Brevet FR2530154A1 — publié le 19840120

DISPOSITIF DE FILTRATION D'UN FLUIDE ET CARTOUCHE DE FILTRATION APPELEE A EQUIPER LEDIT DISPOSITIF L'invention concerne un dispositif de filtration d'unfluide et s'étend à une cartouche de filtra- tion appelée à équiper ledit dispositif; elle s'applique en particulier mais non exclusivement à la filtration des liquides et notamment à la filtration aqueuse dans les divers secteurs techniques concernés irrigation agricole (en goutte-à-goutte ou autre), station d'épuration d'eau, piscines, filtrations domestiques etc Les qualités dominantes qui sont géné- ralement recherchées dans les dispositifs de filtration sont essentiellement les suivantes: faible valeur de la perte de charge introduite dans l'écoulement, bonne fiabilité de la filtration liée à la certitude avec laquelle les particules de dimensions supérieures à une valeur limite précise seront retenues, grande capacité de rétention, d'o dépendra la fréquence des nettoyages et décolmatages néces- saires, commodité et facilité des opérations de nettoyages et décolmatages, encombrement et coût réduits. Ces qualités n'ont Jamais pu être réu- nies de façon satisfaisante dans les dispositifs connus, certaines paraissant d'ailleurs à priori incompatibles entre elles. Par exemple, les deux types de dispo- sitifs de filtration les plus répandus dans le domaine de l'irrigation sont les filtres à sables et les filtres à ta- mis métalliques Les premiers ont en général une bonne ca- pacité de rétention car ils réalisent une filtration en pro- fondeur Toutefois, les pertes de charge introduites dans l'écoulement par ce type de filtres sont très élevées par unité de surface en raison du faible coefficient de vide du matériau filtrant (inférieur à 30 %); en outre, la fiabili- té de la filtration est médiocre du fait des risques d'appa- rition des cheminements préférentiels du fluide à l'intérieur du sable; de plus, les opérations de nettoyages et décolma- tages impliquent des manipulations importantes; enfin, ces dispositifs sont lourds et encombrants car ils nécessitent pour un débit donné, de grandes surfaces de filtration. Les filtres à tamis métallique assurent généralement une bonne fiabilité de filtration Toutefois, quoique atténué par rapport aux filtres à sable, le défaut concernant les pertes de charge subsiste car le coefficient de vide de ces filtres demeure relativement bas (de l'or- dre de 40 à 50 %); de plus, leur capacité de rétention est faible et leur colmatage relativement rapide; le décolmatage de ces filtres exige généralement des manipulations moins longues que dans le cas des filtres à sable, mais ce décolmatage ne peut être effectué automatiquement de fa- çon satisfaisante et requiert un retrait du tamis métallique de filtra- tion; de plus, après nettoyage on observe un colmatage résiduel dans ce type de dispositif Enfin, les tamis métalliques de bonne qualité sont la plupart du temps en acier inoxydable et leur coût est élevé. La présente invention se propose de fournir un nouveau dispositif de filtration qui bénéficie, dans des conditions remarquables, de l'ensemble des qualités évoquées précédemment. Un objectif de l'invention est en particulier de fournir un dispositif qui se prête à des décolmatages automatiques et à des net- toyages faciles. Un autre objectif essentiel de l'invention est de réa- liser la filtration en introduisant une perte de charge très faible dans l'écoulement du fluide. Un autre objectif est de fournir un dispositif garantis- sant une bonne fiabilité de filtration. Un autre objectif est de fournir un dispositif de fil- tration présentant une capacité de rétention élevée et permettant ainsi d'abaisser la fréquence des décolrîatages et nettoyages nécessaires. Enfin, un autre objectif est de fournir un dispositif bénéficiant, àla fois, d' un encombrement réduit et d'un faible prix de revient. A cet effet, le dispositif de filtration visé par l'invention comprend un corps et au moins une car- touche perméable de filtration contenue à l'intérieur du- dit corps, lequel possède deux lumières d'entrée-et de sor- tie du fluide, l'une débouchant dans le corps d'un côté de la cartouche, l'autre débouchant de l'autre côté de celle- ci pour amener le fluide à traverser