FR3101628A1 - Dispositif de traitement de l’eau et procédé de protection contre l’entartrage - Google Patents

Abstract

Dispositif de traitement de l’eau et procédé de protection contre l’entartrage La présente invention concerne un dispositif (1) de traitement de l’eau apte à être placé en amont d’une canalisation et/ou d’un appareillage comportant des surfaces métalliques ou non métalliques dont on veut éviter l’entartrage et dans lequel on fait circuler ladite eau, comprenant : un corps métallique creux en acier inoxydable (2), dont la paroi interne (3) est dépourvue de revêtement et comprenant à l’intérieur du corps des éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères (4) et au moins une tige métallique axiale (5) supportant de manière amovible les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène (4). Elle concerne également un procédé de protection contre l’entartrage avec ledit dispositif, l’utilisation dudit dispositif et un appareillage de production ou de stockage d’eau chaude comprenant ledit dispositif. Figure pour l’abrégé : Fig. 1.

Description

Dispositif de traitement de l’eau et procédé de protection contre l’entartrage

La présente invention concerne un dispositif, un procédé et une utilisation pour le traitement de l'eau et la protection de surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec une eau contre l'entartrage.

Le secteur technique de l'invention est le domaine de l'adoucissement de l'eau et de la prévention de l'entartrage des canalisations et appareillages dans lesquels circule ou est stockée de l'eau, tels que des générateurs de chaleur, des unités de refroidissement, des échangeurs de chaleur, des filtres, des générateurs de production d'eau chaude à partir d'une alimentation d'eau froide et, notamment, des ballons de pré stockage et/ou production/stockage d'eau chaude.

Plus précisément, le domaine d'application principal de l'invention est celui des réseaux d'eau de toute nature, des générateurs d'eau chaude à pression atmosphérique ou surpressée, des canalisations et circuits de distribution d'eau chaude sanitaire, des échangeurs thermiques de tout type utilisés dans des chaufferies collectives ou dans l'industrie et dont les applications sont en mode chauffage ou refroidissement.

On connaît des dispositifs ou installations de traitement de l'eau et de protection contre la corrosion par l'eau de surfaces métalliques par un effet galvanique, lesdits dispositifs comprenant un corps métallique, notamment un corps tubulaire, constituant une enveloppe métallique, dans lequel on a disposé une anode consommable ou sacrificielle, reliée par contact direct ou indirect à ladite enveloppe, le métal de l'enveloppe créant une différence de potentiel électrochimique avec celui de l'anode, de sorte que les ions métalliques se libèrent de l'anode qui se dissout progressivement dans l'eau en circulation dans ledit dispositif.

En général, l'anode est en zinc et l'enveloppe métallique en laiton, compte tenu du fait que celle-ci doit constituer une enveloppe suffisamment résistante. La libération de ces ions métalliques de zinc suscite la formation d'une couche de protection contre la corrosion à l'intérieur des canalisations d'eau en aval du dispositif. L'effet protecteur serait dû à ce que les ions de zinc se complexent à des substances de type calcaire présentes dans l'eau, voire agissent comme initiateurs dans le processus de précipitation de substances productrices de dépôt de calcaire et s'adsorbent sur les parois de la canalisation en aval du dispositif.

Dans EP 0680457, on a proposé de coupler, à l'intérieur dudit corps creux, des anodes sacrificielles en zinc à des éléments en forme de canaux multiples allongés en matériaux diélectriques, ceci afin de réduire davantage l'entartrage des canalisations en aval, en particulier, des canalisations et générateurs d'eau chaude pour des eaux très dures. Plus précisément, dans le dispositif décrit dans EP 0680457, les anodes sacrificielles en zinc sont également composées de barillets comprenant de multiples canaux allongés, en contact métal-métal avec l'intérieur des tubes en laiton supportant le dispositif, ce qui conduit à l'effet galvanique recherché.

Le principe physique de ces dispositifs de traitement physique est d'induire des effets microélectrolytiques de l’eau par passage dans des canaux de zinc et des effets électrostatiques dans l'eau, par passage dans des canaux de polymères diélectriques, lesdits effets empêchant la précipitation des carbonates de calcium et de magnésium en calcite et/ou des sulfates en gypse, lesquels calcite et gypse obstruent, à la longue, et sans ce traitement, les canalisations et les générateurs ou ballon de production ou de stockage d'eau chaude.

Ce document indique que ce dispositif favorise la conversion d'une certaine partie de calcite dure en aragonite molle. Cependant, il faut noter que ce document est silencieux quant aux conditions de qualité de l’eau telles que la dureté, la teneur en chlorures, sulfates et autres composés mise en œuvre dans les essais. De plus, en mettant en œuvre le dispositif décrit dans EP 0680457, l'inventeur de la présente invention s'est aperçu que le taux de transformation du calcaire, type calcite, en cristaux mous d'aragonite, est variable suivant la qualité de l'eau notamment pour les eaux très calcaires et les régimes d'écoulement de ladite eau et, en général, toujours limité à environ 60%.

