FR3113901A1 - Appareil de traitement d'eau - Google Patents
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Abstract
Appareil de traitement d'eau, comprenant :- un réservoir de traitement (10 ; 110) pour recevoir de l'eau à traiter, - au moins une source lumineuse (20 ; 120) agencée pour exposer l'eau à traiter à un rayonnement ultraviolet, - une unité de commande (60 ; 160) agencée pour contrôler le fonctionnement de la source lumineuse (20 ; 120),caractérisé :- en ce que l'appareil comprend une cellule d'électrolyse (40 ; 140), et- en ce que l'unité de commande (60 ; 160) est agencée pour piloter :
la cellule d'électrolyse (40 ; 140) pour générer et mesurer un courant initial,la cellule d'électrolyse (40 ; 140) pour effectuer une électrolyse de l'eau à traiter (15 ; 115),la source lumineuse (20 ; 120) pour exposer l'eau à traiter (15 ; 115) au rayonnement ultraviolet.
Figure pour l'abrégé : Fig. 1
Description
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne de manière générale un appareil destiné à traiter de l'eau de sorte à pouvoir être ensuite consommée par un utilisateur.
État de la technique
Il est connu dans l’art antérieur des dispositifs de traitement d'eau, comme celui divulgué dans le document EP3676227A1. En contrepartie, ce système présente notamment l'inconvénient de ne pas proposer de solution efficace pour désinfecter de l'eau qui serait contaminée par des organismes ou germes pathogènes.
Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l’art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un appareil de traitement d'eau qui permette de désinfecter de l'eau à traiter tout en restant simple à utiliser.
Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un appareil de traitement d'eau, comprenant :
- un réservoir de traitement agencé pour définir un volume prédéterminé destiné à recevoir de l'eau à traiter,
- au moins une source lumineuse agencée pour exposer le volume fermé prédéterminé à un rayonnement ultraviolet d'une longueur d'onde comprise dans un intervalle allant de 320 nm à 400 nm et préférentiellement de 325 nm à 395 nm,
- une unité de commande agencée pour contrôler le fonctionnement de la source lumineuse,
caractérisé :
- en ce que l'appareil comprend une cellule d'électrolyse, et
- en ce que l'unité de commande est agencée pour piloter :
- un réservoir de traitement agencé pour définir un volume prédéterminé destiné à recevoir de l'eau à traiter,
- au moins une source lumineuse agencée pour exposer le volume fermé prédéterminé à un rayonnement ultraviolet d'une longueur d'onde comprise dans un intervalle allant de 320 nm à 400 nm et préférentiellement de 325 nm à 395 nm,
- une unité de commande agencée pour contrôler le fonctionnement de la source lumineuse,
caractérisé :
- en ce que l'appareil comprend une cellule d'électrolyse, et
- en ce que l'unité de commande est agencée pour piloter :
- la cellule d'électrolyse pour générer et mesurer un courant initial indicatif d'une teneur initiale en chlorure de sodium dans l'eau à traiter,
- la cellule d'électrolyse pour effectuer une électrolyse de l'eau à traiter, en fonction du courant initial mesuré,
- la source lumineuse pour exposer l'eau à traiter au rayonnement ultraviolet, en fonction de l'électrolyse effectuée.
L'appareil de traitement selon la mise en œuvre ci-dessus comprend une cellule d'électrolyse afin de tirer parti de la présence de chlorure de sodium naturellement présent dans l'eau accessible à un utilisateur, pour proposer un appareil de désinfection sans consommable autre que l'eau. En effet, la cellule d'électrolyse, lors d'une phase préliminaire d'analyse peut imposer une tension fixe aux bornes de ses électrodes, de sorte à déterminer un courant initial qui est l'image de la concentration en chlorure de sodium contenu dans l'eau à traiter (le courant initial étant un courant qui s'établit au travers de l'eau à traiter entre les deux électrodes de la cellule d'électrolyse soumises à une tension prédéterminée). En fonction de ce courant initial mesuré, l'unité de commande peut alors commander la cellule d'électrolyse pour effectuer une électrolyse pour atteindre un niveau de chlore suffisant à la désinfection, tout en commandant (en même temps, ou de manière décalée ou encore séquentielle) la source lumineuse pour effectuer une photolyse du chlore afin de supprimer goût / odeur désagréable du chlore, si bien que la sécurité (une eau désinfectée) et le confort (une eau sans arrière goût / odeur de chlore) de l'utilisateur sont garantis.
Il est à noter que la source lumineuse permet d'irradier l'eau à traiter de sorte à supprimer tout goût / odeur désagréable de chlore qui seraient générés en raison de l'électrolyse, ce qui procure un appareil "tout en un" qui peut facilement adapter le temps d'électrolyse et/ou le temps d'irradiation de sorte à proposer une eau traitée correctement désinfectée et sans odeur/goût désagréable. Un tel appareil de traitement est simple à fabriquer, et permet un traitement rapide et efficace du volume prédéterminé pour effectuer l'électrolyse du chlorure de sodium et ensuite retirer le goût du chlore à l'eau traitée dans le réservoir qui est fermé pendant le traitement. La dite au moins une source lumineuse est agencée pour générer des rayons ultraviolet de type A, c’est-à-dire dont la longueur d'onde est comprise entre 320 nm (nanomètres) et 400 nm (nanomètres) et préférentiellement entre 325 nm et 395 nm. L'architecture générale de l'appareil est simple : il suffit d'un réservoir (amovible ou non), d'une cellule d'électrolyse et de sources lumineuses pour exposer le contenu du réservoir aux rayons UV (de type A).
