Brevet FR2347081A1 — publié le 19771104

La présente invention concerne les filtres pour gaz ou liquides, dans lesquels on utilise un milieu filtrant à rendement blevé. Ce milieu filtrant est du papier fait de fibres de verre. C'est un milieu à très haut rendement qui, à l'essai à la flamme de sodium (norme britannique ne 3928), révèle un rendement de 100 %. Des essais au phtalate de dioctyle effectués avec des particules de 0,3 micron donnent des résultats identiques. Lorsqu'un élément filtrant est fait d'au moins une couche de papier de fibres de verre; meme plissé, il est peu résistant vis-à-vis des applications de pression brutales dans le cas où l'on n'a pas excessivement charge ses fibres en agent lia#nt, afin de ne pas altérer les proprietes filtrantes du milieu. Un des buts de l'invention est de fournir un filtre comportant un milieu filtrant à grand rendement qui soit mdca- niquement soutenu de manière satisfaisante. Selon l'invention, ltélement filtrant pour fluides comprend au moins une feuille plissée cylindrique formée d'une matière fibreuse microporeuse non tissée imprdgnée d'un liant, qui est soutenue par un cylindre de-support perforé de manière que la matière filtrante soit retenue contre le cylindre en cas d'application de pression. Lorsqu'on utilise un cylindre de support, celui-ci est placé da manière à donner le soutien maximal à la feuille filtrante vis-à-vis de la direction de l'ecoulement, c'est-à-dire de l'intérieur vers l'extérieur ou de l'exterieur vers l'intérieur du cylindre.On peut aussi naturellement placer la feuille cylindrique plissée de matière filtrante entre deux cylindres de support assez rigides afin de donner une structure très résistante. La matière non tissée microporeuse peut autre forme de fibres de verre à base de borosilicate maintenues ensemble au moyen d'un liant organique, les fibres de verre ayant un diamètre moyen compris entre O, 1 et 0,9 micron et une longueur comprise entre 1 et 2 mm et contenant des fibres plus grosses ayant jusqu'8 6 ms de longueur. Les fibres de verre son#t imprégnées d'un agent liant à base de résine synthétique lui permettant de supporter des applications de pression brutales. Pour un élément filtrant de plus grande dimension, on peut plisser un cylindre à trous fait d'un matériau rigide de manière qu'il soit précisdment adapté à la feuille ou aux feuilles filtrantes plissées et soit en contact total avec la feuille filtrante ou l'une dos feuilles filtrantes. Le cylindre à trous peut etre aussi un simple cylindre. De manière commode, le matériau rigide du cylindre peut autre du métal déployé ou une toile métallique. La matière filtrante microporeuse peut btre faite de papier filtrant à base de fibres lié une matière filtrante non tissée, pouvant à peine autre classée dans les papiers, au moyen d'un liant et comprend les fibres de céramique, les fibres métalliques, l'amiante, la laine minérale,les fibres organiques, d'autres fibres de verre ou les membranes. Alors que les éléments filtrants décrits ci-dessus peuvent etre rendus exceptionnellement efficaces pour éliminer les particules d'impuretés en suspension comme les poussières, les saletés, les gouttelettes dthuile ou d'eau ou la vapeur qui sont présents dans un courant d'air, il peut se revéler,dans certains cas,haútement souhaitable d'éliminer également les odeurs qui pourraient passer à travers l'élément filtrant. Un autre but de l'invention est donc de permettre-l'élimination efficace des odeurs. C'est pourquoi au moins une couche de charbon actif peut etre placée dans la paroi plissée de l'élément filtrant. Il est également possible de placer au moins une couche de charbon actif dans un élément filtrant à paroi plissée conçu ou non selon l'invention, mais monté en série avec un élément filtrant de l'in vention. Dans ce cas, la paroi plisse de ltélément filtrant peut comporter deux couches, à savoir une couche contenant du charbon actif, suivie immédiatement d'une couche de papier filtrant. On peut toutefois utiliser plus d'une couche; on peut par exemple utiliser deux couches de charbon actif entourant immédiatement une couche de papier filtrant. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation illustr par les dessins annexais, sur lesquels - la figure 1 est une vue latérale en dlévation d'un élément filtrant; - la figure 2 est une vue en coupe d'une partie agrandie de l'éldment filtrant de la figure 1; - la figure 3 est une vue latérale schdmatique de l'ensemble filtrant; - la figure 4 est une vue latrale en dlévation d'un élément filtrant, une partie d'un cylindre extdrieur de matériau rigide tant retirée;; - la figure 5 est une vue en bout en élévation de ltélement filtrant de la figure 4; et - la figure 6 est une vue en coupe agrandie d'une partie -d'un Elément filtrant semblable à celui des figures 4 et 5. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, ltelément filtrant comprend deux feuilles plissées 1 faites de milieux filtrants en couches comportant du papier à base de fibres de verre renforcé extérieurement par une couche plissée 2 de métal déployé s'ajustant exactement sur les couches de papier à base de fibres de verre. Un simple cylindre de support intérieur 3 fait de metal deployé s'appuie contre les sommets des feuilles filtrantes 1. Selon le nombre de feuilles, l'épaisseur des feuilles filtrantes 1 peut varier entre 0,1 cm et 1,25 cm en fonction de la dimension du filtre. Les diamètres des fibres peuvent varier entre 0,1 et 20 microns selon la taille minimale des particules qui doivent être séparées du fluide. On imprègne l'élément filtrant composite d'un agent liant fait d'une résine phénolique ou à base de silicone, ou d'une autre résine synthétique, pouvant supporter l'eau, les huiles minérales, végétales et-synthétiques, les acides, les alcalis et les impuretés qui se trouvent ordinairement dans l'air, l'air comprime, les vapeurs et les gaz. La feuille filtrante 1, ou chaque feuille filtrante, comprend des milieux filtrants en couches constitues d'un papier filtrant à base de fibres de verre lié une matière filtrante tissée ou non tissez, pouvant à peine etre classée dans les papiers, au moyen d'une matière plastique telle que le polyéthylène ou le polypropylène, ou une autre résine synthétique convenable, qui peut autre par exemple thermodurcissable, durcissable à froid par addition d'un produit chimique liquide, ou durcissable à la chaleur. On peut former la matière filtrante en couches en-pul vérisant une matière thermoplastique sur le milieu filtrant fait d'une matière tissée ou non tisse. la matière ainsi traitée est alors mise en contact avec le papier de fibres de verre dans des conditions de pression et de chaleur, de sorte que la matière thermoplastique fond et forme une liaison en séchant.Ensuite, on plisse çette matière et on lui donne la forme d'un cylindre, mais ceci peut être fait après addition dtune autre couche de milieu filtrant en couche unique qui est liVe aux milieux filtrants en couches par une matière thermoplastique ou une autre résine synthétique dispersée dans un solvant convenable, de manière que soient produites deux couches dans lesquelles la matière liante donne une certaine rigidité structurelle à la matière fibreuse. On place ensuite la feuille de papier plissée dans la feuille à trous plissée 2 de métal déployé.On peut également faire soutenir ltélément filtrant plissé composite par un simple cylindre de métal déployé portant sur les sommets internes de l'élément. Enfin, comme cela est classique pour les filtres plissés, on ferme de manière étanche les extrémités de lXélément dans des couvercles terminaux en utilisant une résine synthetique ou une autre substance d'étant chéité qui pénètre dans les régions des bords de ltélément filtrant et empeche que des fuites de fluide se produisent tout autour des bords.On peut avantageusement utiliser un type de résine synthdtique qui peut se mouler pendant qu'on l'applique à l'élément filtrant afin de former un anneau ou un couvercle ayant les propriétés d'un joint. Ces couvercles terminaux ont naturellement pour rôle d'assurer le passage du fluide travers la