Brevet FR3093103A1 — publié le 20200828

Description Titre de l'invention : APPAREIL DE TRAITEMENT D'EAU [0001] La présente invention concerne de manière générale un appareil de traitement d'eau, et en particulier un appareil de traitement d'eau chlorée. [0002] Le marché de l'eau potable est largement dominé par les traitements chlorés, seuls à combiner prix réduit et rémanence suffisante de désinfection pour affronter les longs réseaux de distribution. Dans certains pays (par exemple aux USA), les taux de chlore admis dans l'eau sont très élevés (0.8mg /1 contre 0.4mg/1 en Europe), de l'ordre de ling/1 dans l'eau distribuée au réseau. [0003] Le chlore possède plusieurs inconvénients, dont la création de sous-produits dangereux (chloramines (composés chimiques caractérisés par le groupement -N-C1), Trihalogénométhane, chloroforme etc, ...), et ces traitement chlorés possèdent un autre inconvénient : si le chlore ne sent pas très bon, son gout reste limité, les chloramines sont très odorantes et induisent un gout prononcé (et fort désagréable), qui ne disparait pas au bout d'une heure de mise à l'air. Contrairement à certaines idées reçues, une eau qui contient des chloramines peut demander au moins 24H d'aération pour une réduction partielle, ce qui laisserait la place à une recolonisation microbienne en cas de pratique. [0004] 11 est connu dans l'art antérieur des dispositifs de traitement, tels que les carafes filtrantes, mais comme vu ci-dessus, il faudrait laisser l'eau y stagner un long moment, ce qui peut provoquer des contaminations bactériennes, et de plus, de telles carafes filtrantes peuvent retenir des sels minéraux ou oligo-éléments pourtant bénéfiques pour le consommateur. [0005] Les solutions à base d'osmose inverse créent une eau quasi distillée, qui manque des sels minéraux essentiels, elles sont de plus couteuses en énergie et requièrent plus de consommables que les carafes filtrantes. [0006] L'ultrafiltration et la microfiltration sont inopérants sur le chlore dissous, ainsi bien sur que sur ses dérivés. [0007] Enfin, Les purificateurs à ultraviolet (UV-C) sont efficaces sur les bactéries, et peuvent dans une certaine mesure abattre le chlore (sous réserve d'une dose d'UV-C vingt fois plus importante...). Ces appareils sont soumis à un changement de lampe annuel (que l'on ne doit pas éteindre pour la préserver...), et leur longueur d'onde, efficace sur le chlore, l'est moins sur les chloramines. Les lampes jetables utilisent le mercure abondamment, ce qui procure un inconvénient supplémentaire. [0008] Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l'art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un appareil de traitement de l'eau chlorée simple, qui n'a pas d'incidence sur les oligo-éléments, et qui 2 peut rapidement traiter un volume d'eau à consommer pour lui retirer le goût désagréable du chlore et de ses dérivés. [0009] Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un appareil de traitement d'eau chlorée, comprenant : - un réservoir et un bouchon, agencés pour définir un volume fermé prédéterminé destiné à recevoir de l'eau chlorée à traiter, - au moins une source lumineuse agencée pour exposer le volume fermé prédéterminé à un rayonnement ultraviolet d'une longueur d'onde comprise dans un intervalle allant de 320 nm à 400 nm et préférentiellement de 325 nm à 395 nm, - un boîtier agencé pour recevoir le réservoir fermé avec le bouchon, de préférence de manière réversible, caractérisé en ce que le boîtier présente une paroi : - qui comprend une interface de fixation de ladite au moins une source lumineuse, et - qui comprend des moyens de refroidissement de ladite au moins une source lumineuse. [0010] Un tel appareil de traitement est simple à fabriquer, et permet un traitement rapide et efficace du volume prédéterminé pour retirer le goût du chlore à l'eau chlorée initialement introduite dans le réservoir qui est fermé pendant le traitement. La dite au moins une source lumineuse est agencée pour générer des rayons ultraviolet de