Brevet FR2626781A1 — publié le 19890811

i1 2626781 Dispositit pour le filtrne et la sa-ration de milieux en écoulement L'invention cctrne un dispositif pour le filtrage et la séparation de ixieux en ecoulement par osmose inverse, ultrafiltration et microfiltraticn dsan lequel plusieurs éléments filtrants de structure. sensiblement plate sont empils l'un sur l'autre A une certaine distance l'un de l'autre en ralisant A Chaque fois une chambre d'écoulement pour le xilieu en éculement, le perméat créé étant évacué à la face frontale d'au moins un orifice sensiblement orthogonal à la surface plane de l'éliment filtrant réalisé dns l'élément filtrant. Dans des dispositifs de ce type CE-OS 35 07 908) les éléments 1D filtrants e.xbranes) sont Jusqu'ilci reçus dans des cadres supports spécaux, qui se comCposnt d'un anneau extérieur et d'um anneau intérieur, entre lesquels sont disposés une grille et un tissu fileté qui présente des boutons. Un ncmbre quelconque de cadres supports de ce type disposés à plat sur l'anneau extérieur et l'anneau intérieur sont 1S empilés l'un sur l'autre en comprenant un élément filtrant entre chaque paire de cadre, les anneaux extéArieurs et les ann-eau intérieurs garantissant une liaison fixe du dispositif aintsi constitué. On observe vqu'en utilst des supports d'éléments de ce type sur les pièces du cadre support en contact avec l'élément filtrant, dans l'exemple oit- ci-dessus la grille avec les boutns qui y sont disposés, le rendement permdat diminue au cours du temps, de srte que la capacité de séparation du dispositif diminue dans son ensemble. la raisonm en est que dans la zone appelée "ombre" d'écoulement2 des points die contact des boutons sur la surface de l'élément filtrant il se produit des germes de cristallisation pour la précipltation de Matériau ontenus dans le milieu en écoulement et un dépôt accru de pollution. On peut bien sar obvier à la diminution de la capacité de séparation du dispositif en augmentant la vitesse du milieu en éculement dans le disxpositif, ce qut diminue la formation de germes de cristallisation sur les points de contact et le dépft de boue, mais ce- procéd d'une part ne permet pas de garder cunstante de façon durable la capacité de séparation du dispositif et d'autre part l'augmentation de la vteEae du milieu de séparaticon est iée à une plus granie dépense d'énergie des dispositifs de ponpage et le dispositif doit dan son ensemble être réalisé en vue diune différence de pression plus importante, ce qui a nouveau augmente sensiblement son coût. C'est le but de la présente invention de réaliser un dispositif grace auquel est évité d'une façon simple la formation de germes de cristallisatlm sur la surface des éléments filtrants et de cette façon un dépat d'impuretés entrainées par le milieu en écoulement, de sorte que de façon simple la capacité de séparation du dispositif reste maintenue et que le dispositif dans son ensemble peut être réalisé de faan. encore plus économique qu'un dispositif connu. Ce but est atteint selon l'invention en ce que l'élément filtrant repose sensiblement à plat sur un support d'élément filtrant en forme de plaque, faisant saillie et en ce qu'entre chaque paire filtrants disposés face à face dafns une chambre d'écoulement est disposée une plaque qui met en turbulence le milieu en écoulement. L'avantage du dispositif selon l'iavention est essentiellement que le milieu en écoulement lors de son écoulement à travers la chambre d'écoulement est mis en turbulence par la plaque disposée entre deux éléments filtrants dans la chambre d'écoulement, de sorte que l'on peut ainsi éviter une formation -de germes de cristallisation pour la précipitation de matériaux contenus dan le milieu d'écoulement et le dépft de boues et qu'aucun appui sur des entret oises ou des boutons pour la fixation de l'élément filtrant n'est nécessaire en raison du support d'élément filtrant