Brevet FR2832322A1 — publié le 20030523

DISPOSITIF ET PROCEDE DE SEPARATION LIQUIDE/GAZ D'UN FLUIDE CONTENANT DU LIQUIDE ET DU GAZ NON DISSOUS DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention se rapporte au domaine des dispositifs de séparation liquide/gaz d'un fluide contenant du liquide et du gaz non dissous. La présente invention se rapporte également aux procédés de séparation liquide/gaz susceptibles d'être mis en oeuvre à l'aide de tels dispositifs. ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE Dans ce domaine, on connaît de l'art antérieur des dispositifs capables de séparer physiquement un gaz d'un liquide, le liquide et le gaz étant répartis en deux phases distinctes. Il s'agit de dispositifs du type bacs de décantation, les bacs étant remplis d'un fluide comprenant par exemple une phase liquide et une phase gazeuse, ces deux phases distinctes se séparant lentement l'une de l'autre sous l'effet de leur différence de masse volumique. Le premier inconvénient afférent à ce type de dispositif réside dans la nécessité de laisser le fluide reposer à l'intérieur du bac de décantation pendant une durée très importante, jusqu'à ce que l'on obtienne une démarcation entre les différentes phases constituant le fluide. De plus, un second inconvénient provient du caractère statique de la séparation effectuée. En effet, une fois qu'une quantité prédéterminée de fluide est introduite dans le bac de décantation, il faut attendre la fin de la séparation des phases pour réintroduire une nouvelle quantité de fluide dans le même bac. Par conséquent, ce type de dispositif est particulièrement mal adapté aux besoins industriels toujours croissants, notamment en termes de rapidité de séparation liquide/gaz. Un tel dispositif selon l'art antérieur ne permet en effet d'obtenir qu'un faible volume de fluide séparé pour un temps donné, ce qui constitue un handicap considérable lors de l'application de ce dispositif aux milieux industriels, comme par exemple à celui du traitement des effluents. EXPOSÉ DE L'INVENTION Le présente invention a pour but de remédier à tout ou partie des inconvénients précités que présentent les dispositifs de séparation liquide/gaz de l'art antérieur. Le but de l'invention est donc de proposer un dispositif de séparation liquide/gaz d'un fluide contenant du liquide et du gaz non dissous, le dispositif présentant une vitesse de séparation et/ou un débit de fluide fortement augmenté (s) par rapport à la vitesse de séparation et/ou au débit de fluide des dispositifs de l'art antérieur. L'invention a également pour but de proposer un procédé de séparation liquide/gaz d'un fluide contenant du liquide et du gaz non dissous, ce procédé étant apte à être mis en oeuvre à l'aide d'un dispositif de séparation liquide/gaz tel que celui répondant au but de l'invention cité ci-dessus. Pour ce faire, l'invention a tout d'abord pour objet un dispositif de séparation liquide/gaz d'un fluide contenant du liquide et du gaz non dissous. Le dispositif de séparation selon l'invention comprend au moins une zone primaire d'écoulement du fluide, chaque zone primaire d'écoulement du fluide étant partiellement délimitée d'une part à l'aide d'une membrane hydrophile, et d'autre part à l'aide d'une membrane hydrophobe. Avantageusement, le dispositif de séparation liquide/gaz selon l'invention permet d'effectuer une séparation avec des débits de fluide importants, sous forte pression, sans pour autant nécessiter de moyens encombrants. De plus, un avantage de l'invention consiste en la possibilité d'aboutir à une séparation liquide/gaz de très bonne qualité, quelle que soit l'orientation du dispositif dans l'espace. Le rendement de séparation liquide/gaz d'un tel dispositif peut avoisiner 100%. Par ailleurs, à l'aide du dispositif selon l'invention, il est également possible d'effectuer une séparation liquide/gaz dans une gamme de températures du fluide très étendue, sans que l'on remarque de dysfonctionnements lors de l'opération de séparation. Enfin, il est à noter qu'avec un tel dispositif selon l'invention, on peut aussi effectuer une séparation liquide/gaz de fluides ayant un caractère corrosif. Préférentiellement, pour chaque zone primaire d'écoulement, la membrane