Brevet FR2283718A1 — publié le 19760402

La présente invention concerne un filtre à lavage retour du type 'tflush-back", auto-nettoyant, permettant d'éliminer les particules solides d'un fluide. Le mot "fluide" désigne ici un liquide ou un gaz. Le filtre convient particulièrement dans le cadre d'un appareillage d'analyse automatique, pour éliminer les particules solides des échantillons de fluide. Le contrtle des fluides dans l'industrie chimique n'est possible que si les modifications physiques et les modifications de matière peuvent Autre déterminées quantitativement, et, autant que faire se peut, en continu. Pour atteindre ce but, il est nécessaire d'effectuer une analyse précise de nombreux composants. Un grand nombre de ces impuretés doivent etre décelées à des concentrations extrEmement faibles (de l'ordre d'une partie pour mille parties, à une partie pour un million), grtce à des appareillages d'analyse très sensibles. Ces appareillages sont susceptibles d'être affectés par les impuretés solides contenues dans le fluide, et il est nécessaire d'effectuer une purification continue de l'échantillon de fluide afin d'éliminer les particules solides. Pour la conception de systèmes fiables de mesure, nécessitant peu d'entretienset pouvant moeme #tre portables, la demanderesse propose un filtre auto-nettoyant à lavage retour, dont l'élément filtrant est une pièce hélicotdale, ce filtre convenant à la préparation d'échantillons pour analyses de fluide. On connait de nombreux appareillages, et de nombreuses techniques, d'analyse automatique en continu, pour la déterminatIon sélective et quantitative des différentes impuretés solides présentes dans les fluides, y compris dans les effluents liquides, les eaux naturelles, ou les gaz de sortie ou d'échappement. Ces appareillages sont principalement conçus pour la détermination de la concentration des substances qui ne se trouvent qutà l'état de traces, pouvant être mesurée physiquement, soit directement, soit après réaction chimique. On utilise fréquemment des systèmes photométriques (visible, UV, IR), potentiométriques,polarographiques et galva- nométriques. Les instruments de mesure actuellement disponibles nécessitent dans quelques cas beaucoup trop d'entretien, et sont susceptibles autre affectés par des impuretés, par exemple sous forme de particules solides. On connaît différentes techniques permettant de purifier des fluides. La plupart de ces techniques reposent sur des technique physiques. Des systèmes permettant de mettre en oeuvre ces techniques sont corniner- cialisés. La plupart de ces systèmes ne peuvent être utilisés que dans quelques domaines d'application. Dans de nombreux cas, ils doivent être adaptés au problème particulier d'analyse, et optimisés en ce qui concerne leurs aspects économiques ettechniques. La préparation continue et fiable des échantillons destinés à l'analyse, par élimination des composants indésirables, est une condition préalable nécessaire, dans le domaine des techniques d'analyse des substances étrangères contenues dans le fluide. Les substances indésirables peuvent entre éliminées, par exemple de l'eau, au moyen de matériaux poreux, perméablesà l'eau (par exemple papier filtre, tissus en fibres synthétiques ou naturelles ,cartouches de céramique, etc.). La quantité considérable de travail nécessaire au nettoyage et au remplacement peut etre légèrement réduite par utilisarion de cartouches spéciales du type tamis; par exemple la durée d'utilisation d'un filtre automatique peut être améliorée de façon importante par utilisation d'une bande filtrante à déroulement continu. Dans ce cas, seuls des remplacements réguliers de la bande filtrante sont nécessaires. Les filtres à lavage retour sont de plus en plus utilisés. Par le passé, ces filtres étaient de préférence utilisés pour la purification industrielle à grande échelle de l'eau. Des filtres auto-nettoyants pour systèmes d'analyse ont récemment été commercialisés. Dans un exemple d'un tel filtre, les dépôts de poussières sont éliminés