Brevet FR2979339A1 — publié le 20130301

La présente invention concerne des purificateurs d'eau à usage domestique fonctionnant par osmose inverse sans rejet d'eau. Elle permet de supprimer la plupart des opérations de maintenance de ces appareils en multipliant la durée de vie des pré filtres anti-chlore. Parmi les technologies utilisées pour purifier l'eau afin de lui conférer une qualité alimentaire optimisée, l'une des plus efficaces est l'osmose inverse qui consiste, au moyen d'une pression exercée sur le liquide à purifier, à forcer celui-ci à traverser un filtre membranaire capable de bloquer la quasi totalité des éléments dissous dans le liquide. Afin d'éviter que les éléments arrêtés par le filtre membranaire ne colmatent celui-10 ci, il est nécessaire que la surface amont du filtre membranaire - autrement dénommé membrane d'osmose - soit rincée par un flux d'eau au moins trois ou quatre fois plus important que celui filtré à travers la membrane. Cette nécessité est à l'origine d'importants gaspillages d'eau, car les osmoseurs les plus primitifs rejettent directement cette eau à l'égout. 15 En plus de ce besoin de rinçage, les membranes d'osmose doivent être protégées du chlore souvent présent dans l'eau des réseaux d'adduction par des pré-filtres qui éliminent ou neutralisent ce puissant oxydant. Quatre principales architecture d'osmoseurs domestiques sont actuellement existantes : 20 Type n°1 : Les plus simples des purificateurs d'eau qui fonctionnent selon la technologie de l'osmose inverse utilisent comme seule source d'énergie la pression existant dans les réseaux d'adduction d'eau. Toute l'eau nécessaire au rinçage de la membrane est alors rejetée à l'égout. Lorsque l'eau purifiée est stockée dans un réservoir pressurisé, on constate que la 25 contre pression existant dans ce réservoir pénalise le rendement de l'osmoseur et fait que le volume d'eau consommé est souvent six à sept fois supérieur à celui de l'eau filtrée récupérée ce qui représente un gaspillage écologiquement intolérable. Type n°2 : Un dispositif breveté (W0/2007/115987 - US 5660716) est capable de récupérer la pression résiduelle existant en sortie de membrane pour pousser l'eau filtrée 30 à l'intérieur d'un réservoir de stockage pressurisé, ce qui peut permettre de réduire cette proportion à trois ou quatre litres pour un litre d'eau filtrée récupérée. Cela reste encore un important gaspillage. Type n°3 : Si l'on utilise en complément une énergie autre que la pression existant dans le réseau d'adduction - en pratique celle d'une pompe électrique - il est possible de 35 constituer un circuit en by-pass à l'intérieur de l'osmoseur afin de recycler plusieurs fois l'eau qui alimente la membrane tout en conservant un balayage optimum de sa surface. Grâce à ce procédé, il est possible de ne rejeter qu'une fraction de l'eau à chaque cycle et -2- de réduire en moyenne la proportion d'eau perdue à plus ou moins un litre pour un litre filtré. Type n°4 : Des dispositifs encore plus élaborés (brevets n° WO 96/05908 A, FR 99 00577 et US 4 332 685 A) pompent toute l'eau qui alimente la membrane d'osmose dans 5 un réservoir tampon et renvoient ensuite l'eau non filtrée par cette membrane dans ce même réservoir. Un second circuit est constitué qui traverse aussi ce réservoir tampon afin que tout ou partie de l'eau consommée dans une maison pour des usages domestiques ordinaires traverse préalablement ce même réservoir tampon et renouvelle régulièrement son contenu. Ce type de montage permet d'obtenir de l'eau filtrée de haute 10 qualité alimentaire avec un recyclage total de l'eau non filtrée ; donc sans aucun rejet ni quelconque perte d'eau. Il faut noter que la quantité d'eau filtrée pour des usages alimentaires est considérablement plus petite que la quantité d'eau utilisée pour les toilettes ou les lavages, ce qui fait que les caractéristiques de cette dernière ne sont modifiées que de 15 façon négligeable par l'eau recyclée. Dans le quatrième et dernier cas décrit ci avant, comme dans tous les cas ou l'on désire purifier grâce à une membrane d'osmose de l'eau venant du réseau public, il est nécessaire d'en éliminer préalablement le chlore au moyen de pré filtres afin d'éviter la destruction de cette membrane par ce puissant oxydant. 