Brevet FR2598629A1 — publié le 19871120

l'ODULE DE FILTRATION D'IJN LIOUIiDE 5011S PRESSION L'invention concerne un module de filtration destiné à équiper un dispositif ou une installation de filtration d'un liquide sous pression. L'invention s'applique en particulier à la filtration par osmose inverse. On connaît, notamment dans le domaine de l'osmose inverse, des modules de filtration constitués par des 10 membranes semi-perméables en feuille, qui sont enroulées en spirale autour d'un mandrin central; ce dernier percé d'un canal axial permet de recueillir au centre du module le perméat filtré: le liquide h filtrer est admis sous Dression autour du module et le canal du mandrin central est axialemnent 15 relié à une chambre basse-pression qui reçoit le liquide filtré. UIn tel module se présente donc sous la forme d'un cyl indre plein, plonqgé dans le liquide filtrer. L'utilisation de membranes en feuille et leur aqencement en spirale permettent de réduire considérablement l'encombrement 20 du module pour une surface de membrane donnée. Toutefois, dans certaines applications, un tel module est inutilisable du fait que, de par sa conception même, il se présente sous la forme d'un cylindre compact, sa partie centrale étant occupée par le mandrin de 25 recueil du liquide filtré. Ainsi, par exemple, les brevets FR n 81.07185 et FR no 85.15532 visent des dispositifs de production d'eau douce contenant un module d'osmose inverse, de forme qgénérale annulaire, dont la partie centrale doit être libre pour autoriser le passage d'un piston mobile. 3n Dans ce cas, on utilise généralement des membranes se présentant sous la forme de cordonnets ou de fibres creuses, qui sont enroulés autour d'un support tubulaire. Toutefois, ce type de membranes possède un encombrement beaucoup plus important à surface semiperméable 35 énale. La présente invention se propose de fournir un nouveau module de filtration sous pression, qui soit pourvu de membranes de filtration en feuille, enroulées en spirale, afin de bénéficier d'un rapport très favorable 40 surface de fi]tration/encomhrement, tout en présentant une partie centrale libre afin d'être utilisable dans des applications du type ci-dessus évoqué. lin autre objectif est de simplifier le montage du module dans les dispositifs de filtration. Le module de filtration sous pression visé par l'invention comprend un support et des membranes de filtration en feuille, enroulées en spirale autour dudit support, chaque spire étant composée de deux membranes en 10 regard, séparées par une couche ajourée d'écartement et fixées étanchément l'une sur l'autre le long de leurs bordures latérales; selon la présente invention, ledit module se caractérise en ce que: le support est constitué par une 15 bobine tubulaire, comprenant une face périphérique autour de laquelle sont enroulées les spires, et un volume central ouvert sur la hauteur de la bobine, de facon que le liquide à filtrer entourant ladite bobine remplisse ledit volume central, 20. ladite bobine tubulaire est creusée de moyens de passage borgnes débouchant sur sa face périphérique,. ladite bobine tubulaire est dotée dans son épaisseur d'au moins un canal, communiquant avec lesdits moyens de passage borgnes et débouchant à l'extérieur de la 25 bobine en dehors de la face périphérique o s'enroulent les spires, la spire interne est fixée étanchément sur la face périphérique de la bobine de sorte que les moyens de passage borgnes débouchent entre les deux membranes de 30 ladite spire interne. Ainsi, le module conforme à l'invention, immergé dans une chambre de liquide à filtrer sous pression, laisse totalement libre le volume central axial de celle-ci. Après filtration à travers les membranes, le perméat s'écoule 35 à travers les moyens de passage borgnes de la bobine, puis est guidé par le canal précité vers la chambre basse pression. Il est à noter que les spires internes des membranes, enroulées autour de la bobine, ont un rayon de courbure très supérieur à celui des spires internes des modules connus et sont ainsi 40 soumises à des contraintes moindres et donc à des risques de détérioration réduits (craquelures). Selon un mode de réa isa t ion préférentiel, les moyens de passage borgnes sont constitués 5 par une étroite fente, s'étendant sur la hauteur de la bobine à l'exclusion de deux portions extrêmes, et affectant une fraction de l'épaisseur de ladite bobine. De plus, le canal sus-évoqué est, de préférence, de direction axiale et disposé dans le même plan radial que ladite fente, pour déboucher du 10 côté d'un des chants annulaires de la bobine. Une surépaisseur interne est avantageusement prévue sur la bobine au niveau de ladite fente et dudit canal afin de lui conférer une résistance mécanique appropriée sans surdimensionner les autres parties de sa périphérie. D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention se dénaqeront de la description oui suit en référence aux dessins annexés qui en présentent, a titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation; sur ces dessins qui font partie intégrante de la présente 20 description: - la fiqure 1 est une vue schématique en perspective d'un module conforme à l'invention (une loneueur de la spire externe, dessinée avec un arraché partiel, ayant été décollée à cette figure pour illustrer la structure des 25 spires), - la figure 2 est une coupe axiale du module par un plan AA', - la figure 3 en est une coupe transversale par un plan BR', - la ficure 4 est une vue de détail en coupe schématique transversale, montrant le collage de la spire interne sur la bobine, cependant que la figure 5 montre l'extrémité de cette spire vue selon la flèche V, - les figures 6 et 7 sont des vues 35 analogues, montrant une variante de collage ide la spire interne, - la figure 8 est une vue en coupe axiale du module monté dans un disoositif de filtration par osmose inverse. Le module de filtration représenté à 1 titre d'exemple aux figures est un module d'osmose inverse susceptible d'équiper un dispositif de production d'eau douce à partir d'eau salée, tel oue visé dans les brevets FR 81.07185 ou FR 85.15532. Ce module comprend un support constitué par une bobine tubulaire 1 de forme générale cylindrique, qui peut être obtenue par moulage en matière synthétique. Cette bobine est ouverte sur toute sa 10 hauteur, son volume central ouvert la débouchant en l'exemple des deux côtés. Dans certaines applications, un côté peut, le cas échéant, être partiellement ou totalement obturé. La bobine 1 est pourvue d'une face périphérique lb en l'exemple de forme cylindrique. De chaque 15 côté, une collerette telle que 2 prolonge ses chants annulaires. Cette collerette est ajourée par des lumières 2a, laissant largement passer le liquide à filtrer; elle assure une protection des bordures latérales de membranes. En outre, la bobine 1 possbde une 20 surépaisseur interne lc s'étendant axialement le long d'une de ses génératrices. En l'exemple, cette surépaisseur est de forme semi-cylindrique et se prolonge, d'un côté, par un téton cylindrique 3 en saillie par rapport au chant correspondant de la bobine. Ce téton est chanfreiné à son extrémité. Au niveau de sa surépaisseur lc, la bobine 1 est pourvue d'une étroite fente borgne 4 qui s'ouvre sur l1a face périphérique lb. Cette fente, ménagée le long d'une génératrice de la bobine, s'étend sur la hauteur de celle-ci à l'exclusion de deux portions extrêmes ld et le; 30 elle affecte une fraction de l'épaisseur de la bobine à son niveau. De plus, du côté du téton 3, la bobine est creusée dans son épaisseur d'un canal de direction axiale 5, ménagé dans le même plan radial que la fente 4. D'un côté, 35 ce canal 5 communique avec la fente 4 au voisinage de l'extrémité correspondante de celle-ci, cependant que, de l'autre côté, il se prolonge dans le téton 3 et débouche audessus du chant correspondant de la bobine, à l'extrémité dudit téton. La surépaisseur interne lc de la bobine nui s'étend axialement au niveau de la fente 4 et du canal 5 permet d'obtenir à ce niveau une résistance appropriée sans augmenter par ailleurs l'épaisseur de la bobine. La bobine 1 porte deux membranes d'osmose inverse enroulées en spirale autour de sa face périphérique lh. Ces membranes sont du type membranes en feuille (encore désignées par "membranes planes"). Comme le 10 montre la figure 1, ces deux membranes 6 et 7 situées en regard sont séparées par une couche ajourée d'écartement 8 (grillage ou couche d'un matériau perméable), qui évite qu'elles soient plaquées l'une contre l'autre par la pression. De plus, un orillaqe 9 séparant les 15 spires est enroulé entre celles-ci en vue de préserver une bonne diffusion de l'eau sous pression entre lesdites spires. Ce qrillane est doté de brins 9a s'étendant sur la hauteur des membranes, d'épaisseur supérieure aux brins 9b s'étendant sur la circonférence; il définit ainsi des couloirs d'écoulement 20 9c parallèles à l'axe de la bobine 1, qui favorisent le passage de l'eau entre spires (et en particulier l'évacuation de l'eau saturée après une filtration). Les deux membranes 6 et 7 sont collées étanchément l'une sur l'autre le long de leurs bordures 25 latérales telles que 6a et 7a, ainsi que le long de leurs bordures extrêmes 6b, 7b. La spire externe peut être fixée à la spire adjacente par tout moyen: collage, ruban adhésif... afin d'immobiliser la spirale en position refermée. La largeur des membranes est loégèrement 30 inférieure à celle de la face périphérique lb de la bobine: les bordures lat4rales collées de ces membranes viennent s'enrouler au niveau des portions Id et le de la bobine, cependant que les parties intermédiaires actives de ces membranes sont enroulées au niveau de la fente 4. Comme le schématisent les figures 4 et , la spire interne est étanchément collée sur la face périphérinue lb de la bobine, de sorte que la fente 4 débouche entre les deux membranes de ladite spire, désignées par "membrane extrême (6)" pour celle qui est contigquë la bobine, et "autre membrane (7)" pour la seconde. En l'exemple représenté à ces figures 4 et 5, la membrane extrême 6 de la spire interne est étanchément collée sur la face périphérique lb du côté aval de 5 la fente 4 (par rapport au sens d'enroulement des spires), tandis que l'autre membrane 7 possède une longueur supérieure à celle de ladite membrane extrême et est étanchément collée du coté amont de la fente 4, d'une part, axialement par sa bordure 7c le long de ladite fente, d'autre part, latéralement 10 en 7d et 7e, de part et d'autre de cette fente. La couche ajourée d'écartement 8 située entre membranes se prolonge dans la spire interne de façon à couvrir la fente 4 pour éviter une obturation de celle-ci par la pression s'appliquant sur ladite spire interne. Les figures 6 et 7 illustrent une variante de fixation de la spire interne sur la bobine. Dans cette variante, les deux membranes de la spire interne 6' et 7' ont la même longueur et sont collées étanchément l'une sur l'autre le long de leurs 20 bordures axiales et de leurs bordures latérales, de la même façon que pour la spire externe. Aais, dans ce cas, la membrane extrême 6' de la spire interne est dotée d'une lumière 10 découpée pour correspondre à la fente 4. Cette membrane extrême 6' est 25 étanchément collée sur la face périphérique de la bobine autour de la fente 4, avec sa lumière en correspondance avec la fente 4. La couche d'écartement 8' s'étend jusqu'à la bordure des membranes de façon à couvrir comme 30 précédemment la fente 4. La figure 8 montre le module conforme à l'invention, inséré dans la chambre haute pression CH d'un dessaleur d'eau de mer 11 tel que décrit dans la demande FR 85.15532. Le téton 3 est équipe d'un joint torique d'étanchéité 12 et pénètre dans un trou de forme appropriée, ménagé dans la paroi 13 qui sépare dans le dispositif concerné la chambre haute pression de la chambre basse pression CB o est recueillie l'eau filtrée. -Le joint 12 vient en appui contre une portée conique et est appliqué sur celle40 ci par la pression. Le volume central ouvert la du module est rempli d'eau sous pression et forme un logement disponible pour un piston 14 qui pénètre dans celui-ci au fur et à mesure de la filtration. REVENDICATIONS 1/ - tModule de filtration d'un liquide sous pression, comprenant un support et des membranes de 5 filtration en feuille, enroulées en spirale autour dudit support, chaque spire étant