Brevet FR2431872A1 — publié le 19800222

L'invention concerne les appareils de filtration et les installations utilisant ces appareils. L'invention concerne également les procédés mis en oeuvre dans ces appareils et ces installations. Lt invention concerne plus particulièrement les appareils de filtration à membranes filtrantes rotatives. Un appareil de ce type est décrit par exemple dans le brevet américain 3 998 735. Cet appareil comporte une membrane filtrante réalisée sous forme d'un disque tournant autour d'un axe dans un cylindre. Dans une partie du cylindre on fait arriver la suspension à filtrer par un conduit, de façon à obtenir un gâteau de filtration, le filtrat étant recueilli de l'autre côté de la membrane par un autre conduit. Dans une autre partie du cylindre se trouvent deux secteurs disposés l'un en face de l'autre par rapport à la membrane.Un de ces secteurs comporte une cavité avec une fenteXpar où l'on fait arriver une partie recyclée du filtrat ce #qui provoque la désagrégation du gâteau de filtration On évacue hors du cylindre le gâteau désagrégé et le filtrat recyclé grâce à une cavité ménagée dans l'autre secteur qui comporte d'autre part des protubérances et des rainures disposées du côté de la membrane filtrante de façon à favoriser encore la désagrégation du gâteau. Un tel appareil est délicat et motteux à réaliser. Le but de l'invention est d'éviter ces inconvénients. En conséquence, l'appareil de filtration conforme à l'invent ion est caractérisé en ce que a) il comporte au moins un cadre tournant dans un bloc autour d'un axe, le cadre comportant des ouvertures dans chacune desquelles est disposée une membrane filtrante b) les faces du cadre entourant chaque membrane et les faces internes du bloc forment deux chambres séparées par cette membrane c) l'appareil comporte en outre - au moins un dispositif, dit dispositif de colmatage, avec au moins un conduit d'entrée d'une suspension de particules à filtrer dans un liquide et au moins un conduit d'évacuation du filtrat - au moins un dispositif, dit dispositif de décolmatage, avec au moins un conduit d'entrée d'un liquide de décolmatage et au moins un conduit d'évacuation du liquide de décolmatage contenant les particules filtrées d) lors de la rotation du cadre, le couple de chambres correspondant à chaque membrane est alternativement en communication avec le dispositif de colmatage et le dispositif de décolmatage, cette communication ne pouvant se faire qu'avec un seul de ces dispositifs à la fois, ce couple pouvant être éventuellement isolé temporairement de ces deux dispositifs. Les figures toutes schématiques du dessin avec leur description ainsi que les exemples qui suivent sont destinés à illustrer l'invention et à en faciliter la compréhension sans toutefois en limiter la portée. Parmi ces figures, toutes schématiques - la figure 1 représente une installation conforme à l'invention utilisant un appareil de filtration conforme à l'invention - la figure 2 représente en coupe l'appareil de filtration représenté à la figure 1, cette coupe étant effectuée selon le plan II-II perpendiculaire à l'axe de rotation, comme représenté à la figure 1 ; - la figure 3 représente en coupe l'appareil de filtration représenté aux figures 1 et 2, cette coupe étant effectuée selon le plan 111-111 passant par l'axe de rotation, comme représenté à la figure 2 --la figure 4 représente en coupe l'appareil de filtation représenté aux figures 1 à 3, cette coupe étant effectuée selon le plan IV-IV passant par l'axe de rotation, comme représenté à la figure 2. La figure i représente une installation 1 utilisant un appareil 2 de filtration conforme à l'invention. L'installation i conforme à l'invention comporte un compartiment 3 à travers lequel circule une suspension 4 contenant des particules 5 et un liquide 6 (figure i). Le terme de "suspension" est très général, c'est-à-dire qu'il s'applique quelle que soit la répartition des particules 5 dans