ladite cartouche; conformément à la présente invention, la cartouche de fil- tration comprend un support rigide, percé d'ouvertures de passage et contre lequel est disposée au moins une nappe de fibres textiles à mailles dilatables. La nappe de fibre peut en particulier se présenter sous la forme d'une chaussette extensible emmanchée autour du support rigide. Selon une autre caractéristique de l'invention, la nappe de fibres textiles est dotée sur sa face externe (opposée à celle venant en appui élastique contre le support rigide) d'une multitude de filaments accrochés aux fibres de ladite nappe. Il est à noter que le terme "maille" utilisé est pris dans son sens habituel dans le domaine de la filtration et vise chaque orifice élémentaire de -passa- ge du fluide. L'extensibilité de la nappe de fibres textiles peut être conférée à celle-ci par la texture mê- me de cette nappe qui est dans ce cas réalisée à partir de fibres non élastiques, travaillées, en particulier par tricotage, de façon à obtenir des mailles extensibles. Cette extensibilité peut également être conférée à la nappe par la nature des fibres qui sont alors au moins en partie prévues élastiques Il est également possible de combiner les deux versions en utilisant des fibres, au moins en partie, élastiques,travaillées selon une texture extensi- ble (notamment selon une armure tricotée). La nature des fibres et des filaments de la nappe sera adaptée dans chaque cas à l'application envisagée Pour une filtration aqueuse, on choisira des fibres et filaments imputrescibles, naturels ou synthéti- ques (polyamide, élastomère, polyester, acrylique). Ainsi dans l'invention, la filtration est effectuée à travers une nappe de fibres textiles-, qui forme une chaussette extensible emmanchée sur un support rigide ajouré et qui est dotée, dans sa version préféren- tielle, d'une multitude de filaments externes. En période de filtration, le flux flui- de est amené à s'écouler de l'extérieur vers l'intérieur de ladite chaussette, de façon à tendre à coucher les fi- laments et à appliquer la chaussette sur le support rigi- de Le coefficient de vide d'une telle structure peut être extrêmement élevé (jusqu'à 98 %) et les pertes de charge sont considérablement réduites par rapport aux dispositifs connus Pour un débit donné, la pression de filtration *peut être considérablement abaissée par rapport à celle des dispositifs connus, ce qui est un facteur favorisant considérablement la fiabilité de filtration En outre, les filaments assurent une préfiltration progressive en pro- fondeur, qui confère au dispositif une capacité de réten- tion élevée (jusqu'à 15 fois celle des filtres à tamis mé- tallique comparables), cependant que la nappe textile appli- quée par le flux sur le support rigide qui la maintient, présente une maille régulière apte à garantir une bonne fiabilité de filtration comparable à celle des filtres à tamis métalliques. Pour réaliser le décolmatage, il suffit d'inverser le sens d'écoulement du fluide pour l'amener à passer de l'intérieur de la chaussette vers l'extérieur de celle-ci En raison de l'élasticité de la nappe de fibres, les mailles de celle-ci sont alors dilatées, cependant que les filaments se dressent vers l'extérieur dans le sens de l'écoulement: les particules retenues sont ainsi rela- chées et entraînées par l'écoulement de façon extrêmement complète. Pour parfaire encore le décolmatage, la chaussette extensible peut être traitée pour recouvrir ses fibres et, le cas échéant, ses filaments, d'un mince film en un matériau de nature à réduire le pouvoir d'adhé- rence des particules à filtrer, sur lesdites fibres et lesdits filaments Par exemple, ce film peut être à base de silicone ou fluorocarbone Il facilite le décolmatage en réduisant la tendance des particules à rester accrochées aux fibres ou aux filaments de la chaussette. Le dispositif de l'invention possède un prix de revient très inférieur à celui des dispositifs connus compte-tenu de la simplicité de sa structure et du faible coût des fabrications textiles En outre, à débit donné et conditions de filtration comparables, son encom- brement peut être considérablement réduit par rapport à celui de ces dispositifs connus. Selon un mode de réalisation préféré