Brevet FR2554010A1 — publié le 19850503

Dispositif filtrant. La présente invention concerne un dispositif filtrant com- prenant un diaphragme-filtre, une surface d'appui placée contre ie diaphragme, un passage au travers duquel le liquide à filtrer peut être amené sur un côté du diaphragme et un canal par lequel le liquide filtré peut être évacué du côté opposé du diaphragme, ladite surface d'appui comportant des nervures supportant le filtre et des rainures intermédiaires dans lesquelles, au cours de la filtration, le liquide peut s'écouler parallèlement au diaphragme. Une filtration manuelle pratiquée à échelle de laboratoire est usuellement effectuée avec des entonnoirs de filtration ou d'autres récipients équivalents, les papiers-filtres ou les diaphragmes utilisés dans ceux-ci étant jetables, c'est-à-dire utilisables une seule fois. A côté desdits récipients, on utilise des dispositifs de filtration dans lesquels le diaphragme filtre est placé entre deux éléments d'appui horizontaux opposes et dans lequel le liquide à fil- trer peut être introduit sur un côté du diaphragme tandis que le liquide ayant traversé le diaphragme est évacué à par- tir du côté opposé du diaphragme. Lesdits éléments d'appui sont dans la plupart des cas des tamis ou des grilles ayant pour fonction de constituer un support aussi uniforme que possible pour le diaphragme- fitre sans entraver en aucune manière le passage du liquide au travers du diaphragme. Dans un dispositif filtrant connu dans l'art antérieur le diaphragmefiltre a été disposé de manière à reposer sur une surface d'appui placée contre le diaphragme et dans laquelle est aménagée une rainure en spirale qui part du centre de la surface et aboutit à sa périphérie. Dans ce dis- positif filtrant, le liquide à filtrer qui a été introduit au centre de la surface d'appui s'écoule le long de la rainure en spirale sur toute l'étendue du diaphragme tandis qu'en même temps du liquide est drainé au travers du diaphragme vers sa face opposée. Cependant cette conception présente l'inconvénient que la résistance à l'écoulement de la longue rainure étroite en spirale est élevée et pour cette raison l'ensemble du dispositif filtrant ne donne pas satisfaction en ce qui concerne sa capacité de filtration. Les dispositifs filtrants de l'art antérieur mentionnés ci- dessus possèdent en commun la propriété qu'on utilise dans ceux-ci des diaphragmes-filtres jetables après une seule utilisation. Du fait que les diaphragmes sont d'un prix assez bas, on n'a pas considéré cela comme un inconvénient impor- tant mais il est encore à noter que le changement du diaphragme après chaque opération de filtration constitue une opération supplémentaire et longue. En outre, ces derniers temps, il s'est manifesté le besoin de mettre au point des appareils qui effectueraient automatiquement la filtration et, dans de tels types d'appareils, l'obligation de changer le diaphragme- filtre se traduirait évidemment par des structures excessive- ment compliquées. Il existe par conséquent un besoin de crea- tion d'un dispositif filtrant dans lequel le diaphragme-filtre soit nettoyable entre des opérations de filtration et qui convienne en particulier pour être utilisé comme composant dans des appareils de filtration fonctionnant automatiquement. Dans le cas des processus de filtration industriels s'effec- tuant à grande échelle, le principe de ce qu'on appelle un lavage à contre-courant du tissu-filtre est connu, ce principe consistant en ce que le tissu--filtre est nettoyé après la filtration au moyen d'un liquide de lavage s'écoulant au tra- vers du tissu dans la direction opposée. Cependant, les dis- positifs filtrants existants destinés à effectuer une filtra- tion à échelle de laboratoire ont été conçus de telle sorte qu'il n'est pas possible d'effectuer un tel lavage à contre- courant. Même si, dans certains cas, le liquide de lavage pouvait être canalisé à contre-courant au travers du tissu- filtre, on n'obtiendrait pas ainsi un nettoyage suffisant du diaphragme. L'objet de la présente invention est de créer une solution qui élimine les inconvénients mentionnés ci-dessus des dispo- sitifs filtrants de l'art antérieur et qui permette en outre de construire un dispositif filtrant dans lequel le diaphragme- filtre puisse être nettoyé après chaque opération de filtra- tion à l'aide d'un liquide de lavage canalisé dans la direc- tion opposée à celle de filtrage. Le dispositif filtrant de l'invention est caractérisé en ce