Brevet FR2288544A1 — publié le 19760521

La présente invention, à la réalisation de laquelle ont collaboré Messieurs gaude BARDONNET, Robert BRUN et Michel PAGES, concerne un perfectionnement apporté, dans le domaine de la filtration, à des éléments filtrants de type tubulaire. On a déjà proposé d'utiliser comme élément filtrant de la cordelette creuse. Le liquide à filtrer baigne autour de la cordelette, traverse la paroi latérale qui retient les particules en suspension, puis s'écoule par le canal axial ménagé à l'intérieur de la cordelette à une extrémité duquel il est recueilli. Plusieurs de ces cordelattes peuvent être disposées en parallèle à l'intérieur d'une enceinte commune, munie de moyens appropriés pour la circulation des fluides et le décolmatage des éléments filtrants. On a constaté que, quels que soient les matériaux employés ou leurs modes de mise en oeuvre, la cordelett#-résis##mal des pressions exté- rieures dépassant quelques bars et qu'elle peut ainsi s'écraser, ce qui limite le débit du filtrat et par conséquent le domaine d'emploi de ce type d'élément filtrant. Le but de la présente invention est un élément filtrant tubulaire qui offre simultanément les caractéristiques suivantes : être de petit calibre pour permettre la constitution d'ensembles de compacité élevée, avoir une grande souplesse pour se plier à des configurations variées,une résistance élevée aux pressions extérieures, un pouvoir filtrant élevé, permettre un décolmatage facile et se prêter par ailleurs à une fabrication et à une mise en oeuvre économiques.D'autres avantages dtun tel élément filtrant apparaitront dans la suite de la description. Il a maintenant été trouvé un cordon filtrant constitué par une gaine textile de diamètre compris entre 1,5 et 15 mm et d'épaisseur comprise entre 0,5 et 6 mm, délimitant un canal axial, caractérisé en ce que ladite gaine textile est pratiquement dépourvue d'interstices, les fils et/ou les fibres la constituant étant imbriqués les uns dans les autres et étant aplatisnotamment à leurs croisements près de la surface externe de ladite gaine. Sans traitement particulier un cordon creux ne résiste, au mieux, qutà des pressions extérieures de l'ordre de quelques bars. Selon l'invention,la résistance à l'écrasement, le pouvoir filtrant et l'aptitude au décolmatage d'un tel cordon creux sont sensiblement améliorés si l'on comprime la structure de la gaine textile par un traitement soit mécanique,- soit thermique, soit de préférence à la fois mécanique et thermique. Pour cela, on peut faire passer le cordon creux à travers une filière constituée par un conduit convergent, lisse, exerçant sur le cordon une compression des fils et/ou des fibres conduisant à une réduction des diamètres intérieur et extérieur et simultanément au calibrage de sa section et au lissage de sa surface extérieure. On constate qu'un tel traitement conduit à une gaine textile à structure homogène, dense et perméable aux fluides. Le calibrage du cordon creux selon une section droite rigoureusement circulaire augmente ainsi considérablement sa rigidité transversale , donc sa résistance à la pression extérieure (il évite donc son ovalisation ultérieure) mais lui laisse une souplesse lon#gitudinale suffisante pour pouvoir être enroulé selon des rayons de l'ordre d'une dizaine ou une vingtaine de centimètres. Avant traitement, le profil extérieur initial et le profil intérieur d'une gaine textile, bien que généralement sensiblement circulaires, sont très irréguliers avec alternance dç creux et de bosses. Après traitement, le profil extérieur de la gaine est régulièrement circulaire et lisse. On observe en outre que, au voisinage de la surface externe de la gaine textile, les fils restent séparés mais sont déformés par fluage, aplatis superficiellement et imbriqués les uns dans les autres, c'est-à-dire pliés pour occuper les moindres espaces morts. Le cordon filtrant selon l'invention est ainsi pratiquement dépourvu d'interstices, notamment aux croisements des fils ou des fibres. Le cordon filtrant peut etre aussi obtenu en soumettant préalable ment la gaine textile et plus particulièrement lorsqu'elle est constituee de matériaux thermoplastiques, à un traitement thermique. Pour cela, on fait passer la gaine textile à travers une zone de chauffage portée à une température élevée, voisine de la température maximum pouvant être supportée par le