type A, c'est-à-dire dont la longueur d'onde est comprise entre 320 nm (nanomètres) et 400 nm (nanomètres) et préférentiellement entre 325 nm et 395 nm. L'architecture générale de l'appareil est simple : il suffit d'un réservoir (amovible ou non), et de sources lumineuses pour exposer le contenu du réservoir aux rayons UV (de type A). [0011] En particulier, l'appareil est dépourvu de filtre, de cartouche filtrante ou micro filtrante. Les oligo-éléments ne sont donc pas retenus par un tel filtre. [0012] En particulier, l'appareil est dépourvu de moyens de génération et circulation d'ozone séparés, pour faire circuler de l'ozone gazeux dans le réservoir. [0013] En particulier, l'appareil est dépourvu de photo catalyseur, tel que du dioxyde de titane par exemple. [0014] Autrement dit, le fonctionnement de base de l'appareil vise à exposer l'eau à un rayonnement ultraviolet uniquement. Ainsi, l'exposition aux rayons ultraviolets provoque une disparition de l'odeur chlorée. L'exposition de l'eau à uniquement un rayonnement ultraviolet permet de traiter les molécules malodorantes. En d'autres termes, l'invention propose un appareil qui permet de faire disparaitre l'odeur chlorée uniquement en exposant l'eau dans un récipient fermé avec un rayonnement UV particulier, et ceci donc sans filtration, sans exposition à de l'ozone, ou sans utilisation de photo-catalyseur. [0015] En particulier, le chlore dans l'eau du robinet est présent notamment sous la forme 3 d'acide hypochloreux (HC10) et d'ions hypochloritcs (C10 ), et l'action du rayonnement UV provoque un abattement de ces molécules chlorées, en générant des radicaux libres : HOCI + rayonnement UV -> - OH + Cl - CIO + rayonnement UV -> 0 --+ Cl - Ainsi, les radicaux libres générés peuvent ensuite détruire (par oxydation, ou processus d'oxydation avancée) les autres molécules, et d'éventuels virus ou bactéries présents dans la solution en traitement. [0016] Enfin, les moyens de refroidissement directement assurés par la paroi permettent de limiter les échauffements, ce qui permet de garder une eau fraîche à boire directement. L'appareil global est dont très simple, et procure un usage aisé. [0017] Avantageusement, les moyens de refroidissement comprennent une portion de paroi du boîtier, agencée pour conduire de la chaleur vers l'extérieur du boîtier. On peut prévoir une portion de paroi ou toute la paroi en matériau très conducteur de la chaleur (un métal, un plastique chargé en carbone, en graphite ou en fibres métallique). La conduction de la chaleur générée par la ou les sources de lumière est alors directement évacuée vers l'extérieur. [0018] Avantageusement, la paroi du boîtier est formée en métal, de préférence en aluminium. [0019] Avantageusement, la paroi du boîtier comprend une rainure agencée pour recevoir ladite au moins une source lumineuse. [0020] Avantageusement, ladite au moins une source lumineuse comprend une embase et au moins une diode électroluminescente fixée sur l'embase, l'embase étant logée dans la rainure. [0021] Avantageusement, l'appareil de traitement comprend une pluralité d'embases, avec une pluralité de sources lumineuses fixées sur chaque embase. On peut prévoir alors une pluralité de rainures. [0022] Avantageusement, le boîtier comprend : - un corps principal, - un fond, - un couvercle, - au moins une bague transparente agencée entre le corps principal et le fond et/ou le couvercle, de sorte à permettre une conduction de lumière de l'intérieur du boîtier vers l'extérieur du boîtier. [0023] En d'autres termes, le boîtier comprend au moins une fenêtre transixifente aux rayons lumineux, de sorte à ce que l'utilisateur puisse voir aisément si l'appareil est en fonctionnement ou non. [0024] Avantageusement, le corps principal est un tube, de préférence formé par extrusion. [0025] Avantageusement, l'appareil de traitement comprend des moyens d'authentification du réservoir. [0026] Avantageusement, les moyens d'authentification comprennent : - une étiquette électronique solidaire du réservoir, et