Brevet FR2505203A1 — publié le 19821112

Dispositif de filtrage pour séparer les particules solides d'un liquide La présente invention concerne un dispositif de filtrage pour séparer les particules solides d'un liquide, comportant un boîtier équipé d'un conduit d'amenée débouchant dans un tuyau de distribution central, ce tuyau de dis- tribution ayant une série d'alésages radiaux répartis sur sa longueur, cha- cun de ces alésages s'ouvrant dans une chambre de filtrage comportant un filtre, un conduit d'évacuation raccordé à une chambre située en aval des filtres et contenant le liquide filtré, et un dispositif mobile d'in- version du courant pour raccorder temporairement une ou plusieurs cham- bres de filtrage à un dispositif de rinçage dans lequel la pression est inférieure à la pression régnant dans la chambre contenant le liquide filtré. i Un dispositif de filtrage de ce type est connu, notamment par la demande de brevet allemand No 26 29 151 Le processus de filtrage décrit dans cette publication s'effectue dans une direction allant de l'intérieur vers l'ex- térieur Lorsqu'on effectue la filtration de liquides très visqueux, com- me c'est le cas par exemple dans l'industrie textile pendant le traitement des mélanges de cellulose, les éléments filtrants doivent être régulié- rement nettoyés Dans ce but, la publication décrit un dispositif d'in- version du courant au moyen duquel les éléments filtrants peuvent être régulièrement rincés pour évacuer les résidus Ceci s'effectue au moyen de deux pistons fixés à une tige de connexion tubulaire, et qui sont mo- biles et logés à l'intérieur d'un tuyau de distribution, et raccordent les éléments filtrants à nettoyer à un dispositif dont la pression est in- férieure à la pression régnant dans la chambre contenant le liquide filtré. De cette manière les résidus sont rincés et évacués de la surface filtran- te. Ce dispositif de filtrage présente toutefois l'inconvénient de comporter des éléments filtrants de forme et de conception inadaptées Chaque élé- ment filtrant consiste en une unité de filtrage pliée en forme d'étoile. Lorsque la saleté s'accumule en cours d'opération dans les angles du fil- tre, ce dernier s'incurve vers l'extérieur Ceci entraîne une charge im- portante dans les plis, notamment suite aux alternances de charges dues à l'accroissement et à la réduction alternés de pression, en cours de fil- tration et au rinçage, pouvant provoquer une rupture desdits éléments. La rupture d'un élément filtrant provoque la pénétration de liquide con- taminé dans la chambre contenant du liquide filtré, dont il affecte la 2 la qualité Les résidus sont par ailleurs retenus dans les plis pendant le processus de rinçage et engendrent une rapide dislocation du tissu filtrant. La présente'invention se propose de réaliser un dispositif de filtrage du type susmentionné, mais qui présente une grande efficacité et dont les élé- ments filtrants sont capables de résister à des charges importantes. Dans ce but, les chambres de filtrage selon l'invention ont une forme sen- siblement annulaire et les filtres sont constitués par des cartouches tra- versées par un courant circulant de l'extérieur vers l'intérieur, les deux faces d'extrémité de chaque cartouche étant ouvertes du côté de la chambre contenant le liquide filtré. Bien que le liquide à filtrer circule de l'intérieur vers l'extérieur, la filtration effective dans les chambres de filtrage s'effectue de l'ex- térieur vers l'intérieur Ceci permet de disposer d'une large surface fil- trante Simultanément, les chambres contenant le liquide mélangé aux im- puretés, par exemple les chambres de filtrage, peuvent être de faibles dimensions Etant donné que les deux faces des cartouches de filtre sont ouvertes du côté de la chambre contenant le liquide filtré, on réalise une charge progressive et une évacuation uniforme des cartouches de filtre. Selon le diamètre du tuyau de distribution et selon sa longueur, un grand nombre de cartouches de filtre peut être monté dans le dispositif de fil- trage Plusieurs cartouches de filtre peuvent par exemple être agencées concentriquement autour