Brevet FR2735380A1 — publié le 19961220

La présente invention se rapporte à des dispositifs de filtration, particulièrement à des dispositifs de filtration imppliquant un ou plus assemblages à membrane supportée. Les dispositifs de filtration impliquent typiquement des éléments structurels qui doivent être scellés étanches aux fluides pour contrôler l'écoulement du fluide à travers eux et pour prévenir une fuite, c'est-àdire pour assurer l'absence de chemins de fluide qui court- circuiteraient le milieu de filtration dans le dispositif de filtration. Ceci est un problème particulièrement significatif dans les dispositifs de filtration qui contiennent des chemins de fluide multiples, des milieux de filtration multiples et/ou un moyen moteur, comme dans une filtration dynamique. Beaucoup de tels dispositifs de filtration incorporent une série d'assemblages de milieux de filtration supportés comprenant un milieu de filtration réuni avec un matériau de support, dans lesquels des chemins de fluide peuvent exister dans le milieu de filtration et le matériau de support ou entre les matériaux de support adjacents des assemblages de milieux de filtration supportés dos-à-dos. Une variété de joints et de matériaux de joints ont été utilisés entre le milieu de filtration et le matériau de support d'un assemblage à milieu de filtration supporté, aussi bien qu'entre des matériaux de support adjacents d'assemblages de milieux de filtration supportés dos- à-dos, de façon à contrôler l'écoulement du fluide et à empêcher une fuite. De tels matériaux incluent le polyuréthane qui peut procurer des joints étanches aux fluides mais souffre de matières hautement extractibles qui peuvent contaminer le fluide filtré. D'autres matériaux avec des matières faiblement extractibles, tels que le polyéthylène, cependant, peuvent être cassants et peuvent avoir peu d'adaptibilité, permettant ainsi des chemins de fuite de liquide, particulièrement dans des dispositifs de filtration avec un moyen moteur, tels que des dispositifs de filtration dynamique. 2 2735380 Ainsi, il reste un besoin pour un dispositif de filtration utilisant des joints étanches aux fluides avec une compatibilité relativement élevée et peu de matières extractibles. La présente invention vise à fournir un tel dispositif de filtration. A cet effet, l'invention propose un dispositif de filtration comprenant au moins deux éléments structurels qui sont réunis ensemble pour former un bord, au moins une portion dudit bord étant scellée étanche aux fluides avec un copolymère de polyéthylène et d'éthylène-acétate de vinyle positionné entre lesdits éléments structurels. Selon un premier mode de réalisation, lesdits éléments structurels sont un milieu de filtration et un matériau de support poreux, et ledit milieu de filtration et ledit matériau de support sont réunis ensemble pour former un ou plus bords, dont tous les bords sont scellés étanches aux fluides avec ledit copolymère positionné entre ledit milieu de filtration et ledit matériau de support. Selon une caractéristique de ce premier mode de réalisation, ledit dispositif de filtration comprend de plus une couche de diffusion positionnée entre lesdits éléments structurels. Selon un autre mode de réalisation du dispositif de filtration de l'invention, lesdits éléments structurels sont des assemblages de milieux de filtration supportés comprenant un milieu de filtration et un matériau de support poreux, ledit matériau de support d'au moins un des assemblages à milieux de filtration supportés est réuni avec ledit matériau de support d'un autre desdits assemblages à milieux de filtration supportés pour former un ou plus bords qui sont partiellement mais pas complètement scellés étanches aux fluides avec ledit copolymère positionné entre lesdits matériaux de support, et ledit dispositif de filtration comprend une couche de diffusion positionnée entre lesdits matériaux de support réunis. Selon une caractéristique de ce deuxième mode de réalisation de l'invention, lesdits matériaux de support sont 3 2735380 en forme d'anneau de façon à former deux bords concentriques avec seulement un desdits bords étant scellé étanche aux fluides avec ledit copolymère positionné entre lesdits matériaux de support et l'autre desdits bords permettant le passage d'un fluide entre eux. Selon un troisième mode de réalisation du dispositif de l'invention, lesdits éléments structurels sont un milieu de filtration et un