Brevet FR2773723A1 — publié le 19990723

Améliorations aux filtres à cartouches tubulaires La présente invention est relative à des améliorations apportées à un filtre comportant une pluralité de cartouches, en particulier des cartouches tubulaires à structure fibreuse essentiellement constituées d'un tube de médium filtrant à base de fibres de carbone actif. Le secteur technique de l'invention est le domaine de la fabrication de filtres à carbone actif utilisables pour la filtration d'eau et d'air en particulier. I1 est connu d'utiliser pour la filtration d'eau ou d'air des filtres à charbon actif pour piéger des particules présentes dans un fluide ; il est connu en particulier par la demande de brevet FR 2.664.624, un tissu de carbone activé et son procédé de fabrication ; ce document décrit un tissu de carbone activé constitué de fils comprenant une âme formée de fibres de carbone de module élevé, recouverte d'un revêtement de carbone actif ; l'âme du fil composite est constituée de fibres en un matériau choisi parmi le polyacrylonitrile préoxydé, la viscose et le brai, et le revêtement de l'âme du fil composite est choisi parmi la viscose et les résines phénoliques. Une difficulté liée à l'utilisation de cartouches tubulaires à structure fibreuse, en particulier des cartouches à base de fibres de carbone activé, résulte de la disparité de la longueur des cartouches. La présente invention a pour objet de proposer un filtre à cartouches interchangeables très simple, qui remédie à cette difficulté. Un objectif poursuivi par l'invention est de proposer un filtre muni d'une pluralité de cartouches tubulaires à structure fibreuse, qui comporte des moyens de fixation amovibles de cartouches qui soient très simples. Un autre objectif poursuivi par l'invention est de proposer un filtre dont la structure soit très simple et peu coûteuse à fabriquer et qui soit facilement adaptable pour recevoir un nombre de cartouches très variable et élevé. La solution au problème posé consiste, conformément à l'invention, à proposer un filtre comportant plusieurs cartouches tubulaires, en particulier des cartouches ou éléments filtrants à structure fibreuse, qui comporte - une plaque support de cartouche percée d'orifices, - des moyens déformables de liaison (ou retenue ou maintien) amovible des cartouches sur la plaque à cet effet, les moyens déformables de liaison comportent au moins une partie déformable et/ou au moins deux parties déplaçables (mobiles) l'une par rapport à l'autre, de manière à s'adapter à des disparités géométriques des cartouches (réputées identiques), et en particulier pour permettre par des moyens simples une fixation fiable et amovible des cartouches, dont la hauteur (ou longueur) varie ; ceci permet notamment de faciliter le montage et démontage des cartouches du filtre. Selon des modes préférentiels de réalisation de l'invention : - le filtre comporte plusieurs moyens identiques déformables de liaison qui solidarisent chacun à la plaque un nombre de cartouches multiple de trois ; les orifices prévus dans la plaque et permettant le passage du fluide au travers de celle-ci, sont disposés selon un pas triangulaire régulier ou équilatéral, ce qui permet d'obtenir un filtre de section circulaire compact et ce qui permet d'utiliser un seul type de moyen déformable de liaison - les cartouches sont disposées sensiblement parallèlement les unes aux autres sur une couche (ou niveau) ou bien empilées coaxialement pour former des piles de deux à six cartouches, sur au moins une face de la plaque - les cartouches s'étendent selon un axe longitudinal sensiblement perpendiculaire au plan médian de la plaque - chacun des moyens déformables de liaison comporte un un premier élément de liaison de forme allongée tel qu'une tige, un tube ou un barreau, s'étendant parallèlement aux cartouches ou piles de cartouches, dont une première extrémité est fixée à la plaque support de cartouches, ;b un deuxième élément de liaison doté de trois bras (ou lobes ou saillies) s'étendant sensiblement selon une symétrie de révolution selon l'axe longitudinal du premier élément de liaison, tels que trois bras coplanaires disposés à 1200, * un un organe manuel de réglage de position et/ou de liaison et/ou de blocage en position