Brevet FR3101628A1 — publié le 20210409

Dispositif de traitement de l’eau et procédé de protection contre l’entartrage La présente invention concerne un dispositif (1) de traitement de l’eau apte à être placé en amont d’une canalisation et/ou d’un appareillage comportant des surfaces métalliques ou non métalliques dont on veut éviter l’entartrage et dans lequel on fait circuler ladite eau, comprenant : un corps métallique creux en acier inoxydable (2), dont la paroi interne (3) est dépourvue de revêtement et comprenant à l’intérieur du corps des éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères (4) et au moins une tige métallique axiale (5) supportant de manière amovible les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène (4). Elle concerne également un procédé de protection contre l’entartrage avec ledit dispositif, l’utilisation dudit dispositif et un appareillage de production ou de stockage d’eau chaude comprenant ledit dispositif. Figure pour l’abrégé : Fig. 1. Dispositif de traitement de l’eau et procédé de protection contre l’entartrage La présente invention concerne un dispositif, un procédé et une utilisation pour le traitement de l'eau et la protection de surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec une eau contre l'entartrage. Le secteur technique de l'invention est le domaine de l'adoucissement de l'eau et de la prévention de l'entartrage des canalisations et appareillages dans lesquels circule ou est stockée de l'eau, tels que des générateurs de chaleur, des unités de refroidissement, des échangeurs de chaleur, des filtres, des générateurs de production d'eau chaude à partir d'une alimentation d'eau froide et, notamment, des ballons de pré stockage et/ou production/stockage d'eau chaude. Plus précisément, le domaine d'application principal de l'invention est celui des réseaux d'eau de toute nature, des générateurs d'eau chaude à pression atmosphérique ou surpressée, des canalisations et circuits de distribution d'eau chaude sanitaire, des échangeurs thermiques de tout type utilisés dans des chaufferies collectives ou dans l'industrie et dont les applications sont en mode chauffage ou refroidissement. On connaît des dispositifs ou installations de traitement de l'eau et de protection contre la corrosion par l'eau de surfaces métalliques par un effet galvanique, lesdits dispositifs comprenant un corps métallique, notamment un corps tubulaire, constituant une enveloppe métallique, dans lequel on a disposé une anode consommable ou sacrificielle, reliée par contact direct ou indirect à ladite enveloppe, le métal de l'enveloppe créant une différence de potentiel électrochimique avec celui de l'anode, de sorte que les ions métalliques se libèrent de l'anode qui se dissout progressivement dans l'eau en circulation dans ledit dispositif. En général, l'anode est en zinc et l'enveloppe métallique en laiton, compte tenu du fait que celle-ci doit constituer une enveloppe suffisamment résistante. La libération de ces ions métalliques de zinc suscite la formation d'une couche de protection contre la corrosion à l'intérieur des canalisations d'eau en aval du dispositif. L'effet protecteur serait dû à ce que les ions de zinc se complexent à des substances de type calcaire présentes dans l'eau, voire agissent comme initiateurs dans le processus de précipitation de substances productrices de dépôt de calcaire et s'adsorbent sur les parois de la canalisation en aval du dispositif. Dans EP 0680457, on a proposé de coupler, à l'intérieur dudit corps creux, des anodes sacrificielles en zinc à des éléments en forme de canaux multiples allongés en matériaux diélectriques, ceci afin de réduire davantage l'entartrage des canalisations en aval, en particulier, des canalisations et générateurs d'eau chaude pour des eaux très dures. Plus précisément, dans le dispositif décrit dans EP 0680457, les anodes sacrificielles en zinc sont également composées de barillets comprenant de multiples canaux allongés, en contact métal-métal avec l'intérieur des tubes en laiton supportant le dispositif, ce qui conduit à l'effet galvanique recherché. Le principe physique de ces dispositifs de traitement physique est d'induire des effets microélectrolytiques de l’eau par passage dans des canaux de zinc et des effets électrostatiques dans l'eau, par passage dans des canaux de polymères diélectriques, lesdits effets empêchant la précipitation des carbonates de calcium et de magnésium en calcite et/ou des sulfates en gypse, lesquels calcite et gypse obstruent, à la longue, et sans ce traitement, les canalisations et les générateurs ou ballon de production ou de stockage d'eau chaude. Ce document indique que ce dispositif favorise la conversion d'une certaine partie de calcite dure en aragonite molle. Cependant, il faut noter que ce document est silencieux quant aux conditions de qualité de l’eau telles que la dureté, la teneur en chlorures, sulfates et autres composés mise en œuvre dans les essais. De plus, en mettant en œuvre le dispositif décrit dans EP 0680457, l'inventeur de la présente invention s'est aperçu que le taux de transformation du calcaire, type calcite, en cristaux mous d'aragonite, est variable suivant la qualité de l'eau notamment pour les eaux très calcaires et les régimes d'écoulement de ladite eau et, en général, toujours limité à environ 60%. Le document WO 2004/108607, décrit un dispositif dont le principe repose sur l'électro-galvanisation, comprenant un corps en laiton dans lequel se trouve une anode en zinc perforée en contact électrique étroit avec l'enveloppe