Brevet FR2493720A1 — publié le 19820514

2'493720 La présente invention concerne des filtres pour liquides comportant un boîtier muni d'une sortie séparée d'une en- trée par une membrane microporeuse et plus particulièrement des dispositifs de ce type dans lesquels des dispositions sont prévues pour garantir qu'une accumulation d'air ou d'un au- tre gaz sur la membrane ne gêne pas l'écoulement du liquide à travers cette dernière. Pour réaliser la filtration de différents types de liquides, on fait passer le liquide selon un mouvement as- cendant à travers un boîtier de filtre contenant une membrane hydrophile, microporeuse, plate et horizontale, scellée aux parois du boîtier de filtre et soutenue par une grille plate ou un support analogue. Il est bien connu que, lorsqu'une membrane hydrophile est humide (par exemple lorsque les pores is sont remplis par le liquide devant être filtré), de l'air ou un autre gaz ne peut pas traverser la membrane hormis sous l'action d'une pression accrue. C'est pourquoi, s'il existe de l'air ou un autre gaz dans le liquide qui est filtré, il s'accumule à la surface d'entrée de la membrane et obstrue ou gêne le passage du liquide à travers cette dernière. En ou- tre, une fois que la membrane est humide, s'il existe de l'air dans la partie du boîtier située au-dessous de la membrane avant que la filtration commence (comme dans le cas o le filtre est utilisé périodiquement à des intervalles rapprochés), l'air ne peut pas s'échapper hormis sous l'action d'une pression é1e vée suffisante pour entraîner cet air à travers la membrane hu mide, avec un risque de rupture de la membrane. Il est parfai- tement connu de former ou de traiter une partie de la membrane de manière à la rendre hydrophobe afin que l'air ou un autre gaz puisse s'échapper à travers une telle partie de mem- brane. Par exemple,il est connu d'utiliser une membrane com- portant une partie centrale hydrophile et une partie périphé- rique hydrophobe, o inversement. Mais quel que soit l'empla- cement de la ou des parties hydrophobes, il subsiste la pos- sibilité que de l'air ou un autre gaz puisse s'accumuler sur les parties hydrophiles de la membrane. On peut réduire cette possibilité en augmentant la surface totale de la partie ou des parties hydrophobes; cependant.ceci présente-un incon- vénient dans le fait que l'idéal est que l'aire imxiale de la surface de la membrane soit hydrophile de manière à ob- tenir un rendement optimum de filtration du liquide. C'est pourquoi il subsiste un besoin relatif à un filtre du type général décrit, fournissant un rendement op- timum de filtration, tout en fournissant des garanties con- tre toute accumulation d'air ou d'un autre gaz à la surface d'entrée de la membrane. Comme cela a été indiqué précédemment, les membra- nes utilisées dans les filtres du type décrit sont plates. La raison en est qu'une membrane microporeuse est fabriquée sous la forme d'une feuille plate à partir de laquelle les membranes individuelles sont découpées. Cependant, conformé- ment à la conception de la présente invention, on s'est rendu compte que, bien qu'étant plate, une membrane microporeuse actuellement disponible sur le marché possède néanmoins une déformabilité propre suffisante, notamment lorsqu'elle est humide, lui permettant d'être déformée pour prendre une con- figuration incurvée complexe, sans risque de rupture. Dans le filtre conforme à la présente inv-entionla membrane, qui possède cette déformabilité propre, est plate à l'origine, c'est-à-dire avant la première utilisation du dispositif pour une filtration, et comporte, sur le côté arrière, une surface perforée réalisant un support de la membrane et pos- sédant une forme incurvée complexe concave, en étant écartée de la membrane. Cependant, lorsque le filtre est utilisé pour la première fois, par exemple pour filtrer un liquide, le liquide filtré humidifie la membrane et exerce une pres- sion contre la surface d'entrée de cette dernière et,-de ce fait, déforme la membrane en l'appliquant contre le support incurvé, la membrane prenant ainsi la forme incurvée com- plexe du support. Dans les formes de réalisation préférées, La membrane possède une partie centrale hydrophobe et, lors- que le filtre est en cours d'utilisation, tout air ou tout autre gaz atteignant la surface d'entrée de la membrane se déplace selon un mouvement ascendant le long de la surface incurvée vers le haut, au niveau de laqu lle il sort à tra- vers la partie hydrophobe. C'est pourquoi on est certain qu'il ne se produira aucune accumulation