En particulier, l'appareil est dépourvu de filtre, de cartouche filtrante ou micro filtrante. Les oligo-éléments ne sont donc pas retenus par un tel filtre.
En particulier, l'appareil est dépourvu de moyens de génération et circulation d'ozone séparés, pour faire circuler de l'ozone gazeux dans le réservoir.
En particulier, l'appareil est dépourvu de photo catalyseur (comme du dioxyde de titane par exemple).
Autrement dit, le fonctionnement de base de l'appareil vise uniquement à exposer l'eau à une électrolyse et un rayonnement ultraviolet. Ainsi, l'électrolyse permet de générer une désinfection avec une chloration de l'eau à traiter, et l'exposition aux rayons ultraviolet provoque une disparition de l'odeur chlorée. L'exposition de l'eau à uniquement un rayonnement ultraviolet permet de traiter les molécules malodorantes. En d'autres termes, l'invention propose un appareil qui permet de désinfecter l'eau et ensuite faire disparaitre l'odeur chlorée uniquement en exposant l'eau dans un récipient fermé avec un rayonnement UV particulier, et ceci donc sans filtration, sans exposition à de l'ozone, ou sans utilisation de photo-catalyseur.
En particulier, à la suite de l'électrolyse, le chlore dans l'eau à traiter est présent notamment sous la forme d'acide hypochloreux (HClO) et d'ions hypochlorites (ClO−), et l'action du rayonnement UV (en particulier des UVA) provoque un abattement de ces molécules chlorées, en générant des radicaux libres :
HOCl + rayonnement UV → ∙ OH + Cl ∙
ClO − + rayonnement UV → O − ∙ + Cl∙
Ainsi, les radicaux libres générés peuvent ensuite détruire (par oxydation, ou processus d'oxydation avancée) les autres molécules, et d'éventuels virus ou bactéries présents dans la solution en traitement.
HOCl + rayonnement UV → ∙ OH + Cl ∙
ClO − + rayonnement UV → O − ∙ + Cl∙
Ainsi, les radicaux libres générés peuvent ensuite détruire (par oxydation, ou processus d'oxydation avancée) les autres molécules, et d'éventuels virus ou bactéries présents dans la solution en traitement.
Selon une mise en œuvre, l'appareil de traitement d'eau comprend une unité de mesure de courant.
Selon une mise en œuvre, l'unité de commande est agencée pour déterminer :
- un temps d'électrolyse en fonction du courant initial mesuré, et/ou
- un temps d'exposition au rayonnement en fonction du courant initial mesuré ou du temps d'électrolyse.
- un temps d'électrolyse en fonction du courant initial mesuré, et/ou
- un temps d'exposition au rayonnement en fonction du courant initial mesuré ou du temps d'électrolyse.
Dans le détail, l'unité de commande, en fonction du courant initial mesuré, peut calculer un temps d'électrolyse minimum (pour garantir une désinfection efficace) et/ou maximum (pour éviter de requérir une photolyse du chlore trop longue pour éliminer toutes les odeurs ou arrière goût du chlore, et/ou pour éviter d'effectuer une électrolyse des molécules d'eau une fois tout le chlorure de sodium converti, et/ou pour électrolyser au plus de 80% du chlorure de sodium disponible.
Selon une mise en œuvre, l'unité de commande est agencée pour :
- déterminer en fonction du courant initial si un temps d'électrolyse peut permettre d'atteindre un taux de chlore supérieur à un seuil prédéterminé de chlore libre tel que 0.5 mg de chlore libre par litre d'eau à traiter. On peut prévoir de comparer le courant initial mesuré avec un courant seuil rapporté par unité de volume d'eau à traiter.
- déterminer en fonction du courant initial si un temps d'électrolyse peut permettre d'atteindre un taux de chlore supérieur à un seuil prédéterminé de chlore libre tel que 0.5 mg de chlore libre par litre d'eau à traiter. On peut prévoir de comparer le courant initial mesuré avec un courant seuil rapporté par unité de volume d'eau à traiter.
Typiquement, dans la présente demande, le chlore libre couvre l’acide hypochloreux et des ions hypochlorite. Le seuil prédéterminé de chlore libre tel que 0.5 mg de chlore libre par litre d'eau est calculé théoriquement, pour le liquide avant désinfection. Enfin, l'eau étant destinée à être consommée, son pH est aux alentours de 7, ce qui implique que le chlore libre est dans ce cas majoritairement de l'acide hypochloreux.
Par ailleurs, et de manière générale, le chlore combiné couvre les produits issus de la réaction du chlore avec de l'azote ou de l'ammoniac par exemple, tels que les chloramines.
Selon une mise en œuvre, l'appareil de traitement d'eau comprend une interface homme machine, et dans lequel, si le temps d'électrolyse ne peut pas permettre d'atteindre le seuil prédéterminé de chlore libre, alors l'unité de commande est agencée pour piloter l'interface homme machine pour :
- informer un utilisateur que le traitement de l'eau à traiter ne peut être effectué et/ou
- inviter un utilisateur à ajouter du chlorure de sodium dans l'eau à traiter.
- informer un utilisateur que le traitement de l'eau à traiter ne peut être effectué et/ou
- inviter un utilisateur à ajouter du chlorure de sodium dans l'eau à traiter.
