Brevet FR2809330A1 — publié le 20011130

L'invention concerne un dispositif de dosage d'un réacti dans un liquide, du type dans lequel un réactif sous forme de galets est dissous par érosion dans un écoulement de liquide. techniques de dosage consistant à dissoudre un réactif solide par écoulement d'un liquide au contact du réacti sont actuellement utilisées de façon courante, notamment pour la désinfection de l'eau, le réactif consistant alors en un produit chloré. dispositifs de dosage conçus pour la mise en ceuvre de ces techniques sont décrits par exemple dans les documents US 3 595 786, ZA 873 346, US 584 106, US 4 759 907 et US 5 089 127 et comprennent essentiellement un magasin à galets de réactif et une enceinte communiquant avec ce magasin et comportant une entrée liquide, des moyens d'écoulement du liquide au contact d'au moins un galet et une sortie de liquide. L'inconvénient principal de ces dispositifs connus réside dans le fait qu'ils ne permettent pas de maîtriser de façon efficace l'uniformité de la concentration de réactif dissous, en particulier lorsque ces dispositifs sont utilisés de façon discontinue, par exemple pour rendre potable l'eau d'un puits, notamment dans les pays en voie de développement. En ce qui concerne les dispositifs décrits dans les documents ZA 873 346 et US 5 089 127, le galet de réactif est creusé ponctuellement par l'écoulement de liquide, ce qui provoque, lorsque l'épaisseur du galet devient relativement faible, une fragmentation de ce dernier en morceaux plus ou moins gros ' tombent dans des canaux d'écoulement du liquide, en provoquant une augmentation momentanée inacceptable de concentration en réactif dans le liquide. En ce qui concerne les spositifs décrits dans les documents US 4 584 106 et. US 595 786, une augmentation de la concentration en réactif se produit à chaque démarrage de l'installation pompage, du fait que, durant des périodes de non utilisation, une quantité de liquide reste au contact des galets de réactif et provoque un ramollissement de ces derniers et leur dissolution. Ce liquide se trouve donc saturé en réactif dissous, ce qui entraîne une surconcentration en réactif des premières quantités de liquide délivrées au redémarrage de l'installation et a pour conséquence un gaspillage de réactif et une diminution de l'autonomie de fonctionnement du dispositif de dosage. En outre, dans la pratique, ces variations de concentration posent un problème majeur dans le cas du traitement de l'eau potable, car une surconcentration en réactif entraîne une dénaturation du goût de l'eau, qui peut provoquer un sentiment de méfiance des utilisateurs des dispositifs de dosage et conduire à un refus d'utiliser ces dispositifs. I1 n'est par ailleurs pas acceptable, lorsque l'eau est un produit rare, de jeter les premières quantités d'eau délivrées par ces dispositifs. Une autre technique décrite dans le document FR 2 722 577 consiste à utiliser un galet de réactif ayant une section droite, plane et constante, à faire s'écouler le liquide sous forme d'un film d'épaisseur prédéterminée au contact de la face inférieure plane de ce galet de façon à ce que la surface du film de liquide affleure la face inférieure du galet, et à maintenir le galet de façon à ce que, sous l'effet de son poids, sa face inférieure reste en contact permanent avec la surface film de liquide fur et à mesure de la dissolution du réactif. Cette technique a pour inconvénient que le dispositi ne peut être utilisé que s'il dans une position parfaitement horizontale. En effet le film d'eau ne peut se former et avoir une épaisseur constante qu'en position parfaitement horizontale, une très faible inclinaison du dispositif provoquant la création d'un circuit préférentiel de circulation de l'eau, avec une répartition non uniforme de l'eau sous le galet et la formation d'un film à épaisseur non constante. Une partie de la base du galet à dissoudre peut donc ne être en contact avec l'eau à traiter, ce qui conduit à une dissolution irrégulière du galet et à une irrégularité du dosage. Un autre inconvénient de ce dispositif connu est qu'il ne peut fonctionner