le liquide 6. La circulation de la suspension 4 à travers le compartiment 3 s'effectue grâce au conduit 7 d'entrée et au conduit 8 de sortie. Cette disposition n'est pas limitative, plusieurs compartiments 3 parcourus par la suspension 4 pouvant être disposés en série et/ou en parallèle entre les conduits 7 et 8. Les particules 5 peuvent être inactives, par exemple catalytiques, ou être constituées au moins en partie par au moins une matière active qui participe aux réactions chimiques et/ou électrochimiques mises par exemple en oeuvre dans le compartiment 3 L'appareil 2 de filtration comporte un cadre 21 d'orientati par exemple horizontale disposé dans un-bloc 22. Le cadre 21 a la forme d'un disque susceptible de tourner dans le bloc 22 autour d'un axe XX' par exemple vertical grâce à un arbre 23 (figures 2 à 4). Cet arbre 23 est entraîné par un moteur 24 (figure 1). Le cadre 21 comporte un moyeu central 25, sur lequel est fixé l'arbre 23, et un bord circulaire 26. Le moyeu 25 et le bord 26 sont réunis par quatre bras 27, ce qui définit quatre ouvertures par exemple de formes identiques 28/dans chacune desque les est fixée une membrane filtrante 29. Le terme de "membrane" est pris dans un sens très général, cette membrane pouvant être par exemple un film ou une plaque poreux , une grille, une toile, ou plusieurs de ces éléments associ Ces membranes se trouvent par exemple sensiblement orientées selon un plan P perpendiculaire à l'axe XX' (figures 3 et 4). Les faces du cadre 21 entourant chaque membrane 29 et les faces internes du bloc 22 forment deux chambres 32 et 33 correspondant à cette membrE et séparées par cette membrane. Ces faces sont désignées respectivement de façon générale par les références 30 et 31 (figures ? à 4 Les quatre chambres 32 sont disposées d'un même côté du plan P, par exemple au-dessus de ce plan, et les quatre chambres 33 sont disposées de l'autre caté de ce plan P, par exemple au-dessous de ce plan. Les membranes 29 sont numérotées de 29-1 à 29-4 en suivi le sens de rotation représenté par la flèche R (figure 2), les char correspondant à ces membranes étant numérotées 32-1 à 32-4 et 33-1 à 33-4 (figures 3 et 4). L'appareil 2 de filtration comporte en outre un dispositif 34 de cdmatage et un dispositif 35 de décolmat. (figures 1 et 3). Le dispositif 34 de colmatage comporte un conduit 36 d'ent: relié au conduit 8 de sortie du compartiment 3. La suspensiom 4 ainsi introduite dans l'appareil 2 par Ze conduit 36 forme un gâteau 37 de particules 5 filtrées, ce gâteau étant au contact de la membrane 29, dans la chambre 32 supérieure qui se trouve reliée au conduit 36, en phase de colmatage. Le filtrat obtenu, pratiquement exempt de paricules 5 passe dans la chambre 33 inférieure correspondant à cette membrane 29 et il est évacué hors de cette chambre 33 par un co#nduit 38 du dispositif 34 de colmatage, ce conduit 38 aboutissant dans au moins un réservoir 39 de liquide 6 (figures 1 et 3). Le dispositif 35 de décolmatage comporte un conduit 40 d'entrée relié au réservoir 39. Le liquide 6 contenant une quantité faible ou nulle de particules 5 est ainsi introduit par le conduit 40 dans une chambre 33 inférieure, il traverse la membrane 29 correspondant à cette chambre 33 et dissocie le gâteau 37 en particules 5. La ou les pompes utilisées éventuellement pour la circulation du liquide 6 dans les conduits 38 et 40 ne sont pas représentées. Les mouvements du liquide 6 dans la chambre 32 supérieure correspondant à cette membrane 29 provoquent ainsi en phase de décolmatage la formation d'une suspension de particules 5 dans le liquide 6. Cette suspension est évacuée hors de cette chambre 32 par un conduit 41 du dispositif 35 de décolmatage. Ce conduit 41 est relié au conduit 7 d'alimentation par l'intermédiaire d'une pompe 42, de telle sorte que la suspension ainsi obtenue est introduite dans le compartiment 3 (figures 1 et 3). La concentration de la suspension en particules 5 est par