Brevet FR2794378A1 — publié le 20001208

CARTOUCHE FILTRANTE POUR APPAREIL DOMESTIQUE DE TRAITEMENT DE L'EAU La présente invention concerne le domaine technique général des appareils domestiques de traitement de l'eau. La présente invention concerne plus particulièrement les cartouches filtrantes à membrane de filtration. Les membranes de filtration présentent un seuil de coupure permettant d'arrêter les particules dont la taille est supérieure audit seuil. En fonction de la valeur de leur seuil de coupure, les membranes de filtration peuvent être des membranes de microfiltration, d'ultrafiltration, de nanofiltration ou d'osmose inverse. Les membranes de filtration peuvent être agencées sous différentes formes, telles que des formes planes, spiralées, ou encore des fibres creuses. Il est connu de réaliser des cartouches filtrantes dans lesquelles l'eau à filtrer traverse successivement un milieu granulaire, tel que le charbon actif, puis une membrane d'ultrafiltration, constituée de fibres creuses. Le charbon actif permet de traiter les pesticides, les matières organiques et le chlore, voire certains minéraux. Les fibres creuses forment un tube dont les parois poreuses permettent d'arrêter toute matière en suspension, dont les bactéries. Les membranes d'ultrafiltration à fibres creuses permettent de développer une grande surface de filtration dans un volume réduit de cartouche. De ce fait le débit et la capacité de filtration sont importants. Toutefois, de telles membranes de filtration présentent l'inconvénient de ne pas traiter le plomb, et de présenter une certaine sensibilité au colmatage. Il est connu par ailleurs de réaliser des cartouches de charbon actif aggloméré avec des silicates sous la forme d'un bloc solide cylindrique percé d'un canal central. L'eau à filtrer arrive par la périphérie du cylindre et l'eau filtrée est collectée dans le canal central. Le charbon actif permet de traiter les pesticides, les matières organiques et le chlore, et les silicates permettent de traiter les métaux lourds dont le plomb. Cependant, la taille des pores est trop importante pour arrêter les bactéries. De plus, le débit obtenu reste faible, sauf à augmenter la taille des pores ou à diminuer l'épaisseur du bloc, ce qui diminue les performances de filtration. En outre le colmatage est rapide, du fait de la faible surface de filtration. L'objet de la présente invention est de réduire la sensibilité au colmatage d'une cartouche de filtration arrêtant les matières en suspension et les bactéries. Un autre objet de la présente invention est de réaliser une cartouche de filtration arrêtant les matières en suspension et les bactéries, qui permette également de traiter une ou plusieurs espèces dissoutes non traitées par le charbon actif, telles que les métaux lourds comme le plomb, voire des cyanures ou encore l'arsenic. Un autre objet de la présente invention est de réaliser une cartouche de filtration arrêtant les matières en suspension et les bactéries, qui permette également de traiter les pesticides, les matières organiques et le chlore. Ces objets sont atteints avec une cartouche de filtration de l'eau comprenant un boîtier étanche comportant successivement une entrée d'eau, une barrière membranaire et une sortie d'eau, caractérisée en ce qu'un adjuvant de filtration granulaire susceptible de se déposer sur la barrière membranaire est disposé dans le boîtier entre l'entrée d'eau et la barrière membranaire, la barrière membranaire ayant un seuil de coupure inférieur à la taille minimale des grains de l'adjuvant de filtration. Ainsi l'adjuvant de filtration granulaire se déposant sur la barrière membranaire forme une couche de filtration limitant le colmatage de la barrière membranaire. Pour traiter d'autres types de polluants formés par des espèces dissoutes, en particulier les métaux lourds, ou encore les cyanures ou l'arsenic, l'adjuvant de filtration peut être une poudre réactive par un procédé physicochimique, tel que notamment l'échange d'ions ou l'adsorption. Ainsi les polluants sont piégés par la poudre réactive. Par exemple, cette poudre réactive est constituée d'une résine échangeuse d'ions, ou encore de silicates. Pour traiter en outre les pesticides, les matières organiques et le chlore, deux tamis, disposés entre l'entrée d'eau et la barrière membranaire, retiennent des granulés de charbon actif, chaque tamis traversant la section intérieure du boîtier et présentant des mailles dont la taille est inférieure à la taille des granulés de charbon actif, la taille des granulés de charbon actif étant supérieure au seuil de coupure de la barrière membranaire. Le charbon actif utilisé sous forme granulaire, donc non agglomérée, permet d'éviter de limiter le débit de filtration de manière importante. Avantageusement les granulés de charbon actif sont disposés de manière compacte entre les deux tamis. Cette disposition évite l'apparition de chemins préférentiels dans le volume de charbon actif, susceptibles de nuire à l'efficacité de la filtration. Cette disposition permet également de limiter l'usure des granulés de charbon actif provoquée par les mouvements relatifs entre les granulés. Avantageusement