WO2022049109A1 - Appareil de traitement d'eau - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates generally to an apparatus intended to treat water so that it can then be consumed by a user.
- State of the art
- An object of the present invention is to respond to the drawbacks of the prior art mentioned above and in particular, first of all, to propose a water treatment apparatus which makes it possible to disinfect water to be treated while remaining easy to use.
- a first aspect of the invention relates to a water treatment device, comprising:
- a treatment tank arranged to define a predetermined volume intended to receive water to be treated
- At least one light source arranged to expose the predetermined closed volume to ultraviolet radiation with a wavelength comprised in an interval ranging from 320 nm to 400 nm and preferably from 325 nm to 395 nm,
- control unit arranged to control the operation of the light source, characterized:
- the apparatus comprises an electrolysis cell
- control unit is arranged to control: ⁇ the electrolysis cell to generate and measure an initial current indicative of an initial sodium chloride content in the water to be treated,
- the light source to expose the water to be treated to ultraviolet radiation, depending on the electrolysis carried out.
- the treatment device comprises an electrolysis cell in order to take advantage of the presence of sodium chloride naturally present in the water accessible to a user, to provide a disinfection device without any other consumable than water.
- the electrolysis cell during a preliminary phase of analysis can impose a fixed voltage across its electrodes, so as to determine an initial current which is the image of the concentration of sodium chloride contained in the water to be treated (the initial current being a current which is established through the water to be treated between the two electrodes of the electrolysis cell subjected to a predetermined voltage).
- control unit can then control the electrolysis cell to carry out an electrolysis to reach a level of chlorine sufficient for disinfection, while controlling (at the same time, or in a staggered manner or even sequential) the light source to perform photolysis of the chlorine in order to remove unpleasant chlorine taste / odor, so that the safety (disinfected water) and comfort (water without chlorine aftertaste / odor) of the user are guaranteed.
- the light source makes it possible to irradiate the water to be treated so as to remove any unpleasant taste / odor of chlorine which would be generated due to electrolysis, which provides an "all-in-one" device which can easily adapt the electrolysis time and/or the irradiation time so as to provide treated water that is correctly disinfected and free of unpleasant odours/tastes.
- Such a treatment device is simple to manufacture, and allows rapid and efficient treatment of the predetermined volume to carry out the electrolysis of sodium chloride and then to remove the taste of chlorine from the water. processed in the tank which is closed during processing.
- Said at least one light source is arranged to generate type A ultraviolet rays, that is to say whose wavelength is between 320 nm (nanometers) and 400 nm (nanometers) and preferably between 325 nm and 395nm.
- the general architecture of the device is simple: all you need is a reservoir (removable or not), an electrolysis cell and light sources to expose the contents of the reservoir to UV rays (type A).
- the control unit depending on the value of the initial current, is arranged to determine an electrolysis time, and/or an electrolysis intensity, and/or a power of electrolysis and/or electrolysis energy to be applied to the water to be treated in order to ultimately reach a predetermined threshold of chlorine per liter of water.
- the electrolysis operation is adjusted, modified, adapted according to the value of the initial current.
- This initial current value is taken into account to control the electrolysis cell, by adjusting an electrolysis parameter.
- provision can be made to adjust the electrolysis time as a function of the initial current value, but the voltage applied to the electrodes, or the number of electrodes to be activated, can be varied.
- the device has no filter, filter cartridge or microfilter.
- the trace elements are therefore not retained by such a filter.
- the device does not have separate means for generating and circulating ozone, for circulating gaseous ozone in the tank.
- the apparatus is devoid of photocatalyst (such as titanium dioxide for example).
- the water to be treated is likely to contain sodium chloride.
- the initial current is therefore an image of the sodium chloride level.
- the control unit can determine what electrolysis is necessary to reach a predetermined chlorine level. If the water to be treated does not contain sodium chloride, then the control unit simply determines that the electrolysis to be performed is no electrolysis. In other words, in the event that the initial current is too low, the electrolysis control unit may send an instruction to switch off the electrolysis cell or deactivate the latter, or may not send a command at all.
- the basic operation of the device is only to expose water to electrolysis and ultraviolet radiation.
- electrolysis makes it possible to generate disinfection with chlorination of the water to be treated, and exposure to ultraviolet rays causes the chlorine smell to disappear.
- Exposing the water to only ultraviolet radiation can treat malodorous molecules.