de la périphérie du tuyau de distribution pour former un élément filtrant complet Si la longueur du tuyau de distribu- tion est un multiple de celle des éléments filtrants complets, ce qui est généralement le cas, plusieurs éléments filtrants peuvent être montés en série. Les cartouches de filtre conçues pour filtrer dans le sens extérieur vers l'intérieur, peuvent être de conception très robuste, ce qui éli- mine les problèmes dus aux changes importantes résultant de l'alternance des phases de filtrage et de rinçage L'inversion du courant peut être obtenue grâce à différents dispositifs. Une solution particulièrement avantageuse pour inverser le courant est décrite dans la demande de brevet allemand 26 29 151, utilisant deux pis- tons comme mentionné précédemment Cette invention n'exclut bien enten- du pas l'utilisation d'autres dispositifs d'inversion du courant, par -3exemple des moyens par lesquels le courant peut être inversé au travers dé chaque élément filtrant individuel Une solution particulièrement simple et avantageuse consiste, en accord avec la présente invention, à monter et à fixer les cartouches de filtre entre un premier disque et une second disque disposés symétriquement, ces disques comportant une série d'ouvertures agencées de telle manière que les cartouches de filtre puissent être disposées autour de ces ouvertures. Un avantage important de ce système est dû au fait que lorsqu'une cartou- che de filtre est endommagée, on peut procéder au remplacement unique de cette cartouche, contrairement aux systèmes connus o l'endommagement d'un élément filtrant nécessitait le remplacement complet de cet élément. Ces ouvertures de mise en place des cartouches, ménagées dans les disques, peuvent définir simultanément un espace annulaire dans lesquels débou- chent les alésages d'amenée Si deux séries d'éléments filtrants pourvues de cartouches de filtre sont montées en tandem le long du tuyau de distri- bution, l'agencement de fentes d'évacuation ménagées entre les disques constitue un perfectionnement de ce système. Cette disposition et cette conception des éléments filtrants et des car- touches de filtrage assurent une évacuation et une charge régulière des surfaces filtrantes respativement pendant leur rinçage et pendant la pha- se de filtration. Pour augmenter la capacité de filtration, on peut prévoir deux ou plu- sieurs rangées d'éléments filtrants disposées radialement autour du tu- yau de distribution, les cartouches filtrantes extérieures étant approvi- sionnées en liquide à filtrer soit au moyen d'alésages d'amenée appropriés alimentés en liquide depuis l'intérieur des chambres de filtrage, soit directement au moyen d'alésages d'amenée raccordés au tube de distribution. Pour réduire l'encombrement, on peut prévoir deux ou plusieurs tubes de distribution équipés chacun d'éléments filtrants disposés autour de leur périphérie et montés de telle manière qu'ils soient parallèles dans un carter commun, le liquide filtré étant collecté dans une chambre commu- ne De cette manière on peut monter plusieurs unités filtrantes dans un même bottier. Une autre forme de réalisation de l'invention présente un dispositif d'in- -4 - version du courant consistant en au moins un piston logé dans le tuyau de distribution et mobile selon son axe, ledit piston étant fixé à un tube transversal et pourvu d'alésages radiaux susceptibles de coïncider avec les alésages d'entrée, dans lequel le piston a un nombre d'alésages inférieur au nombre des alésages d'entrée débouchant dans les chambres de filtrage pour chaque section particulière, et le piston étant capable de tourner autour de son axe longitudinal Le piston peut avoir une forme d'étoile de façon à assurer une alimentation optimale en liquide à filtrer des car- touches de filtre qui ne sont pas -rincées à ce moment. Cette solution indépendante du type et de la forme des éléments filtrants et des cartouches de filtre utilisées, assure un nettoyage considérable- ment plus intensif des surfaces filtrantes pendant l'inversion du courant. Au lieu de rincer toutes les surfaces filtrantes disposées autour de la périphérie de