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Appareils de concentration.
La présente invention se rapporte à un appareil pour concentrer ou épaissir le constituant solide dans des liquides contenant de faibles pourcentages de matière solide, afin de préparer le liquide concentré destiné à être filtre économiquement dans d'autres appareils filtreurs ou à être utilisé dans d'autres buts.
L'un des objets de l'invention est de réaliser un filtre ou appareil de concentration qui est automatique, qui se nettoie de lui-même et dont le fonctionnement est continu,
Un autre objet de l'invention est de réaliser un appareil de concentration qui fonctionne automatiquement suivant un cycle déterminé dJavance, dans lequel les pé-
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riodes de filtration et de nettoyage de durées inégales al- ternent et dans lequel une période d'inaction de la pression de filtrage entre les périodes de nettoyage et de filtration permet d'enlever complètement le tourteau rassemblé dans la zône filtrante.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un mécanisme de commande automatique qui actionne l'appareil de concentration suivant le cycle de fonctionnement voulu et qui peut être réglé de fagon à faire varier la succession, les périodes ou la vitesse du cycle d'après la nature du liquide qui est en voie de concentration.
De nombreux autres objets et avantages relatifs au fonctionnement et à la construction mécanique de cet appa- reil de concentration apparaîtront au fur et 4 mesure de l'exposé descriptif de l'invention.
Une caractéristique particulièrement importante de l'invention, ot qui n'est pas limitée à aon emploi dans un appareil de concentration ou dans la filtration de liquides, consiste dans l'emploi d'un sac filtreur ayant un excédent de volume qui se contracte et se colle au noyau de l'élément filtreur pendant la période de filtration et qui s'enfle pour expulser le tourteau de filtrage pendant la période de net- toyage.
Une autre caractéristique importante de l'invention réside dans la disposition d'une prise de liquide filtré mé- nagée sous le niveau normal du liquide dans la chambre ou réservoir dans lequel se trouvent les éléments filtreurs. La position de cette prise permet d'enlever le liquide filtré du réservoirmalgré une hauteur minimum de liquide. On se rendra compte de l'importance de cette caractéristique en considérant le problème du filtrage des liquides chauds par
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aspiration.
Comme il est manifeste, il ne faut qu'une légère diminution de la pression au-dessus de la surface du liquide pour faire bouillir ce liquide lorsque sa température se rap- proche du point d'ébullition dans les conditions atmosphéri- ques ambiantes, et dans le cas où, comme c'est l'habitude dans le métier, un liquide chaud quittant la chambre de fil- tration doit être élevé à une distance sensible au-dessus du niveau du liquide, la capacité de la pompe déchargeant le liquide filtré de cette chambre sera sérieusement réduite, grâce a l'aspiration plus grande exigée, Suivant la présente invention, il est par conséquent préférable de disposer cette prise de liquide filtré à hauteur du niveau normal ou sous le niveau normal du liquide dans la chambre de filtration,
de faire passer cette prise à travers une paroi latérale de la chambre et de là vers un appareil daspiration, disposé éga- lement sous le niveau du liquide; le liquide filtré n'est donc pas élevé au-dessus de ce niveau pendant son trajet vers l'appareil d'aspiration et on profite de l'avantage de la pression hydrostatique du liquide au-dessus de la prise de liquide filtre pour augmenter le rendement de la filtra- tion.
Un autre objet de l'invention est de réaliser un .système de filtration dans lequel on peut utiliser une pompe à vide humide. Cette pompe sera, dans le cas habituel, dis- posée dans la prise de liquide filtré, le liquide et la va- peur (ou l'air) étant loua deux entraînée par la. pompo. Au moyen de cette construction, on peut se dispenser de la cham- brede vide habituelle entre la pompe d'aspiration et les élé- ments filtreurs, ce qui réduit notablement le coût de l'appa- reil et son entretien.
Aux dessins annexés est, représentée, à titre d'exem- ple une forme d'exécution de linvention.
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Fig. 1 est une élévation latérale partiellement en coupe d'une forme d'exécution de l'appareil de concentration.
Fig. 2 est une vue en plan de l'appareil,
Fig. 3 est un schéma des connexions du mécanisme de commande automatique,
Fig. 4 est une vue schématique des tambours comman- dant les circuits et expliquant le cycle de fonctionnement de l'appareil.
Fig. 5 est une vue de détail montrant la construc- tion et le fonctionnement de 11 organe de drainage et du sac filtreur.