matériau textile sans fusion ou dégradation nuisible appréciable. La gaine textile demeure dans cette zone de chauffage pendant un temps suffisant pour qu'un équilibre thermique soit atteint de préférence en tous points de la gaine textile afin d'obtenir un chauffage à coeur. La température et le temps de séjour dans la zone de-chauffage sont limités par la nécessité de ne pas provoquer une fusion uniforme et continue des fils textiles synthétiques les uns contre les-autres, afin de ne pas former une gaine tubulaire étanche aux fluides. Le fluide de chauffage peut être constitué par de l'air, une vapeur (vapeur d'eau par exemple) ou un liquide (glycol par exemple). Comme zone de chauffage, on utilise par exemple un tunnel chauffant (ou étuve à passage continu). Le cordon filtrant est ensuite refroidi, généralement à l'air, de fanon naturelle, afin que les fils se figent dans leurs formes et leurs positions relatives. On a constaté qu'un traitement thermique effectué dans ces conditions procure les principaux effets suivants a) Il provoque d'abord un resserrement homogène, les uns contre les autres, des fils ou des fibres constituant la gaine textile. Ainsi dans une gaine tissée les fils de chaise et les fils de trame sont resserrés de façon homogène autour des fibres neutres de la gaine. Ce resserrement se traduit donc généralement par une diminution du diamètre extérieur de la gaine et éventuellement une augmentation de son diamètre intérieur. La texture initiale, l che, devient ainsi une texture serrée et homogène pratiquement dépourvue d'interstices: conférant notamment au cordon un pouvoir filtrant sensiblement amélioré et une bonne aptitude aux décolmatages. La résistance d'une telle texture aux sollicitations mécaniques est de ce fait également améliorée. C'est ainsi qu'une gaine tressée non traitée se déforme immédiatement sous l'effet d'une compression radiale ou axiale, alors qu'une meme contrainte ne produit aucune déformation sensible sur une gaine traitée selon l'invention. b) Il se produit ensuite un effet d'autocalibrage. On constate que les-irrégularités éventuelles des sections droites de la gaine textile s'atténuent considérablement et généralement disparaissent. Il résulte de la modification de la texture de la gaine textile et de l'autocalibrage une amélioration considérable de la résistance à l'écrasement ou plus généralement aux pressions extérieures radiales. c) Ce traitement produit en outre une stabilisation des fibres ou fils constituant la gaine textile ; ils perdent ainsi la mémoire des efforts auxquels ils ont été soumis. Ainsi lorsqu'on tranche une gaine textile non traitée, on observe que les fils s'effilochent d leur extrémité et se detórdent car les contraintes auxquelles ils étaient soumis sont alors libérées. Au contraire, une gaine textile traitée thermiquement selon l'invention conserve intacte une extrémité coupée ; les fils qui la composent conservent inchangée leur position relative initiale. d) Le traitement permet d'améliorer sensiblement la perméabilité aux fluides de la gaine textile sous l'effet d'une pression radiale. e) Ce traitement procure enfin å la gaine textile une aptitude d atre e-roulte en spires régulières selon des rayons de courbure compris notamment entre 1 et 10 cm et à conserver en meme temps-en tous points des sections droites sensiblement circulaires. Au contraire, on constate généralement qu'une gaine textile traitée thermiquement seulement en .* ace , se plie irrégu- lièrement puis s'obture localement en se coudant à angles vifs. De préférence on fait subir d la gaine textile, après traitement thermique, une opération de calibrage. Cette opération peut etre effectuée par exemple en tirant la gaine textile à travers un conduit convergent, générale ment chauffé, situé de préférence immédiatement d la sortiè de i'ét#e:- Cette opération a essentiellenent pour buts de parfaire le profil extérieur circulaire de la gaine textile, d'en calibrer le diamètre et d'aplatir les fils et/ou les fibres situés à la surface de la gaine textile. Comme gaine textile, on peut employer une gaine tissée, tressée ou cabalée. Les gaines tressées ou tissées conviennent particulièrement bien. On utilise une gaine creuse, pouvant etre fabriquée sur mandrin. Cette gaine peut être constituée de fils ou de fibres en matière naturelle, artificielle et/ou synthétique. Elle comporte avantageusement des