Brevet FR2597363A1 — publié le 19871023

L'invention concerne un élément de filtrage avec raccords d'arrivée et de sortie pour fluides (liquides et/ou gaz) pouvant être inclus ou enfermé dans un corps de filtre, formé d'une pluralité de flans de filtrage ronds ou polygo5 naux, sensiblement congruents qui sont reliés par leur surface avec des couches d'appui drainantes et/ou prennent appui par leur surface sur de telles couches, les flans de filtrage avec leurs couches d'appui étant empilés et assemblés entre eux par leurs bords de façon hermétique aux fuites de 10 sorte que, par définition, le fluide ne peut passer d'une chambre du corps de filtre dans une autre chambre du corps de filtre qu'en traversant l'élément de filtrage, tel qu'il est connu dans son principe grâce au DE-OS 3441249. Dans cet élément de filtrage connu en forme de pile formée de flans 15 plats, l'étanchéité intérieure et extérieure des différents parcours d'écoulement est réalisée au moyen de matériaux d'étanchéité à base de silicone, par des masques de répartition de compression en liaison avec les matériaux de membrane et les matériaux d'appui les plus variés. Les matériaux 20 différents qui sont assortis pour satisfaire aux exigences en matière d'étanchéité procurent cette étanchéité de façon satisfaisante, mais ils restreignent l'utilisation de tels éléments de filtrage dans le domaine des milieux agressifs ou corrosifs car tous les matériaux existant dans l'élément 25 de filtrage ne possèdent pas les mêmes bonnes propriétés à l'égard des milieux agressifs. Des milieux particulièrement agressifs sont utilisés pour la fabrication de pièces pour la micro-électronique. Les composants de micro-électronique (pastilles) en par30 ticulier ceux des nouvelles générations dont les dimensions deviennent de plus en plus petites, ne peuvent être fabriqués qu'à l'aide de produits chimiques rendus libres de particules par filtrage. Le rendement en puces utilisables dépend de la pureté des agents de gravure en partie très agressifs utilisés à cette fin dans des conditions en partie draconiennes. La fabrication de tels éléments dans des conditions de salle blanche exige, pour des filtres qui dans ce cas sont mis en oeuvre immédiatement avant l'utilisation des produits chimiques, des dimensions aussi réduites que possible car, dans les conditions d'écoulement laminaire, la place disponible est réduite à l'extrême. La liste ci-dessous, qui n'est nullement exhaustive,in5 dique des produits corrosifs, des solvants organiques et des gaz qui doivent être filtrés avec de tels éléments de filtrage. Produits liquides: Acide sulfurique concentré Acide chromique, concentration maximum Acide de Caro (acide sulfurique et peroxyde d'hydrogène) " Piranha Etch't Acide azotique Acide chlorhydrique 15 Acide fluorhydrique Acide phosphorique Acide trichloracétique Acide acétique Acide hexafluosilicique 20 Hydroxyde d'ammonium Perchloréthylène, trichloréthane, trichloréthylène Chlorure de méthylène, chlorobenzène Xylène Acétate de butyle, Cellosolve 25 Acétone, cyclohexanone Dioxanne, Tétrahydrofurane. Produits gazeux Silane, dichlorosilane, tétrafluorure de silicium, trifluorure de bore, tétrafluorocarbone, diborane, 30 trichlorure de bore Ammoniac Arsine Sous l'action des produits chimiques à haut pouvoir d'agression qui sont utilisés en partie jusqu'à des tempéra35 tures de 80 à 140C, le choix des matériaux est très restreint. Il n'est pas question de recourir au verre ou aux métaux en raison de la possibilité de libération des ions. Dans les conditions de travail draconiennes dont il a été question, les matières plastiques techniques courantes sont attaquées par oxydation et adultèrent les substances chimiques par leurs produits de dégradation. Même les polymères partiellement fluorés comme le polyfluorure de vinyle et le polyfluorure de vinylidène ne sont pas utilisables pour quelquesuns des cas d'utilisation cités; ou bien ils sont attaqués ou bien, en cas d'utilisation de longue durée, ils sont décomposés. C'est pourquoi, comme polymères utilisables, il ne reste plus qu'un petit groupe de polymères fluorés iner10 tes, hautement substitués. PTFE (polytétrafluoréthylène): par exemple téflon, hostaflon FEP (copolymère perfluoréthylène-propylène): par exemple R R - R téflon FEPR, néoflonR, téflex ETFE (copolymère d'éthylène et tétrafluoréthylène), en partie post-fluoré: par exemple tefzel R, hostaflon ET,aflonR. PFA/TFA (copolymère de perfluoréthylène et éther vinylique): par exemple téflon PFAR, hostaflon TFAR (E)CTFE (polychlorotrifluoréthylène et copolymérisat