Brevet FR2712507A1 — publié le 19950524

1. Prêambnte La filtration de liquides et de gaz, dans les applications industrielles, médicales et autres, fait depuis toujours l'objet d'une attention particulière de la part des fabricants de machines et des accessoiristes parce qu'un liquide ou un gaz propre augmente la qualité de la prestation des machines. prolonge la vie utile des machines tout en diminuant leur coût de maintenance et augmente l'espacement des remplacements des liquides et gaz nettoyants, refroidissants. lubrifiants. etc., diminuant par le même effet les quantités de liquides et gaz industriels à traiter et/ou à disposer. De nombreux brevets ont été déposés dans différents domaines pour définir des boîtiers de filtre, le plus souvent limités à une application spécifique (filtration d'huile de moteurs comme les brevets par Robert Bosch Cimbil - EP O 433 664A1 / EP O 52g179A1, ou par Herbert Jainek - EP O 547291 AI, ou par NTZ Olfiltertechnik GmbH - EP O 393393A1) perfectionnements et/ou méthodes de fabrication des éléments filtrants pour diverses applications spécifiques et finesses de filtration (Filterwerk Mann dE Hummel GmbH - 2 448379, Hermann Trabold - WO 92/04960, Roman Semkow - 2 465507, Filtration sa 2 490969, NTZ Ölfiltertechnik 2 624397, Précision Méchanique Labinal sa - 2 570287), divers procédés de montage (Pall Corporation - 2 550709A1), d'éléments de filtration sous forme de cartouches de taille variable mais limitées par leur conception à une filtration dite axiale (Charles Sims - WO 91/05596). L'examen comparatif lors de cette étude a reconnu quelques 220 brevets référencés dans la classe BOlD qui regroupe les procédés de filtration par séparation de solide/liquide et de solide/gaz. Dans ces brevets le problème de filtration n'a pas été étudié sous sa forme la plus générale, c'est à dire la filtration de corps solides en suspension dans un liquide ou dans un gaz dans ses diverses applications de filtration de solutions huileuses, solutions aqueuses et gaz; et tenant compte de volumes variables à filtrer et de diverses finesses de filtration à obtenir. Avec l'avènement d'une conscience écologique généralisée, l'industrie utilisatrice et fabricante a un besoin accru d'un appareil de filtration sûr, souple, adaptable en volume, en finesse comme en application et qui soit économique. fl faut en plus que sa mise en oeuvre soit facile et rapide et que le remplacement des milieux filtrants soit aisé. L'étude de l'appareil de filtration qui fait l'objet de cette invention a pris en compte ces différents critères des besoins du marché, tout en respectant les impératifs économiques et écologiques. L'étude de l'appareil de filtration a pris en compte les volumes variables à traiter par l'élaboration d'un boîtier du filtre à taille variable ce qui implique la définition et le développement d'éléments filtrants de taille variable. L'étude prend en compte les différentes solutions à filtrer ce qui implique la définition et le développement de divers milieux filtrants. L'étude prend en compte les diverses applications, qu'elles soient fixes ou autonomes, ce qui implique la définition et le développement d'appareils de filtration fixées sur une machine ou pouvant fonctionner en autonomie. L'étude prend en compte les différents accessoires nécessaires à l'adaptation des appareils de filtration à leur fonction fixe ou autonome. L'étude prend en compte les aspects économiques de fabrication et donc d'investisqement pour les utilisateurs finaux en utilisant un grand nombre d'éléments et composants disponibles. 2. Dcscriplron gdnkvde La présente invention concerne un appareil de filtration destiné à la séparation de particules en suspension dans les liquides et dans les gaz, avec une capacité de filtration modulahle, avec une finesse de filtration adaptable, et powant intégrer dans sa chambre de filtration des milieux filtrants adaptés à la filtration de liquides et/ou de gaz spécifiques. La filtration de liquides et gaz par séparation est effectuée traditionenement par des appareils de filtration spécifiques à chaque liquide ou gaz, et à chaque type de filtration de particules suspendus dans ceux-ci. La finesse de filtration powant dans chaque application varier d'une filtration grossière (jusqu'à des particules de taille de 30,u environ) à une filtration plus fine, microfiltration (jusqu'à des particules de taille d'environ 0.5CL). Les grands principes de la filtration stationnaire par transition du liquide ou gaz par un milieu filtrant sont: filtration axiale et filtration radiale. Le principe retenu dans la présente invention est la filtration radiale, qui fait transiter le liquide ou le gaz dans le sens perpendiculaire par rapport à la coupe du mileu