Brevet FR2865415A1 — publié le 20050729

La présente invention concerne le domaine technique de la séparation moléculaire ou particulaire sous l'effet d'une pression (barreaumembranaire) mettant en oeuvre des éléments de filtration ou de séparation appelés généralement membranes, adaptés pour assurer, sous l'effet d'une pression, 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 en particulier de la nanofiltration, de l'ultrafiltration, de la microfiltration, etc. Dans l'état de la technique, il est connu de mettre en oeuvre un module de filtration constitué d'une enveloppe métallique équipée à chaque extrémité, d'une plaque de support aménagée pour présenter un ou plusieurs passages destinés à permettre le positionnement, les uns par rapport aux autres, des éléments de filtration présentant chacun une forme tubulaire. Les éléments de filtration s'étendent ainsi à l'intérieur de l'enveloppe externe, parallèlement les uns aux autres et sont montés de manière étanche à chacune de leur extrémité sur la plaque de support. Chaque élément de filtration est constitué d'un support poreux à l'intérieur duquel est ménagé un ou plusieurs canaux dont la surface interne est pourvue d'au moins une couche séparatrice dont la nature et la morphologie sont adaptées pour assurer la séparation des molécules ou des particules contenues dans le milieu liquide circulant à l'intérieur des canaux. Un tel élément de filtration réalise par effet tamis, une séparation des espèces moléculaires ou particulaires dans la mesure où toutes les molécules ou particules supérieures au diamètre des pores de la couche séparatrice sont arrêtées. Les éléments de filtration assurent la filtration tangentielle du milieu fluide en vue d'obtenir à la surface périphérique des éléments de filtration, la sortie du filtrat ou perméat destiné à être récupéré dans un volume de collecte situé entre l'enveloppe et les plaques de support. L'enveloppe est pourvue en relation de chaque plaque de support, d'un passage de sortie pour le perméat destiné à être relié à un circuit de récupération. Afin d'assurer l'étanchéité entre les parties terminales des éléments de 30 filtration et les plaques de support, des joints d'étanchéité sont positionnés et serrés par l'intermédiaire d'une contre-plaque métallique fixée sur chaque plaque de support et permettant le raccordement du module de filtration à une boucle de circulation du milieu fluide à traiter. Dans certaines applications du type par exemple agro-alimentaire, il apparaît le besoin que le module de filtration ne présente aucune zone dans laquelle un liquide peut stagner. En effet il apparaît que la stagnation d'un liquide est susceptible de faire apparaître des proliférations bactériennes préjudiciables à l'utilisation alimentaire de tels modules de filtration. L'objet de l'invention vise donc à satisfaire ce besoin en proposant un module de filtration conçu pour limiter les zones de stagnation pour un liquide. Pour atteindre un tel objectif le module de filtration comporte une enveloppe externe munie à chaque extrémité, d'une plaque de support pour au moins un élément de filtration assurant l'obtention d'un filtrat récupéré par un passage de sortie aménagé au voisinage de chaque plaque de support. Conformément à l'invention, chaque plaque de support est prolongée à l'équerre par une jupe d'assemblage avec l'enveloppe. Selon une variante préférée de réalisation, chaque passage de sortie présente une section de passage dont au moins une génératrice est tangente à la face interne de la plaque de support voisine. Ainsi, quel que soit le montage du module de filtration en position haute ou basse dans le circuit de circulation, il ne peut y apparaître une accumulation de liquide sur la plaque de support située en position basse dans la mesure où le liquide est évacué par le passage de sortie aménagé en relation de chaque plaque de support voisine. De préférence, la jupe d'assemblage de chaque plaque de support possède des diamètres interne et externe égaux aux diamètres respectivement interne et externe de l'enveloppe. Par exemple, cette jupe d'assemblage de chaque plaque d'assemblage possède une hauteur comprise entre 1 et 100 mm et de préférence entre 1 et 50 mm. Dans cette variante de réalisation, le module de filtration comporte un cordon de soudure entre la jupe d'assemblage de chaque plaque de support et l'enveloppe. Selon cette variante préférée de réalisation, il apparaît lors de l'opération de soudure que le flux de métal liquide se répartit de manière homogène aussi bien sur la surface externe que sur la surface interne du module de sorte qu'il peut être obtenu des soudures sans défaut microscopique à l'intérieur du module de filtration. Il n'apparaît donc pas au niveau de la zone de jonction entre l'enveloppe externe et chaque plaque de support, des zones microscopiques rugueuses susceptibles de permettre la stagnation de liquide. De préférence, chaque plaque de support munie de sa jupe d'assemblage ainsi que l'enveloppe sont réalisées en un alliage métallique résistant à l'oxydation. Selon une autre variante de réalisation, chaque plaque de support possède un congé de raccordement arrondi avec la jupe d'assemblage. Par exemple, chaque congé de raccordement arrondi possède un rayon compris entre 0,2 et 5 mm. Selon une autre caractéristique de l'invention, chaque plaque de support est équipée d'un système d'assemblage avec une contre-plaque, un joint d'étanchéité étant interposé entre une contre-plaque et une plaque de support en étant logé dans une rainure dont le volume est inférieur au volume du joint d'étanchéité. Dans la mesure où le joint d'étanchéité présente un volume supérieur au volume de son logement, il n'apparaît aucune possibilité d'accumulation pour un liquide. Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite cidessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention. La Figure 1 est une vue en bout d'un exemple de réalisation d'un module de filtration conformément à l'invention. La Figure 2 est une vue en coupe prise sensiblement selon les lignes A-A de la Fig. 1 et montrant un module exempt des éléments de filtration. La Figure 3 est une vue en perspective d'un exemple de réalisation d'une 25 plaque de support conforme à l'invention. La Figure 4 est une vue en coupe d'un détail du module de filtration conforme à l'invention. Tel que cela ressort plus précisément des Fig. 1 et 2, l'objet de l'invention concerne un dispositif ou module 1 assurant la filtration tangentielle sous l'effet d'une pression, pour un fluide à traiter pouvant être de toute nature. Le module 1 est alimenté par le fluide à traiter par l'intermédiaire d'un circuit d'alimentation 2 représenté de manière schématique et raccordé en sortie, à un circuit de retour 3 représenté également de manière schématique. Le module 1 comporte de manière classique un circuit 4 représenté de manière schématique de récupération de la partie du fluide ayant subi la séparation, à savoir le perméat ou le filtrat. Le module 1 comporte dans une enveloppe externe ou virole 6, au moins un et de manière générale, une série d'éléments de filtration 7 de forme tubulaire s'étendant parallèlement les uns aux autres et représentés à la Fig. 2 uniquement par un axe. De manière classique, la virole 6 présente une section droite transversale circulaire. Chaque élément de filtration 7 possède une forme générale cylindrique de section droite transversale par exemple hexagonale ou circulaire. Chaque élément de filtration 7 comporte au moins un canal réalisé parallèlement à l'axe longitudinal de l'élément de filtration pour déboucher à chacune de ses parties terminales dans un passage 9 aménagé dans une plaque de support 11. De manière classique, la surface de chaque canal des éléments de filtration 7 est recouverte par au moins une couche séparatrice destinée à être en contact avec le fluide à traiter circulant à l'intérieur du canal. La nature de la ou des couches séparatrices est choisie en fonction de la séparation ou de la filtration à obtenir. Les éléments de filtration 7 sont montés à chacune de leurs parties terminales sur une plaque de support 11 montée à chaque extrémité de l'enveloppe externe 6. De manière classique, chaque plaque de support 11 comporte un nombre de passage 9 égal au nombre d'éléments de filtration 7 montés à l'intérieur de l'enveloppe 6. Dans l'exemple de réalisation illustré à caractère non limitatif, le module 1 est destiné à être équipé de sept éléments de filtration 7. Chaque passage 9 est destiné à être équipé d'un joint d'étanchéité permettant d'assurer un montage étanche des éléments de filtration 7 sur les plaques de support 11. Les plaques de support 11 définissent entre elles et avec l'enveloppe 6 une enceinte 12 de collecte du filtrat ou perméat, communiquant avec le circuit 4 par des passages de sortie ou de récupération 14 pour le filtrat ou perméat. De manière classique, sur chaque plaque de support 11 est destiné à être monté à l'aide d'un système d'assemblage 16 de tout type tel que par exemple vis-écrou dans la mise en oeuvre illustrée à la Fig. 4, une contre-plaque de serrage 17 permettant d'assurer la déformation d'un joint d'étanchéité 18 logé dans une rainure 19 aménagée dans la contre-plaque 17. Conformément à l'invention, chaque plaque de support 11 est prolongée à l'équerre par une jupe d'assemblage 30 avec l'enveloppe 6 comme cela apparaît plus précisément à la Fig. 3. De préférence, la jupe d'assemblage 30 de chaque plaque de support 11 possède des diamètres interne et externe égaux aux diamètres respectivement interne et externe de l'enveloppe 6. Par ailleurs, la jupe d'assemblage 30 de chaque plaque de support 11 possède de préférence une hauteur comprise entre 1 et 50 mm. Chaque plaque de support 11 munie de sa jupe d'assemblage 30 ainsi que l'enveloppe 6 sont réalisées en un alliage métallique résistant à l'oxydation tel qu'en inox. Avantageusement, chaque plaque de support 11 est destinée à être assemblée par une opération de soudage avec l'enveloppe externe 6. Un cordon de soudure 35 est ainsi réalisé entre la jupe d'assemblage 30 de chaque plaque de support 11 et l'enveloppe 6. Dans la mesure où l'opération de soudure est réalisée sur