FR2777272A1

FR2777272A1 - Water sterilization before consumption using a galvanic battery

Info

Publication number: FR2777272A1
Application number: FR9804436A
Authority: FR
Inventors: Kyoko Sato
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-04-09
Filing date: 1998-04-09
Publication date: 1999-10-15
Anticipated expiration: 2018-04-09
Also published as: FR2777272B1

Abstract

Water is sterilized by the current passing between a cathode of vitreous carbon, graphite or silver and an anode of zinc or magnesium, forming a galvanic battery. The electrodes may be bars linked by a conducting wire, or spheres, a few millimeters in diameter (as shown), in contact with each other and submerged in the water.

Description

1' 27772721 to 2777272

La présente invention concerne un dispositif autonome de stérilisation The present invention relates to an autonomous device for sterilization

électrochimique de l'eau par pile galvanique. electrochemical water by galvanic battery.

On connaît différents dispositifs et appareils de stérilisation électrochimiques de l'eau: Pour certains on réalise une électrolyse de l'eau entre au moins une cathode réalisée en carbone vitreux ou en argent et au moins une anode réalisée dans un métal noble tel le platine. Dans ce type de dispositif on utilise un générateur de courant afin de créer une électrolyse au sein de la solution à traiter. Ce type de dispositif permet la formation d'eau oxygénée (H2 02) à la cathode et éventuellement de chlore à l'anode par oxydation des chlorures Various electrochemical sterilization devices and apparatus for water are known: for some, an electrolysis of water is carried out between at least one cathode made of vitreous carbon or silver and at least one anode made of a noble metal such as platinum. In this type of device, a current generator is used to create an electrolysis within the solution to be treated. This type of device allows the formation of oxygenated water (H2 02) at the cathode and optionally chlorine at the anode by oxidation of chlorides

initialement contenus dans l'eau.initially contained in the water.

Pour d'autres on réalise une électrolyse de l'eau entre au moins une cathode réalisée en acier ou en cuivre et au moins une anode réalisée dans un métal noble tel le platine. Dans ce second type de dispositif on utilise aussi un générateur de courant afin de créer une électrolyse au sein de la solution à traiter. Ce type de dispositif permet la formation de chlore à partir des chlorures For others, an electrolysis of the water is carried out between at least one cathode made of steel or copper and at least one anode made of a noble metal such as platinum. In this second type of device, a current generator is also used in order to create an electrolysis within the solution to be treated. This type of device allows the formation of chlorine from chlorides

initialement contenus dans l'eau à traiter. initially contained in the water to be treated.

Dans ces deux cas connus de l'homme de l'art, un générateur de courant In these two cases known to those skilled in the art, a current generator

est nécessaire pour produire les réactions d'électrolyse. is necessary to produce the electrolysis reactions.

De même il est connu de l'homme de l'art que le carbone vitreux, le graphite et l'argent utilisés comme cathode permettent la réduction de l'oxygène contenu dans l'eau en eau oxygénée lors d'une électrolyse de l'eau, d'o l'effet Similarly, it is known to those skilled in the art that the vitreous carbon, graphite and silver used as cathode allow the reduction of the oxygen content in the water in hydrogen peroxide during electrolysis of the water, where the effect

stérilisant recherché.sterilant sought.

Le principal inconvénient de ces dispositifs est de devoir utiliser un générateur de courant ce qui limite leur domaine d'emploi notamment pour des The main disadvantage of these devices is that they have to use a current generator which limits their field of use especially for

raisons techniques et ou économiques. technical and / or economic reasons.