d'air ou d'un autre gaz sur la surface d'entrée de la membrane, et ce moyennant le fait que seule une faible partie de la mem- brane est hydrophobe. C'est pourquoi le filtre selon la présente inven- tion comporte un bottier possédant une chambre d'admission munie d'une ouverture d'admission pour le fluide et une chambre de sortie possédant une paroi, dans laquelle est ménagée une ouverture de sortie du fluide, une membrane microporeuse déformable séparant ces chambres et scellée au bottier et une surface perforée formant support pour la mem- brane et possédant une forme incurvée complexe concave, si- tuée dans ladite chambre supérieure en étant écartée de la paroi de cette dernière, ladite membrane étant initialement plate et écartée de la surface de support, mais étant en contact avec ladite surface de support de la membrane et possédant la même forme incurvée complexe, lorsque le fil- tre est en cours d'utilisation. Dans la forme de réalisation préférée, la surface de support de la membrane est constituée par plusieurs ner- vures radiales espacées circonférentiellement, s'étendant ra- dialement vers l'intérieur, dans la chambre de sortie, et les surfaces des nervures voisines de la membrane possèdent une forme cintrée/de sorte que la combinaison de ces surfaces de nervures incurvées et espacées définit la surface per- forée de support de la membrane, possédant une forme incurvée concave complexe. Sous le terme de "surface perforée", on désigne une surface dans laquelle sont ménagées des ouvertures, indépen- damment de la forme de ces dernières ou de la manière dont elles sont formées. A titre d'exemple,on -a décrit ci-dessous et illustré schématiquement aux dessins annexés une forme de réalisation de la forme de l'invention. Sur ces dessins: 1 a figure 1 représente une vue en coupe, en éléva- tion latérale, d'une forme de réalisation préférée de l'inven- tion. la figure 2 montre une coupe prise suivant la 11- gne 2-2 de la figure; la figure 3 montre une coupe prise suivant la liane 3-3 de la figure 1 ainsi qu'une vue de dessous de la membrane microporeuse; la figure 4 montre une vue analogue à celle de la figure 1, mais dans laquelle le filtre est en cours d'utili- sation, avec pour effet que la membrane prend sa config-ura- tion incurvée; et 'la figure 5 est une vue en perspective, a-rtielle- ment arrachée, d'une autre forme de réalisation de l'inven- tion. En se référant maintenant aux figures 1-3, on voit que le filtre comporte un boîtier 2 et une membrane microporeuse 4. Le boîtier est réalisé sous la forme d'une partie moulée supérieure 6 constituée de préférence par une matière thermo- plastique transparente et par une partie moulée inférieure 8, également réalisée de préférence en une matière thermoplas- tique transparente, lesdites parties 6 et 8 comportant respec- tivement des collerettes radiales extérieures 10 et 12 qui sont accou- plées et scellées en enserrant entre elles le pourtour circu- laire de la membrane 4. C'est pourquoi la membrane, scellée sur son pourtour à l'intérieur du boîtier, subdivise ce dernier ern une chambre inférieure d'admission 14 et en une chambre supé- rieure de sortie 16. La chambre d'admission comporte une ou- verture 18 d'admission du liquide, permettant la pénétration du liquide à filtrer, et la chambre de sortie possède une pa- roi 19 munie d'une ouverture 20 de sortie du liquide, permet- tant la sortie du filtrat. A l'intérieur de la chambre de sortie et dans une position écartée de la paroi 19 de cette dernière, se trouve disposée une surface perforée, de forme incurvée complexe con- cave, qui est située au-dessus de la me.brane pour laquelle elle sert de support et qui, dans cette forme de réalisation préférée, est consti- tuée par plusieurs nervures radiales 22 s'étendant vers l'inté- rieur et espacées circonférentiellement et dont les surfaces inférieures 24 pc:3sdent une forme courbe concave telle que la combinaison de ces surfaces incurvées et espacées définissent la surface perforée de support pour la membrane. Il faut noter que, alors que la surface de support possède une cour- bure complexe concave, son pourtour 25 se situe dans un plan essentiellement confondu avec celui du pourtour de la mem- brane. Dans la forme de réalisation préférée représentée, la courbure complexe de la surface de support de la membrane définie par la combinaison des surfaces-courbes 24 des nervu- res est s'hérique, bien que l'on puisse utiliser d'autres courbures complexes, si on' le désire. De même, dans cette forme de réalisation préférée, les