Système de dessalinisation d’eau de mer pour bateaux

Domaine technique

La présente invention concerne les systèmes de dessalinisation de l'eau de mer embarqués sur les bateaux, en particulier les voiliers, et destinés à fournir de l'eau potable aux occupants desdits bateaux lorsqu'ils se trouvent en mer, et concerne en particulier un système de dessalinisation de l'eau de mer fonctionnant aussi bien à l'aide du courant alternatif que du courant continu.

Etat de la technique

Les voiliers d'une certaine importance sont de plus en plus souvent équipés d'un système de dessalinisation de l'eau de mer permettant de fournir l'eau potable nécessaire aux occupants du bateau lorsque celui-ci se trouve en mer pour un certain temps. Un tel système de dessalinisation est généralement constitué d'un dispositif de membrane à osmose inversée à travers laquelle l'eau de mer est forcée sous pression de sorte que seule l'eau potable traverse la membrane alors que la majeure partie des sels minéraux est bloquée par ladite membrane.

Une pompe est nécessaire pour forcer l'eau de mer, sous pression relativement importante pouvant atteindre 65 bars, à traverser la membrane utilisée pour effectuer l'osmose inversée. Un mécanisme d'entraînement de la pompe est donc nécessaire. Ce mécanisme d'entraînement est généralement un moteur à courant continu alimenté par la batterie du bord. Différents dispositifs peuvent être utilisés pour alimenter ladite batterie, tels qu’une dynamo entraînée en rotation par une éolienne. Il va de soi qu'une telle batterie, suffisante pour alimenter le système d'éclairage du bateau, se décharge rapidement lorsqu'il s'agit d'alimenter un moteur. Pour pallier une possible déficience de la batterie, les voiliers disposent d'un groupe électrogène fournissant du courant alternatif. Lorsque la batterie est déchargée ou lorsqu'il n'y a pas assez de vent pour faire fonctionner l'éolienne ou encore lorsque le bateau est à l'accostage, il est donc habituel de mettre en route le groupe électrogène, et de convertir à l'aide d'un chargeur, le courant alternatif 220 volts en courant continu 12 ou 24 volts susceptible d'alimenter le moteur utilisé pour la dessalinisation de l'eau de mer. Il est clair qu'un tel système consomme une énergie considérable du fait de la transformation du courant alternatif en courant continu et ledit système n'est absolument pas pratique à mettre en oeuvre.

Le brevet européen EP 1 240 076 divulgue un système de dessalinisation de l’eau de mer dans lequel le mécanisme d'entraînement de la pompe est indifféremment un moteur à courant continu ou un moteur à courant alternatif, le passage de l'un à l'autre se faisant automatiquement sans intervention humaine.

Dans le système selon le document EP 1 240 076, les moteurs sont montés en position d'entraînement de l'axe de la pompe par une courroie entraînant respectivement une poulie à chacune des extrémités de l'axe, chacune des courroies reliant l'arbre d'entraînement du moteur correspondant à l'axe de la pompe de sorte que chacun des moteurs entraîne la rotation de l'axe de la pompe lorsqu'il est activé. Le mécanisme d'entraînement comprend des moyens de débrayage résultant du montage en roue libre de chacune des poulies sur l'axe de la pompe, de sorte que la poulie correspondant à l'un des moteurs se met en roue libre lorsque l'autre moteur est activé pour entraîner l'axe de la pompe.

Même si les systèmes selon l’art antérieur, dont notamment celui décrit au sein du document EP 1 240 076, présentent l’avantage d’un mécanisme d’entraînement de la pompe par, indifféremment, un moteur à courant continu ou un moteur à courant alternatif, ceux-ci présentent des inconvénients liés à leur configuration. Dans le système selon le document EP 1 240 076, le moteur à courant continu et le moteur à courant alternatif sont positionnés de telle façon qu’ils présentent un axe de rotation essentiellement parallèle à l’axe de la pompe, ledit système comprenant deux moteurs fixés respectivement aux extrémités opposées dudit axe de la pompe. Cette configuration présente un inconvénient pour la maintenance du système selon laquelle les deux extrémités de ladite pompe, si on les regarde selon la direction de la pompe, doivent être accessibles. Le système décrit dans l’art antérieur, selon le document EP 1 240 076, présente un autre inconvénient qui réside dans le fait que le sens de la rotation du moteur à courant continu et celui du moteur à courant alternatif doivent être opposés afin de permettre au moteur de faire pivoter l’axe de la pompe dans un seul sens. En pratique, cela signifie que l’un des deux moteurs doit être modifié afin d’inverser le sens de sa direction de rotation avant son installation dans le système divulgué dans l’art antérieur.

