Brevet FR3049474A1 — publié le 20171006

L'invention concerne les dispositifs de filtration de l'eau aux points de puisage des eaux sanitaires, en particulier dans les services hospitaliers et autres établissements recevant du public. Ces dispositifs peuvent notamment se présenter sous la forme d'un mo- dule à monter sur un bec de robinet, ou d'une douchette à monter sur un flexible de douche, ces exemples n'étant bien entendu pas limitatifs. Il s'agit d'assurer la sécurisation microbiologique de l'eau des réseaux sanitaires. On sait en effet que la maitrise des infections nosocomiales est l'une des principales priorités pour les établissements de santé et la mai- trise des légionelles pour les établissements recevant du public. Une grande partie de ce type d'infections est véhiculée via l'eau chaude ou froide du réseau sanitaire, et la sécurisation des équipements de distribution de l'eau est une des techniques les plus efficaces dans la lutte contre les microorganismes hydriques, plus particulièrement par mise en place de systèmes de filtration aux points d'usage de l'eau sanitaire, en équi- pant de dispositifs de filtration les douches, robinets, postes de lavage des mains, etc. Ces applications spécifiques ne sont bien entendu pas limitatives de l'invention, qui peut également être mise en oeuvre dans d'autres con- textes par exemple pour produire de l'eau potable, améliorer les qualités organoleptiques de l'eau dans les applications domestiques par l'élimination de composés chimiques de l'eau, chlore, calcaire, etc. ou toute autre application industrielle ou domestique. Ces dispositifs de filtration mettent en oeuvre une cartouche filtrante en- fermée dans un carter et traversée par l'eau à filtrer. La cartouche est ty- piquement une cartouche de microfiltration, notamment de microfiltration sur membranes en fibres creuses, technique qui est aujourd'hui reconnue comme particulièrement performante et économique pour la purification de l'eau dans les domaines tant professionnels que domestiques. En ef- fet, la microfiltration permet d'éliminer non seulement les particules de pe- tite dimension, mais également les organismes pathogènes, grâce à l'utilisation de fibres creuses dont le seuil de coupure peut descendre jusqu'à 0,1 pm. On notera à cet égard que l'invention n'est pas limitée à la seule microfiltration, mais peut être également appliquée à l'ultrafiltration (seuil 3049474 2 de coupure des fibres compris entre 0,1 et 0,01 pm) et à la nanofiltration (seuil de coupure des fibres compris entre 0,01 et 0,001 pm). Le FR 2 961 714 Al (Aqua-Tools) décrit un tel dispositif de filtration d'eau, comprenant, de manière en elle-même connue : 5 - un corps enveloppe, avec une paroi latérale, une paroi supérieure et une paroi inférieure, la paroi supérieure comprenant une arrivée d'eau à filtrer et la paroi inférieure étant une paroi pourvue d'un ou plusieurs orifices de sortie d'eau filtrée ; et - logé à l'intérieur du corps enveloppe, un bloc filtrant comprenant : 10 une cartouche filtrante de microfiltration ; et un carter avec un volume intérieur enfermant la cartouche filtrante, le carter comportant une paroi latérale de confinement de la cartouche et étant ouvert vers le haut pour la réception de l'eau à filtrer et ouvert vers le bas pour la délivrance de l'eau filtrée. 15 L'une des limites de ces dispositifs réside dans leur capacité à traiter des volumes d'eau importants sans colmatage de la cartouche ou, en d'autres termes, à assurer une durée de vie suffisamment longue avant échange du dispositif ou changement de la cartouche filtrante, opérations particulièrement pénalisantes, tant du point de vue de la surveillance (nécessité 20 de vérifier systématiquement tous les points de puisage d'eau et, si né- cessaire, de démonter l'élément filtrant pour changer la cartouche) que du point de vue économique. Un but de l'invention est de proposer un nouvel agencement d'élément filtrant qui permette d'obtenir, de manière très simple et économique, une 25 durée de vie sensiblement plus longue que celle des dispositifs de filtrage connus. Un autre but de l'invention est de proposer un tel élément filtrant qui puisse assurer un auto-nettoyage permanent de la cartouche filtrante, permettant à cette dernière, à pression constante, de conserver beaucoup 30 