Brevet FR2810256A1 — publié le 20011221

La présente invention concerne le domaine technique de la séparation moléculaire ou particulaire mettant en oeuvre des éléments de séparation appelés généralement membranes, adaptés pour assurer la séparation des molécules ou des particules contenues dans un milieu fluide à traiter. L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la filtration au sens général d'un milieu fluide à traiter, et particulier de la nanofiltration, de l'ultrafiltration, de la microfiltration, etc. Dans l'état de la technique, il est connu de nombreuses variantes réalisation d'une installation de filtration pour un fluide à traiter. Par exemple, une installation de filtration comporte au moins un et généralement deux dispositifs de filtration comportant chacun dans une enveloppe, une série d'éléments de filtration de forme tubulaire s'étendant parallèlement les uns aux autres, et montés de manière étanche à chacune de leurs extrémités sur une plaque de positionnement. Chaque élément de filtration comporte au moins un canal de circulation pour le fluide ' traiter. Les éléments de filtration assurent la filtration tangentielle du fluide, en vue d'obtenir à la surface périphérique des éléments de filtration, la sortie du filtrat destiné à être récupéré dans un volume de collecte situé entre les plaques de positionnement et l'enveloppe. Les deux dispositifs de filtration sont montés en série à l'intérieur d'une boucle de circulation dans laquelle une pompe de circulation est reliée aux dispositifs de filtration par l'intermédiaire d'une canalisation d'amenée du fluide à traiter et d'une canalisation de retour récupérant le fluide ayant circulé à l'intérieur des éléments de filtration et appelé rétentat. La pompe de circulation permet d'assurer la circulation du fluide à traiter à grande vitesse à l'intérieur des éléments de filtration tendant à générer une contrainte de cisaillement qui redisperse les matières déposées sur la surface des canaux de la membrane. Il doit être considéré que ce principe de décolmatage est réalisé à l'intérieur d'une boucle de circulation qui comprend deux dispositifs de filtration montés en série et les canalisations d'amenée et de retour du fluide à traiter. Cette installation donne satisfaction au niveau du traitement du fluide. Toutefois, une telle installation présente un coût de fabrication relativement important compte tenu de la réalisation d'une boucle de circulation nécessitant la mise en oeuvre de diverses canalisations et raccords. plus, une telle installation présente un encombrement relativement important. L'objet de l'invention vise donc à remédier aux inconvénients de la technique antérieure proposant un dispositif pour la filtration tangentielle fluide à traiter, conçu pour présenter un coût de fabrication réduit et un encombrement limité, tout en conservant un débit de filtration important. Pour atteindre un tel objectif, l'objet de l'invention concerne dispositif pour la filtration tangentielle d'un fluide à traiter destiné à être réparti en un filtrat et en un rétentat, le dispositif comportant dans un carter - une série d'éléments de filtration de forme tubulaire s'étendant parallèlement les uns aux autres en traversant de manière étanche, à chacune de leurs extrémités, une plaque de positionnement pour déboucher par l'une de leurs extrémités, dans une première chambre de communication, par l'autre de leurs extrémités, dans une deuxième chambre de communication, les 'léments de filtration comportant chacun au moins un canal de circulation pour le fluide à traiter et assurant la filtration dudit fluide, vue d'obtenir à surface périphérique des éléments de filtration, la sortie du filtrat destiné à être récupéré dans un volume de collecte situé entre les plaques de positionnement et le carter, - au moins une entrée pour le fluide à traiter, - au moins une sortie pour le filtrat communiquant avec le volume de collecte du filtrat, - et au moins une sortie d'évacuation du rétentat. Selon l'invention, le dispositif comporte # une pièce de séparation montée dans la première chambre de communication, en contact étanche avec la plaque de positionnement