20 Dans le cas de l'osmoseur sans rejet d'eau décrit en quatrième lieu, la totalité de l'eau pompée dans le réservoir tampon traverse les filtres anti-chlore avant d'alimenter la membrane. L'innovation revendiquée dans la présente demande de brevet réside en ce que le purificateur par osmose inverse revendiqué ici utilise un réservoir tampon de la même 25 manière que l'osmoseur sans rejet d'eau de type 4, mais possède en plus un circuit de recyclage - ou by-pass - parallèle à ce réservoir tampon. Ce by-pass évite à une grande partie de l'eau de traverser le réservoir tampon à chaque cycle et réduit au strict nécessaire l'aspiration et le renvoi d'eau dans ce dernier. La majeure partie de l'eau est renvoyée directement à l'entrée de la pompe et ne passe pas à travers les pré filtres anti- 30 chlore dont la durée de vie est ainsi multipliée trois ou quatre, tout en évitant une inutile déchloration de l'eau utilisée pour des usages non alimentaires. La multiplication de la durée de vie des pré filtre anti-chlore dans un osmoseur sans rejet d'eau est la principale raison d'être du procédé faisant l'objet de la présente demande de brevet. 35 A noter que dans un osmoseur domestique le pré filtre anti chlore est généralement constitué par du charbon actif dont le remplacement annuel coûteux est obligatoire - ne serait-ce que pour limiter sa colonisation par des micro-organismes. Dans -3- le modèle décrit et revendiqué ici, on peut préférer des particules filtrantes polymétalliques qui travaillent par catalyse et ne s'infectent pas pour obtenir une production sans entretien de ±30 000 litres d'eau pour un osmoseur domestique de capacité ordinaire. Grâce cet ultime perfectionnement, il est possible de fabriquer des osmoseurs peu coûteux capables de fournir une eau parfaitement saine et diurétique à un prix de revient effectif jusqu'à dix fois moindre que les moins onéreuses des eaux en bouteilles en vente actuellement. La production moyenne de 30 000 litres d'eau pour un osmoseur domestique de capacité ordinaire représentera une économie de 20 000 bouteilles en plastique de 1,5 litres et évitera le rejet à l'égout d'au moins 90 m3 d'eau. Ecologiquement, ce résultat n'est pas discutable. La figure 1 représente l'architecture d'un osmoseur construit selon l'invention dans son expression la plus courante. Les figures 2, 3, 4 et 5 représentent des variantes de détails dans l'architecture 15 d'osmoseurs construits selon l'invention. La figure 6 représente un osmoseur construit selon l'invention avec son réservoir tampon partiellement rempli d'un média susceptible d'apporter un traitement complémentaire à l'eau. La figure 7 représente plus spécifiquement un osmoseur selon l'invention construit 20 en symbiose avec un adoucisseur d'eau avec résine échangeuse d'ions. En référence à la figure 1, lorsqu'il est en marche, le système de purification par osmose inverse sans pertes d'eau ici revendiqué renouvelle l'eau nécessaire à son fonctionnement par aspiration dans un réservoir tampon (1) par l'intermédiaire d'un circuit (2) et d'un pré filtre (3) au moyen d'une pompe (5). Cette eau est injectée et maintenue 25 sous pression sur la membrane d'osmose (6). Cette membrane filtre une fraction de l'eau reçue qu'elle distribue à travers un circuit (7) en vue de son utilisation. Par l'intermédiaire d'une tuyauterie (8) elle renvoie la plus grande partie de cette eau reçue et non filtrée vers deux circuits différents en vue de son recyclage. Lorsque la pompe (5) est en marche, le premier de ces deux circuits (11) - 30 élément qui fait novation et caractérise la nouveauté du système de purification ici décrit recycle directement la plus grande partie de cette eau depuis la sortie de la membrane (8) jusqu'à l'entrée de la pompe (5) en évitant les pré filtres (3). Le second circuit de recyclage (13) force une plus faible partie de cette eau de rinçage à retourner dans le réservoir tampon (1) pour y être régénérée avant d'être à nouveau aspirée par la pompe 35 (5) à travers le circuit (2). Des restricteurs de flux (9) et (10) sont intercalés dans les circuits de recyclage (11) et (13) afin de doser les proportions de liquide devant transiter à travers chacun de -4- ces deux circuits. Il est aussi possible de placer le restricteur de flux (9) directement en sortie de membrane sur le circuit (8). Cette variante ne modifie pas la circulation de l'eau, à condition que le tarage des deux restricteurs soit ajusté en conséquence. Le réservoir tampon (1) sert parallèlement de lieu de transit à tout ou partie de 5 l'eau utilisée dans une maison pour des usages pour lesquels l'eau purifiée n'est pas nécessaire. A l'intérieur de ce réservoir (1) un échange se produit entre l'eau sortant du système d'osmose et le relativement grand volume d'eau