métallique intérieure afin de créer une différence de potentiel électrique et la libération continue d'ions métalliques à partir de l'anode consommable. Il est rajouté, à l'intérieur de l'enveloppe et en amont et en aval de l'anode consommable, des agitateurs métalliques en acier perforés afin de produire un tourbillon dans l'eau et afin de faciliter le nettoyage de la surface de l'anode pour en accroître l'efficacité selon l'inventeur, les agitateurs métalliques pouvant être déclinés sous différentes formes. Ce document est également silencieux quant aux conditions de qualité de l’eau testée et ciblée. De plus, dans ce dispositif tout comme dans celui décrit dans EP 0680457 on observe des problèmes d'entartrage dans les dispositifs eux-mêmes, notamment dans l'espace interstitiel dans lequel l'eau peut s'infiltrer entre la surface externe des barillets formant lesdits canaux multiples allongés et la paroi interne du réacteur tubulaire, notamment suite à la corrosion de ladite paroi interne en laiton ou acier et la dissolution desdits éléments formant anodes, on observe également une prévention insuffisante de l'entartrage des appareils et conduites métalliques en aval que l'on cherche à protéger. Le document FR2897071B1 décrit un dispositif de traitement d’eau contre l’entartrage et la corrosion dans des canalisations ou appareils, à surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec ladite eau. Le dispositif comprend un corps métallique creux, de préférence tubulaire, dont la surface de la paroi interne est revêtue d’un film à base de fluoropolymère. Le dispositif peut comprendre en outre des éléments métalliques formant anodes sacrificielles à l‘intérieur du corps creux et peut comprendre à l’intérieur du corps creux des éléments formant des surfaces de matériau nucléogène, comme des fluoropolymères tels que le PTFE. Le film à base de fluoropolymère présent à la surface de la paroi interne du dispositif décrit dans FR2897071B1 est décrit comme particulièrement avantageux dans le cadre de la protection contre l’entartrage et la corrosion des canalisations de surfaces métalliques de par le cumul des propriétés anti-adhérentes et nucléogène et son caractère non corrodable en présence d’eau. D’ailleurs, la partie expérimentale met en évidence le caractère indispensable de ce film, avec l’observation de la formation de calcaire dur qui adhère aux parois ainsi que la présence d’anomalies de corrosion en l’absence du revêtement alors que la formation d’un calcaire pseudo-fluide (mou) qui n’adhère pas aux parois, avec un taux de calcaire dissout élevé et aucune corrosion n’est observée en présence du film. Toutefois, lors du suivi qualité lié à la mise en œuvre de ce dispositif en conditions réelles, après 6 mois d’utilisation, l’inventeur a observé une accumulation de calcaire et de tartre dans les éléments métalliques ou non métalliques situés en sortie d’eau, notamment lorsque l’eau est calcaire voire très calcaire. En effet, les dispositifs existants à ce jour, ne permettent pas de traiter des eaux dures par exemple présentant une dureté TH (titre hydrotimétrique) au-delà de 45 degrés français (correspondant à un équivalent de 450 milligrammes par litre de carbonate de calcium), qui est considéré déjà comme une eau très dure. En effet, au-delà d’une telle dureté, les installations comportant les dispositifs connus ne permettent pas d’empêcher la précipitation des carbonates de calcium et de magnésium en calcite et/ou des sulfates en gypse, ce qui obstrue à la longue les canalisations et les générateurs ou ballons de production et/ou de stockage d’eau chaude. Il existe donc un besoin de disposer d’une solution améliorée, simple, rapide et efficace pour traiter et/ou prévenir l’entartrage de canalisations et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec de l’eau en particulier calcaire voire très calcaire. Il existe en particulier un besoin de pouvoir traiter de l’eau dure au-delà de 40 degrés français de TH et jusqu’à même 80 degrés f de TH (soit de 400 à 800 mg par litre, exprimé en équivalent de carbonate de calcium et de magnésium), et avec même des teneurs en sulfates de 150 à 200 mg par litre : de telles eaux sont également impossibles à traiter efficacement à ce jour avec les installations et procédés connus, en raison de la cristallisation dure du calcaire sous forme de calcite, et des sulfates de calcium et de magnésium sous forme de gypse. En effet, au cours de ses travaux l’inventeur s’est aperçu que les dispositifs disponibles dans l’art antérieur présentaient une faible efficacité, diminuant au cours du temps, pour traiter ou prévenir l’entartrage de canalisations et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec de l’eau en particulier des eaux dures voire très dures appelées aussi « entartrantes », présentant un degré français TH supérieur à 40, riches en sulfates et présentant un pH supérieur ou égal à 7,4. L’inventeur a découvert de façon surprenante qu’il était possible de disposer d’une solution simple et efficace pour traiter et/ou prévenir l’entartrage de canalisations et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec de l’eau dure voire très dure grâce à un dispositif de traitement dont le corps métallique creux est en acier inoxydable dépourvu de revêtement, et accessoirement dépourvu d’anodes sacrificielles contrairement à ce qui est enseigné dans l’art antérieur. De façon surprenante, la solution proposée par l’inventeur permet avantageusement d’obtenir un taux de conversion élevé du calcaire dur en calcaire mou, fluide ainsi qu’un taux