agencée pour stocker un identifiant du réservoir - des moyens de lecture de l'étiquette électronique, connectés à une unité de commande de ladite au moins une source lumineuse, l'unité de commande étant agencée pour ne commander la source lumineuse que si l'identifiant du réservoir est reçu par les moyens de lecture. L'utilisation est alors sécurisée, car on peut prévoir d'inhiber le fonctionnement si le réservoir n'est pas compatible (si l'utilisateur insère un récipient opaque aux ultra violet, cela ne sert à rien de faire fonctionner les sources lumineuses). [0027] Avantageusement, les moyens d'authentification comprennent un élément de commande, tel qu'un interrupteur, sensible au rayonnement lumineux d'une longueur d'onde comprise dans un intervalle allant de 320 nm à 400 nm et préférentiellement de 325 nm à 395 nm, solidaire du réservoir, et agence pour faire partie d'un circuit de commande de l'appareil de traitement. Autrement dit, l'interrupteur (une photo diode par exemple) est embarqué sur le réservoir et fait partie du circuit de commande. Une fois exposé aux UV, cet interrupteur peut se fermer et valider de continuer à faire fonctionner l'appareil. Selon une première option, si l'interrupteur n'est pas ou pas suffisamment exposé aux UVs, alors l'appareil peut envoyer un message à l'utilisateur qu'une défaillance des sources lumineuses est intervenue. Selon une deuxième option, si l'utilisateur insère un récipient dépourvu de cet interrupteur, alors l'appareil peut stopper le fonctionnement. On garantit alors une bonne utilisation, avec des composants authentifiés, et qui permettent un diagnostic. [0028] Avantageusement, l'appareil de traitement comprend une unité de commande, et des moyens de communication sans fil, agencés pour établir une connexion avec un appareil distant, tel qu'un serveur ou un appareil électronique portable. On peut prévoir d'envoyer des messages d'information à l'utilisateur, sur le temps de cycle, la fin de cycle, la fréquence d'utilisation, l'inciter à boire suffisamment... On peut aussi prévoir d'envoyer un message sur un niveau d'énergie des piles ou batterie, inciter à recharger ou changer les batteries... [0029] Avantageusement, le boîtier comprend au moins un passage d'air vers l'extérieur, de sorte à permettre un courant d'air de refroidissement entre l'intérieur du boîtier et l'extérieur du boîtier. Avantageusement, on peut prévoir un premier trou de passage dans une partie basse du boîtier, et un deuxième trou de passage dans une partie haute, de sorte à permettre un flux de convection, particulièrement efficace pour refroidir l'espace intérieur du boîtier. [0030] Avantageusement, l'appareil de traitement comprend une paroi réfléchissante aux rayons ultraviolet, entourant le volume prédéterminé d'eau et ladite au moins une source lumineuse agencée pour générer le rayonnement ultraviolet. [0031] Très avantageusement, ladite au moins une source lumineuse est une diode électrolu- minescente. [0032] En particulier ladite au moins une source lumineuse est une diode électrolumi- nescente choisie pour émettre ou générer un rayonnement ultraviolet de longueur d'onde de 365 nm ± 15 nm et préférentiellement de 365 nm ± 10 nm. [0033] Avantageusement, le réservoir est amovible. [0034] Avantageusement, le réservoir est transparent aux rayons ultraviolets d'une longueur d'onde comprise dans un intervalle allant de 320 nm à 400 nm et préférentiellement de 325 nm à 395 nm. [0035] Avantageusement, ladite au moins une source lumineuse est une diode électrolumi- nescente comprenant une tête émettrice de lumière, et optionnellement, le réservoir est en contact avec la tête émettrice de lumière. Cela permet de transférer directement de la chaleur vers le réservoir (pour refroidir les diodes électroluminescentes et augmenter alors la surface de refroidissement). [0036] Avantageusement, le réservoir est réalisé en verre borosilicate. [0037] Un deuxième aspect de l'invention concerne un procédé de traitement d'eau chlorée, comprenant une étape