en furme de plaque en saillie. Ces deu= dispositions coopèrent pour augmenter la turbulence de l'ensemble de la surface d'élément filtrant et améliorer selon le but poursuivi la capacité de séparation du dispositif. Selon un mode de réalisation avantageux la plaque est disposée entre les deux éléments filtrants de telle façon que d'un côté elle n'est sensiblement pas en contact avec eux et de.liautre côté elle est mobile D au moins avec un degré de liberté. Grace à la mobilité de la plaque la turbulence dams le milieu d'écoulement est de façon avantageuse encore augmentée dans la chambre d'écoulement, c'est-à-dire par le déplacement - de la plaque qui dépend du milieu d'écoulement. La plaque elle-même présente de façon plus avantageuse plusieurs orifices de trace sensiblement orthogonaux à la surface de plaque, qui 262678 1 peuvent en pri pe posséder une section quelconque, Ls orifices présentent de priférence une seation semi-circulare, Le nombre.t la dispittionh des orifices sur la plaque peuvent être quelconques et formés selon le type de milieu en écoulement à sparer. Suivant le type de structure du.dspsitif tla-plaque peut être fixéee de façon très différenie entre les éléments filtrants disposés face à face dans une chamnbre d'écoulement. En particulier, lorsque les éléments filtrants possèdent une forme sensiblement symétrique, par exemple circulaire, il est avantageux que la plaque présente un orifice de fixat4n 4disposé sensiblement axalement à l'orifice de l'élément filtrant, de façon A rendre possible de façon plus simple sa mis en place dans l'empilement d'éléments filtrants, de supports d'éléments filtrants et de plaques. Selon une autre structure de l'invention la plaque s'appuie par un 15. jaoint annulaire disposé dant l'orlfice de fixation sur une entretoise en forme de plaque, d'tépaisseur supérieure à 'a plaque, disposée au centre du trou de f'xation la plaque étant disposée grâce à l'entretoise entre deu éléments filtrants. Ce type de fixation de la plaque permet que le disque puisse non seulement se déplacer légèrement en direction aiale par rapport à l'orifice de l'élément filtrant, mi aussi légérement autour de l'axe de iorifice, cé qui à nouveau augmente la possibilité de créer un écoulement turbulent du milieu en écoulement. Pour rendre pwurtant réglable la obilité de la plaque qui réalise la turbulence, ce qui dms certaines limites Influence aussi la force de la turbulence du milieu en éoulement, plusieurs bosses placées A la surface du filtre sont disposées selon une autre structure du dispositif sur la surface de filtre tournée vers la chabre d'écoulement, ces basses ne venant cependant normalement pas en contact avec les surfaces de filtres voisines. 31 Ces bosses sont ici de façon avantageuse constituées d'au moins une plaque annulaire entourant l'élément filtrant dans sa zone de bord extérieur et par un bossage anlair en saillie de l'élément filtrant sensiblement de même hauteur et de xmme direction que le disque ' - annuaire, le disque annulaire réalisé dan la zone de. bord extérieur pessédant en plus de sa fonction de réglage de la mobilit de-la plaque qui or 1e t ulenae la ftntiona d'augmenter la staBilité du support 262678 1 d'élément filtrant en forme de disque, de sorte que mxme pour des pressions de fonctionnement et et des pressaions différentielles extrêmement élevé du milieu en écoulement aucun autre appui par entretoise ou élément similaire n'est nécessaire. La stabilité propre du support d'éléments filtrants en saillie est de cette façon augmentée d'une façon simple. Il est finalement avantageux, que les bosses soient aussi constituèes par plusieurs saillies ponctuelles réparties sur la surface du filtre, ces saillies servant également au réglage de la mobilité et au réglage de la force souhaitée de la turbulence dans la chambre d'écoulement. On va maintenant décrire l'invention en se référant aux