Le document WO 2004/108607, décrit un dispositif dont le principe repose sur l'électro-galvanisation, comprenant un corps en laiton dans lequel se trouve une anode en zinc perforée en contact électrique étroit avec l'enveloppe métallique intérieure afin de créer une différence de potentiel électrique et la libération continue d'ions métalliques à partir de l'anode consommable. Il est rajouté, à l'intérieur de l'enveloppe et en amont et en aval de l'anode consommable, des agitateurs métalliques en acier perforés afin de produire un tourbillon dans l'eau et afin de faciliter le nettoyage de la surface de l'anode pour en accroître l'efficacité selon l'inventeur, les agitateurs métalliques pouvant être déclinés sous différentes formes. Ce document est également silencieux quant aux conditions de qualité de l’eau testée et ciblée. De plus, dans ce dispositif tout comme dans celui décrit dans EP 0680457 on observe des problèmes d'entartrage dans les dispositifs eux-mêmes, notamment dans l'espace interstitiel dans lequel l'eau peut s'infiltrer entre la surface externe des barillets formant lesdits canaux multiples allongés et la paroi interne du réacteur tubulaire, notamment suite à la corrosion de ladite paroi interne en laiton ou acier et la dissolution desdits éléments formant anodes, on observe également une prévention insuffisante de l'entartrage des appareils et conduites métalliques en aval que l'on cherche à protéger.

Le document FR2897071B1 décrit un dispositif de traitement d’eau contre l’entartrage et la corrosion dans des canalisations ou appareils, à surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec ladite eau. Le dispositif comprend un corps métallique creux, de préférence tubulaire, dont la surface de la paroi interne est revêtue d’un film à base de fluoropolymère. Le dispositif peut comprendre en outre des éléments métalliques formant anodes sacrificielles à l‘intérieur du corps creux et peut comprendre à l’intérieur du corps creux des éléments formant des surfaces de matériau nucléogène, comme des fluoropolymères tels que le PTFE. Le film à base de fluoropolymère présent à la surface de la paroi interne du dispositif décrit dans FR2897071B1 est décrit comme particulièrement avantageux dans le cadre de la protection contre l’entartrage et la corrosion des canalisations de surfaces métalliques de par le cumul des propriétés anti-adhérentes et nucléogène et son caractère non corrodable en présence d’eau. D’ailleurs, la partie expérimentale met en évidence le caractère indispensable de ce film, avec l’observation de la formation de calcaire dur qui adhère aux parois ainsi que la présence d’anomalies de corrosion en l’absence du revêtement alors que la formation d’un calcaire pseudo-fluide (mou) qui n’adhère pas aux parois, avec un taux de calcaire dissout élevé et aucune corrosion n’est observée en présence du film.

Toutefois, lors du suivi qualité lié à la mise en œuvre de ce dispositif en conditions réelles, après 6 mois d’utilisation, l’inventeur a observé une accumulation de calcaire et de tartre dans les éléments métalliques ou non métalliques situés en sortie d’eau, notamment lorsque l’eau est calcaire voire très calcaire.

En effet, les dispositifs existants à ce jour, ne permettent pas de traiter des eaux dures par exemple présentant une dureté TH (titre hydrotimétrique) au-delà de 45 degrés français (correspondant à un équivalent de 450 milligrammes par litre de carbonate de calcium), qui est considéré déjà comme une eau très dure. En effet, au-delà d’une telle dureté, les installations comportant les dispositifs connus ne permettent pas d’empêcher la précipitation des carbonates de calcium et de magnésium en calcite et/ou des sulfates en gypse, ce qui obstrue à la longue les canalisations et les générateurs ou ballons de production et/ou de stockage d’eau chaude.

Il existe donc un besoin de disposer d’une solution améliorée, simple, rapide et efficace pour traiter et/ou prévenir l’entartrage de canalisations et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec de l’eau en particulier calcaire voire très calcaire.

Il existe en particulier un besoin de pouvoir traiter de l’eau dure au-delà de 40 degrés français de TH et jusqu’à même 80 degrés f de TH (soit de 400 à 800 mg par litre, exprimé en équivalent de carbonate de calcium et de magnésium), et avec même des teneurs en sulfates de 150 à 200 mg par litre : de telles eaux sont également impossibles à traiter efficacement à ce jour avec les installations et procédés connus, en raison de la cristallisation dure du calcaire sous forme de calcite, et des sulfates de calcium et de magnésium sous forme de gypse.

En effet, au cours de ses travaux l’inventeur s’est aperçu que les dispositifs disponibles dans l’art antérieur présentaient une faible efficacité, diminuant au cours du temps, pour traiter ou prévenir l’entartrage de canalisations et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec de l’eau en particulier des eaux dures voire très dures appelées aussi « entartrantes », présentant un degré français TH supérieur à 40, riches en sulfates et présentant un pH supérieur ou égal à 7,4.