hydrophobe délimite également au moins partiellement une zone secondaire d'évacuation du gaz, et pour chaque zone primaire d'écoulement du fluide, la membrane hydrophile délimite également au moins partiellement une zone tertiaire d'évacuation du liquide. Dans un mode de réalisation préféré, le dispositif comprend deux zones primaires d'écoulement du fluide, les membranes hydrophiles de ces deux zones primaires d'écoulement du fluide délimitant une zone tertiaire commune d'évacuation du liquide. Un tel agencement permet de réduire encore davantage l'encombrement et le poids du dispositif. De manière préférée, les zones primaires et tertiaire sont des zones annulaires et coaxiales. De plus, les zones primaires et tertiaire forment un ensemble annulaire d'une part en contact intérieur avec une première zone secondaire cylindrique et coaxiale à l'ensemble annulaire, et d'autre part en contact extérieur avec une deuxième zone secondaire annulaire et coaxiale à l'ensemble annulaire. Le dispositif peut être réalisé de sorte que les zones primaires, secondaires et tertiaire sont respectivement connectées à un raccord d'entrée du fluide, à un raccord de sortie du gaz et à un raccord de sortie du liquide. Dans un tel cas, les raccords d'entrée du fluide et de sortie du gaz sont solidaires d'une enveloppe du dispositif, et le raccord de sortie du liquide est solidaire d'un corps appartenant à ce même dispositif. Avantageusement, le fluide s'écoule dans le dispositif de façon continue. La présente invention a également pour objet un procédé de séparation liquide/gaz d'un fluide comprenant du liquide et du gaz non dissous, ce procédé étant apte à être mis en oeuvre par un dispositif de séparation liquide/gaz tel que celui objet de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront dans la description non limitative ci-dessous. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS Cette description sera faite au regard des dessins annexés parmi lesquels : - la figure 1 représente une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de séparation liquide/gaz selon un mode de réalisation préféré de l'invention, - la figure 2 représente une vue en coupe prise selon la ligne II-II de la figure 1, - la figure 3 représente une vue en coupe prise selon la ligne III-III de la figure 1. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PRÉFÉRÉS En référence à la figure 1, on voit un dispositif 1 de séparation liquide/gaz d'un fluide contenant du liquide et du gaz non dissous. Le dispositif 1 comprend au moins une zone primaire 2a, 2b d'écoulement du fluide, et de préférence deux, comme cela est représenté sur la figure 1. Chacune des zones primaires 2a, 2b d'écoulement du fluide est partiellement délimitée d'une part à l'aide d'une membrane hydrophile 4a, 4b, et d'autre part à l'aide d'une membrane hydrophobe 6a, 6b. Par ailleurs, chacune des membranes hydrophobes 6a, 6b délimite également au moins partiellement une zone secondaire 8a, 8b d'évacuation du gaz. De plus, chacune des membranes hydrophiles 4a, 4b délimite également au moins partiellement une zone tertiaire 10 d'évacuation du liquide. Dans le mode de réalisation préféré de l'invention représenté sur la figure 1, la membrane hydrophile 4a de la zone primaire 2a, ainsi que la membrane hydrophile 4b de la zone primaire 2b, délimitent toutes les deux une zone tertiaire 10 commune d'évacuation du liquide. De manière préférentielle, les zones primaires 2a, 2b d'écoulement du fluide ainsi que la zone tertiaire 10 commune d'évacuation du liquide sont des zones annulaires et coaxiales d'axe X. Les zones primaires 2a, 2b d'écoulement du fluide ainsi que la zone tertiaire 10 d'évacuation du liquide forment un ensemble annulaire d'axe X, cet ensemble étant d'une part en contact intérieur avec une première zone secondaire 8a cylindrique et coaxiale à l'ensemble annulaire, et d'autre part en contact extérieur avec une deuxième zone secondaire 8b annulaire et coaxiale à l'ensemble annulaire. Dans ce dispositif 1, les membranes 4a, 4b, 6a, 6b délimitant les différentes zones 2a, 2b, 8a, 8b, 10, forment des cloisons poreuses et tubulaires de diamètre uniforme, centrées sur l'axe X. Ces membranes 4a, 4b, 6a, 6b sont maintenues les unes par