desdits premier et deuxième éléments de liaison l'un par rapport à l'autre, ce qui permet d'adapter facilement les moyens déformables de liaison à la hauteur d'une cartouche ou d'une pile de cartouches en utilisant un premier élément de liaison de longueur adaptée et un deuxième élément de liaison (ainsi qu'un organe de réglage ou de liaison) dont les dimensions sont déterminées en fonction du pas triangulaire d'espacement des cartouches - les bras du deuxième élément de liaison sont déformables ou articulés, et/ou lesdits bras sont dotés de faces d'appui sur une extrémité des cartouches, qui est de forme ovoïde ou sphéroïde - ledit deuxième élément de liaison (des moyens déformables de liaison) est monté pivotant ou articulé sur le premier élément, ce qui permet de réaliser simplement le moyen déformable de liaison - l'organe réglable de liaison ou de blocage desdits premier et deuxième éléments est essentiellement constitué par une vis, un écrou, un excentrique ou un coin rotatif actionnable par un levier - ladite plaque est en matière plastique, est munie d'organes ou inserts surmoulés d'ancrage ou de fixation d'une extrémité des moyens déformables de liaison ; alternativement, la plaque peut être métallique, par exemple en alliage d'aluminium ; ledit filtre comporte en outre des moyens d'étanchéité entre ladite plaque et lesdites cartouches autour de chaque orifice prévu dans la plaque - le filtre comporte une enveloppe essentiellement composée de deux parties, de symétrie cylindrique, chaque partie étant munie d'un orifice de transit, c'est-à-dire d'entrée ou de sortie de fluide, et étant fermée à une extrémité par un fond bombé et munie à sa deuxième extrémité d'une bride ; la plaque peut être montée pincée à sa périphérie entre lesdites brides ; lesdites parties sont de préférence alignées selon l'axe longitudinal du filtre ; ceci permet une fabrication simple et peu coûteuse de l'enveloppe et du filtre - lesdites parties d'enveloppe du filtre sont de préférence métalliques et revêtues intérieurement d'un revêtement thermiquement isolant, et les axes longitudinaux des cartouches et de l'enveloppe sont verticaux - ladite plaque est sensiblement symétrique par rapport à un plan médian, ce qui permet de fixer des cartouches de part et d'autre de la plaque - le filtre est équipé d'un nombre de cartouches compris entre 10 et 500, chaque cartouche ayant une hauteur de l'ordre de 100 à 500 millimètres - le rapport du pas triangulaire des orifices prévus dans la plaque au diamètre des cartouches, est compris entre 1,05 et 1,5, de préférence compris entre 1,1 et 1,25 - lesdites cartouches comportent un médium filtrant essentiellement constitué de fils ou fibres tissés ou non, de charbon ou carbone actif. Les filtres selon l'invention sont particulièrement adaptés à l'épuration d'air pollué chargé de composants organiques volatils, tels que ceux résultant de l'utilisation de solvants. Les avantages procurés par l'invention seront mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés, qui illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de l'invention. Dans les dessins, les éléments identiques ou similaires portent, sauf indication contraire, les mêmes références d'une figure à l'autre. La figure 1 est une vue de côté d'un filtre à axe vertical, de forme générale cylindrique et équipé de fonds bombés. La figure 2 est une demi-vue en coupe partielle de l'enveloppe d'un filtre tel que celui représenté figure 1, et illustre l'agencement de piles de deux cartouches de part et d'autre de la plaque support de cartouches, faisant partie d'un filtre conforme à l'invention. La figure 3, qui est une vue selon III de la figure 2 illustre en vue de dessus l'implantation sur la plaque support de 54 cartouches ou 54 piles de cartouches et illustre également un mode préféré de réalisation de moyens de liaison déformables des cartouches à la plaque. Les figures 4 à 6 illustrent trois variantes du détail II de la figure 2, c'est-à-dire trois variantes de réalisation de la liaison d'une tige 30 (faisant partie des moyens déformables de fixation de cartouches) à la plaque du filtre, de manière schématique en vue en coupe à échelle agrandie. Les figures 7 et 8 illustrent deux variantes de réalisation (également en vue