exemple pratiquement la même à l'entrée et à la sortie de l'appareil 2. I1 est possible d'envisager des réalisations telles qu'au moins un dispositif de traitement du liquide 6 soit disposé entre les conduits 38 et 40 reliant le dispositif de colmatage 34 au dispositif de décolmatage 35, l'installation 1 pouvant être alors éventuellement dépourvue de réservoir 39. Les conduits 36, 38 du dispositif 34 de colmatage se raccordent par exemple chacun à une partie évasée 43 du bloc 22, l'évasement étant orienté vers le cadre 21. Ces parties 43 évasées sont disposées l'une en face de l'autre, par rapport au plan P. On obtient ainsi une meilleure répartition de la suspension dans la chambre 32 où s'effectue la filtration. De manière analogue les conduits 40, 41 du dispositif 35 de décolmatage se raccordent chacun à une partie évasée 44 du bloc 22, l'évasement étant orienté vers le cadre 21, ces parties évasées 44 étant disposées l'une en face de l'autre par rapport au plan P. On obtient ainsi une meilleure dissociation du gåteau de filtration dans la chambre 32 où s'effectue le décolmatage, et un meilleur entraînement de la suspension formée hors de cette chambre 32 (figures 1 et 3). La face 310 interne de chaque partie évasée 43, 44 se raccorde à une face 311 interne du bloc 22 selon une ligne, par exemple un cercle, ces lignes de raccord étant référencées 45 pour le dispositif 34 de colmatage et 46 pour le dispositif 35 de décolmatage (figure 3). Les faces 311 internes du bloc 22 disposées de part et d'autre du plan P c'est-à-dire face aux membranes 29 sont par exemple planes et horizontales. L'appareil 2 comporte des moyens d'étanchéité, dits circulaires, sous la forme par exemple d'au moins un joint 47 en contact avec la face 301 latérale du cadre 21 et avec la face 312 interne latérale du bloc 22, ces faces, de révolution autour de l'axe XX' étant notamment cylindriques (figures 2 à 4).On s'assure ainsi que l'écoulement liquide entre les chambres 32 et 33 ~rrespondant à chaque membrane 29 s'effectue uniquement à travers cette membrane L'appareil 2 de filtration comporte des moyens d'étanchéité dit & #aadtiiauxe, sous la forme par exemple de joints 48 représentés er pointillés grtés par les faces 300 du cadre 21, le long des bras 27, chacune de ces faces 300, par exemple pla#ne et horizontale, étant disposée vis à vis d'une face 311 du bloc 22 (figures 3 et 4) La coupe correspondant à la figure 2 est effectuée légèrement audessous de la face 300 supérieure du cadre 21.Chaque bras 27 por ainsi au moins deux joints 48, l'un supérieur l'autre inférieur, joignant chacun l'axe 23fla la face 301 latérale du cadre 21 (figure 2). ou l'axe XX' Ces moyens radiaux d'étanchéité sont tels que deux au moins des bras 27 assurent ltétanchéité entre d'une part les chambres qui sont en communication avec le dispositif 34 de colmatage et d'autre part les chambres qui sont en communication avec le dispositif 35 de décolmatage, ceci grâce aux joints 48 de ces deux bras qui sont alors en contact avec les faces 300 du cadre 21 et les faces 311 du bloc 22. Lors de la rotation du cadre 21, chaque couple de chambres 32, 33 correspondant à une membrane 29 donnée est donc alternati veinent en communication avec le dispositif 34 de colmatage et le dispositif 35 de décolmatage. C'est ainsi que dans la position représentée aux figures 2, 3, 4, le couple de chambres 32-l, 33-1 correspondant à la membrane 29-1 est en communication avec le dispositif 34 de colmatage, représenté en pointillés par l'ouverture du conduit 38 d'évacuation à la figure 2, tandis que le couple de chambres 32-3, 33-3, correspondant à la membrane 29-3, se trouve en communication avec le dispositif 35 de décolmatage représenté en pointillés par l'ouverture du conduit 40 d'alimentation à la figure 2.Les lignes 45 et 46 de raccord, représentées en pointillés par leurs projections verticales sur le plan de la figure 2, sont telles qu'elles ne franchissent pas les