond d'une chambre haute d'admission d'air. Entre deux plaques, sera intercalée serrée une pièce spécifique constituant une série de cloisons verticales équidistantes, dotées d'extrémités formant deux barres, basse et haute, et de séries verticales de barreaux horizontaux. Des éléments moulés seront assemblés pour former cette pièce spécifique. Chaque barre basse sera un plafond élémentaire, à fentes étroites, de la chambre basse, et ce plafond sera compris entre deux demi gouttières latérales de collecte de saumure. Chaque barre haute sera un plancher élémentaire, à fentes larges, de la chambre haute, et ce plancher sera compris entre deux demi gouttières latérales d'épandage d'eau à distiller. Un plateau comportant des lignes de fentes étroites calibrées pourra, si nécessaire, être posé fixe sur les extrémités hautes des alvéoles des plaques creuses. L'eau distillée s'écoulera librement dans une chambre de collecte aménagée sous la chambre basse d'admission d'air. Les différents types de sources chaudes spécifiques décrits plus haut conviennent parfaitement à cette solution alternative. Cette variante de l'invention est conforme aux caractéristiques de l'invention, énoncées dans plusieurs des revendications ci-après.
Une pièce spécifique, comparable à celle qui vient d'être brièvement décrite, pourra également être utilisée pour constituer les cloisons de séparation et les séries verticales de reliefs horizontaux des chambres individuelles d'évaporation, aménagées entre les plaques planes d'un distillateur à plaques pleines, selon l'invention. Ces plaques pleines seront équipées des barres hautes et basses décrites aux figures 2 et 3.
Pour ce qui concerne les différents liquides susceptibles d'y être traités, on notera que dans l'industrie agroalimentaire, il est souvent nécessaire de progressivement concentrer des solutions aqueuses. Un distillateur à courants d'air perfectionné selon l'invention permet, dans de bonnes conditions économiques, de produire à la fois un liquide deux fois plus concentré et de l'eau distillée très pure, disponible pour un nouvel usage.
Bien évidemment, le distillateur à courants d'air, perfectionné selon l'invention, peut également traiter tout liquide à distiller dont le solvant n'est pas de l'eau. Dans ce cas, la température optimale T1 du courant d'air chaud saturé, à température haute extrême, sera déterminée par la température d'ébullition à pression atmosphérique du solvant concerné et elle lui sera notablement inférieure.
Les dimensions des plaques, creuses ou pleines, qui ont été indiquées dans les descriptions des figures 4 et 5, l'on été uniquement à titre d'exemples non limitatifs. Chacune de ces plaques peut en effet, en fonction de besoins particuliers (distillateur domestique, communautaire ou industriel), avoir les dimensions nettement différentes, envisagées plus haut (de quelques décimètres à quelques mètres). Les distillateurs unitaires ainsi réalisés peuvent bien évidemment être regroupés en grand nombre (de quelques dizaines à centaines) pour répondre à des besoins industriels particuliers.

Claims

REVENDICATIONS
1. Distillateur de liquides à courant d'air (150 ou 250) comportant une récupération de la chaleur latente de condensation de la vapeur, du genre dans lequel :
- des courants d'air saturé initialement froids sont forcés (208-298) à circuler de bas en haut dans des chambres d'évaporation (24 ou 265), recevant par le haut le liquide à distiller chaud non bouillant (164-168-258),
- les courants d'air saturé sortant de ces chambres d'évaporation sont surchauffés et saturés par une source chaude spécifique (168 ou 294),
- les courants d'air saturé sortant de cette source chaude spécifique sont forcés (208-298) à circuler de haut en bas dans des chambres de condensation (18 ou 279) ;
- les températures et les débits des courants d'air et de liquide étant les paramètres de distillation de l'appareil ; caractérisé en ce que ce distillateur comprend :
- différents moyens particuliers (80-90-130 ; 17-19 ou 264-266 ; 38 ; 13 ou 278-280), respectivement associés à chacune de ces chambres d'évaporation (24 ou 265) et de condensation (18 ou 279) ;
- ces moyens particuliers étant adaptés à faire en sorte que les différents paramètres de distillation de l'appareil aient des valeurs propres sensiblement uniformes, en tous emplacements semblables de ces différentes chambres, afin que soient produits en sortie de ces chambres (18-24 ou 265-279) deux ensembles de courants d'air, respectivement formés de veines d'air saturé, à débits massiques et températures sensiblement identiques.