par un courant dérivé. TJn autre filtre à lavage retour consiste en deux éléments filtrants identiques, et en un dispositif de lavage retour. Les surfaces filtrantes sont maintenues pratiquement propres, tout d'abord par l'acl-3on de lavage qui entratne alternativement une partie de Ittohantillon d'eau déjà filtré, en lavage retour, dans l'un ou l'autre des d#ux éléments filtrants, et, deuxièmement, par la force centrifuge produite par le courant dérivé. Cependant, aucun de ces systèmes de filtration ne convient pour toutes les utilisations. Dans quelques cas, les fluides introduits sur les filtres doivent tout d'abord être purifiés par voie mécanique, c'est-à-dire que les particules solides présentes ne doivent pas dépasser une certaine dimension. Le taux de filtration ne peut être modifié que par remplacement de la cartouche filtrante, par exemple la membrane filtrante. Le nettoyage du filtre est une opération prenant beaucoup de temps. Dans la majorité des dispositifs automatiques d'analyse des effluents, l'échantillon doit être soigneusement débarrassé de toutes les impuretés flottantes ou précipitées, avant d'être introduit dans l'appareillage. Les particules solides sont susceptibles non seulement d'avoir un effet important sur les résultats de l'analyse, mais également d'empêcher le fonctionnement de l'appareillage par formation de dépôts et engorgements. Un objet de l'invention est de proposer un dispositif pour la préparation automatique d'échantillonsd'effluents > de manière à obtenir un courant continu d'effluent purifié, et de manière que l'appareillage d'analyse puisse fonctionner de façon sûre, et, autant que faire se peut, sans entretien. L'invention propose un filtre à lavage retour permettant de filtrer des particules solides contenues dans un liquide, ce filtre contenant un élément hélicotdal dans lequel les interstices entre les spires élémentaires jouent le rle d'un tamis pour le liquide, la largeur de ces interstices pouvant etre réglée par compression ou étirement de l'élément hélicotdal. Dans un mode de réalisation préféré selon l'invention, l'élément hélicotdal est disposé entre un tube d'entrée et un tube de sortie, et le fluide passe, sous forme d'un courant continu, de entrée vers la sortie, au travers de l'espace limité par l'élément hélicoRdal,.ltelément hélicotdal et au soins une partie des tubes d'entrée et de sortie étant enfermé dans un tube extérieur concentrique, possédant un orifice de sortie du fluide filtré, une extrémité du tube externe étant fixée de façon rigide à l'un des tubes d'entrée et de sortie, tandis que l'autre extrémité est fixée de façon étanche à l'autre de ces deux tubes par un joint, des dispositifs étant prévus pour modifier l'écartement des deux éléments tubulaires, et donc pour régler le pas de l'élément hélicotdal de la manière suivante Selon une mise en oeuvre particulière avantageuse de l'invention, on prévoit un robinet à trois voies à la sortie du fluide filtré. Ce robinet à trois voies est conçu de telle manière que lorsque L'élément hélicoïdal présente des interstices de largeur maximale (h ) > ), orifice max de sortie est relié à un conduit d'introduction du milieu de lavage. L'élé- ment hélicoYda' consiste de préférence en un matériau élastique, et ses caractéristiques élastiques sont telles que le ressort est as repos dns la position hmin. Les dispositifs permettant de régler le pas copprennent de préférence un élément annulaire se déplaçant sous l'action 3t piston à air comprime. Le piston annulaire transmet son mouvement au tube extérieur et à l'élément tubulaire qui y est fixé. Le piston à air comprimé implique l'existence d'un joint entre le tube extérieur concentrique et l'un des deux éléments tubulaires. Ce joint est, de façon convenable, un joint glissant Si on le désire, le piston annulaire peut être remplacé par un piston à double action relié de façon rigide à l'un des deux élémenus tubulaires. Dans ce cas, le joint entre le tube extérieur concentrique et l'un des deux éléments tubulaires est