FR3061709A1 - DEVICE FOR THE PRODUCTION OF A MIXTURE OF CRYSTALS OF ICE AND FRESHWATER. - Google Patents

Abstract

Dispositif permettant la production d'un mélange de cristaux de glace et d'eau douce. Il utilise la technique de congélation sous vide de l'eau de mer pour produire un mélange d'eau douce et de cristaux de glace avec utilisation de l'énergie frigorifique de l'eau froide des profondeurs des océans pour condenser en partie la vapeur générée par la congélation sous vide. Dans un mode de réalisation, l'énergie thermique de l'eau chaude contenue dans les couches de surface de l'océan pourra être également utilisée comme gaz moteur d'un ou plusieurs thermo compresseurs permettant de comprimer la vapeur produite dans l'évaporateur du dispositif. Le dispositif pourra être positionné en mer ou à terre. Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté aux applications de stockage, transport et distribution de froid destinées à la climatisation et à la production d'eau douce.Device for producing a mixture of ice crystals and fresh water. It uses the vacuum freezing technique of seawater to produce a mixture of fresh water and ice crystals using the cooling energy of cold water from the depths of the oceans to partially condense the generated steam. by vacuum freezing. In one embodiment, the thermal energy of the hot water contained in the ocean surface layers may also be used as the engine gas of one or more thermo compressors for compressing the vapor produced in the evaporator of the ocean. device. The device can be positioned at sea or on land. The device according to the invention is particularly suitable for cold storage, transport and distribution applications intended for air conditioning and the production of fresh water.

Description

Titulaire(s) :Holder (s):

FAVY CLAUDE.FAVY CLAUDE.

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® Mandataire(s) : FAVY CLAUDE.® Agent (s): FAVY CLAUDE.

® DISPOSITIF PERMETTANT LA PRODUCTION D'UN MELANGE DE CRISTAUX DE GLACE ET D'EAU DOUCE.® DEVICE FOR THE PRODUCTION OF A MIXTURE OF ICE CRYSTALS AND FRESHWATER.

FR 3 061 709 - A1 (57) Dispositif permettant la production d'un mélange de cristaux de glace et d'eau douce.FR 3 061 709 - A1 (57) Device allowing the production of a mixture of ice crystals and fresh water.

Il utilise la technique de congélation sous vide de l'eau de mer pour produire un mélange d'eau douce et de cristaux de glace avec utilisation de l'énergie frigorifique de l'eau froide des profondeurs des océans pour condenser en partie la vapeur générée par la congélation sous vide.It uses the vacuum freezing technique of sea water to produce a mixture of fresh water and ice crystals with the use of the cooling energy of cold water from the depths of the oceans to partially condense the steam generated. by vacuum freezing.

Dans un mode de réalisation, l'énergie thermique de l'eau chaude contenue dans les couches de surface de l'océan pourra être également utilisée comme gaz moteur d'un ou plusieurs thermo compresseurs permettant de comprimer la vapeur produite dans l'évaporateur du dispositif.In one embodiment, the thermal energy of the hot water contained in the ocean surface layers can also be used as the driving gas of one or more thermo compressors making it possible to compress the vapor produced in the evaporator of the device.

Le dispositif pourra être positionné en mer ou à terre.The device can be positioned at sea or on land.

Le dispositif selon l'invention est particulièrement adapté aux applications de stockage, transport et distribution de froid destinées à la climatisation et à la production d'eau douce.The device according to the invention is particularly suitable for cold storage, transport and distribution applications intended for air conditioning and the production of fresh water.

La présente invention concerne un dispositif permettant la production d’un mélange de cristaux de glace et d’eau douce par la technique de la congélation sous vide à partir d’eau salée en utilisant l’énergie frigorifique contenue dans l’eau de mer des profondeurs. Dans un mode de réalisation, l’énergie thermique de l’eau chaude contenue dans les couches de surface de l’océan pourra être également utilisée.The present invention relates to a device allowing the production of a mixture of ice crystals and fresh water by the technique of vacuum freezing from salt water using the refrigerating energy contained in seawater of depths. In one embodiment, the thermal energy of the hot water contained in the surface layers of the ocean may also be used.

Le mélange de cristaux de glace et d’eau douce produit peut être utilisé comme fluide permettant le transport, la distribution et le stockage d’énergie frigorifique pour les applications de climatisation et/ou permettant la production d’eau douce.The mixture of ice crystals and fresh water produced can be used as a fluid for the transport, distribution and storage of cooling energy for air conditioning applications and / or for the production of fresh water.

Dans l’ensemble du document on désignera par :Throughout the document we will denote by:

• Eau salée : l’eau de mer ou toute eau saumâtre dont la teneur en sel est supérieur aux critères de potabilité.• Salt water: sea water or any brackish water whose salt content exceeds the drinking water criteria.

• Cristaux de glace : les cristaux formés par la cristallisation d’eau salée ou douce. Ces cristaux de glace formés dans les conditions de l’invention ont une teneur en sel très faible en dessous des critères de potabilité.• Ice crystals: crystals formed by the crystallization of salt or fresh water. These ice crystals formed under the conditions of the invention have a very low salt content below the potability criteria.

• Eau douce : de l’eau dont la teneur en sel permet l’utilisation pour les besoins de la vie courante : irrigation, besoins ménagers, etc...• Fresh water: water whose salt content allows use for everyday needs: irrigation, household needs, etc.

• Eau potable : de l’eau douce dont la teneur en sel permet l’utilisation pour la consommation humaine.• Drinking water: fresh water whose salt content allows it to be used for human consumption.

• moyens de compression : l’ensemble des moyens permettant d’augmenter la pression d’un gaz entre l’entrée du dispositif et sa sortie. Il peut s’agir, par exemple, de tout type de compresseur mécanique dont la force motrice est d’origine mécanique et/ou électrique, de tout type de dispositif de compression utilisant de l’énergie thermique pour comprimer le gaz (cycle d’absorption simple ou en cascade, thermo compresseur) sans que cette liste soit exhaustive.• compression means: all of the means making it possible to increase the pressure of a gas between the inlet of the device and its outlet. It can be, for example, any type of mechanical compressor whose driving force is of mechanical and / or electrical origin, any type of compression device using thermal energy to compress the gas (cycle of simple or cascade absorption, thermo compressor) without this list being exhaustive.

• MWf : Mégawatt frigorifique • MWe : Mégawatt électrique • Indifféremment par mer ou océan l’ensemble des mers ou océans.• MWf: Refrigerated megawatt • MWe: Electric megawatt • Whether by sea or ocean, all seas or oceans.

• Eau chaude de surface de l’océan : l’eau contenue dans la partie supérieure des océans dans une tranche de profondeur de 0 à moins de 100m qui peut par exemple atteindre une température entre 25 et 30°C dans la zone intertropicale.• Warm ocean surface water: the water contained in the upper part of the oceans in a depth range from 0 to less than 100m which can, for example, reach a temperature between 25 and 30 ° C in the intertropical zone.

• Eau froide des profondeurs : l’eau des océans contenue en dessous d’une profondeur où elle atteint une température lui permettant d’être utilisée comme source froide dans le dispositif selon l’invention. Par exemple, en zone intertropicale l’eau atteint une température d’environ 5°C à une profondeur d’environ 800m alors qu’en méditerranée, l’eau atteint une température d’environ 13°C en dessous d’environ 200m de profondeur.• Cold water from the depths: the ocean water contained below a depth where it reaches a temperature allowing it to be used as a cold source in the device according to the invention. For example, in the intertropical zone the water reaches a temperature of around 5 ° C at a depth of around 800m while in the Mediterranean, the water reaches a temperature of around 13 ° C below around 200m from depth.

L’utilisation de l’énergie thermique des mers (ETM), soit l’énergie contenue dans les couches de surface des océans (près de 28°C en zone intertropicale) et l’énergie des couches profondes des océans (4 à 8°C) a depuis longtemps suscité un grand intérêt compte tenu de l’immense disponibilité de la ressource, de son caractère renouvelable et disponible 24h/24.The use of thermal energy from the seas (ETM), i.e. the energy contained in the surface layers of the oceans (around 28 ° C in the intertropical zone) and the energy in the deep layers of the oceans (4 to 8 ° C) has long aroused great interest given the immense availability of the resource, its renewable nature and available 24 hours a day.