avec un débit important de liquide. effet, dans ce cas, 1e liquide forme des jets qui creusent le galet en plusieurs endroits et le fragmentent en morceaux qui tombent dans liquide à traiter augmentent de façon momentanée et inacceptable sa concentration en réactif. Une troisième technique de dosage est décrite dans le document FR 2 764 821 et consiste à empiler les galets de réactif dans un magasin tubulaire dont le fond est perforé. Ce magasin est disposé dans une enceinte tubulaire comportant une entrée de liquide en partie supérieure et une sortie de liquide en partie inférieure. Le liquide introduit dans l'enceinte remplit progressivement l'espace entre l'enceinte le magasin tubulaire passe à l'intérieur du magasin par les perforations de la paroi de fond de celui-ci, vient lécher la face inférieure du galet inférieur, se charge en réacti et ressort par les perforations la paroi de fond du magasin et par le ou les orifices de sortie de l'enceinte. Dans cette technique connue, le réactif a tendance à obturer perforations de la paroi de fond du magasin, ce qui provoque l'arrêt de sa dissolution dans le liquide, 'où des risques sanitaires graves pour les utilisateurs lorsque le dispositif est 'utilisé pour rendre de 'eau potable. Un autre inconvénient de cette technique connue est qu'elle ne peut être utilisée dans un château d'eau ou dans un réservoir de stockage d'eau, dans lequel la différence de niveau entre la conduite d'alimentation en eau et la surface libre de l'eau stockée lorsque le château d'eau ou le réservoir est plein, très faible (de l'ordre de 5 à 10 centimètres), alors que la différence de niveau entre l'arrivée d'eau ' traiter et la sortie de l'eau traitée dans le dispositif correspond sensiblement à la hauteur du magasin à galet et est nettement supérieure, de l'ordre de 50 à centimètres par exemple. Un autre inconvénient présenté tous les dispositifs connus de la technique antérieure est qu'ils ne peuvent pas fonctionner correctement lorsqu'ils sont utilisés dans des réseaux de liquide sous pression dans des canalisations en charge, car le liquide remplit alors tout le magasin à galets et provoque leur ramollissement et leur dissolution, le liquide trouvant alors saturé en réactif dissous, avec les consequences déjà évoquées gaspillage des réactifs, diminution importante de l'autonomie de fonctionnement des dispositifs, inconsommabilité lorsque le liquide est de 1 eau, etc. La présente invention a notamment pour but d'éviter ces inconvénients de la technique antérieure grâce à un dispositif de dosage qui permet d'obtenir une concentration en réactif dissous régulière et uniforme dans le temps et qui est capable de fonctionner aussi bien avec de très faibles charges de liquide en entrée qu'avec un écoulement de liquide sous pression ou en raccordement à une canalisation en charge. L'invention a également pour but de fournir un dispositif de dosage de structure simple, d'utilisation aisée et de conception économique. Elle propose à cet effet un dispositif de dosage dissolution d'un réactif dans un écoulement de liquide comprenant - un magasin à réactif, contenant au moins un galet de réactif à dissoudre, et - une enceinte entourant au moins la partie inférieure du magasin à réactif et comportant une entrée de liquide, des moyens d'amenée du liquide au contact du galet de réactif et des moyens de sortie du liquide, caractérisé en ce qu'il comprend également moyens formation d'au moins un et de préférence plusieurs jets de liquide dirigés sensiblement radialement vers le galet à dissoudre, et des moyens support galet dans une position exposant au moins la base de galet aux jets de liquide. L'effet du ou des jets de liquide sur la base du galet réactif est fonction de l'énergie cinétique du ou des 'ets de liquide qui est elle-même fonction de la pression d'alimentation de liquide dans le dispositif de dosage. La dissolution du réactif dans le liquide est donc fonction de cette pression d'alimentation et s'adapte automatiquement aux variations de celle-ci, de sorte la concentration en réactif dans le liquide peut rester uniforme au cours du