Brevet FR2983355A1 — publié le 20130531

- 1 - PROCÉDÉ ET DISPOSITIFS DE REMINÉRALISATION ET DE CORRECTION DE pH D'UNE EAU PRODUITE DANS UN AÉRONEF DOMAINE D'APPLICATION DE L'INVENTION La présente invention a trait au domaine des équipements embarqués dans un aéronef transportant des passagers et notamment aux adaptations permettant, dans les meilleures conditions, de reminéraliser et de corriger le pH des eaux produites dans un aéronef. DESCRIPTION DE L'ART ANTÉRIEUR Afin de diminuer la consommation de kérosène, l'intensité du bruit et la production de dioxyde de carbone, les constructeurs aéronautiques s'orientent vers la mise en oeuvre d'une motorisation électrique pour la mise en mouvement au sol des aéronefs. Une solution technologique pour une telle mise en oeuvre réside dans l'exploitation d'une pile à combustible pour alimenter le ou les moteurs électriques. En parallèle de la production d'électricité, la 20 réaction chimique mise en oeuvre par une pile à combustible produit de l'eau et de la chaleur. Dans un souci de diminution du volume d'eau à embarquer par un aéronef transportant des passagers, il peut être envisagé d'exploiter l'eau produite par la pile 25 à combustible comme eau potable de consommation et d'alimentation des installations sanitaires. Une telle exploitation se heurte néanmoins à plusieurs problèmes techniques décrits ci-dessous. L'eau produite par une pile à combustible est 30 déminéralisée et acide et nécessite donc une opération de reminéralisation et de correction de son pH avant d'être injectée dans le réseau d'alimentation de l'aéronef. En addition de l'aspect de protection de la santé des passagers, cette opération est également nécessaire du 35 fait de la fragilité des conduites généralement en acier inoxydable dudit réseau d'alimentation. - 2 - Or, si des solutions de reminéralisation et de correction de pH existent, ces dernières requièrent un temps et/ou une surface d'exposition entre le produit de reminéralisation et/ou de correction de pH et l'eau qui ne cadrent pas avec le temps d'exposition, l'encombrement et/ ou la masse disponible dans un aéronef. Ces différents problèmes techniques n'ont pas permis jusqu'ici d'envisager sérieusement l'exploitation de la production d'eau d'une pile à combustible comme eau de consommation et d'alimentation des installations sanitaires d'un aéronef transportant des passagers malgré les avantages identifiés. DESCRIPTION DE L'INVENTION Partant de cet état de fait, la demanderesse a mené 15 des recherches visant à obvier aux inconvénients précités. Ces recherches ont abouti à la conception d'un procédé de reminéralisation et de correction de pH pour une eau produite par une pile à combustible embarquée dans un aéronef, remarquable en ce qu'il consiste à dériver une 20 partie de l'eau produite par la pile vers au moins un réservoir de traitement contenant un réactif à saturation et à mélanger le flux d'eau traitée issue du réservoir de traitement avec le flux d'eau non dérivé afin d'obtenir une eau avec la minéralisation et le pH souhaités. 25 Cette caractéristique est particulièrement avantageuse en ce qu'elle évite d'avoir à traiter par contact direct avec le réactif, la totalité de l'eau issue de la pile à combustible. L'utilisation d'un réactif atteignant un niveau de 30 saturation permet de contrôler les paramètres de traitement de l'eau issue du réservoir de traitement. Il n'est alors plus nécessaire de disposer d'un temps d'exposition avec un réactif ou de doser un réactif en regard d'un volume, dès lors que le procédé de l'invention 35 peut garantir le passage d'un certain volume d'eau à l'intérieur d'un réservoir de traitement dont le niveau de - 3 - traitement est maîtrisé assurant après mélange, les niveaux de minéralisation et de pH souhaités. De plus, la minéralisation et la correction sont activées dès la circulation de l'eau dans le réservoir de traitement sans nécessiter un temps d'exposition important. On comprend que la mise en oeuvre d'un tel procédé va conduire à des solutions particulièrement compactes conformes aux objectifs de l'invention. Le procédé de l'invention permet donc d'envisager l'exploitation de l'eau issue d'une pile à combustible embarquée dans un aéronef à des fins de consommation pour les passagers et d'alimentation des installations sanitaires dudit aéronef. Ainsi, un autre objet de l'invention réside dans le dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé ci-15 dessus décrit. Selon l'invention, le dispositif comprend un premier réservoir répartiteur dans lequel arrive l'eau déminéralisée issue de la pile et d'où partent au moins deux conduites : - une première conduite débouche dans un deuxième 20 réservoir de traitement comprenant un réactif à saturation avec lequel l'eau entre en contact à des fins de reminéralisation et/ou de correction de pH, l'eau ainsi traitée étant évacuée vers une troisième conduite, - une deuxième conduite laisse circuler une eau 25 directement issue du premier réservoir et est rejointe par l'eau traitée issue du deuxième réservoir à des fins de mélange. L'utilisation d'un réservoir répartiteur garantit la dérivation de l'eau issue de la pile. 30 Afin de doubler les capacités d'un tel dispositif, ce dernier comprend selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, un premier réservoir répartiteur dans