- the invention proposes a device which makes it possible to disinfect water and then make the chlorinated odor disappear only by exposing the water in a closed container to a particular UV radiation, and this therefore without filtration, without exposure to ozone, or without the use of a photocatalyst.
- the chlorine in the water to be treated is present in particular in the form of hypochlorous acid (Chloe) and hypochlorite ions (Clop-), and the action of UV radiation (in particular UVA) causes a reduction in these chlorinated molecules, by generating free radicals:
- the water treatment apparatus comprises a current measurement unit.
- control unit is arranged to determine:
- control unit depending on the initial current measured, can calculate a minimum electrolysis time (to guarantee effective disinfection) and/or maximum (to avoid requiring photolysis of chlorine that is too long to eliminate all chlorine odors or aftertaste, and/or to avoid carrying out electrolysis of the water molecules once all the sodium chloride has been converted, and/or to electrolyze at most 80% of the available sodium chloride.
- control unit is arranged for:
- an electrolysis time can make it possible to reach a chlorine level higher than a predetermined threshold of free chlorine such as 0.5 mg of free chlorine per liter of water to be treated. Provision may be made to compare the initial current measured with a threshold current reported per unit volume of water to be treated.
- free chlorine covers hypochlorous acid and hypochlorite ions.
- the predetermined threshold of free chlorine such as 0.5 mg of free chlorine per liter of water is calculated theoretically, for the liquid before disinfection.
- the water is intended for consumption, its pH is around 7, which implies that the free chlorine in this case is mainly hypochlorous acid.
- chlorine covers the products resulting from the reaction of chlorine with nitrogen or ammonia for example, such as chloramines.
- the water treatment device comprises a man-machine interface, and in which, if the electrolysis time cannot make it possible to reach the predetermined threshold of free chlorine, then the unit of control is arranged to control the man-machine interface for:
- the safety of the user is guaranteed, even if the water initially to be treated does not contain enough sodium chloride: either the user is informed that the treatment is impossible and that he must not consume the water contained in the treatment tank, or the user is asked to add sodium chloride (cooking salt for example) to the water to enable the treatment.
- the control unit is arranged to launch an initial calibration phase, during which the control unit is arranged to drive the electrolysis cell to perform the measurement of the initial current and to launch the predetermined electrolysis, without carrying out irradiation with the light source, and warning the user at the end of electrolysis to enable him to carry out a dosage of the free chlorine in the electrolyzed and non-irradiated water.
- the treatment apparatus makes it possible to verify, for example at the very start of use, that the water to be treated actually contains enough sodium chloride to carry out the generation of chlorine sufficient for disinfection. This makes it possible to avoid treating water that contains insufficient sodium chloride.
- the user can measure the level of chlorine created with chlorine reagent strip type tests for drinking water, which would be delivered with the treatment device. It is also possible to envisage returning the value of free chlorine measured to the device in order to possibly refine the work cycle to increase or decrease the time or the electrolysis current, depending on the actual measurement carried out.
- the processing device comprises a communication unit to allow connection with, for example, a portable electronic device, such as a smart portable telephone. It is for example possible to envisage carrying out the calibration mentioned above via a specific procedure via the portable electronic device.
- the electrolysis cell comprises two electrodes, an anode and a cathode, preferably formed from titanium, and preferably coated with a layer of platinum or iridium.
- the control unit is arranged to regularly invert the polarity between the two electrodes. Provision may be made to change the polarity at each new processing cycle.
- the treatment tank is arranged to be placed in a treatment position during the measurement of the initial current and the electrolysis, and at least one of the electrodes is arranged in the treatment tank so as to be bathed in the water to be treated only when at least 80% of the closed volume is filled and the treatment tank is placed in the treatment position.
- the construction of the device ensures that treatment can only be started if the treatment tank is properly filled.
- the water treatment device comprises a safety valve
- the control unit is arranged to control the safety valve:
- the water treatment apparatus comprises:
- the treatment tank can be filled regularly, before the distribution tank is empty, to always keep it at least partially filled with water that has already been treated.
- the transfer means comprise a solenoid valve, and/or a pump, controlled by the control unit. It is therefore possible to propose an automated system which carries out the treatment of the water in the treatment tank, and the transfer to the distribution tank once the treatment is finished.
- the distribution tank has a volume at least twice the volume of the treatment tank.
- the water treatment device comprises a casing arranged to receive the closed treatment tank, preferably in a reversible manner.
