Brevet FR2522979A1 — publié le 19830916

L'invention concerne un dispositif perfectionné de filtration du type général couramment utilisé dans des laboratoires chimiques ou autres pour la filtration de liquides, et dans lequel le filtre peut être aisément retiré, par exemple dans des analyses gravimétriques o on souhaite mesurer qualitativement ou quantitativement les solides séparés par filtration des liquides. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 831 759 décrit un dispositif destiné à la filtration de liquides, comprenant un réservoir destiné à recevoir le liquide à filtrer, et un élément à bec permettant la sortie du liquide après qu'il a été filtré, ces deux éléments étant assemblés avec un disque filtrant placé entre eux, l'un des éléments comportant un aimant annulaire et l'autre comportant également un aimant annulaire, ou bien un anneau réalisé en matière ferromagnétique afin que l'attraction magnétique réalise le serrage étanche du disque filtrant entre les éléments pendant la filtration. Les dispositifs de filtration décrits dans ce brevet sont couramment utilisés et se sont avérés satisfaisants et avantageux, en particulier par le fait qu'ils permettent un montage et un démontage rapides, souhaités pour la mise en place et l'enlèvement du disque filtrant, tout en assurant une bonne étanchéité entre le disque filtrant et les deux éléments à réservoir et bec pendant la filtra- tion Cependant, la détérioration des matières magnétique et ferromagnétique pose un problème Cette détérioration peut être due à une corrosion résultant d'un contact avec des liquides acides ou autres liquides corrosifs, ou bien due à un écaillage ou à la formation de fissures lorsque des aimants céramiques sont utilisés Ce dernier cas pose en particulier un problème car les aimants céramiques, tels que ceux constitués de ferrites en métal alcalin ou en métal alcalino-terreux, bien qu'étant par ailleurs excellents en raison de leur faible poids, de leur coût relativement bas et de leur force magnétique élevée, sont désavantageux en raison de leur prédisposition à la formation d'écailles ou de fissures. L'invention apporte un perfectionnement au dis- positif décrit dans le brevet précité, perfectionnement dans lequel des aimants céramiques sont utilisés de façon que le dispositif de filtration présente la totalité de leurs avantages, tout en ayant une structure telle que les inconvénients sont éliminés. Dans le dispositif de filtration selon l'inven- tion, l'élément formant le réservoir et l'élément formant le bec sont en matière plastique organique et comportent chacun un aimant céramique annulaire afin de produire, à un coût relativement bas et sans poids excessif, l'attrac- tion magnétique élevée qui est souhaitée pour un serrage étanche ferme du disque filtrant, l'aimant céramique annulaire de l'élément à réservoir étant cependant totale- ment logé dans une cavité annulaire fermée ménagée dans la matière plastique organique de l'élément à réservoir et cet aimant annulaire étant d'une dimension inférieure à celle de la cavité annulaire, et l'aimant céramique de l'élément à bec étant totalement logé dans une cavité annulaire ménagée dans la matière plastique organique de l'élément à bec et cet aimant annulaire étant également d'une dimension inférieure à celle de la cavité annulaire dans laquelle il est logé Par conséquent, étant donné que les aimants céramiques sont totalement entourés de la matière plastique organique, ils sont largement protégés de tout contact avec des liquides corrosifs et, surtout, de tout écaillement ou de toute fissuration dé à des chocs, la matière plastique organique absorbant, dans une mesure considérable et même en cas d'abus, tous impacts ou chocs résultant de l'utilisation du dispositif de filtration. Mais en outre, étant donné que chaque aimant est plus petit que la cavité dans laquelle il est renfermé, la matière plastique organique et/ou la céramique disposent d'un certain espace pour leur dilatation sans qu'il n'apparaisse des contraintes lorsque le dispositif est chauffé, par exemple dans un autoclave, comme cela est parfois néces- saire, en particulier lorsque le dispositif est utilisé dans des laboratoires médicaux. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limitatif et sur lequel: la figure 1 est une vue en perspective éclatée d'une forme préférée de réalisation de l'invention; la figure 2 est une élévation, avec coupe par- tielle et arrachement partiel, et à échelle agrandie, de la forme de réalisation de la figure 1, mais à l'état assemblé; la figure 3 est une élévation avec coupe par- tielle et arrachement partiel de l'élément à bec de la forme de réalisation des figures 1 et 2; la figure 4 est une élévation avec coupe par- tielle et avec arrachement partiel de l'élément à réser- voir de la forme de réalisation des figures 1 et 2; et la figure 5 est une vue analogue à celle de la figure 2, mais montrant d'autres détails à échelle plus agrandie et avec arrachement partiel. Le dispositif de filtration représenté sur le dessin comprend un élément 2 à réservoir, un élément 4 à bec, une crépine 5 de support et un disque filtrant 6 qui est positionné et serré entre l'élément à bec et l'élément à réservoir lorsqu'ils sont assemblés. L'élément à réservoir est constitué d'une pièce moulée en une matière plastique organique, par exemple un polymère organique solide, qui est de préférence trans- parent ou au moins translucide, et qui est également de préférence suffisamment résistant à la chaleur pour pou- voir être stérilisé à chaud, cette matière étant généra- lement une résine thermoplastique du type polysulfone ou polycarbonate L'élément à réservoir est ouvert à son extrémité supérieure pour permettre l'admission du liquide à filtrer et-il comporte une partie de base présentant une ouverture centrale 8 entourée d'une surface annulaire plate 10 tournée vers le bas, destinée à recevoir contre elle la périphérie du disque filtrant 6 lorsque l'élément à bec est assemblé sur l'élément à réservoir, avec le disque filtrant placé entre eux La partie de base de l'élément à réservoir est moulée de façon à présenter une gorge annulaire comprise entre des ailes cylindriques 14 et 16 s'étendant vers le bas, la surface annulaire 10 tournée vers le bas étant située dans un évidement cylin- drique 18 défini par l'aile cylindrique descendante 14. Un aimant annulaire céramique 20 en ferrite est logé dans la gorge à l'intérieur de laquelle il est renfermé hermé- tiquement par un anneau plat 22 en matière plastique organi- que, de préférence la même que celle utilisée pour la pièce moulée, les bords intérieur et extérieur de l'anneau étant scellés, par exemple par liaison thermique, aux extrémités inférieures des ailes 14 et 16, respectivement, afin que cet anneau en matière plastique organique constitue une partie intégrante de l'élément à réservoir pour former une cavité annulaire fermée 12 dans laquelle l'aimant céramique annulaire est totalement renfermé Par consé- quent, l'aimant est logé hermétiquement dans la matière plastique organique de l'élément à réservoir. En outre, conformément à l'invention et ainsi qu'on peut mieux le voir sur la figure 5, l'aimant céra- miqe annulaire 20 est d'une dimension inférieure à celle de la cavité 12 Autrement dit, le diamètre intérieur de l'élément est plus grand que le diamètre de la paroi cylin- drique intérieure de la cavité, le diamètre extérieur de l'aimant est plus petit que le diamètre de la paroi cylin- drique extérieure de la cavité, et la hauteur ou épaisseur de l'aimant est inférieure à celle de la cavité, de sorte qu'il existe un espace entre l'aimant et chacun des cÈtés cylindriques de la cavité et, lorsque le dispositif est assemblé et disposé dans son orientation normale, comme représenté, un espace est établi entre le haut de l'aimant et la paroi supérieure de la cavité Cette dimension rela- tivement faible de l'aimant par rapport à la dimension de la cavité, avec l'espace qui en résulte, est importante par le fait qu'il en résulte un espace permettant la dila- tation de l'aimant céramique