lequel arrive l'eau déminéralisée issue de la pile et d'où partent trois 35 conduites : - deux conduites débouchent chacune dans un réservoir - 4 - différent de traitement comprenant un réactif à saturation avec lequel l'eau entre à contact, l'eau ainsi traitée étant évacuée par une quatrième et une cinquième conduite, - une troisième conduite issue du réservoir répartiteur laisse circuler une eau directement issue du premier réservoir et est rejointe par l'eau traitée issue des deux réservoirs de traitement à l'intérieur d'un réservoir de mélange à des fins de mélange. Un tel dédoublement des capacités de traitement 10 permet d'envisager une spécialisation de ces derniers. Ainsi, selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, un premier réservoir de traitement comprend un réactif à saturation assurant la reminéralisation et le deuxième réservoir de traitement 15 comprend un réactif à saturation assurant la correction du pH. La mise en oeuvre du procédé, quel que soit le dispositif, est facilitée par le fait qu'une ou plusieurs conduites sont équipées d'un module de régulation de 20 débit. Ainsi, selon le type de traitement ou les volumes déplacés, les débits sont ajustés. Afin, par exemple, de filtrer l'eau issue de la pile mais également l'eau issue du traitement une ou plusieurs conduites sont équipées d'un module de filtration. Ces 25 modules de filtration peuvent être disposés en extrémité de conduites à l'intérieur desdits réservoirs. Bien entendu, le choix du réactif est prépondérant. Pour mettre en oeuvre ce procédé, le réactif est très rapide à atteindre sa saturation pour assurer la 30 régularité des paramètres de traitement de l'eau issue des réservoirs de traitement dès le début du fonctionnement. De plus, il est conçu de sorte qu'il ne puisse agir que lorsque l'eau se déplace et non lorsqu'elle stagne évitant ainsi toute sur concentration. 35 Selon un mode de réalisation non limitatif, le réactif à saturation contient les éléments suivants - 5 associés ou non : - carbonate de calcium, - hydroxyde de calcium, - bicarbonates, - carbonates, - acide sulfurique. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse, le dispositif comprend des moyens de mesure de la minéralisation et du pH en sortie de dispositif communiquant les données à un automate de contrôle de module(s) de régulation de débit ce qui va permettre de proposer le reminéralisation et la correction de pH la plus précise possible et ce, automatiquement. Selon une autre caractéristique particulièrement avantageuse de l'invention, les réservoirs de traitement sont détachables et interchangeables. Que ce soit dans une configuration spécialisée ou non, la conception des réservoirs de traitement comme consommables à durée de vie limitée garantit la maîtrise du procédé et des effets de ce dernier. Les concepts fondamentaux de l'invention venant d'être exposés ci-dessus dans leur forme la plus élémentaire, d'autres détails et caractéristiques ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit et en regard des dessins annexés, donnant à titre d'exemple non limitatif, deux modes de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La figure 1 est un dessin schématique d'une vue en 30 coupe d'un premier mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention; La figure 2 est un dessin schématique d'une vue en coupe d'un deuxième mode de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. 35 DESCRIPTION DES MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS Tel qu'illustré sur le dessin de la figure 1, le - 6 - dispositif référencé D dans son ensemble est un dispositif embarqué qui assure la reminéralisation et la correction de pH pour une eau référencée El par une pile à combustible (non illustrée) embarquée dans un aéronef (non illustré). Ce dispositif D comprend une succession de trois réservoirs cylindriques 100, 200, 300 de volumes différents, disposés coaxialement et de façon contiguë les uns à la suite des autres de façon à former un ensemble compact présentant un même diamètre extérieur. Un premier réservoir répartiteur 100 reçoit l'eau El déminéralisée issue de la pile et d'où partent deux conduites 110 et 120. : - une première conduite 110 débouche dans un deuxième réservoir de traitement 200 comprenant un réactif à saturation rapide R avec lequel l'eau entre à contact à des fins de reminéralisation et/ou de correction de pH, l'eau ainsi traitée référencée E2 étant évacuée vers une troisième conduite 210 - une deuxième conduite 120 laisse circuler une eau 20 E3 directement issue du premier réservoir 100 et est rejointe par l'eau traitée E2 issue du deuxième réservoir à des fins de mélange par intersection d es conduites 120 et 210. Le troisième réservoir accueille et optimise le 25 mélange d'eau E4. Une eau minéralisé et à pH corrigé E5 sort du réservoir 300. Comme illustrés, plusieurs modules de filtration 400 sont disposés tout au long du parcours de l'eau traitée ou non. Selon un mode de réalisation non illustré, des moyens 30 de filtration équipent le réservoir répartiteur de façon à ce que l'eau accueillie soit filtrée avant répartition dans les conduites 110 et 120. De même, un module de régulation de débit 500 équipe la conduite 120. La différence de hauteur entre les 35 sorties donnant accès aux conduites 110 et 120 garantit la circulation de