matériaux synthétiques se ramollissant progressivement par chauffage et/ou des matériaux thermorétractables. Comme matières synthétiques, on préfère utiliser celles qui se ramollissent progressivement par chauffage, la zne de ramollissement s'étendant dans un intervalle de température d'au moins 50C et de préférence d'au moins 150C. La température de la zone de chauffage traversée par ces matières synthétiques est alors égale ou généralement supérieure à la borne supérieure de 1~'intervalle de température correspondant à leur ramollissement. Des matières synthétiques qui conviennent bien pour la mise en oeuvre de la présente invention sont constituées par exemple par les polyoléfines, les polyesters, les polyacryliques, les polyamides, les polyvinyliques, les résines fluorées et éventuellement leurs mélanges. Les fils peuvent être monobrins ou, de préférence, multibrins.Le nombre de brins des fils multibrins est généralement compris entre 5 et 200 et de préférence entre 50 et 150. Le titre des fils peut être compris entre 10 et 3000 deniers et de préférence entre 250 et 1500 deniers. Les fils ou fibres peuvent éventuellement être imprégnés d'une résine polymérisable avant leur mise en oeuvre pour former une gaine. Le cordon creux est généralement constitué par une seule couche (ou nappe) textile. Il peut aussi être constitué par plusieurs couches textiles superposées concentriques. Ces couches textiles peuvent avoir, soit la même texture, soit des textures différentes. Par exemple, un cordon creux peut être constitué par mye gaine tissée recouverte d'une gaine concentrique tressée, ajustée sur la précédente. Le diamètre extérieur du cordon creux comprimé est généralement compris entre 1,5 et 15 millimètres et de préférence entre 2 et 10 mm. Par ailleurs, l'épaisseur de la paroi latérale du cordon creux comprimé est généralement comprise entre 0,5 et 6 mm et de préférence entre 0,8 et 4 mm. La fabrication d'un cordon filtrant creux et souple est simple et économique. On peut partir d'un modèle courant de cordon creux que l'on fait passer à 1'interieur d'un conduit convergent. De préférence ce conduit est cylindroconique et ses parois sont lisses, par exr wle polies. On effectue ainsi le calibrage du cordon selon une section circulaire, le lissage de sa surface extérieure et une réduction simultanée et sensiblement proportionnelle de ses diamètres intérieur et extérieur. L'entrainement du cordon s'effectue généralement par traction à travers le conduit convergent. Pour limiter l'effort de traction total sur chaque section du cordon, il peut etre avantageux de faire passer le cordon creux à travers plusieurs conduits convergents successifs et d'exercer à la sortie de chaque conduit un effort de traction partiel tel que la somme des efforts de traction partiels soit sensiblement égale à l'effort de traction total nécessaire pour obtenir la compression désirée du cordon. Avantageusement, on peut substituer ou combiner à ce moyen mécanique des moyens thermiques. Ainsi la gaine téxtile, déroulée à partir d'un tambour, traverse une étuve à passage continu portée à une température constante, réglée à une valeur convenable, produisant par exemple le ramollissement des fils et/ou des fibres constituant le cordon, puis elle est tirée à travers un conduit convergent de calibrage (ou filière) de préférence chauffé et porté à une température voisine de celle de l'étuve. On observe généralement un retrait longitudinal de la gaine à 1'intérieur de 1'étuve, suivi d'un allongement à la sortie de la filiètre, dans la zne où elle est soumise à une traction. On peut régler le retrait de la gaine, relativement à son allongement, en agissant sur le déroulement du tambour. On peut ainsi, si désiré, préparer des cordons filtrants précontraints. Ces éléments préalablement allongés pour etre tendus avant montage, présentent une résistance améliorée aux efforts de traction et de compression, notamment aux efforts de compression axiale auxquels ils peuvent être soumis éventuellement. Une telle préparation est spécialement intéressante dans le cas de cordons filtrants fermés à une extrémité et ouverts à l'extrémité opposée sur un collec- teur de filtrat disposés à l'intérieur d'une enceinte sous pression. On peut ainsi réduire le diamètre extérieur d'un cordon creux de 5 % à 60 % et de préférence de 10 % à 40 %. On constate une réduction sensible étant proportionnelle