filtrant. Pour atteindre cet effet avec une garantie de transition de toute la quantité de liquide ou de gaz à filtrer, le mileu filtrant devra obligatoirement constituer la seule possibilité physique de transition pour le liquide ou le gaz à filtrer. Cette filtration radiale est réalisée par un appareil de filtration de taille et donc de volume variable pour s'adapter aux quantités de liquide ou de gaz à filtrer par unité de temps. Cette variation de taille et donc de volume est obtenue sans modification des parties haute et basse, mais uniquement par la variation de la longueur du boîtier du filtre. Celle variation de taille et donc de volume de l'appareil de filtration n'est valable qu'avec une constance des paramètres liquide (ou gaz) et finesse de filtration. La variation de taille et donc de volume du boîtier du filtre permet donc la filtration d'une quantité variable par unité de temps d'un liquide donné (ou d'un gaz donné) jusqu'à une finesse donnée. La variation de la finesse de filtration est obtenue par une modulation du diamètre de l'élément filtrant et donc de diamètre du boîtier de filtre, pour augmenter l'effet de la filtration en profondeur. L'appareil de filtration qui fait l'objet de cette invention est constitué d'un maximum de composants disponibles dans le commerce afin d'améliorer son rendement économique, les éléments filtrants sont constitués de matériaux recyclés et recyclables dans un souci économique et écologique. L'intérêt de l'appareil de filtration qui fait l'objet de cette invention est économique par l'amélioration de la qualité et la prolongation de l'utilisation des liquides et des gaz utilisés notamment dans l'industrie; son intérêt est aussi écologique par la possibilité de filtration des liquides et des gaz avant leur traitement et/ou leur destruclion. 3. Descripùon taiCUc L'appareil de filtration qui fait lobjet de la présente invention est composé des parties suivantes: -boîtierdu filtre(fig. 1 et fig. 2) - milieu filtrant (fig.1, fig. 2 et fig.3) 3.1. Le boîtier du filtre Le boîtier du filtre est composé de trois parties: le corps (6), le couvercle haut (9) et le couvercle bas (19). Le boîtier du filtre est testé jusqu'à une pression interne de 25 bars pendant 6 heures continues. 3.1.1. Le corps du boîtier du filtre (6) constitue en même temps la chambre de filtration. n est cylindrique pour résister au mieux aux pressions, variable en longueur et en diamètre suivant les paramètres de volume et de finesse de filtration respectivement et constitué par un tuyau en aluminium, avec une variante en plastique, usiné à l'intérieur pour atteindre un lissé qui empêche son encrassement. La longueur du corps du filtre (6) détermine le volume de la chambre de filtration et donc le volume de liquide ou de gaz filtré par unité de temps pour un liquide (ou gaz) et une finesse constante. Le diamètre du corps du filtre (6) détermine le diamètre du mileu filtrant (4) et donc la finesse de filtration dans le procédé retenu de la filtration radiale. 3.1.2. Le couvercle haut (9) du boîtier du filtre (6) est cylindrique et adapté au diamètre du corps du boîtier du filtre. il est réalisé en aluminium, avec une variante en plastique, coulé ou usiné. Sa fonction est la fermeture hermétique du côté haut du boîtier du filtre (6) avec une ouverture facile par poignée papillon (11) afm de faciliter les opérations de changement de l'élément filtrant (4) après saturation en particules de celui-ci. L'étanchéité de la fermeture du haut du boîtier du filtre (6) est réalisée par un joint annulaire (8) et un joint d'étanchéité (10). Le centrage du milieu filtrant (4) dans le boîtier du filtre (6) est réalisé par une protubérance conique (20). Afm d' assurer la parfaite étanchéité entre le couvercle (9) et l'élément filtrant (4), une tige filetée centrale (2) fixée au couvercle bas (19) sert à comprimer, à l'aide d'une poignée papillon de serrage (11), les couvercles du haut (9) et du bas (19) et l'élément filtrant (4). 3.1.3. Le couvercle bas (19) du boîtier du filtre (6) est cylindrique et adapté au diamètre du corps du boîtier du filtre (6). fil est réalisé en aluminium, avec une variante en plastique, coulé ou usiné. Sa fonction est la fermeture hermétique du côté bas du boîtier du filtre (6), I'admission du liquide ou du gaz à filtrer par l'orifice conique (16) et l'évacuation du liquide ou du gaz filtré par l'orifice conique (18). L'étanchéité de la fermeture du couvercle bas (19) du boîtier du filtre (6) est réalisée par un joint annulaire (8) et sécurisée par deux poinçons (14). Le centrage du milieu filtrant (4) dans le boîtier du filtre (6) est réalisé par une protubérance conique (20). Une tige filetée (2) fixée au couvercle bas (19) permet le serrage de l'élément