L’inventeur a découvert de façon surprenante qu’il était possible de disposer d’une solution simple et efficace pour traiter et/ou prévenir l’entartrage de canalisations et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec de l’eau dure voire très dure grâce à un dispositif de traitement dont le corps métallique creux est en acier inoxydable dépourvu de revêtement, et accessoirement dépourvu d’anodes sacrificielles contrairement à ce qui est enseigné dans l’art antérieur. De façon surprenante, la solution proposée par l’inventeur permet avantageusement d’obtenir un taux de conversion élevé du calcaire dur en calcaire mou, fluide ainsi qu’un taux élevé de calcaire dissout dans l’eau, en un seul passage de l’eau dans le dispositif selon l’invention.

Un premier objet de l’invention concerne un dispositif de traitement de l’eau apte à être placé en amont d’une canalisation et/ou d’un appareillage comportant des surfaces métalliques ou non métalliques dont on veut éviter l’entartrage et dans lequel on fait circuler ladite eau, comprenant:

un corps métallique creux en acier inoxydable, dont la paroi interne est dépourvue de revêtement et comprenant à l’intérieur du corps des éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères et au moins une tige métallique axiale supportant de manière amovible les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène.

Un deuxième objet de l’invention concerne un procédé de protection contre l’entartrage de canalisation et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec de l’eau, caractérisé en ce que l’on dispose un dispositif selon le premier objet de l’invention en amont d’une dite canalisation et/ou dit appareillage.

Un troisième objet de l’invention concerne l’utilisation d’un dispositif selon le premier objet de l’invention pour traiter ou prévenir l’entartrage de canalisation et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec une eau présentant un titre hydrotimétrique supérieur à 40° français, des teneurs en sulfates supérieure à 100 mg/L et un pH supérieur ou égal à 7,4 caractérisé en ce que l’on dispose un dispositif selon le premier objet de l’invention en amont d’une dite canalisation et/ou dit appareillage.

Un quatrième objet de l’invention concerne un appareillage de production ou stockage d’eau chaude ou génération de chaleur, tel qu’un ballon d’eau chaude ou un échangeur à plaques, caractérisé en ce qu’il comprend en amont un dispositif selon le premier objet de l’invention.

La figure 1 représente une vue en coupe d'un dispositif (1) de traitement d'eau selon l'invention, comportant un corps creux (2) de forme tubulaire, une alternance de disques en PTFE (4), avec des disques en titane ou en acier inoxydable (51, 52) aux extrémités de la tige métallique axiale (5).

La figure 2 représente les différents types d'éléments constitutifs d'un dispositif selon la figure 1, avec notamment les différentes parties (21, 22, 23) du corps creux (2) de forme tubulaire, une alternance de disques en PTFE (4), avec des disques en titane ou en acier inoxydable (51, 52) aux extrémités de la tige métallique axiale (5).

La figure 3 représente une vue en perspective des disques en PTFE (4).

Description détaillée

La présente invention concerne un dispositif de traitement de l’eau apte à être placé en amont d’une canalisation et/ou d’un appareillage comportant des surfaces métalliques ou non métalliques dont on veut éviter l’entartrage et dans lequel on fait circuler ladite eau, comprenant:

un corps métallique creux en acier inoxydable, dont la paroi interne est dépourvue de revêtement et comprenant à l’intérieur du corps des éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères et au moins une tige métallique axiale supportant de manière amovible les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène.

Dans la présente demande, on entend par « entartrage », la cristallisation dure du calcaire sous forme de calcite, et des sulfates de calcium et de magnésium sous forme de gypse qui adhèrent aux parois des différents éléments avec lesquels l’eau est en contact, tels que les surfaces métalliques ou non métalliques de canalisations et/ou d’appareillages en contact avec l’eau ou encore les éléments du dispositif lui-même.

Dans la présente demande, on entend par « traiter et/ou prévenir l’entartrage» la capacité du dispositif selon l’invention à éliminer, réduire, ou éviter l’entartrage des surfaces métalliques ou non métalliques de canalisations et/ou d’appareillages en contact avec l’eau ou encore les éléments du dispositif lui-même. La capacité du dispositif à traiter et/ou prévenir l’entartrage peut être évaluée par l’observation de la formation d’un calcaire pseudo-fluide (mou) qui n’adhère pas aux parois et/ou la détection d’un taux de calcaire dissout dans l’eau élevé.

On entend par « eau entartrante » ou encore « eau calcifiante », ou encore « eau dure », une eau calcaire voire très calcaire présentant un titre hydrotimétrique (TH) supérieur à 40° français, des teneurs en sulfates supérieures à 120 mg/L et un pH supérieur ou égal à 7,4. De préférence l’eau entartrante ciblée par la présente demande est une eau présentant un titre hydrotimétrique supérieur à 50 ° français, pouvant atteindre jusqu’à 60°français, un pH compris entre 7,4 et 8,4 et une teneur en sulfates égale ou supérieure à 150 mg/L, et de préférence une température de 60°C.