De nombreux cycles de production d’énergie en utilisant l’eau de surface comme source chaude et l’eau des profondeurs comme source froide ont été proposés et étudiés. Cependant, compte tenu de la différence de température faible entre source froide et source chaude (environ 20°C), les rendements de conversion réellement possibles entre énergie thermique et énergie mécanique se limitent à environ 3% impliquant le traitement de quantités considérables d’eau chaude et d’eau froide.Many cycles of energy production using surface water as a hot source and water from the depths as a cold source have been proposed and studied. However, taking into account the low temperature difference between cold source and hot source (approximately 20 ° C), the conversion yields actually possible between thermal energy and mechanical energy are limited to approximately 3% involving the treatment of considerable quantities of water. hot and cold water.

On considère actuellement qu’avec 1 m3/s d’eau chaude et 1m3/s d’eau froide on peut produire environ 0.4 MW électrique (MWe).It is currently considered that with 1 m3 / s of hot water and 1m3 / s of cold water we can produce about 0.4 MW electric (MWe).

Ceci implique à la fois des tuyaux de très grands diamètres pour transporter eau chaude et eau froide, des échangeurs et/ou des turbines de très grande dimensions. Les coûts des installations associés aux coûts d’exploitation (particulièrement pour les installations flottantes) et aux difficultés d’acceptabilité de poser des tuyaux de grand diamètre amenant l’eau à terre (pour les installations à terre) font que les réalisations commerciales sont pratiquement inexistantes dans les conditions économiques actuelles.This involves both very large diameter pipes for transporting hot and cold water, exchangers and / or very large turbines. The costs of the installations associated with the operating costs (particularly for floating installations) and the difficulties of acceptability to lay large diameter pipes bringing water to shore (for shore installations) mean that commercial achievements are practically nonexistent under current economic conditions.

Un autre concept utilisant uniquement l’énergie frigorifique contenue dans l’eau de mer des profondeurs a été proposé et a fait l’objet de quelques réalisations commerciales. Il s’agit de ramener l’eau froide des profondeurs à terre et d’utiliser l’énergie frigorifique sensible de l’eau de mer entre 6 et 11 °C pour refroidir le liquide circulant dans un réseau d’eau froide destinée à alimenter en froid des installations de climatisation.Another concept using only the cooling energy contained in deep sea water has been proposed and has been the subject of some commercial achievements. This involves bringing cold water from the depths to shore and using the sensitive cooling energy of sea water between 6 and 11 ° C to cool the liquid circulating in a cold water network intended to supply in cold air conditioning systems.

Une analyse énergétique de ce procédé fait apparaitre son intérêt par rapport à la production directe d’énergie. En effet, la fourniture d’1 m3/s d’eau à 6°C permet d’extraire environ 21 MW frigorifique (MWf) de chaleur sensible de l’eau entre 6 et 11 °C.An energy analysis of this process shows its interest in relation to direct energy production. Indeed, the supply of 1 m3 / s of water at 6 ° C makes it possible to extract approximately 21 MW of refrigeration (MWf) of sensible heat from water between 6 and 11 ° C.

Dans un climat intertropical, la climatisation par des groupes frigorifiques permet au mieux des coefficients de performance de l’ordre de 3. Il faudrait donc environ une puissance de 7 MWe pour fournir les 21 MWf.In an intertropical climate, air conditioning by refrigeration units allows at best performance coefficients of the order of 3. It would therefore take about a power of 7 MWe to supply the 21 MWf.

Il apparait donc que la fourniture d’1m3/s d’eau froide des profondeurs a permis la substitution à la consommation de 7 MWe dans ce cas alors qu’il aurait fallu près de 17.5 m3/s d’eau chaude de surface et de 17.5 m3/s d’eau froide des profondeurs pour arriver à la production de 7 MWe.It therefore appears that the supply of 1m3 / s of cold water from the depths made it possible to replace the consumption of 7 MWe in this case when it would have required almost 17.5 m3 / s of hot surface water and 17.5 m3 / s of cold water from the depths to reach the production of 7 MWe.

Malgré cet avantage considérable, les projets de climatisation par eau de mer ont également du mal à se réaliser. Les principales raisons sont les suivantes :Despite this considerable advantage, seawater air conditioning projects are also struggling to materialize. The main reasons are:

• Les tuyaux d’amenée de l’eau froide des profondeurs ont de très grands diamètres (de 0.6 à 2m) pour limiter les pertes de charge et les pertes thermiques et des longueurs souvent importantes (plusieurs kilomètres) pour accéder à la profondeur (800 à 1000m) permettant d’accéder à de l’eau suffisamment froide. De plus, les installations de passage des tuyaux de grand diamètre depuis la mer à terre (atterrage) sont très chères et complexes. Les coûts d’investissement associés sont très importants et l’acceptabilité environnementale de pose des tuyaux de grand diamètres difficile à obtenir.• The cold water supply pipes from the depths have very large diameters (from 0.6 to 2m) to limit pressure losses and thermal losses and often significant lengths (several kilometers) to reach the depth (800 at 1000m) allowing access to sufficiently cold water. In addition, the installation of large diameter pipes from the sea to land (landing) are very expensive and complex. The associated investment costs are very high and the environmental acceptability of laying large diameter pipes is difficult to obtain.

• Le réseau de distribution du froid associé à l’installation est souvent très important également, compte tenu des puissances de froid considérables à distribuer (21 MWf pour 1 m3/s). Il doit alimenter de multiples utilisateurs, éloignés les uns des autres (hôtels, aéroports, hôpitaux, centres de bureaux, centres commerciaux) avec des tuyaux de grand diamètre et les coûts d’investissement sont également considérables.• The cold distribution network associated with the installation is often also very important, given the considerable cold powers to be distributed (21 MWf for 1 m3 / s). It must supply multiple users, far from each other (hotels, airports, hospitals, office centers, shopping centers) with large diameter pipes and the investment costs are also considerable.

En conséquence, les nombreux projets de climatisation par eau de mer des profondeurs actuellement étudiés dans le monde peinent à se réaliser.As a result, the many air conditioning projects using seawater from the depths currently being studied around the world are struggling to materialize.

L’utilisation d’un matériau à changement de phase (MCP) pour le stockage, le transport en mer et/ou à terre et la distribution du froid permettrait de réduire considérablement le débit volumique et par la même le diamètre des tuyaux nécessaires. L’utilisation de cristaux de glace comme MCP présente des avantages supplémentaires :The use of a phase change material (MCP) for storage, transport at sea and / or on land and the distribution of cold would considerably reduce the volume flow and by the same token the diameter of the pipes required. The use of ice crystals as MCP has additional advantages:

• Elle a une chaleur latente de fusion très importante de 330 KJ/kg, à comparer aux 21 KJ/kg de la chaleur sensible de l’eau entre 6 et 11 °C.• It has a very high latent heat of fusion of 330 KJ / kg, compared to 21 KJ / kg of the sensible heat of water between 6 and 11 ° C.

• Pour être pompable et transportable par tuyau sans perte de charge trop importante, elle doit être mélangée avec de l’eau dans des proportions d’environ 1/3 de cristaux de glace pour 2/3 d’eau, les cristaux de glace étant sous la forme de très petits cristaux.• To be pumpable and transportable by hose without excessive pressure drop, it must be mixed with water in proportions of approximately 1/3 of ice crystals for 2/3 of water, the ice crystals being in the form of very small crystals.

• La densité énergétique du mélange est alors d’environ 155 KJ/kg pour la somme de la chaleur latente de fusion de la glace et de la chaleur sensible de l’eau entre 0 et 11 °C. De plus, la chaleur latente de fusion des cristaux de glace, qui représente environ 110 KJ/kg, est libérée à température constante d’environ 0°C. Elle est donc libérée avant la chaleur sensible de l’eau, ce qui permet d’avoir un maintien à 0°C du coulis de glace malgré des apports de chaleur extérieurs. Ainsi, il était souvent nécessaire de sur dimensionner le tuyau d’amenée d’eau froide des profondeurs pour éviter que sa température augmente à l’intérieur du tuyau lors du transfert en mer et le tuyau de transport de l’eau glacée à terre pour la même raison. Cela est inutile avec un coulis de glace qui restera à température constante avec une partie des cristaux de glace qui fonderont.• The energy density of the mixture is then around 155 KJ / kg for the sum of the latent heat of fusion of the ice and the sensible heat of the water between 0 and 11 ° C. In addition, the latent heat of fusion of the ice crystals, which represents around 110 KJ / kg, is released at a constant temperature of around 0 ° C. It is therefore released before the sensible heat of the water, which makes it possible to maintain the ice slurry at 0 ° C despite external heat inputs. Thus, it was often necessary to oversize the cold water supply pipe from the depths to prevent its temperature rising inside the pipe during transfer at sea and the cold water transport pipe on land to the same reason. This is useless with an ice slurry which will remain at constant temperature with part of the ice crystals which will melt.