dessins schématiques suivants A l'aide d'un exemple d'éxécution. Les figures représentent -. La Fig. 1 une coupe d'un dispositif partiel constitué de deux supports d'éléments filtrants avec un ou deux éléments filtrants disposés sur ces supports, La Fig. 2 A une plus grande échelle la partie supérieure du dispositif partiel représenté A la Fig.l, La Figs. 3 une vue de dessus sur un support d'éléments filtrants sur lequel est dispos un élément filtrant, La Fig. 4 une vue de dessus de la plaque créant la turbulence dams la chambre d'éoulement, La SiS. 5 une représentation graphique indiquant le débit de permat en fonction du débit brut de milieu avec et san plaque créant la turbulence en vue de la création de turbulence, La Fig. 6 la conductibilité en fonction du débit brut de milieu d'écoulement avec et sazs plaque de création de turbulence. Le dispositif 10 est représenté schématiquement à la Fig. 1 ainsi qu'à plus gi-ande échelle en-coupe A la Fig. 2. Les Figs. 1 et 2, en vue de la clarté, représentent exclusivement deux dispoitfffs appelés poches de filtre, qui sont empilés l'un sur l'autre. Un nombre quelconque de poches empilées les unes sur les autres constitue le.dispcit f 10, le mombre de poches dépendant du type de milieu A séparer et des coiditions de l'insertion du dispositif 10. Cependant, pour comprendre le principe de l'tinvenution, la description de deux poches de filtre elusivement est suffisante. - une poche de filtre se compose sensiblement d'un 'ppor-tL 18 d'élémen"ts filtrants en forme de plaque, sur les deux faces duquel est amené un élément filtrant plan, qui peut par exemple être un filtre i membrane en forme de poche, après interposition d' un matelas, Cette structure est fondamentalement valable pour chacune des poches mentioné ci-dessus. Entre les éléments 11 qui se font face de deux poches vosines est disposée une plaque 20, l'une des surfaces 21 de plaque étant Opposée à la surface de filtre 12 extérieure et la deuxième surface 22 de plaque étant opposée à la surface de filtre 12 de l'élément 11 de la poche de filtre voisine. lEntre deux éléen;ts filtrants il disposés face à face d'une poche et de l'autre est constituée une chambre d'écoulemen 14, ds laquelle s'écoule le milieu se écoulement 19 à séparer. Entre les deux surfaces extérieures d'léments filtrants 12 est disposée la plaque 20 sensiblement au milieu an- la chambre d'écoulement 14, et ce de telle façon que la plaque ne soit pas en contact avec les éléments filtrants. La plaque 20, voir Fis. 4, est dans l'exemple d'exécution décrit ici sensble crculaire et présente dans son centre 25 un orfice de fixati 200 ainsi que plusieurs orifices 23 ménagés sur la surface circulaire, qui présèet dns l'exemple d'exécution décrit ici une section seoi-cuairce. Il faut remarquer que le type de structure des oifices 23, leur dispsition sur la plaque et leur nombre peuvent être choisis dune façon quelconque appropriée. La plaque 20 est alignée par une plaque d'entretoise 26 sensiRblement radialement et axialement avec les éléments filtrants ainsi qu'avec les supports 18 d'éléments filtrants, dans le cas prtsent par un joint annulaire 24 qui est de préférence un Joint torique -dispoex dai l'orifice de fixation 200 de Za plaque 20. Comme on peut le voir aux Fig. I et 2, le Joint annulaire 24 crée une limite étanche entre deux surfaces 12 d'lets filtrants disposés face à face ainsi qu'une. entretoise 26, qui est dspoe d l'orifice de fixaticm 200 A s l'état assemblé du dispotf 10 et qui de xèe est dispose ntre deux surfaces d'élments filtrauts 12 opposées de deus poches voisines. L'entretoise 26 présente ici une épaisseur légèrement supérieure à celle de la plaque 20. Chaque élément filtrant il présente dams sGa zone de bord extérieur une plaque ainulaire 27.entourant l'élxent filtrant comme bosse. La plaque 27 est collée avec la zone de bord ertérieur 110 de l'élément filtrant. Au