On entend ici par "fluoropolymère", des polymères organiques comprenant des monomères avec des substituants fluorés, tels que les polymères suivants : PTFE (polytétrafluoroéthylène), FEP (fluoroéthylène-propylène), PFA (perfluoroalkoxy). Les fluoropolymères présentent des propriétés avantageuses, d'anti-adhérence, de résistance à la corrosion et, surtout, des propriétés nucléogènes. Les fluoropolymères utilisés dans le cadre de la présente invention répondent aux exigences de qualité de l’industrie agro-alimentaire.

Dans le cadre de l’invention on entend par « dépourvue de revêtement », le fait que la paroi interne du corps métallique creux en acier inoxydable ne comprend pas de revêtement, en particulier qu’il ne comprend pas un revêtement consistant en un film de fluoropolymères.

Dans le cadre de la présente invention, les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères sont configurés de telle sorte que l'eau s'écoulant à travers ledit corps tubulaire vient buter contre des surfaces desdits éléments s'étendant dans une direction non parallèle à la direction longitudinale axiale dudit corps creux et de la tige.

En particulier, dans le dispositif selon l’invention les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères sont en polytétrafluoroéthylène ou en fluoroéthylène-propylène ou en perfluoroalkoxy ou un mélange de ces derniers. L’eau en circulation dans le corps creux du dispositif vient buter contre les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères.

En particulier, dans le dispositif selon l’invention le corps métallique creux est en acier inoxydable 304, ou 304 L, ou 316, ou 316 L.

De préférence dans le dispositif selon l’invention, le corps métallique creux est de forme tubulaire.

La tige métallique axiale du dispositif selon l’invention a une fonction de support mécanique et est en métal résistant à la corrosion, tel que du titane, de l’acier inoxydable ou un alliage à base de nickel comme l'inconel.

En particulier, dans le dispositif selon l’invention le corps métallique creux est dépourvu d’élément formant anode.

On entend par « élément formant anode », des éléments métalliques formant anodes sacrificielles, généralement constituées d’un métal tel que le zinc. En effet, contrairement à de nombreux dispositifs de l’art antérieur, le dispositif selon la présente invention ne fonctionne pas sur la base d’un effet électrogalvanique du fait de l’absence d’éléments formant anodes sacrificielles en contact avec un élément métallique présentant un potentiel électrochimique supérieur et avec lequel les anodes seraient en contact.

L’inventeur a en effet constaté de par ses travaux et recherches que l’effet nucléogène conféré par le revêtement de la paroi interne du corps creux par un film de fluoropolymères n’était pas indispensable pour traiter, prévenir ou protéger de l’entartrage des surfaces métalliques ou non métalliques de canalisations et/ou d’appareils en contact avec une eau dite calcifiante. L’inventeur a également observé que la mise en œuvre d’un élément formant anode au sein du dispositif pour générer un effet galvanique au contact d’un autre élément en métal présentant un potentiel électrochimique supérieur n’était pas nécessaire et tendait même à limiter la capacité du dispositif à traiter, prévenir ou protéger de l’entartrage des surfaces métalliques ou non métalliques de canalisations et/ou d’appareils en contact avec une eau dite calcifiante.

Avantageusement, ledit corps creux de préférence tubulaire est formé de deux sections de corps creux tubulaires, définissant deux demi corps creux, dont les extrémités peuvent être vissées l'une à l'autre, de sorte que ladite tige centrale peut être retirée et remplacée si nécessaire.

En particulier dans le dispositif selon l’invention, les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène sont disposés selon une direction non parallèle à la direction longitudinale axiale du corps creux et de la tige. De façon particulièrement préférée, les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène sont décalés en rotation les uns par rapport aux autres. Cette configuration permet avantageusement d’assurer un contact amélioré de l’eau avec lesdits éléments.

Selon un mode de réalisation particulier du dispositif selon l’invention,

- les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène, sont constitués par des disques présentant des perforations, de préférence circulaires,

- lesdits disques sont disposés sur la tige métallique axiale de manière espacée et

- au moins pour certains des disques, les perforations d’un disque sont décalées en rotation par rapport à celle du disque suivant.

On entend ici par "disques" que la plus grande dimension desdits éléments est le diamètre, c'est-à-dire une direction s'étendant dans la direction perpendiculaire à la direction longitudinale. En fait, l'épaisseur du disque, c'est-à-dire la direction s'étendant dans ladite direction longitudinale, est essentiellement dictée par des considérations d'ordre mécanique. Les surfaces fonctionnelles des disques, au sens de la présente invention, c'est-à-dire ayant un effet nucléogène, sont les surfaces circulaires perforées s'étendant dans la direction perpendiculaire à ladite direction longitudinale XX'.

La proportion relative des surfaces perforées et surfaces pleines desdits disques est un compromis entre la nécessité de permettre l'écoulement de l'eau à travers le disque tout en préservant une résistance mécanique suffisante au disque. En pratique, les surfaces perforées représentent de 20 à 75% de la surface totale d'une face des disques, de préférence 25 à 55%.

Selon un aspect encore particulier du dispositif selon l’invention, les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène sont constitués de disques en fluoropolymères, présentant des perforations semi circulaires formant des échancrures en périphérie des disques.

