Brevet FR2182612A1 — publié le 19731214

La présente invention est relative à une cellule filtrante intégrée et à un iode de réalisation de celle-ci. Un des objets de l'invention est d'avoir, pour un volume de cellule donné, une surface filtrante maximale. Un autre objet de l'invention est d'avoir une cellule dont la partie filtre est totalement intégrée dans le corps monobloc de la cellule. La cellule filtrante intégrée suivant l'invention est caractérisée par le fait qu'elle est constituée d'un monobloc poreux à l'intérieur duquel se trouvent deux réseaux indépendants constitués de canaux, l'un de ces réseaux étant destiné au passage du fluide à filtrer, l'autre réseau étant destiné à la récupération du fluide filtré, les canaux d'un réseau étant séparés des canaux de l'autre réseau par une mince couche poreuse servant d'élément filtrant. Les canaux des deux réseaux peuvent se situer dans des plans parallèles. Les deux réseaux peuvent ou non déboucher directement à la périphérie de la cellule. - Dans le cas où lesdits réseaux débouchent directement, la cellule est sunie de pièces d'extrémité correspondant à l'entrée et/ou à la sortie des deux réseaux. - Dans le cas où lesdits réseaux ne débouchent pas directement, les différents canaux de chaque réseau sont reliés entre eux par une ou des canalisations se trouvant dans le bloc poreux. D'une manière générale, le matériau constituant le monobloc poreux est choisi suivant la nature des fluides utilisés. Il est évident que ce matériau ne doit pas réagir avec lesdits fluides. Les memes considérations s'appliquent pour le matériau constituant les pièces d'extrémité quand la cellule en est munie. Par exemple, le matériau constituant le monobloc poreux peut être en nickel fritté, les pièces d'extrémité en Monel, quand le fluide à filtrer est une solution sodique. Les dimensions des cellules suivant l'invention, leur nombre de ca naux, l'épaisseur de la couche poreuse séparant les canaux entre eux sont variables et dépendent des performances que l'on veut atteindre. Les figures 1, 2 et 3 montrent, à titre indicatif, deux vanantes de cellule suivant l'invention. Les figures 1 et 2 sont relatives à la pre- mière variante, la figure 3 à la deuxième. Dans la figure 1, la cellule est constituée par un monobloc poreux 1 à l'intérieur duquel se trouvent deux réseaux A et B indépendants constitués de canaux 2A et 2B situés dans des plans parallèles ; les canaux sont perpendiculaires aux canaux 2B et séparés de ceux-ci par une mince couche poreuse 3. La forme géométrique de la cellule est telle que les deux réseaux débouchent à la périphérie de la cellule. Selon la représentation choisie, le réseau A est destiné au passage du fluide à filtrer et débouche sur les deux faces latérales fi et f2 de la cellule ; le réseau B est destiné à la récupération du fluide filtré et débouche sur les deux faces latérales FI et F2 de la cellule situées à 900 par rapport aux faces précédentes. Les trajets du fluide à filtrer sont matérialisés par une simple flèche et ceux du fluide filtré par une double flèche. La figure 2 montre une vue dela cellule après montage des pièces d'extrémité 4 correspondant aux entrées et/ou sorties des deux réseaux. Ces pièces d'extrémité 4 sont fixées sur le monobloc avec des joints intermédiaires 5 assurant l'étanchéité. On peut soit obturer complètement la face fi comme représenté figure 2, soit ne l'obturer que partiellement. Dans ce dernier cas, seule une partie du fluide entrant par la face f2 est filtrée. Les faces où les réseaux ne débouchent pas peuvent etre rendues étanches, par exemple par des joints de caoutchouc ou par un film de résine adhérant à la surface. Dans la figure 3, la cellule est constituée par un monobloc poreux 1, à l'intérieur duquel se trouvent les deux réseaux A et B, indépendants#, constitués de canaux 2A et 2B situés dans des plans parallèles. Les canaux 2A sont perpendiculaires aux canaux 2B et séparés de deux-ci par une mince couche poreuse 3. Dans cette variante, les canaux des deux réseaux ne débouchent pas directement à la périphérie de la cellule : les différents canaux de chaque réseau sont reliés entre eux par une canalisation se trouvant dansle bloc poreux, 6A