Brevet FR2521452A1 — publié le 19830819

FILTRE ELECTROMAGNETIQUE ET MASSE DE MATIERE MAGNETIQUE POUR LE REMPLISSAGE DE CE FILTRE La présente invention concerne un filtre électroma- gnétique empli aveç des masses ordonnées de matière magnéti- que ayant une orientation définie. Un filtre électromagnétique est un appareil desti- né à extraire les particules magnétiques en suspension dans l'eau d'alimentation, par attraction magnétique vers la matière magnétique qui emplit l'espace interne d'une colonne filtrante, et on l'utilise dans des applications telles que l'extraction de particules magnétiques, par exemple d'oxyde de fer, contenues dans l'eau de condensation d'une centrale électrique Le filtre électromagnétique comprend en outre une bobine,électromagnétique qui est placée autour de la colonne filtrante emplie avec la matière magnétique, et un redresseur destiné à appliquer un courant continu à la bobine électroma- gnétique Pour extraire les particules magnétiques en suspen- sion dans l'eau d'alimentation, on utilise le redresseur pour convertir un courant alternatif en un courant continu, qui est appliqué à la bobine électromagnétique Le flux magnétique qui est ainsi produit magnétise la matière magnétique contenue dans la colonne filtrante On fait ensuite passer l'eau d'ali- mentation à-travers la colonne filtrante, à partir du haut ou à partir du bas, de façon que les particules magnétiques en suspension dans l'eau soient retenues par attraction magnéti- que vers la matière magnétique Une fois que la quantité de particules magnétiques retenues dans la matière magnétique a atteint un niveau appréciable, on interrompt le passage de l'eau et on fait cesser l'application d'un courant continu à la bobine électromagnétique, pour démagnétiser la matière 252-1452 magnétique Qn lave ensuite la matière magnétique avec de l'eau et de l'air, de façon à expulser de la colonne filtran- te les particules magnétiques retenues dans la matière magné- tique De cette manière, le passage de l'eau et l'opération de nettoyage sont effectués alternativement. Les matières magnétiques qui conviennent à l'utili- sation dans les filtres électromagnétiques comprennent des matières magnétiques en forme de billes, des matières magné- tiques en forme de spirales, des matières magnétiques laineu- ses, etc Cependant, toutes ces matières magnétiques ont leurs avantages et inconvénients propres Ainsi, il est de pratique courante d'utiliser l'un de ces trois types de matières magnétiques selon les circonstances, ou d'utiliser dans certains cas une combinaison de ces matières. Parmi les trois types précédents, les matières magnétiques laineuses ont été largement utilisées, du fait qu'elles ont la porosité la plus élevée Cependant, les fil- tres électromagnétiques classiques utilisant une matière magnétique laineuse ont les inconvénients suivants. -Une matière magnétique laineuse classique consiste en une masse d'éléments désordonnés ou orientés de façon aléatoire, qui sont constitués par des fils minces, de 40 à 500 pim de diamètre ou par des bandes étroites et très minces, de 40 à 500 pm de largeur et de 10 à 50 pm d'épaisseur, en une matière (par exemple la matière SUS 430, une matière magnétique amorphe, etc) qui se magnétise lorsqu'elle est placée dans un champ magnétique Les filtres électromagnéti- ques classiques sont emplis d'une telle matière magnétique laineuse soit en comprimant directement cette matière dans la colonne filtrante, soit en la comprimant dans des boîtiers et en plaçant ensuite ces boîtiers dans la colonne filtrante. Du fait d'une telle disposition désordonnée, la matière magnétique laineuse n'est pas répartie avec une densité uni- forme, ce qui entraîne la formation de parties denses et de parties à faible densité dans chaque couche de la matière magnétique Par conséquent, ces filtres électromagnétiques ont l'inconvénient qui consiste en ce que l'effet de traite- ment peut être dégradé par une canalisation de l'eau d'ali- mentation à travers les parties à faible densité, et dans l'opération de nettoyage pour expulser les particules magné- tiques retenues dans la matière magnétique, les parties den- ses peuvent être lavées insuffisamment. En outre, du fait que les fils minces ou les ban- des étroites et très minces précités sont répartis de façon aléatoire, sans ordre, ils se trouvent dans des direc- tions variables (par exemple parallèles, perpendiculaires, obliques, etc) par rapport au flux magnétique Pour ce qui est des segments de fils minces ou de bandes étroites qui sont perpendiculaires au flux magnétique, leurs surfaces supérieure et inférieure (lorsqu'on les observe en se réfé- rant à un plan horizontal), constituent respectivement les pôles nord et sud, ce qui fait qu'il'existe une aire élevée