Brevet FR2696653A1 — publié le 19940415

UNITE INORGANIQUE DE FILTRATION COMPORTANT AU MOINS UN RESEAU INTEGRE DE CIRCULATION D'UN MILIEU LIQUIDE A TRAITER ET/OU DU FILTRAT RECUPERE La présente invention concerne le domaine technique de la séparation moléculaire ou particulaire mettant en oeuvre des éléments de séparation, appelés généralement membranes et constitués à partir de matériaux inorganiques. L'objet de l'invention vise, plus précisément, la réalisation d'une unité de filtration inorganique adaptée pour permettre de concentrer, trier ou extraire, des espèces moléculaires ou particulaires contenues dans un milieu liquide qui exerce une pression donnée sur la membrane. L'objet del'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la nano-filtration, l'ultra-filtration, la micro-filtration, la filtration ou l'osmose inverse. L'état de la technique a proposé par le brevet FR 2 061 934 un bloc de filtration de nature minérale constitué d'éléments de filtration pilés. Un premier réseau de canaux, parallèles entre eux de section circulaire, sont aménagés sur les faces en regard de deux éléments de filtration consécutifs. La surface des canaux est recouverte d'une couche séparatrice assurant la filtration d'un milieu liquide circulant à l'intérieur du premier réseau de canaux. Les éléments de filtration sont aménagés pour comporter un second réseau de canaux de section circulaire s'étendant selon une direction perpendiculaire à celle des canaux du premier réseau. Les canaux du second réseau sont destinés à récupérer le filtrat ayant traversé les éléments de filtration à partir des couches séparatrices. Les canaux des deux réseaux débouchent sur les quatre côtés du bloc de filtration ainsi constitué. Les côtés du bloc sont destinés à recevoir des plaques aménagées pour comporter des canalisations indépendantes d'amenée du milieu liquide à traiter et de récupération du filtrat, adaptées pour communiquer respectivement avec le premier et le second réseaux de canaux. La mise en oeuvre de telles plaques présente des inconvénients dans la mesure où elles nécessitent de réaliser un étanchement parfait entre les quatre côtés du bloc et les plaques rapportées. De plus, l'opération de montage des plaques ne peut pas être facilement réalisée lors du processus de fabrication du bloc, ce qui interdit une fabrication industrielle d'un tel bloc de filtration. La présente invention vise à remédier aux inconvénients énoncés cidessus, en proposant une unité de filtration inorganique conçue pour comporter au moins un, et de préférence deux réseaux de circulation indépendants, respectivement pour le milieu liquide à traiter et le filtrat. L'objet de l'invention vise également à offrir une unité inorganique de filtration, conçue pour permettre une fabrication industrielle intégrant dans son processus de fabrication, la réalisation des canalisations d'amenée du liquide à traiter et des canalisations de récupération du filtrat. Pour atteindre cet objectif, l'unité de filtration, selon l'invention, comporte au moins une structure poreuse, rigide, inorganique présentant une première et une seconde faces principales, opposées l'une de l'autre, au moins une cavité étant ménagée dans la structure poreuse à distance des deux faces, en délimitant des appuis. Selon l'invention, la structure poreuse comporte au moins un canal étanche débouchant sur les deux faces et ménagé pour traverser un appui, en vue de constituer un premier réseau de circulation étanche vis-à-vis de la cavité. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'une unité de filtration conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue en coupe prise sensiblement selotyles lignes II - II de la fig. 1. Les fig. 3 et 4 sont des vues analogues à la fig. 2 et montrant d'autres exemples de réalisation d'une unité de filtration selon l'invention. La fig. 5 est une vue en perspective montrant une unité de filtration conforme à l'invention. Les fig. 1 et 2 illustrent un premier mode de réalisation d'une unité inorganique de filtration 1, conforme à l'invention, adaptée pour assurer la séparation ou la filtration de molécules ou de particules contenues dans un milieu liquide 2, de nature diverse, comportant une phase solide ou non. L'unité de filtration 1 est composée d'au moins une structure poreuse rigide inorganique A interposée entre un élément d'extrémité E et un contre-élément