en coupe schématique à échelle agrandie) de la liaison étanche entre la base d'une cartouche et la plaque support de cartouche. Les figures 10 et 11 illustrent en vue en coupe transversale partielle deux variantes de réalisation des moyens déformables de liaison de cartouches à la plaque-support et sont des vues selon B/B de la figure 3. La figure 12 est une vue selon XII de la figure 11 et illustre en vue de dessus un mode particulier de réalisation des moyens de verrouillage faisant partie des moyens déformables de liaison. La figure 13 illustre une autre variante de réalisation d'un élément de liaison faisant partie des moyens déformables de liaison et équipé de rotules. Par référence aux figures 1 et 2, le filtre 1 qui s'étend selon un axe 2 vertical, comporte une plaque 3 sensiblement plane montée pincée entre deux brides 4, 5 équipant respectivement la partie supérieure 6 et la partie inférieure 7 de l'enveloppe du filtre ; les brides 4 et 5 et la plaque 3 sont assemblées par des boulons 10, des joints 11 assurent un assemblage étanche des pièces 3, 6, 7. Chaque partie 6, 7 de l'enveloppe comporte une partie centrale cylindrique d'axe 2, terminée par un fond 8, 9 respectif, et est ouverte à sa deuxième extrémité comportant ladite bride ; les deux parties d'enveloppe délimitent un espace clos 12 renfermant une pluralité de cartouches filtrantes 13 identiques qui sont fixées à la plaque 3, laquelle plaque divise l'espace 12 en deux chambres : une chambre d'entrée (supérieure) et une chambre de sortie (inférieure). Par référence à la figure 1 en particulier, un conduit d'entrée 14 et un conduit de sortie 15 sont respectivement fixés aux parties 6 et 7 de l'enveloppe pour permettre au fluide (gaz) à filtrer de pénétrer puis de sortir de l'espace de filtration 12 du filtre 1 ; le filtre 1 repose au sol par des pieds 16 s'étendant parallèlement à l'axe 2. L'enveloppe métallique 6, 7 est revêtue intérieurement d'une couche d'un revêtement 21 thermiquement isolant, ce qui permet d'accélérer le chauffage des cartouches pour la désorption et l'élimination des particules (telles que des composés organiques volatils) piégées par la cartouche, au cours d'un cycle de nettoyage des cartouches. Par référence aux figures 2, 3, 7 et 8 en particulier, la plaque 3 s'étend selon un plan 17 perpendiculaire à l'axe 2 et est percée d'une pluralité d'orifices 18 d'axe 19 parallèle à l'axe 2 ; les orifices 18 et les axes 19 sont disposés (figure 3) selon un pas 20 régulier et constant, c'est-à-dire selon un pas triangulaire : les traces des axes 19 dans le plan de la figure, forment les sommets de triangles équilatéraux adjacents. Chaque cartouche 13 est essentiellement constituée par un médium filtrant 22 tel qu'un rouleau ou un tube de tissu de fibres de charbon actif, qui s'étend selon l'axe longitudinal 19 de la cartouche ; le médium délimite un canal central 23 d'axe longitudinal 19 qui, lorsque la cartouche est fixée à la plaque 3, est dans le prolongement d'un orifice 18 ; la circulation 24 du fluide à filtrer s'effectue en passant (sensiblement radialement par référence à l'axe 19) au travers du médium 22, de l'extérieur de la cartouche vers le canal 23, dans la partie supérieure du filtre 1 (figure 2), puis inversement du canal 23 vers l'extérieur 12 de la cartouche dans la partie inférieure du filtre 1, après avoir traversé l'orifice 18 par lequel communiquent les canaux des cartouches disposées de part et d'autre de la plaque 3. Dans le mode de réalisation illustré figure 2, une pile de deux cartouches 13 est prévue de part et d'autre de la plaque 3 ; dans des variantes de réalisation non représentées, il est possible de prévoir, pour chaque orifice 18 de la plaque, une seule cartouche de part et d'autre de celle-ci, ou bien une seule ou plusieurs cartouche(s) disposée(s) d'un seul côté de la plaque, en fonction du débit de fluide à traiter et des pertes de charge autorisées. Le tube 22 de médium est pourvu à chaque extrémité longitudinale d'un capuchon ou embout 25 en forme de disque ou de bouchon percé d'un orifice prolongeant le canal 23 ; l'étanchéité entre l'embout et la plaque est obtenue par un joint plat 26 (figure 7) ou par un joint torique 27 (figure 8) dans dans ce dernier cas, une gorge 28 est