pour l'attraction magnétique de particules magnétiques sus- pendues dans l'eau d'alimentation Cependant, pour ce qui est dés segments de fils minces ou de bandes étroites qui sont parallèles au flux magnétique, seules leurs extrémités supérieure et inférieure constituent respectivement les pôles nord et sud, ce qui fait que l'aire effective pour la retenue de particules magnétiques par attraction magnétique est faible. Par conséquent, la disposition aléatoire ou désordonnée de fils minces ou de bandes étroites est égale- ment désavantageuse dans la mesure o, même si ces éléments sont utilisés en grands nombres, ils Le participent pas tous à la retenue de particules magnétiques par attraction magné- tique. L'invention a pour but de procurer un filtre élec- tromagnétique dans lequel la matière électromagnétique emplissant la colonne filtrante soit répartie avec une den- sité uniforme, permettant ainsi d'éviter la dégradation de l'effet de traitement due à la canalisation de l'eau d'ali- mentation dans des parties à faible densité de la matière magnétique, et le lavage insuffisant des parties denses de cette matière, pendant l'opération de nettoyage destinée à expulser les particules magnétiques retenues dans la matière magnétique. L'invention a également pour but de procurer un filtre électromagnétique dans lequel toute la matière magnétique emplissant la colonne filtrante participe effec- tivement à la retenue de particules magnétiques en suspen- sion dans l'eau d'alimentation. L'invention a également pour but de procurer un filtre électromagnétique dans lequel la matière magnétique emplissant la colonne filtrante ait une densité accrue. On parvient aux buts précités de l'invention au moyen d'un filtre électromagnétique comprenant une colonne filtrante emplie d'une matière magnétique et une bobine électromagnétique placée autour de la colonne filtrante, et ce filtre est caractérisé en ce que la matière magnétique comprend un ensemble de masses de matière magnétique cylin- driques-, prismatiques ou en forme de plaques, qui sont pla- cées horizontalement dans la colonne filtrante de façon à former un ensemble de couches, chacune de ces masses de matière magnétique consistant en un grand nombre de fils magnétiques ou de bandes magnétiques assemblés en faisceau de façon que leurs axes longitudinaux soient orientés pra- tiquement dans la même direction. Un autre aspect de l'invention porte sur un filtre électromagnétique comprenant une colonne filtrante emplie d'une matière électromagnétique et une bobine électromagné- tique placée autour de la colonne filtrante, et ce filtre est caractérisé en ce que la colonne filtrante contient un ensemble d'anneaux empilés ayant un diamètre extérieur approximativement égal au diamètre intérieur de la colonne filtrante et ayant un élément filtrant monté à leur partie inférieure, et en ce que la matière magnétique consiste en un ensemble de masses de matière magnétique cylindriques, prismatiques ou en forme de plaques, placées horizontalement dans chacun des anneaux de façon à former un ensemble de cou- ches, chacune de ces masses de matière magnétique consistant en un grand nombre de fils magnétiques ou de bandes magnéti- ques assemblés en faisceau de façon'que leurs axes longitudi- naux soient orientés pratiquement dans la même direction. Un autre aspect de l'invention porte sur une masse de matière magnétique cylindrique, prismatique ou en forme de plaque consistant en un grand nombre de fils magnétiques ou de bandes magnétiques assemblés en faisceau de façon que leurs axes longitudinaux soient disposés pratiquement dans la même direction. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation, donnés à titre non limitatif La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels Les figures 1 à 3 sont des vues en perspective montrant divers types de masses de matière magnétique conve- nant à l'utilisation pour la mise en oeuvre de l'invention La figure 4 est une coupe verticale d'un filtre électromagnétique conforme à l'invention Les figures 5 (a) et 5 (b) sont des vues en perspec- tive qui montrent la disposition des masses de matière magnétique qui est utilisée dans un mode de réalisation de l'invention; La figure 6 (a) est une vue en plan d'un bottier dans lequel un ensemble de masses de matière magnétique sont disposées en couches, La figure 6 (b) est une coupe verticale selon la ligne A-A' de la figure 6 (a); et La figure 7 est une représentation schématique montrant la configuration de circulation du filtre électro- magnétique de l'invention. Les figures 1, 2 et 3 sont des vues en perspectives montrant divers types de masses de matière magnétique, 1, convenant à l'utilisation pour la mise en oeuvre de l'inven- tion Chacune de ces masses 1 consiste en un grand