voisine, pour diviser ladite chambre 0 en un premier volume permettant d'alimenter en fluide à traiter, une première série d'éléments de filtration selon un premier sens, 0 et en un deuxième volume assurant la récupération du fluide à traiter ayant circulé, selon un deuxième sens contraire au premier sens, dans une deuxième série d'éléments de filtration différents des éléments de filtration de la première série, # une deuxième chambre de communication aménagée pour assurer d'une part, la récupération du fluide à traiter ayant circulé dans éléments de filtration de la première série et, d'autre part, l'alimentation en fluide à traiter des éléments de filtration de la deuxième série. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci-dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation et de mise en oeuvre de l'objet de l'invention. La fig. 1 est une vue en coupe longitudinale d'un premier exemple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue en coupe transversale prise sensiblement selon les lignes II-II de la fig. 1. La fig. 3 est une vue en coupe-élévation partielle d'un deuxième exemple de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention. La fig. 4 est une vue de dessous du dispositif illustré à la fig. 3. Tel que cela apparaît aux fig. 1 et 2, l'objet de l'invention concerne un dispositif module 1 assurant la filtration tangentielle pour un fluide à traiter pouvant être de toute nature. Le dispositif 1 comporte, dans un carter 2, une série d'éléments de filtration 3 forme tubulaire s'étendant parallèlement les uns aux autres. Chaque élément de filtration 3 possède une forme extérieure de section droite transversale, par exemple hexagonale ou circulaire. Chaque élément de filtration 3 comporte au moins un canal 31 réalisé parallèlement à l'axe longitudinal de l'élément de filtration. La surface des canaux 3, est recouverte par au moins une couche séparatrice non représentée, destinée à être en contact avec le milieu fluide à traiter circulant à l'intérieur des canaux. La nature de la ou des couches séparatrices est choisie en fonction du pouvoir de séparation ou de filtration à obtenir. Les éléments de filtration 3 sont montés à chacune de leurs extrémités, sur une plaque de positionnement 4 montée à l'intérieur du carter 2. De manière classique, chaque plaque de positionnement 4 comporte un trou 5 permettant le passage de l'extrémité d'un élément de filtration tubulaire 3. Chaque trou 5 est équipé d'un joint d'étanchéité permettant d'assurer un montage étanche des éléments de filtration 3 sur plaques de positionnement 4. Les plaques de positionnement 4 définissent entre elles et avec le 2, un volume de collecte 6 pour le filtrat sortant de la surface périphérique des éléments de filtration 3. Ce volume de collecte 6 communique par au moins et, dans l'exemple illustré, deux sorties 7 d'évacuation du filtrat. Dans l'exemple illustré chaque sortie 7 pour le filtrat est constituée par un tronçon de canalisation raccordé sur une virole 9 constituant en partie, le carter 2, et à chaque extrémité de laquelle sont montées plaques de positionnement 4. La virole 9 délimite ainsi avec les plaques de positionnement 4, le volume de collecte 6. Le dispositif de filtration 1 comporte également une première chambre de communication 11 aménagée dans le carter 2 et dans laquelle débouche, au-delà de la plaque de positionnement 4, l'une des extrémités des éléments de filtration 3, tandis que l'autre extrémité des éléments de filtration 3 débouche au-delà de l'autre plaque de filtration 4, dans une deuxième chambre de communication 12. Tel que cela apparaît plus précisément à la fig. 1, la première chambre 11 est délimitée à l'intérieur boîtier de fermeture 13 raccordé à la virole 9, tandis que la deuxième chambre de communication 12 est délimitée entre la plaque de positionnement voisine 4 et un fond de fermeture monté sur la virole 9 et/ou la plaque de positionnement 4. Ainsi, le carter 2 est constitué par la virole 9, le boîtier de fermeture 13 et le fond de fermeture 14. Conformément à l'invention, le dispositif 1 comporte une pièce de séparation 15 montée dans la première chambre de