Cellule de traitement d'eau potable par irradiation La présente invention a pour objet une cellule de traitement d'eau potable par irradiation et qui compor te un faisceau tubulaire parcouru par l'eau à traiter et des sources de rayons irradiant ce faisceau. Cette cellule est caractérisée par le fait qu'elle comporte une enceinte étanche dans laquelle sont logés les sources de rayons ultraviolets et un faisceau de tubes en quartz parcouru par un courant d'eau turbulent ainsi que des surfaces réfléchissantes disposées de manière que chaque tube soit irradié approximativement de façon homogène sur tout son pourtour, et par le fait qu'un dispositif crée un vide partiel à l'intérieur de l'enveloppe étanche.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution de la cellule selon l'invention.
La fig. 1 en est une vue en coupe longitudinale. La fig. 2 en est une vue en coupe transversale. La fig. 3 en est une vue en bout.
Selon le dessin annexé, la cellule de traitement d'eau potable comporte une enceinte formée par un cylindre 1 obturé à ses deux extrémités par des flasques de fer meture 2. A l'intérieur de cette enceinte sont fixées par tous moyens connus, des sources de rayons utra- violets 3. Ces sources sont disposées parallèlement à l'axe longitudinal du cylindre et sont reliées par un transformateur T à un réseau de distribution 4 d'énergie électrique. Des tubes 5 en une matière perméable aux rayons ultraviolets, telle que du quartz, sont disposés dans l'enceinte parallèlement à l'axe du cylindre. Ces tubes traversent les flasques de fermeture 2 et des joints 6 et 7 assurent l'étanchéité entre l'atmosphère et l'espace interne de l'enceinte.
Ces tubes formant un faisceau tubulaire sont reliés les uns aux autres au moyen de pipes de raccordement 8, 8a (fig. 3), serrées sur les flasques de fermeture 2. L'extrémité de l'un desdits tubes est reliée par un raccord 9, une vanne électro magnétique d'arrêt 11 et une pompe de circulation 10 à une conduite d'alimentation 15, tandis que l'autre extrémité du faisceau tubulaire est reliée par un rac cord 12 et une vanne électromagnétique d'arrêt 13 à une conduite de distribution 14.
Dans la forme d'exécution représentée, le faisceau tubulaire comporte huit tubes reliés en série et disposés symétriquement par rapport à deux plans diamétraux orthogonaux a et b (fig. 2) dont l'un contient les deux sources de rayons ultraviolets. Quatres tubes situés sur l'un des côtés du plan a et de part et d'autre du plan b sont enveloppés par des miroirs 16 constitués par une feuille de métal pliée de manière à former un cylindre de section transversale rectangulaire ouvert sur son côté interne. Ces miroirs plans assurent une irradiation pra tiquement homogène de chaque tube sur tout son pour tour. Un conduit 17 relie l'espace interne de L'enceinte à une pompe à vide 18 qui crée un vide partiel à l'inté rieur de cette enceinte.
La cellule est munie d'un dispositif de contrôle du vieillissement des sources de rayons ultraviolets. Ce dis positif comporte une fenêtre pratiquée dans le cylindre 1 et obturée de manière étanche par une plaque 19 en une matière perméable aux rayons ultraviolets telle que du quartz, et une plaque 20 en une matière perméable aux rayons lumineux telle que du verre. Entre ces deux plaques 19 et 20 est disposée une matière 21 fluores cente qui lorsqu'elle est frappée par les rayons ultra violets émet des rayons lumineux d'une longueur d'onde de 4000 à 7000 Angstroems. En regard de cette fenêtre une cellule photoélectrique 22 est fixée qui capte une partie au moins de ces rayons lumineux émis par la matière fluorescente.
Cette cellule photoélectrique sensible aux rayons lumineux est reliée électriquement à un relais électro magnétique 23 qui commande d'une part l'ouverture d'un disjoncteur 24 inséré dans le circuit d'alimenta tion des sources de rayons ultraviolets et d'une lampe témoin 26 et d'autre part le circuit d'alimentation des vannes électromagnétiques d'arrêt 11 et 13.