joints 48, c'est-à-dire que les couples de chambres 32-2, 33 - 2 et 32-4, 33-4, correspondant respectivement aux membranes 29-2 et 29-4, sont isolés des dispositifs 34 et 35. Aucun couple de chambres 32, 33 correspondant à une membrane donnée ne peut être au même moment en commurftcatîon avec les deux dispositifs 34 et 35 ce qui assure un fonctionnement régulier de l'appareil 2. il faut remarquer que lors de la rotation du cadre 21 deux couples voisins de chambres, par exemple le couple de chambres 32-T, 33-1 et le couple de chambres 32-2, 33-2, peuvent être à un même moment en communication avec l'un des dispositifs 34, 35, lorsque les lignes 45, 46 de raccord franchissent les joints 48 qui les séparent. A titre d'exemple l'installation 1 est un générateur électrochimique de courant électrique. Le compartiment 3 est un compartiment négatif ou s'oxyde électrochimiquement un métal, par exemple le zinc, constituant en totalité ou en partie les #particules 5. Le liquide 6 est un électrolyte aqueux alcalin. Le compartiment négatif 3 est associé électrochimiquement à un compartiment positif 50, dont la matière active est par exemple l'air ou l'oxygène, ou un oxyde métallique. L'ensemble des compartiments 3 et 50 constitue ainsi une cellule 51 génératrice de courant électrique, par exemple une cellule du type zinc-air. De telles cellules sont décrites par exemple dans les demandes de brevets français publiées sous les numéros 2 319 982, 2 360 999, 2361 000, 2 361 001, 2 361 002. Les conditions opératoires nullement limitatives sont par exemple les suivantes, à la température ambiante OIt environ 200 C - matière active négative : particules de zinc dont le diamètre moyen varie de 10 à 60 micromètres - électrolyte 6 : solution aqueuse de potasse (hydroxyde de potassium) 4 à 12 N (4 à 12 moles d'hydroxyde de potassium par litre) - caractéristiques de la suspension 4 dans le conduit 36, c'est-à-dire à la sortie du compartiment 3 et à l'entrée du dispositif 34 de colmatage : débit volumétrique total 120 1/heure, cette suspension comportant environ de 10 à 30 % en poids de partic de zinc ; ces caractéristiques correspondent sensiblement à celles de la suspension à l'entrée du compartiment 3, c'est-à-dire dans le conduit 7, étant donné que la quantité de zinc oxydée électrochimiquement lors de chaque passage de la suspension 4 dans le compartiment 3 est faible ; - l'appareil 2 de filtration a les caractéristiques suivant diamètre extérieur du disque 21 : de 5 à 15 cm, par exemple de l'oi de 11 cm ; membrane 29 : toile filtrante, inattaquable par l'électro lyte 6 -----------------~~~~~~ dont les mailles ont environ 3 micromètres ; surface de chaque cercle 45, 46 : de l'ordre de 12 cn cette surface correspondant pratiquement à la surface de membrane 29 en contact avec chaque gâteau 37 ; vitesse de rotation du cadre 21: 15 tours/minute - la quantité d'électrolyte contenue dans le réservoir 39 est choisie de façon à assurer le fonctionnement du générateur 1 pour la durée désirée - le générateur/comporte un dispositif 52 (figure 1) aboutissant dans le conduit 41 relié au conduit 7 par l'intermédiai de la pompe 42 ; ce dispositif 52 permet d'introduire des particule de zinc dans la suspension sortant de l'appareil 2, de façon à maintenir pratiquement constante la concentration en particules de zinc dans la suspension à l'entrée du compartiment 3 ; à titre d'exemple ce dispositif 52 peut comporter un réservoir de particule avec une trémie ou une vis d'Archimède, ou être un des dispositifs décrits dans les demandes de brevets français 77 04652.et 78 10853 ces dispositifs permettant d'éroder une masse de façon à produire des particules. Le générateur 1 présente les avantages suivants - le fluide 6 circulant dans les conduits 38, 40 et dans le réservoir 39 contient une quantité faible ou nulle de particules 5. Dans ces conditions aucune agitation n'est nécessaire dans le réservoir 39 et celui-ci peut avoir une forme quelconque, A