prévue dans la plaque 3, centrée sur l'axe 19 et/ou entourant chaque orifice 18. La fixation des cartouches ou piles de cartouches à la plaque est assurée par des moyens déformables de liaison amovible décrits ci-après par référence aux figures 2 à 6 et 10 à 14 en particulier. Ces moyens comportent une tige 30, par exemple métallique ou plastique, qui s'étend selon un axe longitudinal 29 et est fixée par son extrémité inférieure 32 filetée, par vissage dans un trou taraudé prévu dans la plaque 3 métallique (figure 6), ou par vissage dans un insert 31 (figures 4 et 5) prévu (par exemple surmoulé) dans la plaque 3 lorsque celle-ci est en matière plastique ; l'insert 31 (figure 4) est symétrique par rapport au plan 17 médian de la plaque 3 et permet la fixation de deux tiges 30 disposées de part et d'autre de la plaque ; la longueur de la tige 30 figure 2 est sensiblement supérieure au double de la hauteur ou longueur 33 des cartouches 13 ; afin de compenser le fait que la longueur 33 des cartouches est susceptible de varier dans des proportions relativement importantes, c'est-à-dire de plusieurs millimètres, les moyens de liaison sont déformables et permettent de préférence d'immobiliser trois cartouches ou trois piles de cartouches adjacentes (figure 3) grâce à leurs caractéristiques déformables et à leur structure comportant trois bras appuyant chacun sur l'extrémité 34 (opposée à la plaque) de la cartouche ou pile de cartouches. Les axes 29 des tiges 30 sont disposés selon un pas 35 triangulaire régulier (équilatéral) qui est le double du pas 20 d'espacement triangulaire des cartouches et de leurs axes longitudinaux 19 respectifs. Les moyens de liaison comportent en outre une pièce 36 d'appui de forme tricéphale ou trilobée, c'est-à-dire comportant trois bras 37 s 'étendant par exemple radialement par rapport à l'axe 29 de la tige, et dont l'extrémité libre 38 appuie sur l'extrémité 34 de la cartouche ou pile de cartouches qui est munie d'un élément obturant l'extrémité du canal 23 qu'elle délimite, afin d'assurer la circulation du fluide à filtrer au travers du médium filtrant. De préférence, chaque bras 37 s'appuie sur la pièce 34 par une face ou surface ovoïde ou sphéroïdale susceptible d'assurer un contact d'appui sur cette pièce 34 dans des positions relatives légèrement différentes des pièces 37 et 34 ; ceci permet d'assurer un bon contact d'appui lorsque les trois bras 37 d'une même pièce 36 sont inclinés selon des angles différents par rapport aux axes longitudinaux de cartouches et/ou par rapport aux faces de contact des extrémités 34 de cartouches, lesquelles différences d'inclinaison résultent d'une différence de cote (mesurée par référence à la plaque) résultant d'une différence de hauteur entre les trois cartouches ou piles de cartouches concernees. La pièce d'appui 36 peut être montée coulissante le long de l'extrémité supérieure de la tige 30, grâce à un alésage central dont elle est munie ; le verrouillage en position de la pièce d'appui 36 par rapport à la tige 30 peut être obtenu par un écrou 39 (figure 2) vissé à l'extrémité supérieure de la tige 30 ; le verrouillage peut être également obtenu par un mécanisme à levier 40 (figures 10 à 12) ; ce levier sert (figure 10) à actionner un excentrique 41 monté pivotant selon un axe 42 à l'extrémité supérieure de la tige 30 pour appuyer par sa face inférieure sur la pièce 36 lors d'une rotation du levier selon la flèche 45 ; dans la variante de réalisation illustrée figures 11 et 12, la rotation 46 du levier 40 selon l'axe 29 provoque l'application d'un effort d'appui vertical descendant sur la pièce 36, qui s'exerce par la face inférieure d'un coin 43 rotatif dont la face supérieure inclinée prend appui sur la face inférieure inclinée d'un deuxième coin 44 fixé à l'extrémité de la tige. Ces moyens simples permettent de verrouiller et de déverrouiller simplement des groupes de trois cartouches ou de trois piles de cartouches par une action manuelle sur le levier ou l'écrou. La déformabilité des moyens de liaison des cartouches à plaques peut résulter en particulier - de la souplesse des bras 37, et/ou - de la souplesse de la tige 30, et/ou - de moyens élastiques de rappel intégrés au verrou ou à la tige ou au bras, tels qu'un ressort (non