Brevet FR2692162A3 — publié le 19931217

FR 2692162 A3 19931217 FR 9304510 A 19930416 Module filtrant La présente invention concerne un module filtrant comportant une multiplicité d'éléments filtrants en céramique qui sont fixés de façon étanche dans des plaques d'extrémité disposées des deux côtés, une enveloppe étant reliée, étanche au liquide, auxdites plaques d'extrémité. Des éléments filtrants en céramique microporeuse sont utilisés pour l'ultrafiltration et la microfiltration, entre autre dans l'industrie alimentaire. Ces éléments filtrants en céramique sont souvent réalisés sous la forme de ce qu'on appelle des éléments à canaux multiples. Un mode de réalisation courant de ces éléments à canaux multiples consiste en un corps d'appui hexagonal comportant par exemple dix-neuf canaux dans lesquels la membrane est fixée à la paroi intérieure. Un problème essentiel pour réunir plusieurs éléments en ce qu'on appelle un module filtrant réside dans l'étanchéité entre la zone du produit non filtré et la zone du filtrat. A l'heure actuelle, cette étanchéité est réalisée le plus souvent grâce à un joint d'étanchéité en caoutchouc ou en matière plastique qui est adapté, côté intérieur, à la géométrie extérieure de l'élément filtrant et est réalisé, côté extérieur, suivant une forme circulaire. Ces joints d'étanchéité en caoutchouc sont la plupart du temps pressés entre deux plaques de recouvrement et garantissent ainsi une étanchéité entre la zone du filtrat et la zone du produit non filtré. Ledit joint d'étanchéité a également pour rôle d'absorber des dilatations thermiques. Etant donné que le montage des éléments en céramique se fait en règle générale dans un module en acier spécial, des coefficients de dilatation thermique différents apparaissent pour la céramique et l'acier spécial. Ces dilatations thermiques différentes doivent être compensées, sinon elles produisent soit des fuites, soit des tensions qui peuvent détruire les éléments filtrants en céramique. Il résulte de la géométrie nécessaire pour le joint d'étanchéité que les éléments en céramique individuels présentent, dans le module entièrement monté, un écartement qui est sensiblement supérieur à celui qui est nécessaire à l'écoulement sans obstacle du filtrat. On obtient ainsi d'importants volumes morts, côté filtrat, et, de ce fait, des diamètres de modules beaucoup plus grands qu'il n'est nécessaire étant donné la surface filtrante contenue. De plus, le type d'étanchéité réalisée à l'aide de joints en caoutchouc lâches pressés n'est pas fiable d'un point de vue microbiologique, et ne facilite pas le nettoyage, en raison des espaces morts qui se forment. La demande de brevet européenne 0-385-089-A1 tente d'éviter ce problème. Cette demande décrit la mise en place d'épaulements ronds aptes à être usinés mécaniquement, sur les éléments filtrants en céramique. Ces épaulements peuvent alors être rendus étanches par rapport aux plaques de recouvrement supérieure et inférieure à l'aide de joints toriques. Ce procédé évite, il est vrai, les inconvénients des joints d'étanchéité en caoutchouc pressés, mais ne résout pas le problème de l'important volume mort. La demande de brevet française 26-34-668-A1 essaie de résoudre le problème des dilatations thermiques différentes pour les éléments filtrants en céramique et les carters en acier spécial. Dans ce cas, l'enveloppe extérieure du module filtrant est définie par des parois en acier spécial emboîtées les unes dans les autres et reliées fermement entre elles. La dilatation totale de la gaine en acier spécial ne doit donc pas dépasser la dilatation des éléments filtrants en céramique. Avec cette proposition, non seulement la construction est compliquée, mais la réalisation n'est pas possible, en termes de microbiologie et de technique de nettoyage, pour une utilisation dans les entreprises de l'industrie alimentaire ou avec des produits périssables. La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients de l'art antérieur, et notamment de créer un module filtrant du type décrit précédemment, qui apporte en même temps et de manière économique une solution aux problèmes décrits de dilatations thermiques différentes, d'étanchéité fiable en termes de microbiologie et de technique de nettoyage, et de volume mort réduit dans la zone du filtrat. Selon l'invention, ce but est atteint grâce à un module filtrant du type spécifié en introduction, qui se caractérise en ce que l'une au moins des plaques d'extrémité est disposée de façon mobile dans le sens axial par rapport à l'enveloppe. D'une manière avantageuse, les éléments filtrants individuels sont fixés à l'aide d'une colle, des deux côtés, dans une plaque de recouvrement pourvue de plusieurs cavités adaptées à la géométrie des éléments, et servant à la séparation entre la zone du produit non filtré et la zone du filtrat, étant