encore, l'adjuvant de filtration est constitué d'une poudre dont la taille des grains est inférieure à la taille des interstices présents entre les granulés du charbon actif. Avantageusement alors le tamis le plus proche de la barrière membranaire présente des mailles dont la taille est supérieure à la taille des grains de l'adjuvant de filtration. Ainsi avant la mise en eau de la cartouche, l'adjuvant de filtration peut être disposé avec le charbon actif entre les deux tamis. La taille des grains de l'adjuvant de filtration étant inférieure à celle des interstices laissés libres entre les granulés de charbon actif, les grains d'adjuvant de filtration peuvent donc occuper ces interstices sans nécessiter de volume supplémentaire. Cette disposition permet donc d'optimiser le volume de la cartouche. Cette disposition permet aussi de faciliter le remplissage de la cartouche, l'adjuvant de filtration et le charbon actif pouvant être disposés dans la cartouche lors de la même opération. Lors de la mise en eau de la cartouche l'adjuvant de filtration est entraîné par le flux d'eau et vient se déposer sur la barrière membranaire. Après la mise en service de la cartouche, le charbon actif ne risque pas de présenter des chemins préférentiels pour le flux d'eau à filtrer qui pourraient limiter l'efficacité de la filtration. Selon un mode de réalisation, la barrière membranaire est formée par des fibres creuses. La barrière membranaire peut également être agencée sous d'autres formes, par exemple planes ou spiralées. L'invention sera mieux comprise à l'étude d'exemples de réalisation pris à titre nullement limitatifs et illustrés dans les figures annexées dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'une cartouche selon l'invention, avant la mise en eau, - la figure 2 est une vue schématique après la mise en eau de la cartouche montrée à la figure 1, - la figure 3 est une vue schématique en coupe de la barrière membranaire formée par une fibre creuse et sa couche d'adjuvant de filtration. La figure 1 montre une cartouche de filtration de l'eau comprenant un boîtier 1 étanche muni d'une entrée d'eau non filtrée 2 et d'une sortie d'eau filtrée 8. Une barrière membranaire 7 disposée dans le boîtier 1 est prévue pour arrêter les matières en suspension et les bactéries. A cet effet le seuil de coupure de la barrière membranaire 7 peut être compris entre 0,1 nm et 10 pm et est par exemple de l'ordre de 50 nm. Selon l'invention, un adjuvant de filtration 4 granulaire susceptible de se déposer sur la barrière membranaire 7 est disposé dans le boîtier 1. Le seuil de coupure de la barrière membranaire 7 est inférieur à la taille minimale des grains de l'adjuvant de filtration 4. Ainsi l'adjuvant de filtration 4 est susceptible de se déposer sur la barrière membranaire 7 sans pouvoir la traverser. L'adjuvant de filtration 4 forme ainsi une couche de filtration limitant le colmatage de la barrière membranaire 7. L'adjuvant de filtration 4 est de préférence une poudre réactive ayant la capacité de piéger des polluants par divers phénomènes physicochimiques, tels que par exemple l'échange d'ions ou encore l'adsorption. Cette poudre réactive est par exemple une résine échangeuse d'ions, telle que celle commercialisée par la société Rohm and Haas sous le nom de Amberlite IRP64 permettant de traiter les métaux lourds, ou encore des silicates telles que celles commercialisées par la société Engelhard sous le nom de ATS, permettant également de traiter les métaux lourds. Tel que montré à la figure 1, deux tamis 3, 6 disposés entre l'entrée d'eau 2 et la barrière membranaire 7 retiennent des granulés de charbon actif 5. Chaque tamis 3, 6 traverse la section intérieure du boîtier 1. Les deux tamis 3, 6 montrés à la figure 1 sont disposés selon deux plans parallèles, de manière à présenter une épaisseur de filtration constante sur toute la section de l'intérieur du boîtier 1. La taille des granulés de charbon actif 5 est supérieure à la taille des mailles des tamis 3, 6 et les granulés de charbon actif 5 sont maintenus en place par les tamis 3, 6 de manière à éviter tout mouvement susceptible de créer un chemin préférentiel de passage de l'eau limitant l'efficacité de la filtration. Les granulés de charbon actif 5 disposés de manière compacte entre les tamis 3, 6 ménagent des interstices formant un réseau poreux permettant la filtration de l'eau. La taille des granulés du charbon actif 5 étant très supérieure au seuil de coupure de la barrière membranaire 7, les interstices ménagent des passages dont la section est également supérieure au seuil de coupure de la barrière membranaire 7. La taille des granulés de charbon actif 5 est par exemple comprise entre 150 pm et 600 pm. L'adjuvant de filtration 4 est constitué d'une poudre dont la taille des grains est inférieure à celle des interstices présents entre les granulés de charbon actif 5. La taille des grains de l'adjuvant de filtration 4 est par exemple comprise entre 0,2 pm et 50 pm et est choisie de manière à être supérieure au seuil de coupure de la barrière membranaire 7 . Ainsi tel que montré à la figure 1 l'adjuvant de filtration 4 peut être disposé entre les deux tamis 3, 