titre d'exemple, si le générateur 1 est utilisé sur un véhicule, le réservoir 39 peut être disposé dans les espaces morts du véhicule - la quantité d'électrolyte 6 en contact avec les particules 5 dans le circuit formé par le compartiment 3, l'appareil 2, les conduits 7, 8, 36, 41, peut être renduefaible par rapport à la quantité totale d'électrolyte 6 dans l'installation 1, ce qui diminue notablement les risques de corrosion des particules 5 par l'électrolyte 6 - le fonctionnement de l'appareil 2 permet une concentration en particules et un débit pratiquement constants pour la suspension 4 introduite dans le compartiment 3, ce fonctionnement s'effectuant sans a-coups, La puissance absorbée par l'appareil 2 est faible par rapport à la puissance disponible aux bornes positive P et négative X de la celle 51. A titre d'exemple lorsque l'appareil 2 est utilisé dans un générateur-comportant plusieurs compartiments 3 traversés en série et/ou en parallèle par la suspension 4, de façon à obtenir une puissance disponible d'environ 2 000 W, la puissance absorbée par l'appareil 2 peut être rendue au plus égale. au centième de cette puissance. L'installation 1 peut éventuellement utiliser des particules 5 qui comportent un noyau inerte, par exemple conducteur électronique au moins en surface, le noyau étant recouvert d'une couche de matière active.L'apport de matière active nécessaire aux réactions mises en jeu dans le compartiment 3 peut alors se faire par exemple dans le dispositif 53 de régénération chimique et/ou électrochimique relié en parallèle au conduiig4g ce c1e#dispositif permettant d'obtenir une couche de matière active sur ces noyaux. Le nombre de membranes 29 sur le disque 21 c'est-à-dire le nombre de bras 27 n'est pas limité à quatre, ce nombre, au moins égal à trois,pouvant être quelconque. On peut utiliser d'autre part plus d'un dispositif 34 de colmatage et/ou plus d'un dispositif 35 de décolmatage. Chaque dispositif 34 ou 35 peut d'autre part comporter plus d'un conduit d'entrée ou-d'évacuation, et l'on peut envisager des appareils 2 de filtration comportant plus d'un disque 21 et éventuellement plus d'un bloc 22. Le bloc 22 peut avoir éventuellement une forme pratiquemenl cylindrique, les faces 310, 311, 312 internes correspondant alors à des évidements pratiqués dans ce bloc. il est également possible de réaliser le bloc 22 en deux parties ou plus que l'on assemble autour du cadre 21 à l'aide de joints. L'appareil 2 peut être réalisé de telle sorte que plus de deux couples voisins de chambres soient à un même moment en communication avec l'un des dispositifs 34, 35, l'essentiel étant que deux au moins des bras 27 assurent l'étanchéité entre d'une part les chambres qui sont en communication avec le dispositif 34 et d'autre part les chambres qui sont en communication avec le dispositif 35. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits. On peut en effet à partir de ceux-ci prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. C'est ainsi par exemple que l'on peut utiliser plusieurs réservoirs de filtrat, que la suspension sortant de l'appareil de filtration peut être envoyée dans un réservoir de stockage dans le but notamment d'en extraire les particules, et que la nature et/ou la quantité du liquide utilisé pour le décolmatage peuvent être différentes de celles du liquide de la suspension à filtrer. REVENDICAGI0NS 1. Appareil de filtration caractérisé en ce que a) il comporte au moins un cadre tournant dans un bloc autour d'un axe, le cadre comportant des ouvertures dans chacune desquelles est disposée une membrane filtrante b) les faces du cadre entourant chaque membrane et les faces internes du bloc forment deux chambres séparées par cette membrane ;; c) l'appareil comporte en outre - au moins un dispositif, dit dispositif de colmatage, avec au moins un conduit d'entrée d'une suspension de particules à filtrer dans un liquide et au moins un conduit d'évacuation du filtrat - au moins un dispositif, dit dispositif de décolmatage, avec au moins un conduit d'entrée d'un liquide de décolmatage et au moins un conduit d'évacuation du liquide de décolmatage contenant les particules filtrées d) lors de la rotation du cadre, le couple de chambres correspondant à chaque membrane est alternativement en communication avec le dispositif de colmatage et le dispositif de décolmatage, cette communication ne pouvant se faire qu'avec un seul de ces dispositifs à la fois, ce couple pouvant être éventuellement isolé temporairement de ces deux dispo#sitifs. 