Le fonctionnement de la cellule de traitement décri te est le suivant La cellule de traitement est mise en fonction par fermeture du disjoncteur 24 inséré dans le circuit d'ali mentation du transformateur T d'alimentation des sour ces de rayons ultraviolets. Ces sources se mettent pro gressivement en fonction, puis lorsque leur température de fonctionnement est atteinte et qu'en conséquence l'intensité du rayonnement ultraviolet est normale et présente donc son efficacité bactéricide normale, la cel lule photoélectrique 22 capte un flux lumineux émis par la matière 21 d'une intensité suffisante pour faire fonctionner le relais 23 qui provoque l'alimentation des vannes d'arrêt électromagnétiques 11 et 13.
Ces vannes s'ouvrent et la pompe de circulation 10 force à travers le faisceau tubulaire un courant d'eau à traiter forte ment turbulent, c'est-à-dire supérieur à 5000 Reynols de manière à assurer une irradiation homogène de toutes les particules de l'eau circulant dans le faisceau tubu laire.
Ainsi donc l'eau ne peut circuler dans les tubes 5 avant que les sources de rayons ultraviolets aient atteint leur température normale de fonctionnement de sorte qu'aucune eau non correctement traitée n'est refoulée dans le réseau de distribution. Les sources 1 de rayons ultraviolets disposées à une distance de 2 à 6 cm des tubes 5 assurent grâce aux mi roirs plans 16 disposés à une distance de 1 à 3 cm des tubes 5 une irradiation homogène de toute la surface de chaque tube avec une intensité d'au moins 50 micro- watts cm2.
L'efficacité de l'activité stérilisante des rayons ultra violets, est conditionnée également par la disposition géométrique de la ou des sources par rapport aux tubes dans lesquels circule le liquide à stériliser. L'efficacité de la stérilisation est conditionnée par la distance entre la ou les sources qui émettent les rayonnements, et les tubes de circulation.
Cette distance de 2 à 6 cm est cal culée, de telle sorte que la température du liquide qui circule dans les tubes n'influe pas l'émission du rayon nement c'est-à-dire que compte tenu que ces tubes 5 sont constitués en une matière perméable aux rayonne ments, mais de faible conductibilité thermique, cette distance est suffisante pour que les lampes à vapeur de mercure soient isolées thermiquement par rapport à la température de circulation du fluide dans les tubes.
Cette disposition a pour résultat d'éviter une modi fication de la puissance d'émission des lampes à vapeur de mercure. Le vide partiel à l'intérieur de l'enveloppe est inférieur à 50 mm de mercure de manière à éviter dans la mesure du possible la formation d'ozone qui est un gaz relativement peu perméable aux rayons ultra violets.
Ainsi l'eau circulant dans le faisceau tubulaire est irradiée dans toutes ses parties d'une manière homogène pendant une durée de 3 à 10 secondes avec des rayons d'une longueur d'onde de 2537 Angstraems qui sont des rayons bactéricides très efficaces. Les analyses effectuées ont démontré qu'effectivement l'eau ainsi traitée ne présente pratiquement plus de germes patho gènes.
Lorsque, par suite du vieillissement des sources de rayons ultraviolets, l'intensité des rayons ultraviolets di minue en dessous d'une valeur définie à l'avance de sorte que l'irradiation des tubes devient inférieure à 10 microwatts cm2, l'intensité des rayons lumineux émis par la matière fluorescente 21 diminue rapidement de sorte que la cellule photoélectrique 22 émet alors un courant électrique inférieur à une valeur déterminée à l'avance de sorte que le relais électromagnétique 23 s'inverse et provoque automatiquement la fermeture des vannes électromagnétiques d'arrêt 11 et 13 ainsi que l'ouverture du disjoncteur 24 qui provoque à son tour l'interruption de l'alimentation de la lampe témoin 26 et des sources 3 de rayons ultraviolets.
