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. The present invention relates to domestic water purifiers operating by reverse osmosis without rejecting water. It removes most maintenance operations of these devices by increasing the life of pre-chlorine filters.
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. Among the technologies used to purify water to give it an optimized food quality, one of the most effective is the reverse osmosis which consists, by means of a pressure exerted on the liquid to be purified, to force it to cross a membrane filter capable of blocking almost all the elements dissolved in the liquid. In order to prevent the elements arrested by the membrane filter from clogging it, it is necessary for the upstream surface of the membrane filter - otherwise known as the osmosis membrane - to be rinsed by a stream of water of at least three or four. more important than that filtered through the membrane. This necessity is at the origin of important wastes of water, because the most primitive osmoseurs directly reject this water in the sewer. In addition to this need for rinsing, the osmosis membranes must be protected from the chlorine often present in the water of the supply networks by pre-filters which eliminate or neutralize this powerful oxidant. Four main domestic reverse osmosis systems are currently in use: Type 1: The simplest of the water purifiers that operate using reverse osmosis technology use as the sole source of energy the pressure existing in the water networks. water supply. All the water needed to rinse the membrane is then discharged to the sewer. When the purified water is stored in a pressurized tank, it is found that the counterpressure existing in this tank penalizes the efficiency of the osmosis unit and that the volume of water consumed is often six to seven times greater than that of the tank. filtered water recovered which represents an ecologically intolerable waste. Type No. 2: A patented device (W0 / 2007/115987 - US 5660716) is capable of recovering the residual pressure existing at the membrane outlet for pushing the filtered water inside a pressurized storage tank; which can reduce this proportion to three or four liters per liter of filtered water recovered. This is still an important waste. Type n ° 3: If an energy other than the pressure existing in the supply network is used in addition - in practice that of an electric pump - it is possible to constitute a by-pass circuit to the inside the osmosis unit to recycle several times the water that feeds the membrane while maintaining an optimum sweep of its surface. With this process, it is possible to reject only a fraction of the water at each cycle and -2- reduce on average the proportion of water lost to plus or minus one liter per liter filtered. Type No. 4: Even more elaborate devices (patents Nos. WO 96/05908 A, FR 99,00577 and US 4,332,685 A) pump all the water that feeds the osmosis membrane into a buffer tank and then return the unfiltered water by this membrane in this same tank. A second circuit is formed which also crosses the buffer tank so that all or part of the water consumed in a house for ordinary domestic uses previously passes through the same buffer tank and regularly renews its contents. This type of assembly makes it possible to obtain filtered water of high food quality with total recycling of the unfiltered water; therefore without any rejection or any loss of water. It should be noted that the amount of water filtered for food use is considerably smaller than the amount of water used for the toilets or washes, so that the characteristics of the latter are only negligibly modified by recycled water. In the fourth and last case described above, as in all cases where it is desired to purify through a membrane of osmosis water from the public network, it is necessary to remove the chlorine beforehand by means of pre filters to prevent the destruction of this membrane by this powerful oxidant. In the case of the reverse osmosis unit described fourth, all the water pumped into the buffer tank passes through the anti-chlorine filters before feeding the membrane. The innovation claimed in the present patent application is that the reverse osmosis purifier claimed here uses a buffer tank in the same manner as the reverse osmosis unit without type 4 water discharge, but additionally has a cooling circuit. recycling - or bypass - parallel to this buffer tank. This bypass prevents much of the water from passing through the buffer tank at each cycle and reduces the need for suction and return of water into the latter. Most of the water is returned directly to the inlet of the pump and does not pass through the anti-chlorine pre-filters whose life is thus multiplied three or four, while avoiding unnecessary dechlorination of the water. water used for non-food purposes. The multiplication of the life of the anti-chlorine pre-filter in a reverse osmosis unit without water discharge is the main reason for being the process that is the subject of the present patent application. It should be noted that in a domestic reverse osmosis unit the anti-chlorine pre-filter is generally constituted by active charcoal whose expensive annual replacement is obligatory - if only to limit its colonization by microorganisms. In the model described and claimed herein, polymetallic filtering particles which catalytically work and do not become infected can be preferred for maintenance-free production of ± 30,000 liters of water for a typical capacity domestic reverse osmosis system.