élevé de calcaire dissout dans l’eau, en un seul passage de l’eau dans le dispositif selon l’invention. Un premier objet de l’invention concerne un dispositif de traitement de l’eau apte à être placé en amont d’une canalisation et/ou d’un appareillage comportant des surfaces métalliques ou non métalliques dont on veut éviter l’entartrage et dans lequel on fait circuler ladite eau, comprenant: un corps métallique creux en acier inoxydable, dont la paroi interne est dépourvue de revêtement et comprenant à l’intérieur du corps des éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères et au moins une tige métallique axiale supportant de manière amovible les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène. Un deuxième objet de l’invention concerne un procédé de protection contre l’entartrage de canalisation et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec de l’eau, caractérisé en ce que l’on dispose un dispositif selon le premier objet de l’invention en amont d’une dite canalisation et/ou dit appareillage. Un troisième objet de l’invention concerne l’utilisation d’un dispositif selon le premier objet de l’invention pour traiter ou prévenir l’entartrage de canalisation et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec une eau présentant un titre hydrotimétrique supérieur à 40° français, des teneurs en sulfates supérieure à 100 mg/L et un pH supérieur ou égal à 7,4 caractérisé en ce que l’on dispose un dispositif selon le premier objet de l’invention en amont d’une dite canalisation et/ou dit appareillage. Un quatrième objet de l’invention concerne un appareillage de production ou stockage d’eau chaude ou génération de chaleur, tel qu’un ballon d’eau chaude ou un échangeur à plaques, caractérisé en ce qu’il comprend en amont un dispositif selon le premier objet de l’invention. La figure 1 représente une vue en coupe d'un dispositif (1) de traitement d'eau selon l'invention, comportant un corps creux (2) de forme tubulaire, une alternance de disques en PTFE (4), avec des disques en titane ou en acier inoxydable (51, 52) aux extrémités de la tige métallique axiale (5). La figure 2 représente les différents types d'éléments constitutifs d'un dispositif selon la figure 1, avec notamment les différentes parties (21, 22, 23) du corps creux (2) de forme tubulaire, une alternance de disques en PTFE (4), avec des disques en titane ou en acier inoxydable (51, 52) aux extrémités de la tige métallique axiale (5). La figure 3 représente une vue en perspective des disques en PTFE (4). Dispositif (1) de traitement de l’eau apte à être placé en amont d’une canalisation et/ou d’un appareillage comportant des surfaces métalliques ou non métalliques dont on veut éviter l’entartrage et dans lequel on fait circuler ladite eau, comprenant: un corps métallique creux en acier inoxydable (2), dont la paroi interne (3) est dépourvue de revêtement et comprenant à l’intérieur du corps des éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères (4) et au moins une tige métallique axiale (5) supportant de manière amovible les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène (4). Dispositif (1) selon la revendication 1 dans lequel les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères (4) sont en polytétrafluoroéthylène ou en fluoroéthylène-propylène ou en perfluoroalkoxy ou un mélange de ces derniers. Dispositif (1) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le corps métallique creux (2) est en acier inoxydable 304, ou 304 L, ou 316, ou 316 L. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le corps métallique creux (2) est dépourvu d’élément formant anode. Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène (4) sont disposés selon une direction non parallèle à la direction longitudinale axiale du corps creux (2) et de la tige (5). Dispositif (1) selon l’une des revendications précédentes dans lequel, - les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène en fluoropolymères (4), sont constitués par des disques présentant des perforations, de préférence circulaires, - lesdits disques sont disposés sur la tige métallique axiale (5) de manière espacée et - au moins pour certains des disques, les perforations d’un disque sont décalées en rotation par rapport à celle du disque suivant. Dispositif selon l’une des revendications précédentes dans lequel les éléments formant des surfaces de matériau nucléogène (4) sont constitués de disques en fluoropolymères, présentant des perforations semi circulaires formant des échancrures en périphérie des disques. Procédé de protection contre l’entartrage de canalisation et/ou d’appareillage présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec de l’eau, caractérisé en ce que l’on dispose un dispositif selon l’une des revendications 1 à 7 en amont d’une dite canalisation et/ou dit appareillage. Utilisation d’un dispositif selon l’une des revendications 1 à 7 pour traiter ou prévenir l’entartrage de canalisation et/ou d’appareillages présentant des surfaces métalliques ou non métalliques en contact avec une eau présentant un titre hydrotimétrique supérieur à 40° français, des teneurs en sulfates supérieure à 100 mg/L et un pH supérieur ou égal à 7,4 caractérisé en ce que l’on dispose un dispositif selon l’une des revendications 1 à 7 en amont d’une dite canalisation et/ou dit appareillage. Appareillage de production ou stockage d’eau chaude ou générateur de chaleur, tel qu’un ballon d’eau chaude ou un échangeur à plaques, caractérisé en ce qu’il comprend en amont un dispositif selon l’une des revendications 1 à 7.