Brevet FR2644155A1 — publié le 19900914

La présente invention concerne un appareil de traitement des eauc fonctionnant par électrolyse d'une solution saline a stéri i i ser. Il est connu que par électrolyse d'une solution de sel di luée, on produit anodiquement des composés oxygénés du chlore, ioniques ou moléculaires, ainsi que de l'oxygène actif et présumément de l'ozone. Le traitement ainsi obtenu, cumulant les avantages de ces diverses espèces chimiques, s avère des plus efficaces. En revanche, l'activité o > :ydante de ces espèces, renforcée par la présence de chlorures, est responsable de phénomènes de corrosion observés sur les éléments métalliques de 1 'installa- tion, en particulier des rechauffeurs. Depuis l'apparition d'une nouvelle génération d'anodes pratiquement inconsommables, on a proposé des appareils tels que par exemple ceus décrits dans les brevets FR 233242 et FR 2370800. Leur coat insuffisament compétitif par rapport à celui des desinfectants chimiques, ainsi que les problèmes de corrosion précités, sont à l'origine de la faible diffusion de ces appareil. L'objet de la présente invention est de décrire un mode de réalisation d'un tel appareil particulièrement simple et éco- nomique, et apportant une solution efficace aux problèmes de corrosion. L'appareil comporte deux parties principales - Une alimentation électrique en courant continu basse tension, principalement composée d'un transformateur de sécurité abaisseur de tension 2 x 5 V - 2 VA, d'un redresseur ~omposb de deux diodes Schottky à faible chute ohmique, d'un dispositif de variation de tension classique ou électronique sur le circuit' primaire, d'un dispositif d'inversion de polarité à relais ou å triac, d'un ampèremètre, de moyens de protection cathodique décrits plus loin. - Une cellule électrolytique å circulation composée d'électrodes planes et parallèles disposées à l'intérieur d'un corps traversé par le flux de la solution à stériliser. Le premier objet de la présente invention est de proposer l'utilisation d'électrodes ne présentant aucun raccord par serrage, soudure, ou tout autre moyen, entre la partie de l'électrode située à l'intérieur du corps, et celle se trouvant a l'éxtérieur et servant de bornes de prise de contact. Selon l'invention, la figure 1 représente une électrode plane et rectangulaire (1), munie d'une queue (2) d'une largeur d'environ 5 mm déstinée a la prise de contact e > #'térîeur. L'électrode ne formant avec sa queue qu'une seule et meme pièce, est dite monobloc. Selon un exemple de réalisation, ces électrodes sont découpées sans chute à partir de tole métallique d'une épaisseur comprise entre 0,3 et i mm (figure 2), Dans ces conditions, la longueur de la queue (3) est égale à la largeur de l'électrode (4). Conformément au meilleur état antérieur de la technique, les électrodes positives ou anodes sont en titane revetu d'une coche mince d'oxyde mixte. Les électrodes négatives ou cathodes peuvent Etre choisies soit en metal courant tel que fer ou acier inox, soit identiquement aux anodes. Les électrodes ainsi confectionnées sont alors assemblées à l'aide d'espaceurs latéraux (5)(figure 3) formant ainsi le "blocélectrodes (6)(figure 4). Cette figure montre l'intérêt d'alterner le sens d'orientation des queues. Les espaceurs sont constitués de plaques planes et rectangulaires en matière plastique, d'une épaisseur de 3 a 5 mm, dans lesquelles on a usiné des rainures (7) d'ne profondeur de 1 à 3 mm et d'une largeur adaptée a l'épaisseur des électrodes, avec un jeu maximal de 0,1 mm. La rainure peut éventuellement se terminer par une entaille (8) de manière a loger la naissance de la queue de 1 'électrode, Dans une variante de réalisation, les espaceurs ne sont pas usinés mais thermoformés directement par placage à chaud contre l'areste des électrodes préassemblées. Le ''bloc-électrodes'l ainsi formé est introduit dans un corps tubulaire (9) (figure 5) en matière plastique muni d'entailles (10) diamétralement opposées, destinées au passage groupé des queues d'électrodes, respectivement positives d'un co'té et négatives de l'autre (figure #). Les extrémités des queues sont toutes sectionnées à la mteme longueur et une soudure par point permet d'en faire un ensemble massif appelé borne (il), Dans un exemple de réalisation, le corps sera confectionn# dans du tube en PVC (opaque ou transparent) de diamètre extérieur standard de 50, 63 ou 75 mm Pour un tube de 63 mm et 55 mm de diamètre intérieur, on pourra insérer des espaceurs de 39 mm de large comportant 15 rainures de Cl 5 mm distantes de 2 mm. Avec un espaceur de 3 mm d'épaisseur, la largeur utile des électrodes sera donc de 33 mm. Pour une longueur d'électrode de 18 cm, la surface anodique sera de 831 cmr. Afin d'assurer une vitesse maximale du fluide sur les électrodes, il convient d'obturer les quatre secteurs compris entre le corps et le "bloc-éle#trodes", par exemple à l'aide