nervures 22 sont réalisées par moulage d'un seul tenant avec la partie moulée supérieure 6, ce qui est une disposition souhaitable en vue de réduire les cotts de fabrication. La membrane 4 possède une partie circulaire hydro- phobe 26 située en son centre, tandis que le restant de la membrane de cette forme de réalisation préférée est hydrophile. Une telle membrane composite peut être réalisée par soudage de la partie hydrophobe à la partie hydrophile. Cependant, comme cela est bien connu dans la technique, le moyen le plus simple de réaliser une membrane qui soit en majeure partie hydrophile tout en comportant une partie hydrophobe, est d'utiliser une membrane hydrophile, en recouvrant alors la partie de cette dernière, dont on souhaite qu'elle soit hydrophobe, avec un matériau tel qu'une huileaux silicones, qui rend une telle partie imperméable à l'eau ou hydrophobe. C'est pourquoi le moyen le plus simple de réaliser la membrane 4 est de partir d'une membrane hydrophile, puis de recouvrir la partie central 26 de cette dernière avec un matériau tel que de l'huile aux silicones afin de la rendre hydrophobe. Une huile aux silicones utile à cet effet peut être par exemple celle que produit et commercialise actuellement la firme Dow Chemical Coapeny, Midland, Michiqan, E.U.A., qui est un revêtement imperméable pour tissus, étoffes et autres. La membrane 4 est déformable, en particulier lors- qu'elle est humide, cette déformabilité étant suffisante pour lui permettre de prendre la forme incurvée complexe de sa surface de support, et ce sans rupture. La membrane hydrophile microporeuse possédant une telle déformabilité est d'un tyv disponible actuellement sur le marché tel que par exemple la 2493'20 membrane commercialisée par la société dite Celman Sciences, Inc. de Ann Arbor, Michigan (Etats-Unis d'Amérique) sous la marque "Tuffryn HT". Cette membrane particulière est consti- tuée d'une polysulfone et possède des pores ayant une taille d'environ 0, 2 micron, mais l'on comprendra qu'il est possible d'utiliser une membrane constituée en un autre matériau etC/ou possédant des pores d'une autre taille. Comme cela est représenté sur la figure 1, dans le filtre ainsi réalisé et non encore utilisé, la membrane est plate et est écartée de sa surface de support (hormis au ni- veau de son pourtour). Cependant, comme cela est représenté sur la figure 4, lorsque le filtre est utilisé pour réaliser la filtration d'un liquide, la différence de pression entre la chambre inférieure et la chambre supérieure, provoquée par la pression du fluide amené pénétrant dans la chambre in- férieure et s'appliquant contre la membrane, provoque une déformation de cette dernière vers le haut en la plaçant en contact avec le support de membrane, ce qui a pour effet que ladite membrane prend la forme incurvée concave Fiers le haut de la surface de support. C'est pourquoi de l'air ou un autre gaz pénétrant dans la chambre inférieure en provenance de la canalisation raccordée 30 de fluide d'amenée, et également l'air présent dans la chambre inférieure au début de la fil- tration, se déplacent vers le haut ou suivant une direction comportant une composante ascendante, jusqu'à ce qu'ils attei- gnent la partie hydrophobe 26 de la membrane, o ils s'édhaippent en pénétrant dans la chambre de sortie, puis sortent, avec le filtrat, par la canalisation de sortie 32. La différence de pression nécessaire pour provoquer la filtration peut na- turellement être créée soit par l'application d'une dépres- sion à la sortie du filtre, soit par l'application d'une pression au liquide d'amenée introduit au niveau de l'ad- mission. Une fois que la membrane est déformée de manière à prendre la forme incurvée complexe de la surface de sup- port, comme indiqué précédemment, elle conserve en général en permanence cette forme incurvée, même si la membrane de- vait être écartée de son contact avec le support, lorsque le dispositif est hors de fonctionnement pendant un certain in- tervalle de temps, mais elle est immédiatement placée en con- tact avec la surface de support lorsque le filtre est remis en marche. Il entre dans le cadre de la présente invention de déformer la membrane pour lui faire prendre la configuration incurvée complexe aussi bien lors d'une phase de fabrication finale que par humidification de la membrane et application d'une pression à cette dernière de manière à la placer en con- tact avec le support; cependant,ceci entraîne une dépense supplémentaire et ne constituerait qu'un double de l'opération réalisée en propre