précisé que les interstices restants entre la paroi extérieure de l'élément filtrant et la paroi intérieure de la cavité sont remplis de manière étanche de colle, de sorte que la zone du filtrat est séparée de la zone du produit non filtré. Le module filtrant de l'invention comprend de préférence au moins trois éléments filtrants en céramique. Les plaques de recouvrement sont en acier inoxydable tandis que la colle utilisée peut consister en une résine époxy, une colle silicone, une colle à fusion ou encore en polypropylène ou polyéthylène. Il s'est avéré, d'une manière étonnante, que la combinaison d'un ou de plusieurs éléments filtrants en céramique avec une plaque de recouvrement en acier spécial et une résine à sceller à deux composants permettait de réaliser une étanchéité parfaite et stable entre la zone du filtrat et la zone du produit non filtré. Comme élément de construction supplémentaire, il faut simplement un joint d'étanchéité entre la plaque de recouvrement contenant un ou plusieurs éléments en céramique, et l'enveloppe tubulaire du module filtrant. Ce joint d'étanchéité peut consister d'une manière simple en un joint torique individuel. Pour un module comprenant par exemple sept éléments filtrants en céramique individuels, le nombre de joints d'étanchéité a pu ainsi être réduit de quatorze à deux. Le volume mort côté filtrat est sensiblement réduit, lui aussi. L'étanchéité entre les plaques de recouvrement et l'enveloppe tubulaire peut aussi être obtenue d'une autre manière. La plaque de recouvrement peut comporter par exemple un ajustement coulissant et un joint d'étanchéité à lèvres. Il est possible de prévoir aussi, entre la plaque de recouvrement et l'enveloppe tubulaire, une pièce intercalaire élastique permettant le déplacement longitudinal. D'autres buts, avantages et caractéristiques de la présente invention ressortiront plus clairement de la description d'un mode de réalisation de celle-ci, donnée à titre d'exemple nullement limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels la figure 1 est une vue en coupe d'un module filtrant présentant les caractéristiques de l'invention, et la figure 2 est une vue de dessus d'une plaque d'extrémité prévue pour un module filtrant. L'ensemble de la structure du module se compose des éléments suivants, représentés sur la figure 1 : les éléments filtrants en céramique 10, une plaque de recouvrement supérieure 11, une plaque de recouvrement inférieure 12 et une enveloppe tubulaire 13 pourvue d'une collerette supérieure 14, d'une collerette inférieure 15 et d'orifices d'écoulement de perméat 16. La figure 2 est une vue de dessus montrant un mode de réalisation possible de la plaque de recouvrement supérieure 11, de la collerette supérieure 14 et de l'écoulement de perméat 16. La plaque de recouvrement 11 destinée à recevoir les éléments filtrants en céramique 10 est conçue dans ce cas pour recevoir sept éléments en céramique. Exemple 1 Dans une plaque de recouvrement 11 de 160 mm de diamètre extérieur et de 15 mm d'épaisseur sont réalisées au total sept cavités hexagonales d'un diamètre de cercle circonscrit de 47 mm. Ces cavités servent à recevoir des éléments filtrants en céramique 10. Les éléments de 46 mm de diamètre de cercle circonscrit sont disposés dans ces cavités de telle sorte qu'il reste de tous les côtés un interstice de 0,3 à 0,7 mm. Cet interstice est scellé à l'aide d'un système de résine époxy XB 5045/XB 5067 (Ciba-Geigy AG Basel) qui durcit selon les prescriptions de traitement de la résine. La même procédure est appliquée avec la seconde plaque de recouvrement 12, qui fait 148 mm de diamètre extérieur et 15 mm d'épaisseur. Une fois que les liaisons prévues dans la seconde plaque de recouvrement ont durci, le module terminé peut être inséré dans l'enveloppe tubulaire 13 et l'étanchéité est réalisée grâce à deux joints toriques 17 placés chacun sur la face extérieure des plaques de recouvrement. Une reprise telle qu'elle est décrite dans la demande 0-385-089-A1 n'est pas nécessaire avec ce type de structure de module. Pour les cas de sollicitations différentes, les tensions apparaissant dans la résine époxy ont été calculées à l'aide de la méthode des éléments finis. I1 s'est avéré qu'on obtenait une sécurité suffisante par rapport aux tensions de traction autorisées de la résine. L'enveloppe tubulaire est conçue de manière à permettre un jeu libre du paquet de filtres en céramique dans le sens axial. La compensation des coefficients de dilatation thermique différents peut ainsi se faire sans problème. Pour une longueur de module de 950 mm, le jeu possible pour une éventuelle différence de température de 800C doit être d'au moins 0,6 mm. Un jeu supérieur ne présente pas d'inconvénient. Le présent module comporte, avec ce mode de réalisation, un volume mort côté filtrat d'environ 8,8 litres