• Le prix de l’eau est négligeable comparé aux autres MCP • Le mélange est totalement non toxique et sans danger pour l’environnement.• The price of water is negligible compared to other MCPs. • The mixture is completely non-toxic and harmless to the environment.

• Si l’eau de mélange est de l’eau douce, le mélange peut être utilisé après utilisation de son froid par fonte des cristaux de glace comme une ressource en eau sur le lieu de consommation du froid. Dans ce cas, il devient inutile de prévoir un circuit retour pour le réseau de transport de froid aussi bien en mer qu’à terre diminuant considérablement les coûts des installations. Une demande de brevet à ΙΊΝΡΙ sur ce type de dispositif été déposée par Claude FAVY (Numéro de demande FR1770011 ).• If the mixing water is fresh water, the mixture can be used after using its cold by melting ice crystals as a water resource at the place where the cold is consumed. In this case, it becomes unnecessary to provide a return circuit for the cold transport network both at sea and on land, considerably reducing the costs of the installations. A patent application to ΙΊΝΡΙ on this type of device was filed by Claude FAVY (Application number FR1770011).

Il apparaît donc particulièrement intéressant de pouvoir produire un mélange d’eau douce et de cristaux de glace pour le stockage, le transport et la distribution de froid.It therefore appears particularly advantageous to be able to produce a mixture of fresh water and ice crystals for the storage, transport and distribution of cold.

Le dispositif selon l’invention permet de produire ce mélange à partir d’eau de mer et en utilisant l’énergie frigorifique de l’eau de profondeur des océans.The device according to the invention makes it possible to produce this mixture from sea water and using the cooling energy of the water of deep ocean.

Il utilise la technique de congélation sous vide de l’eau de mer pour produire un mélange d’eau douce et de cristaux de glace avec utilisation de l’énergie frigorifique de l’eau froide des profondeurs pour condenser en partie la vapeur générée par la congélation sous vide.It uses the vacuum freezing technique of sea water to produce a mixture of fresh water and ice crystals with the use of the cooling energy of cold water from the depths to partially condense the steam generated by the vacuum freezing.

Les dessins annexés illustrent des modes particuliers de réalisation de l’invention :The accompanying drawings illustrate particular embodiments of the invention:

• La figure 1 représente parmi l’art antérieur un schéma représentant un dispositif de désalinisation par congélation sous vide ;• Figure 1 shows among the prior art a diagram showing a desalination device by vacuum freezing;

• La figure 2 représente parmi l’art antérieur un schéma représentant un dispositif de production de froid par congélation sous vide;• Figure 2 shows among the prior art a diagram showing a device for producing cold by vacuum freezing;

• La figure 3 représente un mode de réalisation du dispositif de production d’un mélangede glace et d’eau douce à partir d’eau salée de la présente invention, les moyensde compression étant configurés en série.• Figure 3 shows an embodiment of the device for producing a mixture of ice and fresh water from salt water of the present invention, the compression means being configured in series.

• La figure 4 représente un mode de réalisation du dispositif de production d’un mélangede glace et d’eau douce à partir d’eau salée de la présente invention, les moyensde compression étant configurés en parallèle.• Figure 4 shows an embodiment of the device for producing a mixture of ice and fresh water from salt water of the present invention, the compression means being configured in parallel.

• La figures 5 représente un thermo compresseur alimenté par de la vapeur provenant de la détente flash de l’eau de mer chaude de surface de l’océan pouvant être avantageusement utilisé dans le dispositif objet de la présente invention.• Figures 5 shows a thermo compressor powered by steam from the flash expansion of warm sea water from the ocean surface can be advantageously used in the device object of the present invention.

La technique de la congélation sous vide de l’eau consiste à introduire de l’eau liquide dans un évaporateur dont la pression est maintenue à une pression proche du point triple de l’eau (soit environ 611 Pa et une température de 0.01 °C pour l’eau douce). Compte tenu des conditions de pression, une partie du liquide se vaporise. L’énergie thermique nécessaire à cette vaporisation est extraite de l’eau liquide qui, compte tenu des conditions de pression et de température, se solidifie en partie sous forme de cristaux de glace. La vapeur est extraite de l’évaporateur en continu permettant de maintenir les conditions de pression et température nécessaires à la production simultanée de vapeur et de cristaux de glace.The technique of vacuum freezing water consists in introducing liquid water into an evaporator, the pressure of which is maintained at a pressure close to the triple point of the water (i.e. around 611 Pa and a temperature of 0.01 ° C for fresh water). Taking into account the pressure conditions, part of the liquid vaporizes. The thermal energy necessary for this vaporization is extracted from the liquid water which, taking into account the pressure and temperature conditions, solidifies in part in the form of ice crystals. Steam is continuously extracted from the evaporator to maintain the pressure and temperature conditions necessary for the simultaneous production of steam and ice crystals.

Cette technique a fait l’objet de plusieurs applications dont les principales sont :This technique has been the subject of several applications, the main ones being:

1. La désalinisation par la production d’eau douce à partir d’eau salée par congélation.1. Desalination by the production of fresh water from salt water by freezing.

2. La production de froid par :2. Production of cold by:

• La production d’un mélange eau cristaux de glace utilisé comme fluide thermique pour le stockage de l’énergie frigorifique.• The production of a mixture of ice crystal water used as thermal fluid for the storage of cooling energy.

• La production de cristaux de glace pour la neige artificielle et/ou la conservation de denrées alimentaires.• The production of ice crystals for artificial snow and / or the conservation of foodstuffs.

Concernant la désalinisation, la figure 1 représente un schéma de principe du dispositif proposé dans l’état de l’art. De l’eau salée (1) est injectée dans un évaporateur (2) sous vide dans laquelle règne une pression proche de celle du point triple de l’eau salée (pression sensiblement inférieure à celle de l’eau douce d’environ 518 Pa pour l’eau de mer). La vapeur produite (5) est extraite de l’évaporateur à travers la tuyauterie (19) par des moyens de compression de la vapeur. Afin de fournir l’énergie nécessaire à la vaporisation d’une partie de l’eau, des cristaux de glace se forment dans la partie liquide de l’eau dans l’évaporateur sous vide. Ce mélange (3) est composé de cristaux de glace et d’eau légèrement plus salée, la saumure, que lors de son injection dans la chambre sous vide. Il est agité par un agitateur permettant de renouveler la surface de contact entre la vapeur et la surface de l’eau. Ce mélange (3) est extrait de l’évaporateur (2) par la tuyauterie (4) et alimente le séparateur (6). Celui-ci permet de séparer les cristaux de glace (10) de la saumure (9) qui est éjectée. Les cristaux de glace (10) alimentent le laveur (7).Regarding desalination, Figure 1 shows a block diagram of the device proposed in the state of the art. Salt water (1) is injected into a vacuum evaporator (2) in which there is a pressure close to that of the triple point of salt water (pressure substantially lower than that of fresh water of about 518 Pa for sea water). The vapor produced (5) is extracted from the evaporator through the pipe (19) by means of vapor compression. In order to provide the energy needed to vaporize part of the water, ice crystals form in the liquid part of the water in the vacuum evaporator. This mixture (3) is composed of ice crystals and slightly saltier water, brine, than when injected into the vacuum chamber. It is stirred by an agitator which renews the contact surface between the vapor and the surface of the water. This mixture (3) is extracted from the evaporator (2) by the piping (4) and feeds the separator (6). This makes it possible to separate the ice crystals (10) from the brine (9) which is ejected. The ice crystals (10) feed the washer (7).

Celui-ci permet de débarrasser les cristaux de glace de tout ou partie du sel resté à leur surface par aspersion avec de l’eau douce (11) qui est évacuée en (8). On considère qu’environ 5% de la production totale d’eau douce est nécessaire pour laver les cristaux de glace avec une teneur en sel après lavage inférieure à la limite de potabilité.This makes it possible to rid the ice crystals of all or part of the salt remaining on their surface by spraying with fresh water (11) which is discharged in (8). It is estimated that approximately 5% of the total production of fresh water is necessary to wash the ice crystals with a salt content after washing below the drinking limit.

Le transport des cristaux de glace continuent alors jusqu’au condenseur (14). Dans ce condenseur (14), l’échange entre la chaleur latente de fusion des cristaux de glace et la chaleur latente de condensation de la vapeur en sortie des moyens de compression (12) se réalise. La vapeur est entièrement condensée à la sortie du condenseur (14). Les gaz incondensables sont évacués par une pompe à vide (20). A noter qu’une partie des gaz incondensables peut être éliminée en amont de l’évaporateur sous vide par un desaréateur sur l’eau salée (1).The transport of the ice crystals then continues to the condenser (14). In this condenser (14), the exchange between the latent heat of fusion of the ice crystals and the latent heat of condensation of the vapor leaving the compression means (12) takes place. The vapor is fully condensed at the outlet of the condenser (14). The noncondensable gases are removed by a vacuum pump (20). Note that some of the noncondensable gases can be removed upstream of the vacuum evaporator by a desareator on salt water (1).