plus longtemps ses propriétés initiales sans perte de débit, et de filtrer un volume d'eau plus important dans le temps. Ces buts sont atteints, conformément à l'invention, par un élément filtrant du type connu précité, dans lequel : 3049474 3 - le carter comporte en outre en partie supérieure un pare-carter en forme de couvercle muni de perforations permettant le passage de l'eau à filtrer vers la cartouche filtrante ; - un volume de détente de l'eau à filtrer est ménagé dans l'élément fil- 5 trant entre le pare-carter et la paroi supérieure du corps enveloppe, ce volume de détente s'interposant entre l'arrivée d'eau et les orifices du pare-carter de manière à engendrer un dégazage et un tourbillonnement de l'eau à filtrer dans le volume de détente avant son admission dans le bloc filtrant ; 10 - un espace périphérique est ménagé entre la paroi latérale du carter et la paroi latérale du corps enveloppe, cet espace périphérique étant en communication en partie supérieure avec le volume de détente ; et - la paroi latérale du carter comporte une pluralité de trous de mise en communication du volume intérieur du carter avec l'espace périphé- 15 rique, le nombre et la dimension des trous étant choisis de manière à permettre, à la pression d'admission nominale de l'eau courante à fil- trer, une recirculation d'une fraction minoritaire de l'eau à filtrer admise par les perforations du pare-carter et traversant la cartouche filtrante, en retour vers le volume de détente via l'espace périphérique. 20 Selon diverses caractéristiques subsidiaires avantageuses : - la pluralité des trous de la paroi latérale du carter sont circonférentiellement répartis de façon régulière et situés à une même hauteur de la paroi latérale ; - la pluralité des trous de la paroi latérale du carter sont situés dans la 25 moitié supérieure de la paroi latérale ; - la paroi latérale du carter comporte 4 à 8 trous circonférentiellement répartis de façon régulière, chacun des trous ayant un diamètre compris entre 10 et 13 mm, pour un carter logeant une cartouche filtrante de diamètre 60 à 70 mm et de hauteur 30 à 45 mm ; 30 - la largeur en direction radiale de l'espace périphérique est inférieure à 2 mm ; - ladite fraction minoritaire de l'eau à filtrer sujette à recirculation est comprise entre 10 % et 20 % ; - le diamètre des perforations du pare-carter est inférieur à 2 mm ; 3049474 4 - le pare-carter comporte au moins 300 perforations de diamètre inférieur à 2 mm, pour un carter logeant une cartouche filtrante de diamètre 60 à 70 mm ; - la paroi supérieure du corps enveloppe comprend un embout de mon- 5 tage sur un bec de robinet et de mise en communication étanche avec l'arrivée d'eau à filtrer ; - la paroi supérieure du corps enveloppe comporte un prolongement latéral formant poignée de douchette, dont l'extrémité distale comprend un embout de montage sur un flexible de douche et de mise en com- 10 munication étanche avec l'arrivée d'eau à filtrer. 0 On va maintenant décrire un exemple de mise en oeuvre de l'invention, en 15 référence aux dessins annexés où les mêmes références désignent d'une figure à l'autre des éléments identiques ou fonctionnellement semblables. La Figure 1 est une vue éclatée d'un élément filtrant selon l'invention, en forme de filtre de robinet. Les Figures 2a à 2c illustrent trois variantes possibles de l'élément filtrant 20 de la Figure 1, pour la production de jets de sortie de formes différentes. La Figure 3 est une coupe par un plan axial de l'élément filtrant de la Figure 1. La Figure 4 est une vue éclatée d'un élément filtrant selon l'invention, en forme de douchette. 25 La Figure 5 est une coupe par un plan axial de l'élément filtrant de la Fi- gure 4. 