Brevet FR2148208A1 — publié le 19730311

La présente invention concerne un filtre à alvéoles spiralés pour la rétention des particules en suspension, telles : les particules de poussière et les particules solides ou liquides sous forme d'aérosols, se trouvant dans l'air atmosphérique ou dans d'autres gaz et aussi pour des liquides qui contiennent des suspensions de particules solides. On sait déjà que par la filtration des particules contenues dans des fluides, on recherche soit la purification de ces fluides au cas ou les suspensions constituent des corps étrangers indésirables ou nuisibles à un certain processus technique ou biologique, soit la récupération des suspensions au cas où elles constituent des matériaux utiles. Afin d'obtenir un haut degré de purification des fluides, on connaît déjà leur passage à travers des couches filtrantes adéquates, formées par des masses poreuses, des fibres tissées ou des masses fibreuses non tissées, les dernières constituant à présent les matériaux filtrants de la plus haute efficacité pour la purification de l'air et des gaz. Le processus de filtration par n'importe lequel de ces matériaux impose généralement l'utilisation de couches filtrantes à grandes surfaces. En effet, plus les surfaces de filtration sont grandes, ce dont résulte une réduction de la vitesse du fluide à travers la couche, plus les caractéristiques techniques du filtre deviennent avantageuses, puisque la résistance aérodynamique diminue et que le coefficient de rétention croît, arrivant à des valeurs près de 100 %. Afin que ces surfaces filtrantes importantes ne mènent pas à la réalisation de dispositifs et installations de dimensions exagérées, une solution, généralisée à présent dans la technique, consiste dans le pliage multiple de la surface filtrante flexible et la fixation de ce paquet de plis à l'intérieur d'un cadre support rectangulaire, de telle manière que dans l'ouverture du cadre qui constitue la section de passage de l'air ou du gaz, on peut concentrer la plus grande surface possible de matériau. Dans chaque pli, on met un séparateur ondulé, qui assure l'accès de l'air sur toute la surface pliée du filtre. Le problème de l'étanchéité du bloc de matériau filtrant plié, à I 'inté- rieur du cadre-support, qui provoque de grandes difficultés pendant la fabrication, ainsi que le risque de quelques défections ultérieures dans l'exploitation d'une telle cellule filtrante, constitue l'un des aspects négatifs de cette construction. En effet, cette étanchéité, qui doit être réalisée tout en suivant une ligne en zigzag d'une longueur considérable qui fait le contact entre les bords de la surface pliée et le cadre, doit être parfaite pour ne pas donner naissance à des voies directes pour l'air, qui pourraient compromettre, par les by-pass créés, l'efficacité de l'ensemble de la cellule. Parce que les milieux filtrants modernes de la catégorie spéciale de haute efficacité possèdent un très haut degré de rétention, les plus petites fuites à l'intérieur de la cellule, entre le filtre et le cadre, peuvent réduire considérablement les performances réelles du processus de filtration et c'est la raison pour laquelle on utilise dans les constructions connues, des mastics spéciaux d'étanchéité, qui s'appliquent sur les arêtes latérales de la couche filtrante pliée.C'est une opération délicate qui fait que cette zone du filtre est le point le plus faible de l'ensemble de la construction, ce que l'on met en évidence soit tout de suite après la fabrication du filtre, soit plus tard à cause du vieillissement de l'adhésif utilisé. Donc, il est logique de poursuivre la réalisation des filtres à lignes d'étanchement les moins longues possibles, dans lesquels l'adhésif n'ait plus un rôle de masse d'étanchement. Une autre limitation technique de la solution de construction actuelle du filtre plié dans le cadre rectangulaire est celle du gabarit frontal, réalisable pour un certain débit d'air. Parce que le débit d'air filtré est proportionnel à la surface du filtre, il résulte que le gabarit frontal sera d'autant plus