la cartouche interne de filtration est insérée de façon amovible dans le corps de façon à pouvoir être retirée aisément en vue'de la changer ou d'en assurer un nettoyage poussé (notamment dans le cas de petites installations ne comportant pas de moyens d'inversion du flux) Bien enten- du, l'invention s'étend à toute autre version ou la car- touche serait disposée dans le corps de façon inamovible. Dans le cas préférentiel des cartouches amovibles, l'invention s'étend en tant que produit nouveau, à de telles cartouches, comprenant chacune un support rigi- de percé d'ouvertures de passage, autour duquel est emman- chée une chaussette extensible, laquelle comporte au moins une nappe de fibres textiles à mailles dilatables et, le cas échéant, sur sa face externe, une multitude de fila- ments accrochés aux fibres. L'invention ayant été exposée dans sa forme générale, d'autres caractéristiques de celle-ci se dégageront de la description qui suit en référence aux des- sins annexés, qui en présentent à titre non limitatif un -mode de réalisation; sur ces dessins qui font partie inté- grante de la présente description: la figure 1 est-une vue en coupe lon- gitudinale par un plan AA, d'un dispositif-de filtration conforme à l'invention, les figures 2 et 3 en sont des coupes transversales, respectivement par des plans BB et CC, les figures 4 a et 4 b sont des schémas illustrant le fonctionnement du dispositif. Le dispositif représenté à titre d'exem- ple aux figures peut par exemple être utilisé pour réaliser la filtration d'une eau dont l'utilisation ultérieure exige des qualités de propreté données. Ce dispositif comprend essentiellement un corps externe 1 et une cartouche interne amovible 2. Le corps 1 est constitué par un conduit tubulaire 3, notamment en chlorure de polyvinyle, aux deux extrémités duquel ont été collés des embouts 4 et 5 et qui comporte sur sa surface (à peu près au milieu de sa lon- gueur) une lumière 3 a équipée d'une pièce de raccordement 6. L'embout 4 qui peut être réalisé en chlorure de polyvinyle comprend une partie annulaire évasée 4 a et un insert métallique interne 4 b formant un raccord fileté et délimitant une lumière 4 c d'entrée ou de sortie de-fluide dans le corps. L'embout 5 est lui-même doté d'un insert métallique fileté 5 a qui définit une ouverture suffisante pour autoriser le passage de la cartouche 2; l'insert 5 a permet d'obturer étanchement l'extrémité du conduit 3 au moyen d'un bouchon vissant 7 équipé d'un joint d'étanchéité. La pièce de raccordement 6 présente la forme d'une bague disposée autour du conduit 1 et comporte un raccord fileté 6 a au niveau de la lumière 3 a d'entrée ou de sortie de fluide Un joint assure l'étanchéité autour du raccord 6 a, cependant que deux colliers de type classique 8 assurent le maintien de la pièce 6. La cartouche de filtration 2 présente une longueur adaptée pour s'étendre sensiblement sur toute la longueur du corps 1 à l'intérieur de celui-ci. Cette cartouche est composée d'un support rigide constituée par un manchon tubulaire 9, fermé à une extrémité par un bouchon vissant 10 et autour duquel est emmanchée une chaussette extensible 11. Ce manchon 9 possède une extrémité 9 a ouverte de diamètre élargi qui s'emboite en force dans l'embout 4 a du corps, de façon à comprimer à ce niveau la chaussette 11 entre l'extrémité 9 a et l'embout 4 a. Dans sa partie de diamètre courant, le manchon 9 délimite avec le corps 1 un volume annulaire dans lequel débouche la lumière 3 a du corps; l'autre lumière 4 c de celui-ci s'échappe en regard de l'extrémité ouverte du manchon comme le montre la figure 1. Le manchon 9 comprend sur sa longueur des ouvertures de passage, constituées par des fentes trans- versales telles que 12 disposées dans des plans transver- saux répartis le long du manchon En l'exemple, trois fen- tes régulièrement réparties autour du corps sont prévues dans chaque plan transversal comme le montre la figure 2, chaque fente correspondant à un angle au centre de l'ordre de 900. En outre, le manchon rigide 9 comprend extérieurement dans ses parties situées entre les fentes 12, des cannelures telles que 13 (figure 3) sur lesquel- les s'appuie la chaussette extensible Ces cannelures qui s'étendent longitudinalement