0 Les Figures 1 et 3 illustrent un mode de réalisation de l'invention, sous 30 forme d'un élément filtrant adaptable à un bec de robinet délivrant l'eau à filtrer. Cet élément filtrant 10 comprend un corps-enveloppe 12 en forme de cloche, avec une paroi latérale 14 et une paroi supérieure 16, l'ensemble étant fermé en bas par une paroi inférieure 18. L'eau à filtrer est admise par une arrivée d'eau 20 en forme d'embout permettant le montage sur un 3049474 5 bec de robinet, de manière que l'eau à filtrer soit mise en communication étanche avec le volume intérieur du corps-enveloppe. L'eau filtrée est expulsée au niveau de la paroi inférieure 18, qui est par exemple munie de perforations 19 permettant de délivrer l'eau filtrée sous 5 forme d'un jet de type douche. D'autres formes de sorties d'eau sont toutefois envisageables, et les Figures 2a à 2c illustrent diverses variantes possibles 18, 18' et 18" de la paroi inférieure, respectivement : avec une multitude de perforations 19 comme illustré sur la Figure 1 pour une sortie de type jet-douche ; avec 10 une ouverture centrale unique pour une sortie de type jet droit ; ou encore avec un raccord étanche pour une sortie en ligne autorisant le branchement d'un accessoire (tube, raccord flexible, etc.) en aval de l'élément filtrant 10. Le corps-enveloppe 12 enferme un ensemble de bloc filtrant 21, échan- 15 geable ou non. Le bloc filtrant 21 comprend une cartouche filtrante 22 enfermée dans un carter 24. La cartouche filtrante est avantageusement une cartouche de microfiltra- tion réalisée à partir de fibres creuses dont le seuil de coupure est infé- 20 rieur à 1,5 pm, de préférence de l'ordre de 0,1 pm, le matériau constituant les fibres creuses étant par exemple choisi parmi des composés sulfonés ou fluorés, en eux-mêmes connus. Les dimensions de la cartouche filtrante sont calculées en fonction des caractéristiques des fibres (nombre, diamètre, longueur), du débit de l'eau 25 à traiter et de la pression d'admission. Pour une application typique au fil- trage de l'eau d'un réseau de distribution courant, on peut utiliser une cartouche de diamètre 60 à 70 mm et de hauteur 30 à 45 mm. Les indications chiffrées données plus bas à titre d'exemple le seront en référence à ce type de cartouche filtrante typique. 30 Le carter 24 définit un volume intérieur 25 dans lequel est logée la car- touche 22, qui est enveloppée par une paroi latérale 26 du carter. De façon caractéristique de l'invention, le bloc filtrant 21 comprend également un pare-carter 28 en forme de couvercle perforé venant coiffer le carter 24 dans sa partie supérieure, et tourné vers la paroi supérieure 16 35 du corps-enveloppe 12. Le pare-carter 28 est muni d'un grand nombre de 3049474 6 perforations 30, typiquement au moins 300 perforations, par exemple 370 perforations, de diamètre inférieur à 2 mm chacune dans l'exemple donné plus haut d'une cartouche filtrante 22 de diamètre 60 à 70 mm. Le pare-carter 28 est monté sur le carter 24 par exemple au moyen de pattes 22 5 encliquetées dans des évidements homologues formés sur la paroi laté- rale 26 du carter 24. En partie inférieure, le carter 24 présente un rebord périphérique 34 coopérant avec un rebord périphérique inférieur homologue 36 de la paroi inférieure 18 du corps-enveloppe 12. Ces deux éléments sont assemblés 10 entre eux ainsi qu'au rebord périphérique 38 de la paroi latérale 14 du corps-enveloppe 12 par exemple par soudure aux ultrasons, dans le cas où le filtre de robinet est un filtre non démontable, à usage unique. En variante, ces éléments peuvent être des éléments déboitables, dans le cas où l'on souhaiterait pouvoir échanger le bloc filtrant 21 (cartouche filtrante 15 22 et son carter 24), en conservant le corps-enveloppe 12. De façon également caractéristique de l'invention, des trous 40 sont ménagés dans la paroi latérale 26 du carter, par exemple 4 à 8 trous de 10 à 13 mm de diamètre, pour une cartouche ayant les dimensions typiques indiquées plus haut de 60 à 70 mm de diamètre pour une hauteur de 30 à 20 45 mm. Ces trous sont de préférence répartis circonférentiellement de fa- çon régulière, et situés dans la moitié supérieure de la paroi latérale 26 (c'est-à-dire la moitié située la plus proche de la paroi supérieure 16 du corps-enveloppe 14). Selon encore une autre caractéristique de l'invention, un volume 42, ci- 25 après dénommé volume de détente, est ménagé entre la face extérieure du pare-carter 28 et la face intérieure de la paroi supérieure 16 du corps- enveloppe 12. De plus, un espace périphérique 44 est ménagé entre la face extérieure de la paroi latérale 26 du carter 24 et la face intérieure de la paroi latérale 14 du corps-enveloppe 12. En direction axiale, cet espace 30 périphérique 44 est ménagé au moins dans la région des trous 40, et en partie supérieure il débouche dans le volume de détente 42. En direction radiale, la largeur de cet espace périphérique 42 est relativement faible, de préférence inférieure à 2 mm. On va maintenant décrire la manière dont fonctionne du point de vue hy- 35 drodynamique l'élément filtrant que l'on vient de décrire. 