l'eau dans le circuit de dérivation malgré - 7 - la perte de charge due à la présence du réactif R dans le réservoir 200. Selon un autre mode de réalisation non illustré, le premier réservoir 100 comprend également un volume de réactif afin d'assurer une première étape de traitement. Il en est de même pour le dernier réservoir qui peut être équipé d'un module de filtration et/ou d'un volume de réactif finalisant le traitement. Le dispositif D' illustré par le dessin de la figure 2 met en oeuvre le même procédé mais au moyen de deux réservoirs de traitement 200a' et 200b'. Comme pour le dispositif D, le dispositif D' comprend un premier réservoir répartiteur 100' dans lequel arrive l'eau déminéralisée El issue de la pile (non illustrée) et d'où partent trois conduites. Deux conduites 110' et 120' débouchent chacune dans un réservoir différent de traitement 200a' et 200b' comprenant un réactif à saturation rapide R1 et R2 qui peut être différent d'un réservoir à l'autre avec lequel l'eau entre à contact, l'eau ainsi traitée étant évacuée par une quatrième 210a' et une cinquième conduites 210b'. La troisième conduite 130' laisse circuler une eau directement issue du premier réservoir 100' et est rejointe par l'eau traitée issue des deux réservoirs de traitement à l'intérieur d'un réservoir de mélange 300' à des fins de mélange. Comme illustrés, plusieurs modules de filtration 400' équipent le dispositif D' notamment au niveau des entrées et sorties des réservoirs de traitement. De plus, les conduites 110', 120', 130' sont équipées d'un module de filtration 500'. On comprend que le procédé et les dispositifs, qui viennent d'être ci-dessus décrits et représentés, l'ont été en vue d'une divulgation plutôt que d'une limitation. Bien entendu, divers aménagements, modifications et améliorations pourront être apportés à l'exemple ci-dessus, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS1. Procédé de reminéralisation et de correction de pH pour une eau produite par une pile à combustible embarquée dans un aéronef, CARACTÉRISÉ EN CE QU'il consiste à 5 dériver une partie de l'eau produite par la pile vers au moins un réservoir de traitement (200) contenant un réactif à saturation et à mélanger le flux d'eau traitée issue du réservoir de traitement (200) avec le flux d'eau non dérivé afin d'obtenir une eau avec la minéralisation 10 et le pH souhaités. 2. Dispositif (D) permettant de mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend un premier réservoir répartiteur (100) dans lequel arrive l'eau déminéralisée issue de la pile et d'où 15 partent au moins deux conduites (110, 120) : une première conduite (110) débouche dans un deuxième réservoir de traitement (200) comprenant un réactif à saturation (R) avec lequel l'eau entre en contact à des fins de reminéralisation et/ou de correction 20 de pH, l'eau ainsi traitée étant évacuée vers une troisième conduite (210), - une deuxième conduite (120) laisse circuler une eau directement issue du premier réservoir (100) et est rejointe par l'eau traitée issue du deuxième réservoir 25 (200) à des fins de mélange. 3. Dispositif (D') permettant de mettre en oeuvre le procédé selon la revendication 1, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend un premier réservoir répartiteur (100') dans lequel arrive l'eau déminéralisée issue de la pile et 30 d'où part trois conduites (110', 120', 130'): - deux conduites (110' et 120') débouchent chacune dans un réservoir différent de traitement (200a' et 200b') comprenant un réactif à saturation (R1, et R2) avec lequel l'eau entre à contact, l'eau ainsi traitée étant évacuée 35 vers une quatrième (210a') et une cinquième conduite (210b'),- 9 - - une troisième conduite (130') laisse circuler une eau directement issue du premier réservoir (100') et est rejointe par l'eau traitée issue des deux réservoirs de traitement (200a', 200b') à l'intérieur d'un réservoir de mélange (300') à des fins de mélange. 4. Dispositif (D') selon la revendication 3, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'un premier réservoir de traitement (200a') comprend un réactif à saturation (R1) assurant la reminéralisation et le deuxième réservoir de traitement (200b') comprend un réactif à saturation (R2) assurant la correction du pH. 5. Dispositif (D, D') selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'une ou plusieurs conduites sont équipées d'un module de 15 régulation de débit (500, 500'). 6. Dispositif (D, D') selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'une ou plusieurs conduites sont équipées d'un module de filtration (400, 400'). 20 7. Dispositif (D, D') selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE le réactif à saturation contient les éléments suivants associés ou non : - carbonate de calcium, hydroxyde de calcium, 25 - bicarbonates, - carbonates, - acide sulfurique. 8. Dispositif (D, D') selon l'une quelconque des revendications 2 à 7,CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QU'il comprend des 30 moyens de mesure de la minéralisation et du pH en sortie de dispositif communiquant les données à un automate de contrôle de module(s) de régulation de débit. 9. Dispositif (D, D') selon l'une quelconque des revendications 2 à 8, CARACTÉRISÉ PAR LE FAIT QUE les réservoirs de 35 traitement (200, 200a', 200b') sont détachables et interchangeables.