Brevet FR2546416A1 — publié le 19841130

La présente invention se rapporte à un papier filtrant poreux conducteur de l'électricité capable d'as- surer le chauffage du fluide à filtrer par effet Joule. Parmi les diverses applications d'un tel papier filtrant, on peut citer l'application aux filtres à com- bustible pour les circuits d'alimentation en combustible pour moteurs Diesel. Les filtres de ce type ont tendance à se colma- ter aux basses températures par suite du figeage de la paraffine contenue dans le combustible Le brevet de la R.F A DE-A-27 21 607 décrit un filtre à combustible qui comprend un papier filtrant conducteur de l'électricité, capable d'assurer le chauffage du combustible, dans le but d'éviter la difficulté précitée. Toutefois, dans cette solution connue, le pa- pier filtrant est rendu conducteur par application d'une enduction de matière conductrice de l'électricité sur le papier Ceci se traduit par un fonctionnement inefficace du dispositif, puisqu'une quantité relativement grande d'énergie électrique est nécessaire pour obtenir une élé- vation donnée de la température du combustible En ou- tre, les caractéristiques de porosité du papier filtrant sont affectées défavorablement par l'enduction de matiè- re conductrice. Le but de la présente invention est de fournir un papier filtrant conducteur de l'électricité qui per- mette d'obtenir un chauffage efficace du fluide filtré sous basse tension, avec une faible consommation d'éner- gie électrique et en conservant une fabrication de ce pa- pier relativement simple et économique Pour atteindre ce but, l'invention a pour objet un papier filtrant po- reux conducteur capable d'assurer le chauffage du fluide à filtrer par effet Joule, caractérisé en ce qu'il con- tient des fibres conductrices de l'électricité qui le rendent conducteur de l'électricité. Des essais et études effectués par la demande- resse ont montré que l'utilisation d'un papier filtrant de ce type assure un chauffage efficace du fluide filtré et que ce papier filtrant est relativement simple et éco- nomique à fabriquer, ainsi qu'il sera indiqué ultérieure- ment. Naturellement, le papier filtrant selon l'inven- tion peut être utilisé, non seulement dans les filtres à combustible pour moteurs Diesel mais, en général dans toutes les applications dans lesquelles il est nécessai- re de chauffer un fluide qui traverse ce papier. La nature, la dimension, ainsi que la quantité et la disposition des fibres conductrices du papier selon l'invention sont choisies de manière à satisfaire diver- ses conditions: en premier lieu, le degré de résistivi- té électrique nécessaire pour atteindre une élévation dé- sirée de la température En deuxième lieu, il est néces- saire d'obtenir la porosité appropriée du papier (dans la demande de brevet précitée, la dimension des pores du papier doit être comprise entre deux et cinq microns, 70 % des pores étant d'environ 2,5 microns) Il est éga- lement nécessaire que le papier possède de bonnes carac- téristiques mécaniques, de manière à permettre le traite- ment consécutif du papier ainsi que son utilisation (dans le cas de l'application aux filtres à combustible, le papier doit être capable de résister à la pression du combustible). Les fibres conductrices de l'électricité peu- vent être des fibres métalliques ou des fibres conductri- ces non métalliques (par exemple, de carbone ou de gra- phite) ou encore des fibres non métalliques revêtues d'une matière conductrice de l'électricité ou des fibres non métalliques disposées le long de fibres conductrices de l'électricité et parallèlement à celles-ci Par exem- ple, on peut utiliser des fibres de verre, des fibres ré- fractaires ou des fibres synthétiques de différents ty- pes en même temps que des fibres d'aluminium ou des fi- 3- bres d'argent. Il est également possible d'utiliser des fibres organiques conductrices de l'électricité ou des fibres organiques revêtues d'une matière conductrice ou encore des fibres de carbone revêtues de métal, par exemple de nickel. Les fibres conductrices de l'électricité qui sont utilisées dans le papier selon l'invention doivent avoir un rapport longueur/diamètre supérieur à 100 La quantité minimum des fibres à utiliser est de l'ordre de grandeur de 1 % du poids de la cellulose du papier La quantité de fibres utilisées ne doit pas excéder une cer- taine limite (qui dépend de la longueur et du diamètre des fibres), afin d'éviter le risque de réduire sensible- ment la porosité et les caractéristiques mécaniques du papier Le pourcentage maximum de fibres est d'environ % en poids, ce qui se traduit par une