Brevet FR2681533A1 — publié le 19930326

DISPOSITIF DE FILTRATION A MANCHON POREUX TOURNANT DESCRIPTION L'invention se rapporte à un dispositif de filtration à manchon poreux tournant. De tels dispositifs sont utilisés pour filtrer des liquides très divers par ce qu'on appelle une filtration tangentielle. Le manchon poreux de forme cylindrique est mis en rotation par une ligne d'arbres qui lui est coaxiale. Le liquide à filtrer baigne une des faces du manchon, par exemple sa face externe, et la rotation facilite son passage à travers le manchon, suivi de son écoulement. Une différence de pression entre les deux faces du manchon facilite la traversée. Le manchon porte normalement une membrane dont les pores sont calibrés avec précision et qui est disposée du côté du Liquide à filtrer. La nature de la membrane est minérale (oxyde, carbure, nitrure) ou organique (polysulfone). De tels dispositifs donnent satisfaction quant à la qualité de filtration mais présentent l'inconvénient que l'épaisseur du manchon à laquelle il faut en général consentir est faible, de sorte que des vibrations sont alors produites, dont l'amplitude devient intolérable dès qu'on veut accroître la surface de filtration en allongeant le manchon. L'objet de l'invention est de permettre l'emploi de manchons sensiblement plus longs que ceux des dispositifs connus à présent, où la ligne d'arbres est composée en particulier d'un axe s'étendant à travers le manchon et de deux élargissements de part et d'autre de l'axe et entre lesquels le manchon s'appuie par ses deux extrémités, le manchon et l'axe délimitant une chambre annulaire occupée ou traversée par le liquide. La demande de brevet français 87 09049 décrit un tel montage. Selon l'invention, l'axe est muni de saillies qui s'étendent radialement dans la chambre jusqu'à toucher des parties médianes du manchon. On va maintenant décrire l'invention plus en détail à l'aide des figures suivantes annexées à titre illustratif et non limitatif - La figure 1 illustre un dispositif de filtration, - la figure 2 ilLustre un autre dispositif de filtration, et - les figures 3 et 4 illustrent des formes d'axes envisageables. Le dispositif de filtration de la figure i comprend une chambre 1 cylindrique délimitée par une enveloppe 2 qui l'entoure et s'élargit à ses extrémités pour former des collets 3 et 4 boulonnés à des brides, respectivement 5 et 6. Le liquide à filtrer pénètre au bas de la chambre 1 par un orifice d'entrée 8 ménagé à travers la bride 6 inférieure et en ressort par un orifice de sortie 7 ménagé à travers la bride 5 supérieure. Un renouvellement permanent du liquide est réalisé pendant la filtration. Une ligne d'arbres 9 traverse la chambre 1. Elle est composée d'un axe 10, de deux embouts 11 et 12 vissés aux extrémités de l'axe 10 de manière à y former des élargissements, et d'un bout d'arbre 13 accouplé à l'embout 11 supérieur par une clé 14 en forme de douille coiffant l'embout 11 supérieur et l'entraînant en rotation en engrenant avec une paire d'ergots 15 qui lui appartiennent. Le bout d'arbre 13 s'étend à traves la bride 5 supérieure et est entrainé à son extrémité supérieure par un arbre moteur 16. Sa position est maintenue par un palier 17 formé de deux roulements à billes engagés dans la bride 5 supérieure. L'axe 10 est maintenu par un autre palier ménagé dans la bride 6 inférieure et formé de deux roulements à billes 18 qui soutiennent l'embout 12 inférieur. L'étanchéité de la chambre 1 est maintenue par des systèmes de joints d'étanchéité 19 et 20 qui s'étendent pour le premier entre le bout d'arbre 13 et la bride 5 supérieure et entre l'embout 12 inférieur et la bride 6 inférieure pour le second. Un manchon poreux 21 est légèrement comprimé entre les embouts 11 et 12 par l'intermédiaire d'autres joints d'étanchéité 22 et 23 plats et circulaires. Sa surface extérieure est garnie d'une membrane 24 munie de pores dont le calibre est bien défini et qui définissent le seuil de filtration car ils sont plus fins que les pores du manchon 21. L'axe 10 est creusé d'un perçage 25 axial qui débouche au fond de la chambre annulaire 26 délimitée entre Itaxe 10 et le manchon poreux 21. Le perçage 25 est prolongé par un autre perçage 27 creusé dans l'embout 12 inférieur et qui débouche dans une chambre collectrice 28 traversée par l'embout 12 inférieur et limitée entre le joint d'étanchéité 20 et un autre système de joint d'étanchéité 29 au-dessous du précédent. Un collecteur 30 de liquide filtré débouche à l'intérieur de la chambre collectrice 28. La figure 2 illustre une autre réalisation de système de filtration . On trouve plusieurs dispositifs de filtration 36 analogues à celui de la figure 1 si ce n'est que les enveloppes 2 sont absentes et remplacées par une enveloppe 35 cylindrique beaucoup plus trapue qui enveloppe tous les dispositifs de filtraticn 36 dans une cuve 34. Un moteur 37 unique dont l'arbre de sortie porte une roue dentée 38 entraîne un série de pignons 39 dont chacun est solidaire de l'embout 12 