3049474 7 Le rôle du pare-carter 28 est double : en premier lieu, il permet de définir un volume intercalaire (le volume de détente 42) entre l'arrivée d'eau 20 et la surface d'admission d'eau de la cartouche filtrante 22. Cette surface est protégée par le pare-carter 28, et celui-ci assure une diffusion uniforme de 5 l'eau à filtrer sur la cartouche filtrante 22 via le volume de détente 42 et les perforations multiples 30. En d'autres termes, le pare-carter 28 casse le jet d'entrée d'eau incident venant de l'arrivée 20 et protège la face supérieure de la cartouche filtrante 22. En second lieu, la présence d'un volume de détente 42, en aval de l'arri- 10 vée d'eau et en amont de l'admission d'eau dans la cartouche filtrante, produit un dégazage de l'eau arrivant sous pression par l'arrivée 20 et un tourbillonnement de l'eau et des bulles dans ce volume 42 du fait de la présence du pare-carter 28. L'eau admise par l'arrivée d'eau (flèche A) est ainsi détendue et dégazée 15 dans le volume 42, puis régulièrement répartie par les perforations 30 du pare-carter 28 sur la face supérieure (face d'entrée) de la cartouche filtrante 22 (flèches B). Du fait de la présence des trous latéraux 40, une fraction de l'eau ayant pénétré dans le bloc filtrant 22 et ayant partiellement traversé la cartouche 22 est renvoyée hors du carter 24 (flèches C) 20 et recirculée via l'espace périphérique 44 vers le volume de détente 42 (flèches D). Le reste du flux d'eau, qui constitue la majeure partie de celui-ci, traverse le reste de la cartouche filtrante 22 (flèches E) et est expulsé vers l'extérieur, après filtration, au travers des perforations 19 de la paroi inférieure 18 du corps-enveloppe 12. 25 Le nombre, la dimension et la position des trous latéraux 40, ainsi que les dimensions de l'espace périphérique 44, sont choisis de manière que le flux d'eau recirculé via les trous 44 (flèches C et D) soit une fraction minoritaire, de l'ordre de 10 à 20 %, typiquement 15 %, du débit total incident provenant de l'arrivée d'eau (flèche A). 30 Les trous 40 permettent ainsi de favoriser une recirculation (flèches C et D) de l'eau à hauteur de 15 % environ à l'intérieur de la cartouche filtrante 22, notamment de la partie supérieure de celle-ci qui est la plus sujette au colmatage. Le reste de l'eau (flèches E) s'écoule sans recirculation de haut en bas à proportion de 85 % environ. La recirculation permet un 35 auto-nettoyage permanent de la cartouche filtrante 22 (élimination des 3049474 8 débris, particules, etc.). Le dégazage réalisé dans le volume de détente 42 et le tourbillonnement de l'eau dans ce volume favorisent particulièrement ce phénomène de recirculation et d'auto-nettoyage de la cartouche filtrante via les trous 40. 5 Cet auto-nettoyage et décolmatage permanent de la cartouche filtrante, qui n'induit qu'une faible perte de débit (de l'ordre de 15 % seulement) permet, par rapport à une cartouche neuve, de conserver au cours du temps d'excellentes performances en termes de caractéristiques débit/volume filtré, pour une pression d'admission constante. 10 Il en résulte une très longue durée d'utilisation avant remplacement de la cartouche ou du filtre de robinet, typiquement une durée supérieure à 80 jours dans des conditions d'utilisation courante d'un robinet de distribution d'eau utilisé en milieu hospitalier. Les Figures 4 et 5 illustrent un autre mode de réalisation de l'invention, où 15 l'élément filtrant est réalisé sous forme d'une douchette à raccorder à un flexible d'arrivée d'eau à filtrer. Ce mode de réalisation ne sera pas décrit en détail, dans la mesure où, comme on peut le voir sur les figures, les divers éléments décrits plus haut sont structurellement et fonctionnellement semblables, et sont dési20 gnés par les mêmes références numériques. La seule différence réside dans le fait que le corps-enveloppe 12, au lieu d'une arrivée d'eau axiale, est prolongé latéralement par un élément 46 monobloc formant poignée de douchette, dont l'extrémité distale comprend un embout 48 de montage sur un flexible de douche. De ce fait, 25 l'eau à filtrer (flèche A) est