la première fois o le filtre est utilisé pour la filtration par l'acheteur dudit filtre. La forme de réalisation représentée sur la figure est identique à celle des figures 1-4, hormis en ce qui con- cerne ce qui suit. Dans la forme de réalisation de la figure 5, au lieu de posséder la forme des nervures du mode de réalisation préféré, le support de la membrane est réalisé sous la forme d'une grille 32 concave vers le haut et dont le pourtour ex- térieur ne comporte aucune des ouvertures de grille et recouvre le pourtour de la membrane 34 et, avec ce dernier, est soudé et scellé entre les collerettes 40 et 42 de la partie infé- rieure et de la partie supérieure du boîtier. En second lieu, la membrane 34 de la forme de réalisation de la figure 5 com- porte une partie hydrophobe 38 réalisée sous la forme d'une croix dont le centre est situé au centre de la membrane, dont le restant est réalisé sous la forme de quadrants 36 et est hydrophile. La grille concave illustre simplement l'une des nom- breuses différentes autres structures que l'on peut utiliser pour réaliser la surface de support en forme de grille incur- vée complexe, et la structure de la membrane de la forme de réalisation de la figure 5 illustre le fait qu'il est possible d'utiliser l'une quelconque de différentes configurations pour former la partie hydrophobe de la membrane, En effet il faut comprendre que, bien que dans les formes Le réalisation pré- férees la membrane possède une partie hydropkohe, dont au moins une partie est, de façon idéale, située au centre de la membrane, la mise en oeuvre de l'invention dans sa portée la plus étendue ne requiert pas l'utilisation d'ame reAbrane comportant à la fois une partie hydrophile et une partie hydrohoe. Dans certaines filtrations par exemple, le volume d'air ou d'un autre aaz situé dans le liquide, qui est filtré, est si faible su'il n'est pas nécessaire d'en provoquer l'évacuation à travers la membrane et, au contraire, tout ce qui est recuis est de garantir que l'accumulation de l'air ou d'un autre gaz ne gne pas de façon importante un passage continu du liquide à travers la membrane. Grâce à la présente invention,l'air ou un autre gaz est tenu de s'accumuler au niveau de la partie centrale de la membrane, ce qui laisse ainsi la majeure partie de la mem- brane exempte de gaz et par conséquent apte à être traversée par le liquide. La caractéristique essentielle de la présente invention, prise dans sa portée la plus étendue, est qu'elle fournit un filtre possédant une membrane soutenue qui est in- curvée avec une forme sphérique ou une autre forme caLtlexe et qui peut être fabriquée à faible coût, étant donné que l'on utilise une membrane qui est plate à l'origine et qui peut par conséquent être coupée à partir d'une feuille pour membrane plate, fabriquée à bon marché. C'est pourquoi on comprendra que la présente inven- tion a été décrite de façon détaillée en rapport avec des for- mes de réalisation préférées, mais que l'on peut apporter différentes variantes et modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Filtre, caractérisé en ce qu'il corporte un boîtier (2) présentant une chambre d'admission (14) munie d'une ouverture (18) d'admission du fluide et une chambre de sortie (16) comportant une paroi possédant une ouverture (20) de sortie du fluide,et une membrane filtrante (4) déformable séparant lesdites chambres et scellée dans le bottier (2), la chambre de sortie (16) renfermant une surface perforée (22) destinée à supporter la membrane et possédant une forme incurvée complexe concave et écartée de la paroi de la chambre de sortie (16), la membrane (4) étantinitialement plate et écartée de la surface de support, mais étant déformée en étant placée en contact et adaptée à la forme incurvée complexe de la surface de support lorsque le fluide traverse la membrane depuis la chambre d'admission (14) dans la chambre de sortie (16). 2. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en cE que la membrane (4) est en majeure partie hydrophile, mais possède une partie hydrophobe (26) dont au moins un élément est voisin du centre de la membrane. 3. Filtre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le support (22) de la membrane est constitué par plusieurs nervures radiales espacées circonférentiellement et s'étendant vers l'intérieur et qui sont réalisées d'un seul tenant avec ledit bottier (2) et possedent des surfaces inférieures courbe! (24) dont la combinaison définit la surface perforée de support possédant la forme incurvée concave complexe.