temps, même si la pression de liquide varie. Selon une autre caractéristique de l'invention, les moyens formation de jets de liquide sont présentés par une paroi tubulaire interne de l'enceinte et sont à distance d'une paroi inférieure de cette enceinte, en définissant dans celle-ci une chambre annulaire d'accumulation de liquide. Cette chambre annulaire a un effet de régulation dans le temps sur la pression des jets de liquide et sur leur énergie cinétique, et contribue donc à régulariser dans le temps la concentration en réactif dans le liquide traité. Avantageusement, les moyens de formation des jets sont orifices sensiblement radiaux de la paroi tubulaire interne précitée de l'enceinte. Cette réalisation est particulièrement simple et économique. Dans une forme de réalisation de l'invention, les moyens de support de galet sont portés par une paroi inférieure de l'enceinte et s'étendent sensiblement dans l'axe du magasin à réactif, sous l'extrémité inférieure celui-ci, qui est ouverte et laisse exposée la base galet de réactif à dissoudre. Dans ce cas-là, le magasin à réactif et le support galet peuvent être formés de deux tubes, portes respectivement par la paroi supérieure et par la paroi inférieure de l'enceinte, de préférence de façon amovible démontable. Dans le dispositif selon l'invention, la distance axiale entre les moyens d'entrée et de sortie de liquide de l'enceinte peut être relativement faible, par exemple de l'ordre de 5 centimètres ou moins, ce qui permet 'utiliser le dispositif dans un château d'eau ou dans un réservoir de stockage d'eau. Selon un autre mode de réalisation de l'invention, dispositif est monté en dérivation sur une conduite principale d'écoulement de liquide et comprend des moyens captation d'une fraction du débit de liquide dans la conduite, des moyens de liaison de ces moyens de captation aux moyens d'entrée de liquide dans l'enceinte des moyens de liaison des moyens de sortie de liquide de l'enceinte à une partie aval de la conduite. Dans ce cas, le débit de liquide prélevé dans la conduite est traité dans le dispositif selon l'invention, puis est réintroduit dans la conduite, avec une concentration en réactif qui est fonction du débit global dans la conduite. Selon encore un autre mode de réalisation de l'invention les moyens de sortie de liquide de l'enceinte sont reliés à la conduite précitée par une chambre tampon traversée par le liquide s'écoulant dans la conduite et comprenant en partie supérieure une tubulure liaison avec le magasin à réactif, pour égaliser les pressions d'air en partie supérieure de la chambre tampon et dans le magasin à réacti et empêcher la remontée de liquide dans le magasin. On peut ainsi traiter des débits de liquide sous pression en évitant tout risque de remontee de liquide dans le magasin à réactif. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite à titre 'exemple en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la figure 1 est une vue schématique en coupe axiale d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 2 est une vue schématique en coupe axiale d'une variante de réalisation de ce dispositif; - la figure 3 est une vue schématique en coupe axiale d' autre variante de réalisation dispositif selon l'invention. Le dispositif de la figure 1 comprend enceinte 10 montée autour d'un magasin à réactif 12 et d'un support galet 14, qui sont alignés axialement l'un avec l'autre à l'intérieur de l'enceinte 10, le support 14 étant destiné à porter le galet inférieur 16 d une pile de galets de réactif 16 enfermés à l'intérieur du magasin 12. L'enceinte 10 est par exemple de forme générale cylindrique et est fermée à ses extrémités par une paroi supérieure 18 et par une paroi inférieure 20 qui comportent chacune un orifice central, le magasin 12 etant monté fixement dans l'orifice central de la paroi supérieure 18 et le support de galet 14 étant monté fixement dans l'orifice central de la paroi inférieure 0, de façon avantageusement démontable à des fins de nettoyage ou de maintenance. L'enceinte 10 comprend une paroi tubulaire interne qui s'étend sur toute sa hauteur et qui délimite