consistant à exposer un volume prédéterminé d'eau chlorée à un rayonnement ultraviolet d'une longueur d'onde comprise dans un intervalle allant de 320 nm à 400 nm et préférentiellement de 325 nm à 395 nm. [0038] Avantageusement, l'étape (l'exposition du volume prédéterminé au rayonnement ul- traviolet est effectuée suffisamment longtemps pour fournir au moins 5.5Wh d'énergie lumineuse par litre d'eau à traiter. [0039] En d'autres termes, l'invention concerne l'utilisation de l'appareil de traitement selon le premier aspect, ou l'utilisation du procédé de traitement selon le deuxième aspect, pour traiter du chlore ou ses dérivés présents dans de l'eau chlorée. Cette eau chlorée ne contient pas ou peu de microbes ou bactéries (et ne doit donc pas être désinfectée à nouveau avant d'être consommée), mais présente une odeur ou un gout peu agréables, que l'appareil de traitement, ou le procédé de traitement peuvent faire disparaître en un temps court. En effet, le demandeur s'est aperçu qu'une exposition au rayonnement UV de type A permet de faire disparaître le goût ou l'odeur de chlore. Les molécules odorantes (chlore, chlore actif, et surtout chloramines...) sont cassées pour générer des radicaux libres et ensuite des ions qui ne présentent pas l'odeur caractéristique du chlore. [0040] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de 6 l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels : [0041] [fig.1] représente une vue en coupe d'un appareil de traitement d'eau selon l'invention ; [0042] [fig.2] représente une coupe du corps principal de l'appareil de traitement de la figure 1. [0043] La figure 1 représente une vue en coupe d'un appareil de traitement d'eau chlorée, qui comprend un boîtier 30 (formé ici par un corps principal 30a, un couvercle 30b, un fond 30c et une bague transparente 30d), un réservoir 10 formé par une bouteille 11 et un bouchon 12, de sorte à former un volume fermé, une pluralité de diodes électroluminescentes 20 embarquées sur des embases 21. [0044] La figure 2 représente une coupe du corps principal 30a, qui comprend deux rainures 31, qui peuvent accueillir les embases 21. Ainsi, l'assemblage est aisé et la conduction de chaleur vers l'extérieur est efficace, puisque les embases qui supportent les diodes électroluminescentes 20 sont directement en contact avec la paroi du corps principal 30a. [0045] On peut envisager de réaliser le corps principal 30a en métal par roulage, moulage, et de préférence par extrusion dans le cas de l'aluminium. Le fond 30c et le couvercle 30b peuvent se clipser sur le corps principal, ou être vissés par exemple. [0046] Les diodes électroluminescentes 20 sont agencées pour émettre un signal lumineux dans le domaine ultraviolet, et en particulier les diodes électroluminescentes 20 sont prévues pour émettre des rayons ultraviolet de type A (autrement appelés UV-A). Les diodes électroluminescentes 20 sont donc agencées pour émettre un signal lumineux dont la longueur d'onde est comprise dans un intervalle allant de 320 nm à 400 nm et préférentiellement de 325 nm à 395 nm. [0047] La bague transparente 30d permet à l'utilisateur de facilement vérifier si l'appareil est en fonctionnement, en projetant vers l'extérieur de la lumière émise par les diodes électroluminescentes 20. On peut bien entendu prévoir d'autres fenêtres transparentes, pour faciliter la transmission de lumière vers l'extérieur. [0048] Le boîtier 30 peut accueillir de manière temporaire le réservoir 10 contenant de l'eau chlorée 15 (il suffit de retirer le couvercle 30b). Comme le montre la figure 1, les diodes électroluminescentes 20 sont proches du réservoir 10. Cela permet d'illuminer efficacement le contenu du réservoir 10. [0049] L'appareil de traitement comprend aussi des moyens de refroidissement, pour refroidir les diodes électroluminescentes 20 et le contenu du réservoir 10. En particulier, les moyens de refroidissement comprennent au moins une portion de paroi du boîtier 30, et en particulier, on peut prévoir le corps principal 30a en