d'extrémité E'. La structure poreuse A présente une première al et une seconde a2 faces principales opposées l'une de l'autre. Dans l'exemple illustré, chaque face principale al et a2 est recouverte par au moins une couche séparatrice 3, destinée à être en contact avec le milieu liquide 2 qui s'établit entre ces faces et les éléments d'extrémité E et E'. La nature de la ou des couches séparatrices 3 est choisie en fonction du pouvoir de séparation ou de filtration à obtenir et forme avec la structure poreuse A une liaison intime, de manière que la pression P provenant du milieu liquide 2 soit transmise à la structure poreuse A. Cette ou ces couches 3 peuvent être déposées à partir, par exemple, de suspensions contenant au moins un oxyde métallique et classiquement utilisé dans la production des éléments de filtration minéraux.Cette ou ces couches sont soumises après séchage à une. opération de frittage qui permet de les consolider et de les lier entre elles et à la structure poreuse A. Tel que cela apparaît plus précisément aux fig. 1 et 2, la structure poreuse A comporte des moyens, telle qu'une cavité 4 ménagée à distance des faces al et a2 et, adaptée pour récupérer le filtrat ayant traversé la structure poreuse A à partir des couches séparatrices 3. La cavité 4 est ménagée de manière à laisser subsister selon son plan d'extension qui est considéré comme parallèle aux faces a et a2, au moins un appui 6 assurant une continuité de matière entre les faces opposées al, a2 de la structure poreuse A. Dans l'exemple illustré selon lequel la structure poreuse A est formée par deux plaques ou carreaux Al, A2, la cavité 4 est réalisée sur au moins une et, de préférence, sur les deux faces placées en correspondance des plaques Al et A2. Selon une variante préférée de réalisation, le ou les appuis 6 sont aménagés pour délimiter la cavité 4, de manière à constituer une bordure périphérique 6, destinée à assurer une surface de contact périmètrique entre les deux plaques Al et 4. La cavité 4 est ainsi confinée à l'intérieur de la structure poreuse A en débouchant par exemple, par des passages non représentés et réalisés au niveau des chants de la structure poreuse afin de récupérer le filtrat.Dans le cas d'une réalisation symétrique des deux plaques A1 et A2, les bordures périphériques 61 se trouvent en contact mutuel et sont utilisées pour permettre la liaison des plaques entre-elles par l'intermédiaire d'un produit de liaison, tel qu'une couche de verre ou d'argile déposée sur les bordures et soumise à un traitement thermique. li est à noter qu' un ou plusieurs appuis 62 à caractère ponctuel peuvent être réalisés afin d'assurer une fonction qui sera explicitée plus précisément dans la suite de la description. Selon une caractéristique de l'invention, le ou les appuis 6 sont utilisés pour assurer la réalisation d'au moins un et, en général, d'une série de canaux 8 débouchant sur les deux faces al et a2 de la structure poreuse A, en vue de constituer un premier réseau RI de circulation du milieu liquide 2, étanche vis-à-vis de la cavité 4 de récupération du filtrat. Les canaux 8 sont ainsi réalisés pour traverser de part en part, la structure poreuse A, en étant isolés de la cavité 4 en raison de leur passage à travers les appuis 6. Afin d'éviter un mélange entre le pro'duit à traiter et le filtrat par l'intermédiaire de la porosité des plaques A1, A2, les canaux 8 sont rendus étanches à l'aide d'un produit adapté identique ou non à celui ayant servi à lier les appuis 6 entre eux.A titre d'exemple, l'étanchéité des canaux 8 peut être réalisée à partir d'un polymère thermofusible du type fluoré ou non, d'une résine, d'émaux ou de verres. Selon un autre mode de réalisation de l'unité inorganique conforme à l'invention, la structure poreuse rigide A, est associée, sur au moins l'une de ses faces, par exemple a2, à au moins une structure complémentaire poreuse rigide inorganique B. Comme cela apparaît plus précisément à la fig. 3, la structure poreuse B comporte une plaque ou un carreau Bl dont l'une de ses faces bl, est recouverte par une couche séparatrice 3. Une telle face bl est destinée à être en contact avec la face a2 de la structure A, en délimitant avec cette dernière au moins une chambre 10 ménagée pour communiquer avec les canaux 8.La chambre 10 est réalisée de manière à laisser subsister, dans son plan d'extension parallèle aux