réduction limi- tée des propriétés filtrantes Si l'on ne peut pas accep- ter cette réduction limitée, le pourcentage maximum est de 20 % - Les fibres conductrices de l'électricité peu- vent être disposées au hasard ou dans des directions pré- férentielles de conductivité électrique ou même sous la forme d'un tissu En outre, les fibres conductrices de l'électricité peuvent être dispersées au hasard parmi les autres fibres du papier En variante, il est possi- ble de former une structure multicouche dans laquelle au moins une couche est composée d'un voile de fibres con- ductrices de l'électricité et intercalée entre des cou- ches formées d'autres fibres qui constituent le papier. Pendant la fabrication du papier, les fibres conductrices de l'électricité sont ajoutées pendant ou à la fin de l'homogénéisation du mélange, avant qu'il ne passe à l'opération classique de calandrage Il est né- cessaire d'ajouter un liant au bain (ou pendant la fabri- cation des fibres), ce qui permet de lier les fibres à la cellulose Le papier filtrant peut être également un papier synthétique, constitué de fibres organiques ou non orga- niques Le liant est composé de préférence d'une résine anionique (par exemple polyacrylique) puisque la cellulo- se est cationique Lorsqu'il est souhaitable de former une structure multicouche dans laquelle le voile de fi- bres conductrices de l'électricité est interposé entre deux couches de papier, la disposition desfibres conduc- trices de l'électricité est obtenu entre le calandrage- de la première couche de papier et le calandrage de la deuxième couche de papier Lorsqu'on désire avoir la cou- che de fibres conductrices sur la face externe, la dispo- sition des fibres conductrices de l'électricité est obte- nue avant la première opération de calandrage. Une solution préférée de l'invention permet l'utilisation-de fibres de verre co-extrudées avec des fi- bres d'aluminium Chaque fibre de verre est réunie à une fibre d'aluminium qui lui est adjacente Cette solution présente l'avantage consistant en ce que, même si plu- sieurs fibres de verre se brisent, par exemple à la sui- te de la manipulation du papier, les fibres d'aluminium ne perdent pas leur continuité, ce qui garantit la cons- tance des caractéristiques du papier dans le temps En outre, les fibres de verre forment une liaison stable avec les fibres d'aluminium, en évitant la fusion de ces dernières La capacité thermique des fibres de verre est en fait environ égale au double de celle des fibres d'aluminium, au moins jusqu'au point de fusion de l'alu- minium Le verre a donc pour effet d'absorber la cha- leur, en assurant ainsi une grande capacité de passage du courant La quantité de fibres de verre et de fibres d'aluminium est de préférence comprise entre 25 % et % du poids des fibres cellulosiques, Selon une autre solution préférée, on utilise des fibres de carbone, Dans ce cas, la quantité des fi- bres est comprise de préférence entre 2 % et 15 % du poids des fibres cellulosiques Le diamètre des fibres de carbone est de préférence de 6 à 7 microns et leur longueur est de préférence de 6 à 8 mm La densité des fibres doit être sensiblement égale à celle des fibres cellulosiques, c'est-à-dire 1,2 g/cm 3, tandis que la den- sité des fibres conductrices ne doit pas être de plus de 2,5 g/cm 3 La surface des fibres de carbone est de préfé- rence munie d'un revêtement organique (de préférence po- lyvinylique ou polyacétylique), en une quantité ne repré- sentant pas plus de 1 % de la quantité des fibres conduc- trices. La présente invention a également pour objet un filtre, en particulier pour l'alimentation en combusti- ble d'un moteur Diesel, caractérisé en ce qu'il comprend un papier filtrant poreux du type spécifié plus haut. Les détails de la réalisation du filtre selon l'invention ne sont pas représentés puisqu'ils sont con- nus en soi. Les deux bords opposés du papier sont munis d'électro- des, par exemple en déposant une couche de peinture con- ductrice, ou en collant une pellicule de cuivre ou d'alu- minium le long de ses bords, ou en enfilant un fil métal- lique dans une série de trous du papier, à la façon d'une couture. Dans ce dernier cas, on doit au moins former quatre trous dans le papier pour une longueur de 4 cm. Le fil métallique peut être un fil de cuivre étamé Suivant une autre forme de réalisation, les électrodes sont réa- lisées en collant une bande de cuivre sur chaque bord du papier. Suivant une forme de réalisation pratique du pa- pier filtrant selon l'invention, destinée à être utili sée dans un filtre à combustible pour moteurs à combus- tion interne, on