Cette configuration permet de faciliter l'écoulement de l'eau entre le disque concerné et la surface interne dudit corps creux.

Les échancrures semi circulaires sont avantageuses pour les disques en matériaux nucléogènes en fluoropolymère, en ce qu’elles permettent d’augmenter la surface de contact entre l'eau s'écoulant dans l'espace entre les disques et la surface interne du dispositif, ce qui permet à la fois de maximiser l'effet nucléogène et de diminuer les pertes de charge dans le dispositif.

Le nombre de disques, l'épaisseur des disques et l'espace entre les disques doivent répondre à un compromis entre la nécessité d'obtenir des surfaces nucléogènes suffisamment importantes, d'une part, et que, d'autre part, l'eau puisse s'écouler entre les disques dans des mouvements multidirectionnels et, ce, sans créer trop de perte de charge dans le dispositif (inférieure à 0,30 bar).

Un bon compromis est obtenu avec des épaisseurs e allant de D/30 à D/5, de préférence D/20 à D/10, D étant le diamètre des disques, et une distance d entre deux disques consécutifs, dans la direction longitudinale XX', telle que d=e/2 à 3e.

D'autre part, D est de préférence tel que D1 – D = 1 à 5% de D1, D1 étant le diamètre interne dudit corps creux. Cette configuration permet de faciliter l'écoulement de l'eau entre le disque concerné et la surface interne dudit corps creux.

De préférence, ladite tige axiale centrale comporte, à chacune de ses extrémités, un disque perforé, en acier inoxydable ou en titane, ou en alliage à base de nickel comme l'inconel, permettant de maintenir la structure du dispositif. De préférence encore le disque perforé est constitué du même métal que la tige.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre, faite de manière illustrative et non limitative en lien avec les figures 1 à 3.

Le dispositif (1) selon l’invention est représenté sur les figures 1 et 2, formé par un corps métallique creux 2 taraudé aux deux extrémités (fig. 2). Sur les figures 1 et 2, on a représenté un dispositif de traitement de l'eau selon l'invention, comprenant deux tubes mâle 2₁et femelle 2₂, taraudés aux extrémités et aptes à être vissés l'un dans l'autre, avec un joint torique 2-3 entre les deux, de manière à former un dispositif selon l'invention. Des disques perforés 4 correspondants aux éléments formant des surfaces de matériau nucléogène, ont été enfilés en quinconce sur une tige axiale en titane ou en acier inoxydable 5.

De manière à ce que l'eau, traversant ce corps 2 (fig. 2), puisse se déplacer dans de multiples directions et multiplier le contact avec des surfaces nucléogènes, le corps comprend des éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères 4 sous forme de disques perforés. Ainsi, l'empilement des disques perforés espacés par des entretoises 4₄(fig. 3) en forme de bagues usinées sur chaque disque, sur une tige en titane ou en acier inoxydable 5 permet un écoulement multidirectionnel du flux d'eau et une surface mouillée multipliée pour déclencher le processus de nucléogénèse et le déplacement du taux de sursaturation du calcaire dans l'eau.

Les disques en PTFE ne sont pas en contact avec la paroi interne, puisque l'eau est aussi capable d'emprunter un espace annulaire entre la paroi interne métallique du tube/réacteur et l'extrémité périphérique circulaire de tous les disques.

Pour permettre un espacement déterminé d entre les disques, les disques comprennent des perforations centrales 4₅, à travers lesquelles ils sont enfilés dans la tige axiale support en titane ou en acier inoxydable 5, et comprennent, sur au moins une de leurs faces, des bagues tubulaires 4₄, autour desdites perforations centrales 4₅, formant entretoise ou écarteur entre les différents disques, lorsque ceux-ci sont empilés.

Les disques 4 comprennent des perforations circulaires 4₁, destinées à permettre l'écoulement de l'eau dans la direction longitudinale, lorsque l'eau s'écoule à travers ledit dispositif. Toutefois, les perforations circulaires 4₁, des disques sont décalées en rotation, de manière aléatoire, de manière à créer le maximum de mouvements multidirectionnels de l'eau et notamment de manière à ce que l'eau, en écoulement à travers ledit dispositif, vienne buter contre les surfaces pleines 4₃des différents disques et maximiser les contacts et les collisions de l'eau avec ces surfaces, ce qui se produit lorsque l'eau en écoulement dans la direction longitudinale à travers ledit corps creux 2 rencontre plusieurs fois de telles surfaces pleines 4₃, de différents disques.

De manière à permettre un écoulement d'eau dans l'espace annulaire entre les disques 4 et la paroi interne du corps creux 2, on prévoit que le diamètre D des disques est quelque peu inférieur au diamètre interne D1 du corps creux 2, notamment d'environ 0,5 mm. L'écoulement d'eau dans cet espace annulaire permet d'éliminer tout dépôt visqueux formé à la surface de ladite surface interne 3 et permet également d'éviter une perte de charge excessive de l'eau s'écoulant à travers ledit dispositif. Pour la même raison et également pour augmenter la surface de matériaux nucléogènes en contact avec l'eau en écoulement, on crée à la périphérie des disques 4 en PTFE des échancrures 4₂, de forme semi circulaire.