La présente invention a pour but de remédier à ces inconvénients en proposant un dispositif de stérilisation électrochimique particulièrement fiable et économique. Le dispositif objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il se compose d'une pile galvanique en contact avec l'eau à traiter et constituée d'au moins une cathode réalisée en carbone vitreux, graphite ou argent et au moins une anode réalisée en zinc ou en magnésium. Ces électrodes sont reliées entre elles soit par The present invention aims to overcome these disadvantages by providing a particularly reliable and economical electrochemical sterilization device. The device according to the invention is characterized in that it consists of a galvanic cell in contact with the water to be treated and consisting of at least one cathode made of vitreous carbon, graphite or silver and at least one anode made of zinc or magnesium. These electrodes are interconnected either by

contact direct, soit par un circuit externe conducteur de l'électricité. direct contact, either by an external circuit conducting electricity.

Suivant le dispositif objet de l'invention, lorsque les deux électrodes sont au contact de l'eau à traiter, des électrons quittent l'anode en circulant au travers de la surface de contact ou du circuit externe, vont à la cathode o dans un même nombre des électrons quittent la cathode et sont acceptés à sa surface par des molécules d'oxygène dissous et des ions hydrogène initialement contenus dans l'eau suivant la réaction: According to the device of the invention, when the two electrodes are in contact with the water to be treated, electrons leave the anode while flowing through the contact surface or the external circuit, go to the cathode o in a the same number of electrons leave the cathode and are accepted on its surface by dissolved oxygen molecules and hydrogen ions initially contained in the water following the reaction:

02 + 2 H+ 2 H202 (eau oxygénée).02 + 2 H + 2 H202 (hydrogen peroxide).

A l'anode et dans de même proportions, le métal (zinc ou magnésium) se dissous dans l'eau suivant les réactions: Mg - 2 é <X Mg ++ s'il s'agit de magnésium At the anode and in the same proportions, the metal (zinc or magnesium) dissolves in the water following the reactions: Mg - 2 e <X Mg ++ if it is magnesium

Zn - 2e X Zn ++ s'il s'agit de zinc. Zn - 2nd X Zn ++ if it is zinc.

La production d'eau oxygénée à la cathode est le but recherché du fait du The production of oxygenated water at the cathode is the goal sought because of

pouvoir stérilisant de ce composé. sterilizing power of this compound.

Dans une variante particulièrement économique, le dispositif objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il se compose d'un ensemble de billes disposées en couches successives ou mélangées en une seule couche dans le flux d'eau à traiter et de préférence de tailles millimétriques, les billes formant un ensemble de piles galvaniques entre elles, les cathodes étant des billes réalisées en argent et ou en graphite et ou en carbone vitreux, les anodes étant des billes In a particularly economical variant, the device according to the invention is characterized in that it consists of a set of beads arranged in successive layers or mixed in a single layer in the stream of water to be treated and preferably of millimetric sizes, the balls forming a set of galvanic batteries together, the cathodes being beads made of silver and or graphite and or glassy carbon, the anodes being balls

réalisées en zinc et ou en magnésium. made of zinc and magnesium.

Une disposition des électrodes des piles galvaniques sous forme de billes indépendantes mélangées et en contact direct permet de former un réacteur An arrangement of the electrodes of the galvanic cells in the form of independent balls mixed and in direct contact makes it possible to form a reactor

percolant à grande surface de contact. percolating with large contact area.

Suivant une variante du dispositif tout ou partie des cathodes et anodes peuvent être réalisée sous forme de feutre(s), profile(s) perforé(s) ou métal(aux) fritté(s). Cependant une telle réalisation est plus onéreuse et moins performante According to a variant of the device, all or some of the cathodes and anodes may be in the form of felt (s), perforated profile (s) or sintered metal (s). However, such an achievement is more expensive and less efficient

que le dispositif décrit dans sa variante de base. that the device described in its basic variant.