rapport aux autres par l'intermédiaire de deux corps 13a, 13b en forme de disque ou de flasque centrés sur l'axe X, chacun de ces corps 13a, 13b étant respectivement situé aux extrémités des membranes 4a, 4b, 6a, 6b. Le dispositif 1 de séparation liquide/gaz comprend également une enveloppe 12 de forme sensiblement tubulaire et délimitant partiellement la deuxième zone secondaire 8b annulaire. L'enveloppe 12 est apte à recevoir les corps 13a, 13b munis des membranes 4a, 4b, 6a, 6b. Lorsque cette enveloppe 12 est mise en place sur le dispositif 1, une surface intérieure 16 de l'enveloppe 12 est en contact avec chacun des corps 13a, 13b. De plus, l'enveloppe 12 est fixée au corps 13a du dispositif 1 par l'intermédiaire d'une pluralité de goupilles 15 espacées angulairement. Le dispositif 1 comporte en outre un raccord d'entrée du fluide 14, un raccord de sortie du gaz 16 et un raccord de sortie du liquide 18. Les raccords 14,16, 18 sont respectivement connectés aux zones primaires 2a, 2b, aux zones secondaires 8a, 8b, et enfin à la zone tertiaire 10. Notons que les raccords d'entrée du fluide 14 et de sortie du gaz 16 sont fixés sur l'enveloppe 12. Le raccord d'entrée du fluide 14 est positionné de manière à obturer une extrémité de l'enveloppe 12, tandis que le raccord de sortie du gaz 16 est positionné sur une paroi latérale de l'enveloppe 12, de manière à communiquer avec la deuxième zone secondaire 8b d'évacuation du gaz. Notons également que le raccord de sortie du fluide 18 est solidaire du corps 13a du dispositif 1. Le corps 13b, situé en amont du corps 13a dans une direction principale d'écoulement du fluide représentée par la flèche A, comporte une pluralité de passages longitudinaux 20a, 20b visibles sur les figures 1 et 2. Ces passages longitudinaux 20a et 20b, d'axes parallèles à l'axe X, traversent le corps 13b et mettent en communication une chambre d'entrée du fluide 23 avec respectivement les zones primaires 2a et 2b d'écoulement du fluide. Il est à préciser que lorsque l'enveloppe 12 est en place sur le dispositif 1, la chambre d'entrée du fluide 23 est située entre le raccord d'entrée du fluide 14 et le corps 13b. Par ailleurs, le dispositif 1 comprend une chambre de sortie du liquide 24 située entre le corps 13a et le raccord de sortie du liquide 18, le raccord de sortie du liquide 18 étant solidaire du corps 13a. Le corps 13a comprend tout d'abord une pluralité de passages longitudinaux 22. Ces passages longitudinaux 22, d'axes parallèles à l'axe X, traversent le corps 13a et mettent en communication la chambre de sortie du liquide 24 avec la zone tertiaire 10 d'évacuation du fluide. De plus, le corps 13a comprend une pluralité de passages transversaux 26. Ces passages transversaux 26, s'entendant radialement par rapport à l'axe X, traversent le corps 13a et mettent en communication les deux zones secondaires 8a et 8b. Notons comme cela est visible sur la figure 3, que les passages longitudinaux 22 et les passages transversaux 26 du corps 13a sont disposés angulairement et de façon alternée. Dans ce mode de réalisation préféré de l'invention, au moins une des membranes hydrophobes 6a, 6b est une membrane microporeuse en PTFE (polytétrafluoroéthylène). La taille des pores de cette membrane peut avoisiner 0,02 pm. De façon préférée, ces membranes hydrophobes reposent chacune sur une armature du type tôle métallique perforée, permettant d'accroître la rigidité de la membrane. Par ailleurs, au moins une des membranes hydrophiles 4a, 4b est une grille ou une toile métallique tissée, de préférence constituée d'un acier inoxydable, en REPS croisés (type de tissage) et ayant une porosité nominale d'environ 6,3 pm. De façon préférée, ces membranes hydrophiles reposent chacune sur une armature du type tôle métallique perforée, permettant d'accroître la rigidité de la membrane. Notons qu'il est aussi possible d'intercaler une toile drainant de porosité nominale d'environ 400 lim entre l'armature du type tôle métallique et la membrane hydrophile. Les différentes membranes utilisées sont des membranes lisses ou plissées, leur assemblage sur les corps 13a et 13b s'effectuant par soudage pour les membranes hydrophiles 4a, 4b, et par collage ou par l'intermédiaire