matière filtrante lorsque ltélément est monté dans un bottier de filtre. Selon une variante de l'éldment filtrant indiqué ci-dessus, qui peut s'appliquer à des éléments de petite dimension, par exemple de 5 cm de diamètre et de 5 à 8 cm de hauteur, on remplace la feuille à trous plissée 2 de métal déployé par un simple cylindre de ce matériau touchant simplement les sommets extérieurs ou intérieurs du milieu filtrant plissé. On peut également utiliser deux de ces cylindres simples touchant les sommets externes et internes. Un avantage des milieux filtrants en couches écrits ci-dessus comportant du papier filtrant à base de fibres de verre est que ce papier donne aux milieux filtrants une plus grande résistance propre dans le sens de l'écoulement à travers les milieux filtrants. Ceci a pour effet qu'on peut utiliser une moins grande quantité de matière plastique synthétique pour renforcer les milieux filtrants et permet donc de faire passer une plus grande quantité d'air, ou d'un autre fluide à filtrer, avec une chute de pression plus petite de part et d'autre du filtre.De plus, ltélément filtrant contenant les milieux filtrants en couches peut supporter des applications brutales de pression plus élevée et des différences de pression plus grandes de part et d'autre du filtre lorsque le filtre commence à s'obturer pendant l'utilisation. Un exemple d'élément filtrant dans lequel les milieux filtrants en couches plissés cylindriques sont places entre des cylindres simples de métal déployé a les dimensions suivantes :diamètre extérieur total 4,4 cm, longueur 6,0 cm, distance entre sommets extérieurs 0,4 cm, distance radiale entre les cylindres intérieur et extérieur 0,6 cm. L'ensemble représenté sur la figure 3 comprend un tuyau d'approvisionnement 11 permettant d'amener de l'air comprimé à un filtre primaire 12 contenant un élément filtrant 13 construit selon l'invention. Ce filtre élimine du courant d'air toute trace de poussières ou de brouillard d'huile ou d'eau, puis le courant d'air est amené par un tuyau 14 à un filtre secondaire 15 contenant un éliment filtrant 16 tel que celui décrit sur les figures 4 a 6. Après passage dans élément filtrant 16, l'air nettoyé sort par un tuyau 17. L'élément filtrant 16 comprend une couche plissée 18 de charbon actif et de milieux filtrants à base de papier soutenue entre des cylindres interne et externe 19 et 20 de métal déployé. Les extrémités des éléments filtrants 13 et 16 sont fermées de façon étanche par des couvercles terminaux, le couvercle supérieur comportant une ouverture centrale, comme cela est classique dans le cas des éléments filtrants cylindriques plissés. Comme l'indique la flèche A de la figure 6, ltair à nettoyer circule de l'extérieur b l'intérieur de l'élément filtrant 16 de manière que la couche 21 de charbon actif soit à l'extérieur par rapport à la couche 22 de papier filtrant. Si la circulation du fluide devait se faire dans le sens opposés le charbon actif devrait Autre place à l'intérieur. La couche de charbon actif peut avoir une épaisseur d'environ 1 mm pour une teneur pondéra le en charbon actif de 50 X, le reste étant fait de fibres. Ce matériau peut se trouver chez "C.H. Dexter and Sons Company" à Windsor Locks, Connecticut, E.U.A. On peut aussi utiliser un tissu de charbon fabriqué par "Chemical Defence Establishment", Porton Down > lisbury, Wiltshire, Grande-Bretagne. Il s'agit d'un charbon résistant très absorbant dont le caractère actif peut etre modifié selon les besoins.La couche 21 de charbon actif élimine par exemple les gaz hydrocarbonés de l'air par adsorption et toutes les particules matérielles rejetées par la couche de charbon actif sont retenues par la couche filtrante placée en aval qui possède une efficacité d'au moins 96 % vis-#-vis des particules de 0,3 micron. La couche filtrante 12 à base de papier peut rentre une feuille faite de milieux filtrants en couches constitués d'un papier filtrant à base de fibres de verre lié à une matière filtrante tissée ou non tissée pouvant à peine être classée dans les papiers. Dans