Brevet FR2518893A1 — publié le 19830701

La présente invention concerne un procédé de confection d'éléments de filtration à stabilité de forme et les éléments de filtration, plus particulièrement les manches et poches filtrantes, ainsi confectionnés Dans le domaine de la dépollution des gaz indus- triels, les particules solides véhiculées par des gaz sont séparées par différents procédés, tels que le cyclonage ou l'électrofiltration, mais surtout par la filtration à travers un média filtrant constitué d'un tissu ou d'un feutre de fibres textiles. Les feutres, généralement obtenus par aiguilletage mécanique de fibres synthétiques sur une trame à structure ouverte, ont l'avantage de présenter,en cours de fonctionnement, une plus faible perte de charge que les tissus pour une qualité de filtration supérieure. Les feutres sont ainsi très largement utilisés dans les filtres industriels, notamment dans les aciéries ou les cimenteries. Ces feutres ne sont pas en eux-mêmes rigides et ne peuvent donc pas présenter une stabilité de forme, de sorte qu'ils doivent être étayés ou charpentés. La mise en place de filtres plans ne pose pas de problèmes majeurs dans la mesure où les feutres peuvent être pris en-sandwich-entre des grillages ou des plaques de maintien.Or, dans les applications industrielles, les éléments de filtration ou feutres se présentent le plus souvent sous dif férentes formes en configuration volumique soit de manche filtrante soit de poche à canaux, afin de présenter une surface maximale au passage des gaz à épurer Pour conférer à ces éléments de filtration à configuration en volume la stabilité de forme requise, le média filtrant est généralement fagriqué à partir de feuilles de feutre que l'on découpe puis coud dans le sens longitudinal pour conférer au feutre la forme d'un cylindre, ces cylindres ou boyaux de feutre étant rigidifiés par la suite afin d'éviter leur écrasement lors du passage des gaz.Cette rigidification visant à conférer à ltélément de filtration une stabilité de forme en volume est obtenue actuellement en cousant des anneaux métalliques# sur la périphérie des cylindres de feutre. Certains dispositifs de filtration prévoient un aménagement, à l'intérieur des manches, de mannequins métalliques appelés paniers. Dans les poches à canaux, qui présentent l'intérêt de présenter une même surface filtrante pour une épaisseur et un encombrement plus faible, pour éviter un écrasement des canaux sous l'effet de la dépression dû à la filtration, des mannequins métalliques sont également placés à I'intérieur des canaux lesquels sont tendus sur ces armatures afin qu'il nty ait pas de frottement ni, partant d'usure, aux moments de la filtration ou du décolmatage. Ces techniques présentent un certain nombre de défauts. Ainsi, le montage et le démontage des feutres dans l'installation de filtration sont pénibles et fastidieux à cause des manutentions de montage et de démontage des mannequins ou des paniers. D'autré part,la fabrication des éléments de filtration est délicate du fait que les canaux doivent s'emboîter avec serrage sur les mannequins, ce qui pose des problèmes évidents du fait de la déformabilité intrinsèque du feutre. Enfin, et surtout, alors que le feutre poreux qui constitue les manches ou poches de filtration présente une porosité moyenne déterminée, de l'ordre de 30 microns, de façon à retenir des particules de la taille de quelques microns, on introduit au moment de la confection des éléments de filtration, une hétéro généité marquéeen les cousant.En effet, pour le montage par couture des anneaux de rigidification, on utilise un fil de diamètre de tordre de 0,15 mm,avec une aiguille dont le diamètre est supérieur au millimètre, De ce fait, un feutre qui a une perméance de l'ordre du millionième, verra celle-ci s'abaisser de façon très importante d'autant plus que les poussières à retenir seront fines et fluides.De plus, lors de la filtration puis ensuite du décol- matage, les feutres filtrants#sont soumis à des tensions non négligeables sous effet des différences de pression (perte de charge ou contre-courant de déólmatage), ces tens sions ayant pour effet de tendre davantage les fils de couture et par voie de conséquence d'augmenter le diamètre des trous formés par le passage de ltaiguille en créant ainsi dans le voile poreux initialement homogène, des cheneaux libres non filtrants, très préjudiciables aux qualités de la filtration.Comme, lorsque lton veut diminuer les coûts de filtration, on vise par ailleurs à diminuer la surface du média filtrant, ce qui se traduit par une augmentation de la vitesse de passage des gaz, du fait des inconvénients susmentionnés, les poussières ont tendance à traverser le voile filtrant au niveau des coutures, de sorte que des vitesses de filtration supérieures à 2 cm par seconde ne peuvent qu'être rarement atteintes. La présente invention a précisément pour objet de proposer un procédé de confection d'éléments de filtration supprimant les pertes d'efficacité susmentionnées