Selon la mise œuvre ci-dessus, la sécurité de l'utilisateur est garantie, même si l'eau initialement à traiter ne contient pas assez de chlorure de sodium : soit l'utilisateur est informé que le traitement est impossible et qu'il ne doit pas consommer l'eau contenue dans le réservoir de traitement, soit l'utilisateur est invité à ajouter du chlorure de sodium (du sel de cuisine par exemple) dans l'eau pour permettre le traitement.
Selon une mise en œuvre, l'unité de commande est agencée pour lancer une phase initiale de calibration, au cours de laquelle, l'unité de commande est agencée pour piloter la cellule d'électrolyse pour effectuer la mesure du courant initial et lancer l'électrolyse prédéterminée, sans effectuer d'irradiation avec la source lumineuse, et avertir l'utilisateur en fin d'électrolyse pour lui permettre d'effectuer un dosage du chlore libre dans l'eau électrolysée et non irradiée. Ainsi, l'appareil de traitement permet de vérifier, par exemple en tout début d'utilisation, que l'eau à traiter contient effectivement assez de chlorure de sodium pour effectuer la génération de chlore suffisante à la désinfection. Cela permet d'éviter de traiter une eau qui contiendrait insuffisamment de chlorure de sodium. L'utilisateur peut mesurer le taux de chlore créé avec des tests type bandelette de réactif chlore pour l'eau potable, qui seraient livrées avec l'appareil de traitement. On peut aussi envisager de retourner à l'appareil la valeur de chlore libre mesuré pour éventuellement affiner le cycle de travail pour augmenter ou diminuer le temps ou le courant d'électrolyse, en fonction de la mesure réelle effectuée.
Selon une mise en œuvre, l'appareil de traitement comprend une unité de communication pour permettre une connexion avec par exemple un appareil électronique portable, tel qu'un téléphone portable intelligent. On peut par exemple envisager de réaliser l'étalonnage évoqué ci dessus via une procédure spécifique via l'appareil électronique portable.
Selon une mise en œuvre, la cellule d'électrolyse comprend deux électrodes, une anode et une cathode, formées de préférence en titane, et de préférence revêtues par une couche de platine ou d'iridium.
Selon une mise en œuvre, l'unité de commande est agencée pour inverser de manière régulière la polarité entre les deux électrodes. On peut prévoir de changer la polarité à chaque nouveau cycle de traitement.
Selon une mise en œuvre, le réservoir de traitement est agencé pour être placé dans une position de traitement lors de la mesure du courant initial et de l'électrolyse, et au moins une des électrodes est agencée dans le réservoir de traitement de sorte à être baignée par l'eau à traiter uniquement lorsque 80% au moins du volume fermé est rempli et que le réservoir de traitement est placé dans la position de traitement. Ainsi, la construction de l'appareil garantit que le traitement ne peut être débuté que si le réservoir de traitement est correctement rempli.
Selon une mise en œuvre, l'appareil de traitement d'eau comprend un robinet de sécurité, et l'unité de commande est agencée pour commander le robinet de sécurité :
- pour ouvrir le robinet de sécurité et autoriser une distribution de l'eau traitée si le traitement a été effectué conformément à un cycle attendu (avec par exemple un temps d'électrolyse minimal, un courant d'électrolyse atteints…),
- pour fermer le robinet de sécurité et interdire une distribution de l'eau traitée si le traitement n'a pas été effectué conformément au cycle attendu (avec par exemple un temps d'électrolyse minimal, un courant d'électrolyse non atteints…). Ainsi, un tel robinet de sécurité permet de garantir que l'eau traité ne sera distribuée que si le cycle s'est correctement déroulé, avec tous les indicateurs ou paramètres suivis qui montrent que l'eau a été correctement traitée. En cas de non-conformité, on peut prévoir une procédure avec information et validation supplémentaire de l'utilisateur pour ouvrir finalement le robinet de sécurité afin de jeter le contenu du réservoir de traitement.
Selon une mise en œuvre, l'appareil de traitement d'eau comprend :
- un réservoir de distribution distinct du réservoir de traitement,
- des moyens de transfert agencés pour transférer l'eau traitée du réservoir de traitement vers le réservoir de distribution. Une telle mise en œuvre permet de dissocier le traitement de l'eau de la distribution de l'eau. En effet, on peut remplir le réservoir de traitement de manière régulière, avant que le réservoir de distribution ne soit vide, pour le maintenir toujours au moins partiellement rempli avec de l'eau déjà traitée.
- pour ouvrir le robinet de sécurité et autoriser une distribution de l'eau traitée si le traitement a été effectué conformément à un cycle attendu (avec par exemple un temps d'électrolyse minimal, un courant d'électrolyse atteints…),
- pour fermer le robinet de sécurité et interdire une distribution de l'eau traitée si le traitement n'a pas été effectué conformément au cycle attendu (avec par exemple un temps d'électrolyse minimal, un courant d'électrolyse non atteints…). Ainsi, un tel robinet de sécurité permet de garantir que l'eau traité ne sera distribuée que si le cycle s'est correctement déroulé, avec tous les indicateurs ou paramètres suivis qui montrent que l'eau a été correctement traitée. En cas de non-conformité, on peut prévoir une procédure avec information et validation supplémentaire de l'utilisateur pour ouvrir finalement le robinet de sécurité afin de jeter le contenu du réservoir de traitement.