réduit que la couche filtrante pourrait se plier d'une manière plus compacte. On obtient pour les meilleures constructions actuelles une valeur de 1 :6, pour le rapport entre la surface frontale de la cellule et celle de la couche filtrante compactée. Donc, un autre but visé dans les constructions de filtres pliés, sera une amélioration de cet indice de compactage. Le filtre selon l'invention élimine les inconvénients mentionnés cidessus, du fait qu'il est constitué d'une couche de matériau flexible, de fibres non tissées, tissées ou d'autres masses poreuses flexibles, exécutées sous la forme de deux bandes continues identiques# pliées chacune en forme de U et jointes par superposition de façon à former une seule bande double présentant des alvéoles dont les ouvertures prennent-naissance par l'introduction de quelques bandes d'espacement, orientées dans des positions opposées.La bande filtrante double ainsi conçue est enroulée selon une spirale dont les couches successives, étroitement liées entre elles dans le but de leur autoétanchement, constituent finalement un corps filtrant de forme cylindrique à alvéoles spiralés, ledit corps filtrant présentant, sur l'une des faces, des alvéoles spiralés pour l'entrée du fluide non filtré, et, sur l'autre face, des alvéoles spiralés pour la sortie du fluide filtré.Le filtre est pourvu d'une carcasse qui constitue le support central, formant aussi un raccord d'entrée du fluide non filtré, une ou plusieurs ouvertures circulaires étant prévues dans la carcasse pour l'admission du fluide dans l'espace formé par le couple de corps filtrants fixés d'un côté et de l'autre de ces ouvertures, les deux bouts de la carcasse ayant des garnitures d'étanchéité et possèdant des profils conjugués pour la constitution par empilement de plusieurs filtres identiques dans un bloc de filtres, l'ensemble filtrant étant joint et étanchéisé à l'aide d'un couvercle muni d'une vis fixée sur le dernier filtre de l'ensemble. Un exemple de réalisation du filtre selon l'invention est décrit ci-après en référence aux figures I à 4 qui représentent - figure I : une section longitudinale d'une cellule filtrante formée par la combinaison de deux corps filtrants à alvéoles spiralés - figure 2 : une vue frontale d'une cellule filtrante conforme à la figure 1 - figure 3 : un détail en perspective d'un ensemble de deux bandes filtrantes - figure 4 : une section longitudinale à travers un ensemble de deux cellules filtrantes. L'élément de base d'un filtre selon l'invention est constitué de deux bandes filtrantes I et 2 ayant chacune en section transversale la forme d'un U obtenue par pliage préalable des bandes. A l'intérieur des flancs pliés de la bande I se trouve, sur toute la longueur, une autre bande 3, dont le rôle est de maintenir une distance correcte entre les flancs de la bande 1, de façon que l'air traversant sur toute sa longueur la fente ainsi ouverte, est dirigé vers le fond de l'alvéole et que l'on a un accès uniforme sur toute la surface du matériau filtrant 1. De la même manière, les flancs de la bande filtrante 2 sont maintenus ouverts à l'aide d'une bande d'espacement continue 4. La bande I se superpose sur la bande 2 de telle manière que leurs ouvertures latérales qui communiquent avec l'extérieur, ne soient pas situées du même côté, mais en deux directions opposées. Puis, cet ensemble préfabriqué des bandes I et 2, avec leurs pièces d'espacement 3 et 4, s'enroule selon une spirale qui va de l'intérieur vers l'extérieur, l'enroulement étant très serré pour que les spirales successives s'étanchent entre elles par une interpénétration intime des couches adjacentes de la masse filtrante flexible, en largeur et en toute la longueur des bandes. L'enroulement des bandes est poursuivi jusqu'à l'obtention de la surface de filtration nécessaire, puis on coupe les bandes, les bouts se fixent étroitement à la dernière spirale, et on finit ainsi la confection de l'élément filtrant à alvéoles spiralés. L'air non filtré, qui pénètre dans l'alvéole de la bande 1, traverse ses deux parois, puis la paroi