de préférence un joint à soufflet. Le filtre selon l'invention présente l'avantage d'être moins susceptible autre affecté par des dépôts de particules solides. Une caractéristique particulièrement importante est la facilité avec laquelle il peut être nettoyé sans qu'il soit nécessaire de le démonter. Pour nettoyer le filtre, on effectue simplement un lavage retour au moyen du milieu de lavage, au travers de l'élément hélicotdal filtrant, lorsque cet élément est étiré. L'effet de nettoyage est amélioré par un déplacement alternatif des spires, qui rétrécit et agrandit alternativement les interstices. Toutes les impuretés filamenteuses qui se sont agglomérées sur le filtre sont ainsi brisées et éliminées par lavage.Un autre avantage réside dans le fait que le taux de filtration peut Etre modifié par réglage de la distance h entre les spires de l'élément hélicoïdal (pas). Ce réglage est effectué de l'extérieur au moyen du piston à air comprimé, sans modificati: du filtre lui-m#ne. Dans ce domaine, le filtre diffère des filtres classiques à tamis, dans lesquels le taux de filtration est fixé par 1' ouverture de maille. L'exemple suivant illastre l'invention sans toutefois en linXfter la portée. Exemple Un exemple de réalisation du filtre selon l'invention est illustré par les dessins annexés, sur lesquels - les figures la et lb représentent des coupes schématiques montrant le fonctionnement d'un filtre à lavage retour, à ressort hélicoidal, selon l'invention#(la figure la correspond à la filtration, et la figure lb correspond au lavage), - la figure 2 représente une coupe détaillée du filtre à lavage retour, à ressort hélicotdaî, et - les figures 3a et 3b représentent des coupes montrant le fonctionnement du filtre à lavage retour, à ressort hélicotdal, utilisé pour le prélèvement d'échantillons d'un gaz de sortie ou d'échappement (la figure 3a correspond à la filtration, et la figure 3b au lavage). Dans le domaine de la purification d'un liquide, l'expérience montre que le nettoyage automatique d'un filtre représente un problème difficile. Le nettoyage d'un tamis, ou analogue, doit être effectué avec utilisation d'une énergie importante, afin d'assurer une opération strie et continue, durant un temps raisonnable. L'élément soumis à une telle opération de nettoyage doit donc etre très robuste. Un élément hélicoïdal remplit ces conditions. L'élément hélicotdal est de préférence construit en acier fortement allié, résistant à la corrosion provoquée par le fluide. Le diamètre du fil ou câble formant l'élément hélicotdal est de préférence de 3 à 7 mm.Un effet supplémentaire de lavage et de nettoyage peut être obtenu par compression énergique de l'élément hélicotdal, de manière à mettre en contact les spires élémentaires. A l'état comprimé hein' seuls de petits interstices sont laissés pour l'action de filtration de l'eau effluente, entre les spires élémentaires 2 de l'élément hélicotdal 1. ta distance minimale hi est d'environ 0,01 - 1 irna. La distance maximale h entre max les spires 2 est dlenviron 5 - 10 isn. Le fonctionnement d'un tel élément hélicotdal filtrant, auto-nettoyant, sera maintenant expliqué en se référant au schéma de fonctionnement représenté sur la figure 1 annexée. L'élément hélicotdal l est dans ce cas un ressort hélicotdal. L'effluent non purifié 3 s'écoule en continu au travers du filtre, entre entrée 4 et la sortie 5. La sortie 5 est de section légèrement réduite, ce qui provoque un effet de pression dans le filtre. L'effluent peut etre conduit au travers du filtre au moyen d'une pompe ordinaire commercialisée, habituellement utilisée pour un effluent. L'eau doit déjà se trouver sous une légère pression à entrée 4. L'élément hélicotdal 1 est presque totalement comprimé pour l'opération de filtration (position hein). Si l'on utilise un ressort hélicotdal, ceci correspond à sa position de repos. La surpression oblige une certaine quantité de l'effluent 3 à passer au travers des interstices étroits ménagés entre les spires élémentaires 2 de l'élément