Le nombre de disques 4, l'épaisseur e des disques 4, et l'espace d entre les disques 4, doivent répondre à un compromis entre la nécessité d'obtenir des surfaces nucléogènes et que l'eau puisse s'écouler entre les disques dans des mouvements multidirectionnels et, ce, sans créer trop de perte de charge dans le dispositif.

Des disques perforés en titane ou en acier inoxydable 5₁, 5₂sont prévus à chaque extrémité de la tige support axiale, longitudinale, 5 en titane ou en acier inoxydable, ce qui permet d'augmenter la surface du matériau titane ou acier inoxydable, d'une part, et, d'autre part, contribue à solidariser de manière amovible la tige 5 avec le corps creux tubulaire 2.

Les deux disques perforés en titane ou en acier inoxydable 5₁, 5₂et les extrémités de la tige 5, sont vissés sur des filetages d'extrémité de ladite tige 5 et encadrent ainsi les disques 4.

A titre illustratif, on réalise des corps creux tubulaires 2 de diamètre interne D₁=40 mm et des disques de PTFE de diamètre D=39,50 mm, avec une perforation centrale d'environ 4 mm pour laisser passer la tige axiale 5. Les disques 4 en PTFE sont d'une épaisseur légèrement supérieure de 5 mm avec trois échancrures semi circulaires 4₂en périphérie de 7,5 mm de diamètre et six perforations circulaires 4₁, disposées régulièrement autour de la perforation centrale 4₅, les perforations circulaires 4₁présentant un diamètre de 6,5 mm. Sur la figure 1, on a disposé ainsi une vingtaine de disques à l'intérieur du tube 2, l'espacement entre les disques étant sensiblement identique à l'épaisseur des disques, soit d'environ 4 mm.

Le dispositif 1 ainsi formé peut également être configuré avec des extrémités recevant des brides pour les corps de large diamètre. De même, l'adjonction de plusieurs tiges longitudinales, à travers lesquelles les différents disques 4 sont empilés, leur point de passage à travers les différents disques formant soit un triangle, soit un carré, par exemple, permet, si nécessaire, de mieux maintenir l'ensemble des disques dans le réacteur dans le cas où on fabrique un réacteur de grande dimension, notamment à partir d'un diamètre interne D1 de 100 mm. On conserve, toutefois, de préférence une tige axiale support 5.

Pour la tige et les disques perforés présents aux extrémités le titane de qualité alimentaire et de compatibilité biomédicale ou l’acier inoxydable sont préférés à l'inconel 600, réputé également alimentaire et induisant des effets nucléogènes mais renfermant du nickel et du chrome, ce qui, dans des conditions avec des eaux très riches en chlorures et à température supérieure à 50°C, pourrait conduire à dépasser la limite autorisée de 20 µg/l de nickel et de chrome dans l'eau (règlement sanitaire sur l'eau à destination humaine). Toutefois, l'Inconel peut être mis en œuvre dans un dispositif spécifiquement pour des applications sur des eaux industrielles et des eaux issues de stations d'épuration, ou de l'eau potable mais dont la teneur en chlorures serait inférieure à 200 mg/l (norme de potabilité).

Un deuxième objet de la présente invention concerne un procédé de protection contre l’entartrage de canalisation et/ou d’appareillage présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec de l’eau, caractérisé en ce que l’on dispose un dispositif selon le premier objet de l’invention en amont d’une dite canalisation et/ou dit appareillage.

En particulier, dans le procédé selon l’invention l’eau n’effectue qu’un seul passage dans le dispositif.

Plus particulièrement, le procédé selon la présente invention est mis en œuvre avec une « eau entartrante » ou encore « eau calcifiante », ou encore « eau dure » c’est-à-dire une eau calcaire voire très calcaire présentant un titre hydrotimétrique (TH) supérieur à 40° français, des teneurs en sulfates supérieures à 120 mg/L et un pH supérieur ou égal à 7,4.

Plus particulièrement encore le procédé selon l’invention est mis en œuvre avec une eau présentant un titre hydrotimétrique supérieur à 50° français, pouvant atteindre jusqu’à 60° français, un pH compris entre 7,4 et 8,4 et une teneur en sulfates égale ou supérieure à 150 mg/L, et de préférence une température de 60°C.

Un troisième objet de la présente invention concerne l’utilisation d’un dispositif selon le premier objet pour traiter ou prévenir l’entartrage de canalisation et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec une eau présentant un titre hydrotimétrique supérieur à 40° français, des teneurs en sulfates supérieures à 100 mg/L et un pH supérieur ou égal à 7,4 caractérisé en ce que l’on dispose un dispositif selon le premier objet en amont d’une dite canalisation et/ou dit appareillage.