chaque section donnée, seule une partie des surfaces fil- trantes de chaque section particulière est rincée à la fois, ce qui a- boutit à une nettoyage plus efficace Ceci est obtenu par une simple ro- tation cyclique du piston, de façon à assurer une coïncidence successive de tous les alésages d'entrée d'un élément filtrant avec les alésages mé- nagés dans le piston. Dans le but de réduire le nombre d'alésages d'amenée, ainsi que le volume mort sur le côté du rinçage et de l'eau à filtrer, un alésage d'amenée peut être avantageusement utilisé pour alimenter deux chambres de fil- trage adjacentes De cette manière le nombre des alésages d'amenée vers les chambres de filtrage peut être réduit de moitié. Une solution simple pour alimenter les éléments filtrants restants avec del'eauà filtrer au travers des alésages d'amenée, réside dans l'utili- sation d'un piston ayant quatre alésages disposés en croix Bien entendu à d'autres dispositions ou d'autres solutions ne sont pas exclure, notam- ment le recours à un piston d'inversion ayant un, deux, trois ou davantage de bras et d'alésages Ceci permet une filtration continue par plusieurs cartouches de filtre d'un même élément filtrant pendant que les autres cartouches sont rincées. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation, et des dessins annexés dans lesquels: la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un dispositif -5- de filtrage selon l'invention, la figure 2 représente une vue partielle agrandie de cette coupe longitu- dinale illustrant les cartouches de filtre selon l'invention incorporées dans des éléments filtrants annulaires, la figure 3 représente une vue en coupe selon la ligne III-III de la figure 1, la figure 4 représente une vue en coupe selon la ligne III-III d'une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention, et la figure 5 représente une vue partiellement coupée selon la ligne III- III, illustrant plusieurs cartouches de filtre disposées l'une au-dessus de l'autre à l'intérieur d'un élément filtrant annulaire. En référence aux figures,le dispositif de filtragecomporte un carter 1 équipé d'un conduit d'amenée 2, d'un conduit d'évacuation 3 et d'un con- Juit de rinçage 4 A l'intérieur du carter 1, est disposé centralement un de dj ribution 5 dont les parois sont pourvues d'une série d'alésages d'amenée 6 débouchant dans les chambres de filtrage 7 La filtration est effectuée au moyen de cartouches de filtre 8 logées dans les ouvertures de positionnement 9 des disques 10 Ces disques 10 sont fixés autour de la périphérie du tuyau de distribution 5, les orifices de positionnement étant disposés en regard les uns des autres, et sont disposés par paires symétriques, ce qui leur permet de retenir une rangée dé cartouches de fil- tre 8 disposée autour de la circonférence d'un tronçon du tuyau de distri- bution central 5, pour former un élément de filtrage annulaire complet. Au lieu d'une paire de disques 10 diposés en regard l'un de l'autre, on peut également n'utiliser qu'un seul disque, l'autre extrémité des car- touches de filtre étant logée dans des orifices ménagés dans le couvercle. Les cartouches de filtre 8 sont ouvertes à leurs deux extrémités De la même manière, les disques 10 présentent des ouvertures 11 disposées dans la zone correspondant aux faces d'extrémité des cartouches de filtrage 8. Les disques 10 sont d'autre part réalisés et fixés au tuyau de distribu- tion 5 de telle manière que entre deux disques 10 contigus, c'est-à-dire entre deux rangées individuelles de cartouches de filtre 8, est ménagée une fente d'évacuation 12 qui s'étend autour du tuyau de distribution et 6- communique avec les ouvertures 11 et par conséquent avec l'intérieur des cartouches de filtrage 8 De cette manière on réalise une connexion avec la chambre annulaire 13 contenant le liquide filtré, qui est ensuite éva- cué par la tubulure d'évacuation 3 A la place des fentes d'évacuation 12, il est également possible de prévoir des passages appropriés tels que des alésages ménagés dans les disques 10, pour établir une communication en- tre la chambre 13 contenant le liquide filtré et