inférieur du dispositif de filtration 36 respectif. Les bouts d'arbres 13 existent toujours mais sont alors montés fous. Le sommet du dispositif est occupé par un dispositif d'alimentation en gaz 40 muni d'un filtre 41, un tuyau d'évacuation de gaz 42 et un brise-mousse 43 composé principalement d'un arbre moteur 44 qui entraîne des pales 45. Ces appareils sont posés sur un couvercle 46 amovible. Le liquide à filtrer est versé dans l'enveloppe 35 après avoir ôté le couvercle 46. Une sonde 47 permet de repérer son niveau. L'enveloppe 35 comprend encore des orifices 48 pour loger des appareils de mesure du pH ou d'autres propriétés physiques ou chimiques du contenu de la cuve 34. Son fond 49 est occupé par un agitateur 50 à hélice, une vanne de vidange 51 et des vannes de prélèvement 52. Les dispositifs de filration 36 s'étendent entre le couvercle 46 et le fond 49 et les manchons poreux 21 s'élèvent presque jusqu'au niveau du liquide à filtrer. La filtration s'effectue donc par une grande surface et permet de limiter la pression de transfert à travers les manchons poreux 21 et, en conséquence, de limiter les risques de colmatage. Il serait aussi possible de placer les dispositifs de filtration 36 sur un circuit de dérivation aboutissant à une chambre analogue à la chambre 1 de la figure 1, mais on préfère les placer directement dans la cuve 34 dans le cas où le dispositif est un fermenteur utilisé pour des applications en biologie. Une seule opération suffit alors pour stériliser la cuve 34 et les dispositifs de filtration 36. L'élément fondamental de l'invention apparaît sur les figures 3 et 4. Il est en effet essentiel que La ligne d'arbres 9 soutienne le manchon poreux 21 non seulement aux extrémités, mais encore sur ses parties médianes et de préférence sur une longueur importante. L'axe 10 est donc muni de saillies qui s'étendent radialement dans la chambre annulaire 26 jusqu'à toucher la face interne du manchon poreux 21. Dans la réalisation de la figure 3, l'axe, référencé par 110, est une tige à section uniforme et touche le manchon poreux 21 par des arêtes 111 qui séparent des facettes 112. Le soutien est meilleur si les arêtes 111 sont chanfreinées comme on l'a représenté. Le volume de la chambre annulaire 26 est plus grand si les facettes 112 sont concaves, mais des facettes droites d'une section polygonale conviendraient aussi. Les différents secteurs dont la chambre annulaire 26 est formée communiquent au-dessus du débouché du perçage 23 pour autoriser une filtration correcte : on peut transpercer l'axe 110 de perçages diamétraux ou interrompre les arêtes 111. Une autre réalisation apparaît sur la figure 4. L'axe 210 est ici une tige filetée composée d'un nombre quelconque de filetages 211, ou d'hélices qui s'appuient sur le manchon poreux 21. Le sens du filetage est choisi de manière que le liquide filtré soit renvoyé vers le perçage 23. D'autres modes de réalisation sont possibles, mais les deux qui sont illustrés ici présentent l'avantage que Le manchon poreux 21 est appuyé sur l'axe en au moins un point de chacune de ses sections. IL serait concevable de ne soutenir le manchon poreux 21 que sur certaines portions de sa longueur condition que celles-ci soient suffisamment bien réparties pour qu'aucune vibration excessive ne soit introduite au régime de fonctionnement du moteur. On a pu faire tourner un manchon de 500 mm de longueur et de 10 mm de diamètre externe à 3000 tr/mm. Les corpuscules retenus par la membrane 24 peuvent être des ions, des enzymes, des microorganismes ou des cellules en particulier. REVENDICATIONS 1. Dispositif de filtration comprenant un filtre composé en particulier d'un manchon tubulaire poreux (21) et une ligne d'arbres tournante composée en particulier d'un axe (10, 110, 210) s'étendant à travers le manchon et de deux élargissements (11, 12) de part et d'autre de L'axe et sur lesquels le manchon s'appuie par ses deux extrémités, le manchon et l'axe délimitant une chambre annulaire (26) de filtration, caractérisé en ce que l'axe est muni de saillies (111, 211) qui s'étendent radialement dans la chambre (26) jusqu'à toucher des parties médianes du manchon (21). 2. Dispositif de filtration suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'axe comprend un perçage (25) débouchant au fond de La chambre (26) et communiquant par une extrémité opposée avec un circuit de prélèvement (30) de liquide filtré. 3. Dispositif de filtration suivant L'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'axe (110) est une tige à section à facettes (112) séparées par des arêtes (111) constituent les saillies. 4. Dispositif de filtration suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les saillies sont des hélices (212). 5. Dispositif de filtration suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la ligne d'arbres comprend un bout d'arbre (13) relié à un des élargissements (11) par un accouplement à clef (14) et ergots (15), l'autre élargissement (12) étant soutenu par au moins un palier (18).