- the casing has a wall which comprises an interface for fixing said at least one light source.
- the treatment reservoir is transparent to ultraviolet rays of a wavelength comprised in a range ranging from 320 nm to 400 nm and preferably from 325 nm to 395 nm.
- the water treatment device comprises a plug arranged to close the treatment tank.
- the treatment tank has a volume of less than 10 L, preferably less than 5 L, and more preferably less than 2.5 L. This implementation preferably relates to a household treatment device, simple and light to use.
- the processing apparatus comprises cooling means arranged to cool the light sources.
- the processing apparatus comprises a housing and a plurality of light sources arranged in the housing to expose the predetermined volume to light radiation of a wavelength comprised in an interval ranging from 320 nm to 400 nm and preferably from 325 nm to 395 nm, and the processing apparatus comprises ventilation means arranged to cause an air flow at the level of the sources bright.
- said at least one light source is a light-emitting diode.
- the treatment tank is made of polymethyl methacrylate (PMMA).
- the treatment tank is made of borosilicate glass.
- the processing device comprises a plurality of strips arranged around the reservoir, each strip supporting several light sources arranged along the reservoir.
- a second aspect of the invention relates to a water treatment method implemented by the water treatment apparatus according to the first aspect, comprising the steps consisting in:
- the water treatment method comprises a step consisting of:
- the water treatment process comprises a sanitary maintenance phase implemented periodically in time and/or in number of electrolysis cycles during the treatment process of water, and comprising the steps of:
- Such a sanitary maintenance phase makes it possible to eliminate maintenance visits to water fountains which typically have a part to be cleaned/disinfected regularly.
- This aspect takes advantage of the possibility of generating free chlorine to use it to clean / disinfect the rest of the machine of a water fountain.
- the electrolyzed water charged with chlorine is not exposed to UV rays before being diffused / distributed in the rest of the machine where the free chlorine will be able to disinfect the internal organs.
- the electrolysis phase can be preceded by an initial current measurement, or by an addition of sodium chloride to reach the desired level of free chlorine.
- the maintenance phase can include a preliminary and/or final stage of informing the user, to indicate to him respectively that the water is not not to be consumed, and/or that the water can be consumed again. Other information can be transmitted (discard water, maintenance status, etc.). Description of figures
- FIG. 1 represents a first implementation of the invention
- FIG. 2 represents a second implementation of the invention.
- FIG. 1 represents a sectional view of a water treatment device, which comprises a housing 30 (formed here by two half-housings 30a and 30b), a treatment tank 10 formed by a bottle 11 and a cap 12, so as to form a closed volume, a plurality of light-emitting diodes 20 embedded on strips 21, and an electrolysis cell 40.
- the electrolysis cell 40 typically comprises two electrodes made of titanium for example and which can be covered with platinum or indium.
- the two electrodes can be arranged on the internal surface of the treatment tank 10, in the upper part for example to guarantee that the treatment will only be carried out if the treatment tank is filled.
- a connection unit 45 is provided to be able to electrically connect the electrolysis cell (embedded on the treatment tank 10) with the rest of the treatment device.
- the electrolysis cell 40 proposed according to the present invention makes it possible to generate chlorine during electrolysis of water, thanks to the sodium chloride naturally present in the majority of water available to a user.
- a voltage of approximately 10-11 V with 1.8 A i.e. approximately 20 W for approximately 10 min for 330 ml, i.e. approximately 10 Wh/I to generate a high level of free chlorine in the treated water, for example more than 100 or 200 mg/L of chlorine with a high initial concentration of sodium chloride.
- the operating phases will be explained below.
- the light-emitting diodes 20 are for their part arranged outside the treatment tank 10 to emit and irradiate the contents of the treatment tank 10 with a light signal in the ultraviolet range, and in particular the light-emitting diodes 20 are provided to emit type A ultraviolet rays (otherwise known as UV-A).
- the light-emitting diodes 20 are therefore arranged to emit a light signal whose wavelength is within an interval ranging from 320 nm to 400 nm and preferably from 325 nm to 395 nm.
- the useful wavelength for treating chlorine is between 320 nm and 400 nm and preferably between 325 and 390 nm.
- a quantity of UV-A received of approximately 5.5 Wh is required, ie the equivalent of two hours of full sun.
- the apparatus advantageously uses a property of UVA radiation which is germicidal, thus making it possible to accelerate the treatment with a significant reduction, but also to stabilize the result by protective irradiation, for example once a day.