faces de la structure, au moins un renfort ou un appui 11 formant une continuité de matière entre les deux faces opposées principales de la plaque Bl. De préférence, les renforts 11 font au moins partie d'une bordure périphérique de la plaque Bl, de manière à permettre le confinement de la chambre 10 à l'intérieur de la structure poreuse. Selon une caractéristique de l'invention, la cavité 4 communique avec la face externe b2 de la plaque Bl, par l'intermédiaire d'au moins un conduit 12 traversant le renfort 11, en vue de constituer un second réseau de circulation R2, qui est étanche ou indépendant par rapport au premier réseau R1.Dans cet exemple, le filtrat récupéré dans la chambre 4 peut être amené sur la face externe b2 de la structure poreuse Bl. Les conduits 12 ont leur surface recouverte d'un produit d'étanchéité identique ou non à celui recouvrant les canaux 8, de manière à obtenir deux réseaux de circulation indépendants l'un de l'autre. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, telle qu'illustrée aux fig. 4 et 5, il peut être envisagé de réaliser une unité de filtration comportant un empilement d'au moins deux et, dans l'exemple illustré de trois structures poreuses rigides inorganiques A, B et C identiques. Les cavités 4 des structures poreuses A, B et C comm niquent entre-elles par les conduits 12, tandis que les chambres 10 des structures poreuses A, B et C communiquent entre-elles par les canaux 8. il est ainsi crée directement à l'intérieur de l'unité de filtration se présentant sous la forme d'une cassette, deux réseaux étanches Rl et R2 respectivement pour la circulation du milieu liquide à traiter et du filtrat.Bien entendu, la fonction des réseaux R1 et R2 peut être intervertie de sorte que les réseaux Rl et R2 assurent la circulation respectivement, du filtrat et du milieu liquide à traiter. Avantageusement les éléments d'extremité E, E', peuvent constituer des plaques métalliques de contention, dont leur rôle est de permettre l'arrivée et la sortie du fluide à traiter dans le réseau R1 et de recueillir le filtrat provenant du réseau R2. Selon une caractéristique de l'invention, ces plaques de poussée E et de contre-poussée E', sont réalisées en un matériau rigide inorganique dans lequel sont ménagés des canalisations 13 d'amenée et de retour du milieu liquide à traiter et une ou plusieurs canalisations 14 de récupération du filtrat. Afin d'éviter le mélange entre les fluides des deux réseaux, les plaques inorganiques de poussée E et de contre-poussée E' sont réalisées en une matière inorganique de porosité nulle. Dans le même but, il peut être envisagé de recouvrir toutes les surfaces des canalisations à l'aide d'un produit d'étanchéité.Les plaques de poussée E et de contre-poussée E' sont fixées sur les appuis 6 ou renforts 11 à l'aide d'un matériau approprié. L'unité inorganique de filtration ainsi réalisée, appelée une brique, est formée par un empilement de plaques inorganiques permettant sa fabrication selon un processus industriel. Une telle brique, de par sa conception intègre directement les passages de communication entre le réseau de circulation du fluide à traiter et le réseau de récupération du filtrat par la mise en oeuvre des appuis 6 et des renforts 11 qui assurent le passage étanche respectif des canaux 8 et des conduits 12. Les appuis 6 et les renforts il assument une fonction supplémentaire qui est celle d'assurer la résistance mécanique de chaque structure poreuse lorsque celle-ci travaille en compression.La section droite des appuis et des renforts ainsi que leur nombre sont définis de manière que la surface de la structure poreuse, en dehors des appuis et des renforts, se déforme d'une quantité inférieure à la déformation de rupture. il est à considérer que la mise en oeuvre des renforts 11 et des appuis 6 sur les faces opposées des structures poreuses, permet à ces dernières de résister à une contre-pression de décolmatage appliquée dans la ou les cavités 4. Cette pression opposée par rapport à celle de transfert, permet de décoller les matières déposées sur les couches séparatrices 3. Les appuis 6 et les renforts 11 assurent, ainsi une fonction de résistance mécanique des structures poreuses et une fonction de passage étanche entre le réseau du milieu liquide à traiter et le filtrat. Les appuis 6 et les renforts 11 peuvent être en regard les uns des autres ou décalés d'une