avec R R l'éthylène):par exemple Aclar, Halar Tous ces matériaux ne peuvent être traités que très difficilement. Le polytétrafluoréthylène ne peut être traité par procédé thermoplastique, les autres matériaux ne peuvent 1' être qu'à des températures très élevées. Avec le polytétrafluoréthylène, on peut, suivant le DE-OS 2 123 316 fabriquer des membranes. Ces membranes peuvent être transformées suivant des techniques connues en filtres, par exemple en filtres en forme de bougie. Pour fabriquer des filtres à capacité volumique ou à 30 capacité encore plus élevées et à stabilité chimique plus élevée, les membranes très minces qui sont composées d'air pour environ 80 % nécessitent la mise en oeuvre de dispositions et de techniques particulières tant pour leur transformation que pour leur utilisation. La solution des problèmes qui se posent en la matière est l'objet de la présente invention car les dispositifs d'étanchéité connus avec éléments d'étanchéité élastiques et pression de compression ne sont pas appropriés pour de tels cas d'utilisation. Le résultat voulu est obtenu par l'invention grâce aux points remarquables suivants: deux flans de filtrage superposés avec leurs couches d'appui présentent à l'intérieur d'une surface filtrante périphérique plus grande qui les en5 toure un assemblage par soudage ou collage, annulaire, continu et hermétique aux fuites, que la surface annulaire intérieure ainsi localisée possède un orifice de passage disposé de façon à guider le fluide perpendiculairement à la surface du filtre, et que, pour former une structure d'assemblage en 10 couches en forme de lanterne vénitienne, les flans de filtrage voisins appartenant à des paires de flans de filtrage voisines sont également assemblés entre eux de façon étanche aux fuites par soudage ou collage à leurs bords périphériques, l'un des côtés (côté extérieur de la lanterne vénitienne) de 15 tous les flans de filtrage avec couches d'appui reliés entre eux débouchant dans l'une des chambres du corps de filtre et l'autre côté (côté intérieur de la lanterne vénitienne) de tous les flans de filtrage avec couches d'appui reliés entre eux débouchant dans l'autre chambre de corps de filtre par 20 le passage. Des développements avantageux, en particulier pour le filtrage de produits chimiques à pouvoir d'agression élevé, seront indiqués plus loin. Grâce à la structure particulière en forme de lanterne vénitienne et aux possibilités de diversification qui en ré25 sultent pour le choix des matériaux filtrants à utiliser et des moyens auxiliaires facilitant le filtrage et le guidage du fluide, on obtient un maximum de surface pour un volume le plus petit possible. Le nombre des éléments de construction et des matériaux (au point de vue chimique) peut être réduit à un minimum. Tout en ayant un nombre extrêmement réduit d'unités de base, on obtient une surface pouvant varier dans de grandes proportions avec des éléments de construction standardisés. L'objet de l'invention est expliqué ciaprès au moyen 35 de plusieurs exemples de réalisation en référence au dessin annexé dans lequel: la figure 1 représente schématiquement une coupe axiale de l'élément de filtrage en forme de lanterne vénitienne; la figure 2 montre l'unité de base comprenant deux flans de filtrage et une couche d'appui avec liaison étanche aux fuites au centre; la figure 3 représente un détail de la figure 1 dans la zone de l'élément d'obturation supérieur; la figure 4 représente une variante par rapport aux figures 1 à 3 de la structure des flans de filtrage avec couches d'appui; la figure 5 représente une autre variante; 10 la figure 6 représente une autre variante; la figure 7 représente en coupe un détail d'un autre mode de réalisation d'élément de base; la figure 8 est une vue en élévation frontale d'un corps destiné & recevoir l'élément de filtrage; la figure 9 est une coupe transversale du corps avec élément de filtrage effectuée suivant la ligne 9-9 de la figure 8; la figure 10 est une vue perspective de l'élément de filtrage représenté aux figures 1, 8 et 9; la figure 11 est une vue perspective d'un élément de filtrage cylindrique; la figure 12 est une vue en coupe simplifiée d'un mode de réalisation préféré de l'élément de filtrage; la figure 13 est une vue par-dessous de l'élément de 25 filtrage selon la figure 1; la figure 14 est une vue Perspective en coupe d'un détail de l'élément de filtrage. La description qui suit se rapporte aux membranes en polymères fluorés qui sont les plus difficiles à assembler. 