à l'intérieur de l'enceinte 10, entre ses parois d'extrémité 18 et 20, un espace annulaire interne 24 dans lequel débouche une entrée 26 de liquide formée en partie supérieure de l'enceinte. La paroi tubulaire interne 22 comporte au moins un et de préférence plusieurs orifices radiaux 28 au niveau de l'intervalle entre l'extrémité inférieure du magasin 12 et de l'extrémité supérieure du support de galet 14, ces orifices radiaux étant par exemple répartis autour de l'axe du dispositif selon l'invention. Avantageusement, le magasin 12 est formé d'un simple tube cylindrique dont l'extrémité supérieure est fermee à étanchéité par un couvercle 30 et dont l'extrémité inférieure ouverte est à faible distance de l'extrémité supérieure du support de galet 14, de telle sorte la base du galet inférieur 16 contenue dans le magasin 12 est apparente à l'extrémité inférieure du magasin, sensiblement au niveau des orifices radiaux 28 precités. Le support 14 est également formé d'un tube dont l'extrémité supérieure est fermée par une paroi incurvée 32, dont la convexité est tournée vers le galet inférieur 16 et qui comporte des perçages axiaux 34 dont les dimensions sont déterminées pour éviter une obstruction par matière des galets 16, et éventuellement plots ou autres moyens à surface réduite de contact avec le galet inférieur 16. 'autres orifices 36 sont formés dans paroi cylindrique du support 14 dont l'extrémité inférieure ouverte constitue un orifice de sortie de liquide hors de l'enceinte 10. Le fonctionnement du dispositif qui' vient d'être décri est le suivant un débit de liquide à traiter est introduit dans l'enceinte 10 par l'orifice 26 et remplit l'espace annulaire 24 de cette enceinte jusqu'à parvenir au niveau des orifices radiaux 28. Le liquide sort de ces orifices sous forme de jets radiaux orientés vers la base du galet inférieur 16 contenu dans le magasin 12. L'action des jets liquide sur la base du galet se traduit par une érosion progressive de la base du galet et par une dissolution de la matière du galet dans le liquide qui peut 'une part s'écouler par les trous axiaux 34 de la paroi supérieure du support 14 et d'autre part s'accumuler plus ou moins dans l'espace annulaire 38 délimité par le support de galets 14 et la paroi tubulaire interne 22 de l'enceinte 10, et s'écouler par les orifices précités 36 du support de galets. Sous l'effet de leur poids, les galets contenus dans le magasin 12 descendent progressivement à l'interieur du magasin au fur et à mesure de la dissolution de la base du galet inférieur 16 les jets de liquide sortant des orifices 28. 'érosion de la base du galet et sa dissolution dans le liquide sont fonction de la pression du liquide à son introduction dans l'enceinte 10 et suivent les variations de cette pression, de sorte que la concentration en réactif du liquide sortant de l'enceinte par l'intérieur du support 14 peut rester sensiblement constante au cours du temps quand la pression du liquide varie ' l'entrée dans l'enceinte 10. Dans une variante de réalisation non representée, le magasin 12 et le support 14 pourraient être formés d'une seule pièce, ou formés de deux pièces emboîtées ou fixées l'une dans l'autre, la surface périphérique de cette pièce ou de cet ensemble de pièces étant largement ajouree au niveau de la base du galet inférieur pour permettre l'érosion de cette base par les jets de liquide sortant des orifices radiaux 28. dispositif de la figure 1 peut être axialement très compact, la distance axiale entre l'orifice d'entrée 26 et la sortie de liquide hors de l'enceinte étant par exemple de l'ordre de 5 centimètres ou moins. Un tel dispositif peut donc être utilisé pour la désinfection de l'eau stockée dans un château d'eau ou dans réservoir. Dans la forme de réalisation de la figure 2, le dispositif de la figure 1 est monté en dérivation sur une canalisation principale 40 dans laquelle 'écoule un débit de liquide à traiter, une fraction de ce débit étant prélevée des moyens 42 à l'intérieur de la canalisation principale 40 et introduite dans le dispositif selon 'invention où elle se charge en réactif avant d'être