centre de l'élément filtrant 11, voir FIS3, la bosse est réalisée par un bossage annulaire 111 en saillie sensiblement de Xàme hauteur et de mze direction que la plaque annulaire 27 xentionnée ci- dessus, ce bsge possédant exacteent la mène fonction d'entretoise que la plaque annulaire 2 mentionnée ci-desgs, ce qui sera décrit plus en détail o-dessous Sur la surface 12 de filtre orientée vers la camxbre d'écoulement sont réalisées plusieurs saillies 28, qui possèdent également les mômes fonctions d'entretoise, ce qui sera également décrit plus loin. Le bossage annulare 111 de l'élément filtrant il au centre 15. c'est-A-ditre à l'orifice de'sortie 30 de peréat 15, peut être réalisé de' telle façon lqu'une plaque 31 soit disposée autour de l'orifice central d'éva- cuation de perméat 15 en présentant une épaisseur ou hauteur telle que l'élément filtrant 11 s0it en saillie do cette quantité en forme de bossage. L a hauteur ou:paisseur de la plaque extérieure annulaire 27, la hauteur des saillies 28 ainsi que la ba*teur du bossage 111, par rapport à la surface du support 18 d'elément fiitrant présentent des dimensions telles. que la plaque 20 est mobile dans au moins 1 degré de liberté, c'est-à-dire en direction axiale du dispositif 10. La plaque 20 peut aussi tourner légèrement autour de l'axe du dispositif. I1 faut mentionner que toutes les bosses mentionnés ci-dessus 27, 28, 110 servent à régler et à liiter la mobilité de la plaque, ou, en d'autres termes, à maintenir deux lames égales entre la 'plaque 20 et les surfaces d'élément filttant 12. Pendant le fonctionnement le milieu en écoulement 19g s'écoule de façon connue dans les chambres d'écoulement 14 A parttr d'une intrxoduction de milieu d'écoulement non représentée vers une sortie de milieu d'écoulement non représentée et quittent là le dispositif 10 sous :forme de concentré. A partir du milieu en écoulement 19 on obtient dans les chambres d'écoulement 14 par les lément filtrant.s 11 de façon 7. séparme le peréat 15 parles surfaces frontales 17 de l'orifice 16 de l'élément filtrant 11 dans 'la sortie de peréat 30, ce processus se produit dans l'enlsemble d'une façon semblable et connue dans des dsostifs de ce type. Lors du fnctio nneen du diposit: f 10 selon lxventionm, en raison de la turbulence du milieu en écoulement 19 des plaques 20 prévues dans les chambres d'écoulemeit 14, il est assuré que. sur les faces tou rnées vers la chambre d'éoulement 14 des faces d'éléments fitrants 12 ne peut se déposer aucune impureté et qu'il ne peut de plus se créer aucun germe de cristallisation pour le dépat de le matériaux contmenus d le milieu d'écoulement. On observe que pendant le fonctionnement du dispositif en aJoutant la plaque 20 qui crée la turbulence il ne se produit pas d'-mbre du milieu d'écoulement dan les obambres 14 d'écoulement. Un voit à la Fig. 5 que la quantité de perméat 15 produit par le 15. dtspositif 10 pour un mame débit de milieu en écoulement (eau brute - lorsque l'on introduit la plaque 20 qui crée la turbulence est sigxficavtiement plus grand que sans plaques 20. L'augmentation résulte de ce que pour une concentrationu saline augxentée sur la surface 12 d'éléments filtrants la pression osmétique augmente en mOme temps que la pression de travail effective est réduite (pression de travail effective = pression de fonctionnement - pression asmotique). Le flur de perméat 15 à travers les:exbranes est donc d'autant plus élevé que la conuentrtion Saline sur la surface d'léments filtrante est plus faible. Grace au créateur de turbulence (plaque f0) la cpnoentratio saine ou couche ltimite diminue et de cette façon le fiux de perméat 15 aug aam La FiS.6 représente la condutibilité en fonction du débit brut de milieu eun écoulement avec et sans plaque 20. La fuite saline travers une mmbrane lment filtrant 11) est directement proportionelle à la 1différence des concentrations salins