et de la matière plastique organique lorsque le dispositif est chauffé, par exemple dans un autoclave, comme cela est parfois nécessaire, en particulier lorsque le dispositif est utilisé dans des laboratoires médicaux L'ajustement libre entre l'aimant et la cavité, laissant de la place pour la dilatation relative entre l'aimant et la matière plastique organique, évite d'avoir à tenir compte des différences des coeffi- cients de dilatation thermique de l'aimant céramique et de la matière plastique organique lors du choix de cette matière plastique et de la céramique magnétique utilisées. Dans la forme particulière de réalisation représentée, la matière plastique organique utilisée pour les éléments à réservoir et à bec ont un coefficient de dilatation thermique supérieur à celui de l'aimant en ferrite cérami- que, ceci ne constituant pas un inconvénient du fait de la possibilité précitée d'une dilatation sans apparition de contraintes. En pratique, dans la forme de réalisation repré- sentée, aux températures ambiantes normales, l'aimant présente un diamètre moyen d'environ 6,6 cm et une hau- teur d'environ 6,5 mm, et la cavité dans laquelle l'ai- mant est logé est surdimensionnée par rapport à cet aimant afin d'être juste suffisante pour laisser un espace d'en- viron 0,65 mm entre chaque côté de l'aimant et la paroi latérale adjacente de la cavité, et un espace analogue entre une extrémité axiale de l'aimant et la paroi extrême axiale adjacente de la cavité Il convient évidemment de noter que les espacements précis demandés dépendent de la dimension du dispositif réalisé et donc de la dimen- sion de l'aimant utilisé, ainsi que de la différence entre les coefficients de dilatation thermique de la céramique magnétique et de la matière plastique organique utilisées, bien que, dans tous les cas, il soit préférable d'utiliser des espacements relativement plus grands que ceux demandés théoriquement, car le fait qu'il existe un certain espace- ment entre l'aimant et sa cavité lorsque le dispositif est à la température élevée utilisée lors du passage de l'auto- clave ne constitue pas un inconvénient. L'élément 4 à bec comprend une pièce moulée en matière plastique organique, ayant de préférence les mêmes caractéristiques que celles de l'élément à réservoir, et cet élément à bec comprend une partie 30 de tête de laquelle un tube 32 part vers le bas pour permettre la sortie du liquide après qu'il a été filtré La partie de tête présente une ouverture 34 dont le diamètre est sen- siblement égal à celui de l'ouverture 8 de l'élément à réservoir et qui communique avec une partie supérieure évasée 36 du tube 32 La crépine 5 de support est disposée dans l'ouverture 34 et elle repose sur un rebord défini par la périphérie de l'extrémité supérieure de la partie évasée 36 du tube La crépine de support, qui porte la partie centrale du disque filtrant 6, comporte une partie cen- trale en forme de grille présentant les ouvertures deman- dées pour que le liquide filtré puisse s'écouler à travers elles, et une partie périphérique pleine, et elle peut être réalisée en une matière plastique organique identique ou analogue à celle constituant l'élément à bec Il est préférable que la crépine de support se présente sous la -forme d'une pièce séparée, pouvant être retirée de l'élé- ment à bec afin de faciliter le nettoyage après la filtra- tion. L'ouverture 34 est entourée d'une surface annu- laire plane 38 orientée vers le haut, située sur une saillie cylindrique 40 ayant sensiblement le même diamètre que l'évidement cylindrique 18 ménagé dans l'élément à réservoir Par conséquent, lorsque l'élément à bec, sur lequel la crépine de support est montée, est assemblé avec l'élément à réservoir, le disque filtrant 6 étant placé entre eux, la périphérie du disque filtrant est positionnée entre et porte contre la surface annulaire 38 tournée vers le haut de l'élément à bec et la surface annulaire 10 tournée vers le bas de l'élément à réservoir. La périphérie de la partie de tête de l'élément à bec présente une gorge