Compte tenu des transferts de chaleur depuis l’extérieur incontournables dans le dispositif, à savoir sans que cela soit exhaustif, à travers les isolants, la chaleur fournie par l’irréversibilité de la compression de la vapeur, la présence d’incondensables qu’il faut comprimer, il est indispensable de fournir du froid à 0°C par une source extérieure au dispositif pour assurer l’équilibre entre la chaleur latente de fusion des cristaux de glace et la chaleur latente de condensation de la vapeur. Ce froid complémentaire est fourni par un échangeur (18) dans le condenseur (14). Ce froid est produit par un groupe frigorifique.Given the essential heat transfers from the outside in the device, namely without this being exhaustive, through the insulators, the heat provided by the irreversibility of the compression of the vapor, the presence of noncondensables that it must be compressed, it is essential to provide cold at 0 ° C by a source external to the device to ensure the balance between the latent heat of fusion of the ice crystals and the latent heat of condensation of the vapor. This additional cold is supplied by an exchanger (18) in the condenser (14). This cold is produced by a refrigeration unit.

Afin de limiter la température de l’eau salée (1 ) en entrée de l’évaporateur sous vide (2), un échange de chaleur entre l’eau salée (1) , la saumure (9) et/ou l’eau douce en sortie du dispositif peut être réalisé.In order to limit the temperature of the salt water (1) at the inlet of the vacuum evaporator (2), a heat exchange between the salt water (1), the brine (9) and / or the fresh water at the output of the device can be realized.

Des essais ont été réalisés sur ce dispositif par la société Colt Industries aux USA dans les années 1960. Les résultats sont repris dans le document « Vacuum freezing vapor compression desalting process » du DOI aux USA.Tests were carried out on this device by the company Colt Industries in the USA in the 1960s. The results are included in the document "Vacuum freezing vapor compression desalting process" from DOI in the USA.

Les moyens de compression (12) étaient un compresseur centrifuge entraîné par un moteur électrique.The compression means (12) was a centrifugal compressor driven by an electric motor.

L’installation avait une capacité de 380 m3/jour de production d’eau douce et une consommation électrique de 12.6 Kwh/m3 d’eau douce dont 4.1 Kwh pour la compression, 3.8 Kwh pour la fourniture du froid complémentaire, 3.1 Kwh pour l’ensemble des pompes et 1,6 Kwh pour les autres postes. On voit l’importance de la part d’énergie nécessaire à la fourniture du froid complémentaire et à la compression.The installation had a capacity of 380 m3 / day of fresh water production and an electrical consumption of 12.6 Kwh / m3 of fresh water, including 4.1 Kwh for compression, 3.8 Kwh for the supply of additional cold, 3.1 Kwh for l '' set of pumps and 1.6 Kwh for the other stations. We can see the importance of the part of energy necessary for the supply of additional cold and for compression.

Plusieurs variantes de ce dispositif de dessalement d’eau de mer ont été proposées dans le but de diminuer la dépense énergétique et d’éviter un compresseur mécanique très basse pression avec des débits volumiques énormes.Several variants of this seawater desalination device have been proposed with the aim of reducing energy expenditure and avoiding a very low pressure mechanical compressor with enormous volume flow rates.

Elles concernent essentiellement les moyens de compression.They essentially relate to the compression means.

Une première variante fait appel à un procédé d’absorption pour augmenter la pression de la vapeur (en réalité plusieurs cycles d’absorption en cascade).A first variant uses an absorption process to increase the pressure of the vapor (in reality several absorption cycles in cascade).

Des essais et études ont été réalisés par Carrier corporation en 1959 pour le compte du DOI aux USA.Tests and studies were carried out by Carrier corporation in 1959 on behalf of DOI in the USA.

La vapeur basse pression en sortie de l’évaporateur sous vide est absorbée par une solution pauvre à basse température. Cette solution mise en pression est ensuite chauffée par une source de chaleur extérieure (au moins 100°C). Sous l’effet de cette chaleur, une partie de l’eau contenue dans la solution est vaporisée à une pression plus haute que la pression initiale. La vapeur produite passe alors dans un condenseur pour être condensée par l’eau de mer disponible en entrée du dispositif. Ce concept évite l’utilisation d’un compresseur mécanique mais nécessite également une source de froid complémentaire pour compenser les irréversibilités du cycle. Elle nécessite également une source de chaleur haute température pour que le cycle d’absorption soit efficace. Enfin, les solutions utilisées pour le cycle d’absorption peuvent présenter des dangers pour l’environnement.The low pressure steam at the outlet of the vacuum evaporator is absorbed by a lean solution at low temperature. This pressurized solution is then heated by an external heat source (at least 100 ° C). Under the effect of this heat, part of the water contained in the solution is vaporized at a pressure higher than the initial pressure. The steam produced then passes through a condenser to be condensed by the seawater available at the inlet of the device. This concept avoids the use of a mechanical compressor but also requires an additional cold source to compensate for the irreversibilities of the cycle. It also requires a high temperature heat source for the absorption cycle to be effective. Finally, the solutions used for the absorption cycle can present environmental hazards.

Une deuxième variante fait appel à une combinaison d’un procédé d’absorption (en réalité plusieurs cycles d’absorption en cascade) et d’un éjecteur de vapeur. Dans cette variante, une partie de la vapeur basse pression en sortie de l’évaporateur sous vide est absorbée par une solution pauvre à basse température, l’absorbeur étant refroidi par échange thermique avec les différents flux sortants. Cette solution mise en pression est ensuite chauffée par une source de chaleur extérieure (vapeur à 120°C). Sous l’effet de cette chaleur, une partie de l’eau contenue dans la solution est vaporisée à une pression d’environ 40000 Pa. La vapeur produite est alors utilisée comme fluide moteur dans un éjecteur de vapeur (thermo compresseur) pour augmenter la pression de la vapeur restante en sortie de l’évaporateur sous vide. A la sortie de l’éjecteur, l’ensemble de la vapeur est à une pression d’environ 650 Pa, permettant sa condensation par échange avec la chaleur latente de fusion des cristaux de glace. Une partie de la vapeur haute pression produite dans le générateur doit être condensée par les flux sortants dès la sortie du générateur afin de compenser les irréversibilités du dispositif.A second variant uses a combination of an absorption process (in reality several cascade absorption cycles) and a vapor ejector. In this variant, part of the low pressure steam leaving the vacuum evaporator is absorbed by a lean solution at low temperature, the absorber being cooled by heat exchange with the various outgoing flows. This pressurized solution is then heated by an external heat source (steam at 120 ° C). Under the effect of this heat, part of the water contained in the solution is vaporized at a pressure of around 40,000 Pa. The steam produced is then used as the working fluid in a steam ejector (thermo compressor) to increase the pressure of the remaining vapor at the outlet of the vacuum evaporator. At the outlet of the ejector, all of the steam is at a pressure of about 650 Pa, allowing its condensation by exchange with the latent heat of fusion of the ice crystals. Part of the high pressure steam produced in the generator must be condensed by the outgoing flows from the generator outlet in order to compensate for the irreversibilities of the device.

Ce concept évite l’utilisation d’un compresseur mécanique mais nécessite également une source de froid complémentaire pour compenser les irréversibilités du cycle. Elle nécessite également une source de chaleur haute température pour que le cycle d’absorption soit efficace. Enfin, les solutions utilisées pour le cycle d’absorption peuvent présenter des dangers pour l’environnement.This concept avoids the use of a mechanical compressor but also requires an additional cold source to compensate for the irreversibilities of the cycle. It also requires a high temperature heat source for the absorption cycle to be effective. Finally, the solutions used for the absorption cycle can present environmental hazards.