matériau de support imperméable au fluide, ledit milieu de filtration est réuni avec ledit matériau de support pour former un ou plus bords qui sont partiellement mais pas complètement scellés étanches aux fluides avec ledit copolymère positionné entre ledit milieu de filtration et ledit matériau de support, et ledit dispositif de filtration comprend de plus une couche de diffusion positionnée entre ledit milieu de filtration et ledit matériau de support réunis. Selon une caractéristique du troisième mode de réalisation du dispositif de filtration de l'invention, ledit milieu de filtration et ledit matériau de support sont en forme d'anneau de façon à former deux bords concentriques avec seulement un desdits bords étant scellé étanche aux fluides avec ledit copolymère positionné entre ledit milieu de filtration et ledit matériau de support et l'autre desdits bords permettant le passage d'un fluide entre eux. Selon encore une autre caractéristique des deuxième et troisième modes de réalisation, ladite couche de diffusion est partiellement noyée dans ledit copolymère positionné entre ledit milieu de filtration et ledit matériau de support. Toujours une autre caractéristique des dispositifs de filtration de l'invention, est que ledit dispositif de filtration comprend de plus un moyen de filtration dynamique. L'invention vise également une méthode de filtration comprenant la filtration d'un fluide à travers le dispositif de filtration de l'invention. Les objets et avantages ci-dessus et d'autres de la présente invention, ainsi que des caractéristiques inventives 4 2735380 additionnelles, seront apparentes à partir de la description de l'invention donnée ici. La présente invention fournit un dispositif de filtration comprenant au moins deux éléments structurels qui sont réunis ensemble pour former un bord, au moins une portion du bord étant scellée étanche aux fluides avec un copolymère de polyéthylène et d'éthylène-acétate de vinyle positionné entre les éléments structurels. La présente invention fournit également une méthode de filtration comprenant la filtration d'un fluide à travers le dispositif de filtration de la présente invention. La présente invention fournit un dispositif de filtration, ainsi qu'une méthode d'utilisation d'un tel dispositif de filtration. Le dispositif de filtration de la présente invention comprend au moins deux éléments structurels qui sont réunis ensemble pour former un bord, avec au moins une portion du bord étant scellée étanche au fluide avec un copolymère de polyéthylène et d'éthylène- acetate de vinyle positionné entre les éléments structurels. La méthode de la présente invention comprend la filtration d'un fluide à travers le dispositif de filtration de la présente invention. Tout copolymère approprié de polyéthylène et d'éthylène- acétate de vinyle peut être utilisé dans le contexte de la présente invention. Le copolymère a de façon souhaitable une température de ramollissement et/ou de fusion inférieure à celle des éléments structurels réunis étant scellés étanche aux fluides avec le copolymère. De préférence le copolymère est le produit 10SE disponible chez Oliver Products Company (Grand Rapids, Michigan). Tout bord, ou portion de celui-ci, d'un des éléments structurels réunis ensemble appropriés d'un dispositif de filtration peut être scellé étanche aux fluides avec le copolymère. De tels éléments structurels peuvent être, par exemple, des portions d'un logement de filtration, deux milieux de filtration, un milieu de filtration et un matériau de support, ou deux matériaux de support. Plus typiquement, 2735380 de tels éléments structurels peuvent être des portions de un ou plus assemblages à milieux de filtration supportés, dont chacun comprend un milieu de filtration, habituellement une membrane, et un matériau de support, o le copolymère sera typiquement utilisé en tant que joint sur les bords scellés étanches aux fluides ou les portions de ceux-ci entre le milieu de filtration et le matériau de support d'assemblage à milieux de filtration supportés individuels et/ou entre les matériaux de support de matériaux de support adjacents des assemblages à milieux de filtration supportés dos-à-dos. Tout milieu de filtration approprié peut être utilisé dans le contexte de la présente invention. Le milieu de filtration est de préférence une membrane poreuse. Les membranes appropriées incluent les membranes microporeuses (par exemple, des membranes ayant