En particulier, l’eau considérée pour l’utilisation selon l’invention est une eau présentant un titre hydrotimétrique supérieur à 50° français, pouvant atteindre jusqu’à 60° français, un pH compris entre 7,4 et 8,4 et une teneur en sulfates égale ou supérieure à 150 mg/L, et de préférence une température de 60°C.

Un quatrième objet de l’invention concerne un appareillage de production ou stockage d’eau chaude ou générateur de chaleur, tel qu’un ballon d’eau chaude ou un échangeur à plaques, caractérisé en ce qu’il comprend en amont un dispositif selon le premier objet de l’invention.

L'invention sera davantage illustrée par les exemples suivants. Cependant, ces exemples ne doivent en aucun cas être interprétés comme limitant la portée de l'invention.

Une série de tests a été réalisée en conditions dynamiques, c’est-à-dire avec un dispositif placé sur l’entrée d’eau froide d’un logement dont la production d’eau chaude à 60°C est assurée par un ballon électrique couplé à une pompe à chaleur (chauffe-eau thermodynamique).

Dans ces essais, la qualité de l’eau testée était une eau entartrante présentant un titre hydrotimétrique de 55° français voire 60° français, un pH de 7,4 pouvant aller jusqu’à 8,4 et une teneur en sulfates de 185 mg/L, variable selon la période de l’année (été/hiver).

Dans ces tests on a expérimenté différents dispositifs, avec différents matériaux, en présence ou non de revêtements, pour étudier le comportement de ces matériaux notamment l’accumulation de calcaire et de tartre au sein d’éléments de canalisation présents en sortie du ballon d’eau chaude, en particulier dans le coude du ballon en sortie d’eau chaude sanitaire, ledit coude favorisant l’accumulation de calcaire, et ce, après plusieurs mois de fonctionnement.

Dans tous les essais réalisés, l’eau n’effectue qu’un seul passage dans le dispositif. Il est bon de noter que dans tous les essais réalisés, il n’y a pas de bouclage sur la production d‘eau chaude, donc pas de dispositif supplémentaire qui pourrait contribuer à assurer un traitement permanent, qui améliore les performances.

1) Essai 1 :

- Le dispositif mis en place est conforme à celui décrit dans le brevet FR2897071B1. Le dispositif testé comprend un corps creux métallique en laiton dont l’intérieur est revêtu d’un film en fluoropolymère (en PTFE), et comprenant à l’intérieur du corps creux une alternance de disques métalliques en zinc correspondant aux anodes sacrificielles et de disques en PTFE correspondant aux éléments formant des surfaces de matériau nucléogène.

- Après 6 mois de fonctionnement, il a été noté une accumulation de calcaire et de tartre à la fois incrustant et pâteux dans le coude du ballon en sortie eau chaude sanitaire. Une ouverture du dispositif a permis de constater que les disques métalliques en zinc sont incrustés de points blancs de carbonate dur de calcium et de magnésium recouvrant une bonne partie des surfaces pleines, et que les disques en PTFE sont propres.

2) Essai 2 :

Après nettoyage du coude du ballon pour la sortie eau chaude, un autre dispositif est mis en place selon FR2897071B1. Le dispositif testé comprend un corps métallique en acier inoxydable dont l’intérieur est revêtu avec un film en fluoropolymère de type PTFE, et comprenant à l’intérieur du corps creux une alternance de disques métalliques en zinc correspondant aux anodes sacrificielles et de disques en PTFE correspondant aux éléments formant des surfaces de matériau nucléogène, positionnés sur une tige en acier inoxydable.

Après 6 mois de fonctionnement, il a été noté une accumulation de calcaire et de tartre dans le coude qui conduit à la réduction du débit d’eau chaude lors du soutirage.

Une ouverture du dispositif a permis de constater que les disques métalliques en zinc sont incrustés de points blancs recouvrant une bonne partie des surfaces pleines, et que les disques en PTFE sont propres.

3) Essai 3 :

Après nettoyage du coude du ballon pour la sortie eau chaude, un autre dispositif est mis en place selon FR2897071B1. Le dispositif testé comprend un corps métallique en acier inoxydable dont l’intérieur n’est pas revêtu, et comprenant à l’intérieur du corps creux une alternance de disques métalliques en zinc correspondant aux anodes sacrificielles et de disques en PTFE correspondant aux éléments formant des surfaces de matériau nucléogène, positionnés sur une tige en acier inoxydable.

Après 4 mois de fonctionnement, il a été noté une accumulation de calcaire et de tartre dans le coude qui conduit à la réduction du débit d’eau chaude lors du soutirage. Une ouverture du dispositif a permis de constater que les disques métalliques en zinc sont incrustés de calcaire et de tartre durs.

4) Essai 4 :

Après nettoyage du coude du ballon pour la sortie eau chaude, un autre dispositif est mis en place selon FR2897071B1. Le dispositif testé comprend un corps métallique en acier inoxydable dont l’intérieur est revêtu avec un film en fluoropolymère de type PTFE, et comprenant à l’intérieur du corps creux des disques en PTFE correspondant aux éléments formant des surfaces de matériau nucléogène, positionnés sur une tige en acier inoxydable. Ce dispositif ne comprend pas de disque métallique en zinc correspondant aux anodes sacrificielles, qui ont été remplacés ici par des disques en PTFE.