d'adhésifs compatibles chimiquement avec le fluide à séparer pour les membranes hydrophobes 6a, 6b. Il est à noter que les deux membranes hydrophobes 6a, 6b comprennent chacune des moyens complémentaires 28,30 s'opposant à leur déformation, les déformations possibles pouvant être engendrées par une surpression de liquide sur ces membranes hydrophobes 6a, 6b. Ces moyens 28,30 sont d'abord constitués par plusieurs anneaux rigides 30 se situant à l'intérieur de la première zone secondaire 8a, et fixés sur la membrane hydrophobe 6a. De plus, les moyens 28,30 sont constitués de plusieurs éléments 28 espacés angulairement et directement fixés sur la membrane 1 hydrophobe 6b, de manière à ce que ces éléments 28 rentrent en contact avec l'enveloppe 12 pour stopper la déformation de la membrane hydrophile 6b, avant que cette déformation de la membrane ne devienne trop importante. En fonctionnement, le fluide est introduit sous pression par l'intermédiaire du raccord d'entrée du fluide 14 dans la chambre d'entrée du fluide 23, comme cela est représenté par la flèche A de la figure 1. Le fluide emprunte ensuite la pluralité de passages cylindriques 20a, 20b du corps 13b, puis pénètre respectivement dans les deux zones primaires 2a et 2b d'écoulement du fluide. Les zones primaires 2a, 2b d'écoulement du fluide sont délimitées d'une part à l'aide de membranes hydrophiles 4a, 4b ayant la caractéristique de retenir le gaz et de laisser passer le fluide, et d'autre part à l'aide de membranes hydrophobes 6a, 6b ayant la caractéristique de retenir le liquide et de laisser passer le gaz. Par conséquent, le liquide contenu dans le fluide introduit sous pression circule depuis les zones primaires 2a, 2b en direction de la zone tertiaire 10 d'évacuation du fluide, en passant par les membranes hydrophiles 4a, 4b, comme cela est représenté par les flèches B. De la même manière, le gaz contenu dans le fluide introduit sous pression circule depuis les zones primaires 2a, 2b en direction respectivement des zones secondaires 8a et 8b d'évacuation du gaz. Les flèches C de la figure 1 symbolisent le passage du gaz à travers les membranes hydrophobes 6a, 6b. Une fois la séparation liquide/gaz réalisée, le dispositif 1 conduit d'une part le gaz vers le raccord de sortie du gaz 16 par l'intermédiaire des passages transversaux 26, et d'autre part le liquide vers le raccord de sortie du fluide 18 par l'intermédiaire des passages longitudinaux 22 et de la chambre de sortie du liquide 24. De manière préférée, le fluide s'écoule de façon continue dans le dispositif 1. Des moyens d'alimentation en fluide (non représentés) sont alors couplés au raccord d'entrée du fluide 14, et sont capables d'injecter le fluide à l'intérieur du dispositif 1 à une pression comprise entre environ 1 et 20 bars absolus. Ainsi, on peut faire circuler le fluide à l'intérieur du dispositif 1 de séparation liquide/gaz selon un débit allant de 0 à au moins 10 litres/minute. Pour assurer un meilleur rendement du dispositif 1, il est également possible de contrôler les caractéristiques de pression entre les différentes membranes 4a, 4b, 6a, 6b. En effet, on peut s'assurer que la différence de pression de part et d'autre de chaque membrane hydrophobe 6a, 6b est inférieure à une pression de goutte, la pression de goutte correspondant à la pression minimale au-delà de laquelle le liquide ne peut plus être correctement retenu par les membranes hydrophobes 6a, 6b. De même, la différence de pression de part et d'autre de chaque membrane hydrophile 4a, 4b peut être inférieure à une pression de bulle, la pression de bulle correspondant à la pression minimale au-delà de laquelle le gaz ne peut plus être correctement retenu par les membranes hydrophiles 4a, 4b. Enfin, toujours pour assurer un meilleur Enfin, toujoqfs rendement du dispositif 1, on peut prévoir que dans le cas d'une séparation continue, le rapport de pression de bulle sur les pertes de charges à travers les membranes hydrophiles 4a, 4b soit strictement supérieur à 1. Le dispositif 1 peut trouver son application dans plusieurs domaines distincts. Parmi eux, on note le domaine de la purification des solvants ou des acides, le domaine du traitement des effluents, ou encore le domaine des purges de circuits de chauffage central. L'invention concerne également un procédé de séparation liquide/gaz d'un fluide comprenant du liquide et du gaz non dissous, ce procédé étant apte à être mis en. oeuvre par un dispositif 1 tel que celui décrit ci-dessus. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme du métier au dispositif et au procédé de séparation qui viennent d'être décrits, uniquement à titre d'exemples non limitatifs. REVENDICATIONS 1. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz d'un fluide contenant du liquide et du gaz non dissous, caractérisé en ce que le dispositif (1) comprend au moins une zone primaire (2a, 2b) d'écoulement du fluide, chaque zone primaire (2a, 2b) d'écoulement du fluide étant partiellement délimitée d'une part à l'aide d'une membrane hydrophile (4a, 4b), et d'autre part à l'aide d'une membrane hydrophobe (6a, 6b). 2. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour chaque zone primaire (2a, 2b) d'écoulement du fluide, ladite membrane hydrophobe (6a, 6b) délimite également au moins partiellement une zone secondaire (8a, 8b) d'évacuation du gaz. 3. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que pour chaque zone primaire (2a, 2b) d'écoulement du fluide, ladite membrane hydrophile (4a, 4b) délimite également au moins partiellement une zone tertiaire (10) d'évacuation du liquide. 4. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif comprend deux zones primaires (2a, 2b) d'écoulement du fluide, les membranes hydrophiles (4a, 4b) de ces deux zones primaires (2a, 2b) d'écoulement du fluide délimitant une zone tertiaire (10) commune d'évacuation du liquide. 5. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon la revendication 4, caractérisé en ce que les zones primaires (2a, 2b) et tertiaire (10) sont des zones annulaires et coaxiales. 6. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon la revendication 5 combinée avec la revendication 2, caractérisé en ce que les zones primaires (2a, 2b) et tertiaire (10) forment un ensemble annulaire d'une part en contact intérieur avec une première zone secondaire (8a) cylindrique et coaxiale audit ensemble annulaire, et d'autre part en contact extérieur avec une deuxième zone secondaire (8b) annulaire et coaxiale audit ensemble annulaire. 7. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon la revendication 6, caractérisé en ce que le dispositif (1) comprend de plus une enveloppe (12) de forme sensiblement cylindrique, délimitant partiellement ladite deuxième zone secondaire (8b) annulaire. 8. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon la revendication 6 ou la revendication 7, caractérisé en ce que les zones primaires (2a, 2b), secondaires (8a, 8b) et tertiaire (10) sont respectivement connectées à un raccord d'entrée du fluide (14), à un raccord de sortie du gaz (16) et à un raccord de sortie du liquide (18). 9. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits raccords d'entrée du fluide (14) et de sortie du gaz (16) sont solidaires de l'enveloppe (12) du dispositif (1), et en ce que le raccord de sortie du liquide (18) est solidaire d'un corps (13a) du dispositif (1). 10. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide s'écoule dans le dispositif (1) de façon continue. 11. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une membrane hydrophobe (6a, 6b) est une membrane en polytétrafluoroéthylène. 12. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque membrane hydrophobe (6a, 6b) comprend des moyens (28,30) s'opposant à la déformation de cette membrane hydrophobe (6a, 6b). 13. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une membrane hydrophile (4a, 4b) esune grille métallique. 14. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque membrane (4a, 4b, 6a, 6b) repose sur une armature du type tôle métallique perforée. 15. Dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le fluide circule dans le dispositif sous une pression comprise entre environ 1 et 20 bars. 16. Procédé de séparation liquide/gaz d'un fluide comprenant du liquide et du gaz non dissous, caractérisé en ce qu'il apte à être mis en #uvre par un dispositif (1) de séparation liquide/gaz selon l'une quelconque des revendications précédentes.