30 Le polytétrafluoréthylène oppose des difficultés particulières au collage ou au soudage. En particulier, les membranes en polytétrafluoréthylène sont difficiles à coller et & souder en raison de leur structure. Les membranes en polytétrafluoréthylène connues par le DE-OS 2 123 316 ont une structu35 re faite de fibrilles et de noeuds avec une multiplicité d'inclusions d'air, ces inclusions d'air présentant des propriétés calorifuges et opposant ainsi des résistances élevées à une technique de soudage. Dans des conditions de soudure draconiennes, c'est-à-dire à une température élevée avec des pointes de pression, les membranes délicates risquent d'être détériorées. Pour le cas d'utilisation en question, on utilise des membranes 9 en polytétrafluoréthylène qui, de préférence, sont déjà recouvertes d'une couche d'appui ou de deux couches d'appui minces pour former un stratifié. Il s'agit en l'occurrence de tissus 10 et de matelas de fibres 13 en polymères fluorés thermoplastiques chimiquement inertes ayant 10 un point de ramollissement aussi bas que possible. On peut également utiliser comme couches d'appui drainantes des tissus 11 à base de polymères fluorés de dimension légèrement plus grande. Dans le même sens on peut aussi utiliser des feuilles 15 minces 12 gaufrées et éventuellement perforées. Selon la figure 2, deux flans de filtrage 9 avec tissu de soudage 10 intégré sont tout d'abord placés l'un sur 1' autre, puis ils sont assemblés de façon étanche aux fuites dans la partie centrale par une soudure 17 annulaire et ils 20 sont munis d'une ouverture 16 qui doit servir à l'évacuation du filtrat. Dans le présent exemple de réalisation, les flans de filtrage 9 avec tissu de soudage 10 intégré sont de forme carrée. Ils sont empilés par paires comme le montre la figu25 re 1. Pour conférer à l'ensemble une structure d'assemblage en couches en forme de lanterne vénitienne, les soudages 17' élémentaires sont ensuite effectués à la périphérie. Pour pouvoir manipuler l'élément de filtrage 8 lors du montage et du démontage comme article élémentaire à jeter, l'élément de filtrage 8 présente d'un côté une pièce de fermeture 18 recouvrant l'ouverture 16 centrale qui, à sa périphérie, est reliée de façon étanche aux fuites au flan de filtrage 9 qui se trouve en dessous par la couche d'appui 10. De façon analogue, l'autre côté de l'élément de filtrage 8 est pourvu d'une deuxième pièce de fermeture 19 avec ajutage 19' central et il est relié à l'élément de filtrage 8 à sa périphérie ou, comme le montre la figure, dans la partie centrale en 17. Toutes les ouvertures 16 de l'élément de filtrage 8 débouchent dans l'ajutage 19' de la pièce de fermeture 19. Comme le montrent les figures 8 et 9, le corps de filtre 1 est fait de deux parties de corps 2 et 3 qui sont fai5 tes également en matériau permettant le filtrage de fluides à haute agressivité, par exemple en polytétrafluoréthylèiie.o Outre les tubulures 4 et 5 destinées respectivement à l'entrée et à la sortie, il est prévu des ouvertures d'entrée et de sortie d'air 6 et 7. Pour permettre la manipulation de l'élément de filtrage 8, les pièces de fermeture 18 et 19 relativement rigides sont reliées entre elles par plusieurs bandelettes 20 qui stabilisent l'élément de filtrage 8 dans le sens axial et dans le sens radial. Les flans de filtrage 9 élémentaires sont appliqués de façon serrée sur les couches d'appui drainantes 10, 11, 12, 13 afin d'obtenir un empilement aussi compact que possible et de former des parcours d'écoulement définis, par conséquent à la différence des représentations suivant les figures 1 à 7. Dans la variante de réalisation selon la figure 4, un flan de filtrage 9 est soutenu des deux côtés par un tissu de soudage 10 et se présente avec une structure stratifiée, alors que le flan de filtrage 9 voisin ne présente pas d'élément de soutien intégré. Toutefois avec la structure d'assem25 blage en couches en forme de lanterne vénitienne, les deux flans de filtrage 9 sont soutenus des deux côtés par le tissu de soudage 10. Dans la variante de réalisation selon la figure 5, les tissus de soudage ll sont placés sans être reliés entre les 30 flans de filtrage 9 et sont reliés uniquement le long des bords de soudage 17, 17' respectivement aux flans de filtrage 9 et dans les pièces de fermeture 18, 19. Dans le mode de réalisation selon la figure 6, on utilise comme couche d'appui une feuille gaufrée et ondulée pré35 sentant des ouvertures qui, en ce qui concerne leurs ondulations longitudinales, sont disposées en croix. Dans le mode de réalisation selon la figure 7, le flan de filtrage 9 et le non-tissé 