nombre de fils magnétiques minces ou de bandes étroites et très minces 2 (qu'on appellera ci-après pour abréger "fils magnétiques") -assemblés en faisceau de façon que leurs axes longitudinaux soient disposés pratiquement dans la même direction Aucun liant n'est nécessaire pour assembler les fils magnétiques 2 en faisceau, du fait qu'ils s'enchevêtrent plus ou moins ensemble par eux-mêmes On peut cependant utiliser au besoin un ou plusieurs liants appropriés. Le filtre électromagnétique de l'invention est caractérisé en ce qu'un ensemble de masses 1 telles que celtes représentées sur l'une quelconque des figures 1 à 3, sont placées horizontalement dans la colonne filtrante de façon à former un ensemble de couches On peut par exemple réaliser ceci en coupant ou en préformant un ensemble de masses 1 semblable à des plaques (comme il est représenté sur la figu- re 3), pour leur donner une forme correspondant à la section transversale de la colonne filtrante, et en les plaçant horizontalement dans la colonne filtrante pour former un ensemble de couches Cependant, si l'aire de section droite de la colonne filtrante est grande, chaque masse 1 a une aire de section droite si grande qu'il peut être assez diffi- cile d'assembler en faisceau les fils magnétiques 2. Dans un tel cas, on peut parvenir au but décrit ci-dessus, comme le montre la figure 4, en formant un ensem- ble de masses 1 ayant une aire de section droite inférieure à celle de la colonne filtrante 3, en les disposant parallè- lement les unes aux autres et de façon contiguë pour former une seule couche 4, et en formant ensuite un ensemble de ces couches (comme celles indiquées en 4, 4 ', 4 ", etc) les unes sur les autres Dans cette disposition, il est préférable de placer les masses 1 d'une manière, représentée sur la figure 4, telle que les joints 5 entre les masses 1 dans une cou- che (comme les couches 4, 4 ', 4 '', etc) ne soient pas ali- gnés avec ceux des couches situées immédiatement au-dessus et au-dessous Le filtre électromagnétique de la figure 4 comprend en outre une bobine 6 qui est placée-autour de la colonne filtrante 3, une culasse magnétique 7 qui recouvre la bobine 6 et une plaque perforée 8 ayant un grand nombre d'ouvertures. L'utilisation de masses 1 ayant une taille relati- vement faible supprime ainsi la difficulté dans l'assemblage en faisceau des fils magnétiques 2 En outre, le fait d'évi- ter l'alignement des joints 5 dans des couches adjacentes empêche la canalisation de l'eau d'alimentation. La figure 4 représente un filtre électromagnétique dans lequel un grand nombre de masses 1 en forme de plaques sont disposées en couches Il faut cependant noter que les masses 1 cylindriques et prismatiques représentées sur les figures 1 et 2 peuvent être utilisées de la même manière que les masses 1 en forme de plaques. Il est également préférable que, comme le montrent les figures 5 (a) et 5 (b), un grand nombre de masses 1 soient placées dans la colonne filtrante 3 selon une configuration croisée Plus précisément, on peut réaliser ceci en disposant un ensemble de masses 1 de façon parallèle et contiguë pour former une couche 4, en formant une autre couche 4 ' sur la couche 4 de manière que la direction longitudinale des fils magnétiques 2 dans la couche -à' fasse un angle de 900 avec celle des fils de la couche 4, en formant une couche supplé- mentaire similaire à la couche 4 sur la couche 4 ', et ainsi de suite Ceci permet d'éviter effectivement l'alignement des joints 5 dans des couches contiguës et procure ainsi une circulation d'eau répartie de façon uniforme L'avantage offert par la disposition des masses 1 selon une configura- tion croisée existe également dans le cas des masses 1 cylindriques et prismatiques. Un autre mode de réalisation de l'invention utilise un boîtier 11 qui, comme le montrent les figures 6 (a) et 6 (b), comprend un anneau 9 ayant un diamètre extérieur appro- ximativement égal au diamètre intérieur de la colonne filtran- te 3 et un élément filtrant 10 monté à la partie inférieure de l'anneau 9 Plus précisément, un ensemble de masses 1 en matière magnétique convenant à l'utilisation pour la mise en oeuvre de l'invention sont placées horizontalement dans le bottier li de façon à former un ensemble de couches, et un ensemble de tels bottiers 11 sont empilés dans l'espace interne de la colonne filtrante 3 Dans ce mode de réalisa- tion, on peut également placer dans l'anneau 9 un grand nom- bre de masses 1 ayant une aire de section droite inférieure à celle de l'anneau 9, pour former un ensemble de couches, d'une manière pratiquement identique à celle représentée sur la figure 4 On peut en outre placer les masses 1 de manière que les joints entre les masses 1 dans une couche ne soient pas alignés avec ceux