2. Distillateur à courants d'air selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend : - des moyens calibrés (80-90) pour régulièrement répandre des débits massiques divisés sensiblement identiques de liquide à distiller à température uniforme, en haut des parois des chambres d'évaporation (24 ou 265), ces parois étant dotées de garnissages hydrophiles (39),
- des moyens (38) pour mettre fin à toute irrégularité affectant localement l'uniformité des écoulements de liquide à distiller le long des parois de chacune des chambres d'évaporation (24 ou 265) - des moyens (208) pour que le courant total d'air, devant circuler dans l'ensemble des chambres d'évaporation, ait une température uniforme ;
- des moyens calibrés (128-129-130) pour que le courant total d'air, devant circuler dans l'ensemble des chambres d'évaporation, soit réparti en courants d'air individuels, adaptés à respectivement pénétrer dans ces différentes chambres (24 ou 265) avec des débits massiques sensiblement identiques ;
- des moyens (17-19 ou 264-266) pour réguler et rendre sensiblement identiques, à pratiquement tous niveaux semblables, les écoulements des courants d'air individuels montant dans les différentes chambres d'évaporation ; - des moyens (170 ou 259) pour que le courant total d'air saturé, devant circuler dans l'ensemble des chambres de condensation, ait une température uniforme ;
- des moyens calibrés (26-28 ou 279) pour que le courant total d'air saturé, devant circuler dans l'ensemble des chambres de condensation, soit réparti en courants d'air individuels, adaptés à respectivement pénétrer dans ces différentes chambres, avec des débits massiques sensiblement identiques ;
- des moyens (26-28 ; 52-54 ; 100-102 ou 259-279) pour que les courants individuels d'air saturé, devant respectivement pénétrer dans les différentes chambres de condensation, aient des tempé- ratures sensiblement identiques ;
- des moyens (13 ou 278-280) pour réguler et rendre sensiblement identiques, à pratiquement tous niveaux semblables, les écoulements des courants individuels d'air saturé descendant dans les différentes chambres de condensation.
3. Distillateur à courants d'air, selon la revendication 2, caractérisé en ce que :
- les moyens pour réguler et rendre sensiblement identiques, à pratiquement tous niveaux semblables, les écoulements montants et descendants des courants d'air individuels circulant dans les chambres d'évaporation et de condensation, sont des cloisons verticales équidistantes (17-19 et 13) ou (264-266) ; - ces cloisons (17-19 et 13) ou (264-266) sont adaptées à aménager des chambres individuelles d'évaporation et/ou de condensation dotées de parois stables, à flèche négligeable, entre les faces en regard des parois verticales de deux plaques, creuses (10) ou pleines (262), pour que dans ces chambres individuelles, ces deux courants d'air individuels soient contraints, à pratiquement tous niveaux, de circuler parallèlement aux parois de ces chambres individuelles d'évaporation ou de condensation.