- this solution has the advantage of offering sterilization of the contents and the container at each cycle, as well as working in noble materials such as tempered glass or quartz (both transparent to IIV-A).
- light-emitting diodes 20 makes it possible to achieve approximately 50% light output (i.e. a consumption of approximately 12Wh per liter treated) and not to deal with annual lamp changes, the lifetimes of the light-emitting diodes 20 are of the order of 50,000 hours and they withstand repetitive ignition cycles without suffering, so there are no consumables to be provided, nor any particular maintenance, the bottle 11 being sterilized at each cycle.
- One of the embodiments of the invention is the use of a bottle made of polymethyl methacrylate (PMMA) or tempered borosilicate glass and the use of a box opening in the middle (one can however provide a case in which the bottle is slipped 11).
- Several rows of light-emitting diodes 20 can be arranged (four in the implementation of FIG. 1, but 6 or 8 strips 21 can be provided) with preferentially regular angular spacings.
- This innovative arrangement is preferable because it allows, without loss of power, to reach the middle of the container with the UV-A beam, thus allowing a well-distributed disinfection.
- the housing 30 can temporarily house the treatment tank 10 containing the water to be treated 15 (it suffices to separate the two half-housings 30a and 30b).
- the treatment device can also comprise ventilation means 50 which cause a flow of air around the treatment tank.
- the processing device includes a control unit 60 to control the electrolysis cell 40, the light-emitting diodes 20, and possibly the ventilation means 50 according to the processing cycle.
- a control unit 60 to control the electrolysis cell 40, the light-emitting diodes 20, and possibly the ventilation means 50 according to the processing cycle.
- control unit 60 (after launching a cycle by a user or after automatic detection that liquid bathes the electrodes of the electrolysis cell 40) will impose a fixed voltage across the terminals of the electrodes of the electrolysis cell 40 to determine an initial current which can pass through the water to be treated, and which is indicative of a sodium chloride (NaCl) content in the water to be treated 15.
- NaCl sodium chloride
- control unit 60 will consequently drive the electrolysis cell 40 to carry out an electrolysis of the water to be treated 15, so as to generate chlorine which will automatically disinfect the water to be treated. 15.
- the value of the initial current is used to determine a minimum and/or maximum electrolysis time to generate at least 0.5 mg of free chlorine per liter of water (to ensure satisfactory disinfection), and at most 1 .5 to 2.0 mg of free chlorine per liter of water or preferably 0.7 mg of free chlorine per liter of water (to limit the unpleasant odors and/or taste of chlorine and therefore the UVA irradiation time as will be explained below).
- the control unit 60 will therefore drive the electrolysis cell 40 to perform electrolysis for an electrolysis time determined as a function of the initial current, and then, either offset, or simultaneously, the light sources 20 will be activated to irradiate the contents of the treatment tank 10.
- a liter of water to be treated a sequence of electrolysis of 30 min with a power of 20 W supplied to the electrolysis cell, then a time of rest for 30 minutes, then an irradiation time of 30 minutes with a power of 20 W.
- a chlorine level higher than 100 or 200 ppm can be obtained.
- a chlorine level of approximately 1 mg/L or 1 ppm, water can be consumed by a user.
- the water to be treated is therefore first disinfected using electrolysis and the sodium chloride salt initially contained, then irradiation removes any smell or taste of chlorine that may be present.
- FIG. 3 represents a measurement curve of the initial current (in amperes) flowing between electrodes of the electrolysis cell subjected to a voltage of 12 volts, and immersed in salt water, as a function of the chloride concentration of sodium (in g/L), full line.
- the correlation curve of formula y 3.9291 x + 0.7378. It is therefore possible to deduce from each initial current value a value of the sodium chloride concentration.
- figure 4 shows points of measurement of the electrolysis time (by imposing 12V on the electrodes of the electrolysis cell) as a function of the initial current of figure 3, to obtain a final solution with 1mg of chlorine per liter of water.
- figure 3 shows that a water with initially 0.015g/L of sodium chloride, we obtain an initial current of 0.7A.
- Figure 4 shows that for this current of 0.7A, it is necessary to carry out an electrolysis of approximately 65s to reach the concentration of 1 mg of chlorine per liter of water.
- figure 3 shows that water with initially 0.5g/L of sodium chloride, an initial current of 2.7A is obtained.
