Brevet FR2591121A1 — publié le 19870612

La présente invention concerne un ensemble de filtration inséré dans une veine fluide, et plus particulièrement un ensemble comportant un boîtier fixé entre deux canalisations de ladite veine, et des moyens pour maintenir un filtre dans un logement central dudit boîtier transversalement au courant de fluide. L'invention vise plus spécialement un ensemble utilisé pour le prélèvement de particules dans un courant gazeux, mais il faut bien comprendre que les termes "filtre" et "filtration" doivent être entendus dans un sens très large, et que la mise en place de filtres plats de types divers n'est pas seule concernée, les filtres proprement dits pouvant être remplacés par des diaphragmes ou grilles dont l'insertion dans une veine fluide peut être envisagée, par exemple dans le domaine du conditionnement d'air ou de l'échantillonnage en laboratoire. Lorsqu'il s'agit d'éléments filtrants de grande dimension et d'épaisseur réduite, la fragilité de ces éléments amène à prévoir des moyens de maintien particulièrement bien étudiés, avec une multitude de brides successives, ce qui tend à rendre les opérations de démontage pour un changement de l'élément filtrant de plus en plus longues. D'une façon générale, il est habituellement prévu d'installer un ensemble démontable qu'il faut ouvrir pour changer le filtre. Cependant, même avec des moyens de fixation à démontage rapide, du type genouillères ou colliers articulés par exemple, l'usage veut que l'on dégage de la veine fluide l'ensemble de filtration pour procéder au démontage dudit ensemble, ce qui oblige à prévoir un élément amont de canalisation souple ou démontable. Le domaine du prélèvement de particules dans un courant gazeux est à ce titre tout à fait critique, car les filtres de prélèvement utilisés pour ces systèmes de captation sont particulièrement fragiles : citons par exemple l'emploi de filtres spécifiques de 142 mm de diamètre ayant une épaisseur de l'ordre de quelques centièmes de millimètre seulement. Ainsi, la sophistication des moyens de mesure en vue d'une précision élevée aboutit à un temps d'immobilisation de l'installation de plus en plus important. Les tentatives de simplification des moyens de démontage restent de toute façon limitées par un seuil de rigidité de la veine équipée en-dessous duquel il ne peut être question de descendre lorsque les conditions opératoires impliquent des pressions etiou des températures élevées. L'invention a pour objet de proposer un ensemble de filtration aisément démontable lorsque l'on désire procéder au changement de l'élément filtrant, avec un temps d'immobilisation de la veine très inférieur à celui qui était nécessaire dans le cadre des techniques connues, et sans que ce soit au détriment de la rigidité de la veine au raccordement à celle-ci dudit ensemble. Un autre objet de l'invention est de conserver une structure simple, même lorsque l'on utilise des filtres de prélèvement très fragiles, le nombre réduit des éléments constitutifs de l'ensemble de filtration rendant de plus possible l'emploi de matériaux particuliers pour des applications impliquant des conditions opératoires particulièrement sévères. Un autre objet de l'invention est de proposer une structure permettant la reproduction parfaite des conditions de filtration après remplacement de l'élément filtrant, en s'affranchissant des maladresses de manoeuvre au démontage ou au remontage. Il s'agit plus particulièrement d'un ensemble de filtration inséré dans une veine fluide, notamment pour le prélèvement de particules dans un courant gazeux, comportant un bottier fixé entre deux canalisation de ladite veine, et des moyens pour maintenir un filtre dans un logement central dudit bottier transversalement au courant de fluide, caractérisé par le fait que le logement central du bottier débouche d'un côté dudit bottier au niveau d'une fente latérale de celui-ci en définissant deux rainures parallèles, que les moyens de maintien du filtre sont essentiellement constitués par un tiroir porte-filtre insérable dans le bottier par ladite fente et coulissant dans lesdites rainures, et que