4. Distillateur à courants d'air, selon la revendication 3, caractérisé en ce que :
- une chambre basse d'admission d'air (156 ou 297), est aménagée sous les chambres d'évaporation (24 ou 256) et elle est dotée d'une ouverture d'entrée, disposée pour admettre soit un courant d'air ambiant extérieur (206) soit un courant d'air saturé à température basse extrême sortant, directement des chambres de condensation (258) de l'appareil ou, indirectement, à travers une chambre de refroidissement (158); cette chambre basse (156 ou 297) étant adaptée à pratiquement stabiliser les écoulements du courant d'air total entrant à travers cette ouverture et, dans le cas d'un distillateur opérant en circuit fermé, à aussi en uniformiser les températures ;
- le plafond de cette chambre basse comporte des alignements parallèles de fentes calibrées (129), adaptées à diviser ce courant total d'air et produire des courants d'air individuels à débits massiques identiques, pénétrant dans les différentes chambres individuelles d'évaporation (24 ou 256) ;
- une chambre haute d'admission d'air (166 ou 259), dotée d'une ouverture de sortie, est installée juste au-dessus des chambres individuelles d'évaporation pour collecter et mélanger, en un courant total uniforme d'air saturé, les différents courants individuels d'air saturé sortant de ces chambres ; - la source chaude spécifique est installée, soit (296) dans la chambre haute d'admission d'air (259) soit dans une chaudière appropriée (166) ; des moyens de distribution (170-30 ou 259), disposés entre cette source et les chambres individuelles de condensation (24 ou 258), sont adaptés à diviser le courant total d'air saturé produit, en courants individuels, à débits massiques identiques, pénétrant dans ces chambres individuelles ;
- un ventilateur (208 ou 298) est installé soit dans l'ouverture d'entrée de la chambre basse (156 ou 297) soit dans l'ouverture de sortie de la chambre haute (166 ou 259), pour faire circuler en circuit ouvert ou fermé, les courants totaux d'air saturé montant et descendant, avec un débit massique total d'air sec DA proportionnel au volume actif total V, formé par toutes les chambres d'évaporation et de condensation.
5. Distillateur à courants d'air, selon la revendication 4, caractérisé en ce que :
- la partie haute de chaque plaque verticale, creuse (10) ou pleine (262), bordant des chambres individuelles d'évaporation (24 ou 256), est une bande plane haute (40), à double garnissage hydrophile ;
- une barre haute (55), formée par deux éléments allongés (76-78) quasi symétriques solidarisés, dotés d'une suite de reliefs verticaux externes équidistants, est associée à chaque bande plane haute pour suspendre cette plaque verticale (10 ou 262) et pour correctement l'écarter de ses deux plaques contiguës, tout en aménageant des ouvertures calibrées de sortie pour les courants individuels d'air saturé montant entre ces deux plaques ;
- une gouttière d'épandage (80 ou 289) du liquide à distiller est aménagée entre les deux éléments de cette barre haute (55), cette gouttière ayant une section droite en forme de U, à fond (90) percé d'une fente calibrée, adaptée à légèrement enserrer la majeure partie de la bande plane haute; - au moins une cuvette d'alimentation (240 ou 291 ), à section droite en forme de V, à fond percé de trous calibrés, est adaptée à uniformément répartir entre toutes ces gouttières d'épandage (80 ou 289), le débit total DL de liquide à distiller ;
- les reliefs verticaux externes (72-74), d'une barre haute (55) de plaque, sont adaptés à coopérer avec ceux des barres hautes des deux plaques contiguës, pour constituer des cales d'épaisseur aménageant des fentes calibrées, déterminant la largeur des ouvertures de sortie des chambres individuelles d'évaporation (24 ou 265) ;
- des séries verticales de reliefs horizontaux (38 ou 268-270), à pas constant, sont aménagés, avec un décalage d'un demi pas, sur les faces en regard des deux parois verticales des chambres individuelles d'évaporation, pour arrêter puis étaler toute coulée irrégulière de liquide à distiller dans les garnissages hydrophiles de ces parois, afin de retrouver une uniformité satisfaisante pour les débits locaux de ce liquide, de haut en bas de ces parois.