pour le réseau A, 6B pour le réseau B ; ces canalisations ont leur axe perpendiculaire aux canaux des réseaux A et B. Comme dans les figures 1 et 2, les trajets du fluide à filtrer sont matérialisés par une simple flèche et ceux du fluide filtré par une double flèche. Dans cette variante, toutes les faces de la cellule peuvent être rendues étanches, à l'exception bien entendu des orifices des canalisations, par exemple par des joints en caoutchouc ou par un film de résine adhérant à la surface. On va décrire maintenant un mode de réalisation de ces cellules. Ce mode de réalisation fait également partie de l'invention. Il consiste à disposer dans un moule de forme convenable une certaine quantité de poudre de matériau frittable, puis à empiler des plaques perforées ou non, ou des toiles en un matériau pouvant etre détruit ultérieurement en intercalant entre chaque plaque ou toile une certaine quantité de la poudre de matériau frittable, lesdites plaques ou toiles étant alternativement croisées de la même façon de manière à former deux réseaux et à disposer sur la dernière plaque ou toile empilée une certaine quantité de la poudre de matériau frittable ; l'ensemble poudre et plaques ou toiles est alors comprimé à froid, puis la poudre est frittée ; on procède alors à l'élimination des plaques ou toiles, par exemple par un procédé chimique. Les exemples suivants, donnés à titre indicatif et non limitatif, illustrent ce mode de réalisation. EXEMPLE 1 Cet exemple est illustré par les figures 4 et 5. Dans un moule cylindrique 7 en acier inoxydable de diamètre 90 mm, on dispose 100 g de poudre de nickel 8, de trois microns de diamètre, puis une plaque pleine d'aluminium 9Â, rectangulaire 60 mi x 40 mm et de 0,2 mi d'épaisseur, puis 10 g de poudre de nickel, puis une deuxième plaque d'aluminium 9B identique à la première et croisée à 90' par rapport à la pre mière, puis à nouveau 10 g de poudre de nickel, et ainsi de suite jusqu'à mise en place de 40 plaques. On dispose alors 100 g de poudre de nickel sur la dernière plaque mise (figure 4). On comprime ensuite l'assemblage obtenu à 500 bars à froid, puis en maintenant une très légère pression de contact, on le traite pendant une demi-heure à 550-C sous argon pour fritter la poudre de nickel. Le bloc obtenu après frittage est alors usiné de manière à faire déboucher latéralement les plaques : la figure 5 montre sur une coupe parallèle aux plaques d'aluminium, le bloc 10 obtenu après frittage avec les plaques d'aluminium 9A et 9B. Les parties Il sont éliminées par usinage et les plaques 9A débouchent sur deux faces latérales du bloc ainsi usiné, et les plaques 9B débouchent sur deux autres faces latérales situées à 900 par rapport aux précédentes. On élimine enfin les plaques d'aluminium par attaque chimique à l'aide d'une solution de soude à 50 g/l, à 800C, et l'on obtient finalement la cellule représentée figure 1. Les réseaux de la cellule débouchant directement à sa périphérie, on fixe aux entrées et/ou sorties de ces réseaux, des pièces d'extrémité 4 avec des joints intermédiaires 5 assurant l'étanchéité (figure 2). Les faces où les réseaux ne débouchent pas peuvent être rendues étanches, par exemple par des joints en caoutchouc ou par un film de résine adhérant à la surface. La cellule filtrante obtenue a les caractéristiques suivantes - volume : 250 cm3 - densité : 4 - surface d'échange : 625 cm2 - rayon de pore : 40 cJs - épaisseur de la couche poreuse séparant 2 canaux 0,2 mi - débit eau sous 1 bar : 15 1/h, pour une différence de pres sion de 1 bar entre les ré- seaux A et B Il est à remarquer que si l'on désire augmenter la solidité de la cellule filtrante, on peut, en remplaçant les plaques pleines par des toiles ou des plaques perforées, avoir des ponts de poudre frittée à l'intérieur des canaux. EXEMPLE 2 Cet exemple est une variante de l'exemple 1 dans lequel le moule cylindrique est remplacé par un moule parallélépipédique. Les différentes opérations jusqu'à l'obtention d'un bloc fritté sont les memes mais au lieu de procéder à son usinage pour faire déboucher les plaques, on perce des trous borgnes dont l'axe est perpendiculaire aux plaques et qui réunissent entre elles les plaques de même