hélicotdal 1, l'eau étant ainsi purifiée. Après passage dans les interstices, l'eau s'écoule par le conduit de sortie 7 au moyen de la vanne 6 à trois voies. Toutes les particule de dimension supérieure contenues dans l'eau effluente sont retenues au iv des interstices de l'élément bélicoidal 1.Le taux dleffrcacita du filtre, c'est-à-dire la proportion de particules solides retenues peut être réglé dans une certaine mesure par modification du pas de Itélemclit hélicoïdal. Les interstices sont engorgés au bout d'un certain temps, ce temps dépendant de la quantité d'impuretés solides dans l'effluent. Pour nettoyer les interstices, on étire l'élément hélicotdal 1 et en lave par un écoulement inverse d'eau de lavage. Dans ce but, on ouvre la vanne 8 à deux voies sur le circuit d'air comprimé 9. Le piston 11, qui est relié de façon rigide au tube de sortie Sa (voir figure 2 annexée) au moyen d'un corps 10 est ainsi déplacé, ce qui étire l'élément hélicoidal 1, en position h a . Simultanément, la vanne 6 à trois voies est automati max quement inversée,-ce qui fait qu'elle envoie de l'eau de lavage 12 sur l'élément hélico#dal 1. L'eau de lavage est éliminée dans l'effluent non purifié, qui s'écoule en continu.Les spires élémentaires 2 du ressort helicolldal se heurtentsilton imprime un mouvement alternatif au ressort (ctest-à-dire par fermeture du circuit d'air comprimé), ce qui broie ou rompttoute particule solide restante Si l'on utilise un élément héli cotidal non élastique, on peut obtenir le même effet au moyen d'un second piston à air comprimé agissant dans le sens opposé. Lorsque le filtre a été nettoyé, on coupe le circuit d'air comprimé et l'arrivée d'eau de lavage. Un mode de réalisation préféré du filtre à lavage retour à ressort hélicoïdal selon l'invention est représenté sur la figure 2 annexée. Le tube 4a correspondant à l'entrée 4 de l'eau effluente est relié de façon rigide à une extrémité du#ressort hélicoïdal 1, tandis que le tube de sortie Sa est relié de façon rigide à l'autre extrémité dudit ressort. L'effluent filtré 3 qui traverse le ressort hélîcoidal 1 est récupéré dans le corps 10 et est évacué par le conduit 13. Le corps 10 est relié de façon rigide au tube de sortie de l'eau effluente, Sa. Afin de faciliter le démontage du filtre, on réalise de préférence ce montage par un assemblage à filetage comportant un verrou annulaire 14. Un dispositif 15 à piston est prévu sur le tube d'entrée 4a pour permettre d'ouvrir les interstices de l'élément hélicoidal 1, au moment du lavage. Un piston annulaire 17, relié de façon rigide au corps 10, peut être déplacé entre le tube d'entrée 4a et le guide 16 du piston, cylindrique, au moyen de l'air comprimé introduit en 18, 18'. Le piston annulaire 17 doit bien entendu etre étanche au niveau du cylindre 16 et de la paroi externe de l'élément tubulaire interne 4a, au moyen de joints glissants 17a, 17b. La course du piston est limitée par un élément annulaire 19. La largeur h de l'interstice peut etre réglée, pour l'opération de lavage, par déplacement de cet élément 19. Le dispositif 15 comportant le piston (guide 16 du piston, piston annulaire 17 et alimentations 18 et 18' en air comprimé) peut etre remplacé par un piston coiliercialisé à double action relié de façon rigide au tube de sortie Sa de l'eau effluente. Le conduit 4a d'entrée de l'effluent, et le corps 10, doivent titre dans ce cas reliés par un joint flexible, par exemple du type joint à soufflet. Dans ces deux modes de réalisatian, le tube de sortie Sa doit s'ouvrir dans un tube flexible, par exemple un raccord flexible ou un soufflet, car le conduit Sa, dea & eque le corps 10, doivent etre manoeuvrés pour l'opération de lavage. Le fonctionnement du filtre à lavage retour à ressort hélicotdal, pour la purification de gaz, dans un dispositif de prélèvement d'échantillons gazeux d'un courant gazeux d'échappement, est expliqué ci-dessous en se référant aux figures 3a et 3b annexées, L'élément héli cotidal 1 est toujours un ressort héîicotdal en acier