6. Distillateur à courants d'air selon la revendication 5, caractérisé en ce que : - la partie basse de chaque plaque verticale, creuse (10) ou pleine (262), bordant des chambres d'évaporation, est une bande plane basse (42), à double garnissage hydrophile ;
- une barre basse (103), formée par deux éléments allongés (132-134) quasi symétriques solidarisés, dotés d'une suite de reliefs verticaux équidistants externes (128-130), est adaptée à être suspendue à chaque bande plane basse (42) de la plaque et à écarter cette plaque de ses deux plaques contiguës ;
- la juxtaposition de ces barres planes basses (103), séparées par les suites jointives de leurs reliefs verticaux externes (128-130), constitue le plafond à fentes calibrées de la chambre basse d'admission d'air (156 ou 297) ;
- des gouttières longitudinales (136), à section droite en forme de U, sont aménagées entre les deux éléments allongés (132-134), solidarisés étanches par tenon (133) et mortaise (135) allongés, et ces gouttières sont adaptées à coopérer avec les bandes planes basses des plaques, pour collecter sans déborder le liquide concentré gouttant de ces bandes ; - ces gouttières de collecte (136) débouchent dans un collecteur général (210), relié à un tuyau d'évacuation du liquide concentré.
7. Distillateur à courants d'air selon la revendication 6, caractérisé en ce que :
- chaque gouttière d'épandage (80), aménagée dans une barre plane haute (55), est constituée par deux éléments allongés (76-78), moulés séparément, dotés (a) d'ergots creux (86) pour l'un et de tenons (88) pour l'autre, afin de constituer des boutons-pression permettant de les solidariser, ces ergots (86) coopérant avec des trous (44) pratiqués dans la bande plane haute d'une plaque (10 ou 262), afin de suspendre cette plaque, (b) de reliefs horizontaux (90) pour pincer le garnissage hydrophile et créer un léger frein à l'écoulement de liquide, et (c) d'extrémités saillantes (56-58-60-62) pour suspendre la plaque ;
- chaque gouttière de collecte (136), aménagée dans une barre plane basse (103), est constituée par deux éléments allongés 132-134), moulés séparément, dotés, d'une part, d'ergots creux (144) pour l'un et de tenons (142) pour l'autre, afin de constituer des boutons-pression permettant de les solidariser, ces ergots coopérant par ailleurs avec des trous (46) pratiqués dans la bande plane basse (103) d'une plaque (10 ou 262) , pour porter cette gouttière (136), et, d'autre part, par un tenon (133) et une entaille (135) allongés, pour rendre étanche le fond de cette gouttière.
8. Distillateur à courants d'air selon la revendication 7, caractérisé en ce que :
- la source chaude spécifique produit un courant total d'air saturé à une température haute extrême T1, elle est constituée dans la chambre haute d'admission d'air (166) et elle comprend des moyens
(294-296) adaptés à émettre des jets de vapeur d'eau, à pression et débit appropriés, et à uniformément diffuser cette vapeur dans l'ensemble des veines de courants d'air saturé à température élevée T2, sortant des chambres individuelles d'évaporation (256) ; - la source chaude spécifique est alimentée soit par un générateur de vapeur d'eau ou par de la vapeur d'eau non polluée, habituellement perdue, produite dans une installation industrielle soit constituée par le liquide à distiller très chaud contenu dans les gouttières d'épandage (80); - une enceinte (164 ou 258), de condensation de vapeur et de préchauffage de liquide, à entrée haute et sortie basse, renferme un échangeur thermique en polymère (196-198 ou 278-280), à entrée basse et sortie haute, formé par un ou plusieurs empilements de plaquettes creuses parallèles, montées à la verticale ;
- cette enceinte (164 ou 258) est adaptée à être traversée de haut en bas par au moins une partie du courant d'air saturé à température T1, et cet ensemble d'échangeurs thermiques, adapté à être traversé de bas en haut par le liquide à distiller froid entrant dans l'appareil ;
- le liquide à distiller chaud, produit par cet ensemble d'échangeurs thermiques, est dirigé en totalité (290) vers les moyens d'épandage (289-291 ) ;
- le liquide distillé, condensé sur les faces externes des plaquettes creuses de ces échangeurs thermiques (196-198 ou 278-280), est récupéré (190 ou 292).