des masses métalliques peu différentes entre la jupe d'assemblage 30 et l'enveloppe 6, le flux de métal liquide se répartit de manière homogène aussi bien sur la surface externe que sur la surface interne des deux pièces à assembler, ce qui permet d'obtenir des soudures sans défaut microscopique. Dans l'exemple illustré, la jonction entre la plaque de support 11 et l'enveloppe 6 s'établit au niveau de la section de passage des passages de sortie 14. Bien entendu, il peut être prévu que cette jonction se trouve décalée au-delà des passages de sortie 14. Selon cette variante de réalisation et compte tenu du diamètre des passages de sortie 14, la hauteur de la jupe d'assemblage 30 doit être augmentée par rapport aux valeurs données ci-dessus pour atteindre par exemple 100 mm. Il doit être considéré que chaque passage de sortie de perméat 14 est constitué par une tubulure qui s'étend de manière radiale par rapport au corps formé par l'ensemble jupe d'assemblage 30 et virole 6. Selon une autre caractéristique préférée de réalisation, chaque passage de sortie 14 présente une section de passage 21 dont au moins une génératrice est tangente à la face interne 111 de la plaque de support 11 voisine. Chaque passage de sortie qui se trouve ainsi tangente avec la face interne de la plaque de support 11 permet d'éviter ainsi l'accumulation de liquide sur la plaque de support 11 basse lorsque le module se trouve en position verticale. Selon une autre caractéristique préférée de réalisation, chaque plaque de support 11 possède intérieurement un congé de raccordement arrondi 40 avec la jupe d'assemblage 30. Tel que cela ressort plus précisément de la Fig. 2, un tel congé de raccordement 40 est réalisé entre la face interne 111 de chaque plaque de support et la jupe d'assemblage 30. De préférence, chaque congé de raccordement arrondi 40 possède un rayon compris entre 0, 2 et 5 mm. Un tel rayon de courbure permet d'éviter l'accumulation de liquide susceptible d'apparaître en raison des forces de capillarité dans cette zone de jonction. Selon une autre caractéristique de l'invention, le joint d'étanchéité 18 est logé dans une rainure 19 dont le volume est inférieur au volume du joint d'étanchéité 18. Ainsi, après le serrage de la contre-plaque 17, il est certain que le volume de la rainure 19 est totalement occupé par le joint 18 de sorte qu'il n'existe pas de volume non occupé susceptible de constituer des zones de stagnation pour le liquide. Il ressort de la description qui précède que le module de filtration 1 conforme à l'invention est conçu pour éviter qu'il ne présente aucune zone de stagnation d'un liquide susceptible de faire apparaître des proliférations bactériennes préjudiciables à une utilisation par exemple alimentaire. 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 - Module de filtration comportant une enveloppe externe (6) munie à chaque extrémité, d'une plaque de support (11) pour au moins un élément de filtration (7) assurant l'obtention d'un filtrat récupéré par un passage de sortie (14) aménagé au voisinage de chaque plaque de support, caractérisé en ce que chaque plaque de support (11) est prolongée à l'équerre, par une jupe d'assemblage (30) avec l'enveloppe (6). 2 - Module de filtration selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque passage de sortie (14) présente une section de passage dont au moins une génératrice est tangente à la face interne (111) de la plaque de support voisine. 3 - Module de filtration selon la revendication 1, caractérisé en ce que la jupe d'assemblage (30) de chaque plaque de support (11) possède des diamètres interne et externe égaux aux diamètres respectivement interne et externe de l'enveloppe (6). 4 - Module de filtration selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que la jupe d'assemblage (30) de chaque plaque de support (11) possède une hauteur comprise entre 1 et 100 mm et de préférence entre 1 et 50 mm. - Module de filtration selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte un cordon de soudure (35) entre la jupe d'assemblage (30) de chaque plaque de support (11) et l'enveloppe (6). 6 - Module de filtration selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que chaque plaque de support (11) munie de sa jupe d'assemblage (30) ainsi que l'enveloppe (6) sont réalisées en un alliage métallique résistant à l'oxydation. 7 - Module de filtration selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que chaque plaque de support (11) possède intérieurement un congé de raccordement (40) arrondi avec la jupe d'assemblage (30). 8 - Module de filtration selon la revendication 7, caractérisé en ce que chaque congé de raccordement arrondi (40) possède un rayon compris entre 0,2 et 5 mm. 9 - Module de filtration selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque plaque de support (11) est équipée d'un système d'assemblage (16) avec une contre-plaque (17), un joint d'étanchéité (18) étant interposé entre une contre-plaque (17) et une plaque de support (11), en étant logé dans une rainure (19) dont le volume est inférieur au volume du joint d'étanchéité (18).