inoxydable. Lorsque le ressort est au repos (figure 3a), les spires du ressort déterminent des interstices étroits permettant de filtrer le gaz. Pour le prélèvement d'échantillons, le filtre doit etre introduit dans un courant déchappewent ou de sortie, ce qui fait que le gaz d'échappement traverse en continu le filtre.Ceci est réalisé de la tanière suivante Le dispositif de prélèvement d'échantillons est disposé directement dans le courant gazeux, dans une cheminée, au moyen d'une collerette 20 montée sur un orifice convenable dans la paroi de la chemisée. L'élément hélicoïdal L est lié de façon rigide à un tube 21 de soutien. L'autre extrémité du tube 21 de soutien est fixée à la collerette 20, tandis que 11 autre extrémité de l'élément héîicotdal 1 est munie d'une plaque terainale 22. Le gaz filtré est prélevé par le tube 23 de prélèvement d'échantillons, disposé de façon concentrique dans le tube 21 de soutien. Le tube 23 de prélèvement est mobile dans la direction axiale, grâce aux joints glissants 24 et 25. Les joints glissants 24 et 25 sont étanches visà-vis de l'atmosphere extérieure et du gaz non purifié. Une extrémité du tube de prélèvement 23 conduit vers l'extérieur de la chemirée, et iTaitre extrémité est fixée à la plaque terminale 22 de l'élément #é1ic#da1 1. A la hauteur de l'élément hélicoïdal i > c'est-a-dire dans itexpace défini par l'élément filtrant, le tube de prélèvement 23 présente de nrmbre-us orifices 26.Une petite partie du gaz d'échappement ou de sortie passe au travers des interstices étroits ménagés entre les spires de l'élément héli- cotidal 1, ce qui élimine les impuretés solides. Le gaz purifié passe ensuite dans les orifices 26, et pénètre dans le tube de prélèvement 23 > qui le conduit vers un appareillage d'analyse non représenté. Le courant gazeux est maintenu par une pompe reliée à la vanne 6 à trois voies. Le conduit de sortie 7 de la vanne 6 à trois voies peut oestre relié à des systèmes permettant le traitement ultérieur de l'échantillon gazeux, par exemple pour une filtration fine, un piège à eau, etc. Comme dans les exemples précédents, l'élément héli cotidal 1 est presque complètement comprimé pour la filtration, en position hmin Si l'on utilise un ressort hélicotdal, ceci correspond à sa position de repos. Au niveau des interstices étroits 2 ménagés entre les spires de l'élément hélicoïdal, les particules solides du courant d'échappement ou de sortie sont retenues (ce sont par exemple des particules de poussière ou des agglomérats de suie). L'efficacité du filtre, c' est-à-dire la proportion des particules solides retenue peut varier dans une certaine mesure par modification de la distance entre les spires de l'élément hélicoïdal. Durant le fonctionnement du filtre, les interstices 2 sont progressivement engorgés par des particules solides, en particulier lorsque le courant de sortie dont on prélève des échantillons contient une proportion élevée d'impuretés solides. En consequence, le filtre doit être nettoyé à des intervalles réguliers de temps. Le nettoyage est réalisé par étirement de l'élément hélicotdal 1 et balayage des interstices au moyen d'un courant d'air circulant en sens inverse. Dans ce but, on ouvre la vanne 27 à deux voies disposée sur le circuit 28 de gaz sous pression. La pression déplace le piston 29, qui exerce sa poussée sur le tube 23 de prélèvement, ce qui écarte les spires de l'élément hélicoïdal, ce qui élargit les interstices 2 de filtration (position h ).Simultanément, max la vanne 6 à trois voies est automatiquement inversée, ce qui fait qu'elle dirige l'air 30 de balayage vers l'élément hélicotdal 1. Les spires individuelles du ressort se heurtent entre elles si l'on applique un mouvement alternatif de compression-détente au ressort, c'est-à-dire par fermeture du circuit d'air comprimé, ce mouvement broyant ou rompant tout agglomérat solide restant au niveau des interstices 2, ce phénomène étant semblable à celui observé pour des échantillons liquides, et décrit ci-dessus. Si l'on utilise un élément