des moyens d'étanchéité sont prévus entre le bottier et le tiroir porte-filtre, lesdits moyens d'étanchéité étant comprimés lorsque ledit tiroir porte-filtre est inséré dans ledit bottier. De préférence, le tiroir porte-filtre comporte un corps principal présentant une ouverture centrale avec un épaulement périphérique intérieur, et un anneau reçu dans ladite ouverture, de façon que le filtre soit maintenu entre ledit anneau et ledit épaulement. En cas de besoin, le filtre est maintenu entre une face de l'anneau et la périphérie d'une grille en appui direct contre l'épaulèment intérieur du corps principal. Avantageusement, un joint d'étanchéité est prévu entre l'anneau et le corps principal, ledit joint d'étanchéité étant comprimé lorsque ledit anneau est inséré dans l'ouverture centrale du corps principal,# de-sorte que la mise en place du filtre est aisée et exempte de tout réglage. Selon un mode de réalisation particulièrement intéressant, deux joints d'étanchéité sont prévus entre le bottier et le tiroir porte-filtre, en amont et en aval du filtre, lesdits joints d'étanchéité participant au maintien du filtre dans le tiroir porte-filtre lorsque celuici est inséré dans le bottier. Ces joints peuvent être disposés dans des gorges prévues à cet effet sur les faces du bottier en regard, mais il semble techniquement et économiquement meilleur de disposer lesdits joints sur le tiroir porte-filtre : en particulier, le joint d'étanchéité amont est logé dans une gorge de l'anneau, et le joint d'étanchéité aval est logé dans une gorge du corps principal, lesdites gorges étant sensiblement coaxiales lorsque ledit anneau est inséré dans l'ouverture centrale dudit corps principal. Pour un positionnement précis et reproductible de l'ensemble, le corps principal du tiroir porte-filtre présente une ouverture centrale circulaire qui est coaxiale à la veine fluide lorsque ledit tiroir porte-filtre est inséré dans le bottier, ainsi qu'une poignée de préhension, se terminant par deux butées latérales, lesdites butées étant disposées de telle sorte que l'ouverture centrale du tiroir porte-filtre est coaxiale à la veine fluide lorsque lesdites butées latérales sont en appui contre le bottier. Par mesure de simplification d'usinage, le bottier est de préférence en deux parties boulonnées l'une contre l'autre au voisinage des rainures parallèles qu'ils définissent. Dans le cadre de certaines applications, il y a lieu de se garantir contre les dilatations différentielles qui pourraient modifier le serrage des joints d'étanchéité. Il est alors intéressant de réaliser le bottier et le tiroir porte-filtre, en particulier le corps principal, l'anneau et l'éventuelle grille de maintien, à partir du même matériau. Pour le prélèvement de particules dans l'air en vue de mesures de la pollution atmosphérique, le polytétrafluoréthylène donne à ce titre d'excellents résultats. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre et des dessins annexés, illustrant un mode de réalisation préférentiel, en référence aux figures, où : - la figure 1 est une vue en plan de la partie fixe d'un ensemble conforme à l'invention, montrant la fente laté rale par laquelle est inséré le tiroir porte-filtre, - la figure 2 est une vue de dessus de l'ensemble, avec le tiroir porte-filtre en position de début d'insertion (ou de fin de dégagement), - la figure 3 est une coupe selon 111-111 de la figure 2, l'ensemble étant en position de fonctionnement, avec le tiroir porte-filtre rentré, - la figure 4 illustre en coupe un détail de gorge de la figure 2. L'ensemble de filtration inséré dans une veine fluide, illustré aux figures 1 et 5 convient tout particulièrement pour le prélèvement de particules dans un courant gazeux mais, ainsi que cela a été dit plus haut, l'invention n'est nullement limitée à cette application particulière. L'ensemble de filtration comporte un boîtier 1 fixé entre deux canalisations 2 et 3 de la veine fluide, et des moyens pour maintenir un filtre dans un logement central de ce bottier, transversalement au courant de fluide.Le bottier 1, ici réalisé en deux parties assemblées par boulonnage, comporte