Si l’on considère le fait que le système de dessalinisation décrit ci-dessus est particulièrement adapté pour l’utilisation sur un bateau, il convient de considérer l’espace disponible sur ledit bateau pour un système de dessalinisation. Cet espace disponible est, par définition, très limité. Par conséquent, le but de l’invention vise à fournir un système de dessalinisation plus compact que le système connu de l’art antérieur et pouvant être installé sans que les extrémités opposées dudit système ne soient disponibles au cours de son utilisation pour permettre la maintenance de ce système.

Exposé de l’invention

L’invention concerne un système de dessalinisation de l’eau de mer comprenant une cellule à osmose inversée contenant une membrane semi perméable pour effectuer la dessalinisation de l’eau par passage d’eau de mer sous pression à travers ladite membrane, une pompe pourforcer l’eau de mer sous pression à travers ladite membrane et un mécanisme d’entraînement de l’axe de ladite pompe dans lequel ledit mécanisme d’entraînement comprend un moteur à courant continu, alimenté par une tension continue et un moteur à courant alternatif, alimenté par une tension alternative, dans lequel lesdits moteurs sont montés en position d’entraînement de l’axe de ladite pompe par une courroie entraînant respectivement une première et une deuxième poulie, positionnées l’une à côté de l’autre sur l’axe de la pompe, dans lequel chaque poulie est fixée sur l’axe de la pompe à l’aide d’un embrayage de type à béquille.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système comprend en outre des moyens de sélection pour activer seulement ledit moteur à courant alternatif et donc entraîner l’axe de ladite pompe lorsque les deux moteurs sont alimentés.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, lesdits moyens de sélection comprennent un relais électromagnétique alimenté par ladite tension alternative lorsque celle-ci est connectée et un commutateur dans le circuit d’alimentation dudit moteur à courant continu, ledit commutateur étant normalement fermé et se mettant en position ouverte lorsque ledit relais électromagnétique est alimenté par ladite tension alternative de sorte que ledit moteur à courant continu cesse d’être activé dès que ladite tension alternative est connectée.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, lesdits moyens de sélection sont constitués par une logique de contrôle telle qu’une carte électromagnétique ou technologie CMOS.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système comprend en outre un réservoir dans lequel est envoyée l’eau dessalinisée après son passage à travers ladite membrane.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système comprend en outre une électrovanne pour envoyer l’eau dessalinisée dans ledit réservoir lorsque la qualité de ladite eau est suffisante et pour rejeter l’eau dessalinisée lorsque sa qualité est insuffisante.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système comprend en outre un moyen d’analyse de la salinité de l’eau pour fournir un seuil de potabilité et un seuil de non potabilité correspondant à une salinité plus élevée que le seuil de potabilité, ladite eau étant rejetée seulement lorsque sa salinité dépasse le seuil de non potabilité, et l’eau n’étant stockée dans ledit réservoir après avoir été rejetée pour qualité insuffisante que lorsque sa salinité est redescendue au dessous dudit seuil de potabilité.

Selon un mode de réalisation de la présente invention, le système est embarqué à bord d’un bateau tel qu’un voilier.