Selon une mise en œuvre, l'appareil de traitement d'eau comprend :
- un réservoir de distribution distinct du réservoir de traitement,
- des moyens de transfert agencés pour transférer l'eau traitée du réservoir de traitement vers le réservoir de distribution. Une telle mise en œuvre permet de dissocier le traitement de l'eau de la distribution de l'eau. En effet, on peut remplir le réservoir de traitement de manière régulière, avant que le réservoir de distribution ne soit vide, pour le maintenir toujours au moins partiellement rempli avec de l'eau déjà traitée.
Selon une mise en œuvre, les moyens de transfert comprennent une électrovanne, et/ou une pompe, commandée(s) par l'unité de commande. Il est donc possible de proposer un système automatisé qui effectue le traitement de l'eau dans le réservoir de traitement, et le transfert vers le réservoir de distribution une fois le traitement terminé.
Selon une mise en œuvre, le réservoir de distribution présente un volume au moins double du volume du réservoir de traitement.
Selon une mise en œuvre, l'appareil de traitement d'eau comprend un boîtier agencé pour recevoir le réservoir de traitement fermé, de préférence de manière réversible.
Selon une mise en œuvre, le boîtier présente une paroi qui comprend une interface de fixation de ladite au moins une source lumineuse.
Selon une mise en œuvre, le réservoir de traitement est transparent aux rayons ultraviolets d'une longueur d'onde comprise dans un intervalle allant de 320 nm à 400 nm et préférentiellement de 325 nm à 395 nm.
Selon une mise en œuvre, l'appareil de traitement d'eau comprend un bouchon agencé pour fermer le réservoir de traitement.
Selon une mise en œuvre, le réservoir de traitement présente un volume inférieur à 10 L, de préférence inférieur à 5 L, et plus préférentiellement inférieur à 2.5 L. Cette mise en œuvre concerne préférentiellement un appareil de traitement ménager, simple et léger à utiliser.
Selon une mise en œuvre, l'appareil de traitement comprend des moyens de refroidissement agencés pour refroidir les sources lumineuses.
Selon une mise en œuvre alternative, l'appareil de traitement comprend un boîtier et une pluralité de sources lumineuses agencées dans le boîtier pour exposer le volume prédéterminé à un rayonnement lumineux d'une longueur d'onde comprise dans un intervalle allant de 320 nm à 400 nm et préférentiellement de 325 nm à 395 nm, et l'appareil de traitement comprend des moyens de ventilation agencés pour provoquer un flux d'air au niveau des sources lumineuses.
Selon une mise en œuvre, ladite au moins une source lumineuse est une diode électroluminescente.
Selon une mise en œuvre, le réservoir de traitement est réalisé en polyméthacrylate de méthyle (PMMA).
Selon une mise en œuvre, le réservoir de traitement est réalisé en verre borosilicate.
Selon une mise en œuvre, l'appareil de traitement comprend une pluralité de barrettes agencées autour du réservoir, chaque barrette supportant plusieurs sources lumineuses agencées le long du réservoir.
Un deuxième aspect de l'invention concerne un procédé de traitement d'eau mis en œuvre par l'appareil de traitement d'eau selon le premier aspect, comprenant les étapes consistant à :
- effecteur par la cellule d'électrolyse une mesure de courant initial dans de l'eau à traiter,
- effectuer une électrolyse de l'eau à traiter, en fonction du courant initial mesuré,
- exposer l'eau à traiter à un rayonnement ultraviolet, en fonction de l'électrolyse effectuée.
- effecteur par la cellule d'électrolyse une mesure de courant initial dans de l'eau à traiter,
- effectuer une électrolyse de l'eau à traiter, en fonction du courant initial mesuré,
- exposer l'eau à traiter à un rayonnement ultraviolet, en fonction de l'électrolyse effectuée.
Selon une mise en œuvre, si le courant initial est inférieur à un courant seuil, le procédé de traitement d'eau comprend une étape consistant à :
- informer un utilisateur que le traitement de l'eau à traiter ne peut être effectué et/ou
- inviter un utilisateur à ajouter du chlorure de sodium dans l'eau à traiter.
- informer un utilisateur que le traitement de l'eau à traiter ne peut être effectué et/ou
- inviter un utilisateur à ajouter du chlorure de sodium dans l'eau à traiter.
Selon une mise en œuvre, le procédé de traitement d'eau comprend une phase d'entretien sanitaire mise en œuvre de manière périodique en temps et/ou en nombre de cycles d'électrolyse au cours du procédé de traitement d'eau, et comprenant les étapes consistant à :
- effectuer une électrolyse de l'eau à traiter, de sorte à générer une concentration de chlore libre comprise dans une plage de valeurs allant de 5 mg/L à 50 mg/L,
- transférer l'eau traitée dans le réservoir de distribution sans effectuer d'exposition au rayonnement ultra violet,
- laisser au moins une partie de l'eau traitée dans le réservoir de distribution pendant un temps prédéterminé de désinfection d'au moins 30 minutes par exemple,
- exposer à un rayonnement ultra violet l'eau stockée dans le réservoir de distribution pendant un temps allongé d'exposition de deux heures par exemple, ou vidanger automatiquement dans un bac de vidange l'eau stockée dans le réservoir de distribution, ou jeter l'eau stockée dans le réservoir de distribution.
- effectuer une électrolyse de l'eau à traiter, de sorte à générer une concentration de chlore libre comprise dans une plage de valeurs allant de 5 mg/L à 50 mg/L,
- transférer l'eau traitée dans le réservoir de distribution sans effectuer d'exposition au rayonnement ultra violet,
- laisser au moins une partie de l'eau traitée dans le réservoir de distribution pendant un temps prédéterminé de désinfection d'au moins 30 minutes par exemple,
- exposer à un rayonnement ultra violet l'eau stockée dans le réservoir de distribution pendant un temps allongé d'exposition de deux heures par exemple, ou vidanger automatiquement dans un bac de vidange l'eau stockée dans le réservoir de distribution, ou jeter l'eau stockée dans le réservoir de distribution.