13 sont des stratifiés qui sont soutenus de plus par des tissus de soudage 11. La figure 7 est comparable à la figure 2. Du point de vue de la géométrie des surfaces, en particulier avec des matériaux filtrants coûteux, la forme préfé5 rée est celle de surfaces sans déchets à n sommets, par exemple la forme carrée représentée aux figures 8 à 10. Mais, en général, un grand nombre de formes de contour sont possibles, par exemple le mode de réalisation circulaire ou cylindrique que montre la figure 11. Dans ce cas également l'élément de 10 filtrage 8'est lié par deux bandelettes 20 reliant les deux pièces de fermeture 18, 19 pour faciliter la manipulation et améliorer la stabilisation. L'élément de filtrage 8 selon la figure 10 peut être relié de façon simple à l'ajutage 4 en retirant la partie de corps de filtre 2, de sorte que le 15 corps de filtre est partagé en deux chambres, 14 (chambre de rétentat) et 15 (chambre de perméat). Les figures 12 à 14 montrent un exemple de réalisation préféré. Pour réduire au maximum l'importance des matériaux très coûteux de l'élément de filtrage à jeter, la pièce de 20 fermeture supérieure 18 et la pièce de fermeture inférieure 19 se présentent sous la forme d'une feuille mince ou d'une membrane filtrante 9 de fermeture pourvue d'une feuille 12 perforée. Celle-ci a seulement un rôle de protection pour la membrane 9. Sur le dernier élément de fermeture 18 est fixé directement par soudage ou collage un adaptateur de raccordement 19" comme tubulure de sortie. Selon la figure 14, l'élément de filtrage 8 est formé par une membrane 9 recouverte des deux côtés par une feuille perforée 12, des modules M élémentaires pouvant être prêfa30 briqués et contrôlés individuellement (comme il est indiqué dans la partie gauche de la figure 14). Pour permettre de stabiliser l'élément de filtrage 8 dans le corps de filtre et d'obtenir un bon degré de serrage, l'élément de filtrage 8 est recouvert en haut et en bas par 35 des plaques de serrage 21, 22 réutilisables qui sont maintenues à distance l'une de l'autre au moyen de boulons de serrage 24 réutilisables. Les boulons de serrage 24 sont fixés en longueur et peuvent être simplement introduits dans des rainures de logement 23 des deux plaques de serrage 21, 22. La plaque de serrage inférieure 22 possède une ouverture 22' pour l'adaptateur de raccordement 19". Par conséquent, seul l'élément de filtrage 8 avec l'adaptateur de raccordement 19" est une pièce à jeter. L'élément de filtrage 8 selon les figures 12 à 14 peut être monté dans un corps de filtre selon les figures 8 et 9. Les éléments constitutifs selon les figures 1 A 7 et la figure 14 sont, à l'état de fonctionnement, étroitement superposés et ce n'est que pour des raisons de représentation qu'ils sont montrés à une grande distance les uns des autres. Pour certains domaines d'utilisation il est apparu préférable d'effectuer au lieu d'un filtrage statique un filtrage dynamique dans lequel le rétentat est maintenu en perma15 nence en circulation dans la chambre de rétentat 14. A cet effet, comme le montrent les figures 8 et 9, il peut être prévu dans la chambre de rétentat 14 une tubulure de sortie ' supplémentaire. L'écoulement s'effectue alors de façon laminaire sur les couches filtrantes tout autour du noyau 17 20 fermé. Pour ce faire il peut être avantageux d'excentrer le noyau 17 fermé et de façon correspondante la tubulure de sortie 4, 19' ou 19", c'est-à-dire de les disposer dans le voisinage de la périphérie de l'élément de filtrage 8. Au lieu d'inclure l'élément filtrant 8 dans un corps 1 25 réutilisable, on peut le faire également dans un corps jetable entièrement fermé. Les joints toriques d'étanchéité 25 disposés dans le corps 1 et dans l'adaptateur de raccordement 19" de lél66ément de filtrage 8 peuvent être constitués d'éléments d'étan30 chéité élastiques enrobés de polytétrafluoréthylène de sorte que l'ensemble de l'unité de filtrage peut être constitué de polytétrafluoréthylène pour le filtrage de fluides hautement agressifs. La technique qui vient d'être décrite pour le polytétra35 fluoréthylène peut être également utilisée pour d'autres matériaux qui ne sont pas directement soudables, à condition d'utiliser des adjuvants de soudage appropriés. Ceux-ci peuvent être des feuilles de soudage annulaires qui sont posi- tionnées dans la région des zones annulaires à assembler et permettent d'unir solidement entre eux des matériaux non directement soudables. Il va de soi que la technique d'assemblage en forme de 5 lanterne vénitienne ici décrite peut être réalisée de