Brève description des figures

Les but, objet et caractéristiques de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit faite en référence aux dessins dans lesquels : la [figure 1] montre une vue schématique d’un bateau dans lequel un système de dessalinisation de l’eau de mer a été installé,

la [figure 2] représente une vue schématique de la configuration du système de dessalinisation de l’eau de mer, ladite configuration montrant la pompe positionnée entre le moteur à courant continu et le moteur à courant alternatif utilisés pour entraîner ladite pompe,

la [figure 3] montre une vue schématique des connexions électriques du système de dessalinisation de l’eau de mer, et

la [figure 4] représente un exemple d’un embrayage de type à béquille utilisé pour fixer des poulies sur l’axe de la pompe.

Description détaillée de l’invention

La figure 1 montre une vue schématique d’un bateau dans lequel un système de dessalinisation de l’eau de mer a été installé. Le système de dessalinisation 1 selon la présente invention est représenté à l’intérieur de la coque d’un bateau 10. La dessalinisation de l’eau de mer 100 est réalisée à l’aide d’une cellule à osmose inversée 12 comprenant une membrane semi-perméable. L’eau de mer 100 est envoyée sous pression dans la cellule à osmose inversée 12. La pression, utilisée au sein de la cellule à osmose inversée 12, est typiquement d’au moins 26 bars. Lors de l’utilisation, la pression peut atteindre un niveau d’environ 65 bars. Selon le principe de dessalinisation, l’eau (H2O) peut traverser la membrane semi-perméable alors que les sels minéraux, contenus dans l’eau de mer 100, ne le peuvent pas. Ceci permet d’obtenir de l’eau douce dont le taux de salinité est inférieur à un seuil défini qui permet l’utilisation de ladite eau douce à bord du bateau 10.

Au sein du système tel que montré sur la figure 1 , l’eau de mer 100 à dessaliniser est introduite grâce à une pompe 20 utilisée pour aspirer ladite eau de mer 100 à dessaliniser par la vanne d’entrée 14. Cette eau passe tout d’abord au travers d’un filtre 16, adapté pour retenir les particules de taille supérieure à un seuil déterminé par ledit filtre 16. Lors d’une utilisation normale du système, ledit filtre 16 doit être nettoyé périodiquement. Après son passage dans le filtre 16, l’eau de mer 100 à dessaliniser est ensuite envoyée, via un tuyau 17, à un bloc-pompe comprenant une pompe 20, un moteur à courant continu 22 et un moteur à courant alternatif 24. Les deux moteurs 22, 24 sont positionnés sur le côté opposé de la pompe 20 et sont connectés à l’axe de ladite pompe 20 pour permettre l’entraînement dudit axe de la pompe 20. La configuration et les connexions entre la pompe 20, le moteur à courant continu 22 et le moteur à courant alternatif 24 sont décrites de manière détaillée sur la figure 2.

La pompe 20, entraînée soit par le moteur à courant continu 22 soit par le moteur à courant alternatif 24, est utilisée pour forcer le passage de l’eau de mer 100 à dessaliniser à travers le tuyau 26 contre la membrane semi-perméable située à l’intérieur de la cellule à osmose inversée 12. L’eau douce ainsi récoltée est recueillie à la sortie de la cellule à osmose inversée 12 et est ensuite transportée via le tuyau 28 vers une électrovanne 30. L’électrovanne 30 est utilisée soit pour envoyer l’eau, via le tuyau 32, dans un réservoir à eau douce 34, lorsque son taux de salinité est inférieur à un seuil déterminé, soit pour évacuer l’eau vers l’extérieur du bateau, via le tuyau 36 et la vanne d’évacuation 37, lorsque son taux de salinité est supérieur au seuil déterminé et que la qualité de l’eau ne correspond pas aux critères de qualité pré-déterminés.