Concernant la production de froid, la figure 2 représente un schéma de principe du dispositif proposé dans l’état de l’art. De l’eau douce (21 ) est injectée dans un évaporateur sous vide (22) dans lequelle règne une pression proche de celle du point triple de l’eau. La vapeur produite (25) est extraite de l’évaporateur par un compresseur mécanique de vapeur (26). Afin de fournir l’énergie nécessaire à la vaporisation d’une partie de l’eau, des cristaux de glace se forment dans la partie liquide de l’eau dans l’évaporateur sous vide. Ce mélange (23) est composé de cristaux de glace et d’eau douce. Il est agité par un agitateur permettant de renouveler la surface de contact entre la vapeur et la surface de l’eau. Ce mélange (23) est extrait de la chambre sous vide (2) par la tuyauterie (24) et constitue le produit final utilisé pour le stockage du froid. Dans le cas de la production de neige artificielle, les cristaux de glace sont séparés de l’eau liquide.Regarding the production of cold, Figure 2 shows a block diagram of the device proposed in the state of the art. Fresh water (21) is injected into a vacuum evaporator (22) in which there is a pressure close to that of the triple point of water. The steam produced (25) is extracted from the evaporator by a mechanical steam compressor (26). In order to provide the energy needed to vaporize part of the water, ice crystals form in the liquid part of the water in the vacuum evaporator. This mixture (23) is composed of ice crystals and fresh water. It is stirred by an agitator which renews the contact surface between the vapor and the surface of the water. This mixture (23) is extracted from the vacuum chamber (2) by the piping (24) and constitutes the final product used for cold storage. In the case of artificial snow production, the ice crystals are separated from the liquid water.

La vapeur pressurisée par le compresseur mécanique de vapeur (26) est ensuite condensée dans un condenseur (28) par échange avec une source froide (en général de l’eau glacée provenant d’un groupe frigorifique de production d’eau glacée). Les gaz incondensables (29) sont évacués par une pompe à vide. A noter qu’une partie des gaz incondensables peut être éliminée en amont de l’évaporateur sous vide par un desaréateur sur l’eau d’alimentation (1). Afin de limiter le travail du compresseur mécanique de vapeur, l’eau glacée permettant la condensation de la vapeur est en général à une température d’environ 6°C. La vapeur condensée (30) peut être récupérée et ajoutée au produit final (23).The vapor pressurized by the mechanical steam compressor (26) is then condensed in a condenser (28) by exchange with a cold source (usually chilled water from a chiller producing chilled water). The incondensable gases (29) are evacuated by a vacuum pump. Note that a part of the noncondensable gases can be eliminated upstream of the vacuum evaporator by a desareator on the feed water (1). In order to limit the work of the mechanical steam compressor, the chilled water used to condense the steam is generally at a temperature of around 6 ° C. The condensed steam (30) can be recovered and added to the final product (23).

Le dispositif selon l’invention permet de produire à partir d’eau salée un mélange d’eau douce et de cristaux de glace qui pourra être utilisé très avantageusement pour le stockage, le transport et la distribution d’énergie frigorifique et la consommation d’eau douce. Il permet de minimiser la dépense énergétique électrique nécessaire, notamment par le fait qu’il utilise l’énergie frigorifique sensible de l’eau froide des profondeurs des océans comme source froide pour condenser une partie de la vapeur produite dans l’évaporateur sous vide, l’autre partie étant condensée par l’énergie latente de fusion de la partie des cristaux de glace. La fonte de ces cristaux de glace produira l’eau douce du mélange. Contrairement au dispositif de dessalement de l’art antérieur représenté en figure 1, le dispositif selon l’invention ne nécessite pas de source de froid complémentaire à 0°C pour compenser les irréversibilités du cycle, aucune source de froid à 0°C n’étant disponible naturellement en climat chaud. Il permet d’utiliser uniquement l’énergie frigorifique sensible de l’eau froide des profondeurs des océans (à environ 6°C), source froide disponible 24h/24.The device according to the invention makes it possible to produce from salt water a mixture of fresh water and ice crystals which can be used very advantageously for the storage, transport and distribution of refrigerating energy and the consumption of pure water. It minimizes the necessary electrical energy expenditure, in particular by the fact that it uses the sensitive refrigerating energy of cold water from the depths of the oceans as a cold source to condense part of the vapor produced in the vacuum evaporator, the other part being condensed by the latent energy of fusion of the part of the ice crystals. The melting of these ice crystals will produce fresh water for the mixture. Unlike the desalination device of the prior art shown in FIG. 1, the device according to the invention does not require an additional cold source at 0 ° C. to compensate for the irreversibilities of the cycle, no cold source at 0 ° C. being naturally available in hot climate. It allows you to use only the sensitive cooling energy of cold water from the depths of the oceans (at around 6 ° C), a cold source available 24 hours a day.

Le mélange d’eau douce et de cristaux de glace produit par le dispositif selon l’invention pourra être produit dans les proportions que l’on souhaite en fonction des proportions d’énergie latente de fusion des cristaux de glace et de l’énergie frigorifique sensible de l’eau froide des profondeurs mises en oeuvre.The mixture of fresh water and ice crystals produced by the device according to the invention can be produced in the proportions that are desired as a function of the proportions of latent energy of melting of the ice crystals and of the cooling energy. sensitive cold water from the depths used.

Cette proportion pourra varier, par exemple en fonction de la saison et des disponibilités de la source froide et/ou de sa température et/ou des besoins en eau douce ou en froid.This proportion may vary, for example depending on the season and the availability of the cold source and / or its temperature and / or the requirements for fresh or cold water.

Par exemple, le dispositif fonctionnant en méditerranée pourrait permettre de produire en majorité de l’eau douce en période froide alors qu’il pourrait permettre de produire à la fois du froid pour les besoins de climatisation et de l’eau douce en période chaude en utilisant alors l’eau froide disponible vers 200m de profondeur à 13°C environ et l’eau chaude de surface pouvant être à plus de 30°C comme source de vapeur motrice.For example, the device operating in the Mediterranean could make it possible to produce the majority of fresh water in cold periods while it could make it possible to produce both cold for the needs of air conditioning and fresh water in hot periods. then using the cold water available around 200m deep at around 13 ° C and the hot surface water which can be over 30 ° C as a source of motive vapor.

L’invention propose un dispositif de production d’un mélange d’eau douce et de cristaux de glace à partir d’eau salée. Le dispositif de production d’un mélange d’eau douce et de cristaux de glace comprend au moins:The invention provides a device for producing a mixture of fresh water and ice crystals from salt water. The device for producing a mixture of fresh water and ice crystals comprises at least:

• Une alimentation en eau salée • Un évaporateur sous vide permettant la production, par détente flash de l’eau salée dans des conditions proches du point triple de l’eau, de vapeur d’eau et d’un mélange d’eau salée et de cristaux de glace.• A salt water supply • A vacuum evaporator allowing the production, by flash expansion of salt water under conditions close to the triple point of water, of water vapor and a mixture of salt water and of ice crystals.

• Un séparateur permettant de séparer l’eau salée et les cristaux de glace • Un dispositif d’amenée d’eau de mer froide des profondeurs.• A separator for separating salt water and ice crystals • A device for bringing cold seawater from the depths.

• Deux moyens de compression :• Two compression means:

o Un premier moyen de compression permettant la compression de tout ou partie de la vapeur d’eau produite dans l’évaporateur sous vide jusqu’à une pression permettant sa condensation par échange thermique avec des cristaux de glace fondants ; et o Un second moyen de compression permettant la compression d’une partie de la vapeur d’eau produite dans l’évaporateur, cette vapeur ayant été auparavant comprimée dans le premier moyen de compression ou non, jusqu’à une pression permettant sa condensation par échange thermique avec l’eau de mer froide des profondeurs.o A first compression means allowing the compression of all or part of the water vapor produced in the vacuum evaporator to a pressure allowing its condensation by heat exchange with melting ice crystals; and o A second compression means allowing the compression of part of the water vapor produced in the evaporator, this vapor having been previously compressed in the first compression means or not, to a pressure allowing its condensation by heat exchange with cold sea water from the depths.

• par échange thermique avec l’eau de mer froide des profondeurs pour le second moyen.• by heat exchange with cold sea water from the depths for the second means.

• un condenseur de vapeur d’eau par échange thermique avec la chaleur latente de la fusion d’une partie des cristaux de glace produits.• a water vapor condenser by heat exchange with the latent heat of the melting of part of the ice crystals produced.

• un condenseur de vapeur d’eau par échange thermique avec la chaleur sensible de l’eau de mer froide des profondeurs• a water vapor condenser by heat exchange with the sensible heat of cold sea water from the depths

Le dispositif de détente diphasique peut présenter les caractéristiques suivantes, seules ou en combinaison :The two-phase expansion device can have the following characteristics, alone or in combination:

• il est positionné en mer soit flottant soit sur un support posé au fond.• it is positioned at sea either floating or on a support placed at the bottom.

• il est positionné à terre.• it is positioned on the ground.

• Tout ou partie des moyens de compression sont constitués par un ou des thermo compresseurs.• All or part of the compression means consist of one or more thermo compressors.