communication 11 afin de diviser première chambre en un premier volume Vr permettant d'alimenter en fluide à traiter, une première série s, d'éléments de filtration 3, selon un premier sens représenté par la flèche fi et en un deuxième volume V2 assurant la récupération du fluide à traiter ayant circulé selon un deuxième sens f2 contraire au premier sens fi, et dans une seconde série s2 d'éléments de filtration 3. Ainsi, par exemple, la pièce de séparation 15 est montée de manière étanche sur la plaque de positionnement 4 voisine, de manière à diviser le volume de la première chambre 11 en premier volume V, et en deuxième volume V2. II doit être compris que les éléments de filtration 3 appartenant à la première série sont différents des éléments de filtration 3 de seconde série s2. Selon une caractéristique préférée de réalisation, pièce de séparation 15 est montée de manière que les séries si, s2 des éléments de filtration 3 comportent un nombre sensiblement égal d'éléments de filtration 3.Dans l'exemple illustré, le nombre d'éléments de filtration 3 est de 108 répartis en six couronnes. Tel cela ressort plus précisément de la fig. 2, chaque série si, s2 comporte chacune 54 éléments de filtration 3. Selon cet exemple, les éléments de filtration 3 appartenant à la première série si sont situés à l'intérieur de l'enveloppe virtuelle prolongeant la pièce de séparation tandis que les éléments de filtration 3 appartenant à la deuxième série s2 sont situés à l'extérieur de cette enveloppe virtuelle. Dans l'exemple illustré à la fig. 1, la pièce de séparation 15 présente la forme d'un entonnoir formé d'un vase 16 de montage sur la plaque de positionnement voisine 4. Le vase de montage 16 est prolongé par un tube 17 traversant de manière étanche, le boîtier de fermeture 13. Le tube 17 de la pièce de séparation 15 est relié dans l'exemple illustré, à une pompe de circulation non représentée permettant d'assurer l'amenée du fluide ' traiter à l'intérieur du premier volume Vr de manière à assurer la circulation du fluide à traiter à l'intérieur des éléments de filtration 3 de la première série si dans le sens fi. Le 17 sert ainsi d'entrée E pour le fluide à traiter. Le deuxième volume V2 de la première chambre de communication 11, communique avec une sortie S d'évacuation du rétentat destiné à être relié au retour d'aspiration de la pompe de circulation. Le fonctionnement du dispositif de filtration 1 selon l'invention découle directement de la description qui précède. Le fluide à traiter qui sort de la pompe de circulation est amené dans le premier volume Vr, c'est-à-dire à l'intérieur de la pièce de séparation 15. Le fluide à traiter pénètre à l'intérieur des canaux 31 des éléments de filtration 3 de la première série si. Le fluide à traiter circule ainsi selon le premier sens fi dans les éléments tubulaires 3 de la première série et débouche dans la deuxième chambre de communication 12. Il est à noter qu'une partie du fluide à traiter est divisée en une partie sortant à la surface périphérique des éléments de filtration 3 sous la forme d'un filtrat récupéré par le volume de collecte 6. Le fluide à traiter récupéré dans la deuxième chambre de communication 12 se trouve amené à circuler dans les éléments de filtration 3 de la deuxième série s2, compte tenu du fait que le deuxième volume VZ communique avec l'aspiration de la pompe de circulation. Le fluide à traiter circule ainsi dans les éléments de filtration 3 de la deuxième série s2, selon un deuxième sens f2 contraire au premier sens f,. Pendant ce trajet retour, le filtrat sortant de la surface périphérique des éléments de filtration 3 de la deuxième série s2 est récupéré dans le volume de collecte 6. Un tel dispositif 1 comporte ' ' une boucle intégrée de circulation pour le fluide à traiter permettant de réduire les tubulures de raccordement par rapport à une installation mettant en oeuvre deux modules filtration montés en série. Le fluide à traiter circule ainsi selon un trajet considéré aller dans le premier sens f,, et retour selon le deuxième sens f2. Dans l'exemple considéré, les éléments de filtration 3 placés à l'intérieur de l'enveloppe virtuelle