De bons résultats ont été obtenus avec des lampes à vapeur de mercure constituées chacune par un tube longitudinal en matière perméable aux rayonnements ultraviolets de courte longueur d'ondes, notamment de raies voisines de celles de la résonance de mercure, 2537 Angstroems, fonctionnant sous basse pression et haute tension et dont les extrémités sont munies d'élec trodes activées.
Cette source est caractérisée par la puis sance de son activité stérilisante due au choix judicieux de l'intensité du courant, et du diamètre du tube, qui peut varier entre 4 et 8 mm de diamètre intérieur pour une tension de fonctionnement de 400 à 600 volts par mètre de longueur linéaire et une puissance de 100 milli ampères, avec une pression intérieure de 1 millimètre de mercure. Etant donné le temps nécessaire au chauffage des électrodes avant que l'émission stérilisante soit opti mum, on peut dans une variante du dispositif de con trôle du vieillissement des sources de rayons ultra violets ajouter à la charge normale un gaz rare d'argon une trace de gaz néon représentant environ 1 millième de la charge de gaz argon ;
ce qui a pour résultat l'émission de rayonnements rouges dans la bande de 7000 à 8000 Angstroems. Aussitôt la température de régime atteinte, cette bande de rayonnement s'efface ce qui permet de contrôler par le sens de la vue, ou par le moyen d'un mil électrique sensible à ce rayonnement et provoquant l'actionnement à distance du relais électro nique 23 le bon fonctionnement des sources de rayons ultraviolets. Dans ce cas les plaques 19 et 20 sont toutes deux en verre ou autre matière perméable aux rayons lumineux et la matière fluorescente 21 est supprimée.
La cellule est encore munie d'un dispositif de sécu rité contre des fuites de liquide à l'intérieur de l'encein te. Ce dispositif de sécurité comporte un conduit 25 reliant l'espace interne de l'enceinte à une chambre d'accumulation 27 munie d'un flotteur 28. Ce flotteur actionne un bras 32 de commande d'un interrupteur 29 inséré dans le circuit d'alimentation de l'enroulement du disjoncteur électromagnétique 24. Une conduite 30 munie d'une vanne 31 permet la vidange de la cham bre 27.
Ainsi lorsqu'une fuite se produit à l'intérieur de l'enceinte, le liquide s'écoule par le conduit 25 et s'accu mule dans la chambre 27. Le flotteur 28 actionne le bras 32 qui agit sur l'interrupteur 29 et provoque sa fermeture. Dès lors l'enroulement du disjoncteur élec tromagnétique 24 alimenté en énergie électrique provo que l'ouverture du disjoncteur et donc l'interruption de l'alimentation des sources de rayons ultraviolets, et de la lampe témoin.
Au cours de l'extinction des sources de rayons ultra violets la cellule photoélectrique 22 commande par l'in termédiaire du relais électronique 23 la fermeture des vannes d'arrêt électromagnétique 11 et 13.
Afin que lors de la mise en fonction de la cellule de traitement les lampes à vapeur de mercure restent alimentées en énergie électrique bien que les vannes d'arrêt soient en position de fermeture pendant toute la durée de la mise en température des sources de rayons ultraviolets, le relais 23 est relié au disjoncteur électromagnétique 24 par une liaison mécanique 33 à un seul sens d'actionnement.
Cell for the treatment of drinking water by irradiation The present invention relates to a cell for the treatment of drinking water by irradiation and which comprises a tube bundle traversed by the water to be treated and sources of rays irradiating this beam. This cell is characterized by the fact that it comprises a sealed enclosure in which are housed the sources of ultraviolet rays and a bundle of quartz tubes traversed by a turbulent water current as well as reflecting surfaces arranged so that each tube is irradiated approximately homogeneously over its entire periphery, and by the fact that a device creates a partial vacuum inside the sealed envelope.
The appended drawing illustrates schematically and by way of example an embodiment of the cell according to the invention.
Fig. 1 is a view in longitudinal section. Fig. 2 is a cross-sectional view thereof. Fig. 3 is an end view.