Une telle phase d'entretien sanitaire permet de supprimer les visites d'entretien des fontaines à eau qui ont typiquement une partie à nettoyer / désinfecter régulièrement. Cet aspect tire avantageusement parti de la possibilité de générer du chlore libre pour utiliser ce dernier afin de nettoyer / désinfecter le reste de la machine d'une fontaine à eau. A cet effet, l'eau électrolysée chargée en chlore n'est pas exposée aux rayons UV avant d'être diffusée / distribuée dans le reste de la machine où le chlore libre va pouvoir désinfecter les organes internes. Typiquement, il est proposé de stocker l'eau chargée en chlore libre dans le réservoir de distribution. On peut envisager aussi un écoulement immédiat d'une petite partie de l'eau afin de nettoyer aussi le robinet final de distribution, après avertissement de l'utilisateur. La phase d'électrolyse peut être précédée d'une mesure de courant initial, ou d'un ajout de chlorure de sodium pour atteindre le niveau de chlore libre désiré.
La phase d'entretien peut comprendre un étape préliminaire et/ou finale d'information à l'utilisateur, pour lui indiquer respectivement que l'eau n'est pas à consommer, et/ou que l'eau peut être à nouveau consommée. D'autres informations peuvent être transmises (jeter l'eau, statut de l'entretien…).
Description des figures
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit de deux modes de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples nullement limitatifs et illustrés par les dessins annexés, dans lesquels :
Description détaillée de mode(s) de réalisation
La figure 1 représente une vue en coupe d'un appareil de traitement d'eau, qui comprend un boîtier 30 (formé ici par deux demi-boitiers 30a et 30b) un réservoir de traitement 10 formé par une bouteille 11 et un bouchon 12, de sorte à former un volume fermé, une pluralité de diodes électroluminescentes 20 embarquées sur des barrettes 21, et une cellule d'électrolyse 40.
La cellule d'électrolyse 40 comporte typiquement deux électrodes en titane par exemple et qui peuvent être recouvertes de platine ou d'iridium. On peut disposer les deux électrodes sur la surface interne du réservoir de traitement 10, en partie supérieure par exemple pour garantir que le traitement ne sera effectué que si le réservoir de traitement est rempli. Une unité de connexion 45 est prévue pour pouvoir connecter électriquement la cellule d'électrolyse (embarquée sur le réservoir de traitement 10) avec le reste de l'appareil de traitement.
La cellule d'électrolyse 40 proposée selon la présente invention permet de générer du chlore lors d'une électrolyse de l'eau, grâce au chlorure de sodium naturellement présent dans la majorité des eaux disponibles pour un utilisateur. Par exemple, on peut prévoir d'appliquer pendant l'électrolyse une tension d'environ 10-11 V avec 1.8 A, soit environ 20W pendant environ 10 mn pour 330 ml, soit environ 10 Wh/l. Les phases de fonctionnement seront expliquées ci-dessous.
Les diodes électroluminescentes 20 sont quant à elles agencées à l'extérieur du réservoir de traitement 10 pour émettre et irradier le contenu du réservoir de traitement 10 avec un signal lumineux dans le domaine ultraviolet, et en particulier les diodes électroluminescentes 20 sont prévues pour émettre des rayons ultraviolet de type A (autrement appelés UV-A). Les diodes électroluminescentes 20 sont donc agencées pour émettre un signal lumineux dont la longueur d'onde est comprise dans un intervalle allant de 320 nm à 400 nm et préférentiellement de 325 nm à 395 nm.
Par une série d’essais, le demandeur a établi que la longueur d’onde utile pour traiter le chlore se situe entre 320 nm et 400 nm et préférentiellement entre 325 et 390nm. Ainsi, pour une bouteille de 1l, représentant environ 600cm² de surface déroulée, il faut une quantité d’UV-A reçue d’environ 5,5 Wh, soit l’équivalent de deux heures de plein soleil.
En fabriquant une boite, et posant des séries de diodes électroluminescentes 20 autour de la bouteille 11 posée à l’intérieur, on peut utiliser une puissance par exemple quatre fois plus grande (11W) pour arriver à traiter ce même litre d’eau en 30 minutes. Une telle association de la cellule d'électrolyse et des sources lumineuses générant des UV-A permet de générer du chlore libre et de limiter l'odeur ou gout désagréables.
Mais l’effet ne se contente pas de supprimer l'odeur du chlore et ses dérivés : il génère énormément de radicaux hydroxyle, du H2O2, de l’O3, qui procèdent ainsi à une stérilisation de l’eau par triple processus d’oxydation avancée.
De plus, l'appareil utilise avantageusement une propriété du rayonnement UVA qui est germicide, permettant ainsi d’accélérer le traitement avec un abattement important, mais aussi de faire stabiliser le résultat par une irradiation de protection, par exemple une fois par jour.
De plus, cette solution à l'avantage de proposer la stérilisation du contenu et du contenant à chaque cycle, tout autant que de travailler dans des matériaux nobles comme le verre trempé ou le quartz (tous deux transparents aux UV-A).