9. Distillateur à courants d'air selon la revendication 7, caractérisé en ce que:
- la source chaude spécifique est incorporée à une chaudière appropriée (168), adaptée, d'une part, à recevoir le courant total d'air saturé, fourni par la chambre haute d'admission d'air (166), et du liquide à distiller préchauffé (199), et, d'autre part, à produire (a) un courant total d'air saturé, à température haute extrême T1 optimale ou satisfaisante, destiné aux chambres de condensation (24 ou 256) et (b) du liquide à distiller très chaud, destiné à la cuvette d'alimentation (240 ou 291 ) des gouttières d'épandage (80 ou 289);
- une enceinte (164 ou 258), de condensation de vapeur et de préchauffage de liquide, à entrée haute et sortie basse, renferme un échangeur thermique en polymère (196-198 ou 278-280), à entrée basse et sortie haute, formé par un ou plusieurs empilements de plaquettes creuses parallèles, montées verticales ;
- cette enceinte (164 ou 258) est adaptée à être traversée de haut en bas par au moins une partie du courant total d'air saturé à température T1 et cet échangeur thermique (196-198 ou 278-280), adapté à être traversé de bas en haut par le liquide à distiller froid entrant (en 200 ou 284) dans l'appareil ;
- le liquide à distiller préchauffé, produit par cet échangeur thermique, est en totalité ou en partie dirigé vers l'entrée de la chaudière (168), l'autre partie étant, le cas échéant, déversé dans la cuvette d'alimentation (240) des gouttières d'épandage, ces deux parties étant, le cas échéant, ajustables ;
- le liquide distillé, condensé sur les faces externes des plaquettes creuses de ces échangeurs, est récupéré en sortie de l'enceinte (164 ou 258) ;
- la chaudière appropriée comporte un compartiment d'entrée (222) pour le courant d'air et un contenant (167-169), creux ou hydrophile, doté d'une surface libre et d'une entrée (199) pour le liquide à distiller préchauffé ; - une source de chaleur primaire coopère avec cette chaudière appropriée (168) pour que le liquide à distiller, présent dans le contenant (167-169), puisse être chauffé directement ou par l'intermédiaire d'un échangeur thermique (242-244) et d'un liquide caloporteur; - le compartiment d'entrée (222) de la chaudière appropriée (168) comporte une paroi plane perforée (226), disposée parallèle à la surface libre du liquide présent dans le contenant (167-169) et, à partir du courant total d'air saturé entrant dans ce compartiment, cette paroi perforée est aménagée pour produire un grand nombre de jets d'air, adaptés à venir fortement frapper la surface libre du liquide et ainsi très efficacement produire, en sortie (228) de la chaudière (168), un courant total d'air saturé à température haute extrême T1.
10. Distillateur à courants d'air, selon la revendication 9, caractérisé en ce que:
- cette chaudière appropriée (168) comporte une cuve à déversoir (232), disposée un peu au-dessous du compartiment d'entrée d'air (222); - la chambre haute d'admission d'air (166) possède des parois obliques (214-216) convergeant vers une ouverture (218) pratiquée dans la partie centrale de la paroi plane perforée (226) du compartiment d'entrée (222);
- cette chambre haute (166) partage cette cuve en deux bacs communicants (167-169) ;
- dans au moins l'un de ces deux bacs (167-169), est installée une source de chaleur appropriée, notamment une chaufferette électrique ou un échangeur thermique (242-244), à plaquettes creuses en polymère, destiné à être alimenté par un fluide caloporteur ;
- un raccord (199) relie la sortie de l'échangeur thermique (196-198) de l'enceinte (164) à l'un de ces deux bacs (167-169) ;
- les perforations pratiquées dans la paroi plane (226) du compartiment d'entrée d'air (222) sont des lignes parallèles de fentes allongées (230), équipées de buses d'injection d'air, à section droite en forme de V à fond percé, adaptées à produire des jets d'air rectilignes, perpendiculaires au niveau du liquide ;
- une sortie (228 et/ou 229), pour le courant d'air saturé produit par la chaudière (168), est aménagée au-dessus d'au moins l'un des deux bacs (169-167) ; - un réceptacle (234), associé au déversoir (232) de la cuve, comporte une ouverture 237) raccordée, par un tuyau (238), à la cuvette d'alimentation (240) des gouttières d'épandage (80).
