Brevet FR2464737A1 — publié le 19810320

La présente invention concerne la filtration magnétique. Dans un filtre classique, les particules sont pré- cipitées par diffusion, inertie ou choc direct sur les fibres du filtre. Les particules restent attachées aux fibres par suite de l'action des forces de van der Waals ou d'autres forces électrostatiques de surface. On sait que pour des particules magnétiques ou para-magnétiques, la vitesse de précipitation et l'adhérence des particules aux fibres du filtre peuvent être augmentées par ce que l'on appelle un filtre magnétique à gradient élevé. Dans un tel filtre, une matrice de fibres terro- magnétiques est située dans un champ magnétique intense. Des gradients magnétiques élevés au voisinage des fibres attirent magnétiquement les particules sur les fibres avec une force supérieure à celle due à la diffusion ou à l'inertie. En outre, la force magnétique retenant les particules sur les fibres est considérablement supérieure aux forces normales de van der Waals. Par exemple, un filtre magnétique à gradient élevé peut comprendre une matrice de laine de fils ferro-magnétiques qui est contenue dans un récipient en acier inoxydable, ce récipient étant disposé entre les pôles d'un aimant. Le filtre peut être nettoyé par enlèvement du champ magnétique et aspersion de rinçage à l'aide d'un liquide pour enlever les particules capturées. Il a été trouvé en pratique qu'il faut une grande quantité de liquide pour nettoyer la matrice lorsque celle-ci est une matrice de laine de fils métalliques. En outre, le filtre à matrice de fils métalliques présente un faible facteur de garnissage ou de remplissage du volume, ce qu'on définit par le rapport entre le volume de la laine métalli- que et le volume total du récipient, et il en résulte que la quantité de particules pouvant être retenue par le filtre est limitée. De même, comme le rendement du filtre diminue dès que des particules y ont été capturées, ce filtre pré- sente l'inconvénient de devoir être nettoyé à des intervalles relativement fréquents. Cela est particulièrement important lorsque la matrice métallique est utilisée pour la filtra- tion d'un fluide devant la traverser en continu. La présente invention cherche donc à proposer une forme perfectionnée de filtration magnétique qui ne se fonde pas sur le filtre précité à matrice de laine métal- lique. Selon la présente invention, un filtre métallique comprend une enveloppe présentant une entrée du fluide à filtrer et une sortie du filtrat, un organe ferro-magnétique allongé de filtration disposé dans l'enveloppe et un aimant destiné à créer un champ magnétique traversant l'organe ferro-magnétique de filtration. De préférence, l'organe de filtration comprend plusieurs barres de section rectangulaire. Plusieurs barres relativement courtes peuvent être disposées en se touchant bout à bout pour former un filtre continu de longueur requise. De préférence, les barres sont disposées en un réseau de rangées et colonnes en quinconce. L'invention sera décrite plus en détail, à titre d'exemple nullement limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une représentation schématique d'un appareil pouvant fonctionner en continu; et la figure 2 est une vue de détail en perspective avec arraché partiel. En se référant à la figure 1, on voit qu'un ap- pareil pouvant fonctionner en continu comprend un réservoir 1 qu'un entonnoir 2 permet d'alimenter en liquide à filtrer. Un agitateur 3 pénètre dans ce réservoir 1. Un conduit 4 commandé par un robinet d'arrêt 5 alimente en liquide l'entrée d'un récipient 6 placé entre les pôles d'un aimant 7 qui est avantageusement un électro-aimant. Une sortie du récipient 6 conduit à un purgeur 8 qu'un tube de-vidange 9, comportant un robinet 10, relie à un collecteur 11 du liquide filtré. Le récipient 6 peut être en verre, en matière plastique ou en une autre matière non magnétique et il contient un filtre ferro-magnétique allongé. Le filtre peut comprendre un seul élément ou organe ou plusieurs organes ferro-magnétiques allongés. Le fil peut comprendre un seul élément ou organe ou plusieurs organes ferro-magnétiques espacés en un réseau. De préférence, l'organe ou chaque organe allongé a une sec- tion rectangulaire et il est disposé dans le récipient de façon que son axe longitudinal soit perpendiculaire à la direction d'écoulement du liquide à filtrer lors de sa tra- versée du récipient. Le filtre peut être réalisé en un acier- argent à hauté teneur en carbone. Plusieurs organes ferro- magnétiques peuvent être disposés en grappes dans le réci- pient 6. Ainsi, par exemple, un organe central peut être entouré d'un certain nombre d'organes semblables présentant un espacement sensiblement uniforme. Cependant, il a été expérimentalement observé que les organes disposés autour de l'organe central jouent le rôle d'un écran magnétique et que l'organe central ne collecte qu'une fraction du préci- pité collecté par l'un quelconque des organes qui l'entourent. Une forme préférée de filtre est représentée sur la figure 2. Le filtre comprend plusieurs plaques ferro- magné-tiques 12 espacées en un réseau en quinconce. Chaque plaque 12 comporte des