du diamètre intérieur du cordon creux. Habituellement, une réduction de 10 % à 20 % du diamètre extérieur d'un cordon creux peut etre obtenue par passage de ce cordon dans un seul conduit convergent chauffé. La structure de ce cordon devient ainsi plus homogène, plus compacte, plus dense, pratiquement dépourvue d'interstices notamment aux croisements des fils ou des fibres et reste perméable aux fluides. Avantageusement on peut utiliser une gaine tissée comportant des fils de trame circulaires thermorétractables et des fils de chaine sensiblement longitudinaux. Lors du passage dans le conduit chauffé, ou dans une zône portée à une température supérieure à la température de ramollissement des fils thermorétractables, les fils de trame se thermorétractent, disparaissent à l'intérieur de la gaine et les fils de chaine apparaissent davantage à 1'exte- rieur. On obtient ainsi un cordon creux, comprimé, dont la surface extérieure est cylindrique, lisse et pratiquement dépourvue d'interstices aux croisements des fils. Les cordons filtrants selon 1'invention sont généralement disposés en parallèle à l'intérieur d'un boitier muni de tubulures appropriées pour~la circulation du fluide à filtrer et l'évacuation du filtrat. Les cordons traversent au moins à l'une de leurs extrémités une cloison étanche qui sépare le boitier en deux compartiments parcourus, l'un par le fluide à filtrer, l'autre par le filtrat. On groupe habituellement un grand nombre de cordons à l'intérieur du boitier afin d'obtenir une compacité élevée, c'est-à-dire une grande surface de filtration dans un volume donné. On peut avantageusement maintenir les cordons écartés les uns des autres ou des parois internes du boitier en enroulant hélicoidalement autour d'eux au moins un élément filiforme. Comme élément filiforme, on emploie généralement un fil textile dont le diamètre est compris entre le cinquantième et la moitié du diamètre du cordon filtrant, on l'enroule selon un pas compris entre le quart et huit fois le diamètre du cordon filtrant et on le rend solidaire du cordon filtrant au moins vers ses extrémités par tous moyens connus en soi tel que collage, fusion, scellement dans une résine,... Ainsi le fluide à filtrer ou le fluide de décolmatage peuvent accéder aisément à la totalité de la surface filtrante des cordons, quelles que soient leurs dispositions relatives, parallèles, bobinées, torsadées,... Les cordons filtrants selon l'invention peuvent résister sans déformation nuisible à des pressions extérieures élevées, supérieures à 5 bars, souvent supérieures à 10 bars et atteignant par exemple des valeurs de l'ordre de 80 bars. ils permettent au filtrat de s'écouler librement, avec des pertes de charge minimes par le canal axial, ce dernier pouvant atteindre ainsi de grandes longueurs. Ces cordons filtrants se pretent en outre à une fabrication économique en continu, qui peut être aisément rendue automatique. ils permettent la réalisation de filtres compacts, ctest-à-dire présentant une surface d'échange élevée pour un volume déterminé. Leur structure très souple, résistant à l'écrase- sement, facilite considérablement leur mise en oeuvre et leur mobilité relative produit parfois un effet d'auto-nettoyage très intéressant. En outre, ils peuvent etre disposés de manière à favoriser l'écoulement hydrodynamique des fluides et ainsi à augmenter sensiblement l'efficacité de la filtration. Naturellement ils peuvent être constitués de matériaux inertes chimiquement et résistant à des températures relativement élevées. Ces cordons filtrants ainsi que leurs procédés de préparatio#n peuvent faire un objet de nombreuses variantes à la portée du technicien. L'invention peut être illustrée par l'exemple suivant EXEMPLE On construit une cartouche filtrante constituée de 440 cordons en polyéthylène, de longueur 200 nia, fermés à une extrémité par fusion, ouverts à ltextrémité opposée et offrant une surface utile totale de 0,77 m2. Chaque cordon, de diamètre extérieur 3,2 mm,est formé par tressage de 20 fuseaux d'un fil trilobé de 1000 deniers torsadé à 20 tours. Il subit un traitement thermique par passage à 9,8 cm/sec à travers une étuve portée à une température de 2500C sur une longueur de i m. Les cordons sont disposés en un faisceau parallèle dont ltextrémité ouverte est introduite dans un moule où l'on injecte une résine époxy qui polymérise. Après démoulage, on