composée de deux membranes en regard (6, 7), séparées par une couche ajourée d'écartement (8) et fixées étanchément l'une sur l'autre le lonn de leurs bordures latérales, ledit module étant caractérisé en ce que: 10. le support est constitué par une bobine tubulaire (1), comprenant une face périphérique (lb) autour de laquelle sont enroulées les spires, et un volume central (la) ouvert sur la hauteur de la bobine, de façon que le liquide à filtrer entourant ladite bobine remplisse ledit 15 volume central, ladite bobine tubulaire est creusée de moyens de passage borgnes (4) débouchant sur sa face périphérique (lb), ladite bobine tubulaire est dotée dans 20 son épaisseur d'au moins un canal (5), communiquant avec lesdits moyens de passage borgnes (4) et débouchant à l'extérieur de la bobine en dehors de la face périphérique o s'enroulent les spires, la spire interne est fixée étanchément 25 sur la face périphérique (lb) de la bobine de sorte que les moyens de passage borgnes (4) débouchent entre les deux membranes (6, 7) de ladite spire interne. 2/ - Nodule de filtration selon la revendication 1, caractérise en ce que les moyens de passage 30 borgnes sont constitués par une étroite fente (4) s'étendant sur la hauteur de la bobine, à l'exclusion de deux portions extrêmes (ld, le), et affectant une fraction de l'épaisseur de ladite bobine. 3/ - Module de filtration selon la 35 revendication 2, caractérisé en ce que la bobine est de forme généralement cylindrique, la fente (4) s'étendant le long d'une Génératrice de celle-ci. 4/ - Module de filtration selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la canal (5) 40 présente une direction axiale et débouche du côté d'un des chants annulaires de la bobine (1). / - M-odule de filtration selon les revendications 3 et 4 prises ensemble, caractérisé en ce que 5 la fente (4) et le canal (5) sont disposés dans un même plan radial de la bobine, le canal (5) communiquant avec la fente (4) au voisinage d'une de ses extrémités et débouchant audessus du chant de la bobine qui est situé du côté de ladite extrémité. n 6/ - Module de filtration selon la revendication 5, caractérisé en ce que la bobine (1) présente une surépaisseur interne (lc) s'étendant axialemrent au niveau de sa fente (4) et de son canal (5). 7/ - Module de filtration selon l'une 15 des revendications 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que le canal (5) se prolonge dans un tLéton cylindrique (3) en saillie par rapport au chant de la bobine. 8/ - Module de filtration selon l'une des revendications 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que: 20. la membrane extrême (6) de la spire interne est étanchément collée sur la face périphérique (lb) de la bobine du côté aval de la fente (4) (par rapport au sens d'enroulement des spires), l'autre membrane (7) de ladite spire 25 interne possède une longueur supérieure à ladite membrane extrême et est étanchément collée du coté amont de la fente (4), d'une part, axialement le long de celle-ci (7c), d'autre part, latéralement de part et d'autre de ladite fente (7d, 7e). 9/ - Module de filtration selon l'une des revendications 2, 3, 4, 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que:. la membrane extrême (6') de la spire interne est étanchément collée sur la face périphérique de la bobine autour de la fente (4) avec une lumière (10) découpée 35 au niveau de ladite fente, l'autre membrane (7') de ladite spire interne est étanchément collée sur la membrane extrême (6') précitée le long de sa bordure axiale et- de ses bordures latérales. / - Module de filtration selon l'une des revendic. ations 8 ou 9, caractérisé en ce que la couche ajourée d'écartement (8) se prolongqe dans la spire interne de façon à couvrir la fente (4). 11/ - Module de filtration selon l'une des revendications précédentes, comprenant un grillage (9) de séparation des spires, enroulé entre lesdites spires et adapté pour délimiter des couloirs d'écoulement d'eau (9c) s'étendant sur la hauteur de la bobine (1). 12/ - Module conforme à l'une des revendications précédentes, dans lequel les membranes sont des membranes d'osmose inverse.