orientation (figure 6). Les plaques sont alors détruites par attaque chimique comme dans 1' exemple 1 et l'on obtient finalement la cellule représentée figure 3. Toutes les faces de la cellule peuvent alors être rendues étanches à l'exception bien entendu des orifices des canalisations, par exemple par des joints en caoutchouc ou par un film de résine adhérant à la surface. Cette variante présente l'avantage de simplifier les entrées et les sorties des fluides : il suffit en effet de fixer les canalisations d'entrées et de sorties des fluides directement sur les orifices des trous. Cette fixation peut être faite, par exemple, par collage. Les caractéristiques de la cellule filtrante obtenues sont les mêmes que celles de la cellule de l'exemple 1, et la remarque faite à propos de cette dernière s'applique également ici. R E V E N D I C r T I O N S 1 - Cellule filtrante intégrée caractérisée par le fait qu'elle est constituée d'un monobloc poreux à l'intérieur duquel se trouvent deux réseaux indépendants constitués de canaux croisés, l'un de ces réseaux étant destiné au passage du fluide à filtrer, l'autre réseau étant destiné à la récupération du fluide filtré, les canaux d'un réseau étant séparés des canaux de l'autre réseau par une mince couche poreuse servant d'élément filtrant. 2 - Cellule filtrante selon la revendication i caractérisée par le fait que les deux réseaux débouchent directement à la périphérie de la cellule. 3 - Cellule filtrante selon la revendication i caractérisée par le fait que les deux réseaux ne débouchent pas directement à la périphérie de la cellule, les différents canaux de chaque réseau étant reliés entre eux par une ou des canalisations se trouvant dans le bloc poreux. 4 - Cellule filtrante selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait que les canaux se situent dans des plans parallèles. 5 - Cellule filtrante selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait que les canaux d'un réseau sont croisés par rapport aux canaux du deuxième réseau suivant une direction perpendiculaire. 6 - Cellule filtrante selon les revendications 3, ou 3 et 4, ou 3 et 5, ou 3, 4 et 5, caractérisée par le fait que la ou lesdites canalisations ont leur axe perpendiculaire aux canaux des deux réseaux. 7 - Cellule filtrante selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisée par le fait que le monobloc poreux est constitué par du nickel fritté. 8 - Apode de réalisation d'une cellule filtrante intégrée utilisant les techniques de frittage et d'élimination du matériau servant à créer la porosité caractérisé par le fait qu'il consiste à disposer dans un moule de forme convenable une certaine quantité d'une poudre de matériau frittable, puis à empiler des plaques perforées ou non, ou des toiles en un matériau pouvant être détruit ultérieurement, en intercalant entre chaque plaque ou toile une certaine quantité de la poudre de matériau frittable, lesdites plaques ou toiles étant alternativement croisées de la même façon de manière à former deux réseaux, à disposer sur la dernière plaque ou toile-empilée une certaine quantité de la poudre de matériau frittable, à comprimer à froid l'ensemble poudre et plaques ou toiles, à fritter la poudre et enfin à éliminer lesdites plaques ou toiles. 9 - lsode de réalisation selon la revendication 8 caractérisé par le fait que l'élimination desdites plaques ou toiles se fait après avoir usiné le bloc obtenu après frittage de manière à faire déboucher latéra louent lesdites plaques ou toiles. 10 - Mode de réalisation selon la revendication 8 caractérisé par le fait que l'élimination desdites plaques ou toiles a lieu après avoir ré- uni entre elles lesdites plaques ou toiles de chaque réseau en perçant à des endroits convenables des trous borgnes dans le bloc obtenu après frittage. Il - ode de réalisation suivant l'une quelconque des revendications 8 à 10, caractérisé par le fait que les plaques ou toiles d'un réseau sont croisées par rapport à celles du deuxième réseau suivant une direction perpendiculaire. 12 - diode de réalisation suivant les revendications 10, ou 11, ou 10 et 11, caractérisé par le fait que lesdits trous borgnes ont leur axe perpendiculaire auxdites plaques ou toiles.