a utilisé pour former les fibres conduc- trices de l'électricité des fibres de verre co-extrudées avec des fibres d'aluminium, d'un diamètre de 35 microns et d'une longueur de 25 mm. Les fibres d'aluminium représentaient 40 % du poids des fibres de verre La surface filtrante totale était de 4 000 cm 2 Les fibres conductrices de l'électri- cité ont été connectées à un accumulateur de 12 volts et elles conduisaient 0,43 A pour 36 cm 2 de surface filtran- te, de manière à obtenir une élévation de température d'environ 30 'C La consommation de puissance était de 500 W La capacité de filtration du filtre était de 36 litres/heure. Suivant uneautre forme de réalisation pratique du papier filtrant selon l'invention, également destinée à être utilisée dans un filtre à combustible pour moteurs Diesel, on a réalisé une feuille de papier ayant une longueur de 4 m, une largeur de 9 cm et une épaisseur de 0,3 mm, en utilisant des fibres de carbone en qualité de fibres conductrices de l'électricité La quantité des fi- bres de carbone était de 5 % du poids des fibres cellulo- siques Le poids du papier était de 93 g/m 2 On a obtenu une élévation de température de 15 O C au bout d'une minu- te avec une consommation de puissance de 140 W et un dé- bit de combustible de 10 litres/heure. Bien entendu, diverses modifications pourront être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non li- mitatif sans pour cela sortir du cadre de l'invention. R E V E N D I C A T I O N S 1 Papier filtrant poreux conducteur de l'élec- tricité, capable d'assurer le chauffage du fluide à fil- trer par effet Joule, caractérisé en ce qu'il contient des fibres conductrices de l'électricité qui rendent le papier conducteur de l'électricité. 2 Papier filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres conductrices de l'élec- tricité sont constituées par des fibres métalliques. 3 Papier filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres sont constituées par des fibres non métalliques conductrices de l'électri- cité. 4 Papier filtrant selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites fibres sont constituées par des fibres de carbone. Papier filtrant selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites fibres sont constituées par des fibres de graphite. 6 Papier filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres conductrices de l'électricité sont constituées par des fibres non métal- liques revêtues d'une matière métallique. 7 Papier filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites fibres conductrices de l'électricité sont constituées par des fibres non métal- liques réunies à des fibres métalliques. 8 Papier filtrant selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres non métalliques sont des fibres de verre ou des fibres réfractaires. 9 Papier filtrant selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres non métalliques sont des fibres synthétiques. Papier filtrant selon la revendication 7, caractérisé en ce que les fibres conductrices de l'élec- tricité sont des fibres de verre réunies à des fibres d'aluminium. 11 Papier filtrant selon la revendication 10, caractérisé en ce que la quantité de fibres de verre et de fibres d'aluminium est comprise entre 20 % et 40 % du poids des fibres cellulosiques. 12 Papier filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres conductrices de l'élec- tricité sont distribuées au hasard parmi les fibres du papier. 13 Papier filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le papier possède une structure multicouche dans laquelle au moins une couche est consti- tuée par un voile ou tissu de fibres conductrices de l'électricité. 14 Papier filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quantité de fibres conductrices de l'électricité est comprise entre 1 % et 50 % du poids de la cellulose du papier. 15 Papier filtrant selon la revendication 4, caractérisé en ce que la quantité de fibres de carbone est comprise entre 2 % et 15 % du poids des fibres cellu- losiques. 16 Papier filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux bords opposés du papier sont munis d'électrodes, chacune de ces électrodes étant for- mée par une couche de peinture conductrice, ou par une pellicule de cuivre ou d'aluminium collée, ou bien par un fil de métal qui n'est pas corrodé par le fluide, ce fil étant enfilé dans une série de trous du papier, à la façon d'une couture. 17 Filtre, particulièrement destiné au cir- -cuit d'alimentation en combustible d'un moteur Diesel, caractérisé en ce qu'il comprend un papier filtrant se- lon l'une quelconque des revendications 1 à 16.