According to the appended drawing, the drinking water treatment cell comprises an enclosure formed by a cylinder 1 closed at its two ends by metal flanges 2. Inside this enclosure are fixed by any known means, sources of ultra-violet rays 3. These sources are arranged parallel to the longitudinal axis of the cylinder and are connected by a transformer T to a distribution network 4 of electrical energy. Tubes 5 made of a material permeable to ultraviolet rays, such as quartz, are arranged in the enclosure parallel to the axis of the cylinder. These tubes pass through the closure flanges 2 and joints 6 and 7 ensure the seal between the atmosphere and the internal space of the enclosure.
These tubes forming a tubular bundle are connected to each other by means of connection pipes 8, 8a (fig. 3), clamped on the closing flanges 2. The end of one of said tubes is connected by a connector 9 , an electromagnetic shut-off valve 11 and a circulation pump 10 to a supply pipe 15, while the other end of the tube bundle is connected by a connector 12 and a shut-off electromagnetic valve 13 to a pipe distribution 14.
In the embodiment shown, the tube bundle comprises eight tubes connected in series and arranged symmetrically with respect to two orthogonal diametric planes a and b (FIG. 2), one of which contains the two sources of ultraviolet rays. Four tubes located on one of the sides of plane a and on either side of plane b are enveloped by mirrors 16 formed by a sheet of metal folded so as to form a cylinder of rectangular cross section open on its internal side . These plane mirrors ensure practically homogeneous irradiation of each tube over its entire turn. A duct 17 connects the internal space of the enclosure to a vacuum pump 18 which creates a partial vacuum inside this enclosure.
The cell is fitted with a device for controlling the aging of the sources of ultraviolet rays. This positive device comprises a window formed in the cylinder 1 and sealed off by a plate 19 made of a material permeable to ultraviolet rays such as quartz, and a plate 20 of a material permeable to light rays such as glass. Between these two plates 19 and 20 is disposed a fluorescent material 21 which, when struck by the ultra violet rays, emits light rays with a wavelength of 4000 to 7000 Angstroms. Opposite this window a photoelectric cell 22 is attached which captures at least part of these light rays emitted by the fluorescent material.
This photoelectric cell sensitive to light rays is electrically connected to an electromagnetic relay 23 which, on the one hand, controls the opening of a circuit breaker 24 inserted in the supply circuit of the sources of ultraviolet rays and of an indicator lamp 26 and on the other hand the supply circuit of the electromagnetic shut-off valves 11 and 13.
The operation of the described processing cell is as follows. The processing cell is put into operation by closing the circuit breaker 24 inserted in the supply circuit of the transformer T for supplying the sources of ultraviolet rays. These sources gradually switch on, then when their operating temperature is reached and as a result the intensity of the ultraviolet radiation is normal and therefore exhibits its normal bactericidal efficiency, the photoelectric cell 22 captures a luminous flux emitted by the light. material 21 of sufficient intensity to operate relay 23 which causes power to electromagnetic shut-off valves 11 and 13.
These valves open and the circulation pump 10 forces a highly turbulent stream of water to be treated through the tube bundle, that is to say greater than 5000 Reynols, so as to ensure uniform irradiation of all the particles. water circulating in the tube bundle.
Thus, the water cannot circulate in the tubes 5 before the sources of ultraviolet rays have reached their normal operating temperature, so that no water which has not been correctly treated is returned to the distribution network. The sources 1 of ultraviolet rays arranged at a distance of 2 to 6 cm from the tubes 5 ensure, thanks to the flat mirrors 16 arranged at a distance of 1 to 3 cm from the tubes 5, a homogeneous irradiation of the entire surface of each tube with an intensity of at least 50 micro-watts cm2.
The effectiveness of the sterilizing activity of ultraviolet rays is also conditioned by the geometric arrangement of the source or sources with respect to the tubes in which the liquid to be sterilized circulates. The effectiveness of sterilization depends on the distance between the source or sources which emit the radiation, and the circulation tubes.