que la surface d'appui con- tre laquelle est disposé le diaphragme est pourvue de nervures placées côte à côte et entre lesquelles sont formées des rai- nures, qui partent du centre de la surface en s'étendant radialement dans des directions différentes et qui aboutissent à la périphérie de la surface, avec une courbure telle que l'espacement des nervures mutuellement adjacentes soit sensi- blement constant sur toute l'étendue de la surface d'appui. La surface d'appui du dispositif filtrant de l'invention est caractérisée en ce que cette surface supporte le diaphragme- filtre de façon uniforme sur toute l'étendue de cette surface d'appui qui est pourvue de nervures et de rainures. Du fait que les nervures et les rainures intercalaires sont compara- tivement courtes et que leur nombre est élevé, on obtient simultanément une bonne capacité de filtration qui résulte du fait que le liquide est simultanément distribué dans toutes les rainures parallèles,-ce qui le répartit efficacement sur toute l'étendue du diaphragme-filtre. Lorsqu'on réalise un dispositif filtrant dans lequel il est possible de nettoyer le diaphragme-filtre, ce dispositif doit comporter deux surfaces d'appui placées sur les deux côtés du diaphragme-filtre et pourvues toutes deux de nervures paral- lèles incurvées partant de la zone centrale de la surface vers sa périphérie et entre lesquelles sont disposées les rainures. Aussi bien le liquide à filtrer qui est introduit sur le diaphragmefiltre que le liquide de lavage qui est introduit après filtration sur le côté opposé du diaphragme-filtre, peuvent ainsi être répartis efficacement dans les rainures s'étendant sur toute la surface du diaphragme-filtre. Spécifiquement, la répartition efficace du liquide de lavage sur le diaphragme est une condition pour que le lavage à contre- courant effectué avec le liquide soit satisfaisant. Les passages d'entrée et de sortie sont très avantageusement disposés dans le dispositif filtrant de l'invention de manière que l'extrémité d'un passage soit placée, d'un côté du diaphragme-filtre, au centre de la surface d'appui et que l'extrémité de l'autre passage soit placée, sur le côté opposé du diaphragme-filtre,à lapériphérie de la surface d'appui. Dans ce cas, en principe, l'un ou l'autre desdits passages peut servir de passage d'entrée pour le liquide à filtrer tandis que l'autre passage sert de façon correspondante de passage de sortie pour le liquide filtré, quoique la conception naturelle soit celle dans laquelle le liquide est amené au centre de la surface d'appui alors que son évacuation se fait à partir de la périphérie de la surface d'appui. Au cas o le disposi- tif filtrant comprend respectivement quatre passages d'entrée et de sortie qui sont disposés de manière que, sur chaque côté du diaphragme- filtre, l'extrémité d'un passage soit placée au centre de la surface d'appui et l'extrémité de l'autre passage soit située sur la périphérie de la surface d'appui, le principe suivant lequel le liquide se déplace du centre vers la périphérie du diaphragme-filtre est applicable à la fois dans le stade de filtration et dans le stade ulté- rieur de nettoyage du diaphragme. Le dispositif filtrant de l'invention dans lequel le diaphragme- filtre est nettoyable convient pour être utilisé dans des installations opérant automatiquement et effectuant des fil- trations répétées ayant pour objectif d'épurer un liquide des impuretés solides. On peut citer en particulier des analyseurs automatiques qui sont utilisés par exemple dans le contrôle de processus de fermentation ou bien dans le contrôle d'épura- tion d'eau résiduaire. Dans le premier cas, l'objet de la filtration est l'enlèvement de levures ou autre bio-masse des échantillons de solution de fermentation avant analyse de la composition chimique des échantillons tandis que, dans le second cas, la filtration est effectuée de manière à enlever des échantillons d'eau résiduaire les bactéries, les champi- gnons et les algues avant une mesure photométrique des teneurs en substances nutritives et substances toxiques. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la description d'un exemple de réalisation faite ci-après avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels: La figure 1 est une vue en élévation et coupe partielle d'un dispositif filtrant conforme à l'invention; la figure 2 représente à une échelle agrandie une partie des surfaces d'appui rentrant dans le dispositif filtrant de la figure 1, et une partie du diaphragme-filtre placé entre elles; la figure 3 est une vue en plan d'une partie du dispositif filtrant de la figure 1, avec ses sur- faces d'appui et le diaphragme-filtre placé con- tre elles. Sur la figure 1, on a représenté un dispositif filtrant con- forme à l'invention, se composant de deux parties de corps 1 placées l'une contre l'autre et fixées ensemble à l'aide de trois boulons 2. Mise à part la position des trous 3 prévus pour les boulons de fixation 2, les éléments 1 sont identi- ques. La position desdits trous est visible sur la figure 3. Pour l'alimentation du dispositif filtrant en liquide à fil- trer et pour évacuer de celui-ci le liquide filtré, ainsi que pour canaliser le liquide de lavage d'une manière analogue au travers du dispositif, chaque élément de corps 1 du dispositif a été pourvu de passages d'entrée et de sortie de liquide. Les deux éléments 1 comportent deux passages, dont l'un (référence 4 sur la figure 1) comporte une extrémité placée au centre de l'élément tandis que l'autre (référence 5 sur la figure 1) comporte une extrémité proche de l'autre lisière de l'élément. L'extrémité du passage 4 a été conformée en forme de chambre annulaire étroite 7, en vue en coupe verticale, cette chambre entourant une partie fixe circulaire 6 et assurant la mise en communication dudit passage 4 avec l'espace intermédiaire 8 entre les parties du corps du dispositif o la filtration s'effectue. Le passage 5 se termine également dans une rai- nure étroite 9 entourant le centre de l'élément de corps 1 avec un rayon correspondant à l'espacement entre les passages 4 et 5, cette rainure établissant une communication entre le passage 5 et l'espace 8 existant entre les éléments de corps et servant dans la plupart des cas de rainure collectrice du liquide qui doit être évacué du dispositif filtrant. Il est évident que le dispositif a été conçu de façon à être utilisé principalement de telle sorte que les passages 4 placés au centre des éléments 1 du corps servent de passages d'entrée pour le liquide et que les passages 5 placés sur la périphé- rie des éléments du corps servent de passages de sortie pour le liquide, quoiqu'une autre utilisation desdits passages soit également tout-à-fait possible, comme cela sera précisé dans la suite. L'espace étroit 8 subsistant entre les éléments 1 du corps du dispositif filtrant, qui sert d'espace de filtration, borde les surfaces opposées des éléments du corps ainsi que l'anneau formant joint 10 entourant ledit espace. Dans l'espace 8 est placé un diaphragme-filtre 11, qui peut être réalisé par exemple en polyester, polycarbonate, superpolyamide ou polytétrafluoréthylêne, c'est-à-dire en des matériaux au moyen desquels la filtration est effectuée d'une façon stérile. Les surfaces des éléments 1 du corps bordant l'espace 8 ont été profilées, entre la chambre 7 existant à l'extrémité du passage 4 et la rainure 9 reliée au passage 5, de façon à constituer des surfaces d'appui 12 ayant pour fonction de supporter le diaphragme-filtre 11, leur agencement structural étant visible sur les figures 2 et 3. Les surfaces d'appui comprennent, conformément à la figure 3, des nervures paral- lèles 13 entre lesquelles sont formées des rainures 14, les nervures partant de la zone centrale de la surface dans la chambre 7, radialement dans des directions différentes, et aboutissant à la périphérie de la surface, en se terminant dans la rainure 9. Les nervures 13 et les rainures intermé- diaires 14 ont été profilées de manière à être incurvées de telle sorte que la distance entre des nervures mutuellement adjacentes soit constante sur toute l'étendue des surfaces d'appui. Cela implique que les nervures 13 des surfaces d'appui supportent uniformément le diaphragme-filtre 1il sur toute son étendue dirigée vers les surfaces d'appui. Du fait que les surfaces d'appui 12 sont circulaires, on obtient en outre que les nervures 13 et les rainures 14 des surfaces aient toutes la même longueur et qu'ainsi le liquide soit uniformément distribué sur le diaphragme- filtre 11. Une autre propriété mise en évidence sur la figure 2 consiste en ce que la distance entre les surfaces d'appui 12 est légèrement plus grande que l'épaisseur du diaphragme-filtre 11. Ainsi le diaphragme 11 repose en cours de filtrage con- tre la surface d'appui qui est placée en aval du diaphragme en regardant dans la direction de drainage et sur le côté amont il subsiste entre le diaphragme et la-surface d'appui un intervalle 15 