entre les plans transversaux contenant les fentes 12, délimitent entre elles des sil- lons de guidage de l'écoulement vers lesdites fentes. La chaussette extensible 11 est compo- sée d'une nappe fibreuse symbolisée en lla qui en l'exem- ple est tricotée selon une armure extensible à partir de fils de "LYCRA" ou "ELASTHANE"; à cette nappe fibreuse, est accrochée une multitude defilaments tels que llb qui sont orientés vers l'extérieur de la chaussette -Ces fila- ments peuvent être réalisés par tout processus connu, pe- luchage, accrochage mécanique à la texture tricotée, fila- ments à deux brins accrochés par un passage dans la tex- ture, Leur longueur peut être de l'ordre de 1 à 2 cm et leur nature adaptée àl'application, en particulier matière synthétique telle que polyamide. La chaussette extensible ci-dessus dé- crite peut être aisément réalisée pour posséder au repos un diamètre de mailles donné et présenter un coefficient de vide très élevé pouvant atteindre jusqu'à 98 %: cette- chaussette extensible 11 est enfilée autour du support 9 -i de façon à coiffer entièrement celui-ci; à son extrémité ouverte, ladite chaussette est repliée à l'intérieur du manchon et sertie par une bague amovible 14. En outre, au droit de la lumière 9 a du corps, la chaussette Il est maintenue serrée contre le manchon 9 par un clip 15 afin de supprimer toute possibi- lité de gonflement à ce niveau. Les figures 4 a et 4 b présentent le dispositif en cours de fonctionnement, respectivement en phase de filtration et en phase de décolmatage. En phase de filtration (figure 4 a), le flux à filtrer entre par la lumière 3 a, se répartit dans le volume annulaire situé autour de la cartouche, traverse la chaussette 11 pour passer à l'intérieur du support 9 par les fentes 12, avant de ressortir par la lumière 4 c. Ce flux a tendance à maintenir la chaussette appliquée contre le support rigide et à coucher les filaments sur la surface de ladite chaussette Ces filaments forment ainsi une masse de préfiltration qui réalise une filtra- tion progressive en profondeur et possède une grande capa- cité de rétention, cependant que les fibres textiles de la chaussette, qui délimitent des mailles régulières, réali- sent un calibrage précis de la filtration avec arrêt de toutes les particules dont la taille dépasse-les dimen- sions desdites mailles Le coefficient de vide très élevé de la chaussette conditionne une très faible valeur de la perte de chargeintroduite par le dispositif. Le dispositif peut être décolmaté de façon automatique en inversant le flux (éventuellement avec un accroissement de la pression d'alimentation) La chaus- sette extensible 11 est alors gonflée et ses mailles dila- tées relachent les particules retenues qui s'écoulent le long des filaments dressés en même temps que les particu- les retenues par ces derniers (-le clip 15 évite que la chaussette gonfle au niveau de la lumière 3 a et obture celle-ci par un effet de clapet durant cette phase de dé- colmatage). La cartouche peut également être reti- rée du corps I pour être décolmatée ou subir un nettoyage poussé par un brossage ou toute autre opération appropriée. Il est à noter que les filaments llb sont choisis de diamètre et de raideur, adaptés à la fines se et à la capacité de rétention de la préfiltration sou- haitée. De plus, plusieurs dispositifs du type ci-dessus décrit peuvent être combinés avec des mailles de tailles différentes en vue de permettre en une passe d'atteindre un degré de propreté élevé à partir d'un li- quide très chargé. REVENDICATIONS 1/ Dispositif de filtration d'un flui- de du type comprenant un-corps ( 1) et au moins une cartou- che perméable de filtration ( 2) contenue à l'intérieur du- dit corps, lequel possède deux lumières ( 3 a, 4 c) d'entrée et de sortie du fluide, l'une ( 3 a) débouchant dans le corps d'un côté de lacartouche, l'autre ( 4 c) débouchant de l'autre côté de celle-ci pour amener le fluide à traverser ladite cartouche, ledit dispositif de filtration étant caractéri- sé en ce que la cartouche de filtration comprend un support rigide ( 9), percé d'ouvertures de passage ( 12) et contre lequel est disposéeau moins une nappe (lla) de fibres tex- tiles à mailles dilatables. 