Brevet FR2690853A1 — publié le 19931112

Cette invention concerne une cartouche filtrante destinée à être utilisée dans des dispositifs de filtra- tion conçus pour supprimer les particules solides ou la poussière de grands volumes de gaz, y compris l'air, dans lesquels elles sont en suspension, tels que les ba- layeurs, les aspirateurs du type à sac, les collecteurs de poussière industriels et analogues. Les systèmes de filtration qui utilisent des cartou- ches filtrantes emploient un matériau filtrant poreux à travers lequel passe le milieu gazeux, les solides étant retenus sur la surface amont du milieu filtrant lorsque le gaz passe au travers de celui-ci Les solides séparés avec le temps s'accumulent sur le côté amont du milieu filtrant et doivent être enlevés avant que l'épaisseur de la couche de solides accumulés n'entraîne une chute de pression excessive Dans la pratique courante, la croûte de filtration est déplacée à partir des éléments fil- trants au moyen d'un jet d'air comprimé sur l'élément filtrant, d'un écoulement d'air en sens inverse, ou d'un mécanisme vibrant Le milieu filtrant fléchit sous la force de l'air propulsé pour déloger la croûte de fil- tration et le flux des gaz en cours de filtration est maintenu pendant que de tels flexions et déplacements sont réalisés. Les cartouches filtrantes ont généralement un milieu filtrant plié ou plissé agencé de manière cylindrique autour d'un élément ou tube formant support cylindrique perforé Les tubes formant supports et le milieu filtrant sont collés sur des bouchons d'extrémité qui empêchent une fuite autour du milieu filtrant et fournissent un support pour le milieu filtrant. Pour la plupart, des feutres et des tissus ont été utilisés en tant que milieu filtrant avec ajout de papier et d'autres renforts non tissés Les cartouches de ce type comportent de manière typique des plis très proches les uns des autres, par exemple 7 à 12 plis sur 2,54 cm (par pouce), pour deux raisons: ( 1) pour rendre maximale la surface active du milieu filtrant, et ( 2) pour amélio- rer la résistance physique du milieu filtrant mince dans lequel chaque pli n'est pas supporté sur la cartouche pendant le fonctionnement et le nettoyage. Un exemple est trouvé dans le brevet US 4 878 930 au nom de Manniso et autres qui utilise une membrane de polytétrafluoroéthylène poreux expansé (e PTFE) stratifiée à un feutre ou tissu et qui est supportée par un renfort en fil métallique L'espacement entre les plis est plus grand de manière typique que celui utilisé avec un autre milieu filtrant du fait que les membranes de e PTFE sont plus faciles à nettoyer Lors du cycle de nettoyage, il est important de laisser un espace suffisant pour permet- tre à la poussière (saleté, produit, etc) de sortir de l'espace entre les plis C'est la raison pour laquelle les cartouches filtrantes à membrane de e PTFE sont supportées de manière robuste, pour permettre l'espace- ment destiné à un nettoyage efficace tout en supportant les plis relativement ouverts qui ne pourraient être supportés par des moyens habituels Il a donc été ressen- ti, qu'un milieu de poids plus faible devrait avoir des plis tassés de manière serrée pour obtenir un support durant le nettoyage et par conséquent éviter un défaut par perforation Le pli serré nécessité pour supporter une telle cartouche est très insuffisant dans le cycle de nettoyage, et amène donc à produire une accumulation et une chute de pression élevée Un pli plus ouvert ne convient pas bien car l'air propulsé à haute pression nécessité pour nettoyer ce filtre peut perforer la cartouche. Il a été précédemment considéré que l'utilisation du e PTFE stratifié sur un non-tissé devait être fabriqué de manière habituelle pour fournir un support aux milieux ayant la forme d'entretoises ou analogues On a pensé qu'un pli serré nécessaire pour former un support minimi- serait l'efficacité du stratifié e PTFE nettoyable. La présente invention a amené la découverte surpre- nante que la membrane e PTFE stratifiée à un renfort de tissu non-tissé ou de feutre peut être utilisée dans un environnement à charge granulaire élevée, sous haute pression, existant dans les aspirateurs à sac indus- triels, ayant des espacements de plis ouverts de moins de 7 plis sur 2,54 cm (par pouce), et sans aucun support extérieur. Donc, la présente invention peut être décrite comme: une cartouche filtrante plissée comportant a) un tube formant support poreux, b) un milieu filtrant plissé agencé autour dudit tube, comprenant un stratifié composite de polytétrafluo- roéthylène expansé poreux et un renfort textile de non- tissé ou de feutre, c) des bouchons d'extrémité dans desquels les extrémités du milieu filtrant et du tube sont fixées de manière étanche dans laquelle le milieu filtrant plissé a moins de 7 plis sur 2,54 cm (par pouce). Par poreux on signifie que des gaz peuvent traver- ser. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, faite uniquement à titre d'exemple et en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en perspective d'un tube formant support perforé ayant des perforations 11, la figure 2 est une vue en perspective du milieu filtrant 12 cylindrique plissé, la figure 3 est une vue du tube 10 formant support ayant le milieu filtrant 12 agencé autour d'une partie de celui-ci, la figure 4 est une vue partiellement arrachée de la cartouche 15 ayant un milieu filtrant 12 encastré dans un élément 13 formant bouchon d'extrémité. Le tube formant support poreux peut être en matière plastique poreuse, par exemple ayant des pores s'étendant d'un côté à l'autre Le tube doit être rigide pour fournir un support pour le milieu filtrant Le tube peut être en polyéthylène poreux, polypropylène, polyvinylsty- rène, polyamide, polyester ou analogue Le tube sera de préférence un tube de métal perforé tel que de l'acier, du fer ou de manière particulièrement préférée de l'alu- minium expansé. Une feuille de milieu filtrant de la même longueur que le tube formant support est pliée ou plissée et formée sous forme d'un filtre cylindrique plissé Le matériau filtrant destiné à être utilisé dans la présente invention est une feuille composite de film polytétra- fluoroéthylène expansé poreux fixé sur un matériau textile de renfort en non tissé ou en feutre Le film de polytétrafluoroéthylène expansé poreux est préparé selon un ou plusieurs des brevets US no 4 187 390, 4 110 392, 4 096 227, 3 962 153, 3 953 566, et 4 025 679 Les propriétés non adhérentes des surfaces en polytétrafluo- roéthylène de tels composites portent au minimum l'adhé- rence et l'accumulation résultante de particules filtrées à partir d'un courant de gaz sur le filtre et facilitent ainsi l'enlèvement périodique de toute croûte de filtra- tion accumulée à l'aide d'un jet propulsé ou autre méthode de nettoyage. Il a été trouvé que moins de 7 plis sur 2,54 cm (par pouce) est efficace selon la présente invention Il a aussi été trouvé que le milieu filtrant peut résister au-delà de 4,5 mg de particules par litre ( 2 grains par pied cubique) de gaz chargés en particules, et de manière préférable au-delà de 11,4 mg/litre ( 5 grains par pied cubique). Pour réaliser les cartouches de la présente inven- tion, on a utilisé un tube formant support poreux de longueur et de diamètre appropriés Ensuite le milieu filtrant a été sélectionné et plissé avec moins de 7 plis sur 2,54 cm (par pouce), mais de manière habituelle d'au moins 2, et a été construit en ayant un diamètre qui s'adapte étroitement autour du tube. Après coulissement du tube formant milieu filtrant plissé autour du tube formant support, les extrémités du milieu filtrant et du tube formant support ont été ensuite fixées de manière étanche à des bouchons d'extré- mité, par exemple en utilisant des adhésifs ou des dispositifs d'encastrement en caoutchouc, résines thermo- plastiques, plastisols, ou analogues Dans un premier mode de réalisation, un bouchon d'extrémité profilé avec un contour suivant ou ayant à peu près la forme des plis du milieu filtrant peut être utilisé Les bouchons d'extrémité peuvent être en métal ou en matière plastique ou en résine thermoplastique moulée et ses composants d'encastrement peuvent servir comme bouchon d'extrémité. Ceci peut être réalisé en emboîtant ou encastrant les extrémités de l'ensemble formant filtre dans le matériau d'encastrement requis, en le laissant durcir suffisamment pour qu'il garde sa forme, en enlevant le moule, et en amenant le matériau d'encastrement à poursuivre son durcissement jusqu'à obtenir un bouchon d'extrémité complètement dur. De manière surprenante, la pression nécessitée pour nettoyer la structure de la présente invention est si faible qu'il n'est pas nécessaire de fixer le milieu filtrant sur un support quelconque autre que le tube formant support ou l'emboîtement situé aux extrémités. Cependant, des supports formant anneau intérieur ou extérieur peuvent être ajoutés pour constituer un support supplémentaire dans des applications sous pression très élevée. Les prochains exemples illustrent l'efficacité de ce type de cartouche filtrante. Dans l'exemple 1, deux cartouches filtrantes ont été réalisées, en partant de la membrane en polytétrafluoroé- thylène poreux expansé (e PTFE) stratifié sur un