des feutres en évitant les discontinuités de porosité, de sorte que la perméance de ltensemble de filtration soit celle même du voile filtrant de départ. La présente invention a pour autre objet de proposer un procédé de confection d'éléments de filtration à stabilité de forme permettant d'éviter la pose ou la couture de cercles et paniers métalliques en simplifiant ainsi les opérations de manutention et de confection des éléments de filtration. Pour ce faire, l'élément de filtration à stabili té de forme selon la.présente invention comprend un- voile poreux de filtration à porosit#é homogène sur toute la surface de itélément de filtration Selon une autre caractéristique de l'invention, la stabilité de forme de l'élément de filtration est obtenue en liant au voile filtrant des éléments rigidifiant, réalisés avantageusement en matériau thermoplastique ayant une structure prédominan-te non cristalline, la liaison pouvant s'effectuer par collage au moyen dtadhésifs adéquats ou par thermocoliage du matériau thermoplastique des éléments rigidifiants. Ainsi, conformément à l'objet de l'invention, la liaison par collage ou thermocollag; d'éléments rigidifiants aux fibres constitutives du voile poreux de filtration, s'effectue très simplement et très rapidement sans nécessiter de blesser ou de traverser le voile poreux, comme le font des coutures, en supprimant ainsi les trous des coutures et les tensions exarcéespar les fils de couture, l'intégrité de la porosité du voile au feutre poreux étant conservée, même au droit des zones de liaison ou dtadhésion des éléments rigidifiants qui ne créent ici tout au plus, que les zones d'ombres ineuitables du fait du principe du squelette rigidifiant. D'autres caractéristiques et avantages de la pré- sente invention ressortiront de la description suivante de modes de réalisatian,donnés à titre illustratif mais nullement limitatif, faite en relation avec les dessins annexés sur lesquels : La figure 1 représente un premier modezd'apposi- tion d'éléments rigidifiants sur une bande de feutre de filtration conformément à la présente invention; La figure 2 représente schématiquement la réalisation de canaux dans un ensemble filtrant à double voile; La figure 3 représente une étape complémentaire de l'étape de la figure 1 pour la réalisation d'un réseau quadrillé sur le voile filtrant; La figure 4 représente une manche de filtration en cours de confection par mise en volume de la structure réalisée sur la figure 3;; La figure 5 représente, respectivement en vue de face et en vue de côté, une buse de filière d'extrusion utilisée dans la technique de la figure 1; Les figures 6 et 7 sont des vues en perspective et en bou-t respectivement, d#un mode de réalisation de.manche avec rigidification par une armature spiralée; et La figure 8 représente une autre variante de réali-. sation, par collage d'un réseau quadrillé préétabli, dtunélément de filtration selon l'invention Dans les dessins et la description qui va suivre, les éléments identiques ou analogues portent les mêmes chiffres ou lettres de référence. Les éléments filtrants selon ltinvention sont réalises à partir d'une bande de feutre 1 débitée à partir d'un rouleau de feutre 2. Le feutre filtrant est réalisé à base de fibres de polyester ou de polypropylène et, dans une moindre proportion, selon les conditions d'utilisation particulières envisagées (température, humidité ou acidité notamment) de fibres de verre, acryliques, polyamides ou polyaramides, Les fibres peuvent être en outre pourvues-- d 'un revêtement anti-adhérent à base de composés fluorés. Dans le mode de réalisation de la figure 1, le feutre 1 est déroulé depuis un rouleau débiteur 2 autour d'un rouleau presseur en métal ou en caoutchouc 3 au niveau duquel sont déposés sous pression, en série ou simultanément, une série de joncs de polymère fondu A. extrudés par des têtes d'extrusion 4.Confor mément à un aspect de l'invention, le polymère servant à la réalisation des joncs est un polymère thermoplastique de résistances chimique et physique identiques ou supérieures à celles des fibres constituant le feutre et de structure non cristalline, ou du moins présentant des parties amorphes en quantité au moins égales à celles des parties cristallines, faute de quoi le matériau thermoplastique d'adjonction et ses liaisons avec. les fibres du feutre seraient excessivement durs et cassants, donc sensibles aux contraintes, no tam ment d'ordre thermique Le thermoplastique peut être, de façon connue, chargé de particules minérales ou plastifié pour acquérir certaines propriétés particulières telles que l'ignifugation ou la résistance à l'*hydrolyse.Dans le cas de feutres à fibres de polyester, le polymère thermoplastique sera également un polyester non cristallisé, par exemple dérivé deun type dit "Hytrel" (marque-déposée de la société DuPont de Nemoursq résistant à l400C. La fusion sous pression de ces thermoplastiques dtadjonction en contact avec les fibres du feutre et enrobant localement ces