des couches situées immédiatement au-dessus et au-dessous On peut en outre placer les masses 1 de façon à former une configuration croisée dans laquelle la direction longitudinale des fils magnétiques 2 dans une couche fait un angle d'environ 90 avec celle des fils dans les couches situées immédiatement au-dessus et au-dessous. L'utilisation de bottiers 11 emplis avec les masses 1 peut faciliter la mise en place de la matière magnétique dans la colonne filtrante et sonextraction de celle-ci. Lorsqu'on fabrique un bottier 11, *on peut utiliser une matiè- re magnétique en spirale auieu del'élémentfltrant J 10 pour for- mer une matière magnétique composite consistant en fils magnétiques et en une matière magnétique en spirale. On va maintenant expliquer le fonctionnement du filtre électromagnétique de l'invention. La figure 7 est un schéma montrant la configuration de circulation dans le filtre électromagnétique de l'inven- tion Lorsqu'un courant alternatif S est appliqué à un redres- 9- seur 12, il est converti en un courant continu S' qui est alors appliqué à la bobine 6 Ceci produit un flux magnéti- que, comme l'indiquent les lignes en pointillés, ce qui a pour effet de magnétiser les masses 1 qui sont placées dans la colonne filtrante On ouvre ensuite la vanne 14 qui est installée dans un conduit d'entrée d'eau d'alimentation 13 et la vanne 16 qui est installée dans un conduit de sortie d'eau traitée 15, pour introduire dans le filtre électroma- gnétique l'eau d'alimentation contenant des particules magnétiques en suspension Il en résulte que les particules magnétiques en suspension dans l'eau d'alimentation sont retenues par attraction magnétique vers les très nombreux fils magnétiques 2 qui se trouvent dans chaque masse 1, ce qui fait qu'on obtient de l'eau traitée exempte de particu- les magnétiques Du fait que chacune des masses 1 qu'on uti- lise dans la mise en oeuvre de l'invention consiste en un grand nombre de fils magnétiques 2 assemblés en faisceau de façon à avoir leurs axes longitudinaux pratiquement dans la même direction, les fils magnétiques 2 sont répartis avec une densité uniforme Ceci permet à l'eau d'alimentation de circuler uniformément, sans canalisation, ce qui fait qu'on obtient régulièrement de l'eau bien traitée En outre, du fait que les masses 1, chacune d'elles consistant en un grand nombre de fils magnétiques 2 assemblés en faisceau de façon que leurs axes longitudinaux soient orientés pratique- ment dans la même direction, sont placées horizontalement dans la colonne filtrante 3, la plupart des fils magnétiques 2 placés dans la colonne filtrante 3 peuvent être dirigés perpendiculairement au flux magnétique Par conséquent, les fils magnétiques 2 ont une aire effective pour la retenue de particules magnétiques plus élevée que celle de la matière magnétique laineuse qu'on utilise dans des filtres électro- magnétiques classiques. Lorsque la perte de charge de la colonne filtrante 3 due à la retenue de particules magnétiques dans les masses 1 a atteint un niveau appréciable, on effectue une opération de nettoyage Plus précisément, on coupe l'alimentation en courant continu de la bobine 6 Après avoir fermé les vannes 14 et 16, on ouvre les vannes 17 et 18 pour introduire de l'eau de lavage ou un mélange d'eau de lavage et d'air par un conduit d'entrée d'eau de lavage 19, et pour laver ainsi les masses 1 Les produits de lavage chargés de particules magnétiques sont évacués par un conduit de sortie d'eaux usées 20 Du fait que les masses 1 utilisées dans la mise en oeuvre de l'invention ont une répartition uniforme de la matière magnétique, il ne se produit pas de lavage insuffi- sant pendant l'opération de nettoyage, contrairement au cas des filtres électromagnétiques classiques emplis d'une matiè- re magnétique laineuse. Dans la mise en oeuvre de l'invention, on peut éga- lement utiliser un ensemble de masses de matière magnétique, chacune d'elles consistant en un grand nombre de fils magné- tiques assemblés en faisceau de façon que leurs axes longi- tudinaux soient orientés pratiquement dans la même direction, en combinaison avec d'autres types de matière magnétique, comme des matières magnétiques en spirale, des matières magnétiques en forme de billes,etc. Comme décrit ci-dessus, le filtre électromagnétique de la présente invention comporte la caractéristique consis- tant en ce que les fils magnétiques emplissant la colonne filtrante sont disposés d'une manière ordonnée, contrairement aux matières magnétiques laineuses classiques qui consistent en une masse de fils magnétiques disposés de façon aléatoire ou désordonnée Ceci permet une répartition uniforme de l'eau sur toutè la section transversale de la colonne filtrante, ce qui fait que le filtre électromagnétique de