admise latéralement dans le volume de détente 42, au lieu de l'être axialement, l'ensemble étant structurellement et fonctionnellement identique pour le reste à ce qui a été décrit plus haut en référence aux Figures 1 et 3. REVENDICATIONS1. Un élément filtrant (10) pour la filtration de l'eau courante, comprenant : - un corps enveloppe (12), avec une paroi latérale (14), une paroi supérieure (16) et une paroi inférieure (18), la paroi supérieure comprenant une arrivée d'eau (20) à filtrer et la paroi inférieure étant une paroi pourvue d'un ou plusieurs orifices (19) de sortie d'eau filtrée ; et - logé à l'intérieur du corps enveloppe, un bloc filtrant (21) comprenant : une cartouche filtrante (22) de microfiltration ; et un carter (24) avec un volume intérieur (25) enfermant la cartouche filtrante, le carter comportant une paroi latérale (26) de confinement de la cartouche et étant ouvert vers le haut pour la réception de l'eau à filtrer et ouvert vers le bas pour la délivrance de l'eau filtrée, caractérisé en ce que : - le carter comporte en outre en partie supérieure un pare-carter (28) en forme de couvercle muni de perforations (30) permettant le passage de l'eau à filtrer vers la cartouche filtrante ; - un volume de détente (42) de l'eau à filtrer est ménagé dans l'élément filtrant entre le pare-carter et la paroi supérieure du corps enveloppe, ce volume de détente s'interposant entre l'arrivée d'eau et les orifices du pare-carter de manière à engendrer un dégazage et un tourbillon- nement de l'eau à filtrer dans le volume de détente avant son admis- sion dans le bloc filtrant ; - un espace périphérique (44) est ménagé entre la paroi latérale du carter et la paroi latérale du corps enveloppe, cet espace périphérique étant en communication en partie supérieure avec le volume de dé- tente ; et - la paroi latérale du carter comporte une pluralité de trous (40) de mise en communication du volume intérieur du carter avec l'espace périphérique, le nombre et la dimension des trous étant choisis de manière à permettre, à la pression d'admission nominale de l'eau courante à fil- trer, une recirculation (C) d'une fraction minoritaire de l'eau à filtrer (A) admise (B) par les perforations du pare-carter et traversant la cartouche filtrante, en retour (D) vers le volume de détente via l'espace périphérique. 3049474 10 2. L'élément filtrant de la revendication 1, dans lequel la pluralité des trous (40) de la paroi latérale du carter sont circonférentiellement répartis de façon régulière et situés à une même hauteur de la paroi latérale. 5 3. L'élément filtrant de la revendication 1, dans lequel la pluralité des trous (40) de la paroi latérale du carter sont situés dans la moitié supérieure de la paroi latérale. 10 4. L'élément filtrant de la revendication 1, dans lequel la paroi latérale du carter comporte 4 à 8 trous (40) circonférentiellement répartis de façon régulière, chacun des trous ayant un diamètre compris entre 10 et 13 mm, pour un carter logeant une cartouche filtrante de diamètre 60 à 70 mm et de hauteur 30 à 45 mm. 15 5. L'élément filtrant de la revendication 1, dans lequel la largeur en direction radiale de l'espace périphérique (44) est inférieure à 2 mm. 6. L'élément filtrant de la revendication 1, dans lequel ladite fraction mino- 20 ritaire de l'eau à filtrer sujette à recirculation est comprise entre 10 % et 20 %. 7. L'élément filtrant de la revendication 1, dans lequel le diamètre des perforations (30) du pare-carter (28) est inférieur à 2 mm. 8. L'élément filtrant de la revendication 1, dans lequel le pare-carter (28) comporte au moins 300 perforations (30) de diamètre inférieur à 2 mm, pour un carter (24) logeant une cartouche filtrante (22) de diamètre 60 à 70 mm. 9. L'élément filtrant de la revendication 1, dans lequel la paroi supérieure (16) du corps enveloppe (12) comprend un embout (20) de montage sur un bec de robinet et de mise en communication étanche avec l'arrivée d'eau à filtrer. 25 30 3049474 11 10. L'élément filtrant de la revendication 1, dans lequel la paroi supérieure (16) du corps enveloppe (12) comporte un prolongement latéral (46) formant poignée de douchette, dont l'extrémité distale comprend un embout (48) de montage sur un flexible de douche et de mise en communication 5 étanche avec l'arrivée d'eau à filtrer.