Le principe électrochimique de la variante du dispositif sous forme de billes suivant l'invention est définie en ce qu'entre au moins une bille cathodique et une bille anodique se forme une pile galvanique. La liaison ohmique entre les billes se fait par contact direct entre les dites billes, la liaison électrolytique étant assurée par l'eau au contact des billes. Suivant le dispositif objet de l'invention lorsque respectivement au moins une bille cathodique et au moins une bille anodique sont en contact direct entre eux et avec l'eau, des électrons quittent la bille anodique au travers de la surface de contact avec la bille cathodique et que celle-ci recevant ces électrons, les libère dans l'eau. Du fait de la nature particulière du métal à la surface de la bille cathodique, ces électrons donnent en priorité la réaction électrochimique suivante: 02 + 2 H+ + 2 é X H202 (eau oxygénée) Proportionnellement au départ des électrons de la bille anodique vers la bille cathodique au travers de la surface de contact, la bille anodique libère des ions au sein de l'eau à traiter suivant les réactions électrochimiques: Mg - 2 é ó Mg ++ s'il s'agit de magnésium The electrochemical principle of the variant of the device in the form of balls according to the invention is defined in that between at least one cathode ball and an anode ball forms a galvanic cell. The ohmic connection between the balls is made by direct contact between said beads, the electrolytic connection being provided by the water in contact with the balls. According to the device of the invention when respectively at least one cathode ball and at least one anode ball are in direct contact with each other and with water, electrons leave the anodic ball through the contact surface with the cathode ball. and that the latter receiving these electrons releases them into the water. Due to the particular nature of the metal on the surface of the cathode ball, these electrons give priority to the following electrochemical reaction: O 2 + 2 H + + 2 e X H 2 O 2 (hydrogen peroxide) Proportionally at the beginning of the electrons of the anodic ball towards the cathodic ball through the contact surface, the anodic ball releases ions within the water to be treated according to the electrochemical reactions: Mg - 2 é ó Mg ++ if it is magnesium

Zn - 2 e X Zn ++ s'il s'agit de zinc. Zn - 2 nd Zn ++ if it is zinc.

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Dans le cas ou les billes cathodiques et anodiques sont respectivement disposées en couches successives, elles peuvent être reliées par un circuit extérieur conducteur de l'électricité. Cependant cette variante s'avère In the case where the cathode and anodic beads are respectively arranged in successive layers, they can be connected by an external circuit conducting electricity. However this variant turns out

plus difficile à mettre en oeuvre et donc plus coûteuse. more difficult to implement and therefore more expensive.

Suivant une variante du dispositif, la ou les anodes peuvent être réalisées pour des raisons économiques en un métal conducteur recouvert d'un plaquage d'argent ou s'il s'agit d'élément unitaire, d'une âme en matière plastique ou métallique. Suivant une variante du dispositif, en dehors de la conception sous forme de billes, la ou les anodes peuvent être constituées d'une âme réalisée en un métal plus noble que le magnésium ou le zinc et revêtue du dit magnésium ou zinc. Suivant une variante du dispositif, une paroi poreuse peut être intercalée entre la ou les anodes et la ou les cathodes. Dans ce cas un circuit externe est According to a variant of the device, the anode or anodes may be made for economic reasons in a conductive metal covered with a silver plating or if it is a unitary element, a plastic or metal core . According to a variant of the device, apart from the design in the form of balls, the anode or anodes may consist of a core made of a more noble metal than magnesium or zinc and coated with said magnesium or zinc. According to a variant of the device, a porous wall may be interposed between the anode (s) and the cathode (s). In this case an external circuit is

nécessaire pour assurer la liaison ohmique entre les électrodes. necessary to ensure the ohmic connection between the electrodes.

Suivant une variante du dispositif, les billes peuvent être remplacées par des modules de formes différentes de la bille par exemple des copeaux ou des cubes. Cependant la forme de bille est préférable pour limiter la surface de According to a variant of the device, the balls may be replaced by modules of different shapes of the ball for example shavings or cubes. However the ball shape is preferable to limit the surface of

contact au minimum.contact at least.

On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, deux formes d'exécution de la présente invention, en référence aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est un dessin en coupe d'un dispositif de traitement de l'eau Two embodiments of the present invention will be described hereinafter by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawings in which: FIG. 1 is a sectional drawing of a water treatment device

suivant l'invention dans sa variante de base. according to the invention in its basic variant.