prolongeant la pièce de séparation 15, assurent la circulation du fluide selon le premier sens, tandis que les éléments de filtration montés à l'extérieur de l'enveloppe virtuelle prolongeant la de séparation 15, assurent la circulation dans le deuxième sens f2. Bien entendu, il pourrait être envisagé d'intervertir la circulation du fluide à traiter dans les première et deuxième séries d'éléments de filtration en raccordant la sortie de refoulement de la pompe directement sur la sortie S, tandis que le tube 17 de la pièce de séparation 15 serait raccordé à l'aspiration de la pompe de circulation. Il est à noter que la séparation des éléments de filtration en deux séries SI, s2 comportant un nombre identique d'éléments 3 conduit à l'obtention d'un même débit de circulation dans chaque élément de filtration 3. La vitesse de circulation qui est le paramètre prépondérant du décolmatage tangentiel, possède donc la même valeur dans chaque élément de filtration 3. Les fig. 3 et 4 illustrent une autre variante de réalisation d'un dispositif de filtration conforme à l'invention, disposé de préférence verticalement, comme montré sur les dessins. Par souci de simplification, les éléments identiques à ceux décrits en relation des fig. 1 et 2 portent la même référence. Selon cet exemple de réalisation, le dispositif 1 comporte également, dans un carter 2, une série d'éléments de filtration 3 montés à chacune de leurs extrémités, de manière étanche à l'aide d'un joint 20 sur une plaque de positionnement 4. Le volume de collecte 6 du filtrat est délimité par l'intermédiaire de la virole 9 raccordée de manière étanche, sur les plaques de positionnement 4. Dans cet exemple de réalisation, le volume de collecte 6 est relié à deux sorties perméat 7 réalisées sur le fond de fermeture 14.A cet effet, le fond de fermeture 14 comporte par exemple, deux orifices de passage 21 communiquant, d'une part, avec les sorties du filtrat 7, par l'intermédiaire d'un canal non représenté aménagé dans le fond de fermeture 14 et, d'autre part, avec des orifices non représentés aménagés dans la plaque de positionnement voisine 4 et débouchant dans le volume de collecte 6. De cette manière, la réalisation de la virole 9 qui ne comporte pas les sorties 7, est simplifiée. Dans cet exemple de réalisation, la pièce de séparation 15 délimite intérieurement un logement 22 pour une turbine 23 d'une pompe de circulation. Dans cet exemple, la pièce de séparation se présente sous la forme d'une noix montée de manière étanche sur la plaque de positionnement voisine 4. La pièce de séparation 15 délimite intérieurement le deuxième volume V2 et extérieurement par rapport au boîtier de fermeture le premier volume Vr. boîtier de fermeture 13 peut être réalisé en deux parties 131, 132 fixées entre elles et à la plaque de positionnement 4 par l'intermédiaire de moyens d'assemblage 133. Un passage de communication 24 aménagé sur la pièce separatrice 15 assure le passage du fluide à traiter entre les volumes Vr, V2. La turbine 23 comporte un axe d'entraînement 25 relié à un moteur d'entraînement en rotation 26 monté sur la partie 132 du bortier de fermeture 13. De préférence, l'axe d'entraînement est monté dans l'alignement de l'axe de la virole 9 dans laquelle les éléments de filtration 3 sont répartis régulièrement suivant l'axe de la virole. Bien entendu, le boîtier de fermeture 13 comporte un passage étanche pour l'arbre d'entraînement 25. Comme expliqué dans l'exemple illustré aux Gg.1 et 2, le premier volume Vr permet d'alimenter en fluide à traiter, comme cela sera expliqué dans la suite de la description, une première série d'éléments de filtration 3 selon un premier sens, tandis que le deuxième volume V2 assure la récupération du fluide à traiter ayant circulé selon un deuxième sens contraire au premier sens, dans une seconde série s2 d'éléments de filtration différents des éléments de filtration 3 de la première série sr. Il est à noter que dans cet exemple de réalisation, les éléments de filtration 3 appartenant à la première série si sont situés à l'extérieur de l'enveloppe virtuelle prolongeant la pièce de séparation 15, tandis que les éléments de