1 1. Distillateur à courants d'air, doté d'une architecture nouvelle à plaques pleines, selon la revendication 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que: - une enceinte d'évaporation (256) renferme un ensemble de plaques pleines en polymère (262), aménagées pour constituer les parois de chambres individuelles optimisées d'évaporation ;
- ces plaques pleines (262) sont pourvues de garnissages hydrophiles (39) et de reliefs horizontaux (268-270) pour y uniformiser les écoulements de liquide, de barres hautes (55) et basses (103) de suspension et d'écartement calibré, ainsi que de gouttières d'épandage (80-289) et de collecte (136) des liquides concernés, aménagées dans ces barres (55 et 103);
- une enceinte (258) de condensation de vapeur et de chauffage du liquide à distiller froid, renferme un échangeur thermique (278-280) à plaquettes creuses verticales ; cette enceinte (258) est traversée de haut en bas par le courant total d'air saturé à température haute extrême et cet échangeur thermique (278-280), traversé de bas en haut par le liquide froid à distiller.
12. Distillateur à courants d'air, selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que: - chaque plaque pleine (262) est thermoformée pour alternativement comporter sur ses deux faces, des reliefs verticaux équidistants (264-266) et des séries verticales de reliefs horizontaux (268-270), à pas constant ;
- deux plaques pleines (262) contiguës ont des reliefs verticaux (264-266) jointifs ;
- la hauteur des reliefs horizontaux (268-270) est notablement plus petite que celle des reliefs verti- eaux (264-266) ;
- une bande plane est aménagée en haut et en bas de chaque plaque (262).
13. Distillateur à courants d'air (150), doté d'une architecture usuelle à plaques creuses, selon la revendication 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que : - une enceinte de distillation (162) renferme un ensemble de plaques creuses (10) en polymère, juxtaposées et aménagées pour comporter des canaux internes (18) et externes (24), constituant des chambres individuelles optimisées d'évaporation et de condensation ;
- ces plaques creuses (10) sont pourvues de garnissages hydrophiles (39) et de reliefs horizontaux (38) pour y uniformiser les écoulements de liquide, de barres hautes (55) et basses (103) de suspen- sion et d'écartement calibré, ainsi que de gouttières d'épandage (80) et de collecte (136) des liquides concernés, aménagées dans ces barres;
- les extrémités des canaux internes verticaux (18) de chaque plaque creuse sont respectivement raccordées à deux ensembles de conduits horizontaux superposés (26-28), constituant deux zones en triangles rectangles allongés (14-16), installées au-dessus et au-dessous d'un zone centrale en parallélogramme (12), constituée par ces canaux internes (18) ;
- les deux empilements des ouvertures de ces conduits horizontaux, hauts (26) et bas (28), ont même hauteur et ils constituent les embouchures latérales, amont (30) et aval (32), diagonalement opposées d'une plaque creuse (10);
- les conduits hauts (26) sont notablement plus larges que les conduits bas (28), afin que soient identiques les pertes de charge totales des courants individuels d'air saturé, entrant chauds dans une plaque creuse (10) et en en sortant refroidis;
- deux paires de flancs, hauts (52-54) et bas (100-102), incorporant les barres haute (55) et basse (103) de la plaque creuse (10), sont accrochées aux deux zones triangulaires (14-16) de cette plaque (10), pour constituer, au-dessous des barres hautes et au-dessus des barres basses, deux paires de paravents hauts (53a-b) et bas (101 a-b) recouvrant ces deux zones (14-16) pour protéger leurs garnissages hydrophiles humides (39) des courants d'air montants ;