cet exemple et dans les autres exemples donnés ci-dessus, la matière filtrante tissée ou non tissée pouvant à peine être classée dans les papiers peut comprendre les fibres de céramique, les fibres métalliques l'amiante, la laine minérale, les fibres organiques ou d'autres fibres de verre; et meme les membranes. En fait, lorsqu'on utilise une feuille de support plissée d'un matériau rigide perforé, ce matériau peut etre employé en couche simple ou multiple.La feuille de support plissée permet de supporter une application brutale de pression mtme lorsque les matières filtrantes sont peu résistantes, ce qui est le cas lorqu'on évite de lier les fibres ensemble par un excès d'agent liant. Cet excès altérerait les propriétés filtrantes du milieu. Sur la figure 2, la feuille plissée perforée qui peut être en toile métallique ou en une matière non métallique rigide, au lieu d'être en métal déployé, est ajustée à l'extérieur de la couche ou des couches plissées filtrantes. Toutefois, dans certains cas, il faut que le filtre puisse supporter une action mécanique plus forte dans la direction principale de l'écoulement que dans la direction inverse. Ainsi, lorsque le fluide à filtrer passe de l'extérieur du cylindre vers l'intérieur il est préférable de placer la couche de support sur l'intérieur. Toutefois, suivant une autre possibilité, on place deux ou trois couches de milieu filtrant à la surface ondulée interne ou externe du cylindre plissé, par dessus la feuille de support. De façon très avantageuse, pour augmenter encore la résistance mécanique et empêcher une rupture du milieu filtrant fragile en cas d'application brutale de pression, on peut renforcer à l'aide d'une résine l'élément filtrant constitué du milieu filtrant plissé composite. Ce renforcement peut être obtenu par passage forcé dans le milieu d'un support liquide de résine phénolique ou de silicone par exemple, en limitant la quantité de résine appliquée pour éviter d'altérer les qualités filtrantes du milieu. La force peut être obtenue par une technique centrifuge, d'aspiration ou de compression. Il est également possible de simplement immerger pendant un certain temps l'élément filtrant dans une solution de résine. Pour maintenir le milieu filtrant en place pendant ce processus et au cours de l'opération, on peut ajouter un simple cylindre de support perforé ne touchant que les sommets du milieu filtrant plissé du côté opposé à celui de la feuille de support plissée.Après imprégnation; on place le filtre dans un four de manière à durcir la résine à la température appropriée. I1 est possible aussi d'imprégner le milieu filtrant avant le plissage avec une résine qui durcit ensuite à la chaleur. Un autre exemple de l'invention comprend une ou plusieurs feuilles plissées cylindriques formées de fibres de verre à base de borosilicate non tissées microporeuses, les fibres étant maintenues ensemble à. l'aide d'un liant organique, les fi-bres de verre ayant un diamètre moyen compris entre 0,1 et 9,0 microns et une longueur comprise entre 1 et 2 mm, des fibres plus grosses étant également introduites dans le milieu et possédant une longueur atteignant 6 ma. Les fibres de verre à base de borosilicate sont en outre imprégnées dune résine synthétique leur permettant de supporter des applications brutales de pression lorsqu'elles sont montées entre deux cylindres de support métalliques perforés simples. La résine synthétique est de préférence une résine de silicone, mais on peut également utiliser d'autres matières, par exemple le polyuréthanne, la résine phénolique ou la résine époxyde. Pour le montage des éléments filtrants décrits ci-dessus dans lesquels on utilise un cylindre non plissé fait d'un matériau de support perforé et placé à l'intérieur ou à l'extérieur, ou bien à laine térieur et à l'extérieur, -il est parfois souhaitable de placer une couche cylindrique d'une matière protectrice entre la feuille filtrante plissée -et le cylindre, ou chaque cylindre, la matière protectrice étant de nature A protéger la matière filtrante plissée pendant