généralement des tailles de pores d'environ 20 nm à environ 100 mm ou plus), des membranes d'ultrafiltration (par exemple des membranes ayant généralement des tailles de pores de moins d'environ 20 nm), des membranes de nanofiltration, et des membranes osmoses inverses. La membrane peut être préparée à partir de tout matériau approprié, tel que des métaux, des céramiques et des polymères. Les membranes métalliques appropriées peuvent être préparées à partir de matériaux qui incluent l'acier, par exemple, l'acier inoxydable, et le nickel. Des membranes en acier inoxydables sont commercialement disponibles en tant que filtres à membrane métallique PMM (Pall Corporation, East Hills, New York). De préférence, la membrane sera une membrane polymérique. De telles membranes appropriées peuvent être préparées à partir de matériaux polymériques tels que du polyamide, du polytétrafluoro-éthylène, du fluorure de polyvinylidène, du polyéthèrsulfone, du polyéthylène, et du polypropylène. Les membranes plus préférées sont les membranes de polyamide, par exemple, du nylon et les membranes de polytétrafluoroéthylène, avec la membrane la plus préférée étant une membrane de polytétrafluoroéthylène. La préparation des membranes polymériques est généralement décrite dans, par exemple, le brevet US 4 340 479, et de 6 2735380 telles membranes sont commercialement disponibles sous une variété de marques enregistrées, telles que Ultipor (Pall Corporation, East Hills, New York). Le matériau de support peut être tout matériau approprié, préférablement un matériau qui est plus rigide que le milieu de filtration, par exemple, ayant une rigidité en flexion (test en porte-à-faux selon ASTM D 1388-64 (réapprouvé en 1975; changements éditoriaux en 1975 et 1976)) au moins environ 10 fois, de préférence au moins environ 50 fois, plus préférablement au moins environ 100 fois, par exemple, environ 500 fois ou plus, et le plus préférablement au moins environ 1000 fois, la rigidité en flexion du milieu de filtration. Le matériau de support a également de préférence une résistance en tension d'au moins environ 5 fois, plus préférablement au moins 10 fois, et le plus préférablement au moins 20 fois, la résistance en tension du milieu de filtration. Le matériau de support peut être typiquement un matériau polymérique ou un métal. Les matériaux polymériques appropriés incluent un polyamide (par exemple, le nylon), un polypropylène, une polyéthersulfone (PES), une polysulfone (PSO), un polyétherimide (PEI), une polyétheréthercétone (PEEK), une polyéthercétone (PEK). Les matériaux métalliques appropriés incluent les métaux, tels que l'aluminium, et les alliages, tels que l'acier inoxydable. Le matériau de support peut être sous toute forme appropriée, par exemple, en feuille, fibreux, à mailles, et analogues. Le matériau de support peut être poreux, de sorte que le fluide filtré s'écoule à travers le matériau de support, ou imperméable aux fluides, par exemple, non poreux, de sorte que le fluide filtré s'écoule latéralement entre le milieu de filtration et le matériau de support. Le matériau de support est de préférence une feuille poreuse d'acier inoxydable, par exemple, avec des trous gravés chimiquement à travers elle. Le matériau de support peut également être un milieu de filtration, tel qu'une membrane. Ainsi, deux milieux de filtration de compositions identiques ou différentes ou de 7 2735380 configurations identiques ou différentes peuvent être réunies ensemble pour former un bord, avec au moins une portion du bord étant scellée étanche aux fluides avec un copolymère de polyethylène et d'éthylèneacétate de vinyle positionné entre les milieux de filtration. Dans de tels modes de réalisation, le milieu de filtration et le matériau de support sont de préférence identiques. Ceci peut être accompli en utilisant deux milieux de filtration de la même composition ou en pliant un milieu de filtration unique qui peut être réuni à lui-même. Dans les modes de réalisation dans lesquels un milieu de filtration est réuni avec un autre milieu de filtration (soit un autre milieu de filtration distinct ou une portion de lui-même), le fluide peut s'écouler à travers un des milieux de filtration et ensuite l'autre milieu de filtration séquentiellement, bien qu'il sera plus habituel que le fluide s'écoule à travers à la fois les deux milieux de filtration simultanément dans l'espace entre les milieux de filtration ce par quoi le