filtration 3 appartenant à la deuxième série s2 sont situés à l'intérieur de l'enveloppe virtuelle prolongeant la pièce de séparation 15. Par exemple, le nombre d'éléments de filtration 3 des première et deuxième séries SI, s2 est respectivement égal 18 et 19. Selon une autre caractéristique avantageuse, la deuxième chambre communication 12 est aménagée dans le fond de fermeture 14 qui est équipé de l'entrée E pour le fluide à traiter, de la sortie S d'évacuation du rétentat et, comme indiqué ci-dessus des sorties perméat 7. La deuxième chambre de communication 12 est délimitée, par plaque de positionnement 4 voisine et assure l'alimentation en fluide à traiter, des éléments de filtration de la deuxième série s2 et la récupération du fluide à traiter ayant circulé dans les éléments de filtration 3 de la première séries,. Cette deuxième chambre de communication 12 est reliée à l'entrée E pour le fluide à traiter et à la sortie S d'évacuation du rétentat l'intermédiaire de passages de circulation 33. Dans l'exemple illustré, le fond de fermeture 14 comporte une conformation massive 34 permettant de séparer l'entrée E de la sortie S et de délimiter en partie, la chambre 12 qui est délimitée également par un prolongement 35. Selon une variante simplifiée de réalisation, la conformation 34 peut être supprimée, ainsi qu'éventuellement le prolongement 35. Dans cette forme de réalisation, la chambre de communication 12 occupe la majeure partie du volume interne du fond de fermeture 14. Le fonctionnement du dispositif 1 décrit aux fig. 3 et 4 découle directement de la description qui précède. Le fluide à traiter arrive par l'entrée E et se trouve aspiré sous l'effet du fonctionnement de la turbine 23 dans les éléments de filtration 3 de la deuxième série si en ayant, au préalable, passé dans la deuxième chambre de communication 12. Le fluide remonte ainsi dans les éléments de filtration 3 de la deuxième série s2 pour déboucher dans le deuxième volume V2 de la première chambre 11. Après avoir traversé le volume de la turbine 23, le fluide à traiter passe à travers le passage de communication 24 pour entrer dans le premier volume Vr de manière à être dirigé à travers les éléments de filtration 3 de la première série s,. Le fluide ayant circulé à travers les éléments de filtration 3 de la première série s, est récupéré dans la deuxième chambre de communication 12 pour ensuite être distribué, d'une part, dans les éléments de filtration 3 de la deuxième série s2 et, d'autre part, dans la sortie S d'évacuation du rétentat. Le fonctionnement du dispositif 1 est donc identique au fonctionnement du dispositif décrit aux fig. 1 et 2. Un tel dispositif intègre également une boucle de circulation pour le fluide à traiter ' aussi la pompe de circulation, ce qui permet de réduire encore la mise en oeuvre de canalisations. De préférence, le fond de fermeture 14, boîtier de fermeture 13, plaques de positionnement 4, la pièce de séparation 15 et la virole 9 sont réalisés en matière plastique, injectée ou moulée, et de préférence incorporant des fibres de renforcement. L'invention n'est pas limitée aux exemples décrits et représentés, car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour la filtration tangentielle d'un fluide à traiter destiné à être réparti en un filtrat et en un rétentat, le dispositif comportant dans un carter (2) - une série d'éléments de filtration (3) de forme tubulaire étendant parallèlement les uns aux autres en traversant de manière étanche, à chacune de leurs extrémités, une plaque de positionnement pour déboucher par l'une de leurs extrémités, dans une première chambre de communication (11), et par l'autre de leurs extrémités, dans une deuxième chambre de communication (12), les éléments de filtration (3) comportant chacun au moins un canal (3,) de circulation pour le fluide à traiter et assurant la filtration dudit fluide, en vue d'obtenir à la surface périphérique des éléments de filtration, la sortie du filtrat destiné à être récupéré un volume de collecte (6) situé entre les plaques de positionnement (4) et le carter (2), - au moins une entrée (,EE pour le fluide à traiter, - moins une sortie (7) pour