le montage. La couche, ou chaque couche, de matière protectrice doit etre suffisamment poreuse pour permettre le -passage du gaz ou du liquide à filtrer. Le Nylon non tissé s'est révélé particulièrement convenable, mais on peut également utiliser des substances non tissées acryliques ou å base de rayonne ou du polyester, tout comme des matières tissées telles que les fibres de verre tissées. Dans un exemple correspondant à celui qui vient d'etre exposé, chaque couche de la matière filtrante peut avantageusement avoir 0,73 mm d'épaisseur et les fibres peuvent être fabriquées a partir de microfibres de verre en borosilicate pur de 0,5 micron de diamètre moyen. De préférence, on serre les plis étroitement les uns contre les autres. Comme dans les exemples précédemments exposé-s, on peut prévoir des couvercles terminaux pour l'élément filtrant, comme on le fait ordinairement avec les éléments filtrants cylindriques plissés. Il existe des dispositifs très avantageux qui peuvent servir d'indicateurs de saturation en huile d'un élément filtrant, notamment dans le cas d'un filtre comportant une couche de charbon actif, comme celui de la figure 6. On obtient un tel résultat en utilisant une couche contenant un colorant soluble dans l'huile qui colore l'élément filtrant en rouge en présence d'huile. Ces éléments indicateurs peuvent être obtenus sous forme de pastilles ou de granules ou peuvent autre formés d'un mélange de colorant et de cire solubles dans l'huile. Le colorant à utiliser peut autre celui connu sous l'appellation commerciale 'Maxoline Red O.S." fabriqué par I.C.I. Ltd. Dans le cas d'un élément filtrant tel que celui décrit sur la figure 6, le colorant peut être retenu entre la couche 21 de charbon actif et la couche 22 de papier filtrant par immersion, avant le montage de l'élément filtrant, du cylindre intérieur 22 dans une cire fondue contenant le colorant en dispersion, mais ayant la propriété de laisser poreux le cylindre intérieur. Le colorant donne à l'huile qui passe dans l'élément filtrant une couleur rouge qui transparait de l'extérieur de l'élément filtrant et qui sert d'indicateur. Dans un autre exemple, le colorant est dissous dans un solvant, comme le trichloroéthylène ou le toluène, et on peut imprégner une couche de matière filtrante avec cette solution. La couche considérée peut être la couche de charbon actif indiquée ci-dessus ou une troisième couche peut être imprégnée de la solution et placée entre la couche de charbon actif et la feuille de matière fibreuse microporeuse non tissée imprégnée de liant. De façon#générale, lorsqu'on utilise un filtre à haut rendement pour retenir de l'huile, la circulation du fluide s'effectue de l'intérieur vers l'extérieur et le brouillard d'huile passe de l'état d'aérosol à l'état d'huile liquide en traversant le filtre pour s'égoutter dans la partie non agitée du boîtier du filtre, d'où on peut la retirer à intervalles réguliers. Du fait de l'importance de la quantité d'air qui passe dans le filtre et de celle de l'huile qui s'égoutte à sa surface extérieure, il est bon, pour réduire le risque de ré-entraînement de l'huile, d'ajuster à la surface extérieure du filtre une manche en matière plastique enfermant de façon étanche les couvercles terminaux afin d'empêcher des fuites en ces points. Comme la circulation à travers les filtres de l'invention peut etre notablement plus élevée que celle relative aux filtres comparables de la technique antérieure, il s'est révélé que la matière la plus appropriée pour former la manche (du point de vue de l'égouttement et de la suppression du ré-entraînement) est une mousse de polyesteruréthanne ou de polyétheruréthanne ayant au moins 18 pores au centimètres. Cette mousse peut être trouvée chez "Foam Engineers Limitez", Dashwood Avenue, High Wycombe, Buckingamshire, ou chez "Ranwal Limited", Chaulend Lane, pluton, Bedfordshire, ou chez "Declon Foam Plastics Limited", Humphrys Road, Woodside Estate, Dunstable, Bedfordshire, en Grande-Bretagne. Bien entendu, l'homme de l'art peut apporter, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications aux éléments filtrants qui viennent d'entre décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs de l'invention. REVENt?ICATI0NS 1. Elément filtrant pour fluides comprenant au moins une feuille plissée cylindrique d'une matière filtrante en appui contre un cylindre de support perforé, caractérisé en ce que la feuille de matière filtrante est formée d'une matière fibreuse microporeuse non tissée imprégnée d'un liant. 