La figure 2 est un dessin en coupe d'un dispositif de traitement de l'eau Figure 2 is a sectional drawing of a water treatment device

suivant la première variante.following the first variant.

Le dispositif suivant l'invention représentée sur la figure 1 est essentiellement constitué d'un bac (1) en matière isolante de forme cylindrique qui comporte à sa base une canalisation d'arrivée d'eau à traiter (2) et à sa partie supérieure, une canalisation d'évacuation de l'eau traitée (3). La cathode est constituée d'un cylindre d'argent (4) fixé par des moyens adéquats étanches à la partie supérieure du bac (1) et de manière à être traversante vers l'extérieur du bac (1). L'anode est constituée d'une âme en acier inoxydable (5) revêtue dans sa partie immergée par du magnésium (6). L'âme (5) est fixée par des moyens adéquats étanches à la partie supérieure du bac (1) et de manière à être traversante vers l'extérieur du bac (1). La cathode (4) est reliée à l'âme (5) de The device according to the invention shown in Figure 1 consists essentially of a tray (1) of insulating material of cylindrical shape which comprises at its base a water inlet pipe to be treated (2) and at its upper part , an evacuation pipe for the treated water (3). The cathode consists of a silver cylinder (4) fixed by adequate means sealed to the upper part of the tray (1) and so as to pass outwardly of the tray (1). The anode consists of a stainless steel core (5) coated in its submerged portion with magnesium (6). The core (5) is fixed by suitable means sealed to the upper part of the tray (1) and so as to pass to the outside of the tray (1). The cathode (4) is connected to the core (5) of

l'anode par un circuit conducteur de l'électricité (7) externe au bac (1). the anode by an electrically conductive circuit (7) external to the tank (1).

Dans ces conditions le fonctionnement du présent dispositif s'effectue de la façon décrite ci-après: L'eau à traiter pénètre le bac (1) par la canalisation (2) afin de ressortir par la canalisation (3), lors de son passage dans le bac (1), l'eau se charge en eau oxygénée et en ions magnésium respectivement par l'action de la cathode (4) et du magnésium (6) de l'anode. La continuité ohmique entre les deux électrodes de la pile galvanique ainsi formée est assurée par l'âme (5) de l'anode et le Under these conditions the operation of the present device is carried out as described below: The water to be treated enters the tank (1) through the pipe (2) to exit through the pipe (3) during its passage in the tank (1), the water is charged with hydrogen peroxide and magnesium ions respectively by the action of the cathode (4) and the magnesium (6) of the anode. The ohmic continuity between the two electrodes of the galvanic cell thus formed is ensured by the core (5) of the anode and the

circuit (7).circuit (7).

Le dispositif suivant l'invention représenté sur la figure 2 est essentiellement constitué d'un tube (8) en matière isolante dont la base supérieure (9) est taraudée pour se fixer à l'embout d'un robinet (10) et dont la base inférieure (11) est équipée d'une grille (12) réalisée en matière isolante permettant l'évacuation de l'eau traitée. La grille (12) supporte un lit mélangé (13) de billes de magnésium (14) et de billes d'argent (15) disposé à l'intérieur du tube (8). A la surface supérieure du lit (13) une grille (16) réalisée en matière isolante est disposée de manière à maintenir prisonnières les billes (14) et (15) The device according to the invention shown in Figure 2 consists essentially of a tube (8) of insulating material whose upper base (9) is threaded to attach to the tip of a valve (10) and whose lower base (11) is equipped with a grid (12) made of insulating material for evacuation of the treated water. The grid (12) supports a mixed bed (13) of magnesium beads (14) and silver balls (15) disposed within the tube (8). On the upper surface of the bed (13) a grid (16) made of insulating material is arranged to hold the balls (14) and (15)

dans le tube (8).in the tube (8).