dernières, permet d'avoir une adhérence supérieure à 40 kg pour 5 cm, ctest-à-dire une adhérence qui est supérieure à la cohésion des fibres du feutre et à la résistance d'une couture.Dans le mode de -réalisation représenté, le polymère est extrudé à 2400C, les joncs Ai adhérant immédiatement au feutre après refroidissement.L'extrusion du polymère sur le feutre se fait de préférence sous pression afin que le polymère fondu enrobe convenablement les fibres du feutre, grâce à la présence du rouleau presseur 3 et à la forme particulière des filières 5 des têtes dtextrusion4 qui sont évidées pour former un chenal 5 ayant une forme dépendant du diamètre et de la géométrie du jonc, comme représenté sur la figure 5 La première étape représentée sur la figure 1 permet donc d'obtenir, par mise en place des joncs longitudinaux Ai, un raidissement du feutre 1 dans le sens longitudinale permettant d'envisager la réalisation ultérieure d'une manche renforcée. On a représenté sur la figure 2, un mode de fabrication de canaux sur des poches en supprimant les coutures conformément à.la technique de ltinvention, Ce procédé permet de fabriquer des canaux 6, séparés par des bandes étanches A..- Dans ce mode de réalisation, deux bandes de feutre 1 sont déroulées à partir de deux rouleaux débiteurs 2 pour être mises en contact dans l'intervalle formé entre deux petits cylindres presseurs 7, 7'* Entre les deux feutres ainsi accolés sont déroulés-, à partir de bobines débitrices 8, des cordons de polymère thermoplastique 9,du type détaillé dans ltexemplte ci-dessus, ces cordons passant au travers de buses de chauffage à air chaud 10 fdurnissant de l'air à une température supérieure de tordre de 500 à la température de fusion du polymère considéré.Le cordon de polymère, dont la surface est ainsi fondue, est pressé entre les surfaces des deux feutres 1 et adhère auto matiquemet aux fibres de ceux-ci après refroidissement pour former les bandes étanches ou joncs Ai analogues à ceux du mode de réalisation de la figure 1. L'adhésion par pelage et par glissement est supérieure à la cohésion des fibres dans le feutre lui-même. Sur la figure 3, on a représenté, une étape ultérieure de réalisation d'un réseau quadrillé d'éléments rigidifiants sur un feutre. Le feutre rigidifié longitudinalement obtenu par le procédé de la figure 1, et enroulé tem.- porairement sur une bobine de stockage 20, est déroulé progressivement sur une surface plane 11.Un cordon de.polymè- re thermoplastique 9 est déroulé,, comme dans l'exemple précédent, à partir d'une bobine débitrice 8 et est ramolli en surface par un dispositif de chauffage 12, par exemple un fer à souder électrique ou un dispositif de chauffage d'air chaud comme dans le mode de réalisation ci-dessus, ce cordon étant déposé sur le feutre 1 transversalement aux éléments rigidifiants Ai déjà mis en place pour former des séries d'éléments rigidifiants transversaux B. de la fa i - çon représentée. Comme dans le mode de réalisation dé la figure 2,la fusion superficielle du cordon de polymère 9 permet d'avoir une adhérence sur les fibres du feutre supérieure à 8 kg par cm2. On pourrait également, à cet effet, extruder les éléments rigidifiants transversaux B. comme l'ont été les éléments Ai. On a représenté sur la figure 4, une manche en cours de confection à partir d'un feutre pourvu d'un réseau quadrillé d'éléments rigidifiants A. et B. obtenu par le i i procédé de la figure 3. Le feutre 1 est replié sur lui-même pour amener ses bords latéraux 13, 13t en contact l'un avec l'autre en effectuant au niveau de ces derniers une "soudu re" longitudinale de la manche à laquelle les éléments ri gidifiants longitudinaux Ai et transversaux B. confèreront i i sa stabilité de forme requise La jonction entre les bords du feutre 1 lui-même est faite par apport de chaleur pour les fibres fusibles constitutives du feutre, notamment de polyester ou de polypropylène, en utilisant un fer à souder électrique adapté, un pistolet à air chaud ou encore un appareil à haute fréquence. Pour ce qui est des fibres non fusibles du feutre, on peut utiliser un adhésif du type hotmelt. Lajonction en bout des anneaux transversaux B. se fait, elle, par fusion partielle du polymère thermoplastique de ces anneaux, suivie dtun apport de matière. L'élément de filtration plan obtenu à la fin du processus de la figure 3, ou la manche cylindrique obtenue à la fin du processus de la figure 4, ne présente ainsi, conformément à objet de l'invention, aucune discontinui té dans la porosité du-#feutre- puisse faciliter le pas- sage des poussières, l'efficacité de filtration de ltélément de filtration ainsi rigidifié, et à stabilité de forme étant égale h ltefficacité du feutre lui-même. On a représenté sur la figure 6, la confection d'une armature spiralée sur une#manche filtrante. Dans ce mode de réalisation, le feutre 1 est préalablement refermé sur lui-même, pour former une manche cylindrique 15 Cette manche cylindrique est montée sur deux cylindres entraineurs de faible