entre dex staces 12 et 13 d'éléments filtrants. Contrairement au flux de perméat 15 elle est indépendantede la pression. Par conséquent, sf la différence de io-ncetratin. est réduite par le créateur de turbulence (plaque 20> la coenducttlbiité t donc la teneur en sel dans le per'éat 15 diminuent aussi simultanme*nt. Il faut enfin mentionner que le dispositif selon l'invention s'applique fondmentalement A l'emploi de tous les éléments filtrants plats, en particulier des filtres à membranes. La plaque plate 18 de support d'éléments filtrants peut être réalisée en un matériau quelconque approprié, par exempile du polyétherixide. Elle doit cependant pouvoir être collée avec l'élément filtrant 11 nu la couche intermédiaire 29 et elle doit être adaptée aux propriétés de résistance concernant les aliments. Comme matériau du supportl8 d'éléments filtrants on peut aussi par exemple utiliser de 1iAB, du PVC. La plaque 20 se compose de préférence de polyétheriaide, :ais d'autres Matériaux appropriés peuvent être envisagés. La plaque annulaire 27 et la rondelle 31-, qui réalisent le bossage ill de l'élément filtrant 11, somt'de préférence de 0,25 mm d.épaisseur. ?62678 1 RllEND1tTMO^ 1. Displositif pour le filtrage et la séparation de milieux d'coulement par osmouse inverse, ultIfîltratlon et ticrofiltration.dan lequel plusieurs éléments filtrants sensiblement plate sont empilés l'un sur l'autre à une certaine distance %'u de l"autre en réalsant chaque fois des chambres d'écoulement pour le milieu, lé permét cré étant évacu& sur la surface fontale d'au moins un Drifice ménag dans l'élèent filtrant, sensiblement ohogonal à la surface plane de l'élément filtrant, caractérisé en ce que l'élémenlt filtrant (11) repose sensiblement à plat sur un support (18) d'élément filtrant en forme de plaque, aisant sailie et en ce qu'entre chaque paire d'éléments filtrants (11) dsposs face à face da une chambre d'écoulement (14) est disposée mune plaque (20) qu net en turbulence le milieu en écolement. 2. Dispositif selot la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de liberté. 3. Dispositif selon lune des revendications i ou 2 ou selon les- deux revendications, caractérisé en ce que la plaque (2-) présente plusieurs orifices (23) de tracés sensiblement rthonaux à la surface de plaque (21, 22). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérIsé en ce que les orifces 23) présentent une section semi-rcuare. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, aractés en ce que la plaque 20) présente un orifice (200) de fiation disposé sensiblement dans 1'a de l'orifice filtrant (11>. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la plaque 20) s'appuie au yen dt'un joint annulaire 24> dispsé dans 1G l'orifice de fixation (200) sur une entretoise (26) en forue de plaque, d'épaisseur plus forte que la plaque (20), disposée au centre (25)> de l'oritice de tfzatiao (200), la plaque (20> étant logée entre deux éléments' filtrat (!1) au "oyen de l'entretaise (26) en forme de plaque. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée. en ce que sur la surface (12) d'élément filtrant tournée vers la,chalbre (14) d'gcculement sont disposées plusieurs boses Opposées & la surface (12) d'êlment filtrant, IO 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que les bosses sont constituées au loins dune plaque (27) annulaire entourant l'élélent filtrant (11> d-s.sa zone de bord extérieur (110) et par un bossage annulaire (111) de l'élément filtrant (11) opposé à la plaque annulaire *27) et sensiblement de màe hauteur et direction que celle- 1 eCL ci. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractêris- en ce que la- plaque annulaire (27) est constituée d'une couche de matériau collant. 10. Disposlitif selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que les bosses sont constituées- de plusieurs saillies ponctuelles C28) réparties sur la surface