Dans ces conditions le fonctionnement du présent dispositif s'effectue de la façon décrite ci-après: L'eau à traiter pénètre le tube (8) par l'ouverture du robinet (10) auquel il est fixé afin de ressortir par la grille (12), lors de son passage dans le tube (8), l'eau se charge en eau oxygénée et en ions magnésium respectivement par l'action des billes cathodiques réalisées en argent (15) et des billes anodiques de magnésium (14). D'une bille cathodique (15) à une bille anodique (14) la continuité ohmique entre les deux électrodes de la pile galvanique ainsi formée est assurée par contact direct. La grille (16) maintien en cohésion et donc en contact l'ensemble des billes (14) et (15) formant le lit mélangé (13) de manière Under these conditions the operation of the present device is carried out as described below: The water to be treated enters the tube (8) through the opening of the valve (10) to which it is attached in order to stand out through the grate ( 12), during its passage through the tube (8), the water is charged with hydrogen peroxide and magnesium ions respectively by the action of the cathode balls made of silver (15) and anodic magnesium balls (14). From a cathode ball (15) to an anode ball (14), the ohmic continuity between the two electrodes of the galvanic cell thus formed is ensured by direct contact. The grid (16) keeps in cohesion and thus in contact all the balls (14) and (15) forming the mixed bed (13) so

à ce que toute l'eau à traitée traverse le filtre ainsi formé. all the water to be treated passes through the filter thus formed.

Suivant l'invention on peut notamment stériliser l'eau d'un réseau hydraulique ou l'eau destinée immédiatement à la consommation par exemple au moyen du dispositif décrit à la figure 2 en équipement d'un robinet de puisage. According to the invention, it is possible, in particular, to sterilize the water of a hydraulic network or the water intended immediately for consumption, for example by means of the device described in FIG. 2, in equipment of a tap.

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Claims

1. Autonomous device for electrochemical sterilization of water by galvanic cell characterized in that it consists of a galvanic battery in

contact with the treated water and consisting of at least one cathode made of vitreous carbon, graphite or silver and at least one anode made of zinc or magnesium interconnected by an external circuit conducting electricity or by direct contact .

2. Device according to claim 1 characterized in that it consists of a galvanic cell in contact with the treated water and consisting of

less a cathode made of vitreous carbon, graphite or silver and at least one anode made of zinc or magnesium interconnected by direct contact.

3. Device according to claim 1 characterized in that it consists essentially of a tray (1) of insulating material of form

cylindrical which comprises at its base a water inlet pipe to be treated (2) and at its upper part, a channel for discharging the treated water (3). The cathode consists of a silver cylinder (4) fixed by adequate means sealed to the upper part of the tray (1) and so as to pass outwardly of the tray (1). The anode consists of a stainless steel core (5) coated in its submerged portion with magnesium (6). The core (5) is fixed by suitable means sealed to the upper part of the tray (1) and so as to pass to the outside of the tray (1). The cathode (4) is connected to the core (5) of the anode by an electrically conductive circuit (7) external to the tank (1).

4. Device according to claims 1 and 2 characterized in that it consists of a set of balls arranged in successive layers or

mixed in a single layer in the stream of water to be treated and preferably of millimeter sizes, the balls forming a set of galvanic batteries together, the cathodes being beads made of silver and or graphite and or glassy carbon, the anodes being beads made of zinc and or magnesium.

5. Device according to claims 1,2, and 4 characterized in that it is

essentially consisting of a tube (8) of insulating material whose upper base (9) is threaded to attach to the tip of a valve (10) and whose lower base (11) is equipped with a grid ( 12) made of insulating material allowing the evacuation of the treated water. The grid (12)

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supports a mixed bed (13) of magnesium beads (14) and silver balls (15) disposed within the tube (8). On the upper surface of the bed (13) a grid (16) made of insulating material is arranged

in order to keep the balls (14) and (15) trapped in the tube (8).