annulaire orientée vers le haut dont les côtés sont définis par des parois cylindriques 44 et 46, cette gorge recevant un aimant annulaire 48 en ferrite céramique Un anneau mince et plat 50 en matière plastique organique, de préférence identique à celle dans 7- laquelle est moulé l'élément à bec, est scellé sur les extrémités supérieures des parois cylindriques 44 et 46 afin que cet anneau fasse partie intégrante de l'élément à bec pour former une cavité annulaire fermée 42 dans laquelle l'aimant céramique annulaire 48 est totalement renfermé Par conséquent, l'aimant 48 est logé herméti- quement à l'intérieur de la matière plastique organique de l'élément à bec. Comme précédemment et ainsi qu'on peut mieux le voir sur la figure 5, l'aimant 48 est d'une dimension inférieure à celle de la cavité 42 dans laquelle il est logé, la description précédente de cette caractéristique (hormis les références numériques) concernant l'aimant et la cavité 12 s'appliquant également à l'élément 48 et à la cavité 42 de l'élément à bec Lorsque le dispositif est assemblé, comme montré sur les figures 2 et 5, l'ai- mant 48 est tiré vers le haut par l'attraction magnétique, contre la paroi supérieure de la cavité 48 formée par l'anneau 50 Cependant, lorsque l'élément à bec est démonté de l'élément à réservoir, comme montré sur la figure 3, il apparaît que l'aimant 48 tombe afin de reposer sur la paroi inférieure de la cavité 42 en laissant un espace entre cet aimant et la paroi supérieure de la cavité. L'ajustement libre entre chaque aimant et sa cavité permet à l'aimant de se déplacer dans toutes les directions, latéralement et axialement, lorsque le dispo- sitif n'est pas assemblé, les aimants étant maintenus en position fixe dans les cavités, lorsque le dispositif est assemblé, par suite de leur attraction magnétique mutuelle. Le fait que les aimants puissent se déplacer librement lorsque le dispositif n'est pas assemblé ne constitue pas un inconvénient; cependant, si l'on souhaite éliminer cette liberté, un anneau en mousse élastique aisément compressible ou en matière analogue peut être placé entre le haut de l'aimant et la paroi supérieure de la cavité dans le cas de l'élément à réservoir, et entre le bas de l'aimant et la paroi inférieure de la cavité dans le cas de l'élément à bec, ou bien, en outre ou en variante, cette mousse peut être placée entre un côté ou les deux côtés de l'aimant, d'une part, et l'une ou l'autre, ou les deux 4 parois latérales de la cavité, d'autre part Cependant, ceci élève le coût, exige l'utilisation d'une mousse ou d'une matière analogue ayant une résistance à la chaleur suffisante pour supporter la chaleur de l'autoclave, et un dimensionnement de la cavité lui permettant de loger la mousse ou matière analogue, à l'état comprimé, lorsque le dispositif est chauffé. L'aimant 48 de l'élément à bec est sensiblement du même diamètre que l'aimant 20 de l'élément à réservoir, les aimants étant disposés de manière que, lorsque les éléments à réservoir et à bec sont assemblés, la surface supérieure de l'aimant 48 et la surface inférieure de l'aimant 20 soient adjacentes et tournées l'une vers l'autre Chaque aimant est magnétisé de façon permanente, de manière qu'une extrémité axiale d'un aimant soit d'une polarité et que son autre extrémité axiale soit de l'autre polarité, et les aimants sont disposés de manière que la surface supérieure de l'aimant 48 soit de polarité opposée à celle de la surface inférieure de l'aimant 20 (Sur la figure 2, ceci est indiqué par une représentation de la surface supérieure de l'aimant 48 comme étant de pola- rité N et de la surface inférieure de l'aimant 20 comme étant de polarité S, bien que les polarités puissent être inversées, comme cela est évident) Par conséquent, lorsque les éléments à réservoir et bec sont assemblés avec le disque filtrant placé entre eux, comme montré sur la figure 2, l'attraction magnétique entre les surfaces adjacentes des aimants provoque un serrage étanche de la périphérie du disque filtrant entre les surfaces annulaires 