- Figure 4 shows that for this current of 2.7A, it is necessary to carry out an electrolysis of approximately 6s to reach the concentration of 1 mg of chlorine per liter of water.
- the electrolysis power can be reduced in order to lengthen the duration and better control the total electrolysis time (in the case of high concentrations of sodium chloride).
- the electrolysis cell is activated with a fixed voltage for a short initial time (for example less than 10 seconds, preferably less than 2s, and even more preferably less than 1s, for example a few milliseconds) to measure the initial current.
- a short initial time for example less than 10 seconds, preferably less than 2s, and even more preferably less than 1s, for example a few milliseconds
- the initial current is taken into account to calculate the electrolysis time to reach the same target concentration of chlorine all the time (for example 1 mg/L).
- the initial current measurement is long (more than one second) or carried out with the same voltage as the voltage applied during the electrolysis, it is possible to reduce the electrolysis time by taking into account the initial current measurement time. during which electrolysis has actually had time to occur.
- Exposure to UV radiation is then the same all the time (same duration and same power because the chlorine level after electrolysis is the same).
- FIG. 1 shows an alternative embodiment, with a water treatment device comprising:
- a treatment tank 110 composed of a stopper 112 and a bottle 111;
- a distribution tank 170 attached to the treatment tank 110 and arranged to couple to a distribution fountain 200;
- control unit 160 provided for example at the level of the support card 121.
- the assembly formed by the treatment tank 110 and the distribution tank 170 is removable and can be intended to be coupled with conventional water fountains.
- a connection unit 145 can be provided between the fountain 200 and the assembly formed by the treatment tank 110 and the distribution tank 170 to electrically supply the control unit 160, the light sources 120 and the electrolysis cell 140 Compared to the first embodiment, the principle and phases of operation are the same, with in particular:
- the water to be treated 115 is transferred or discharged into the distribution tank 170 by the transfer means, so as to fill the distribution tank with water. to distribute 175. It suffices for this purpose to open the solenoid valve 182 to allow a transfer by gravity, but one can envisage other means of transfer, such as a pump for example. Thus, we can guarantee water distribution even if a treatment cycle is in progress, provided that we have anticipated the demand of course. It is simply necessary to regularly fill the treatment tank 115, to make regular supplies of the distribution tank.
- a sanitary maintenance phase can also be planned. Indeed, using a luminous message and/or a telephone application, the user will be warned periodically, or after a predetermined number of treatment cycles, that the automatic maintenance phase will take place.
- the water treatment device will prepare by a longer electrolysis time, water with a concentration of free chlorine concentrated in a range of 5 to 50mg / l, and make it flow into the distribution tank without activating the treatment with UVA ultraviolet rays.
- the internal parts of the device are disinfected, and the following options can be considered:
- a drain pan can be incorporated into the machine, and the maintenance phase is therefore completely automated using a solenoid valve activated by the control electronics,
- the light sources are activated and eliminate the chlorine, thanks to a longer treatment, of the order of two hours, but this can be done at night,
- the user can also be asked to add sodium chloride to the water to be treated 15.
- a such threshold current can be determined as giving a power of 0.1 W under a voltage of 11V. Below this power of 0.1 W under a voltage of 11 V, we can consider that the water is too pure to implement the electrolysis process.
- the water treatment apparatus proposes to carry out a chlorine disinfection by carrying out an electrolysis of the water naturally containing sodium chloride, or invites a user to add sodium chloride if necessary.
- a chlorine disinfection by carrying out an electrolysis of the water naturally containing sodium chloride, or invites a user to add sodium chloride if necessary.
- Such a device is therefore particularly indicated in regions where the water is highly mineralized / salty, or when the water to be treated comes from seawater treated by reverse osmosis to produce fresh water, which however still contains sodium chloride.
- Such a processing apparatus is susceptible of industrial application.
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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.
Description
DESCRIPTION
TITRE : Appareil de traitement d'eau
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.
Exposé de l'invention
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 :
■ 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). Selon la mise en œuvre ci-dessus, l’unité de commande, en fonction de la valeur du courant initial, est agencée pour déterminer un temps d’électrolyse, et/ou une intensité d’électrolyse, et/ou une puissance d’électrolyse et/ou une énergie d’électrolyse à appliquer à l’eau à traiter pour atteindre au final un seuil prédéterminé de chlore par litre d’eau. Autrement dit, l’opération d’électrolyse est ajustée, modifiée, adaptée en fonction de la valeur du courant initial. Cette valeur de courant initial est prise en compte pour piloter la cellule d’électrolyse, en ajustant un paramètre d’électrolyse. Typiquement, on peut prévoir d’ajuster le temps d’électrolyse en fonction de la valeur de courant initial, mais on peut faire varier la tension appliquée aux électrodes, ou le nombre d’électrodes à activer.