matériau de renfort non tissé en polyester de 180 g ( 6 ounces) La membrane stratifiée a été fendue en une largeur de 66,04 cm ( 26 pouces) et pliée en plis de 2,54 cm ( 1,0 pouce) sur une machine de plissage Le premier filtre était constitué de 50 plis ( 2,9 plis par pouce) (milieu fil- trant de 1,67 m 2 ( 18 ft 2)) et le second filtre était de plis ( 3,5 plis par pouce) (milieu filtrant de 2,04 m 2 ( 22 ft 2)) Le milieu filtrant plissé a été agencé sous forme cylindrique et les deux plis formant extrémités ont été collés l'un à l'autre avec de l'adhésif thermofusible en polyamide On avait raclé la zone de la membrane d'e PTFE destinée à être collée avant d'appliquer l'adhé- sif thermofusible pour améliorer l'adhérence. Les tubes formant support filtrant ont été réalisés en coupant des feuilles d'aluminium expansé de 0,046 cm (calibre 26) qui avaient une longueur de 66,04 cm ( 26 pouces) et une largeur de 30,48 cm ( 12 pouces) Celles-ci ont été mises en forme de tubes cylindriques ayant un diamètre intérieur de 8,89 cm ( 3,5 pouces) Les bords des feuilles de métal se recouvraient dans le tube sur approximativement 2,54 cm ( 1,0 pouce) Les tubes étaient maintenus en place en utilisant des brins de fils métal- liques de 0,121 cm (calibre 18) jusqu'à ce qu'ils soient soudés par points. Les cartouches filtrantes ont été assemblées par coulissement de l'aluminium expansé à l'intérieur du centre du milieu filtrant plissé, qui avait été collé pour former un tube cylindrique Cette construction a alors été encastrée à l'intérieur d'un bouchon d'extré- mité en acier galvanisé ayant un diamètre extérieur de 13,97 cm ( 5,5 pouces) et un diamètre intérieur de 8,89 cm ( 3,5 pouces) et une profondeur de 0, 9525 cm ( 0,375 pouce) Le bouchon d'extrémité contenait un matériau d'encastrement constitué de chlorure de polyvinyle durcissant à chaud Le durcissement du composé d'encas- trement était complet au bout de 20 minutes sur une plaque chaude à 1960 C ( 3850 F) Le fond du filtre a été ensuite encastré de la même manière dans un autre bouchon d'extrémité galvanisé ayant un diamètre extérieur de 13,97 cm ( 5,5 pouce) et sans trou axial; ce bouchon avait aussi une profondeur de 0,9525 cm ( 0,375 pouce). On va maintenant décrire l'exemple 2. Dix sept filtres formant cartouches ont été agencés à l'intérieur d'un système de filtration formant collec- teur de poussière Ce collecteur de poussière, qui avait été construit par Allied Industries (Houston, TX), avait été conçu pour utiliser 17 cartouches formant sacs fil- trants. Les cartouches installées dans le collecteur avaient une longueur de 60,96 cm ( 24 pouces), un diamètre exté- rieur de 13,97 cm ( 5,5 pouces) et un diamètre intérieur de 8,89 cm ( 3, 5 pouce) Elles avaient été réalisées de la même manière que décrite dans l'exemple 1; cependant, les noyaux des filtres avaient été réalisés à l'aide d'acier doux expansé au lieu d'aluminium expansé Chaque filtre comportait 50 plis, de telle sorte que la surface fil- trante totale dans le collecteur était de 26,29 m 2 ( 283 ft 2). Un test a été mené pendant 14 heures durant lesquel- les le collecteur a fonctionné avec un écoulement d'air de 679 m 3 /h ( 400 ft 3/mn) ayant une charge de poussière supérieure à 22,4 mg/i ( 10 grains/ft 3) Chaque filtre était soumis toutes les 65 secondes à une pression pulsée de 2,46 Kg/cm 2 ( 35 livres par pouce carré) La chute de pression mesurée à travers le milieu filtrant était de 124,5 Pa ou 1,27 cm d'eau ( 0,5 pouce d'eau) et a été maintenue à ce niveau pendant toute la durée du test. Le collecteur a été ouvert après le test pour examiner la conduite des filtres La surface du milieu filtrant était extrêmement propre Aucune croûte de poussière mesurable n'était présente sur la surface de la membrane et aucune poussière n'était présente entre les plis Aucun des plis n'avait été détérioré par l'air propulsé, en dépit du fait qu'aucun support externe ne maintenait les plis sur le noyau de métal. REVENDICATIONS 1 Cartouche filtrante plissée constituée essentiel- lement de: a) un tube ( 10) formant support perforé, b) un milieu filtrant ( 12) plissé autour dudit tube, comportant un stratifié constitué d'un renfort de non tissé ou de feutre et d'un polytétrafluoroéthylène poreux expansé, c) de bouchons d'extrémité ( 13) à l'intérieur desquels les extrémités du milieu filtrant et du tube sont fixées de manière étanche, caractérisée en ce que le milieu filtrant ( 12) plissé a moins de 7 plis par 2,54 cm (par pouce). 2 Cartouche selon la revendication 1 caractérisée en ce qu'elle peut résister à une charge granulaire de 4,5 mg/l ( 2 grains/ft 3).