façon très simple A l'aide de matériaux soudables par eux-mêmes, par exemple à base de polyamides, polysulfones, polypropylènes, fluorure de polyvinylidène, polyesters, polyuréthanne. REVENDICATIONS 1. Elément de filtrage avec raccords d'arrivée et de sortie pour fluides, pouvant être inclus ou enfermé dans un corps de filtre, formé d'une pluralité de flans de filtrage ronds ou polygonaux, sensiblement congruents qui sont reliés par leur surface avec des couches d'appui drainantes et/ou prennent appui par leur surface sur de telles couches, les flans de filtrage avec leurs couches d'appui étant empilés et assemblés entre eux par leurs bords de façon hermétique 10 aux fuites de sorte que, par définition, le fluide ne peut passer d'une chambre du corps de filtre dans une autre chambre du corps de filtre qu'en traversant l'élément de filtrage, caractérisé en ce que deux flans de filtrage (9) superposés avec leurs couches d'appui (10,11,12,13) présentent a 15 l'intérieur d'une surface filtrante périphérique plus grande qui les entoure un assemblage (17) par soudage ou collage, annulaire, continu et hermétique aux fuites, que la surface annulaire intérieure ainsi localisée possède un orifice de passage (16) disposé de façon à guider le fluide perpendicu20 lairement à la surface du filtre, et que, pour former une structure d'assemblage en couches en forme de lanterne vénitienne, les flans de filtrage (9) voisins appartenant à des paires de flans de filtrage voisines sont également assemblés entre eux de façon étanche aux fuites par soudage ou 25 collage à leurs bords (17') périphériques, l'un des côtes (côté extérieur de la lanterne vénitienne) de tous les flans de filtrage (9) avec couches d'appui reliés entre eux débouchant dans l'une des chambres du corps de filtre (15) et 1' autre côté (côté intérieur de la lanterne vénitienne) de tous les flans de filtrage (9) avec couches d'appui reliés entre eux débouchant dans l'autre chambre de corps de filtre (14) par le passage (16). 2. Elément de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'orifice de passage (16) est disposé dans 35 la zone centrale. 3. Elément de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que les flans de filtrage (9) et/ou la couche d'appui (10,11,12,13) sont faits en matière plastique souda- ble. 4. Elément de filtrage selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les flans de filtrage (9) sont laminés d'un côté ou des deux côtés avec une couche d'appui (10, 11,12,13) en matière plastique. 5. Elément de filtrage selon une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les flans de filtrage(9) sont formés à base de polymères hautement substitués par le fluor. 6. Elément de filtrage selon une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la couche d'appui est formée par des nappes de non-tissés (13), des tissus (10,11), des feuilles (12) gaufrées, perforées ou des maillages. 7. Elément de filtrage selon une quelconque des revendi15 cations 1 à 6, caractérisé en ce que la couche d'appui (10, 11,12,13) est à base de polymères hautement substitués par le fluor. 8. Elément de filtrage selon une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que l'orifice de passage(16) 20 des flans de filtrage (9) est recouvert d'un côté par une pièce de fermeture (18) fermée et de l'autre côté par un élément de fermeture (19) prolongeant l'orifice de passage (16), les deux pièces de fermeture (18,19) étant reliées de façon étanche aux fuites avec la périphérie ou avec la zone centra25 le des flans de filtrage (9) les plus proches de ces pièces de fermeture (18,19). 9. Elément de filtrage selon la revendication 1, caractérisé en ce que la membrane (9) est garnie des deux côtés d'une feuille de drainage (12) perforée et gaufrée. 10. Elément de filtrage selon la revendication 8, caractérisé en ce que les pièces de fermeture (18,19) sont formées par des feuilles étanches. 11. Elément de filtrage selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'à la pièce de fermeture (19) possédant l'orifice de passage (16) est fixé un adaptateur de raccordement (19',19") formant une partie de l'élément de filtrage (8). 12. Elément de filtrage selon une quelconque des revendications 8 à 11, caractérisé en ce que la stabilisation de l'élément de filtrage (8) est assurée par des plaques de serrage (21l22) s'engageant par-dessus les pièces de ferme5 ture (18,19) et par des boulons de serrage (24) ou analogues s'engageant dans des rainures de logement (23) des plaques de serrage (21,22) ouvertes d'un côté, ainsi que de façon mécanique.