qui permet l'écoulement de liquide non seule- ment le long des rainures 14 mais également dans une certaine mesure par dessus les nervures 13 d'une rainure à une autre. Lorsqu'on utilise les matières précitées permettant-une fil- tration stérile pour le diaphragme-filtre, l'écartement des nervures 13 prévues sur la surface d'appui 12 peut ne pas être supérieur à 2,0 mm, cet espacement étant de préférence compris entre 0,5 et 1,5 mm. Le diamètre de la surface d'appui 12 est alors de préférence de l'ordre de 4 à 5 cm, de sorte que les nervures et les rainures de la surface n'ont pas une longueur excessive et que le dispositif-filtrant convient pour être utilisé pour une filtration à échelle analytique pour autant que sa taille convienne. Le dispositif filtrant de la figure 1 peut être utilisé par exemple de telle sorte que le liquide à filtrer soit intro- duit par le passage 4 associé à l'élément supérieur 1 du corps du dispositif dans l'espace de filtrage 8 existant entre les parties du corps o il s'étale sur la zone du diaphragme- filtre 11 qui est placée contre les surfaces d'appui 12. La matière solide contenue dans le liquide est retenue sur le diaphragme-filtre 11 tandis que le liquide est drainé au tra- vers du diaphragme et parvient dans les rainures ménagées dans la surface d'appui de l'élément inférieur du corps du disposi- tif. Ces rainures transmettent Je liquide dans la rainure col- lectrice 9 existant dans l'élément inférieur du corps à partir de laquelle le liquide s'écoule dans le passage 5 dudit élé- ment. Il est impératif, pour qu'une filtration se déroule comme décrit cidessus, qu'il existe une différence de pres- sion entre lesdits passages 4 et 5 et que les autres passages appartenant au dispositif soient fermés. Un nettoyage du dis- positif filtrant en vue de l'exécution de l'opération de fil- tration suivante peut ensuite être effectué en fermant les passages utilisés au cours de la filtration et en ouvrant les passages du dispositif qui ont été fermés jusqu'à maintenant puis en faisant passer un liquide de lavage dans lesdits pas- sages au travers du dispositif. On voit par conséquent que le liquide de lavage est canalisé dans le dispositif par le pas- sage 4 de l'élément inférieur du corps et qu'il est évacué après qu'il ait traversé le diaphragme-filtre 11 par l'inter- médiaire du passage 5 de l'élément supérieur du corps. Pour détacher efficacement les dépôts adhérents sur le diaphragme- filtre, il est recommandé d'utiliser au cours du stade de nettoyage une pression comparativement élevée, c'est-à-dire une pression qui est au moins 10 fois supérieure à la pression utilisée dans la filtration (par exemple 1 à 2 x 10 Pa). Il est en outre possible d'améliorer le nettoyage avec de l'air comprimé qu'on peut faire passer seulement sur le diaphragme- filtre - par exemple du passage 4 de l'élément supérieur du corps vers le passage 5 de ce même élément. Il est à noter à cet égard qu'on a décrit ci-dessus seulement un exemple d'utilisation du dispositif filtrant de l'inven- tion. Il est par conséquent tout-à-fait possible d'utiliser comme passages d'entrée de liquide, à la fois dans le stade de filtration et dans le stade de nettoyage, les passages 5 placés à la périphérie des surfaces d'appui et d'utiliser comme passages de sortie les passages 4 placés au centre des surfaces d'appui. Il est également possible, par exemple dans le stade de filtration, d'utiliser exclusivement les passages 4 placés au centre des surfaces d'appui ou bien exclusivement les passages 5 placés sur la périphérie des surfaces d'appui. Dans l'ensemble, les passages ménagés dans le dispositif fil- trant fournissent une multitude de possibilités différentes d'exécution des stades de filtration et de nettoyage. Comme cela a été mis en évidence ci-dessus, la caractéristique essentielle de la présente invention consiste dans l'utilisa- tion continue d'un même diaphragme-filtre dans des opérations répétées de filtration. Cependant les matériaux qui sont utilisés pour le diaphragme sont tels que leur durabilité n'est pas illimitée et en. pratique on est obligé de remplacer le diaphragme, à cause d'une usure et d'un déchirement, à des intervalles correspondant à quelques centaines d'opérations de filtration. Le remplacement du diaphragme est effectué d'une manière simple en dévissant les boulons de fixation 2 du dispositif filtrant de manière à dégager l'espace de fil- trage 8 existant entre les parties du corps. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir des- quels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Revendications 1. Dispositif filtrant comprenant un diaphragme-filtre (11), une surface d'appui (12) disposée contre le diaphragme, un passage (4, 5) par lequel le liquide à filtrer peut être amené sur un côté du diaphragme et un passage (4, 5) par lequel le liquide filtre peut être évacué du côté opposé du diaphragme, ladite surface d'appui comportant des nervures (13) supportant le diaphragme entre lesquelles sont formées des nervures (14) par lesquelles le liquide peut, au cours de la filtration, s'écouler dans la direction parallèle au diaphragme-filtre, caractérisé en ce que la surface d'appui (12) est pourvue de nervures (13) placées côte à côte, avec des rainures (14) intermédiaires qui partent de la zone centrale de la surface en s'étendant radialement dans des directions différentes et qui aboutissent à la périphérie de la surface, en étant incur- vées de manière que l'espacement entre des nervures mutuel- lement adjacentes soit sensiblement constant sur toute l'éten- due de la surface d'appui. 2. Dispositif filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la surface d'appui (12) et le diaphragme- filtre (11) placé contre elle sont circulaires et en ce que les nervures (13) et les rainures (14) de la sur- face d'appui commencent au centre de la surface de manière à avoir toutes la même longueur. 3. Dispositif-filtrant selon l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend deux surfaces d'appui (12) qui sont placées de part et d'autre du diaphragme-filtre (11) et qui sont toutes deux pourvues de nervures incurvées (13) placées côte à côte, partant de la zone centrale de la péri- phérie de la surface et entre lesquelles sont formées des rainures (14). 4. Dispositif-filtrant selon la revendication 3, caractérisé en ce que la distance entre les surfaces d'appui (12) est supérieure à l'épaisseur du diaphragme-filtre (11), de sorte que le diaphragme repose en cours de filtration con- tre la surface d'appui qui est placée en aval du diaphragme, en considérant la direction de drainage. 5. Dispositif-filtrant selon l'une quelconque des revendica- tions 3 et 4, caractérisé en ce que les passages d'entrée et de sortie sont disposés de manière que l'extrémité d'un passage (4) soit placée au centre de la surface d'appui (12), sur un côté du diaphragme-filtre (11), et que l'extrémité de l'autre passage (5) soit placée. sur la périphérie de la surface d'appui, sur le côté opposé du diaphragme-filtre, de telle sorte que l'un quelconque des deux canaux précités puisse servir de passage d'alimentation en liquide à filtrer et que l'autre passage serve de passage de sortie du liquide drainé. 6. Dispositif-filtrant selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend au total quatre passages d'entrée et de sortie (4, 5) qui sont disposés de manière que, sur l'un ou l'autre côté du diaphragme-filtre (11), l'extré- mité d'un passage (4) soit placée au centre de la surface d'appui (12) et que l'extrémité de l'autre passage (5) soit placée sur la périphérie de la surface d'appui, en ce que les nervures (13) et les rainures (14) des surfaces d'appui commencent aux extrémités des passages situées au centre des surfaces d'appui et en ce que les rainures et les nervures se terminent sur la périphérie des surfaces d'appui dans des rainures collectri- ces (9) collectant et distribuant le liquide qui s'écoule autour des surfaces et auxquelles sont reliées les extrémités des passages placées sur la périphérie des surfaces d'appui. 7. Dispositif-filtrant selon l'une quelconque des revendica- tions 5 et 6, caractérisé en ce qu'il est conçu pour former un appareil fermé dans lequel le diaphragme-filtre (11) est nettoyable après chaque opération de filtration à l'aide d'un liquide de lavage canalisé dans la direction opposée au sens de filtra- tion. 8. Dispositif-filtrant selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 7, caractérisé en ce que l'espacement de nervures adjacentes (13) de la surface d'appui (12) n'est pas supérieur à 2,0 mm, en étant de préférence de 0,5 à 1,5 mm, et en ce que le diaphragme-filtre (11) est constitué en polyester, polycarbonate, superpolyamide ou polytétrafluoréthylène, ce qui permet d'effectuer la filtration dans un mode stérile. 9. Di.spositif-filtrant selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est destiné à être utilisé pour ef- fectuer une filtration à échelle analytique.