adjacente de la bande 2 et enfin, il quitte le filtre par l'alvéole de la bande 2, en état purifié. Ainsi, le corps du filtre a la forme d'un cylindre, à deux faces circulaires, l'une servant d'entrée pour l'air non filtré et l'autre de sortie pour l'air filtré. Généralement, les bandes d'espacement 3 et 4, fabriquées en métal ou en autre matériau adéquat, ont soit la forme des feuilles minces flexibles sur lesquelles sont imprimées des ondulations transve#rsales, soit des structures de n'importe quelle sorte, obtenues par enchevêtrement ou pliage, ou sont formées d'une structure rare de fibres non tissées et ont pour rôle de constituer un alvéole continu à l'intérieur de la bande filtrante, dont toute la surface est ainsi accessible à l'air. Les bandes d'espacement 3 et 4 peuvent être constituées aussi de matériaux de préfiltrage ; elles retiennent dans leur masse les particules les plus grandes du fluide filtré, en préservant ainsi la couche fine du filtre proprement dit, qui travaille dans ce cas comme un deuxième étage de filtration. Deux corps de filtration à alvéoles spiralés confectionnés de la même manière que ceux décrits plus haut, de structure et de dimensions identiques, forment ensemble une cellule filtrante des plus habituelles. Un corps de filtre est formé de l'ensemble des bandes filtrantes 1 et 2, combiné avec les pièces d'espacement 3 et 4, et le deuxième corps est formé toujours de bandes 1' et 2' avec les pièces d'espacement 3' et 4'. Le support central commun à ces deux corps filtrants est un cylindre 5 pourvu d'un orifice d'entrée a de l'air non filtré à un bout, muni d'une garniture 6, une ouverture centrale circulaire b pour l'admission de l'air dans un espace c formé de ces deux corps filtrants. A l'autre bout, le support central 5 est muni d'un couvercle 7 qui a d'habitude une clé de serrage 8 du filtre, sur les bords d'un raccord d'air 9. L'air entré dans l'espace c ne peut sortir qu'en traversant les deux corps filtrants, parce que la cavité est obturée, vers l'extérieur, par une bande de matériau filtrant 10, doublée à l'extérieur d'une bande rigide de liaison 11, qui protège les dernières spires du matériau filtrant des coups et détériorations pendant la manipulation du filtre. On observe que l'ensemble des deux corps filtrants a, par rapport à la carcasse support, un seul étanchement, celui de la première spire enroulée étroitement sur la carcasse, et accomplit pratiquement le rôle d'une garniture sur toute sa largeur. D'habitude, cette première spire se colle sur la carcasse, non pas pour ltétanchement, mais pour une meilleure fixation mécanique du corps de filtre à la carcasse. La bande de fermeture 10 joue le rôle de garniture d'étanchéité, du seul fait qu'elle est étroitement enroulée à la périphérie cylindrique des deux corps filtrants. Dans la construction présentée, les espaces de fluide non filtré sont séparés de ceux contenant du fluide filtré par des étanchements circulaires, homogènes, sûrs et simples, réalisés sans adhésifs ou mastics spéciaux. Le corps de la surface spiralée de la construction présentée forme un ensemble parfaitement étanche à la carcasse-support de sorte qu'il ne peut apparaître aucune voie directe de passage, entre l'espace de fluide non filtré et celui filtré. Le diamètre du support cylindrique est conditionné par le fait que le fluide doit s'écouler dans l'orifice d'entrée a à une vitesse égale ou un peu supérieure à celle à laquelle il s'écoule dans la tuyauterie d'adduction du fluide. Il en résulte que, tant le périmètre d'étanchement du corps de filtre qui s'appuie sur ce support 5 que celui de la carcasse du filtre par rapport au canal d'adduction, ont les dimensions les plus réduites possibles et les plus rationnelles, à savoir la forme circulaire. Une variante d'ensemble d'un filtre multiple à alvéoles spiralés s'obtient par l'écartement du couvercle 7 d'un filtre à deux corps filtrants et la fixation à sa place d'un deuxième filtre identique au premier. De cette manière, on obtient un dédoublement de la surface filtrante précédente dans les