fluide s'écoulera ensuite latéralement entre les milieux de filtration jusqu'à atteindre une sortie appropriée. Le milieu de filtration et/ou le matériau de support peuvent être rendus plus amenables à une adhérence au copolymère par toute technique appropriée. Par exemple, les surfaces métalliques peuvent être rendues rugueuses, par exemple, par gravure et/ou soumission de la surface à un traitement thermique ou autre traitement de surface oxydant. Une couche de diffusion est souhaitablement positionnée entre un milieu de filtration réuni avec un autre milieu de filtration et/ou un matériau de support, particulièrement lorsque le matériau de support est imperméable aux fluides de façon à augmenter l'écoulement latéral de fluide entre le milieu de filtration et le matériau de support. Une couche de diffusion peut également être souhaitablement positionnée entre un milieu de filtration et un matériau de support poreux, particulièrement si le matériau de support est rigide et a une surface lisse, telle qu'une plaque métallique poreuse, de façon à minimiser la chute de pression à travers 8 2735380 l'assemblage à milieux de filtration supportés. De façon similaire, une couche de diffusion est souhaitablement positionnée entre les matériaux de supports adjacents des assemblages à milieux de filtration supportés dos-à-dos, spécialement lorsque les matériaux de support sont poreux, de façon à augmenter l'écoulement latéral de fluide entre les matériaux de support. La couche de diffusion peut être de toute configuration et matériau appropriés qui permettent, et de préférence aident à, l'écoulement latéral ou le long des bords du fluide entre les surfaces adjacentes à celle-ci. Des configurations appropriées pour la couche de diffusion incluent les matériaux tissés, à mailles, à fils, polymériques ou métalliques et les bandes non tissées fibreuses. Les matériaux appropriés pour la couche de diffusion incluent les polymères tels que le polypropylène, le polyéthylène, le polytétra-fluoroéthylène, le nylon et le polyester, et les métaux tels que l'aluminium et l'acier inoxydable. La couche de diffusion est poreuse de façon à ne pas interférer avec l'écoulement du fluide et, de préférence, de façon à ne pas contribuer substantiellement à la chute de pression à travers le dispositif de filtration. La couche de diffusion a de préférence un volume élevé de vide. En addition, la couche de diffusion a de préférence un nombre de Frazier d'au moins environ deux fois, de préférence au moins environ quatre fois, le nombre de Frazier du milieu de filtration. La couche de diffusion peut être de toute épaisseur appropriée, par exemple, d'environ 25 à 125 mm d'épaisseur à environ 6, 35 à 7,70 mm (250 à 500 millièmes de pouces) d'épaisseur ou plus. Les modes de réalisation préférés de la présente invention incluent les dispositifs de filtrations suivants. Dans un mode de réalisation préféré du dispositif de filtration de la présente invention, les éléments structurels sont des assemblages à membrane supportée comprenant une membrane et un matériau de support poreux, de sorte que le matériau de support d'au moins un des assemblages à membrane supportée est réuni avec le matériau de support d'un autre 9 2735380 des assemblages à membrane supportée pour former un ou plus bords qui sont partiellement mais pas complètement scellés étanches aux fluides avec le copolymère positionné entre les matériaux de support, et le dispositif de filtration comprend de plus une couche de diffusion positionnée entre les matériaux de support réunis. Dans un tel dispositif de filtration, les matériaux de support sont de préférence en forme d'anneau de façon à former deux bords concentriques avec seulement un des bords étant scellé étanche aux fluides avec le copolymère positionné entre les matériaux de support et l'autre des bords permettant le passage de fluides entre eux. La couche de diffusion dans un tel mode de réalisation est de préférence une bande non tissée fibreuse ou un tamis polymérique ou métallique, et la couche de diffusion est de plus de préférence partiellement noyée dans le copolymère positionné entre la membrane et le matériau de support. Dans un autre mode de réalisation préféré du dispositif de filtration de la présente invention, les éléments structurels sont une membrane et un matériau de support poreux, et la membrane et le matériau de support sont réunis ensemble pour former un ou plus bords, dont tous