diamètre 16 maintenus écartés par des systèmes élargisseurs 17.Un jonc polymère thermoplastique 9 est débité à partir d'une bobine 18 montée sur une vis 19 parallé- le aux cylindres 16 et entraînée en synchronisme avec ces derniers, de même qu'un dispositif de chauffage 21, par exemple du type pistolet à air chaud comme dans le mode de réalisation des figures #2 et 3, ramollissant le jonc au niveau du premier cylindre presseur 16, afin de déposer et de lier sur la manche cylindrique 15 un élément rigidifiant continu, sous la forme d'une hélice conférant la stabilité de forme à la manche. En effectuant deux passages successifs, on peut réaliser deux hélices croisées faisant un ré seau quadrillé à la surface de la manche pour en diminuer encore la déformabilité. La présente invention ntest pas limitée à la mise en place d'éléments rigidifiants sur un feutre par liaison par thermocollage comme précédemment décrit La liaison des éléments rigidifiants peut en effet être obtenue par tout moyen adhésif adéquat, notamment par des résines époxydes susceptibles d'enrober localement, au moins superficiellement, les fibres du feutrez Dans cette optique, les éléments rigidifiants peuvent être réalisés en tout matériau adéquat, par exemple, en matériau plastique non thermoplas tique ou en amalgame de fibres minérales.A titre d'exemple on a représenté, sur la figure 8, un mode de réalisation de mise en place d'un réseau quadrillé éléments rigidifiants sur un feutre 1 de façon similaire au mode de réalisation décrit en relation avec la figure 3 Comme dans ce dernier mode de réalisation, le feutre 2, nu, est déroulé sur une table 11, et sur la surface supérieure du feutre est appliqué le réseau d'éléments rigidifiants 25, formé préalable- ment et trempé dans un bac de résine époxyde, le réseau quadrillé 25 étant pressé sur le feutre comme figuré par la flèche 26,jusqu'à prise de l'adhésif enrobant au moins les fibres superficielles du feutre filtrant 1,Une.manche cylindrique peut être ensuite réalisée comme décrit en relation avec le mode de réalisation de la figure 4, en utilisant le même adhésif pour jonctiunner les bouts en regard des cadres transversaux Bie quoique la présente invention ait été décrite en relation avec des modes de réalisation particuliers, elle ne s'en trouve pas limitée mais est au contraire# suscepti- ble de modifications et de variantes qui apparaîtront à l'homme de l'art REVENDICATIONS 1 - Elément de filtration à stabilité de forme, caractérisé en ce qu'il comprend un voile poreux de filtration (1) à porosité homogène sur toute la surface de l'été ment de filtration. -2 - Elément de filtration selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des éléments rigidifiants allongés (Ai, B.) liés au voile poreux (1). 3 - Elément de filtration selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments rigidifiants (Ai, B.) i i sont en matériau thermoplastique à structure prédominante non cristalline. 4 - Elément de filtration selon la revendication 2, ou la revendication 3, caractérisé en ce que les éléments rigidifiants (Ai, B.) sont mis en place sur le voile poreux (1) de façon à former un réseau quadrillé. 5 - Elément de filtration selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le voile poreux est un feutre fibreux (1). 6 - Procédé de confection d'éléments de filtration à stabilité de forme selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de lier au voile-poreux de filtration (1) des éléments rigidifiants allongés (Ai, Bu ) . 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend 1-' étape de lier au voile les éléments rigidifiants (Ai, Bi) suivant un motif de réseau quadrillé. 8 - Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le réseau quadrillé (Ai, B.) est lié au voile à plat. 9 - Procédé selon la revendication 7 ou la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de refermer le voile muni des éléments rigidifiants (Ai,Bi) sur lui-même en forme de cylindre ayant un axe parallèle à 1,une des directions (Ai) du réseau quadrillé. 10 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de refermer le voile filtrant sur lui-même sous forme cylindrique (15) et de lier les éléments rigidifiants (A) sur la périphérie du voile cylindrique suivant un motif en spirale. 11 - Procédé selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les éléments rigidifiants (Ai, B.) sont liés au voile par collage 12 - Procédé selon lhune des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que les éléments rigidifiants (Ai7 B.) sont liés au voile par thermocollage du matériau thermoplastique non-cristallin constitutif des éléments rigidifiants. 13 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé sé en ce que chaque élément rigidifiant (A. ) est direct- ment extrudé sur le voile poreux (1) 14 - Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que les différents éléments rigidifiants(A., B.) sont formés à partir d'un cordon (9) déroulé (8) et liés progressivement par fusion au voile poreux (1; 15).