Fig. 6 est une coupe suivant la ligne 6-6 de la Fig. 5.
Fig. 7 est une coupe longitudinale de la partie supérieure de l'un des organes de drainage.
Figs. 8 et 9 sont des élévations latérales montrant la position du sac filtreur respectivement pendant les pério- des de filtration et de nettoyage.
Fig. 10 est une vue schématique d'un procédé d'em- ploi du sac filtreur à excédent do volume pour la filtration sous pression.
Dans la forme d'exécution représentée, l'appareil comprend un réservoir carré ou rectangulaire 1 muni d'un fond de forme conique 2 débouchant dans les tuyaux à brides 3 qui établissent la communication entre la partie la plus basse du fond en forme de cône ou de pyramide renversée et la pompe 4. Cette pompe peut être de tout type convenable pour,pomper lentement u e boue épaisse, par exemple une pompe à diaphragme. Sur l'un des côtés du réservoir 1 et près du sommet de ce réservoir se trouve le déversoir de trop-plein 5, qui peut être assez large pour s'étendre tout le long du
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réservoir 1, si c'est nécessaire.
A l'intérieur du réser- voir sont montés plusieurs collecteurs 6, chacun d'eux étant réuni à un raccord 7 au moyen d'un joint 8. L"extrémité oppo- sée de chaque collecteur est fermée par un chapeau 9 et est supportée au moyen d'une cornière en fer 10 fixée à la paroi intérieure du réservoir. Les raccords 7 qui traversent la paroi du réservoir sont maintenus en place au moyen d'une bride 11 et d'un écrou de verrouillage 12. Un collecteur principal 13 s'étend le long du réservoir et chacun des col- lecteurs 6 communique avec le collecteur principal à travers un tuyau coudé 14.
Un regard en verre 15 dans le tuyau 14 permet d'observer le liquide filtré s'écoulant par le tuyau 14 et un robinet 16 entre le collecteur principal 13 et les collecteurs 6 permet de suspendra l'écoulement du liquide filtré de l'un quelconque des collecteurs, afin de réparer ou de remplacer l'un quelconque des éléments filtrants 17 qui laisserait passer de la matière solide.
Plusieurs éléments filtrants 17 sont réunis à cha- cun des collecteurs 6 au moyen de raccords 18 qui sont vis- sés dans les collecteurs. Ces éléments filtrants sont de pré- férence tubulaires et comprennent, dans la forme d'exécution préférée, un organe de drainage en bois ondulé 17 a qui est creux à la partie supérieure en 17b et qui est réuni par une pièce en fonte 18a au raccord 18. Des trous 17 c s'étendent entre la partie creuse 17b et chacune des ondulations 17 d de façon à permettre au liquide filtré qui est soulevé par l'aspiration d'entrer dans le raccord 18.
Il est entendu, évidemment, qu'on*peut employer au lieu de l'organe de drainage en bois ondulé 17 a, toute au- tre forme voulue d'organe de drainage, tel qu'un tube ou tuyau perforé ou un cadre tubulaire recouvert de treillis en fil métallique.
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Chacun des organes de drainage 17a est recouvert d'un sac 17 e en une substance filtrante convenable fermé à sa base et rassemblé à la partie supérieure sur l'organe 17 au moyen de corde, de fil métallique ou autre lien. Ces sacs sont de dimensions plus grandes que l'organe de drai- nage 17a dans le but qui sera décrit plus loin.
Un entonnoir ou trémie 19 se terminant au fond,
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dani3 le tuyau 20 est c1ùl3t1116 b. recevoir efc à uvacuor tout fluide ou écume qui pourrait déborder par la gouttière ou déversoir 5.