l'invention pré- sente divers avantages sur les filtres classiques, tels que la suppression de la canalisation de l'eau d'alimentation, l'accroissement de l'aire effective pour la retenue des par- ticules magnétiques, etc. il 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 Filtre électromagnétique comprenant une colonne filtrante ( 3) emplied'une matière magnétique et une bobine électromagnétique ( 6) placée autour de la colonne filtrante, caractérisé en ce que la matière magnétique comprend un ensemble de masses ( 1) de matière magnétique cylindriques, prismatiques ou en forme de plaques, qui sont placées hori- zontalement dans la colonne filtrante ( 3) de façon à former un ensemble de couches ( 4, 4 ',4 ",), chacune de ces masses ( 1) de matière magnétique consistant en un grand nombre de fils ou de bandes de matière magnétique ( 2) assemblés en faisceau de façon que leurs axes longitudinaux soient orientés pratiquement dans la même direction. 2 Filtre électromagnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les masses ( 1) de matière magnétique ont une aire de section droite inférieure à celle de la colonne filtrante ( 3) et sont placées d'une manière telle que chacune des couches ( 4, 4 ', 4 ",) consiste en un ensemble de cesemasses de matière magnétique disposées de façon parallèle et contiguë. 3 Filtre électromagnétique selon la revendication 2, caractérisé en ce que les masses ( 1) de matière magnétique sont placées de façon que les joints ( 5) entre ces masses de matière magnétique dans une couche ( 4 ') ne soient pas alignés avec les joints entre les masses de matière magnétique dans les couches situées immédiatement au-dessus ( 4 ") et immédia- tement au-dessous ( 4). 4 Filtre électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les masses ( 1) de matière magnétique sont placées de façon à former une configuration croisée dans laquelle la direction longitudina- le des fils ou des bandes magnétiques ( 2) dans une couche ( 4 ') fait un angle d'environ 900 avec la direction longitudi- nale des-fils magnétiques ou des bandes magnétiques dans les couches situées immédiatement au-dessus ( 4 ") et immédiate- ment au-dessous ( 4). Filtre électromagnétique comprenant une colonne filtrante ( 3) emplie d'une matière magnétique et une bobine électromagnétique ( 6) placée autour de la colonne filtrante, caractérisé en ce que la colonne filtrante ( 3) contient un ensemble d'anneaux ( 9) emplilés ayant un diamètre extérieur approximativement égal au diamètre intérieur de la colonne filtrante ( 3) et ayant un élément filtrant ( 10) monté à leur partie inférieure, et en ce que la matière magnétique consiste en un ensemble de masses ( 1) de matière magnétique cylindriques, prismatiques ou en forme de plaques, qui sont placées horizontalement dans chacun des anneaux ( 9) de façon à former un ensemble de couches ( 4, 4 '), chacune de ces masses de matière magnétique consistant en un grand nom- bre de fils ou de bandes magnétiques ( 2) assemblés en faisceau de façon que leurs axes longitudinaux soient orien- tés pratiquement dans la même direction. 6 Filtre électromagnétique selon la revendication 5, caractérisé en ce que les masses ( 1) de matière magnéti- que ont une aire de section droite inférieure à celle des anneaux ( 9) et sont placées d'une manière telle que chacune des couches ( 4, 4 ') consiste en un ensemble de masses de matière magnétique disposées de façon parallèle et contiguë. 7 Filtre électromagnétique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les masses ( 1) de matière magnéti- que sont placées de manière que les joints ( 5) entre les masses de matière magnétique dans une couche ( 4) ne soient pas alignés avec les joints entre les masses de matière magnétique dans les couches ( 4 ') situées immédiatement au-dessus et immédiatement au-dessous. 8 Filtre électromagnétique selon l'une quelcon- que des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que les masses ( 1) de matière magnétique sont placées de façon à former une configuration croisée dans laquelle la direction longitudinale des fils ou des bandes magnétiques ( 2) dans une couche ( 4) fait un angle d'environ 900 avec la direction longitudinale des fils magnétiques ou des bandes magnétiques dans les couches ( 4 ') situées immédiatement au- dessus et immédiatement au-dessous. 9 Filtre électromagnétique selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'élément filtrant ( 10) consiste en une matière magnétique en spirale. Masse ( 1) de matière magnétique cylindrique, prismatique ou en forme de plaque, caractérisée en ce qu'elle consiste en un grand nombre de fils ou de bandes magnétiques ( 2) assemblés en faisceau de façon que leurs axes longitudi- naux soient orientés pratiquement dans la même direction.