de mousse expansive, ou à l'aide d'une transformation tubulaire rond-carré placée a l intérieur du corps. Un mastique approprié assure l'étanchéité entre le corps et la borne. Dans une variante de réalisation, les électrodes sont introduites dans un corps a faces planes. Les espaceurs peuvent alors ëtre constitués par deux faces opposées munies de rainures adéquates. il convient de réserver des entailles alternées pour la sortie individuelle des queues d'électrodes dont on assurera l'étanchéité par un mastic approprié epoxy etc.). Afin d'obtenir un parfait balayage hydrodynamique des électrodes, le corps å section carrée (12) sera raccordé a l'installation par l'intermédiaire de deux raccords (13) présentant une section carrée coté cellule et ronde c & é installation. Le coté carré de chaque raccord sera colle bout a bout sur le corps.Les raccords (13) seront aisément réalisés a partir d'un tube emmanché à chaud sur un moule malle de section carrée adéquate. Dans le cas ou il est souhaité de pouvoir observer l'interieur de la cellule, celle-ci comprendra un corps et des espaceurs transparents. Il est avantageux d'animer l'électrolyte d'une vitesse liné- aire de 1 à 3 m/s permettant d'une part de réduire 1 'épaisseur de la couche de diffusion de manière a obtenir un rendement élevé en produits anodiques chlorés, méme à partir d'une solution de chlorure de sodium très diluée (2 g/l), et d'autre part de minimiser l'entartrage des électrodes. Ce résultat est favorisé par 1 'em- ploi d'un espacement des électrodes d'environ 2 mm. Dans ces conditions, pour une densité de courant de 50 m#/cm2, il faut environ 1,5 Ah pour produire un gramme de chlore actif. En conséquence, un courant global de 40 A permettra d'obtenir une production horaire de 27 g de chlore. Pour résoudre le problème d'entartrage des cathodes dii aux eaux calcaires, on a proposé l'inversion périodique de polarité des électrodes. Cet inversion prolongée du courant n'est possible qu'avec des matériaux d'électrode pouvant fonctionner indifféremment selon les deux polarités, sans subir de déterioration. Cette condition est remplie par des matériaux coûteux tels que ceux å base d'oxydes de titate et de ruthénium qui permettent un fonctionnement bipolaire. Dans le cas d'un appareil peu coQteux & cathodes en acier inox tel que décrit dans la présente invention, l'inversion des poles doit théoriquement provoquer une dissolution du matériau Cependant, contre toute attente, il a été trouvé que l'inversion du courant pendant une courte période, comprise entre 10 et 20 s, permet de détacher les dépits magnésio-calcaires sans dissolution notable de 1 'électrode, la perte de masse ayant été mesurée comme étant inférieure a 1 % de la valeur théorique.Par exemple, pour une électrode de 5 cm x 10 cm, un courant inverse (anodique) de 2 A pendant 18 s, correspondant au passage de 0,01 o h, se traduit par une perte de-masse inférieure à 0,1 mg, alors que la loi de Faraday indique une perte théorique d'environ 10 mg. Afin de limiter les séquences d'inversion de polarité au strict nécéssaire pour le nettoyage des cathodes, il est proposé, dans un premier mode de réalisation, d'effectuer une succession de périodes d'inversion limitées à une durée de 10 s environ chacune, séparées par des périodes de passage direct du courant d'au moins 1 minute, cet opération pouvant être effectuée soit manuellement soit automatiquement. Un objet de la présente invention est de proposer un système simple permettant à la fois de détecter l'entartrage, et d'assurer la sécurité en cas de manque de débit liquide. Conformément a la présente invention, on utilise un dispositif à capsule manomé-- trique du type "pressostat'l, raccordé en amont de la cellule.Ce dispositif comprend deux étages, le premier à basse pression servant à actionner le courant d'électrolyse dés l'apparition d'un certain débit, et le second actionnant l'inversion de polarité lorsque la formation de dépit provoque ltélevation de la pression à une valeur haute prédéterminée, A titre d'exemple, le premier étage sera calibré pour une pression de 20 mbar, et le deuxième étage pour une pression de 200 mbar, le débit nominal correspondant à une pression de 10 mbar. Le dernier objet de la présente invention est de proposer une solution aux problèmes de corrosion. En effet, l'électrolyse d'une solution de sel à 2 g/l produit à l'anode un mélange d'oxygène et de composés oxygénés du chlore, Ces espèces particulièrement actives, a l'origine d'une qualité d'eau remarquable, sont en revanche responsable de phénomènes, de corrosion observés sur les parties métalliques des installations. I1 est proposé de recourrir à une protection cathodique. Cette méthode est couramment effectuée en couplant les éléments å protéger soit a une anode soluble, soit a une anode inerte a l'aide d'un générateur exté- rieur. Conformément a la présente invention, ce principe connu