• Le gaz moteur du ou des thermo compresseurs est de la vapeur d’eau produite par détente flash de l’eau chaude de surface de l’océan dans une enceinte sous vide.• The working gas of the thermo-compressor (s) is water vapor produced by flash expansion of warm ocean surface water in a vacuum enclosure.

La figure 3 représente un mode de réalisation du dispositif selon l’invention.FIG. 3 represents an embodiment of the device according to the invention.

De l’eau salée (31) est introduite dans le dispositif. Elle est tout d’abord refroidie dans un échangeur de chaleur (32) par échange avec les produits sortants du dispositif, à savoir le mélange eau douce et cristaux de glace (33) constituant le produit final, l’eau résiduelle de lavage des cristaux de glace (34) provenant du laveur (37) et la saumure (35) provenant du séparateur saumure et cristaux de glace (36).Salt water (31) is introduced into the device. It is firstly cooled in a heat exchanger (32) by exchange with the products leaving the device, namely the mixture of fresh water and ice crystals (33) constituting the final product, the residual water for washing the crystals. ice (34) from the washer (37) and brine (35) from the brine and ice crystal separator (36).

L’eau salée refroidie est alors séparée d’une partie de ses gaz incondensables dissous (58) (02, N2, CO2, sans que cela soit limitatif) dans le desaérateur (38).The cooled salt water is then separated from a part of its non-condensable dissolved gases (58) (02, N2, CO2, without this being limiting) in the deaerator (38).

L’eau salée refroidie, et dont une partie des gaz dissous a été extraite, est introduite dans un évaporateur (39) où un vide proche du point triple de l’eau salée est maintenu. Sous l’effet de la détente flash, une partie de l’eau salée se vaporise alors que des cristaux de glace se forment dans la partie liquide. On obtient donc de la vapeur d’eau (41) (non salée) et un mélange d’eau salée et de cristaux de glace. Il est agité par un agitateur permettant de renouveler la surface de contact entre la vapeur et la surface de l’eau. Le mélange liquide cristaux de glace est évacué de l’évaporateur (39) et est conduit dans le séparateur (36). Dans celui-ci les cristaux de glace (42) sont séparés de la partie liquide (35) appelée la saumure car elle contient, en plus du sel initialement présent dans l‘eau salée d’alimentation (31), le sel qui était contenu dans la partie d’eau s’étant transformée en cristaux de glace et en vapeur.The cooled salt water, from which a part of the dissolved gases has been extracted, is introduced into an evaporator (39) where a vacuum close to the triple point of salt water is maintained. Under the effect of flash trigger, part of the salt water vaporizes while ice crystals form in the liquid part. This produces water vapor (41) (unsalted) and a mixture of salt water and ice crystals. It is stirred by an agitator which renews the contact surface between the vapor and the surface of the water. The liquid ice crystal mixture is evacuated from the evaporator (39) and is led into the separator (36). In it the ice crystals (42) are separated from the liquid part (35) called the brine because it contains, in addition to the salt initially present in the salt water supply (31), the salt which was contained in the part of water that has turned into ice crystals and vapor.

Les cristaux de glace (42) sont alors introduits dans un laveur (37) où ils sont lavés par une aspersion d’eau douce (43) provenant du produit du dispositif.The ice crystals (42) are then introduced into a washer (37) where they are washed with a spray of fresh water (43) coming from the product of the device.

Ce lavage permet d’éliminer une grande partie du sel présent à la surface des cristaux de glace et l’on peut ainsi obtenir une teneur en sel compatible avec les critères de potabilité. Environ 5% du produit final est utilisé pour obtenir cette teneur en sel.This washing makes it possible to remove a large part of the salt present on the surface of the ice crystals and it is thus possible to obtain a salt content compatible with the criteria of potability. About 5% of the final product is used to obtain this salt content.

Les cristaux de glace sont ensuite introduits dans un premier condenseur (45). Ce condenseur permet, par échange thermique entre, d’une part, de la vapeur (46) provenant des moyens de compression (56), de la vapeur (41) formée dans l’évaporateur (39) et, d’autre part, les cristaux de glace (44), de condenser une partie de la vapeur (46) introduite dans le condenseur (45) et de fondre tout ou partie des cristaux de glace. Le transfert de chaleur peut être réalisé par contact direct de la vapeur (46) et les cristaux de glace (44). Un mélange (47) de cristaux de glace et d’eau douce est évacué du condenseur (47). Le mélange a été constitué par les cristaux de glace (44), la fonte d’une partie de ces cristaux et la condensation d’une partie de la vapeur d’eau (46). La vapeur d’eau restante (48) est comprimée dans les moyens de compression (49). Cette vapeur (50) est comprimée à une pression permettant sa condensation par échange thermique avec une source froide (52) avec un pincement de température raisonnable (de l’ordre de quelques degrés, par exemple) dans le condenseur (51). Cet échange thermique peut être à contact direct mais dans le cas où la source froide est de l’eau de mer froide, le mélange ne peut alors être utilisé comme partie du produit final et doit être rejeté. Dans le cas représenté en figure 3, le condenseur n’est pas à contact direct et l’eau (55) provenant de la condensation de la vapeur est douce et peut être incorporée au produit final. Un dispositif d’extraction (53) des gaz incondensables (54) qui étaient dans l’eau ou qui proviennent de fuites du dispositif est représenté.The ice crystals are then introduced into a first condenser (45). This condenser allows, by heat exchange between, on the one hand, steam (46) coming from the compression means (56), steam (41) formed in the evaporator (39) and, on the other hand, the ice crystals (44), to condense part of the vapor (46) introduced into the condenser (45) and to melt all or part of the ice crystals. Heat transfer can be achieved by direct contact of the vapor (46) and the ice crystals (44). A mixture (47) of ice crystals and fresh water is discharged from the condenser (47). The mixture consisted of ice crystals (44), the melting of part of these crystals and the condensation of part of the water vapor (46). The remaining water vapor (48) is compressed in the compression means (49). This vapor (50) is compressed to a pressure allowing its condensation by heat exchange with a cold source (52) with a pinch of reasonable temperature (of the order of a few degrees, for example) in the condenser (51). This heat exchange can be in direct contact but in the case where the cold source is cold sea water, the mixture cannot then be used as part of the final product and must be rejected. In the case shown in Figure 3, the condenser is not in direct contact and the water (55) from the condensation of the vapor is soft and can be incorporated into the final product. A device (53) for extracting noncondensable gases (54) which were in water or which originate from leaks from the device is shown.

La vapeur comprimée (46) a été comprimée dans le compresseur (56) à une pression permettant sa condensation par échange thermique avec les cristaux de glace fondants (44) avec un pincement de température raisonnable dans le condenseur (45) (de l’ordre du quelques degrés).The compressed vapor (46) was compressed in the compressor (56) to a pressure allowing its condensation by heat exchange with the melting ice crystals (44) with a reasonable temperature pinch in the condenser (45) (of the order a few degrees).

A la sortie du condenseur (45) le mélange (47) cristaux de glace et eau douce est introduit dans un séparateur (59) qui permet de séparer environ 5 % de l’eau douce (43) qui va servir à laver les cristaux de glace dans le laveur (37). L’autre partie du mélange (57) est ajouté aux condensats (55) de vapeur pour former le produit final composé en partie par des cristaux de glace et en partie par de l’eau douce.At the outlet of the condenser (45) the mixture (47) of ice crystals and fresh water is introduced into a separator (59) which makes it possible to separate approximately 5% of the fresh water (43) which will be used to wash the crystals of ice in the washer (37). The other part of the mixture (57) is added to the steam condensates (55) to form the final product composed partly by ice crystals and partly by fresh water.

Les différents auxiliaires nécessaires au bon fonctionnement du dispositif selon l’invention à savoir les pompes de circulation des différents fluides, les tuyauteries, les éventuels transporteurs, les accessoires électriques, le système de contrôle commande et plus généralement tout auxiliaire nécessaires sont considérés comme inclus dans le dispositif selon l’invention et ne sont pas décrits dans la présente description.The various auxiliaries necessary for the proper functioning of the device according to the invention, namely the circulation pumps for the various fluids, the pipes, the possible conveyors, the electrical accessories, the control command system and more generally any necessary auxiliary are considered to be included in the device according to the invention and are not described in the present description.

Le dispositif selon l’invention peut être installé en mer, sur un support flottant ou posé au fond, ou à terre.The device according to the invention can be installed at sea, on a floating support or placed at the bottom, or on land.