fentes rectangulaires 13 ménageant des tiges ou barres rectangulaires adjacentes 14. Les fentes 13 et les barres 14 sont décalées ou en quinconce entre les plaques'adjacentes, de façon à ménager des trajets tortueux au liquide traversant le récipient 6 de son entrée à sa sortie. Lé trajet d'écoulement du liquide est essentiellement perpendiculaire aux axes longitudinaux des barres 14. Le champ magnétique créé entre les pâles de l'aimant 7 est indi- qué sur la figure 2 par la flèche 15. Le champ magnétique est essentiellement perpendiculaire aux axes longitudinaux des tiges ou barres et au sens d'écoulement du liquide et, dans un plan quelconque perpendiculaire à l'axe normal de chaque barre, le plus long côté (a) est aligné de façon à être sensiblement parallèle au champ magnétique. Les plaques 12 peuvent être des organes recuits en acier à forte teneur en carbone ou en acier-argent. Des essais ont été effectués en vue d'établir l'effet éventuel des différences d'espacement entre les barres. Il a été déterminé que la vitesse de collecte du précipité est indépendante de l'espacement des barres, ce qui implique la possibilité d'augmenter sensiblement, en comparaison de ce qui est possible avec un filtre à laine ou toile métallique, le facteur de remplissage du volume tel qu'il est défini cidessus. Le tableau I suivant présente une gamme d'organes rectangulaires de filtration dont chacun possède sensiblement la même aire de surface de section transversale, mais des rapports différents entre la largeur et la hauteur. Ces rapports concernent, dans une section quelconque le long de l'organe, le rapport entre la longueur du côté le plus long (a; largeur) et celle du côté plus court (b; hauteur). TABLEAU I Organes rectangulaires de filtration NO a (mm) b (mm) Rapport largeur/ Surface de sec- hauteur (a/b) tion transversa- le (mm2) 1 2,85 2,83 1,01 8,09 2 3,90 2,03 1,92 7,92 3 5,00 1,62 3,09 8,10 4 6,03 1,35 4,47 8,14 7,07 1,08 6,55 7,64 6 El,05 1,06 7,59 8,53 7 9,00 0,93 9,68 8,37 Lorsque le côté plus long (a) ou largeur est parallèle au champ magnétique, la vitesse de collecte a été mesurée par rapport à un témoin. Il a été établi que l'on peut obtenir avec un rapport largeur/hauteur de 4:1 une amélioration du rendement de la collecte de l'ordre de 75 %. Le gradient magnétique augmente lorsque ce rapport augmente, mais le volume auquel ce gradient s'applique et la surfa- ce disponible pour la collecte des particules diminuent tous deux dans le cas d'organes ayant une surface de section transversale essentiellement constante. Une valeur optimale de 4:1 correspond à l'effet combiné de ces trois facteurs. Le tableau II ci-dessous donne des paramètres de calcul pour un exemple de filtre magnétique selon l'invention. TABLEAU Il (a) Dimension du. filtre Longueur i m; surface de section transversale: 40 mm x 340 mm (b) Matrice de filtration: 4000 organes ou éléments individuels de section rec- tangulaire ayant chacun 2,0 mm x 0,5 mm facteur de garnissage: 30 'O (c) Intensité du champ magnétique 1 Tesla (d) Débit: 0,34 m3/heure (temps total du traitement 3,7 heures) (e) Rendement 97 % Le filtre peut comprendre un réseau ou ensemble de 4000 barres rectangulaires. Le réseau peut être fabriqué par attaque ou usinage chimique de fentes dans des plaques métalliques et placement des plaques intercalées en "sandwich" avec des entretoises de séparation comme représenté sur la figure 2. Un tel réseau est facile à nettoyer par contre- lavage pour enlever le précipité après enlèvement du champ magnétique. En outre, le facteur de garnissage de l'ordre de %,est près de 10 fois supérieur à celui que l'on peut ob- tenir avec un filtre à toile métallique. Il en résulte que le filtre peut retenir environ 10 fois plus de particules solides avant que son rendement ne diminue. Il va de soi que, sans sortir du cadre de l'in- vention, de nombreuses modifications peuvent être apportées au filtre magnétique décrit et représenté. REVENDICATIONS 1. Filtre magnétique comprenant une enveloppe présentant une entrée de réception d'un fluide à filtrer et une sortie du filtrat, un organe de filtration au sein de l'enveloppe et un organe magnétique destiné à créer un champ magnétique traversant l'organe de filtration, ce filtre étant caractérisé en ce que l'organe de filtration comprend un organe ferro-magnétique rigide allongé (12). 2. Filtre magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe de filtration comprend plusieurs barres (14) de section rectangulaire. 3. Filtre magnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe de filtration comprend un ré- seau ou ensemble de plaques (12) espacées dans lesquelles des fentes (13) délimitent les barres (14). 4. Filtre magnétique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le sens du champ magnétique (15) est essentiellement perpendiculaire aux axes longitudinaux des barres (14) et sensiblement parallèle au plus long côté, ou largeur, de chaque barre. 5. Filtre magnétique selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le rapport entre la longueur du plus long côté et celle du plus court côté de chaque barre, correspondant au rapport largeur/hauteur du filtre, est égal à 4:1.