hélicotdal non élastique, le même effet peut être obtenu au moyen d'un second piston à air comprimé agissant en sens opposé. Après avoir effectué le balayage retour par de l'air pur, on ferme le circuit d'air comprimé au niveau de la vanne 27, ce qui fait que l'élément hélicotdal 1 retourne à sa position hi . Simultanément, le circuit d'air pur de nettoyage est fermé par la vanne 6 à trois voies, et le conduit de prélèvement 23 est de nouveau relié à la pompe aspirante. Le dispositif est alors en position de filtration et de prélèvement d'échantillon. Bien entendu, diverses modifications peuvent etre apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent autre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. R R E V E N D I C A T T O N S 1. Filtre à lavage retour pour filtration des particules solides contenues dans des fluides, caractérisé en ce qu'il comprend un élément hélicoïdal dans lequel les interstices ménagés entre les spires élémentaires jouent le ralle d'un tamis pour le fluide, la largeur des interstices pouvant être réglée par étirement ou compression de l'élément héli cotidal. 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément hélicoidal est disposé entre un tube d'entrée et un tube de sortie, en ce que le fluide passe sous forme d'un courant continu, de l'entrée vers la sortie, au travers du volume délimité par l'élément héli cotidal, l'élément hélicoidal, et au moins une partie des tubes d'entrée et de sortie étant enfermé dans un tube extérieur concentrique présentant une sortie pour le fluide filtré, une extrémité du tube extérieur étant reliée de façon rigide à l'un des tubes d'entrée et de sortie, tandis que l'autre extrémité est reliée de façon étanche à l'autre de ces deux tubes, au moyen d'un joint, des dispositifs étant prévus pour modifier l'écartement entre les deux éléments tubulaires, et donc pour régler le pas h de l'élément hélicoïdal de la manière suivante h C h min max 3. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le joint entre le tube extérieur concentrique et l'autre des deux tubes est un joint glissant. 4. Filtre selon la revendication 2, caractérisé en ce que le joint entre le tube extérieur concentrique et l'autre des deux tubes est un joint à soufflet. 5. Filtre selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comprend une vanne à trois voies disposée à la sortie du liquide filtré, cette vanne étant manoeuvrée de manière que le conduit de sortie du liquide filtré soit relié à un conduit d'introduction d'eau de lavage lorsque l'élément hélicoïdal est en position étirée. 6. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que 11 élément hélicotdal est constitué d'un matériau élastique, et présente des caractéristiques de ressort. 7. Filtre selon l'une quelconque des revendications l à 6, caractérisé en ce que le dispositif de compression ou d'étirement de l'élément hélicoïdal comprend un piston annulaire se déplaçant sous l'action d'air comprimé. 8. Filtre à lavage retour selon la revendication 1, destiné à éliminer les particules solides d'un courant gazeux, caractérisé en ce que : a) une extrémité de l'élément hélicotdal est fixée à un tube exté- rieur, et l'autre extrémité est fixée au moyen d'une plaque ter minale à un tube intérieur concentrique, supporté par des joints glissants, et mobile dans la direction axiale, b) le tube intérieur est muni d'orifices au niveau du volume déli mité par l'élément hélicotdal, l'étanchéité vis-à-vis de l'atmos- phère et du gaz non filtré étant assurée par les joints glissants mentionnés sous a) > c) il comprend des dispositifs permettant de déplacer le tube intérieur dans la direction axiale, ce qui entrain la variation du pas h de l'élément hélicotdal entre les limites hain et hmax et d) en ce qu'il comprend une vanne å trois voies disposée la sortie du tube intérieur, cette de vanne étant manoeuvrée de telle manière que le conduit de balayage sortie soit relié d un dispositif d'introduction d'air de balayage lorsque l'élément hélicoïdal est en position étirée.