représenté), et/ou - d'une liaison par pivot ou par rotule prévue entre la tige 30 et la pièce 36 ou bien intégrée à un des bras 37, et/ou - de la présence de la surface de contact ovoïdale ou sphéroïdale d'appui de l'extrémité 38 des bras sur la face supérieure 34 des cartouches. Dans des configurations d'implantation de cartouches telles que celle représentée figure 3, il est possible de fixer une cartouche supplémentaire (non représentée) au centre de la plaque ou dans des espaces libres ; cette cartouche pourrait être fixée par un dispositif constitué de deux tiges verticales reliées par une barrette s'appuyant sur la cartouche. REVENDICATIONS 1. Filtre (1) comportant plusieurs cartouches (13) tubulaires, caractérisé en ce qu'il comporte - une plaque (3) support de cartouche percée d'orifices (18), - des moyens (30, 36) déformables de liaison amovible des cartouches sur la plaque. 2. Filtre selon la revendication 1, qui comporte plusieurs moyens identiques déformables de liaison, qui chacun solidarisent à la plaque un nombre de cartouches multiple de trois, et dans lequel des orifices (18) sont disposés selon un pas (20) triangulaire régulier. 3. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les cartouches s'étendent selon un axe longitudinal (19) perpendiculaire au plan (17) médian de la plaque (3), et dans lequel chacun des moyens déformables de liaison comporte - un premier élément (30) de liaison de forme allongée tel qu'une tige, un tube ou un barreau, s'étendant parallèlement aux cartouches ou piles de cartouches, dont une première extrémité est fixée à la plaque support de cartouches, - un deuxième élément (36) de liaison doté de trois bras s'étendant sensiblement selon une symétrie de révolution selon l'axe longitudinal du premier élément de liaison, tels que trois bras (37) coplanaires disposés à 1200, - un organe (39 à 44) de liaison desdits premier et deuxième éléments de liaison. 4. Filtre selon la revendication 3, dans lequel les bras (37) du deuxième élément (36) de liaison sont déformables ou articulés, ou bien dans lequel lesdits bras sont dotés de faces d'appui sur une extrémité (34) des cartouches, de forme ovoïde ou sphéroïde. 5. Filtre selon l'une quelconque des revendications 3 ou 4, dans lequel ledit deuxième élément (36) de liaison est monté pivotant ou articulé sur le premier élément (30). 6. Filtre selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, dans lequel l'organe de liaison desdits premier et deuxième éléments est essentiellement constitué par une vis, un écrou (39), un excentrique (41) ou un coin rotatif (43). 7. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel ladite plaque est en matière plastique et est munie d'organes surmoulés de fixation d'une extrémité des moyens déformables de liaison, et ledit filtre comporte en outre des moyens (26, 27) d'étanchéité entre ladite plaque (3) et lesdites cartouches (13) autour de chaque orifice (18). 8. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, qui comporte une enveloppe composée de deux parties (6, 7) de symétrie cylindrique, chaque partie étant munie d'un orifice d'entrée ou de sortie de gaz, et étant fermée à une extrémité par un fond bombé et munie à sa deuxième extrémité d'une bride (4, 5), et dans lequel la plaque (3) est pincée à sa périphérie entre lesdites brides (4, 5) et dans lequel lesdites parties (6, 7) sont alignées selon l'axe longitudinal (2) du filtre. 9. Filtre selon la revendication 8, dans lequel lesdites parties (6, 7) du filtre sont métalliques et revêtues intérieurement d'un revêtement (21) thermiquement isolant. 10. Filtre selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel ladite plaque (3) est sensiblement symétrique par rapport à un plan médian (17), ce qui permet de fixer des cartouches (13) d'un seul côté ou de part et d'autre de la plaque, lequel filtre est équipé d'un nombre de cartouches compris entre 10 et 500, chaque cartouche ayant une hauteur de l'ordre de 100 à 500 millimètres, et dans lequel le rapport du pas triangulaire (20) des orifices (18) prévus dans la plaque au diamètre des cartouches, est compris entre 1,05 et 1,5, et dans lequel lesdites cartouches comportent un médium filtrant essentiellement constitué de fils ou fibres de charbon actif.