This distance of 2 to 6 cm is calculated, so that the temperature of the liquid which circulates in the tubes does not influence the emission of the beam, that is to say that, given that these tubes 5 are made up of made of a material permeable to radiation, but of low thermal conductivity, this distance is sufficient for the mercury vapor lamps to be thermally insulated from the temperature of the fluid circulating in the tubes.
The result of this arrangement is to avoid a change in the emission power of mercury vapor lamps. The partial vacuum inside the casing is less than 50 mm of mercury so as to avoid as far as possible the formation of ozone, which is a gas relatively not very permeable to ultraviolet rays.
Thus the water circulating in the tube bundle is irradiated in all its parts in a homogeneous manner for a period of 3 to 10 seconds with rays of a wavelength of 2537 Angstraems which are very effective bactericidal rays. The analyzes carried out have shown that indeed the water treated in this way practically no longer exhibits pathogenic germs.
When, as a result of the aging of the sources of ultraviolet rays, the intensity of the ultraviolet rays decreases below a value defined in advance so that the irradiation of the tubes becomes less than 10 microwatts cm2, the intensity of the UV rays light rays emitted by the fluorescent material 21 decrease rapidly so that the photoelectric cell 22 then emits an electric current lower than a value determined in advance so that the electromagnetic relay 23 is reversed and automatically causes the closing of the electromagnetic valves d 'stop 11 and 13 as well as the opening of the circuit breaker 24 which in turn causes the interruption of the supply of the indicator lamp 26 and the sources 3 of ultraviolet rays.
Good results have been obtained with mercury vapor lamps each consisting of a longitudinal tube made of material permeable to short-wavelength ultraviolet radiation, in particular lines close to those of the mercury resonance, 2537 Angstroems, operating under low pressure and high voltage and the ends of which are fitted with activated electrodes.
This source is characterized by the power of its sterilizing activity due to the judicious choice of the intensity of the current, and of the diameter of the tube, which can vary between 4 and 8 mm internal diameter for an operating voltage of 400 to 600 volts per linear meter of length and a power of 100 milli amps, with an internal pressure of 1 millimeter of mercury. Given the time necessary for the heating of the electrodes before the sterilizing emission is optimal, it is possible, in a variant of the device for controlling the aging of sources of ultraviolet rays, add to the normal charge a rare gas of argon a trace neon gas representing about 1 thousandth of the argon gas charge;
which results in the emission of red radiations in the band of 7000 to 8000 Angstroems. As soon as the operating temperature is reached, this band of radiation is erased, which makes it possible to control by the direction of sight, or by means of an electric mil sensitive to this radiation and causing the remote actuation of the electronic relay 23 the proper functioning of the sources of ultraviolet rays. In this case the plates 19 and 20 are both made of glass or other material permeable to light rays and the fluorescent material 21 is omitted.
The cell is also provided with a safety device against leaks of liquid inside the enclosure. This safety device comprises a duct 25 connecting the internal space of the enclosure to an accumulation chamber 27 provided with a float 28. This float actuates an arm 32 for controlling a switch 29 inserted in the circuit. power supply to the winding of the electromagnetic circuit breaker 24. A pipe 30 provided with a valve 31 allows the chamber 27 to be emptied.
Thus when a leak occurs inside the enclosure, the liquid flows through the conduit 25 and accumulates in the chamber 27. The float 28 actuates the arm 32 which acts on the switch 29 and causes it to close. Therefore the winding of the electromagnetic circuit breaker 24 supplied with electrical energy causes the opening of the circuit breaker and therefore the interruption of the power supply to the sources of ultraviolet rays, and to the indicator lamp.
During the extinction of the sources of ultraviolet rays, the photoelectric cell 22 controls, via the electronic relay 23, the closing of the electromagnetic shut-off valves 11 and 13.
So that when the treatment cell is put into operation, the mercury vapor lamps remain supplied with electrical energy although the shut-off valves are in the closed position for the duration of the heating of the sources of ultraviolet rays. , the relay 23 is connected to the electromagnetic circuit breaker 24 by a mechanical link 33 with a single direction of actuation.