2. Appareil selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moins un conduit se raccorde à une partie évasée du bloc, l'évasement étant orienté-vers le cadre. 3, Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'étanchéité, dits circulaires, pour que l'écoulement liquide entre les deux chambres correspondant à chaque membrane s'effectue uniquement à travers cette membrane. 4. Appareil selon la revendication 3 caractérisé en ce que ces moyens circulaires comprennent au moins un joint en contact avec la face latérale du cadre et avec la face interne latérale du bloc. 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le cadre comporte un moyeu central et un bord circulaire réunis par au moins trois bras. 6. Appareil selon la revendication 5 caractérisé en ce qu'il comporte des moyens d'étanchéité, Ctits radiaux, tels que deux au moins des bras assurent l'étanchéité entre d'une part les chambr qui sont en communication avec le dispositif de colmatage et d'autr part les chambres qui sont en communication avec la dispositif de décolmatage. 7. Appareil selon la revendication 6 caractérisé en ce que chaque bras porte au moins deux joints en contact avec les faces internes du bloc disposées en face des membranes. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que le liquide de décolmatage est constitué par le filtrat ou est de même nature que le filtrat. 9. Installation utilisant au moins un appareil de filtratio conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Installation selon la revendication 9 caractérisée en outre en ce que a) elle comporte au moins un compartiment avec des moyens pour faire circuler la suspension à filtrer à travers le compartiment b) le conduit d'évacuation du filtrat est relié au conduit d'entrée du liquide de décolmatage par l'intermédiaire d'au moins un réservoir et/ou d'au moins un dispositif de traitement. c) le conduit d'évacuation du liquide de décolmatage conten les particules filtrées est relié aux moyens de circulation. 11. Installation selon la revendication 10 caractérisée en ce que des réactions chimiques et/ou électrochimiques sont mises en oeuvre dans le compartiment. 12. Procédé de filtration d'une suspension de particules dans un liquide caractérisé en ce que a) on fait tourner un cadre dans un bloc autour d'un axe de façon à déterminer plusieurs couples de chambres, les chambres de chaque couple étant séparées par une membrane de filtration b) on provoque alternàtivement dans chaque couple une phase de colmatage, c'est-à-dire la formation d'un gâteau de filtrat et d'un filtrat, et une phase de décolmatage, c1 est-à-dire la dissociation du gâteau et l'entraînement des particules filtrées avec un liquide de dé colmatage c) chaque couple ne peut être soumis en même temps qu'à une phase de colmatage ou à une phase de décolmatage. 13. Procédé selon la revendication 12 caractérisé en ce que a) on fait circuler la suspension à filtrer à travers au moins un compartiment b) le filtrat, servant de liquide de décolmatage, circule à travers au moins un réservoir et/ou au moins une installation de traitement c) le liquide de décolmatage contenant les particules filtrées est introduit dans le compartiment.particules l'une quelconque des et 13 14. Procédé selon / revendications 12/caractérisé en ce que des réactions chimiques et/ou électrochimiques sont mises en oeuvre dans le compartiment.