Pour la concentration de liquides qui moussent au point de gêner les opérations, un dispositif d'enlèvement de mousse 21 a, disposé comme il est représenté, comprend un arbre 21 dont les extrémités sont supportées dans des coussi- nets fixes convenables 21 b. Près de chaque extrémité de l'arbre est montée une roue à chaîne 22 et chaque roue à chaîne 22 est reliée aux roues à chaîne 23 au moyen de chaî- nes de transmission 24, qui sont munies de multiples ailet- tes 25 s'étendant entre les deux chaînes.Les roues à chaîne sont mises en rotation au moyen d'une courroie 26 et d'une poulie 26 a reliées à toute source de force motrice conve-
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nable de façon â donner , l'arbre 21,
aux chal-nes 24 et aux ailettes 25 un mouvement lent dans la direction indi- quée par les flèches pour balayer la mousse à la surface du liquide du réservoir 1 dans l'entonnoir 19,
Comme il est désirable d'avoir accès de temps en temps sur toute la partie supérieure du réservoir pour fai- re des réparations ou des remplacements, le transporteur de mousse est monté dans un châssis rectangulaire 21 c de fa- çon que l'arbre 21 reste toujours dans les coussinets 21 b, tandis que 1'* arbre 27 des roues à. chaîne 23 est supporté
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daris des coussinets ouverts 27 a dans les parois du réservoir 1, de sorte que tout le mécanisme transporteur peut être re- levé en position verticale,comme il est indiqué en pointillé à la Fig.
1, où il se trouve garé lorsqu'il ne fonctionne pas,
La matière dont on alimente l'appareil de concen- tration ou, comme on peut l'appeler, le filtre automatique, entre dans le récipient d'alimentation 28 par le tuyau 29 muni près de son embouchure de sortie d'une valve à flot- teur 30. Cette valve à flotteur est réglée de facon à main- tenir dans le réservoir 1 le niveau voulu du liquide à fil- trer.. La solution à concentrer entrant dans le récipient 28 passe . travers le grand tuyau 31 et entre dans le réser- voir filtreur principal approximativement au point indiqué; le liquide cherchera évidemment à établir le même niveau dans le récipient d'alimentation 28 et dans le réservoir 1.
Le collecteur principal 13 est réuni à une pompe 32 qui est d'un type à vide élevé et qui opère avec une égale facilité dans l'un ou l'autre sens au moyen du tuyau 33 et du tuyau 34 les décharges de liquide filtré dans le récipient de liquide filtré 35. La pompe 32 est actionnée de préférence par un moteur 36 directement accouplé, et le moteur est relie à un mécanisme de commande de la fagon décrite ci-après pour permettre de modifier les connexions momentanément lorsqu'on le veut afin de renverser le sens de marche de la pompe, un moteur réversible convenable étant prévu à cet ef- fet.
. La Fig. 3 des dessins est un schéma du circuit électrique et du dispositif de commande du cycle de fonction- nement. Un tambour de contact 37 formé de deux sections 37 a et 37 b montés sur le même arbre 38 est mis en rotation constante au moyen d'un petit moteur 39 par l'intermédiaire
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d'un train d'engrenages réducteur convenable 40. On peut utiliser divers dispositifs pour -changer la vitesse de ro- tation de l'arbre 38 et des tambours de contact portés par cet arbre* comme par exemple un moteur 39 à vitesse variable ou un train convenable d'engrenages à vitesse variable.
Les doigts de contact 40 et 41 a, appuyant respec- tivement sur les sections 37 a et 37 b du tambour de contact, commandent les circuits de marche avant et de marche arrière du moteur 36 par les deux jeux de fils 41 et 41 a qui sont disposés de telle fagon que lorsque le contact est établi au moyen des doigts 40 ¯a, le moteur et la pompe seront en- traînés dans le sens de la marche avant pour envoyer dans le récipient de liquide filtré 35 le'liquide filtré qui est aspiré à travers les sacs 17 e, et lorsque le contact est établi au moyen des doigts 40, le sens de marche du moteur 36 et de la pompe 32 est. renversé et le liquide filtré res- tant dans le tuyau vertical 34 est renvoyé dans les éléments filtrants, ce liquide étant suivi par de l'air qui est as- piré par la pompe.
Le renversement de sens de marche de la pompe renverse évidemment le sens de l'écoulement à travers les sacs filtreurs et oblige le tourteau qui s'est formé pendant la période de filtration du cycle de se détacher et de se déposer dans le fond cSnique 2 du réservoir.