les bords sont scellés étanches aux fluides avec le copolymère positionné entre la membrane et le matériau de support. Un tel dispositif de filtration comprend de préférence une couche de diffusion positionnée entre la membrane et le matériau de support. Dans un mode de réalisation préféré additionnel du dispositif de filtration de la présente invention, les éléments structurels sont une membrane et un matériau de support imperméable aux fluides, la membrane est réunie avec le matériau de support pour former un ou plus bords qui sont partiellement mais pas complètement scellés étanches aux fluides avec le copolymère positionné entre la membrane et le matériau de support, et le dispositif de filtration comprend de plus une couche de diffusion positionnée entre la membrane et le matériau de support réunis. La membrane et le matériau de support sont de préférence en forme d'anneau de façon à 2735380 former deux bords concentriques avec seulement un des bords étant scellé étanche aux fluides avec le copolymère positionné entre la membrane et le matériau de support et l'autre des bords permettant le passage du fluide entre eux. La couche de diffusion dans un tel mode de réalisation est de préférence une bande non tissée fibreuse ou un tamis métallique ou polymérique, et la couche de diffusion est de plus de préférence partiellement noyée dans le copolymère positionné entre la membrane et le matériau de support. Dans de tels modes de réalisation préférés, ou d'autres modes de réalisation, de la présente invention, le dispositif de filtration peut contenir des chemins de fluide multiples, par exemple, des trous d'alimentation et/ou de perméat, & travers les milieux de filtration, les couches de diffusion, et/ou les matériaux de support pour diriger l'écoulement de fluide dans le dispositif de filtration, à travers les différents milieux de filtration, et à l'extérieur du dispositif de filtration. Dans de tels modes de réalisation, le copolymère peut agir comme un joint en étant positionné de façon appropriée autour de chacun de tels chemins de fluide, par exemple, autour d'un trou d'alimentation à travers une couche de diffusion, de façon à éviter la contamination entre les divers flux de fluide pendant le fonctionnement du dispositif de filtration. Ainsi, le copolymère peut agir comme un joint pour remplacer les joints conventionnels dans tout dispositif de filtration approprié. Le dispositif de filtration de la présente invention peut être utilisé pour tout but approprié, par exemple, tout but pour lequel un dispositif de filtration conventionnel ne peut pas être utilisé. Puisque le dispositif de filtration de la présente invention a d'excellentes caractéristiques d'adhésion et de conformation combinées avec un niveau relativement faible de matières extractibles, le dispositif de filtration de la présente invention peut également être utilisé dans des applications et des environnements dans lesquels un dispositif de filtration conventionnel peut ne pas être approprié, tels que dans des environnements à flux 11 2735380 pulsé, à cisaillement élevé ou à pression élevée impliquant des fluides qui pourraient provoquer un degré élevé d'extractibles. Le dispositif de filtration de la présente invention est utile dans les applications et dispositifs de filtration à courants croisés et est particulièrement bien adapté pour les applications et dispositifs de filtration dynamique, spécialement ceux impliquant des dispositifs de filtration dynamique rotatifs et vibratoires. Le dispositif de filtration de la présente invention, en particulier les éléments structurels scellés étanches aux fluides et réunis, peuvent de préférence supporter des taux de cisaillement, tels que ceux rencontrés dans une filtration dynamique, d'au moins environ 200 000 s-1, plus préférablement d'au moins environ 400 000 s-, et le plus préférablement d'au moins environ 500 000 s-1. De façon similaire, le dispositif de filtration de la présente invention peut souhaitablement supporter des pressions de filtration et d'écoulement en retour d'au moins environ kPa, de préférence d'au moins environ 200 kPa, plus préférablement d'au moins environ 400 kPa, et plus préférablement d'au moins environ 500 kPa. La présente invention procure également une méthode de filtration d'un fluide, laquelle méthode comprend le passage d'un fluide à travers le dispositif de filtration de la présente invention. Tout fluide approprié, particulièrement