2. Elément filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière microporeuse non tissée est formée de fibres de verre à base de borosilicate maintenues ensemble à l'aide d'un liant organique, les fibres de verre ayant un diamètre moyen compris entre 0, 5 et 9,0 microns et une longueur comprise entre 1 et 2 mm et contenant des fibres plus grosses de longueur atteignant 6 mm, et les fibres de verre à base de borosilicate étant en outre imprégnées par un liant sous forme de résine synthétique permettant à l'élément filtrant de supporter des applications brutales de pression. 3. Elément filtrant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le liant est une résine de silicone. 4. Elément filtrant selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la matière microporeuse non tissée plissée est montée entre deux cylindres perforés respectivement en contact avec les sommets intérieurs et extérieurs de la matière filtrante plissée. 5. Elément filtrant selon la revendication 1, caractévisé en ce que la matière fibreuse microporeuse non tissée consiste en papier filtrant de fibres de verre lié à une matière filtrante non tissée, pouvant à peine être classée dans les papiers, au moyen d'un liant à base de résine synthétique. 6. Elément filtrant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le cylindre de support est plissé de manière à s'adapter avec précision sur la ou les feuilles filtrantes plissées et à etre totalement en contact avec la feuille filtrante ou l'une des feuilles filtrantes. 7. Elément filtrant selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'une couche de matière protectrice est interposée entre la feuille filtrante plisée et le cylindre de support, la matière protectrice étant de nature à protéger la feuille filtrante plissée pendant le montage. 8. Elément filtrant selon la revendication 5, caractérisé en ce que la matière filtrante à laquelle le papier filtrant à base de fibres dé verre est lié- est constituée de fibres de céramique, de fibres métalliques, d'amiante, de laine minérale, d'autres fibres de verre ou de fibres organiques. 9. Elément filtrant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le cylindre de support perforé ou chaque cylindre de support perforé est fait de métal ou de toile métallique. 10. Elément filtrant selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisé en ce qu'une couche de charbon actif plissée de manière correspondante couvre une des faces de la feuille filtrante plissée ou de l'une des feuilles filtrantes plissées. 11. Elément filtrant selon ltune quelconque des revendications 18 10, caractérisé en ce qu'il est destiné à filtrer un courant gazeux contenant un brouillard d'huile et en ce que ltélémeat filtrant est doté d'une couche de colorant contenant une matière qui peut changer la couleur de l'élément filtrant de manière à fournir une indication de la saturation en huile de l'élément filtrant. 12. Elément filtrant selon l'une quelconque des revendications la 11, caractérisé en ce qu'il comporte une manche en matière plastique poreuse ajustée autour de l'élément filtrant, cette manche étant faite d'une mousse de polyesteruréthanne ou de polyétheruréthanne ayant au moins 18 pores au centimètre. 13. Ensemble filtrant comprenant deux éléments filtrants conçus pour filtrer en série un fluide, caractérisé en ce que le premier élément filtrant est tel que défini dans l'une quelconque des revendications 1 à 12 et en ce que le second élément filtrant est un élément filtrant plissé comprenant une feuille de papier plissée combinée avec une couche de charbon actif.