C'est pendant cette opération que l'emploi des sacs 17 e à excé- dent de volume joue son rôle le plus important, Pendant la période de filtration, par suite de l'aspiration dans les collecteurs 6 et le long des ondulations 17 d, les sacs 17 e sont amenés en contact intime avec l'organe de drainage 17 a de sorte qu'ils sont ratatinés et plissés comme il est indi- qué en traits pleins aux Figs. 5, 6 et 8, et dans cette po- sition le liquide filtré est aspiré à travers les sacs et le
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tourteau déposé sur leurs surfaces.
lorsqu'on renverse le sens de marche de la pompe 32 cependant, et qu'on applique la pression l'intérieur des sacs, non seulement l'écoule- ment en sens inverse du liquide et de lair , travers la matière du sac tend à détacher le tourteau, mais les sacs eux-mêmes sont brusquement dilatés à la forme indiquée ap- proximativement en traits pointillés à la Fig. 5 et à la
Fig. 9, les plis sont remplis et le tourteau est réellement secoué, pour ainsi dire, de la surface du sac, d'où, il se dépose dans le fond du réservoir 1 et est enlevé comme so- lution concentrée ou comme boue par le tuyau à brides 3.
Comme le tuyau vertical 34 se décharge au sommet du réci- pient 35, ce n'est que le liquide filtré restant dans le tuyau 34 qui est pompé en arrière dans le réservoir 1, de sorte que la solution dans ce réservoir n'est pas sensible- ment diluée par l'opération de nettoyage.
La Fig. 4 représente schématiquementla position des sections 37 a et 37 b du tambour de contact 37 à un même moment. Dans cette figure, les parties ombrées 42 représentent les sections de contact et les parties clai- res 42 a représentent des sections isolées. Il est évident que la proportion entre les sections de contact et les sec- tions isolées peuvent varier suivant le cycle de fonction- nement voulu.
Dans la position représentée, les doigts de contact 40 passent justement du contact de renversement de marche du tambour 37 a ur la section isolée et on re- marque qu'à ce moment les contacts 40 a pour la marche avant dumoteur 36 sont également sur une section isolée 42 a du tambour 37 b, de sorte que, pendant une courte période après le renversement de marche de la pompe, il ne passera aucun courant vers le moteur et la pompe restera inactive pen-
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dant une durée de temps suffisante pour permettre au tour- teau de filtrage qui vient d'être secoué des sacs 17 a de
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se déposer dans le? fond du 1:ÓL10l.'VOll' avant quo 11 tl.l.Sp11.'!.L1on recommence.
Pendant le fonctionnement du dispositif, la solu- tion à filtrer entre dans le récipient 28 par la valve à flotteur 30 jusqu'à ce qu'elle atteigne le niveau dans le réservoir 1, Il y a lieu d'admettre que le tambour de con- tact 37 est établi spécialement pour convenir a la matière à concentrer ouil est construit de fagon connue avec des parties isoléeset des parties de contact réglables sur le labour pour satisfaire diverses conditions. Pour facili- ter l'exposé, on supposera que le tambour 37 accomplit une révolution complète toutes les six minutes et que les pièces de contact sont exécutées de telle sorte que le tambour de renversement de marche 37 a est couvert de matière isolante
42 a sur 330 de sa circonférence et couvert de matière con- ductrice 42 sur 30 de sa circonférence.
Le tambour de con- tact de marche avant 37 b est couvert de matière conductri- ce 42 sur 3000 de sa surface et de matière isolante 42 a sur
60 . Lorsque les doigts de contact 40 a appuient sur le plot de contact du tambour de marche avant 37 b, la pompe 32 tour- ne dans le sens convenable pour produire une aspiration dans les éléments filtrant. 17 et décharger dans le récipient 35 le liquide filtré aspiré à travers ces sacs.
Lorsque le tam- bour 37 a tourné de façon que les doigts 40 a abandonnent le plot de contact,-immédiatement après ou quelques secondes après, les doigts de contact 40 viennent en contact avec le plot de contact 42 du tambour de renversement de marche 37a, ce qui renverse le sens de marche du moteur qui pompe le li- quide du tuyau 34 pour le revoyer à travers les éléments
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filtrants 17 et continue ensuite à souffler de l'air à tra- vers ces éléments pour dilater les sacs filtreurs et en dé- tacher le tourteau jusque ce que les doigts 40 a abandon- nent le plot de contact 42, passent sur la partie isolée des tambours 37 a et 37 b et suspendent par conséquent le mou- vement de la pompe 32.
Pendant cette période, le tourteau détaché a le ternes de se déposer dans le fond du réservoir de sorte que lorsque les doigts 40 a atteignent de nouveau le contact 42 du tambour 37 b, et que le circuit est rétabli pour la marche avant, le tourteau délogé ne sera pas ramené sur le sac filtreur. En même temps, la pompe 4 extrait con- tinuellement du fond du réservoir 1 le produit épaissi et l'envoie en tout point voulu pour en disposer ou pour subir un autre traitement. On peut supposer que la pompe 4 est commandée par un dispositif connu à vitesse variable de façon que la densité de la matière épaissie puisse être mo- difiée par la vitesse de marche de la pompe.