l'intérieur des cartouches 8 ou respectivement les ouvertures 11. Pour assurer une séparation complète des parties contenant le liquide à filtrer de celles contenant le liquide filtré, des joints 14 sont dispo- sés entre les disques adjacents 10, des joints 15 entre les cartouches de filtre 8 et les disques 10, et des joints 16 entre les disques 10 et le tuyau de distribution 5. Les chambres de filtrage 7 sont constituées par un espace annulaire déli- mité par deux disques 10 et par la surface périphérique d'une cartouche de filtre 8 Les alésages d'amenée 6 débouchent dans la zone centrale des chambres de filtrage 7 Les disques 10 comportent dans cette même zone des évidements 17 ou épaulements qui assurent une meilleure distribution du liquide s'écoulant vers les chambres de filtrage. Une section des alésages d'entrée 6 de chaque rangée est conçue comme un élément de contrôle 19 comportant des alésages radiaux 18 et qui est pincé entre deux disques 10 pour maintenir une rangée de cartouches de filtre 8. Le but de cet élément 19, qui est facultatif, est d'assurer un contrôle précis du courant s'écoulant vers l'élément filtrant Pour assurer une fixation précise et simple des cartouches 8 sur les disques 10, ces der- nières comportent des anneaux d'extrémité 20 dans lesquels sont logés les joints 15 Les cartouches de filtre 8 sont fixées dans les ouvertures mé- nagées dans les disques 10 au moyen des anneaux d'extrémité 20 Le dia- mètre des anneaux d'extrémité est légèrement supérieur au diamètre des cartouches de filtre 8 correspondantes, et détermine les dimensions des chambres de filtrage annulaires 7 Pour simplifier le processus de fabri- cation, les orifices de positionnement 9 et les ouvertures 11 sont réali- sées sous forme d'alésages étagés. Les disques 10 et les éléments de contrôle 19 sont simultanément fixés 39 au tuyau de ditribution 5 au moyen d'un dispositif de pincement 21. -7- Le dispositif inverseur de courant comporte deux pistons mobiles 22 soli- daires d'un tube coulissant 23 et disposé à l'intérieur du tuyau de distri- bution 5 Chaque piston 22 comporte au moins une ouverture 24 disposée se- lon l'axe longitudinal, pour permettre au liquide de s'écouler dans les alésages 6 se trouvant derrière le piston 22, pendant la phase de rinçage des éléments filtrants A la place des deux pistons 22, on pourrait également ne prévoir qu'un seul piston ou un nombre supérieur de pistons, selon le nombre de corbeilles de filtrage disposées les unes derrière les autres Le tube coulissant 23 est équipé d'un dispositif coulissant 25 en- traîné par un engrenageé 26 non représenté en détail De cette manière le piston 22 est en mesure de se déplacer selon la direction longitudinale. En fonction du nombre d'alésages 6 distribués autour de la périphérie de chaque tronçon du tuyau de distribution 5, chaque piston 22 peut comporter le même nombre d'alésages radiaux 27 qui peuvent être amenés en coïncidence avec les alésages d'amenée 6 Si on le souhaite, le piston 22 peut alter- nativement comporter deux our plusieurs rangées d'alésages 27 permettant le rinçage successif de plusieurs cartouches de filtre 8. Au lieu d'équiper le piston 22 d'un nombre d'alésages égal au nombre d'a- lésages d'amenée 6, chaque piston peutsi cela est nécessaire,être pourvu d'un nombre d'alésages 27 sensiblement inférieur. La figure 3, par ex emple, montre quatre alésages disposés en croix Ces alésages 27 partent du tube coulissant 23 et débouchent dans quatre alé- sages d'entrée 6. De cette manière, les chambres de filtrage 7 qui communiquent avec les alésages d'entrée 6, peuvent être rincées intensivement Le tuyau de distribution 5 est indexé en même temps que le ou les pistons 22 au moyen d'un équipement non représenté en détail, qui permet à un autre jeu de quatre chambres de filtrage 7 d'être rincées et débarassées des résidus solides qui s'y sont accumulés. Au lieu de prévoir quatre alésages 27, il est bien entendu possible de prévoir un nombre différent de ces alésages par exemple deux, trois, six, huit, douze etc, le nombre choisi étant habituellement une fraction du nombre total des