un logement central 4 dont la forme est mieux visible sur la figure 3 : au niveau du raccordement avec la bride de la canalisation amont 2, on trouve ainsi une ouverture 5 s'élargissant vers l'intérieur du boîtier jusqu'à l'emplacement des moyens de filtration proprement dits, puis se resserre vers une ouverture 6 au niveau du raccordement avec la canalisation aval 3. Conformément à un aspect essentiel de l'invention, le logement central 4 du boîtier 1 débouche d'un côté dudit bottier au niveau d'une fente latérale 7 de celui-ci en définissant deux rainures parallèles 8, 9, et les moyens de maintien de l'élément filtrant sont essentiellement constitués par un tiroir porte-filtre 10 insérable dans le bottier par ladite fente 7 et coulissant dans les rainures 8, 9. Avant même de décrire en détail la structure du tiroir porte-filtre 10, il est aisé de percevoir dès maintenant le progrès important que représente cette conception à tiroir porte-filtre coulissant : le bottier 1 reste fixé aux canalisations 2 et 3 avec toute la rigidité nécessaire, ce qui permet de réaliser très facilement les manoeuvres d'insertion et de dégagement du tiroir portefiltre sans nuire en aucune façon à cette rigidité ; ces opérations sont rapides, ne-nécessitant aucun démontage mécanique, et sans risque de détérioration de l'élément filtrant qui n'est pas lui-même manipulé au cours de ces opérations. On observera qu'ici le logement central 4 du bot- tier 1 débouche latéralement des deux côtés du bottier, ce qui non seulement facilite les opérations d'insertion et de dégagement du tiroir porte-filtre, celles-ci pouvant être effectuées d'un côté ou de l'autre de la veine, mais permet aussi d'obtenir un bottier particulièrement économique à réaliser du fait des rainures complètes 8, 9. Il n'est en effet plus nécessaire de prévoir une butée de fond de course à l'intérieur du logement central, contre laquelle viendrait en appui l'extrémité du tiroir portefiltre, ce moyen de butée étant aisément obtenu avec la structure illustrée à la figure 2.En effet, le corps principal 11 du tiroir porte-filtre présente une poignée de préhension 12 se terminant par deux butées latérales 13, lesdites butées étant disposées de telle sorte que le tiroir porte-filtre 10 soit correctement positionné, en particulier coaxialement à la veine fluide, lorsque cellesci viennent en appui contre la face en regard du boîtier 1. La structure de l'ensemble de filtration de l'invention sera maintenant décrite plus en détail, en regard de la coupe de la figure 3, et en particulier la conception avantageuse qui a été retenue pour le tiroir portefiltre. Le tiroir porte-filtre 10 comporte un corps principal 11 présentant une ouverture centrale avec un épaulement périphérique intérieur 14, et un anneau 15 reçu dans cette ouverture, de façon que le filtre 16 soit maintenu entre ledit anneau et ledit épaulement. Si le filtre est épais et présente une certaine rigidité propre, ou s'il s'agit d'une grille ou d'un diaphragme analogue, cet élément sera en contact direct avec la face en regard de l'anneau 15 et avec l'épaulement intérieur 14 du corps principal.Ainsi que cela a été dit plus haut, certaines applications, comme le prélèvement de particules dans l'air, impliquent l'emploi d'un filtre mince, tout en étant de grande dimension, et présentant de ce fait une grande fragilité ; dans ce cas, le filtre 16 sera maintenu éntre une face de l'anneau 15 et la périphérie d'une grille 1-7 en appui direct contre l'épaulement intérieur 14, conformément à la représentation de la figure 3. Conformément à un autre aspect essentiel de l'invention, intimement lié à la conception d'un tiroir portefiltre coulissant, des moyens d'étanchéité sont prévus de telle façon que ceux-ci soient comprimés lorsque le tiroir porte-filtre est inséré dans le boîtier. On trouve ainsi d'abord un joint torique d'étanchéité 18 prévu entre l'anneau 15 et le corps principal 11 du tiroir porte-filtre, ledit joint d'étanchéité étant comprimé lorsque ledit anneau est inséré dans l'ouverture centrale du corps principal. Le joint torique 18 peut être logé dans une gorge prévue à la