filtrant (4) pour en assurer l'étanchéité, entre le couvercle bas (19) et le couvercle haut (9), qui doit rester facilement amovible, à l'aide d'une poignée papillon (il). Une nervure circulaire (13) aménagé au pourtour du couvercle bas (19) distribue le liquide ou le gaz à filtrer dans tout le volume de remontée (5) de manière égale. Un orifice conique fileté (16) sur la périphérie du couvercle bas (19) permet l'admission du liquide ou du gaz à filter. La canalisation d'admission aura un rétrécissement (15) afin de réguler la pression du liquide ou du gaz à l'intérieur de la chambre de filtration et pour éviter les chutes de pression dans le circuit de liquide ou de gaz de l'équipement duquel le liquide ou le gaz est à filtrer. La deuxième fonction de ce rétrécissement est d'éviter les variations brutales de pression du liquide ou du gaz à filtrer sur l'élément filtrant (4) ce qui par un effet d'éponge, laissera passer des particules en suspension, ce qui résultera dans une filtration de moins bonne qualité. Le filetage intérieur de cet orifice conique d'admission (16) est normalisé afin de permettre une adaptation facile des accessoires de commerce. Un orifice conique fileté (18) au centre du couvercle bas (19) permet l'évacuation du liquide ou du gaz filtré. Cette canalisation aura un rétrécissement (17) afin de permettre ladite évacuation tout en respectant une pression différentielle entre les surfaces extérieure et intérieur du mileu filtrant (4) afin de faciliter la transition des fluides ou des gaz à filtrer. Le canal d'évacuation (17) est en contact avec le mandrin de l'élément filtrant (3) par une perforation axiale (21) dans la tige de serrage (2) d'une longueur de 10 millimètres minimum au-dessus de la base intérieure du couvercle (19). Des perforations radiales (12) relient le mandrin de l'élément filtrant (3) au canal axial (21) prédécrit et donc avec le canal d'évacuation (17). De ce fait l'obstruction de l'évacuation par des particules est evitée. Le filetage intérieur de cet orifice (18) est normalisé afin de permettre une adaptation facile avec des accessoires de commerce. 3.2. Le mileu filtrant Le mileu filtrant de l'appareil de filtration ci-décrit est choisi en fontion du liquide ou du gaz à filtrer mais répond toujours aux critères de base de la filtration radiale et à la forme du boîtier du filtre(6), à savoir: - afin d'obtenir une filtration stationnaire radiale it est indispensable que la totalité du liquide ou du gaz transite par les différentes couches du milieu filtrant (4) perpendiculairement à celles-ci. n est en plus indispensable qu'une jonction parfaite entre le milieu filtrant (4) et les couvercle haut (9) et bas (19) soit assurée. Cette jonction étanche par tige filetée (2) est décrite sous 3.1.2. et 3.1.3. Une pression différentielle minimale de 1 à 2 bars est nécessaire pour assurer une transition régulière des liquides ou des gaz à filtrer à travers le milieu filtrant (4), le débit dépendra de la valeur de cette pression différentielle, à viscosité et finesse de filtration constante. L'épaisseur du mileu filtrant (4), en pratique le nombre de couches de celui-ci constituent le paramètre de finesse de la filtration, c'est à dire qu'une plus grande épaisseur du milieu filtrant, ou un plus grand nombre de couches de celui-ci, améliore la qualité ou la finesse de la filtration. - puisque le corps du boîtier du filtre (6), qui constitue en même temps la chambre de filtration, est cylindrique pour des raisons de résistance à la pression, le milieu filtrant (4) a cette même forme. Les différents milieux filtrants de l'appareil de filtration ci-décrit sont donc des cylindres constitués de couches concentriques de matériaux filtrants, adaptés au liquides ou aux gaz spécifiques à filtrer. La transition des liquides ou des gaz se fait de 11 extérieur de élément filtrant vers l'intérieur de celui-ci où un mandrin (3), de diamètre adapté au volume de liquide ou de gaz à évacuer, permettra la sortie des liquides ou des gaz filtrés. Le mandrin (3) est constitué d'un tube de diamètre adapté aux volumes de liquide ou de gaz à évacuer et comporte des ouvertures (1) dont la surface totale est égale à celle nécessaire à l'évacuation du volume traitée par unité de temps sous une pression donnée, distribuées en opus incertum sur la paroi du mandrin. Le mileu filtrant (4) sera en papier-ouate, cellulose, double couche, 2 x 20grammes par m2 ou simple couche, 40 grammes par mZ, appelé aussi papier-serviette, pour la filtration de gaz et liquides huileuses. L'épaisseur totale minimale de l'élément filtrant (4) sera de 15 millimètres ou 230 couches pour la filtration de gaz jusqu'aux particules de O.5p. Cette épaisseur minimale sera de 20 millimètres ou 280 