le filtrat communiquant avec le volume de collecte (6) du filtrat, - au moins une sortie (S) d'évacuation du rétentat, caractérisé en ce qu'il comporte # une pièce de séparation (15) montée dans la première chambre de communication (11), en contact étanche avec la plaque de positionnement (4) voisine, pour diviser ladite chambre 0 en un premier volume (V,) permettant d'alimenter en fluide à traiter, une première série (si) d'éléments de filtration selon un premier sens (fi), 0 et en un deuxième volume (V2) assurant la récupération fluide à traiter ayant circulé, selon un deuxième sens (f2) contraire au premier sens, dans une deuxième série (s2) d'éléments de filtration (3) différents des éléments de filtration de la première série # une deuxième chambre de communication (12) aménagée pour assurer, d'une part, la récupération du fluide à traiter ayant circulé dans les éléments de filtration (3) de la première série (si) et, d'autre part, l'alimentation en fluide à traiter des éléments de filtration (3) de la deuxième série (s2). 2. Dispositif selon la revendication caractérisé en ce que la pièce de séparation (15) est montée de manière que la première et deuxième séries (si, s2) d'éléments de filtration (3) comportent nombre sensiblement égal d'éléments de filtration (3). 3. Dispositif selon la revendication ou 2, caractérisé en ce que la pièce de séparation (15) divise la première chambre communication (11) - en un premier volume (V,) relié ' l'entrée (E du fluide à traiter, ou à la sortie (S) d'évacuation du rétentat - et en un deuxième volume relié, respectrivement, à la sortie (S) d'évacuation du rétentat ou à l'entrée (E) du fluide à traiter. 4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la pièce de séparation (15) présente la forme d'un entonnoir formé d'un vase de montage (16) sur la plaque de positionnement (4), prolongé par un tube (17) s'étendant à l'extérieur de la première chambre (11). 5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce de séparation (15) délimite intérieurement un logement pour une turbine (23) d'une pompe de circulation, la pièce de séparation (15) comportant un passage de communication (24) entre le premier volume (V,) et le deuxième volume (V2) de la première chambre de communication (11). 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que la turbine (23) comporte un axe d'entraînement (25) étendant à l'extérieur de la première chambre (11) pour être relié à un moteur d'entraînement (26). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'axe d'entraînement (25) est monté dans l'alignement de l'axe la virole (9). 8. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la deuxième chambre de communication (12) est délimitée entre une plaque de positionnement (4) et un fond de fermeture (14), cette deuxième chambre (12) assurant l'alimentation en fluide à traiter des éléments de filtration (3) de la deuxième série (s2) et la récupération du fluide ' traiter ayant circulé dans les éléments de filtration (3) de la premiere série (si). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que le fond de fermeture (14) qui délimite la deuxième chambre de communication (12), est équipé - de l'entrée (L) pour le fluide à traiter, - de la sortie (S) d'évacuation du rétentat, - et d'une sortie (7) pour le filtrat communiquant avec volume de collecte (6) du filtrat par l'intermédiaire d'orifices aménagés dans la plaque de positionnement voisine (4) et dans le fond de fermeture (14). 10. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce la première chambre (11) est délimitée par un boîtier de fermeture (13) monté sur la plaque de positionnement (4) voisine et supportant le moteur (26) d'entraînement de la turbine. 11. Dispositif selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce que plaques de positionnement (4) sont reliées entre elles par l'intermédiaire d'une virole (9) délimitant le volume de collecte (6) du filtrat. 12. Dispositif selon les revendications 9 et 10, caractérisé en ce le fond de fermeture (14), le boîtier de fermeture (13), les plaques de positionnement (4), la pièce séparation (15) et la virole (9) sont réalisés en matière plastique.