face à l'autre d'une structure poreuse. Ces appuis 6 ou renforts 11 permettent ainsi de réduire la surface d'action de la pression en limitant la force et, par suite, la flexion appliquée. La géométrie et la disposition des appuis 6 et des renforts il dépendent donc des caractéristiques de flexion du matériau des structures poreuses et des pressions de transfert et de décolmatage. Ils peuvent être disposés, sous la forme de bandes périphériques, complétées si nécessaire, par des appuis ou renforts à caractère ponctuel 62. il est à noter que la disposition des appuis 6 et des renforts il impose celle des canaux 8 et conduits 12. il peut ainsi être prévu de réaliser par exemple, n passages alignés selon l'un au moins des côtés de la plaque, combinés ou non à n passages alignés selon au moins un axe perpendiculaire. Dans l'exemple illustré, les conduits 12 et les canaux 8 sont réalisés selon deux côtés opposés de la structure poreuse et se trouvent alignés selon une direction sensiblement parallèle aux côtés. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés car diverses autres modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS: 1 - Unité inorganique de filtration d'un milieu liquide (2) en vue de récupérer un filtrat, l'unité comportant au moins une structure poreuse rigide inorganique (A, B ou C), présentant une première (al) et une seconde (a3 faces principales opposées l'une de l'autre, au moins une cavité (4) étant ménagée dans la structure à distance des deux faces en délimitant des appuis (6), la cavité ou les faces principales étant recouvertes par au moins une couche séparatrice (3), caractérisée en ce que la structure poreuse (A, B ou C) comporte au moins un canal étanche (8) débouchant sur les deux faces (al, a3 et ménagé pour traverser un appui (6) en vue de constituer un premier réseau de circulation (Ri) étanche vis-à-vis de la cavité (4). 2 - Unité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure poreuse (A) est associée sur au moins l'une de ses faces, à au moins une structure complémentaire poreuse, rigide et inorganique (B), définissant par sa face en correspondance avec celle de la structure poreuse, une chambre de circulation (10) délimitée par des renforts (11) et raccordée au premier réseau (Ri), la structure complémentaire (B) comportant au moins un conduit étanche (12) communiquant avec la cavité (4) et traversant de part en part la structure complémentaire pour constituer un second réseau de circulation (R2), étanche vis-à-vis du premier réseau (Ri). 3 - Unité selon la revendication 1, caractérisée en ce que la structure poreuse (A) est associée sur au moins l'une de ses faces, à au moins une structure poreuse complémentaire identique (B,C), définissant par sa face en correspondance avec celle de la structure poreuse, une chambre de circulation (10) délimitée par des renforts (11) et raccordée au premier réseau (Ri), cette structure poreuse complémentaire étant pourvue d'une part, d'au moins un canal étanche (8) ménagé pour déboucher sur les deux faces de la structure poreuse complémentaire en étant raccordé au premier réseau de circulation (Ri) et d'autre part, d'au moins une cavité (4) ménagée à distance des deux faces opposées de la structure poreuse complémentaire et communiquant par un conduit étanche (12) avec la cavité (4) de la structure poreuse afin de constituer un second réseau de circulation (R2), étanche vis-à-vis du premier réseau (Ri) 4 - Unité selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'au moins certains des renforts (11) et des appuis (6) font partie d'une bordure périphérique (61) de liaison des structures poreuses entre-elles. 5 - Unité selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle comporte un élément de poussée (E) et, un élément de contre-poussée ~') placés de part et d'autre de la ou des structures poreuses. 6 - Unité selon la revendication 5, caractérisée en ce que les éléments de poussée (E) et de contre-poussée (E') sont aménagées pour comporter des canalisations (13) d'amenée et de retour du milieu liquide à traiter, raccordées à un réseau, et au moins une canalisation de récupération (14) du filtrat raccordée à l'autre réseau. 7 - Unité selon la revendication 6, caractérisée en ce que les éléments de poussée (E) et contre-poussée (E') sont réalisés chacun par une plaque rigide inorganique comportant des canalisations étanches (13,. 14).