limites du même gabarit frontal. Le filtre peut également être exécuté dans des bandes continues de matériau filtrant 1, 2, 1' et 2' qui, avant d'être enroulées, sont pliées en forme de "Z" ou avec plusieurs plis, en fonction de la résistance et la flexibilité du matériau et du diamètre d'enroulement adopté. Afin de simplifier le processus technologique de la fabrication d'un filtre selon l'invention, les bandes de filtration 1, 2, 1', 2' et celles d'espacement 3, 4, 3' et 4' peuvent être réunies dans une seule bande formée de deux couches, différentes, jointes par le dépôt du matériau filtrant directement sur celui de distance utilisé comme support. Le filtre selon l'invention présente les avantages suivants - l'élimination du risque de manque d'étanchéité par rapport au cadre, - l'agrandissement substantiel du volume de matériau filtrant actif par rapport à la surface frontale de la cellule filtrante, - la simplification et la diminution importante des dimensions d'étanchement de la bride de raccordement du filtre de l'installation de ventilation qu'il dessert, - surtout, la forme géométrique des filtres de la présente invention se prête à une technologie de fabrication en flux continu, d'une grande simplicité qui fait moins appel à une main d'oeuvre qualifiée, - le montage compact, en pile, de deux ou plusieurs filtres identiques, sert soit à l'agrandissement du débit de fluide filtré, soit à l'agrandissement de l'efficacité de filtration de l'installation, suivant les nécessités. REVENDICATIONS 1.- Filtre compact à alvéoles spiralés, caractérisé en ce qu'il est obtenu à partir d'une couche de matériau filtrant flexible, de fibres non tissées ou d'autres masses poreuses flexibles,mise sous la forme de deux bandes continues identiques pliées chacune en forme de U (1 et 2 ou 1' et 2') et jointes par leur superposition de telle manière qu'elles constituent une seule bande double présentant des alvéoles dont les ouvertures prennent naissance par l'introduction de quelques bandes d'espacement (3 et 4 ou 3' et 4'), orientées vers des positions opposées : la bande filtrante double ainsi constituée est enroulée selon une spirale dont les couches successives sont étroitement jointes entre elles dans le but de leur autoétanchement, réalisant finalement un corps filtrant de forme cylindrique, qui présente sur une face des alvéoles spiralés pour la sortie du fluide filtrant, les bandes d'espacement (3, 4, 3', 4') étant composées soit de feuilles flexibles ondulées, soit de structures enchevêtrées et pliées, fibreuses ou poreuses ou recouvertes par ces structures et ayant des propriétés de rétention pour les particules grossières des imPuretéS du fluide introduit, de sorte que cette couche réalise une préfiltration qui protège les couches fines (1, 2, 1', 2') du filtre proprement dit, contre un colmatage prématuré de leurs surfaces en amont, prolongeant de cette manière la durée d'exploitation du filtre dans son ensemble. 2.- Filtre selon la revendication 1, -caractérisé par le fait qu'il est pourvu d'une carcasse (5) qui constitue le support central du filtre et forme aussi un raccord (a) d'entrée du fluide non filtré, une ou plusieurs ouvertures circulaires (b) étant en outre pratiquées dans la carcasse (5) pour l'admission du fluide dans l'espace (c) formé par le couple de corps filtrants fixés d'un côté et d'autre de ces ouvertures (b), de façon à assurer la répartition uniforme du fluide dans les corps filtrants et en ce que l'extrémité opposée de l'orifice (a) est obturée par un couvercle (7) qui peut être fixé définitivement sur la carcasse (5), ou peut être mobile, et est runi en son centre d'un dispositif (8) pour le serrage étanche du filtre sur le raccord d'air (9) ; les deux bouts libres de la carcasse (5), pourvus de garnitures d'étanchéité (6), possèdent des profils conjugués, ce qui permet la formation d'un bloc de filtre, par l'empilement de plusieurs filtres identiques, l'ensemble étant serré et étanché dans sa position à l'aide d'un couvercle (7) et d'une vis (8) fixés toujours au dernier filtre de la pile.