L’option offrant la possibilité d’envoyer l’eau soit vers le tuyau 32 soit vers le tuyau 36 en utilisant l’électrovanne 30 est contrôlée par un élément de contrôle 38. Ledit élément de contrôle 38 peut se présenter sous la forme d’une simple carte électronique réalisée grâce à la technologie CMOS. La commande, générée et transmise par l’élément de contrôle 38, tient compte des paramètres de l’eau recueillie à la sortie de la cellule à osmose inversée 12. Ces caractéristiques concernent, entre autre, la salinité de l’eau fournie par un détecteur de salinité pourvu de deux électrodes mesurant la salinité de l’eau par résistivité électrique. Le détecteur de salinité permet de mesurer deux seuils de salinité. Le premier seuil de salinité est un seuil de potabilité, le deuxième seuil est un seuil de non-potabilité, les deux seuils correspondant aux seuils légaux de salinité. Lorsque le seuil de salinité est inférieur au seuil de potabilité, le système constatant que l’eau est potable envoie celle-ci au réservoir 34 via le tuyau 32. En revanche, lorsque le seuil de salinité est supérieur au seuil de potabilité, le système attend que le seuil de non-potabilité soit franchi pour rejeter l’eau en mer via le tuyau 36. Si, par la suite, le taux de salinité diminue, l’eau continue d’être rejetée en mer jusqu’à ce que le taux de salinité passe au dessous du seuil de potabilité. A ce moment précis, l’eau étant considérée comme suffisamment potable est de nouveau dirigée vers le réservoir 34 via le tuyau 32. Cette procédure de commande, utilisant l’électrovanne 30 et l’élément de contrôle 38 en trois étapes, garantit une production de qualité et de grande fiabilité.

La figure 2 représente une vue schématique du bloc pompe 18 comprenant la pompe 20, le moteur à courant continu 22 et le moteur à courant alternatif 24. La pompe 20 présente un axe 21 sur lequel sont fixées deux poulies. La première poulie 40 est reliée à l’arbre d’entraînement du moteur à courant continu 22 par une courroie 42. La deuxième poulie 44 est reliée à l’arbre d’entraînement du moteur à courant alternatif 24 par une courroie 46. Chacune des poulies 40, 44 est montée sur l’axe 21 de la pompe 20 en roue libre. Lorsque l’un des moteurs 22, 24 entraîne la rotation de la poulie correspondante par la courroie associée, la force de friction exercée sur l’axe 21 de la pompe 20 par l’autre poulie est inférieure à la force de friction exercée par l’autre moteur à l’arrêt. Cela signifie que la poulie du moteur qui n’est pas en rotation se met en roue libre. Ainsi, dans le cas où le moteur à courant continu 22 est activé, il entraîne la rotation de la poulie 40 par l’intermédiaire de la courroie 42 et donc entraîne la rotation de l’axe de la pompe. La force de friction exercée par l’arbre du moteur à courant alternatif 24 étant plus élevée que la force de friction exercée par la poulie, la poulie 24 se met en roue libre. Cela signifie que la courroie 46 reste immobile et n’entraîne pas le moteur à courant alternatif 24. De la même façon, lorsque le moteur à courant alternatif 24 est activé, la poulie 40 se met en roue libre. La courroie 42 reste immobile et n’entraîne pas le moteur à courant continu 22. Les poulies 40, 44 sont fixées sur l’axe 21 de la pompe 20 à l’aide d’embrayages de type à béquille. Le fonctionnement d’un embrayage de ce type est expliqué de manière détaillée en faisant référence à la figure 4. Une fixation de ce type permet d’assurer d’une part l’entraînement de la pompe à l’aide de l’un des deux moteurs 22, 24, et, d’autre part, permet aux poulies de fonctionner en roue libre dès lors que le moteur correspondant n’est pas activé (comme expliqué ci-dessus).

Comme montré sur la figure 2, le bloc pompe 18 est pourvu d’un support 19, ledit support pouvant être utilisé pour assembler ledit bloc pompe avant son installation à l’intérieur d’un bateau. Une fois assemblé à l’aide du support 19, le bloc pompe peut être introduit dans un espace relativement restreint et peut être déplacé dans la direction de la flèche, tel que représenté sur la figure 2. Lorsque l’installation est terminée, grâce à la configuration du bloc pompe 18, il suffit que la face avant (comme montré sur la figure 2) reste accessible pendant l’utilisation du système 1 selon l’invention pour que la maintenance dudit bloc pompe puisse être effectuée. Les éléments tournants et les courroies 42, 46 sont accessibles du même côté du bloc pompe 18.