Le fonctionnement de la valve à flotteur 30 dans le récipient de réception 28 joue un rôle très important en commandant le niveau du liquide dans le réservoir 1 de fagon à empêcher un débordement excessif, lorsque le niveau normal du liquide est élevé dans le réservoir par la dilata- tion des sacs 17 e par suite du retour en arrière du liquide filtré et de l'air pendant la période de nettoyage et aussi en régularisant l'écoulement du liquide dans le réservoir 1 d'après la proportion de liquide extrait, tout en remar- quant que la vitesse de la filtration est très rapide pen- dant la première partie de la période de filtration et ralen-
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tit graduellement ensuite jusqu'à la'période de nettoyage suivante. --- -0::
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Quoique n'importe quel dispositif puisse être uti- lisé pour renverser le sens du courant du moteur 36 sans s'écarter de l'esprit de l'invention, un dispositif pouvant être utilisé , cet effet est représenté schématiquement dans la partie gauche de la Fig. 3. Cet exemple suppose l'emploi d'un moteur 36 à courant continu dans lequel le courant à travers l'induit 36 a est invers pour renverser le sens de marche du moteur, tandis que le courant dans les inducteurs
36 b ne change pas.
Ce dispositif comprend d'une fagon géné- rale une paire d'interrupteurs 43 et 43 a commandés magnéti- quement et manoeuvrés par les contacts sur les sections 37 a et 37 b du tambour pour renverser le sens du courant dans l'induit du moteur afin de le faire,tourner dans des sens opposés.
Pendant la période de filtration, le courant entrant par le conducteur 44 passe à travers le fusible 44 a et la branche 44 b dans le doigt supérieur 40 a, traverse le plot de contact 42 de la section 37 b du tambour et revient par le conducteur inférieur 41 a et la bobine 45 a du solénoïde 45 vers le conducteur 46. le courant traversant la bobine du solénoïde soulève l'organe 47 de l'interrupteur pour fermer les contacts 48 et 48a de l'interrupteur 43, ce qui permet au courant venant du conducteur 44 de passer par le contact 48 a et le conducteur 49 dans l'induit 36 pour faire tourner le moteur dans le sens de marche avant, puis de re- venir par le conducteur 49 a au contact 48 et de là retour- ner à la source par le conducteur 46.
Dans ces conditions, il est évident que, dès que les doigts 40 a abandonnent le contact 42 de la section 37 b du tambour, la bobine du solénoïde 45 sera désexcitée, l'or- gane d'interrupteur 47 tombera et les contacts 48 et 48 a s'ouvriront pour couper le débit de courant vers le moteur
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36. Cependant, sensiblement au même moment, le contact s'é- tablit par la section 37 a du tambour entre le conducteur 44 à travers les doigts supérieurs 40 et le fil inférieur 41 allant à la bobine 45 c du solénolde 45 b et au conducteur 46.
L'excitation de la bobine 45 c soulève l'organe d'inter- rupteur 47 a. ot forma les contacta 48 b et 48 c, co qui por- met au courant de passer du conducteur 44 à travers le con- tact 48 b en sens inverse dans le conducteur 49 a vers l'in- duit et de revenir par le conducteur 49 et le contact 48 c au conducteur 46.
Lorsque les deux doigts 40 et 40 a appuient sur la partie isolée du tambour 37, il n'y aura. évidemment pas de courant dans l'un ou l'autre des solénoldes et les con- tacts 48, 48 a, 48 b et 48c seront ouverts, de sorte que le moteur restera inactif.
Une boîte ou logement convenable pour les inter- rupteurs magnétiques est indiquée en traits interrompus en 50.
Quoique l'emploi d'un élément filtrant comprenant/ un sac filtreur ayant un excédent de volume ait été décrit en se référant particulièrement à la filtration par le vide, il est entendu que ces éléments filtrants peuvent être em- ployés soit pour les gaz, soit pour les liquides en utili- sant la pression ou le vide et que le principe de l'emploi d'un sac filtreur pouvant être contracté sur un organe de drainage pour recevoir le tourteau et pouvant être dilaté en faisant traverser le sac par un fluide en sens inverse pour détacher le tourteau comme il est décrit dans cet exem- ple n'est pas limité à la forme d'exécution spécifique re- présentée, mais est applicable de façon très étendue à tout l'art de la filtration.