réintroduite en 44 dans la canalisation principale 40, en aval de la zone de prélèvement. Dans l'exemple de réalisation représenté, les moyens de prélèvement comprennent un tronçon de tube 42 monté axialement dans la canalisation principale 40 et délimitant à intérieur de celle-ci une chambre annulaire 46 reliee à l'orifice 26 d'entrée de liquide dans l'enceinte précitée. Comme représenté, une grille ou paroi perforee 48 de répartition du débit de liquide peut être montée dans la canalisation 40 en amont de la chambre annulaire 46 et du tronçon de tube 42, et une paroi transversale 50 ferme la chambre annulaire 46 à son extrémité aval rapport au sens de l'écoulement du liquide dans la canalisation 40. La sortie liquide de l'enceinte 10 est raccordée par un conduit 44 à la canalisation principale 40, en aval de la chambre annulaire 46. Dans cette forme de réalisation, c'est le dimensionnement des orifices de la grille ou paroi perforée 48 et de la chambre annulaire 46 (et bien entendu de l' 'fice 26 d'entrée dans l'enceinte 10) qui détermine la fraction du débit total de liquide dans la canalisation principale 40 que l'on va faire passer dans le dispositif de dosage selon l'invention. Bien entendu, d'autres moyens de réglage de débit, tels qu'une vanne, peuvent être prévus entre l'orifice 26 et la chambre annulaire 46. Dans la forme de réalisation représentée en figure 3, le dispositif de dosage selon l'invention est branché en dérivation sur une canalisation principale 52 par l'intermédiaire d'un conduit d'alimentation 54 reliant la canalisation principale 52 à l'orifice 26 d'entrée de liquide dans l'enceinte 10, et d'une chambre tampon 56 agencee entre la sortie de liquide de l'enceinte et la canalisation principale 52. Cette chambre tampon 56 s'étend sous l'enceinte 10 dont sortie de liquide, formée par le support galet 14, débouche en partie supérieure de la chambre tampon 56. En partie inférieure, la chambre tampon 6 est raccordée d'une part à une extrémité de la canalisation principale 52 qui l'alimente en liquide et d'autre part à une canalisation 58 de sortie de liquide. Des moyens de réglage de débit 60 et 62 sont montés dans le conduit d'alimentation 54 et dans la canalisation 52, en aval du conduit 54. En fonctionnement, comme la chambre tampon 56 est fermée de façon étanche par l'enceinte 10, l'air contenu en partie supérieure de la chambre tampon est comprimé à une pression égale à celle du liquide remplissant la partie inférieure de cette chambre. Un conduit 64 relie la partie supérieure de la chambre 56 au magasin 12 de réactif, dont l'extrémité supérieure est fermée à étanchéité par le couvercle 30, de sorte que la même pression d'air règne dans le magasin 12 et dans la partie supérieure de la chambre tampon 56, pour empêcher toute remontée de liquide à l'intérieur du magasin 12. Dans cette forme de réalisation, une petite fraction du liquide circulant dans le conduit principal 52 passe par conduit 54 dans le dispositif de dosage selon l'invention et se charge en réactif avant de retomber dans chambre tampon 56. La fraction restante du débit de liquide amenée par le conduit principal 52 est introduite dans la chambre tampon 56 où elle se mélange avec liquide chargé en réactif avant de sortir de la chambre tampon 56 par la canalisation 58. préférence, le rapport entre le volume du magasin 12 à galets de réactif et le volume total (volume du magasin 12 et de la chambre tampon 56) est égal à K(1+p , K étant un facteur correctif compris entre 1 et 5 et p étant pression maximale admissible dans la chambre tampon 56 et dans le magasin 12. Les principales applications de l'invention sont suivantes . désinfection de l'eau de remplissage des avions autres véhicules de transport de passagers, chloration de l'eau au niveau des captages niveau rural, des réservoirs et châteaux d'eau, des refuges et gîtes de montagne, des campings et hôtels, pompes manuelles, - injection et dosage de coagulants et de floculants dans les alimentations en eau potable, - traitement des eaux de piscine par injection dosage de produits désinfectants, de coagulants, floculants, d'acide