alésages 6. La figure 4 qui représente une section similaire à celle de la figure 3, représente une autre forme de réalisation de l'invention correspondant -8- 25052-03 essentiellement à celle décrite ci-dessus La seule différence réside dans le fait qu'un seul alésage d'amenée 6 alimente deux chambres de filtrage adjacentes 7 en liquide à filtrer, cet alésage servant également au dispp- sitif d'inversion du courant De cette manière le nombre des alésages d'entrée 6 est diminué de moitié Cette disposition offre en outre l'avantage que les courants liquides pénètrent essentiellement tangentiellement dans les chambres de filtrage 7, créant ainsi un effet de tourbillon qui est bénéfique à la fois à la filtration et au rinçage. La réduction du nombré des alésages d'entrée ménagés autour de la circon- férence, engendre une diminution des frais de fabrication et pour certains produits, accroît l'efficacité de la filtration. Habituellement on applique à l'orifice d'évacuation 4 la pression atmos- phérique, c'est-à-dire une pression inférieure à celle régnant dans les chambres contenant le liquide à filtrer, dans lesquelles la pression de travail est sensiblement égale à 50 bars De cette manière on obtient un nettoyage quasi spontané des cartouches de filtre et un retrait ef- ficace des résidus qui les contaminent. Le piston 22 peut être déplacé à l'intérieur du tuyau de distribution 5 d'une manière continue ou intermittente Lorsque les alésages d'amenée 6 communiquent avec les alésages 27 ménagés dans le piston 22, la com- munication avec la tubulure d'évacuation 4 s'établit au travers du tube coulissant 23, du passage 28 et de l'espace annulaire 29 En raison de la pression différentielle évoquée ci-dessus, on obtient un courant in- versé, ce qui aboutit au retrait des résidus accumulés sur les surfaces filtrantes, résidus évacués au travers des passages 6, 27, 28 et par la tubulure 4. Pour augmenter la capacité du filtre, on peut prévoir plusieurs rangées de cartouches de filtre comme le montre la vue en coupe de la figure 5. Dans ce cas, les cartouches de filtre extérieures sont alimentées en liquide à filtrer par l'intérieur, ou par l'intermédiaire d'alésages d'a- menée séparés raccordés au tuyau de distribution 5 Pour réduire l'encom- brement, ces rangées de cartouches de filtre sont habituellement entassées, et les alésages d'amenée de ces cartouches de filtre-peuvent passer au travers desdites cartouches. Une autre manière de disposer un nombre maximum d'éléments filtrants dans -9- un espace relativement réduit pourrait consister à mettre en place plu- sieurs tuyaux de distribution dont chacun est pourvu d'un ensemble de car- touches de filtre disposées autour de cette périphérie, les tuyaux de dis- tribution étant montés parallèlement dans un même carter Le liquide fil- tré pourrait être recueilli dans une chambre commune Une autre alternative pourrait consister à disposer les éléments filtrants à la suite les uns des autres. De préférence les cartouches de filtre ont une forme cylindrique Toute- fois d'autres formes ne sont pas à exclure a priori La condition à res- pecter est qu'elles présentent une surface de filtrage importante et qu' elles assurent des conditions telles que le courant de liquide à filtrer s'écoule aisément au travers des filtres de l'extérieur vers l'intérieur, le liquide à filtrer étant amené vers les chambres de filtrage de la mani- ère décrite ci-dessus, afin d'éviter dans les meilleures conditions un courant de retour de liquide à filtrer hors des éléments filtrants. La présente invention peut bien entendu subir différentes modifications et se présenter sous différentes variantes évidentes pour l'homme de l'art, sans pour autant sortir du cadre général tel que défini. Revendications 10 1 Dispositif de filtrage pour séparer les particules solides d'un liquide, comportant un boîtier équipé d'un conduit d'amenée débouchant dans untuyau de distribution central, ce tuyau de distribution ayant une série d'alésages radiaux répartis sur sa longueur, chacun de ces alésages s'ouvrant dans une chambre de filtrage comportant un filtre, un conduit