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).Thanks to this ultimate improvement, it is possible to manufacture inexpensive osmosis machines capable of providing perfectly healthy and diuretic water at an effective cost up to ten times less than the less expensive bottled water currently on sale. The average production of 30,000 liters of water for a typical capacity domestic reverse osmosis system will save 20,000 1.5-liter plastic bottles and prevent the discharge of at least 90 m3 of water into the sewer. Ecologically, this result is not debatable. FIG. 1 represents the architecture of an osmosis unit constructed according to the invention in its most common expression. Figures 2, 3, 4 and 5 show variations of details in the architecture osmoseurs 15 built according to the invention. FIG. 6 represents an osmosis unit constructed according to the invention with its buffer tank partially filled with a medium capable of providing a complementary treatment to water. Figure 7 more specifically shows an osmosis unit according to the invention constructed in symbiosis with a water softener with ion exchange resin. Referring to Figure 1, when in operation, the reverse osmosis purification system without water loss claimed here renews the water required for its operation by suction in a buffer tank (1) via a circuit (2) and a pre-filter (3) by means of a pump (5). This water is injected and maintained under pressure on the osmosis membrane (6). This membrane filters a fraction of the received water that it distributes through a circuit (7) for use. Through a pipe (8) it returns most of this received and unfiltered water to two different circuits for recycling. When the pump (5) is running, the first of these two circuits (11) - 30 novation element that characterizes the novelty of the purification system described here directly recycles most of this water from the exit of the membrane (8) to the inlet of the pump (5) avoiding the pre-filters (3). The second recycle circuit (13) forces a smaller portion of this rinsing water back into the buffer tank (1) to be regenerated therein before being sucked back by the pump (5) through the circuit ( 2). Flow restrictors (9) and (10) are interposed in the recycle circuits (11) and (13) to meter the proportions of liquid to pass through each of these two circuits. It is also possible to place the flow restrictor (9) directly at the membrane outlet on the circuit (8). This variant does not affect the flow of water, provided that the calibration of the two restrictors is adjusted accordingly. The buffer tank (1) serves as a transit point for all or part of the water used in a house for uses for which the purified water is not necessary. Inside this tank (1) an exchange takes place between the water leaving the osmosis system and the relatively large volume of water in transit in the tank (1), which has the effect of maintaining the concentration of elements dissolved in water at an acceptable level for the osmosis membrane. Whenever all or a portion of the unpurified water in transit through the tank (1) is drawn for ordinary use, the contents of the latter are regenerated by the replacement water from the water supply network. adduction or other origin. An intake valve (4) (for example a solenoid valve) is mounted on the water inlet circuit (2) and a non-return valve (12) is mounted on the water return circuit (13). ), these two elements being intended to isolate the membrane from the pressure of the network when the pump is not running. Triggering of the pump (5), the valve (4), as well as the management of the purified water from the membrane (7) are carried out according to the known techniques commonly used in reverse osmosis purifiers (for example by a pressure switch).
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.With reference to FIG. 2, the circuit thus described differs in that the flow restrictor (9) is not placed on the bypass circuit (11), but directly at the membrane outlet on the circuit (8). ). With reference to FIG. 3, the circuit thus described differs in that the intake valve (4) is positioned after the pre-filters (3), unlike FIG. 1, where it is placed before. With reference to FIG. 4, the circuit thus described differs from the previous ones in that the inlet valve (4) is positioned after the pump (5), which requires the presence of a non-return valve (16) on the recirculation circuit (11) to prevent the entry of water when a pressure exists in the circuit (2) and the pump (5) is not in use.
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.With reference to FIG. 5, the circuit thus described is characterized in that the admission valve (4) opens under the effect of the pressure induced by the operation of the pump (5). In this particular case, an additional circuit (17) in which no water transit takes place is necessary in order to balance pressures in this valve and allow its proper operation.
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. Referring to FIGS. 6 and 7, the circuit is characterized in that the buffer tank (1) is partially filled with an active element - such as, for example, an ion exchange resin. In this case, strainers (14) must be placed at the inlet and at the outlet of said tank in order to avoid the escape of its non-liquid contents. In the particular case of use of ion exchange resin, the buffer tank (1) can be constituted by (or become) the bottle of a water softener. As shown in FIGS. 6 and 7, if an active element is introduced into the circuit, and specifically in this particular case, it is necessary for the water used by the reverse osmosis purifier to be captured downstream. of the tank (1) if it is desired that this purifier takes advantage of the treatment. In all the cases previously described, the tank (1) may be embodied by all or part of a device or a pre-existing external circuit or specifically installed at the same time as the main part of the osmosis unit to complete it like, for example, a cold water tank, a pumping station with a buffer tank, the ion exchange resin tank of a water softener, or even a pipe of sufficient capacity, elements which, in these cases, provide in addition to their usual function the function of the buffer tank (1) in the purification system described here. The water purifier whose architecture is the subject of the present patent application may include any additional accessories or circuits - not shown in this document - solely intended to facilitate the use or optimize the efficiency of the purifier without modifying the principle of operation described above, accessories such as valves, measuring instruments, warning lamps, purge or other circuits, membrane rinsing devices, additional membranes, multiple and various filters, etc. With reference to FIG. 5, one of the ways of concretely realizing a double recycle reverse osmosis water purifier in accordance with the architecture claimed in the present patent application is to use as a buffer tank (1) a balloon pressurized metal within which water will be transited for ordinary domestic purposes. The intake valve (4) will be a hydraulic device opening only under the effect of the pressure generated by the pump. The pump (5) will be electric and controlled by a pressure switch - not shown - placed on the pure water circuit (7). With reference to FIG. 6, another way of concretely producing a dual-cycle reverse osmosis water purifier in accordance with the architecture claimed in the present patent application is to use as a buffer tank (1) the bottle containing the ion exchange resin of a water softener or - considering the same set otherwise - it is possible to say that it is the existence of the buffer tank of the osmosis unit which allows to build a softener intended to treat water throughout the house. The inlet valve (4) will be embodied by a solenoid valve and the pump (5) will be electric, these two components being controlled by a pressure switch - not shown - placed on the pure water circuit (7). The claimed invention is industrially feasible according to one or other of the architectures described above from commercially available supplies, possibly supplemented by some specific elements specially manufactured for the purpose of optimizing the construction or perfecting the presentation of marketable finished products.