2/ Dispositif de filtration selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nappe (lla) de fibres textiles est dotée sur sa face externe (opposée à celle venant en appui élastique contre le support rigide ( 9)) d'une multitude de filaments (llb) accrochés aux fibres de ladite nappe. 3/ Dispositif de filtration selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la nappe (lla) est formée à partir de fibres non élastiques, travaillées, en particulier par tricotage, selon une armu- re extensible pour permettre une dilatation des mailles. 4/ Dispositif de filtration selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la nappe (lla) est formée, au moins en partie, à partir de fibres élastiques, conférant à la nappe une élasticité permettant une dilatation des mailles. / Dispositif de filtration selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé enoe que la nappe (lla) est formée, au moins en partie, à partir de fibres élastiques, les fibres de ladite nappe étant travaillées, en particulier par tricotage, selon une armure extensible pour accroître l'élasticité de celle-ci et le pouvoir de dilatation des mailles. 6/ Dispositif de filtration selon la revendication 1, caractérisé en ce que la nappe (lla) se 2530 154 présente sous la forme d'une chaussette extensible ( 11) emmanchée autour du support rigide ( 9). 7/ Dispositif de filtration selon la revendication 6, caractérisé en ce que le support rigide ( 9) comprend extérieurement, dans ses parties situées entre les ouvertures de passage ( 12), des cannelures ( 13) sur lesquelles s'appuie la chaussette extensible ( 11) et qui délimitent entre elles des sillons de guidage de l'écoule- ment vers lesdites ouvertures de passage ( 12). 8/ Dispositif de filtration selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que le support rigide est constitué par un manchon tubulaire ( 9) fermé à une extrémité et ouvert à l'autre, ledit manchon étant adapté pour délimiter avec le corps un volume annulaire dans lequel débouche une des lumières ( 3 a) du corps, l'au- tre lumière ( 4 c) dudit corps s'échappant en regard de l'ex trémité ouverte dudit manchon. 9/ Dispositif de filtration selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'extrémité ouverte du manchon ( 9) est adaptée pour s'emboîter en force dans un embout ( 4 a) que comporte le corps, de façon à comprimer à ce niveau la nappe textile et, le cas échéant, les filaments, entre l'extrémité du manchon et l'embout du corps. 10/ Dispositif de filtration selon les revendications 7 et 8 prises ensemble, caractérisé en ce que les ouvertures de passage du manchon ( 9) sont consti- tuéespar des fentes transversales ( 12), disposées dans des plans transversaux répartis le long dudit manchon, les can- nelures ( 13) s'étendent longitudinalement entre lesdits plans transversaux. 11/ Dispositif de filtration selon l'une des revendications 7, 8, 9 ou 10, caractérisé en ce que, au droit de la lumière ( 3 a) du corps, la chaussette extensible ( 11) est maintenue serrée contre le manchon ( 9) par un clip ( 15). 12/ Dispositif de filtration selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la nappe (la) est traitée pour recouvrir ses fibres et, le cas échéant, ses filaments (llb), d'un mince film en un matériau de nature à réduire le pouvoir d'adhérence des particules à filtrer, sur lesdites fibres et lesdits filaments. 13/ Dispositif de filtration selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la car- touche interne de filtration ( 2) est insérée de façon amo- vible dans le corps ( 1), ce dernier étant obturé à une extrémité par un bouchon étanche ( 7) permettant la mise en place ou le retrait de ladite cartouche. 14/ Cartouche de filtration, carac- térisée en ce qu'elle comprend un support rigide ( 9) percé d'ouvertures de passage ( 12) et autour duquel est emmanchée une chaussette extensible ( 11), ladite chaussette compor- tant au moins une nappe (lla) de fibres textiles à mailles dilatables. / Cartouche de filtration selon la revendication 14, caractérisée en ce que la nappe (la) de fibres textiles de la chaussette ( 11) est dotée sur sa fa- ce externe (opposée à celle venant en appui élastique con- tre le support rigide ( 9))d'une multitude de filaments (llb) accrochés aux fibres de ladite nappe. 1-'