en transit dans le réservoir (1), ce qui a pour effet de maintenir la concentration d'éléments dissous dans l'eau à un niveau acceptable pour la membrane d'osmose. A chaque fois que l'on tire pour un usage 10 ordinaire tout ou partie de l'eau non purifiée en transit dans le réservoir (1) le contenu de ce dernier se trouve régénéré par l'eau de remplacement en provenance du réseau d'adduction ou d'autre origine. Une valve d'admission (4) (par exemple une électrovanne) est montée sur le circuit d'arrivée d'eau (2) et un clapet anti-retour (12) est monté sur le circuit de renvoi d'eau 15 (13), ces deux éléments étant destinés à isoler la membrane de la pression du réseau lorsque la pompe n'est pas en marche. Les déclenchements de la pompe (5), de la valve (4), ainsi que la gestion de l'eau purifiée issue de la membrane (7) sont effectués conformément aux techniques connues couramment utilisées dans les purificateurs par osmose inverse (par exemple par un pressostat). 20 En référence à la figure 2, le circuit ainsi décrit diffère en ce que le restricteur de flux (9) n'est pas placé sur le circuit en by-pass (11), mais directement en sortie de membrane sur le circuit (8). En référence à la figure 3, le circuit ainsi décrit diffère en ce que la valve d'admission (4) est positionnée après les pré filtres (3), à la différence de la figure 1 où 25 elle est placée avant. En référence à la figure 4, le circuit ainsi décrit diffère des précédents en ce que la valve d'admission (4) est positionnée après la pompe (5), ce qui nécessite la présence d'un clapet anti-retour (16) sur le circuit de recyclage (11) afin d'éviter l'entrée d'eau lorsque une pression existe dans le circuit (2) et que la pompe (5) n'est pas en service. 30 En référence à la figure 5, le circuit ainsi décrit est caractérisé en ce que la valve d'admission (4) s'ouvre sous l'effet de la pression induite par le fonctionnement de la pompe (5). Dans ce cas particulier, un circuit supplémentaire (17) dans lequel aucun transit d'eau ne s'effectue est nécessaire afin d'équilibrer des pressions dans cette valve et permettre son fonctionnement correct. 35 En référence aux figures 6 et 7, le circuit est caractérisé en ce que le réservoir tampon (1) est partiellement rempli d'un élément actif - comme par exemple une résine échangeuse d'ions. Dans ce cas, des crépines (14) doivent être placées en entrée et en -5- sortie dudit réservoir afin d'éviter l'évasion de son contenu non liquide. Dans le cas particulier d'utilisation de résine échangeuse d'ions, le réservoir tampon (1) peut être constitué par (ou devenir) la bouteille d'un adoucisseur d'eau. Comme le montrent les figures n°6 et 7, en cas d'introduction dans le circuit d'un élément actif, et spécifiquement dans ce cas particulier, il est nécessaire que l'eau utilisée par le purificateur par osmose inverse soit captée en aval du réservoir (1) si l'on souhaite que ce purificateur profite du traitement. Dans tous les cas précédemment décrits le réservoir (1) peut être matérialisé par tout ou partie d'un appareil ou d'un circuit extérieur pré-existant ou spécifiquement installé en même temps que la partie principale de l'osmoseur pour le compléter comme, par exemple, un ballon d'eau froide, une installation de pompage avec réservoir tampon, le réservoir de résine échangeuse d'ions d'un adoucisseur d'eau, ou bien encore une tuyauterie de contenance suffisante, éléments qui, dans ces cas, assurent en plus de leur fonction habituelle la fonction du réservoir tampon (1) dans le système de purification ici décrit. Le purificateur d'eau dont l'architecture fait l'objet de la présente demande de brevet peut comporter des accessoires ou circuits supplémentaires quelconques - non représentés dans le présent document - uniquement destinés à faciliter l'usage ou optimiser le rendement du purificateur sans modifier le principe de fonctionnement décrit ci-avant, accessoires tels que vannes, instruments de mesure, lampes témoin, circuits de purge ou autres, dispositifs de rinçage de la membrane, membranes supplémentaires, filtres multiples et divers, etc. - En référence à la figure 5, l'une des façons de réaliser concrètement un purificateur d'eau par osmose inverse à double recyclage en conformité avec l'architecture revendiquée dans la présente demande de brevet consiste utiliser comme réservoir tampon (1) un ballon métallique pressurisé à l'intérieur duquel on fera transiter de l'eau pour les usages domestiques ordinaires. La valve d'admission (4) sera un dispositif