10 et 38 des éléments à réservoir et bec, respectivement. Dans la forme préférée de réalisation représentée, la surface annulaire 38 tournée vers le haut est bordée d'un mince rebord 52 s'étendant vers le haut afin de sim- plifier et d'assurer le centrage du disque filtrant sur cette surface 38, et la surface annulaire 10 tournée vers le bas de l'élément à réservoir est bordée d'une gorge annulaire 54, également tournée vers le bas, qui loge le rebord 52 lorsque les éléments sont assemblés. Il est préférable que les dimensions des ailes cylindriques 14 et 16 et des parois 44 et 46 et que les épaisseurs des anneaux plats 22 et 50 en matière plasti- que organique soient telles que, lorsque les éléments 'à réservoir et bec sont assemblés comme montré sur les figures 2 et 5, il existe un mince intervalle 56 entre les surfaces opposées, en matière plastique organique, recouvrant les aimants, assurant ainsi l'application de la force de serrage souhaitée, par l'attraction magnéti- que entre les aimants, sur la périphérie du disque fil- trant disposé entre les surfaces annulaires 10 et 38. Un espace 56 de nominalement 0,5 mm est généralement suffisant pour empêcher les surfaces opposées de se toucher lorsque les éléments sont assemblés, pourvu que les pièces moulées en matière plastique organique et les aimants soient réalisés à des dimensions comprises dans des tolérances de fabrication classiques et acceptées. Etant donné que l'amplitude de l'attraction magnétique entre les aimants est une fonction de la distance com- prise entre leurs surfaces opposées de polarités opposées, il est préférable que l'épaisseur de chaque anneau 50 en matière plastique organique ne dépasse pas 2 mm Dans la forme de réalisation représentée, l'épaisseur de l'anneau 22 est de 1 mm et, de même, l'épaisseur de l'anneau 50 est de 1 mm Bien que les épaisseurs des anneaux en matière plastique organique disposés entre les surfaces opposées des aimants atténuent quelque peu l'amplitude de l'attrac- tion magnétique pour une dimension d'aimant donnée, ceci peut être aisément compensé, avec une très légère augmen- tation de coût, simplement par l'utilisation d'aimants légèrement plus grands en tenant compte, cependant, qu'il faut que chaque aimant soit libre dans sa cavité, comme représenté et comme décrit précédemment. Dans la forme de réalisation représentée, chacune des cavités annulaires 12 et 42 est formée d'une gorge ménagée dans la pièce moulée en matière plastique, un anneau plat 22 ou 50, respectivement, étant lié à chaud et scellé sur la pièce moulée en matière plastique et formant ainsi le couvercle de la cavité Dans une variante pouvant être utile pour simplifier la fabrication, l'aimant céramique peut être renfermé et scellé dans un anneau creux et fermé, à parois minces, en matière plastique organique (la dimension intérieure de cet anneau déterminant l'espa- cement demandé entre l'aimant et la cavité dans laquelle il est logé comme décrit précédemment), cet assemblage de l'aimant annulaire dans son anneau creux et fermé, en matière plastique organique, étant ensuite monté et fixé dans une gorge annulaire ouverte à ses extrémités, ménagée dans la pièce moulée en matière plastique formant l'élément à bec ou l'élément à réservoir Dans une autre variante, la surface annulaire 10 de l'élément à réservoir peut être d'une plus faible largeur, c'est-à-dire qu'elle peut avoir une plus faible dimension comprise entre ses diamètres intérieur et extérieur, ou bien elle peut être configurée de façon à présenter une convexité orientée vers le bas, ou même un bord (en coupe) de façon à diminuer la sur- face de contact entre la surface annulaire 10 et le disque filtrant pour accroître ainsi la force de contact étanche, par unité de surface de contact, exercée par l'attraction magnétique des aimants lorsque le dispositif est assemblé. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de filtration de liquides, carac- térisé en ce qu'il comporte un élément ( 2) à réservoir en matière plastique organique, destiné à recevoir le liquide à filtrer et comprenant une partie de base tra- versée d'une ouverture ( 8) qui est entourée d'une surface annulaire ( 10) tournée vers le bas, destinée à recevoir contre elle la périphérie d'un disque filtrant ( 6), un élément ( 4) à bec en matière plastique organique, com- prenant une partie de tête ( 30) de laquelle un tube ( 32) part vers le bas pour permettre la sortie du liquide après qu'il a été filtré, cette partie de tête présentant une ouverture ( 34) qui communique avec le tube et qui est entourée d'une surface annulaire ( 38) tournée vers le haut, destinée à recevoir contre elle la périphérie du disque filtrant, la partie de base de l'élément à réser- voir comportant un aimant permanent céramique annulaire ( 20) totalement renfermé dans une cavité annulaire fermée ( 12) ménagée dans la matière plastique organique de l'élé- ment à réservoir, cet aimant annulaire étant plus petit que la cavité annulaire afin qu'il existe un espace entre l'aimant et les parois de la cavité, et la partie de tête de l'élément à bec comportant un aimant permanent céramique annulaire ( 48) totalement renfermé dans une cavité annulaire fermée ( 42) ménagée dans la matière plastique organique de cet élément à bec, le second aimant annulaire cité étant plus petit que ladite cavité annu- laire dans laquelle il est renfermé afin qu'il existe un espace entre ce second aimant annulaire et les parois de la cavité qui le renferme, l'aimant annulaire de l'élé- ment à bec étant placé à proximité de l'aimant annulaire de l'élément à réservoir lorsque l'élément à bec est assemblé sur l'élément à réservoir, avec le disque fil- trant placé entre eux, afin que l'attraction magnétique entre les aimants annulaires provoque le serrage herméti- que de la périphérie du disque filtrant entre lesdites surfaces annulaires. 2 Dispositif de filtration selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'une des surfaces annulaires est située dans un évidement cylindrique ( 18) ménagé dans l'un desdits éléments et en ce que l'autre desdites sur- faces annulaires est située sur une saillie cylindrique ( 40) de l'autre desdits éléments, cette saillie pouvant être emboîtée télescopiquement et de façon amovible dans ledit évidement lorsque l'élément à bec est assemblé avec l'élément à réservoir, le disque filtrant étant placé entre eux, de façon que l'attraction magnétique entre les aimants annulaires provoque le serrage hermétique de la périphérie du disque filtrant entre lesdites sur- faces annulaires. 3 Dispositif de filtration selon la revendi- cation 1, caractérisé en ce que l'aimant céramique de chacun desdits éléments est logé dans une gorge annulaire ( 12 ou 42) ménagée dans ledit élément et est recouvert d'un anneau ( 22 ou 50) en matière plastique organique, fixé aux parois de la gorge afin de constituer une partie intégrante de l'élément pour former ainsi la cavité annu- laire fermée dans cet élément. 4 Dispositif de filtration selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que les aimants ont une disposi- tion et les anneaux en matière plastique organique ont des épaisseurs telles que, lorsque les éléments à réser- voir et bec sont assemblés, avec le disque filtrant placé entre eux, il existe un espace entre les anneaux en matière plastique organique. Dispositif de filtration selon la revendica- tion 3, caractérisé en ce que l'épaisseur d'un anneau en matière plastique organique ne dépasse pas 2 mm. 6 Dispositif de filtration selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que chaque aimant est magnétisé de manière qu'une de ses extrémités axiales soit d'une première polarité et que son autre extrémité axiale soit de polarité opposée, les aimants étant disposés de manière que, lorsque les éléments sont assemblés, les extrémités axiales des aimants adjacentes l'une à l'autre aient des polarités opposées. 7 Dispositif de filtration selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que l'ouverture ménagée dans la partie de tête de l'élément à bec renferme une crépine ( 5) de support.