tronçonne le bloc obtenu et on dégage les extrémités ouvertes des cordons. On monte cet ensemble dans un boitier de filtre, l'étan- chéité au niveau du bloc époxy étant obtenue par dépôt d'élastomère silicone. On dispose ce filtre nur un réseau d'eau brute industrielle non prédétaillée et l'on i'# > #I constante relue In perte de cil"rg ne dupasse pas 1,60 Ille lu pour un débit (le filtration de. 1800 I/h. A titre de comparaison un filtre muni d'un boîtier Llentique, prr- sentant donc le même encombrement, équipé d'une cartouche en fils de jute et rayolî- ne bobinés selon un cylindre de hauteur 25,4 cm,de diamètre extérieur 6 cm et d'épaisseur 1,5 cm, ayant un pouvoir de filtration de 10 p, placé en parallèle offre une perte de charge de 2,00 m d'eau pour le même débit de filtration. On règle ensuite le débit de filtration à 600 Ilh, ce qui correspond à une perte de charge de 0,5 m d'eau. Après 192 h de fonctionnement, le débit de filtration s'est réduit à 257 l/h et la perte-de charge s'élève à 21,4 m d'eau. On procède alors à un décolmatage du filtre par circulation d'eau à contre-courant, ce qui ramène la perte de charge à 2,1 m d'eau. Le filtre fonctionne à nouveau pendant 124 h, le débit de filtration s'abaisse progressivement jusqu'à 360 l/h et la perte de charge atteint 27,9 m d'eau. On procède à un nouveau décolmatage, mais par voie chimique (lavage des cordons filtrants avec une solution à 2 Z d'acide oxalique, pendant 2 heures). La perte de charge du filtr#e est ramenée à 1,90 m d'eau et lton poursuit la filtration pendant encore 70 heures, temps au bout duquel le débit de filtration se maintient toujours à 600 l|h et la perte de charge est égale à 16,7 m d'eau. REVENDICATIONS 1) Cordon filtrant constitué par une gaine textile de diamètre compris entre 1,5 et 15 mm et d'épaisseur comprise entre 0,5 mm et 6 mm, délimitant un canal axial, caractérisé en ce que ladite gaine textile est pratiquement dépourvue d'interstices, les fils et/ou les fibres la constituant étant imbriqués les uns dans les autres et étant aplatis notamment à leurs croise ments près de la surface externe de ladite gaine. 2) Cordon filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite gaine textile est composée de fils etjou de fibres en matériaux synthétique tissés, tressés ou câblés. 3) Cordon filtrant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le profil extérieur des sections droites de ladite gaine textile est sensiblement circulaire. 4) Cordon filtrant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite gaine textile est constituée de plusieurs couches textiles con centriques comprimées et/ou lissées. 5) Cordon filtrant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite gaine textile est constituée d'au moins une couche-textile thermo rétractée. 6) Cordon filtrant selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est entouré d'au moins un élément filiforme enroulé hélicoidalement et solidaire dudit cordon au moins vers ses extrémités. 7) Procédé de préparation d'un cordon filtrant selon la revendication 1, caràctérisé en ce que l'on fait passer la gaine textile à travers au moins un conduit convergent pour comprimer sa structure et réduire ses dimensions extérieures de 5 % à 60 %. 8) Procédé de préparation d'un cordon filtrant selon la revendication 1 caracté risé en ce que l'on fait passer la gaine textile à travers une zne de chauffage portée à une température élevée, voisine dc la température maximum pouvant être supportée par le matériau textile sans fusion ou dégradation nuisible appréciable, pendant une durée suffisante pour obtenir un équilibre thermique à 1'intérieur de la gaine textile, puis en ce qu'on la laisse refroidir. 9) Procédé selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que l'on fait passer ladite gaine textile successivement et/ou simultanément à travers au moins un conduit convergent et au moins une zone de chauffage à température élevée. 10) Procédé selon l'une des revendications 8 ou 9, pour la mise en oeuvre d'un cordon filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite zône de chauffage est portée à une température comprise dans l'intervalle de température correspondant à la zône de ramollissement de la matière syn thétique de la gaine textile. 11) Filtre, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un cordon filtrant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6