- ces deux paires de flancs (52-54 et 100-102) ont des lignes de reliefs externes (72-74 et 128-130) verticaux équidistants, prolongeant les lignes de reliefs externes jointifs (17-19) bordant les canaux externes (24) des plaques creuses ; la hauteur des reliefs (72-74) des flancs hauts est notablement plus grande que celle des reliefs (128-130) des flancs bas, afin que soient identiques les pertes de charge totales des courants individuels d'air saturé, circulant de bas en haut dans ces canaux externes (24) et le long de ces flancs hauts (52-54) et bas (100-102) ; - les flancs bas (100-102) comportent une extension latérale (106-108), aménageant un déversoir saillant (1 16-1 18-120), pour amener le liquide distillé produit à s'écouler dans un collecteur d'évacuation (192), et des ouvertures entre les bords jointifs (114) de cette extension (106-108), pour les courants d'air saturé refroidis sortant de la plaque creuse ;
- un conduit distributeur (170) est adapté à recevoir la majeure partie du courant total d'air saturé produit par la source chaude spécifique et à injecter cette majeure partie, en courants individuels, à débits massiques identiques, dans les ouvertures d'entrée calibrées des conduits horizontaux (26) des zones triangulaires hautes (14) des plaques creuses (10);
- une enceinte auxiliaire (164), de condensation complémentaire de vapeur et de préchauffage du liquide à distiller, renferme un échangeur thermique (196-198) à plaquettes creuses verticales ; cette enceinte auxiliaire (164) est traversée de haut en bas par l'autre partie du courant total d'air saturé à température haute extrême et cet échangeur thermique (196-198), traversé de bas en haut par le liquide à distiller.
14. Distillateur à courants d'air, selon la revendication 13, caractérisé en ce que : - une chambre de refroidissement (158), semblable à l'enceinte auxiliaire (164), est aménagée en aval de l'enceinte de distillation (162) et de cette enceinte auxiliaire (164) ;
- les échangeurs thermiques (158-196-198) de cette chambre de refroidissement et de cette enceinte auxiliaire, sont dimensionnés et montés en série pour progressivement amener le liquide froid à distiller, entrant dans l'appareil, à prendre une température déterminée ; - l'ouverture de sortie (193) de la chambre de refroidissement d'air et l'ouverture d'entrée de la chambre basse d'admission d'air (156), débouchent soit l'une sur l'autre soit toutes deux sur l'extérieur.
15. Distillateur à courants d'air, selon la revendication 13, caractérisé en ce que :
- chaque plaque creuse (10) est rectangulaire et formée par un ensemble de canaux internes plats verticaux juxtaposés (18), formant une zone centrale en parallélogramme (12), et, solidaires de cet ensemble, deux ensembles de conduits internes horizontaux superposés (26-28), formant deux zones en triangles rectangles allongés (14-16); - les parois de cette plaque (10) sont thermoformées quasi symétriques dans une feuille de polymère, et elles ont un garnissage hydrophile externe (39), notamment réalisé par flocage électrostatique de fibres hydrophiles; - dans la zone centrale en parallélogramme (12), ces parois comportent : (a) des groupes équidistants de lignes continues (22) de reliefs verticaux, dans lesquelles deux lignes de reliefs internes (13i -132) encadrent une ligne de relief externe (17-19), (b) des marches internes latérales (20-21 ), (c) des suites verticales de reliefs externes horizontaux (38), à pas constant, aménagés entre ces lignes de reliefs verticaux (22); - dans les deux zones en triangles (14-16), ces parois comportent des reliefs internes horizontaux équidistants (34-36), raccordés aux reliefs internes verticaux (13) de la zone en parallélogramme (12) ;
- des canaux internes plats (18) sont constitués entre les cloisons formées par les reliefs internes verticaux (13ia-13ib et 132a-132b), montés jointifs soudés ou collés ; - des canaux externes plats (24) sont constitués entre les cloisons formées par les reliefs externes verticaux montés jointifs (17-19), appartenant à deux plaques creuses contiguës,
- les conduits internes horizontaux (26-28) des zones en triangles (14-16), constitués entre les reliefs internes horizontaux (34-36), raccordent les extrémités des canaux internes verticaux (18) aux embouchures latérales (30-32) diamétralement opposées de chaque plaque creuse (10).
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