Le fait d’utiliser des diodes électroluminescentes 20 permet d’atteindre environ 50% de rendement lumineux (soit une consommation de 12Wh environ par litre traité) et de ne pas s’occuper de changement de lampe annuel, les durées de vie des diodes électroluminescentes 20 sont de l’ordre de 50 000 heures et elles supportent les cycles d’allumage répétitifs sans souffrir, il n’y à donc aucun consommable à prévoir, ni aucun entretien particulier, la bouteille 11 étant stérilisée à chaque cycle.
Une des possibilités de réalisation de l’invention est l’utilisation d’une bouteille en polyméthacrylate de méthyle (PMMA) ou en verre borosilicate, trempé et l’usage d’une boite s’ouvrant par le milieu (on peut cependant prévoir un étui dans lequel on glisse la bouteille 11). On peut disposer plusieurs rangées de diodes électroluminescentes 20 (quatre sur la mise en œuvre de la figure 1, mais on peut prévoir 6 ou 8 barrettes 21) avec des espacements angulaires préférentiellement réguliers.
Cette disposition innovante est préférentielle car elle permet, sans perte de puissance, d’aller atteindre avec le faisceau UV-A le milieu du contenant, permettant ainsi une désinfection bien repartie.
Le boîtier 30 peut accueillir de manière temporaire le réservoir de traitement 10 contenant de l'eau à traiter 15 (il suffit de séparer les deux demi-boitiers 30a et 30b).
L'appareil de traitement peut comprendre aussi des moyens de ventilation 50 qui provoquent un flux d'air autour du réservoir de traitement.
Enfin, l'appareil de traitement comprend une unité de commande 60 pour piloter la cellule d'électrolyse 40, les diodes électroluminescentes 20, et éventuellement les moyens de ventilation 50 selon le cycle de traitement. On peut prévoir une alimentation externe sur secteur, ou alors une batterie pour obtenir un appareil nomade.
Le procédé de traitement va maintenant être expliqué. Dans un premier temps, l'unité de commande 60 (après lancement d'un cycle par un utilisateur ou après détection automatique que du liquide baigne les électrodes de la cellule d'électrolyse 40) va imposer une tension fixe aux bornes des électrodes de la cellule d'électrolyse 40 pour déterminer un courant initial qui peut passer par l'eau à traiter, et qui est indicatif d'une teneur en chlorure de sodium (NaCl) dans l'eau à traiter 15.
Une fois ce courant initial mesuré, l'unité de commande 60 va piloter en conséquence la cellule d'électrolyse 40 pour effectuer une électrolyse de l'eau à traiter 15, de sorte à générer du chlore qui va automatiquement désinfecter l'eau à traiter 15.
Dans le détail, la valeur du courant initial est utilisée pour déterminer un temps d'électrolyse minimal et/ou maximal pour générer au minimum 0.5 mg de chlore libre par litre d'eau (pour assurer une désinfection satisfaisante), et au maximum 1 g ou de préférence 0.7 mg de chlore libre par litre d'eau (pour limiter les odeurs et/ou goût désagréables du chlore et donc le temps d'irradiation aux UVA comme cela sera expliqué ci-dessous).
L'unité de commande 60 va donc piloter la cellule d'électrolyse 40 pour effectuer une électrolyse pendant un temps d'électrolyse déterminé en fonction du courant initial, et ensuite, ou en décalé, ou simultanément, les sources lumineuses 20 vont être activées pour irradier le contenu du réservoir de traitement 10. On peut prévoir par exemple pour un litre d'eau à traiter 15 une séquence d'électrolyse de 30 mn avec une puissance de 20W fournie à la cellule d'électrolyse, puis un temps de repos de 30 mn, puis ensuite un temps d'irradiation de 30 mn avec une puissance de 20 W.
L'eau à traiter est donc d'abord désinfectée grâce à l'électrolyse et au sel de chlorure de sodium contenu initialement, puis ensuite l'irradiation supprime toute odeur ou goût du chlore qui pourrait être présent.
La figure 2 représente un mode de réalisation alternatif, avec un appareil de traitement d'eau comprenant :
- un réservoir de traitement 110 composé d'un bouchon 112 et d'une bouteille 111 ;
- un réservoir de distribution 170 accolé au réservoir de traitement 110 et agencé pour s'accoupler à une fontaine de distribution 200 ;
- une cellule d'électrolyse 140 placée dans le réservoir de traitement 110 ;
- des sources lumineuses 120 placées au dessus du réservoir de traitement 110 et accolées, via une carte support 121, à des radiateurs 122 ;
- une canalisation 181 et une électrovanne 182 formant des moyens de transfert de l'eau depuis le réservoir de traitement 110 vers le réservoir de distribution 170,
- une unité de commande 160 prévue par exemple au niveau de la carte support 121.
- un réservoir de traitement 110 composé d'un bouchon 112 et d'une bouteille 111 ;
- un réservoir de distribution 170 accolé au réservoir de traitement 110 et agencé pour s'accoupler à une fontaine de distribution 200 ;
- une cellule d'électrolyse 140 placée dans le réservoir de traitement 110 ;
- des sources lumineuses 120 placées au dessus du réservoir de traitement 110 et accolées, via une carte support 121, à des radiateurs 122 ;
- une canalisation 181 et une électrovanne 182 formant des moyens de transfert de l'eau depuis le réservoir de traitement 110 vers le réservoir de distribution 170,
- une unité de commande 160 prévue par exemple au niveau de la carte support 121.