d'évacuation raccordé à une chambre située en aval des filtres et contenant le liquide filtré, et un dispositif mobile d'inversion du courant pour raccorder temporaire- ment une ou plusieurs chambres de filtrage à un dispositif de rinçage dans lequel la pression est inférieure à la pression régnant dans la chambre contenant le liquide filtré, caractérisé en ce que les chambres de filtrage 7 ont une forme sensiblement annulaire et en ce que les filtres sont des cartouches 8 traversées par un courant circulant de l'extérieur vers l'in- térieur, les deux faces d'extrémité de chaque cartouche 8 étant ouvertes du côté de la chambre 13 contenant le liquide filtré. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comçorte plusieurs rangées de cartouches de filtrage 8, disposées autour de la cir- conférence du tuyau de distribution 5 et diposées selon un axe parallèle à l'axe du tuyau de distribution. 3 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les cartouches de filtre 8 de chaque rangées sont logées dans des orifices récepteurs 9 d'un disque 10 fixé au tuyau de distribution, le disque 10 ayant des ouvertures 11 ménagées dans la région correspondant aux faces d'extrémité des cartouches de filtrage, ces ouvertures communiquant avec la chambre 13 contenant le liquide filtré. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cartou- ches de filtre 8 de chaque rangée sont disposées entre deux disques 10 montés symétriquement. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les cartouches de filtre 8 sont pourvues d'anneaux d'extrémité 20 au moyen desquels ils sont fixés aux disques 10. 6 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les diamètres des anneaux d'extrémité 20 sont supérieurs aux dia- mètres des cartouches 8 et en ce que les orifices récepteurs 9 associés il 2505203 aux cartouches de filtre 8 définissent les chambres de filtrage annulaires 7, dans lesquelles débouchent les alésages 6. 7 Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'un tronçon des alésages d'amenée 6 de chaque rangée de cartouches de filtre 8, est constitué par un élément de commande 19 pourvu d'alésages radiaux 18, qui est pincé entre les deux disques 10. 8 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractéri- sé en ce que entre deux rangées de cartouches de filtre 8 disposées consé- cutivement le long du tuyau de distribution 5, est prévu un intervalle d'évacuation 12 ménagé dans la région périphérique disposée entre deux disques 10 contigus. 9 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les cartouches de filtre 8 ont une forme cylindrique et en ce que les alésages d'entrée 6 débouchent dans la chambre annulaire du fil- trage 7 au moins approximativement dans la zone centrale desdites cartou- ches cylindriques. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caracté- risé en ce que deux ou plusieurs rangées de cartouches de filtre 8 sont disposées radialement l'une au-dessus de l'autre ou l'une derrière l'au- tre autour du tuyau de distribution 5. 11 Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caracté- risé en ce que deux ou plusieurs tuyaux de distribution 5 disposés paral- lèlement, ayant chacun plusieurs cartouches de filtre 8 agencées autour de leur périphérie, sont logés dans un bottier 1 ayant une chambre com- mune 13 pour le liquide filtré. 12 Dispositif selon la revendication 1, dans lequel ledit dispositif mo- bile d'inversion du courant comporte au moins un piston susceptible de se déplacer axialement à l'intérieur du tuyau de distribution, ce piston étant fixé à un tube transversal et pourvu d'alésages radiaux pouvant être amenés en coïncidence avec les alésages d'entrée, caractérisé en ce que le piston 22 a un nombre d'alésages 27 inférieur au nombre des alésa- ges d'amenée 6 raccordés aux chambres de filtrage 7 de n'importe quelle 39 section, et en ce que le piston 22 peut être tourné autour de son axe 12 2505203 longitudinal. 13 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que le piston 22 peut être indexé de telle manière que les alésages d'entrée 6 puissent être amenés en coïncidence avec les alésages 27.