6 avec le charbon actif 5 avant la mise en eau de la cartouche, le second tamis 6 présentant des mailles de taille supérieure à la taille des grains de l'adjuvant de filtration 4. Les grains d'adjuvant de filtration 4 occupent les interstices présents entre les granulés de charbon actif 5. La figure 2 montre la cartouche après la mise en eau. L'adjuvant de filtration 4 entraîné par le flux d'eau est venu se déposé sur la barrière membranaire 7. Ainsi dans le boîtier 1 de la cartouche on trouve après l'entrée d'eau 2 une première chambre contenant de l'eau à filtrer 10, un filtre primaire formé par les granulés de charbon actif 5 maintenus entre les deux tamis de rétention 3, 6, une deuxième chambre contenant de l'eau partiellement filtrée 11, une couche de filtration formée par l'adjuvant de filtration 4, la barrière membranaire 7, et une troisième chambre contenant de l'eau filtrée 12, avant la sortie d'eau 8. La présente invention fonctionne et s'utilise de la manière suivante. Lors du montage de la cartouche, l'adjuvant de filtration 4 est disposé avec le charbon actif 5 entre les deux tamis 3, 6. Lors de la première mise en eau, l'adjuvant de filtration est entraîné par le flux d'eau à travers le tamis 6 et vient se déposer sur la barrière membranaire 7. L'eau admise par l'entrée 2 est alors filtrée successivement par le charbon actif 5, par l'adjuvant de filtration 4, et par la barrière membranaire 7 avant de ressortir par la sortie 8. Ces trois étages de filtration permettent de traiter les différents polluants susceptibles d'être rencontrés dans l'eau, en assurant un bon débit de filtration et en évitant le colmatage prématuré de la cartouche. La figure 3 montre un mode de réalisation dans lequel la barrière membranaire 7 est formée de fibres creuses. Le canal intérieur d'une fibre creuse 9 collecte l'eau filtrée 12, tandis que l'adjuvant de filtration 4 déposé sur la surface extérieure de la fibre creuse 9 est en contact avec l'eau partiellement filtrée 11. Cette disposition permet de profiter pleinement de la grande surface de filtration offerte par les fibres creuses, tout en limitant le colmatage. De nombreuses améliorations peuvent être apportées à cette cartouche dans le cadre des revendications. La présence des granulés de charbon actif 5 et des tamis 3, 6 n'est pas nécessaire si l'on ne souhaite pas traiter les pesticides, les matières organiques ou encore le chlore. L'adjuvant de filtration 4 peut être une poudre ne présentant pas de propriétés physicochimiques particulières, mais permettant simplement de retarder le colmatage de la barrière membranaire 7 en arrêtant les matières en suspensions et les bactéries. L'adjuvant de filtration 4 peut être une poudre présentant des propriétés physicochimiques permettant de traiter d'autres types d'espèces dissoutes, comme par exemple les cyanures ou l'arsenic. REVENDICATIONS 1 . Cartouche de filtration de l'eau, comprenant un boîtier (1) étanche comportant successivement une entrée d'eau (2), une barrière membranaire (7) et une sortie d'eau (8), caractérisée en ce qu'un adjuvant de filtration (4) granulaire, susceptible de se déposer sur ladite barrière membranaire (7), est disposé dans le boîtier (1) entre l'entrée d'eau (2) et ladite barrière membranaire (7), ladite barrière membranaire ayant un seuil de coupure inférieur à la taille minimale des grains de l'adjuvant de filtration (4). 2. Cartouche selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'adjuvant de filtration (4) est une poudre réactive par un procédé physicochimique. 3. Cartouche selon la revendication 2, caractérisée en ce que la poudre réactive est constituée d'une résine échangeuse d'ions. 4. Cartouche selon la revendication 2, caractérisée en ce que la poudre réactive est constituée de silicates. 5. Cartouche selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que deux tamis (3,6) disposés entre l'entrée d'eau (2) et la barrière membranaire (7), retiennent des granulés de charbon actif (5), chaque tamis (3,6) traversant la section intérieure du boîtier (1) et présentant des mailles dont la taille est inférieure à la taille des granulés de charbon actif (5), la taille des granulés de charbon actif (5) étant supérieure au seuil de coupure de la barrière membranaire (7). 6. Cartouche selon la revendication 5, caractérisée en ce que les granulés de charbon actif (5) sont disposés de manière compacte entre les tamis (3, 6). 7. Cartouche selon la revendication 6, caractérisée en ce que l'adjuvant de filtration (4) est constitué d'une poudre dont la taille des grains est inférieure à la taille des interstices présents entre les granulés de charbon actif (5). 8. Cartouche selon la revendication 7, caractérisée en ce que le tamis (6) le plus proche de la barrière membranaire (7) présente des mailles dont la taille est supérieure à la taille des grains de l'adjuvant de filtration (4). 9. Cartouche selon la revendication 8, caractérisée en ce que l'adjuvant de filtration (4) est disposé avec le charbon actif (5) entre les deux tamis (3,6). 1O.Cartouche selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que la barrière membranaire (7) est formée par des fibres creuses (9).