L'ensemble formé par le réservoir de traitement 110 et le réservoir de distribution 170 est amovible et peut être destiné à s'accoupler avec des fontaines à eau classiques. On peut prévoir une unité de connexion 145 entre la fontaine 200 et l'ensemble formé par le réservoir de traitement 110 et le réservoir de distribution 170 pour alimenter électriquement l'unité de commande 160, les sources lumineuses 120 et la cellule d'électrolyse 140.
Par rapport au premier mode de réalisation, le principe et phases de fonctionnement sont les mêmes, avec notamment :
- mesure du courant initial par la cellule d'électrolyse 140,
- électrolyse de l'eau à traiter 115 par la cellule d'électrolyse 140,
- irradiation de l'eau à traiter 115 par les sources lumineuses 120.
- mesure du courant initial par la cellule d'électrolyse 140,
- électrolyse de l'eau à traiter 115 par la cellule d'électrolyse 140,
- irradiation de l'eau à traiter 115 par les sources lumineuses 120.
Cependant, dans ce deuxième mode de réalisation, une fois le cycle terminé, l'eau à traiter 115 est transférée ou déversée dans le réservoir de distribution 170 par les moyens de transfert, de sorte à remplir le réservoir de distribution avec de l'eau à distribuer 175. Il suffit à cet effet d'ouvrir l'électrovanne 182 pour permettre un transfert par gravité, mais on peut envisager d'autres moyens de transfert, comme une pompe par exemple.
Ainsi, on peut garantir une distribution d'eau même si un cycle de traitement est en cours, à condition d'avoir anticipé la demande bien entendu. Il faut simplement remplir de manière régulière le réservoir de traitement 115, pour faires des approvisionnement réguliers du réservoir de distribution.
On peut prévoir aussi une phase d'entretien sanitaire. En effet, à l'aide d'un message lumineux et/ou d'une application pour téléphone, l'usager sera prévenu périodiquement, ou au bout d'un nombre de cycles de traitement prédéterminé, que la phase d'entretien automatique va s'effectuer.
A ce moment, l'appareil de traitement d'eau va préparer par un temps d'électrolyse plus long, une eau avec concentration de chlore libre concentrée dans une plage de 5 à 50mg/l, et la faire couler dans le réservoir de distribution sans activer le traitement aux rayons ultraviolets UVA.
Au bout de 30mn, les parties internes de l'appareil sont désinfectées, et on peut envisager les options suivants :
- un bac de vidange peut être incorporé à la machine, et la phase d'entretien est donc complètement automatisée à l'aide d'une électrovanne actionnée par l'électronique de commande,
- les sources lumineuses sont actionnées et éliminent le chlore, grâce à un traitement plus long, de l'ordre de deux heures, mais cela peut se faire de nuit,
- l'utilisateur peut simplement jeter cette eau pour remettre la machine en fonctionnement normal.
De manière optionnelle, on peut prévoir les mises en œuvres suivantes, à partir de l'une ou l'autre des mises en œuvres :
On peut prévoir d'inverser la polarité anode – cathode des électrodes entre chaque cycle d'électrolyse, pour éviter tout dépôt sur les électrodes.
Par ailleurs, on peut aussi prévoir de comparer le courant initial avec un courant seuil et si le courant initial est inférieur au courant seuil, on peut avertir l'utilisateur que le cycle de traitement est impossible à réaliser (en raison d'une concentration insuffisante de chlorure de sodium). On peut aussi inviter l'utilisateur à rajouter du chlorure de sodium dans l'eau à traiter 15. Un tel courant seuil peut être déterminé comme donnant une puissance de 0.1W sous une tension de 11V. En dessous de cette puissance de 0.1W sous une tension de 11V, on peut considérer que l'eau est trop pure pour mettre en œuvre le procédé d'électrolyse.
On peut prévoir de répéter à intervalles réguliers la mesure du courant initial (imposer une tension fixe et mesurer le courant passant entre les électrodes) pour vérifier que les conditions d'électrolyse pour générer du chlore sont réunies.
D'une manière générale, l'appareil de traitement d'eau selon la présente invention propose d'effectuer une désinfection chlorée en effectuant une électrolyse de l'eau contenant naturellement du chlorure de sodium, ou invite un utilisateur à ajouter du chlorure de sodium si nécessaire. Un tel appareil est donc particulièrement indiqué dans les régions où l'eau est fortement minéralisée / salée, ou encore quand l'eau à traiter provient d'eau de mer traitée par osmose inverse pour fabriquer de l'eau douce, qui contient cependant encore du chlorure de sodium.
Un tel appareil de traitement est susceptible d'application industrielle.
On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l’invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention.
Claims (16)
- Appareil de traitement d'eau, comprenant :
- un réservoir de traitement (10 ; 110) agencé pour définir un volume prédéterminé destiné à recevoir de l'eau à traiter (15 ; 115),
- au moins une source lumineuse (20 ; 120) agencée pour exposer le volume fermé prédéterminé à un rayonnement ultraviolet d'une longueur d'onde comprise dans un intervalle allant de 320 nm à 400 nm et préférentiellement de 325 nm à 395 nm,
- une unité de commande (60 ; 160) agencée pour contrôler le fonctionnement de la source lumineuse (20 ; 120),
caractérisé :
- en ce que l'appareil comprend une cellule d'électrolyse (40 ; 140), et
- en ce que l'unité de commande (60 ; 160) est agencée pour piloter :- la cellule d'électrolyse (40 ; 140) pour générer et mesurer un courant initial indicatif d'une teneur initiale en chlorure de sodium dans l'eau à traiter (15 ; 115),
- la cellule d'électrolyse (40 ; 140) pour effectuer une électrolyse de l'eau à traiter (15 ; 115), en fonction du courant initial mesuré,
- la source lumineuse (20 ; 120) pour exposer l'eau à traiter (15 ; 115) au rayonnement ultraviolet, en fonction de l'électrolyse effectuée.