L’implantation en mer, notamment quand le dispositif est positionné à la verticale du point de captage de l’eau froide des profondeurs permet de minimiser la longueur du tuyau de grand diamètre nécessaire à l’écoulement de cette eau. Le transport du mélange cristaux de glace et eau douce, produit du dispositif, permet de n’utiliser en aval du dispositif, y compris à terre, qu’un tuyau de diamètre largement inférieur à celui où l’on utilise de l’eau comme fluide de transport du froid et ne nécessite pas un circuit retour.The installation at sea, especially when the device is positioned vertically from the point of capture of cold water from the depths, minimizes the length of the large diameter pipe necessary for the flow of this water. The transport of the mixture of ice crystals and fresh water, product of the device, makes it possible to use downstream of the device, including on land, only a pipe with a diameter much smaller than that where water is used as cold transport fluid and does not require a return circuit.

Le dispositif permet également d’utiliser la ressource disponible sur place à savoir l’eau de mer pour alimenter le dispositif en eau salée et d’utiliser la source froide disponible à savoir l’eau froide des profondeurs pour condenser la partie de vapeur qui n’a pas été condensée par la partie des cristaux de glace que l’on fait fondre pour obtenir l’eau douce du mélange. Il est alors inutile d’apporter du froid complémentaire par une autre source extérieure de froid (par exemple un groupe frigorifique avec du froid à 0°C pour l’installation représentée en figure 1) pour équilibrer les apports de chaleur dus aux différentes irréversibilités du procédé.The device also makes it possible to use the resource available on site, namely sea water, to supply the device with salt water, and to use the cold source available, namely cold water from the depths, to condense the part of steam which does has not been condensed by the part of the ice crystals which is melted to obtain fresh water from the mixture. It is then unnecessary to bring additional cold by another external source of cold (for example a refrigeration unit with cold at 0 ° C for the installation shown in Figure 1) to balance the heat inputs due to the different irreversibilities of the process.

Le dispositif selon l’invention d’après le mode de réalisation de la figure 3 présente un mode de réalisation où les moyens de compression (56) compriment l’ensemble de la vapeur d’eau produite dans l’évaporateur (39) alors que les moyens de compression (49) ne compriment que la partie de vapeur qui n’a pas été condensée dans le condenseur (45).The device according to the invention according to the embodiment of FIG. 3 presents an embodiment where the compression means (56) compress all of the water vapor produced in the evaporator (39) while the compression means (49) only compress the part of vapor which has not been condensed in the condenser (45).

La figure 4 représente un autre mode de réalisation du dispositif selon l’invention.FIG. 4 represents another embodiment of the device according to the invention.

Dans ce mode de réalisation, l’ensemble des échangeurs de refroidissement (32) de l’eau salée en entrée du dispositif, le desaérateur (38), l’évaporateur (39), le séparateur (36), le laveur (37) et le séparateur (59) sont les mêmes que dans le mode de réalisation de la figure 3.In this embodiment, all of the cooling exchangers (32) of the salt water entering the device, the deaerator (38), the evaporator (39), the separator (36), the washer (37) and the separator (59) are the same as in the embodiment of FIG. 3.

Par contre, dans ce mode de réalisation, la vapeur (41) produite dans l’évaporateur (39) alimente pour une partie (72) les moyens de compression (60) et pour l’autre partie (73) les moyens de compression (61).On the other hand, in this embodiment, the steam (41) produced in the evaporator (39) feeds for one part (72) the compression means (60) and for the other part (73) the compression means ( 61).

Les cristaux de glace (44) en sortie du laveur (37) sont introduits dans un premier condenseur (70). Ce condenseur permet, par échange thermique entre d’une part de la vapeur (66) provenant des moyens de compression (60) de la vapeur (72) formée dans l’évaporateur (39) et d’autre part les cristaux de glace (44), de condenser la vapeur (66) introduite dans le condenseur (70) et de fondre tout ou partie des cristaux de glace. Le transfert de chaleur peut être réalisé par contact direct de la vapeur (66) et les cristaux de glace (44). ). Un mélange (68) de cristaux de glace et d’eau douce est évacué du condenseur (70). Les condensats de vapeur (68) sont également évacués du condenseur (70). L’échange thermique dans le condenseur (70) peut être à contact direct. Un ou des dispositifs d’extraction (62) et (67) des gaz incondensables qui étaient dans l’eau ou qui proviennent de fuites du dispositif est représenté.The ice crystals (44) at the outlet of the washer (37) are introduced into a first condenser (70). This condenser allows, by heat exchange between on the one hand steam (66) coming from the compression means (60) of the steam (72) formed in the evaporator (39) and on the other hand the ice crystals ( 44), to condense the vapor (66) introduced into the condenser (70) and to melt all or part of the ice crystals. Heat transfer can be achieved by direct contact of the vapor (66) and the ice crystals (44). ). A mixture (68) of ice crystals and fresh water is discharged from the condenser (70). The steam condensates (68) are also removed from the condenser (70). The heat exchange in the condenser (70) can be direct contact. One or more extraction devices (62) and (67) of the incondensable gases which were in the water or which originate from leaks of the device are shown.

La partie de vapeur (73) restant après séparation est comprimée dans les moyens de compression (61 ) et est introduite dans le condenseur (64). Ce condenseur permet, par échange thermique entre, d’une part, de la vapeur (74) provenant des moyens de compression (61 ) et, d’autre part, une source froide (63), de condenser la vapeur (74) introduite dans le condenseur (64) et de fondre tout ou partie des cristaux de glace. Cet échange thermique peut être à contact direct mais dans le cas où la source froide est de l’eau de mer froide, le condensât de vapeur (65) ne peut alors être utilisé comme partie du produit final et doit être rejeté. Dans le cas représenté en figure 4, le condenseur n’est pas à contact direct et l’eau (65) provenant de la condensation de la vapeur est douce et peut être incorporée au produit final.The steam part (73) remaining after separation is compressed in the compression means (61) and is introduced into the condenser (64). This condenser allows, by heat exchange between, on the one hand, steam (74) coming from the compression means (61) and, on the other hand, a cold source (63), to condense the steam (74) introduced in the condenser (64) and melt all or part of the ice crystals. This heat exchange can be in direct contact but in the case where the cold source is cold sea water, the vapor condensate (65) cannot then be used as part of the final product and must be rejected. In the case shown in Figure 4, the condenser is not in direct contact and the water (65) from the condensation of the vapor is soft and can be incorporated into the final product.

L’ensemble des flux d’eau douce (65), (68) et du mélange (71) cristaux de glace et eau douce sont réunis pour former le produit final avant son introduction dans le séparateur (59).All the fresh water streams (65), (68) and the mixture (71) of ice crystals and fresh water are combined to form the final product before it is introduced into the separator (59).

La figure 5 représente un thermo compresseur alimenté par de la vapeur provenant de la détente flash de l’eau de mer chaude de surface de l’océan.Figure 5 shows a thermo compressor powered by steam from the flash expansion of warm ocean surface water.

De l’eau salée chaude de surface à une température d’environ 28°C est pompée et introduite dans une enceinte (81) où un vide fort est maintenu (pression d’environ 2800 Pa). La flèche (82) représente la surface libre de l’eau.Hot surface salt water at a temperature of about 28 ° C is pumped and introduced into an enclosure (81) where a strong vacuum is maintained (pressure of about 2800 Pa). The arrow (82) represents the free surface of the water.

Sous l’effet de cette pression, une partie de l’eau va s’évaporer en prenant la chaleur latente d’évaporation dans la chaleur sensible de l’eau qui se refroidit. Cette eau à environ 23°C est rejetée à la mer après remise à la pression atmosphérique par une pompe.Under the effect of this pressure, part of the water will evaporate, taking the latent heat of evaporation from the sensible heat of the cooling water. This water at about 23 ° C is discharged into the sea after being returned to atmospheric pressure by a pump.

La vapeur (83) formée est aspirée en continu par le thermo compresseur (84) permettant de conserver la basse pression dans l’enceinte.The vapor (83) formed is continuously sucked in by the thermo compressor (84), thereby keeping the low pressure in the enclosure.

Le thermo compresseur (84) est constitué d’une première tuyère (85) convergente divergente dans laquelle la vapeur (83) est détendue et accélérée. Elle rejoint alors la deuxième partie du thermo compresseur dans lequel la vapeur très basse pression (96) à comprimer est injectée. Les deux vapeurs se mélangent dans la chambre de mélange (88), la vapeur (83) communiquant une partie de son énergie cinétique à la vapeur (96). Le mélange des deux vapeurs (83) et (96) est alors comprimé dans un diffuseur (90) ou il perd son énergie cinétique.The thermo compressor (84) consists of a first converging diverging nozzle (85) in which the vapor (83) is expanded and accelerated. It then joins the second part of the thermo compressor into which the very low pressure vapor (96) to be compressed is injected. The two vapors mix in the mixing chamber (88), the vapor (83) imparting part of its kinetic energy to the vapor (96). The mixture of the two vapors (83) and (96) is then compressed in a diffuser (90) or it loses its kinetic energy.