couches pour la filtration de liquides huileux jusqu'aux particules de 0.5,. L'élément filtrant (4) sera en fibres foulées et agglufinées, appelé aussi feutre, avec traitement thermofixant sur le côté interieur, de 200 grammes par m2, pour la filtration de liquides aqueux. L'épaisseur minimale du milieu filtrant sera de 13 millimètres ou 6 couches pour la filtration de liquides aqueux jusqu'aux particules de 1y et plus. Les éléments filtrants (4) seront modulaires par l'intermédiaire d'une entretoise (22) qui permet l'assemblage d'un nombre d'éléments filtrants de taille unique, tout en respectant l'étanchéité de l'élément filtrant, indispensable à la filtration radiale retenue dans la présente invention. Cette taille unique dépendra des largeurs disponibles en standard des rouleaux-mère de chaque milieu filtrant. De ce fait la production des éléments filtrants sera faite d'une façon extrèmement économique, puisque de taille unique. 3.3. Selon des variantes non-illustrés l'appareil de filtration qui fait l'objet de cette invention peut, de par sa conception d'origine, s'adapter par rintermédiaire de branchements normalisés à des accessoires de commerce qui élargissent davantage son champ d'application. Le groupe de filtration autonome permet, par exemple, l'utilisation de l'appareil de filtration dans les applications sans pression extérieure grâce à un ensemble qui comprend une pompe électrique à roulement libre un ensemble de contacts de pression différentielle, un instrument contrôle visuel de la pression, un interrupteur de mise en marche. La pompe électrique remplace la pression extérieure et garantit la pression opérationelle de 1 à 4 bars. Les contacts de pression différentielle surveillent les pressions à l'entrée et à la sortie de l'appareil de filtration et coupent la pompe électrique dès que la pression dépasse une valeur pré-établie. Ceci signifie en effet que le milieu filtrant est saturé de particules et ne permet plus la transition des liquides ou des gaz à filtrer. Cet ensemble accessoire permet une utilisation en autonomie totale et sans surveillance humaine. 4. Revendications 1. Appareil de filtration par séparation de particules solides en suspension dans des liquides ou dans des gaz, par le principe de filtration stationnaire radiale à travers le milieu filtrant (4), qui consiste en trois parties cylindriques en aluminium: le couvercle (9), le corps (6) et la base (19). Le couvercle (9) permet l'accès à la chambre de filtration, la base (19) comporte les orifices d'adduction (16) et d'évacuation (18). 2. Appareil de filtration par transition radiale selon la revendication 1., caractérisé par une longueur de boîtier du filtre (6) choisie en fonction des volumes à filtrer par unité de temps. 3. Appareil de filtration par transition radiale selon la revendication 1., caractérisé par une finesse de filtration choisie par l'augmentation du diamètre des trois parties et du milieu filtrant (4). 4. Appareil de filtration par transition radiale selon la revendication 1., caractérisé par un corps du boîtier du filtre constitué d'un simple tuyau d' aluminium. 5. Appareil de filtration par transition radiale selon la revendication 1., caractérisé par un couvercle à fermeture par poignée-papillon (11) et écrou (7) sur une tige filetée (2) qui permet de serrer et de déserrer le couvercle (9) sans pas de vis sur le pourtour extérieur du couvercle (9) ni sur le pourtour intérieur du boîtier du filtre (6). 6. Appareil de filtration par transition radiale selon la revendication 1., caractérisé par une base (19) qui est maintenue par des poinçons (14) sans pas de vis sur le pourtour extérieur de la base (19) ni sur le pourtour intérieur de boîtier du filtre (6). 7. Appareil de filtration par transition radiale selon les revendications 1. et 5. , caractérisé par une étanchéité de l'élément filtrant (4) entre le couvercle (9) et la base (19) qui est assurée par une tige filetée (2) qui permet le serrage et le déserrage des parties constituantes. 8. Appareil de filtration par transition radiale selon la revendication 1., caractérisé par des protubérances coniques (20) sur le couvercle (9) et sur la base (19) qui assurent le centrage de l'élément filtrant (4). 9. Appareil de filtration par transition radiale selon la revendication 1, caractérisé par des milieux filtrants (4) spécifiques, de forme cylindrique, utilisés pour la filtration de gaz et de liquides. Pour les gaz et les liquides huileux le milieu filtrant est du papier serviettes. Pour les liquides aqueux le milieu filtrant est du feutre. 10. Appareil de filtration par transition radiale selon les revendications 1 et 2 ,caractérisé par des éléments filtrants (4) de taille unique, assemblés par des entretoises (22).