- Appareil de traitement d'eau selon la revendication précédente, dans lequel l'unité de commande (60 ; 160) est agencée pour déterminer :
- un temps d'électrolyse en fonction du courant initial mesuré, et/ou
- un temps d'exposition au rayonnement en fonction du courant initial mesuré ou du temps d'électrolyse. - Appareil de traitement d'eau selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de commande (60 ; 160) est agencée pour :
- déterminer en fonction du courant initial si un temps d'électrolyse peut permettre d'atteindre un taux de chlore supérieur à un seuil prédéterminé de chlore libre tel que 0.5 mg de chlore libre par litre d'eau à traiter (15 ; 115). - Appareil de traitement d'eau selon la revendication précédente, comprenant une interface homme machine, et dans lequel, si le temps d'électrolyse ne peut pas permettre d'atteindre le seuil prédéterminé de chlore libre, alors l'unité de commande (60 ; 160) est agencée pour piloter l'interface homme machine pour :
- informer un utilisateur que le traitement de l'eau à traiter (15 ; 115) ne peut être effectué et/ou
- inviter un utilisateur à ajouter du chlorure de sodium dans l'eau à traiter (15 ; 115). - Appareil de traitement d'eau selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la cellule d'électrolyse (40 ; 140) comprend deux électrodes, une anode et une cathode, formées de préférence en titane, et de préférence revêtues par une couche de platine ou d'iridium.
- Appareil de traitement d'eau selon la revendication précédente, dans lequel l'unité de commande (60 ; 160) est agencée pour inverser de manière régulière la polarité entre les deux électrodes.
- Appareil de traitement d'eau selon l'une des revendications précédentes, comprenant :
- un réservoir de distribution (170) distinct du réservoir de traitement (110),
- des moyens de transfert agencés pour transférer l'eau traitée du réservoir de traitement (110) vers le réservoir de distribution (170). - Appareil de traitement d'eau selon la revendication précédente, dans lequel le réservoir de distribution (170) présente un volume au moins double du volume du réservoir de traitement (110).
- Appareil de traitement d'eau selon l'une des revendications précédentes, comprenant un boîtier (30) agencé pour recevoir le réservoir de traitement fermé, de préférence de manière réversible.
- Appareil de traitement d'eau selon la revendication précédente, dans lequel le boîtier (30) présente une paroi qui comprend une interface de fixation de ladite au moins une source lumineuse (20 ; 120).
- Appareil de traitement d'eau selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le réservoir de traitement (10 ; 110) est transparent aux rayons ultraviolets d'une longueur d'onde comprise dans un intervalle allant de 320 nm à 400 nm et préférentiellement de 325 nm à 395 nm.
- Appareil de traitement d'eau selon l'une des revendications précédentes, comprenant un bouchon agencé pour fermer le réservoir de traitement (10 ; 110).
- Appareil de traitement d'eau selon l'une des revendications précédentes, dans lequel l'unité de traitement est agencée pour déterminer un temps maximal d'électrolyse.
- Procédé de traitement d'eau mis en œuvre par l'appareil de traitement d'eau selon l'une des revendications précédentes, comprenant les étapes consistant à :
- effectuer par la cellule d'électrolyse (40 ; 140) une mesure de courant initial dans de l'eau à traiter (15 ; 115),
- effectuer une électrolyse de l'eau à traiter (15 ; 115), en fonction du courant initial mesuré,
- exposer l'eau à traiter (15 ; 115) à un rayonnement ultraviolet, en fonction de l'électrolyse effectuée. - Procédé de traitement d'eau selon la revendication précédente, dans lequel le courant initial est inférieur à un courant seuil, comprenant une étape consistant à :
- informer un utilisateur que le traitement de l'eau à traiter (15 ; 115) ne peut être effectué et/ou
- inviter un utilisateur à ajouter du chlorure de sodium dans l'eau à traiter (15 ; 115). - Procédé de traitement d'eau selon l'une des revendications 14 ou 15, pour un appareil de traitement d'eau selon l'une des revendications 7 ou 8, ou selon l'une des revendications 9 à 13 dans leur dépendance à la revendication 7, comprenant une phase d'entretien sanitaire mise en œuvre de manière périodique en temps et/ou en nombre de cycles d'électrolyse au cours du procédé de traitement d'eau, et comprenant les étapes consistant à :
- effectuer une électrolyse de l'eau à traiter (15 ; 115), de sorte à générer une concentration de chlore libre comprise dans une plage de valeurs allant de 5 mg/L à 50 mg/L,
- transférer l'eau traitée dans le réservoir de distribution sans effectuer d'exposition au rayonnement ultra violet,
- laisser l'eau traitée dans le réservoir de distribution pendant un temps prédéterminé de désinfection d'au moins 30 minutes par exemple,
- exposer à un rayonnement ultra violet l'eau stockée dans le réservoir de distribution pendant un temps allongé d'exposition de deux heures par exemple, ou vidanger automatiquement dans un bac de vidange l'eau stockée dans le réservoir de distribution, ou jeter l'eau stockée dans le réservoir de distribution.
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