est mis en oeuvre en imposant une tension entre les pièces a protéger et les anodes comprises dans la cellule d~electrolyse, suivant un fonctionnement en deux phases: Pendant la phase d'électrolyse, les parties a protéger sont reliées électriquement au pale négatif de l'alimentation par l'intermédiaire d'une diode et d'une résistance calculée de manière à maintenir une tension d'environ 2 V par rapport au pôle positif. Durant l'interruption de l'élec'- trolyse, ou phase de veille, la tension at > x bornes de la cellule est abaissée à 2 V, maintenant en polarisation négative les cathodes de la cellule ainsi que les parties métalliques à protéger de la corrosion. Au cours de la phase de veille, la tension réduite peut etre fournie soit par le tranxformateur principal, soit par un petit transformateur aux i liai re ou encore par un accumulateur se rechargeant pendant la phase d'électrolyse. L'appareil selon l'invention est plus particulièrement destiné a la stérilisation des piscines, mais s'applique plus généralement aux traitements des eaux. REVENDICATIONS 1) Appareil de production électrolytique d'halogène dissous, par oxydation anodique d'halogénure présent dans la solution a stériliser, principalement composé d'une alimentation électrique basse tension (5 V), et d'une cellule a circulation d'électroly- te, caractérisé en ce que ladite cellule est constituée d'un corps tubulaire isolant de section carrée (12 > ou circulaire (9), et contenant un assemblage d'électrodes (1) planes, parallèles, régulièrement espacées, et a structure monobloc, c'est å dire possédant une queue (2) permettant la prise de conta sur ladite électrode à l'extérieur dudit corps. 2) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que 1 'électrode monobloc est obtenue par découpage simultané et sans chute de deux électrodes t#te-b#che (figure 2), par cisaillage, emboutissage, électro-érosion ou découpe au laser, procurant deux électrodes identiques dont la queue (2) a une largeur comprise entre 3 et 10 mm. 3) Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce que les électrodes (1) sont assemblées par deux espaceurs latéraux () en matière plastique opaque ou transparente, dotés de rainures (7) parallèles d'une profondeur comprise entre 1 et 2.5 mml distantes de 2 à 3 mm et possédant à l'extrémité d'une rainure sur deux une entaille (8) d'égale largeur et d'une hauteur comprise entre 3 et 10 mm, destinée à loger la naissance de la queue (2), d'électrode, de telle manière que chaque espaceur supporte les queues des électrodes d'identique polarité. 4) Appareil doté d'une cellule à section circulaire (9) selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les queues (2) des électrodes (1) sont pliées et réunies de manière à sortir dut corps (9) par des entailles (10 > diamétralement opposées, d'une longueur d'environ 5 cm et d'une largeur correspondant à la somme des épaisseurs des queues soit de 2 à 20 mm, et que leurs extrémités réunies sont coupées à la meme longueur, constituant ainsi une borne (11) de section approximative 5 mm x 5 mm, reliant ainsi toutes les électrodes de mEme polarité suivant un montage dit en parallèle". 5) Appareil selon les revendications 1, 3 ou 4, caractérise en ce que la vitesse de l'électrolyte par rapport aux électrodes est comprise 1 et 3 m/s. 6) Appareil selon les revendications 1, 3, 4 ou 5, muni d'un dispositif de détartrage des cathodes par inversion de polarité, caractérisé par de séquences d'inversion d'une durée limitée a 10 secondes, séparées par des périodes de polarité directe d'une durée supérieure à 1 minute. 7) Appareil selon les revendications 1, 3, 4 ou 5, comportant un dispositif de sécurité interrompant d'une part l'électrolyse en cas d'arbre de la circulation d'électrolyte et déclanchant d'autre part une alarme en cas d'entartrage excessif des électro- des, caractérisé par l'utilisaticin d'un contactet#r à capsule manométrique à deux étages, respectivement calibrés à 20 mbar et 200 mbar, mesurés en amont de la cellule. 8) Appareil selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de mise en protection cathodique de éléments métalliques de l'installation par mise en polarisation négative desdits éléments par rapport à une contre-électrode constatuée de tout ou partie des anodes comprises dans la cellule d'électrolyse. 9) Appareil selon la revendication 8, caractérisé par le fait que lesdits éléments métalliques sont reliés électriquement au poule négatif du redresseur par l'intermédiaire d'une résistance ajustable et d'une diode destinée a empêcher le passage d'un courant anodique. 10 > Appareil selon les revendications 8 ou 9, caractérisé par un fonctionnement en deux phases, la première, ou phase d'électrolyse, assurant la production de stérilisant et la deuxième, ou phase de veille, assurant le maintien en polarisation cathodique des éléments métalliques de 1 'installation, y compris des cathodes.