La figure 3 montre une vue schématique du bloc pompe 18 ainsi qu’une connexion électrique permettant le fonctionnement du moteur à courant continu 22 et du moteur à courant alternatif 24. Selon la présente invention, seul un des moteurs 22, 24 est alimenté dans le cas où le système 1 dispose d’une alimentation d’une batterie 48 et d’une alimentation 50 de 220 volts fournie par un groupe électrogène. La batterie 48 est adaptée pour une alimentation de 12 ou 24 volts. Afin de s’assurer qu’un seul des deux moteurs soit alimenté, l’alimentation sous courant alternatif est prioritaire, comme montré sur la figure 3 qui représente un mode de réalisation d’un système électrique auquel le bloc pompe 18 est connecté. En effet, en supposant que le moteur à courant continu 22 soit alimenté par la batterie 48, le commutateur 52 est en position fermé. Dès que le groupe électrogène est mis en marche, le relais électromagnétique 54 est activé et le commutateur 52 s’ouvre, coupant ainsi l’alimentation du moteur à courant continu 22. Ainsi, seul le moteur à courant alternatif 24 est alimenté. Selon un mode de réalisation alternatif, l’alimentation du moteur à courant continu 22 ou du moteur à courant alternatif 24 est contrôlé par l’élément de contrôle 38 (comme montré sur la figure 1 ). Ledit système de contrôle 38 pourrait être utilisé afin d’optimiser le système et contrôler le mode de fonctionnement exact du système 1 selon l’invention. Par exemple, l’élément de contrôle 38 pourrait servir à gérer les différentes temporisations, telle qu’une temporisation de quelques secondes, mises en oeuvre avant de pouvoir recueillir l’eau potable dans le réservoir après la mise en route du système de dessalinisation 1 selon l’invention.

La figure 4 montre un exemple d’un embrayage de type à béquille 60, ledit embrayage comprenant une roue intérieure 61 et une roue extérieure 62. Des éléments intermédiaires 63 sont présents entre la roue intérieure 61 et la roue extérieure 62. La présence, et la forme spécifique desdits éléments 63, permet une rotation de la roue intérieure 61 entraînant la rotation correspondante de la roue extérieure 62. La roue intérieure 61 peut également subir une rotation sans pour autant avoir une incidence sur la roue extérieure 62. Comme cela est visible sur la figure 4, les éléments intermédiaires 63 sont maintenus en place grâce à un élément de positionnement 64. Si l’on considère l’option selon laquelle la roue intérieure 61 subit une rotation en entraînant une rotation correspondante de la roue extérieure 62, les éléments intermédiaires 63 peuvent transmettre l’entraînement de la roue intérieure 61 vers la roue extérieure 62 dans le cas où la roue intérieure fait une rotation en direction de la flèche 70, comme montré sur la figure 4.

Si l’on considère l’option selon laquelle la roue intérieure 61 subit une rotation en direction de la flèche 70, sans pour autant avoir une incidence sur la roue extérieure 62, la surface extérieure de ladite roue intérieure 61 entre en contact avec l’élément intermédiaire 63, selon un point de contact 67. De la même façon, l’élément intermédiaire 63 entre en contact avec la surface intérieure de la roue extérieure 62, selon un point de contact 66. Grâce à ce contact, la rotation de la roue intérieure 61 peut entraîner la rotation correspondante de la roue extérieure 62. Dans le cas contraire, si la roue intérieure 61 subit une rotation en direction de la flèche 75, comme montré sur la figure 4, la forme des éléments intermédiaires 63 permet à l’embrayage de type à béquille de se mettre en roue libre. Cela signifie que la roue intérieure 61 peut subir une rotation en direction de la flèche 75 sans qu’aucune force ne soit exercée sur la roue extérieure 62.

La fixation des poulies 40, 44 à l’axe 21 de la pompe 20, tel que montré dans la figure 2, permet auxdites poulies d’être entraînées par leur moteur respectif ou de se mettre en roue libre.