périphérie extérieure de l'anneau 15, ou encore, comme cela a été représenté, dans une gorge 19 ménagée sur la face intérieure du corps principal 11.La figure 4 illustre une section préférentielle pour la gorge 19, conformément à une technique bien connue dans le domaine de l'étanchéité, cette section étant sensiblement trapézoldale avec un angle a de l'ordre par exemple de 50. Grâce au joint torique 18, l'anneau 15 est parfaitement positionné sur le corps principal 11, et permet de venir ainsi en appui en douceur sur le filtre 16 qui repose contre sa grille de maintien 17. Il est par ailleurs prévu deux autres joints toriques d'étanchéité 20, 21 entre le bolier et le tiroir porte-filtre, respectivement en amont et en aval du filtre 16, lesdits joints d'étanchéité participant au maintien du filtre dans le tiroir porte-filtre lorsque celui-ci est inséré dans le boîtier. Là encore, ces joints toriques 20, 21 peuvent être logés dans des gorges prévues à cet effet sur les faces intérieures du bottier 1, ou encore dans des gorges ménagées sur le tiroir porte-filtre. Conformément au mode de réalisation qui a été illustré, il est intéressant de prévoir un joint d'étanchéité amont 20 logé dans une gorge 22 de l'anneau 15, et un joint d'étanchéité aval 21 logé dans une gorge 23 du corps principal 11, lesdites gorges 22, 23 étant sensiblement coaxiales lorsque l'anneau est inséré dans l'ouverture centrale du corps-principal. Les joints 20, 21 participent ainsi de façon tout à fait rationnelle au maintien du filtre 16 dans le tiroir porte-filtre lorsque celui-ci est inséré dans le boîtier. Le corps principal du tiroir porte-filtre qui a été illustré présente une ouverture centrale circulaire, qui est coaxiale à la veine fluide lorsque ledit tiroir porte-filtre est inséré dans le boîtier, mais il va de soi qu'une autre forme pourrait être également choisie, la forme circulaire restant néanmoins préférentielle pour la facilité de réalisation et l'équilibre du comportement des éléments constitutifs lors du fonctionnement de l'ensemble de filtration. Dans le cadre de certaines applications, il y a lieu de se garantir contre les dilatations différentielles qui pourraient modifier le serrage des joints d'étanchéité. Il est alors intéressant de réaliser le boîtier 1 et le tiroir porte-filtre 10, au moins pour ce qui est de leur partie en amont du filtre à partir d'un méme matériau ; le polytétrafluoréthylène est à ce titre particulièrement intéressant, en particulier en raison de ses bonnes propriétés de glissement. Pour ce qui est de la grille, un métal est préféré, pour avoir la rigidité mécanique souhaitée. Il est naturellement possible d'apporter encore d'autres modifications à la structure qui a été représentée: ainsi par exemple, l'anneau 15 du tiroir porte-filtre pourrait être muni d'une part d'éléments saillants en direction de son axe afin de faciliter son retrait du corps principal en évitant tout contact dangereux avec le filtre (il est par exemple possible de prévoir quelques ouvertures transversales recevant des pions en acier inoxydable) et/ou aussi une surface latérale extérieure présentant un profil étagé, en particulier avec un pan conique, de façon à réaliser une compression progressive du joint 18 au fur et à mesure de l'insertion dudit anneau dans le corps principal du tiroir porte-filtre. Les opérations de remplacement du filtre sont donc particulièrement simples et rapides avec l'ensemble conforme à l'invention : après avoir isolé la veine fluide en fermant les vannes correspondantes, on extrait le tiroir porte-filtre en s'aidant de la poignée extérieure, on dégage alors l'anneau de maintien du filtre, ce qui permet alors de changer le filtre ou l'élément analogue considéré (grille, diaphragme) ; le tiroir porte-filtre équipé d'un nouveau filtre est alors inséré dans le boîtier, et l'effort exercé par l'opérateur sert à comprimer les joints toriques d'étanchéité, et cette compression reste la même pour chaque manoeuvre quel que soit l'opérateur, et on manoeuvre enfin les vannes pour rétablir la circulation de fluide dans la veine. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, mais englobe toute variante reprenant avec des moyens équivalents les caractéristiques essentielles figurant aux revendications. REVENDICATIONS 1. Ensemble de filtration inséré dans une veine fluide, notamment pour le prélèvement de particules dans un courant gazeux, comportant un boîtier fixé entre deux canalisations de ladite veine, et des moyens pour maintenir un filtre dans un logement central dudit bottier transversalement au courant de fluide, caractérisé par le fait que le logement central (4) du boîtier (1) débouche d'un côté dudit bottier au niveau d'une fente latérale (7) de celui-ci en définissant deux rainures parallèles (8, 9), que les moyens de maintien du filtre (16) sont essentiellement constitués par un tiroir porte-filtre (10) insérable dans le boîtier par ladite fente et coulissant dans lesdites rainures, et que des moyens d'étanchéité (20, 21) sont prévus entre le bottier (1) et le tiroir porte-filtre (10), lesdits moyens d'étanchéité étant comprimés lorsque ledit tiroir portefiltre est inséré dans ledit bottier. 2. Ensemble de filtration selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le tiroir porte-filtre comporte un corps principal (11) présentant une ouverture centrale avec un épaulement périphérique intérieur (14), et un anneau (15) reçu dans ladite ouverture, de façon que le filtre (16) soit maintenu entre ledit anneau et ledit épaulement. 3. Ensemble de filtration selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le filtre (16) est maintenu entre une face de l'anneau (15) et la~périphérie d'une grille (17) en appui direct contre l'épaulement intérieur (14) du corps principal. 4. Ensemble de filtration selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait qu'un joint d'étanchéité (18) est prévu entre l'anneau et le corps principal, ledit joint d'étanchéité étant comprimé lorsque ledit anneau est inséré dans l'ouverture centrale du corps principal. 5. Ensemble de filtration selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que deux joints d'étanchéité (20, 21) sont prévus entre le bottier et le tiroir porte-filtre, en amont et en aval du filtre (16), lesdits joints d'étanchéité participant au maintien du filtre dans le tiroir porte-filtre lorsque celui-ci est inséré dans le bottier. 6. Ensemble de filtration selon la revendication 5, caractérisé par le fait que le joint d'étanchéité amont (20) est logé dans une gorge (22) de l'anneau (15), et le joint d'étanchéité aval (21) est logé dans une gorge (23) du corps principal, lesdites gorges (22, 23) étant sensiblement coaxiales lorsque ledit anneau est inséré dans l'ouverture centrale dudit corps principal. 7. Ensemble de filtration selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que le corps principal (11) du tiroir porte-filtre présente une ouverture centrale circulaire qui est coaxiale à la veine fluide lorsque ledit tiroir porte-filtre est inséré dans le bottier. 8. Ensemble de filtration selon la revendication 7, caractérisé par le fait que le corps principal (11) du tiroir porte-filtre (10) présente une poignée de préhension (12), se terminant par deux butées latérales (13), lesdites butées étant disposées de telle sorte que l'ouverture centrale du tiroir porte-filtre est coaxiale à la veine fluide lorsque lesdites butées latérales sont en appui contre le bottier. 9. Ensemble de filtration selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le boîtier (1) est en deux parties boulonnées l'une contre l'autre au voisinage des rainures parallèles (8, 9) qu'ils définissent. 10. Ensemble de filtration selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le boîtier (1) et le tiroir porte-filtre (10) sont réalisés en un même matériau. 11. Ensemble de filtration selon les revendications 1 à 3, et l'une des revendications 4 à 9, caractérisé par le fait que le boîtier (1), le corps principal (11) et l'anneau (15) du tiroir porte-filtre, et la grille (17) de maintien sont réalisés en un même matériau. 12. Ensemble de filtration selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé par le fait que le matériau unique choisi est le polytétrafluoréthylène.