hydraulique s'ouvrant uniquement sous l'effet de la pression générée par la pompe. La pompe (5) sera électrique et commandée par un pressostat - non représenté - placé sur le circuit d'eau pure (7). - En référence à la figure 6, une autre façon de réaliser concrètement un purificateur d'eau par osmose inverse à double recyclage en conformité avec l'architecture revendiquée dans la présente demande de brevet, consiste utiliser comme réservoir tampon (1) la bouteille contenant la résine échangeuse d'ions d'un adoucisseur d'eau ou - en considérant le même ensemble autrement - il est possible de dire que c'est l'existence du réservoir tampon de l'osmoseur qui permet de construire un adoucisseur destiné à traiter l'eau dans l'ensemble de la maison. La valve d'admission (4) sera matérialisée par -6- une électrovanne et la pompe (5) sera électrique, ces deux composants étant commandés par un pressostat - non représenté - placé sur le circuit d'eau pure (7). L'invention revendiquée est réalisable industriellement selon l'une ou l'autre des architectures décrites ci-avant à partir de fournitures disponibles dans le commerce, éventuellement complétées par quelques éléments spécifiques spécialement fabriqués dans le but d'optimiser la construction ou de parfaire la présentation de produits finis commercialisables. REVENDICATIONS1) Purificateur d'eau par osmose inverse fonctionnant sans rejet d'eau caractérisé en ce qu'il possède un circuit en by-pass (11) parallèle au réservoir tampon (1) dans lequel il aspire et refoule l'eau nécessaire à son fonctionnement ; ledit by-pass recycle directement la plus grande partie de l'eau qui n'a pas été filtrée à travers la membrane d'osmose et la renvoie directement à l'entrée de la pompe (5) afin d'économiser le pré filtre (3). 2) Purificateur d'eau selon la revendication n°1 caractérisé en ce que le restricteur 10 de flux (9) est placé sur le circuit (8) plutôt que sur le circuit (11). 3) Purificateur d'eau selon l'une ou l'autre des revendications précédentes caractérisé en ce que le réservoir tampon (1) traversé par tout ou partie de l'eau utilisée dans la maison est fermé et pressurisé. 4) Purificateur d'eau selon une ou plusieurs des revendications précédentes 15 caractérisé en ce que le pré filtre (3) qu'il comporte sur le circuit d'admission (2) est un pré filtre anti-chlore. 5) Purificateur d'eau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que le système de pré filtration (3), la vanne d'admission (4), et la pompe (5) se trouvent placés dans un ordre différent les uns par rapport aux autres 20 comme schématisé pour exemples non limitatifs sur les figures n° 1, 3, 4, et 5. 6) Purificateur d'eau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier recyclage de l'eau par le circuit (11) vers le circuit (2) se fait vers l'amont de la vanne d'admission (4) et qu'un clapet anti-retour (16) est alors monté sur le circuit (11), comme sur les figures n°4, 5 et 7, afin d'isoler la membrane 25 d'osmose (6) de la pression du réseau d'adduction lorsque le purificateur n'est pas en cours de fonctionnement. 7) Purificateur d'eau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce que la valve d'admission (4) placée après la pompe (5) s'ouvre sous l'effet de la pression induite par le fonctionnement de cette dernière. 30 8) Purificateur d'eau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'un produit actif ou média (15) se trouve placé à l'intérieur du réservoir (1), sans en occuper tout l'espace, afin d'apporter un traitement spécifique à la totalité de l'eau qui traverse ce réservoir, comme: exemplifié dans les figures n°6 et 7, et uniquement dans ce cas où il est impératif que l'eau utilisée par le purificateur soit captée en aval du 35 réservoir (1) si l'on souhaite que le purificateur profite du traitement, de même qu'il est nécessaire que des crépines (14) soient disposées en entrée et en sortie du réservoir (1) afin d'empêcher l'évasion de son contenu non liquide.-8- 9) Purificateur d'eau selon une ou plusieurs des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une partie des éléments permettant le fonctionnement de ce purificateur proviennent d'une utilisation secondaire de tout ou partie d'un appareil ou d'un circuit extérieur déjà existant, comme par exemple un ballon d'eau froide, ou bien une tuyauterie de capacité suffisante, ou encore un adoucisseur d'eau, appareils qui, dans ce cas, assurent en plus de leur fonction habituelle celle du réservoir tampon (1) dans le système de purification ici décrit.