un liquide, peut être ainsi traité selon la présente invention. Toutes les références citées ici sont ainsi incorporées dans leur totalité par référence. Alors que cette invention a été décrite avec une emphase sur les modes de réalisation préférés, il sera évident pour ceux de spécialisation ordinaire dans l'art que des variations des modes de réalisation préférés peuvent être utilisées et qu'il est entendu que l'invention peut être mise en pratique autrement que spécifiquement décrit ici. Conformément, cette invention inclut toutes les modifications 12 2735380 englobées dans l'esprit et l'étendue de l'invention telle que définie par les revendications suivantes. 13 2735380 REVENDICATIONS 1. Dispositif de filtration caractérisé en ce qu'il comprend au moins deux éléments structurels qui sont réunis ensemble pour former un bord, au moins une portion dudit bord étant scellée étanche aux fluides avec un copolymère de polyéthylène et d'éthylène-acétate de vinyle positionné entre lesdits éléments structurels. 2. Dispositif de filtration selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments structurels sont un milieu de filtration et un matériau de support poreux, en ce que ledit milieu de filtration et ledit matériau de support sont réunis ensemble pour former un ou plus bords, et en ce que la totalité de ces bords sont scellés étanches aux fluides avec ledit copolymère positionné entre ledit milieu de filtration et ledit matériau de support. 3. Dispositif de filtration selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit dispositif de filtration comprend de plus une couche de diffusion positionnée entre lesdits éléments structurels. 4. Dispositif de filtration selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments structurels sont des assemblages à milieux de filtration supportés comprenant un milieu de filtration et un matériau de support poreux, en ce que ledit matériau de support d'au moins un desdits assemblages à milieux de filtration supportés est réuni avec ledit matériau de support d'un autre desdits assemblages de milieux de filtration supportés pour former un ou plus bords qui sont partiellement mais pas complètement scellés étanches aux fluides avec ledit copolymère positionné entre lesdits matériaux de support, et en ce que ledit dispositif de filtration comprend de plus une couche de diffusion positionnée entre lesdits matériaux de support réunis. 5. Dispositif de filtration selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits matériaux de support sont en forme d'anneau de façon à former deux bords concentriques 14 2735380 avec seulement un desdits bords étant scellé étanche aux fluides avec ledit copolymère positionné entre lesdits matériaux de support et l'autre desdits bords permettant le passage d'un fluide entre eux. 6. Dispositif de filtration selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits éléments structurels sont un milieu de filtration et un matériau de support imperméable aux fluides, en ce que ledit milieu de filtration est réuni avec ledit matériau de support pour former un ou plus bords qui sont partiellement mais pas complètement scellés étanches au fluide avec ledit copolymère positionné entre ledit milieu de filtration et ledit matériau de support, et en ce que ledit dispositif de filtration comprend de plus une couche de diffusion positionnée entre ledit milieu de filtration et ledit matériau de support réunis. 7. Dispositif de filtration selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit milieu de filtration et ledit matériau de support sont en forme d'anneau de façon à former deux bords concentriques avec seulement un des bords étant scellé étanche aux fluides avec ledit copolymère positionné entre ledit milieu de filtration et ledit matériau de support et l'autre desdits bords permettant le passage d'un fluide entre eux. 8. Dispositif de filtration selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce que ladite couche de diffusion est partiellement noyée dans ledit copolymère positionné entre ledit milieu de filtration et ledit matériau de support. 9. Dispositif de filtration selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit dispositif de filtration comprend de plus un moyen de filtration dynamique. 10. Méthode de filtration caractérisée en ce qu'elle comprend la filtration d'un fluide à travers le dispositif de filtration selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.