métal, et en aluminium par exemple, de sorte à conduire aisément la chaleur des diodes électrolu- 7 minescentes 20 vers l'extérieur. [0050] De plus, on peut prévoir un premier trou 32 de passage d'air dans le fond 30e du boîtier 30 (qui donne par exemple sur une rainure externe), et un deuxième trou 33 de passage d'air dans le couvercle 30b, de sorte à pouvoir établir un courant de convection qui évite aussi un échauffement trop important de l'espace intérieur du boîtier 30. [0051] Enfin, l'appareil de traitement comprend une unité de commande électrique 60 pour piloter les diodes électroluminescentes 20, selon le cycle de traitement. On peut prévoir une alimentation externe sur secteur, ou alors une batterie pour obtenir un appareil nomade. On peut aussi prévoir une unité d'authentification dans le boîtier 30, avec par exemple des moyens de lecture d'une étiquette électronique 13 de type RF1D par exemple embarquée sur le réservoir 10. Ainsi, l'appareil peut reconnaître le type de réservoir 10 et autoriser alors le démarrage du cycle de travail. [0052] Par une série d'essais, le demandeur a établi que la longueur d'onde utile pour ce travail se situe entre 320 nm et 400 nm et préférentiellement entre 325 et 390nm. Ainsi, pour une bouteille de 11, représentant environ 600cm2 de surface déroulée, il faut une quantité d'UV-A reçue d'environ 5,5 Wh, soit l'équivalent de deux heures de plein soleil. [0053] En fabriquant une boite, et posant des séries de diodes électroluminescentes 20 autour de la bouteille 11 posée à l'intérieur, on peut utiliser une puissance par exemple quatre fois plus grande (11W) pour arriver à traiter ce même litre d'eau en 30 minutes. [0054] Mais l'effet ne se contente pas de supprimer le chlore et ses dérivés : il génère énolmément de radicaux hydroxyle, du H202, (le l'03, qui procèdent ainsi à une stérilisation de l'eau par triple processus d'oxydation avancée (l'un seul de ces procédés peimettrait à lui seul de stériliser le contenu sans difficulté) [0055] De plus, l'appareil utilise avantageusement une propriété du rayonnement UVA qui est germicide, permettant ainsi d'accélérer le traitement avec un abattement important, mais aussi de faire stabiliser le résultat par une irradiation de protection, par exemple une fois par jour. [0056] De plus, cette solution à l'avantage de proposer la stérilisation du contenu et du contenant à chaque cycle, tout autant que de travailler dans des matériaux nobles comme le verre trempé ou le quartz (tous deux transparents aux UV-A). [0057] Le fait d'utiliser des diodes électroluminescentes 20 permet d'atteindre environ 50% de rendement lumineux (soit une consommation de 12Wh environ par litre traité) et de ne pas s'occuper de changement de lampe annuel, les durées de vie des diodes électroluminescentes 20 sont de l'ordre de 50 000 heures et elles supportent les cycles d'allumage répétitifs sans souffrir, il n'y à donc aucun consommable à prévoir, ni aucun entretien particulier, la bouteille 11 étant stérilisé à chaque cycle. [0058] Une des possibilités de réalisation de l'invention est l'utilisation d'une bouteille en 8 verre borosilicate, trempé et l'usage d'une boite s'ouvrant par le dessus. On peut disposer plusieurs rangées de diodes électroluminescentes 20 (deux sur la mise en oeuvre de la figure 1, mais on peut prévoir 4, 6 ou 8 embases 21) avec des espacements angulaires préférentiellement réguliers, préférentiellement disposées afin que le globe supérieur de chaque diodes électroluminescentes 20 soit en regard avec l'extérieur du verre. [0059] Cette disposition innovante est préférentielle car elle permet, sans perte de puissance, d'aller atteindre avec le faisceau UV-A le milieu du contenant, permettant ainsi une désinfection bien repartie. [0060] On peut aussi prévoir un écran réfléchissant les UV-A (entre le corps du boîtier et les diodes électroluminescentes 20 + la bouteille 11), pour concentrer l'exposition aux UV-A sur l'eau 15. [0061] On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention. 9