seulement. Exemple 2 Dans une plaque de recouvrement Il de 102 mm de diamètre extérieur et de 15 mm d'épaisseur sont réalisées au total sept cavités hexagonales d'un diamètre de cercle circonscrit de 32 mm. Ces cavités servent à recevoir des éléments filtrants en céramique 10. Les éléments de 31 mm de diamètre de cercle circonscrit sont disposés dans ces cavités de telle sorte qu'il reste de tous les côtés un interstice de 0,3 à 0,8 mm. On procède ensuite comme il a été décrit dans l'exemple 1. Le module obtenu présente alors un volume mort côté filtrat d'environ 3,2 litres seulement. Si on compare ce volume mort à l'une des constructions de la demande 0-385-089-A1 ou aux constructions classiques, il apparaît clairement qu'avec celles-ci, le volume mort pour un module présentant la même surface filtrante est environ 2,3 à 3,8 fois supérieur. Cela entraîne d'importantes pertes de filtrat ou un déploiement technologique important pour éviter ces pertes. Pour le module représenté sur la figure 1, l'enveloppe tubulaire 13 destinée à recueillir le perméat peut être réalisée de la façon suivante. Pour l'emboîtement des plaques de recouvrement supérieure et inférieure, deux collerettes 14 et 15 sont soudées à une enveloppe tubulaire 13 de 150 mm de diamètre intérieur. Les surfaces intérieures de ces collerettes sont exactement parallèles et pourvues chacune, pour une étanchéité correcte des plaques de recouvrement 11 et 12, d'un joint torique 17. La collerette inférieure 15 présente un diamètre intérieur légèrement inférieur correspondant à la plaque de recouvrement inférieure légèrement plus petite. Dans la collerette supérieure 14, un dégagement est prévu comme butée 18. Ainsi, la collerette supérieure dispose d'une butée dans le sens axial. Un jeu axial suffisant est possible et les différences de dilatation thermique dans le sens axial sont néanmoins absorbées de préférence par la plaque de recouvrement inférieure 12 amenée dans la collerette inférieure 15. Comme on peut le voir, ce type de montage mobile longitudinalement des éléments filtrants peut être inséré à l'aide d'un joint d'étanchéité mobile longitudinalement quelle que soit la manière dont les éléments filtrants sont fixés dans les plaques de recouvrement. L'invention n'est pas limitée aux éléments filtrants en céramique, mais il est possible d'utiliser également d'autres éléments filtrants dont le coefficient de dilatation longitudinale est différent du coefficient de dilatation de l'enveloppe tubulaire. L'invention peut toutefois être utilisée ou mise en oeuvre d'une manière particulièrement avantageuse, comme il est représenté, pour des éléments filtrants en céramique. "Enveloppe tubulaire" ou "enveloppe" désigne, dans le sens de l'invention, tout corps creux qui entoure une multiplicité d'éléments filtrants et est relié mécaniquement à ceux-ci par l'intermédiaire de pièces d'extrémité. Par "plaques de recouvrement" dans le sens de l'invention, il faut comprendre des pièces d'extrémité qui relient l'enveloppe aux éléments filtrants. En conséquence, l'invention peut aussi être mise en oeuvre par exemple dans des applications utilisant comme enveloppe tubulaire une cuve dans les faces frontales de laquelle sont placées, directement ou par l'intermédiaire de pièces intercalaires, des plaques de recouvrement portant des éléments filtrants. REVENDICATIONS 1. Module filtrant comportant une multiplicité d'éléments filtrants (10) fixés de façon étanche dans des plaques d'extrémité (11, 12) disposées des deux côtés, une enveloppe (13) étant reliée, de manière étanche au liquide, auxdites plaques d'extrémité, caractérisé en ce que l'une au moins des plaques d'extrémité (11, 12) est disposée de façon mobile dans le sens axial par rapport à l'enveloppe (13). 2. Module filtrant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les surfaces intérieures des deux extrémités de l'enveloppe ou de l'enveloppe tubulaire (13) sont alignées exactement parallèlement. 3. Module filtrant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le nombre d'éléments filtrants (10) est d'au moins trois. 4. Module filtrant selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les plaques d'extrémité (11, 12) sont en acier inoxydable. 5. Module filtrant selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments filtrants (10) sont fixés dans les plaques d'extrémité (11, 12) à l'aide d'une colle. 6. Module filtrant selon la revendication 5, caractérisé en ce que la colle utilisée est une résine époxy. 7. Module filtrant selon la revendication 5, caractérisé en ce que la colle utilisée est une colle silicone. 8. Module filtrant selon la revendication 5, caractérisé en ce que la colle utilisée est une colle à fusion. 9. Module filtrant selon la revendication 5, caractérisé en ce que la colle utilisée est du polypropylène ou du polyéthylène.