ou de base pour la correction du pH - dans l'industrie, coagulation-floculation dans procédés de filtration, injection de produit antitartre et anticorrosion, injection et dosage de produits conditionnement, injection et dosage de produits désinfectants, - dans l'industrie agricole et 'industrie alimentaire, injection et dosage de produits fertilisants, correction du pH, injection et dosage de produits phytosanitaires pour la protection cultures, de produits désinfectants, de produits stérilisants sur les legumes, dans l'industrie du chauffage et froid, injection et dosage d'inhibiteurs de corrosion, de stéri sants dans les systèmes de climatisation. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de dosage par dissolution d'un réactif dans un écoulement de liquide, comprenant - un magasin à réactif (12), contenant au moins un galet (16) de réactif à dissoudre, et - une enceinte (10) entourant au moins partie inférieure du magasin à réactif (12) et comprenant une entrée (26) de liquide, des moyens (28) d'amenée du liquide au contact du galet de réactif (16) et moyens (14) de sortie du liquide, caractérisé en ce qu'il comprend également des moyens (28) de formation d'au moins un jet liquide dirigé sensiblement radialement vers le galet (16) à dissoudre, et des moyens (14) de support du galet dans une position exposant au moins la base de ce galet au jet liquide. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé ce que les moyens (28) de formation des jets de liquide sont présentés par une paroi tubulaire interne 2) de l'enceinte (10) et sont à distance d'une paroi inférieure (20) de cette enceinte, en définissant dans celle-ci une chambre annulaire (24) d'accumulation de liquide. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé ce que les moyens de formation des jets sont des orifices sensiblement radiaux (28) de la paroi tubulaire (22) de l'enceinte. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens (14) de support de galet sont portés par une paroi inférieure (20) l'enceinte et s'étendent sensiblement dans 'axe du magasin à réactif (12), sous l'extrémité inférieure de celui '. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité inférieure du magasin à réactif (12) est ouverte. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de sortie de liquide de l'enceinte sont formés par des orifices (34, 6) des moyens (14) de support de galet. 7 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens ( de support de galet comprennent une face supérieure ( ) en contact avec la base d'un galet (16), cette face supérieure comportant des orifices (34) de passage de liquide et ayant une forme convexe ou comprenant des moyens à surface réduite de contact avec la base d'un galet (16) à dissoudre. 8 - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le magasin à reactif (12) et les moyens (14) de support de galet sont des tubes montés en alignement axial sur une paroi supérieure (18) et sur une paroi inférieure (20) respectivement de l'enceinte (10). 9 Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la distance axiale entre moyens d'entrée et de sortie de liquide de l'enceinte est de l'ordre de cinq centimètres ou moins. - Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est monté en dérivation sur une conduite principale (40, 52) d'écoulement de liquide et comprend des moyens (42, 46) de captation d'une fraction du débit de liquide dans la conduite (40), des moyens de liaison de ces moyens de captation au moyen (26) d'entrée de liquide dans l'enceinte, et des moyens (44) de liaison des moyens de sortie de liquide de l'enceinte à une partie avale de conduite principale (40). - Dispositif selon la revendication , caractérisé en ce que les moyens de sortie de liquide de l'enceinte comprennent une chambre tampon (56) traversée par le liquide s'écoulant dans la conduite principale (52) et comprenant en partie supérieure un conduit (64) de liaison avec le magasin à réactif (12) pour égaliser les pressions d'air en partie supérieure de la chambre tampon (56) et dans le magasin à réactif (12) et empêcher la remontée de liquide dans le magasin.