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).
L’eau à traiter est susceptible de contenir du chlorure de sodium. Le courant initial est donc une image du taux de chlorure de sodium. En fonction du taux de chlorure de sodium (déterminé par la valeur du courant initial), l’unité de commande peut déterminer quelle est l’électrolyse nécessaire pour atteindre un taux de chlore prédéterminé. Si l’eau à traiter ne contient pas de chlorure de sodium, alors l’unité de commande déterminer simplement que l’électrolyse à effectuer est une absence d’électrolyse. En d’autres termes,
dans le cas où le courant initial est trop faible, l’unité de commande d’électrolyse peut envoyer une instruction d’éteindre la cellule d’électrolyse ou de désactiver cette dernière, ou peut ne pas envoyer de commande du tout.
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 (Chloé) et d'ions hypochlorites (Clop-), et l'action du rayonnement UV (en particulier des UVA) provoque un abattement de ces molécules chlorées, en générant des radicaux libres :
HOCI + rayonnement UV — OH + CT CIO" + rayonnement UV —► O"’ + CI 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 optionnelle, 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.
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 optionnelle, 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.
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 optionnelle, 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.
Selon la mise œuvre optionnelle 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 optionnelle, 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 optionnelle, 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 optionnelle, 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 optionnelle, 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 optionnelle, 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 optionnelle, 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 optionnelle, 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 optionnelle, 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 optionnelle, le réservoir de distribution présente un volume au moins double du volume du réservoir de traitement.
Selon une mise en œuvre optionnelle, 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 optionnelle, 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 optionnelle, l'appareil de traitement d'eau comprend un bouchon agencé pour fermer le réservoir de traitement. Selon une mise en œuvre optionnelle, 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 optionnelle, l'appareil de traitement comprend des moyens de refroidissement agencés pour refroidir les sources lumineuses. Selon une mise en œuvre optionnelle 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 optionnelle, ladite au moins une source lumineuse est une diode électroluminescente.
Selon une mise en œuvre optionnelle, le réservoir de traitement est réalisé en polyméthacrylate de méthyle (PMMA).
Selon une mise en œuvre optionnelle, le réservoir de traitement est réalisé en verre borosilicate.
Selon une mise en œuvre optionnelle, 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.
Selon une mise en œuvre optionnelle, 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. 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 ultraviolet,
- 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 ultraviolet 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 :
[fig. 1] représente une première mise en œuvre de l'invention ;
[fig. 2] représente une deuxième mise en œuvre de l'invention.
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'indium. 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. Dans un premier 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/I pour générer un fort taux de chlore libre dans l’eau traitée, par exemple plus de 100 ou 200 mg/L de chlore avec une forte concentration de chlorure de sodium initiale. Dans
un deuxième 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 1 minute pour 1 L, soit environ 0.3 Wh/L pour générer un taux de chlore libre dans l’eau traitée d’environ 1 mg/L avec une concentration de chlorure de sodium initiale plus faible, par exemple 0.015 g/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 11, 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 (11 W) 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 IIV-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 a 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 (NaCI) 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 de 1 .5 à 2.0 mg de chlore libre par litre d'eau 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.
Pour générer de l’eau avec des propriétés désinfectantes, 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. On peut obtenir dans ce cas un taux de chlore supérieur à 100 ou 200 ppm.
Pour générer de l’eau pouvant être consommée, on peut prévoir par exemple pour un litre d'eau à traiter 15 une séquence d'électrolyse comprise entre 2 secondes et 60 secondes (temps défini en fonction du courant initial comme on le verra ci-dessous) avec une puissance de 20W fournie à la cellule d'électrolyse, puis ensuite un temps d'irradiation de 30 mn avec une puissance de 20 W. On peut obtenir dans ce cas un taux de chlore d’environ 1 mg/L ou 1 ppm, l’eau peut être consommée par un utilisateur..