Après 4 mois de fonctionnement, le coude du ballon est resté propre, le débit d’eau chaude est correct et comparable à l’état initial.

5) Essai 5 :

Après nettoyage du coude du ballon pour la sortie eau chaude pour obtenir un point zéro, un autre dispositif est mis en place selon FR2897071B1. Le dispositif testé comprend un corps métallique en acier inoxydable dont l’intérieur n’est pas revêtu, et comprenant à l’intérieur du corps creux des disques en PTFE correspondant aux éléments formant des surfaces de matériau nucléogène, positionnés sur une tige en acier inoxydable. Ce dispositif ne comprend pas de disque métallique en zinc correspondant aux anodes sacrificielles, qui ont été remplacés ici par des disques en PTFE.

Après 4 mois, puis 6 mois de fonctionnement en usages domestiques et soutirage d’eau chaude, le coude en sortie du ballon d’eau chaude, a été démonté pour être analysé et les résultats ont été surprenants : état impeccable de l’intérieur du coude, très bon débit hydraulique d’eau chaude comparable à celui mesuré à l’état neuf. De plus, l’ouverture du dispositif a permis de constater que les disques en PTFE sont restés propres.

L’eau chaude soutirée a été introduite dans une bouilloire déjà entartrée et portée à 100°C, et après quelques usages, le calcaire incrusté s’est ramolli et s’élimine très facilement par rinçage. Le calcaire est floconneux dans l’eau de la bouilloire, alors que cette eau est normalement très entartrante et incrustante à ce degré de TH (55 à 60°f), un pH >7,5 et des ions sulfates proches de 200 mg/l.

Ainsi, le dispositif selon la présente invention permet avantageusement d’obtenir qu’une partie du calcaire soit soluble dans l'eau et qu’une autre partie précipite sous forme d'aragonite molle. En effet, on a observé que le calcaire formé en présence d’un dispositif selon l’invention, présente un aspect pseudo-fluide (mou), et qui n'adhère pas aux parois du corps creux, ni aux disques en PTFE. Le calcaire mou ainsi formé s’élimine facilement en conditions d’utilisation hydrodynamique, par le passage de l’eau. Le dispositif selon l’invention permet avantageusement d’obtenir ces résultats après un seul passage de l’eau dans le dispositif, et sans ajout d’un dispositif supplémentaire et ce après plusieurs mois d’utilisation.

Claims (10)

1. Dispositif (1) de traitement de l’eau apte à être placé en amont d’une canalisation et/ou d’un appareillage comportant des surfaces métalliques ou non métalliques dont on veut éviter l’entartrage et dans lequel on fait circuler ladite eau, comprenant:
   un corps métallique creux en acier inoxydable (2), dont la paroi interne (3) est dépourvue de revêtement et comprenant à l’intérieur du corps des éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères (4) et au moins une tige métallique axiale (5) supportant de manière amovible les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène (4).
2. Dispositif (1) selon la revendication 1 dans lequel les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères (4) sont en polytétrafluoroéthylène ou en fluoroéthylène-propylène ou en perfluoroalkoxy ou un mélange de ces derniers.
3. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le corps métallique creux (2) est en acier inoxydable 304, ou 304 L, ou 316, ou 316 L.
4. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le corps métallique creux (2) est dépourvu d’élément formant anode.
5. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène (4) sont disposés selon une direction non parallèle à la direction longitudinale axiale du corps creux (2) et de la tige (5).
6. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel,
   - les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères (4), sont constitués par des disques présentant des perforations, de préférence circulaires,
   - lesdits disques sont disposés sur la tige métallique axiale (5) de manière espacée et
   - au moins pour certains des disques, les perforations d’un disque sont décalées en rotation par rapport à celle du disque suivant.
7. Dispositif selon l’une des revendications précédentes dans lequel les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène (4) sont constitués de disques en fluoropolymères, présentant des perforations semi circulaires formant des échancrures en périphérie des disques.
8. Procédé de protection contre l’entartrage de canalisation et/ou d’appareillage présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec de l’eau, caractérisé en ce que l’on dispose un dispositif selon l’une des revendications 1 à 7 en amont d’une dite canalisation et/ou dit appareillage.
9. Utilisation d’un dispositif selon l’une des revendications 1 à 7 pour traiter ou prévenir l’entartrage de canalisation et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec une eau présentant un titre hydrotimétrique supérieur à 40° français, des teneurs en sulfates supérieure à 100 mg/L et un pH supérieur ou égal à 7,4 caractérisé en ce que l’on dispose un dispositif selon l’une des revendications 1 à 7 en amont d’une dite canalisation et/ou dit appareillage.
10. Appareillage de production ou stockage d’eau chaude ou générateur de chaleur, tel qu’un ballon d’eau chaude ou un échangeur à plaques, caractérisé en ce qu’il comprend en amont un dispositif selon l’une des revendications 1 à 7.