On obtient en sortie une vapeur (91) constituée du mélange des vapeurs (83) et (96) et dont la pression est supérieure à la pression de départ de la vapeur (96).A vapor (91) is obtained at the outlet, consisting of a mixture of the vapors (83) and (96) and the pressure of which is greater than the starting pressure of the vapor (96).

A noter que la géométrie du thermo compresseur dépend des vitesses atteintes par les flux de vapeur et peut être différente de celle représentée ici.Note that the geometry of the thermo compressor depends on the speeds reached by the steam flows and may be different from that shown here.

L’utilisation d’un thermo compresseur tel que décrit ci-dessus présente un grand intérêt comme moyen de compression pour le dispositif objet de l’invention.The use of a thermo compressor as described above is of great interest as a means of compression for the device which is the subject of the invention.

Il utilise une chaleur basse température (eau de mer de surface) renouvelable, disponible en quantité quasi illimitée et 24h/24 contrairement à un compresseur mécanique qui utilise de l’énergie mécanique ou électrique ou à un procédé basé sur un cycle d’absorption (combiné ou non à un thermo compresseur) qui nécessite une source de chaleur haute température (au moins 90°C) pour atteindre un niveau de rendement suffisant.It uses renewable low-temperature heat (surface sea water), available in almost unlimited quantities and 24 hours a day, unlike a mechanical compressor that uses mechanical or electrical energy or a process based on an absorption cycle ( combined or not with a thermo compressor) which requires a high temperature heat source (at least 90 ° C) to achieve a sufficient level of efficiency.

L’enceinte (81 ) sous vide permettant la production de la vapeur motrice du thermo compresseur peut bien sûr alimenter plusieurs thermo compresseurs.The vacuum enclosure (81) allowing the production of motive steam from the thermo compressor can of course supply several thermo compressors.

Pour exemple, en revenant à la figure 3, dans ce mode de réalisation du dispositif selon l’invention, le thermo compresseur alimenté par de la vapeur motrice peut constituer les moyens de compression (56) et/ou (49).For example, returning to FIG. 3, in this embodiment of the device according to the invention, the thermo compressor supplied with driving steam can constitute the compression means (56) and / or (49).

La pression en sortie des moyens de compression (56) étant inférieure à celle en sortie des moyens de compression (49), cela permet de diviser la compression depuis la pression de la vapeur (41) jusqu’à la pression de la vapeur (50) en 2 étages avec condensation intermédiaire partielle de vapeur, ce qui est très favorable à l’utilisation de thermo compresseur à faible pression de vapeur motrice.The pressure at the outlet of the compression means (56) being lower than that at the outlet of the compression means (49), this makes it possible to divide the compression from the pressure of the vapor (41) to the pressure of the vapor (50 ) in 2 stages with partial intermediate vapor condensation, which is very favorable for the use of a thermo compressor with low driving vapor pressure.

Avec l’utilisation de thermo compresseurs comme moyen de compression, le dispositif selon l’invention tire la majeure partie de l’énergie disponible à son fonctionnement (à l’exception des pompes et des auxiliaires) de la source froide constituée de l’eau de mer froide des profondeurs des océans et de la source chaude constituée de l’eau chaude de surface des océans. Il s’agit donc d’une invention particulièrement efficace pour la conversion de l’énergie thermique des mers.With the use of thermo compressors as a compression means, the device according to the invention draws the major part of the energy available for its operation (with the exception of pumps and auxiliaries) from the cold source consisting of water. cold sea from the depths of the oceans and the hot spring made up of warm ocean surface water. It is therefore a particularly effective invention for the conversion of thermal energy from the seas.

Le dispositif de production d’un mélange de glace et d’eau douce à partir d’eau salée permet d’utiliser l’énergie thermique de l’eau froide des profondeurs des océans pour produire ce mélange avec une excellente efficacité et un dispositif simple et peu coûteux. Dans un aspect de l’invention, il permet d’utiliser l’énergie thermique de l’eau chaude de surface des océans pour fournir une grande partie de l’énergie nécessaire à son fonctionnement.The device for producing a mixture of ice and fresh water from salt water makes it possible to use the thermal energy of cold water from the depths of the oceans to produce this mixture with excellent efficiency and a simple device. and inexpensive. In one aspect of the invention, it allows the thermal energy of warm ocean surface water to be used to provide much of the energy necessary for its operation.

Il est particulièrement bien adapté aux applications de stockage, transport et distribution de froid destinées à la climatisation et à la production d’eau douce.It is particularly well suited for cold storage, transport and distribution applications intended for air conditioning and the production of fresh water.

tt

Claims (5)

RevendicationsClaims 1. Dispositif de production d’un mélange (33) d’eau douce et de cristaux de glace à partir d’eau salée caractérisé en ce qu’il comprend au moins:1. Device for producing a mixture (33) of fresh water and ice crystals from salt water, characterized in that it comprises at least: • Une alimentation en eau salée (31).• A salt water supply (31). • Un évaporateur (39) sous vide permettant la production, par détente flash de l’eau salée dans des conditions proches du point triple de l’eau, de vapeur d’eau (41) et d’un mélange (40) d’eau salée et de cristaux de glace.• A vacuum evaporator (39) allowing the production, by flash expansion of salt water under conditions close to the triple point of water, of water vapor (41) and a mixture (40) of salt water and ice crystals. • Un séparateur (36) permettant de séparer l’eau salée (35) et les cristaux de glace (42).• A separator (36) used to separate the salt water (35) and the ice crystals (42). • Un dispositif d’amenée d’eau de mer froide des profondeurs (52 ; 63).• A device for bringing in cold sea water from the depths (52; 63). • Deux moyens de compression :• Two compression means: o Un premier moyen de compression (56 ; 60) permettant la compression de tout ou partie de la vapeur d’eau produite dans l’évaporateur sous vide jusqu’à une pression permettant sa condensation par échange thermique avec des cristaux de glace (44) fondants ; et o Un second moyen de compression (49 ; 61) permettant la compression d’une partie de la vapeur d’eau produite dans l’évaporateur, cette vapeur ayant été auparavant comprimée dans le premier moyen de compression ou non, jusqu’à une pression permettant sa condensation par échange thermique avec l’eau de mer froide des profondeurs (52 ; 63).o A first compression means (56; 60) allowing the compression of all or part of the water vapor produced in the vacuum evaporator to a pressure allowing its condensation by heat exchange with ice crystals (44) fondants; and o A second compression means (49; 61) allowing the compression of part of the water vapor produced in the evaporator, this vapor having been previously compressed in the first compression means or not, up to a pressure allowing its condensation by heat exchange with cold sea water from the depths (52; 63). • un condenseur (45 ; 70) de vapeur d’eau par échange thermique avec la chaleur latente de la fusion d’une partie des cristaux de glace (44) produits.• a condenser (45; 70) of water vapor by heat exchange with the latent heat of the melting of part of the ice crystals (44) produced. • un condenseur (51 ; 64) de vapeur d’eau par échange thermique avec la chaleur sensible de l’eau de mer froide des profondeurs (52 ; 63).• a condenser (51; 64) of water vapor by heat exchange with the sensible heat of cold sea water from the depths (52; 63). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il est positionné en mer en surface, soit flottant, soit sur un support posé au fond.2. Device according to claim 1 characterized in that it is positioned at sea on the surface, either floating, or on a support placed at the bottom. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu’il est positionné à terre.3. Device according to claim 1 characterized in that it is positioned on the ground. 4. Dispositif selon l’une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que tout ou partie des moyens de compression (56 ; 60 ; 49 ; 61) sont constitués par un ou des thermo compresseurs (84).4. Device according to any one of the preceding claims, characterized in that all or part of the compression means (56; 60; 49; 61) are constituted by one or more heat compressors (84). 5. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le gaz moteur du ou des thermo compresseurs (84) est de la vapeur d’eau (83) produite par détente flash de l’eau chaude (80) de surface de l’océan dans une enceinte sous vide (81).5. Device according to claim 4 characterized in that the working gas of the thermo-compressor (s) (84) is water vapor (83) produced by flash expansion of hot water (80) from the ocean surface in a vacuum enclosure (81). 1/51/5 AG1AG1 2/52/5 AG2AG2 3/53/5 AG3AG3 4/54/5 5/55/5