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 3 représente une courbe de mesure du courant initial (en ampères) circulant entre des électrodes de la cellule d’électrolyse soumises à une tension de 12 volts, et plongées dans de l’eau salée, en fonction de la concentration en chlorure de sodium (en g/L), en trait plein. En traits pointillés, la courbe de corrélation de formule y = 3.9291 x + 0.7378. Il est donc possible de déduire de chaque valeur de courant initial une valeur de la concentration en chlorure de sodium.
Par ailleurs, la figure 4 montre des points de mesures du temps d’électrolyse (en imposant 12V aux électrodes de la cellule d’électrolyse) en fonction du courant initial de la figure 3, pour obtenir une solution finale avec 1mg de chlore par litre d’eau. En traits pointillés la courbe de corrélation qui présente la formule y = 6.33O5x’0501.
Par exemple, la figure 3 montre qu’une eau avec initialement 0.015g/L de chlorure de sodium, on obtient un courant initial de 0.7A. La figure 4 montre que pour ce courant de 0.7A, il faut effectuer une électrolyse de 65s environ pour atteindre la concentration de 1 mg de chlore par litre d’eau.
Selon un deuxième exemple, la figure 3 montre qu’une eau avec initialement 0.5g/L de chlorure de sodium, on obtient un courant initial de 2.7A. La figure 4 montre que pour ce courant de 2.7A, il faut effectuer une électrolyse de 6s environ pour atteindre la concentration de 1 mg de chlore par litre d’eau.
Pour améliorer la précision de la mesure du courant initial et ne pas générer d’électrolyse intempestive, on peut prévoir d’effectuer la mesure de courant initial avec une tension initiale appliquée aux électrodes inférieure à la tension de travail (par exemple réduite de moitié).
Pour gérer le temps d’électrolyse plus facilement et plus précisément, on peut diminuer la puissance d’électrolyse afin d’allonger la durée et mieux maîtriser la durée totale d’électrolyse (dans le cas de fortes concentrations de chlorure de sodium).
D’une manière générale, la cellule d’électrolyse est activée avec une tension fixe pendant un bref temps initial (par exemple moins de 10 secondes, préférentiellement moins de 2s, et encore plus préférentiellement moins de 1s, par exemple quelques millisecondes) pour mesurer le courant initial.
Le courant initial est pris en compte pour calculer le temps d’électrolyse pour atteindre tout le temps la même concentration cible de chlore (par exemple 1 mg/L).
Si la mesure de courant initial est longue (supérieure à une seconde) ou effectuée avec la même tension que la tension appliquée lors de l’électrolyse, on peut prévoir de diminuer le temps d’électrolyse en tenant compte du temps de mesure du courant initial pendant lequel une électrolyse a effectivement eu le temps de se produire.
L’exposition au rayonnement UV est alors tout le temps la même (même durée et même puissance car le taux de chlore après électrolyse est le même).
Cependant, si la concentration initiale de chlorure de sodium ne permet pas d’atteindre le seuil de 1 mg/L mais reste supérieure à une valeur minimale de 0.5 mg/L par exemple, on peut prévoir de diminuer l’exposition aux UVs. On peut aussi augmenter l’exposition aux UVs si l’électrolyse conduit à un taux de chlore supérieur à la cible (en raison par exemple d’une grande teneur initiale en chlorure de sodium, ou si la durée d’électrolyse a été plus longue que prévue).
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.
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.
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 0.1 W sous une tension de 11V. En dessous de cette puissance de 0.1 W 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.
Application industrielle
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
[Revendication 1] 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) susceptible de contenir du chlorure de sodium,
- 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 une unité de mesure de courant, et
- en ce que l'unité de commande (60 ; 160) est agencée pour piloter :
■ la cellule d'électrolyse (40 ; 140) et l’unité de mesure de courant 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.
[Revendication 2] 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.
[Revendication 3] 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).
[Revendication 4] 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).
[Revendication 5] 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'indium.
[Revendication 6] 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.
[Revendication 7] 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).
[Revendication 8] 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).
[Revendication 9] 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.
[Revendication 10] 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).
[Revendication 11] 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.
[Revendication 12] Appareil de traitement d'eau selon l'une des revendications précédentes, comprenant un bouchon agencé pour fermer le réservoir de traitement (10 ; 110).
[Revendication 13] 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.
[Revendication 14] 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) susceptible de contenir du chlorure de sodium,
- 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.
[Revendication 15] 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).
[Revendication 16] 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 ultraviolet,
- 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 ultraviolet 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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