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la Fig..10 montre Inapplication de cette caractéristique de l'invention aux filtres à pression à nettoyage automati- que. Dans cette figure, 51 représente un réservoir convena- ble pouvant contenir un ou plusieurs éléments filtrants 17.
Le fluide a filtrer, qui peut être liquide ou gazeux, est introduit sous pression à travers le tuyau 52 dans le rdser- voir 51, un robinet convenable 53 étant ménagé pour comma- der le débit du fluide dans le réservoir. Le raccord 18 de l'élément filtrant 17 est réuni à un tuyau de sortie con- venable ou à un raccord multiple 54 communiquant avec le tuyau de décharge 55 pour le produit filtré. Un robinet 56 permet d'arrêter à volonté la décharge du produit filtré,-
Pour renverser lo aeno du débit à travoro l'élé- ment filtrant 17, un tuyau 57 muni d'un robinet convenable
58 est vissé dans le tuyau de sortie 54.
Une soupape à pres- sion 59 constitue un moyen automatique de libérer la pres- sion dans le réservoir 51 si elle excède un maximum donné et une valve de décharge 60 permet d'enlever du réservoir le tourteau de filtrage ou (le liquide concentré.
Lors du fonctionnement de cette forme d'exécution de l'invention, le fluide à filtrer est introduit sous pression à travers le tuyau 52 dans le réservoir 51 où il comprime le sac filtreur 17 e sur l'organe de drainage et pousse le produit filtré à travers le filtre et dans le tuya,u
55.
Lorsque le tourteau qui se dépose sur Isolement filtrant
17 est assez épais pour retarder matériellement la vitesso de la filtration, l'élément filtrant 17 peut être nettoyé en fermant les robinets 53 et 56 et en ouvrant le robinet de trop-plein 61 pour réduire la pression dans le réservoir; ensuite, le fluide de nettoyage qui peut être de la vapeur, de l'air ou un liquide convenable est admis dans l'intérieur
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de Isolément filtrant par le tuyau 57 pour dilater le sac à èxcédent de volument 17 e et en détacher le tourteau.
Pour permettre l'accès du réservoir 51 en vue de réparations ou autres opérations, on a prévu un couvercle amovible 62 fixé au moyen do boulona 63 ou autres organoo analogues.
La description ci-dessus décrit des formes d'exé- cution préférées à l'invention, mais il est entendu ce pen- dant que de multiples modifications peuvent être apportées aux exemples décrits sans s'écarter de l'esprit et de la portée de l'invention.
Le terme filtre ou appareil de filtration utilisé ci-après comprend d'une fagon générale les appareils connus commercialement comme filtres ou comme.. appareils de con- centration et doit être considéré comme applicable aux fil- tres à liquides ou à gaz, à moins de limitation autrement spécifiée.
REVENDICATIONS
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1.- Dans un filtre du type décrit, un élément fil- trante un dispositif pour déposer sur cet élément un tour- teau de filtrage, un dispositif pour détacher le tourteau et un dispositif permettant une période d'inaction pendant laquelle le tourteau détaché peut se déposer hors de la zô- ne de filtration.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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Concentration devices.
The present invention relates to an apparatus for concentrating or thickening the solid component in liquids containing low percentages of solid matter, in order to prepare the concentrated liquid to be filtered economically in other filtering apparatus or for use in other filtering apparatus. other purposes.
One of the objects of the invention is to provide a filter or concentration device which is automatic, which cleans itself and whose operation is continuous,
Another object of the invention is to provide a concentration apparatus which operates automatically according to a predetermined cycle, in which the
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Filtration and cleaning periods of unequal duration alternate and in which a period of inaction of the filtering pressure between the cleaning and filtration periods makes it possible to completely remove the cake collected in the filtering zone.
Another object of the invention is to provide an automatic control mechanism which operates the concentration apparatus according to the desired operating cycle and which can be adjusted to vary the succession, periods or speed of the cycle. after the nature of the liquid which is in the process of concentration.
Numerous other objects and advantages relating to the operation and to the mechanical construction of this concentrating device will become apparent as the description of the invention progresses.
A particularly important feature of the invention, which is not limited to use in a concentration apparatus or in the filtration of liquids, is the use of a filter bag having an excess of volume which contracts and sticks to the core of the filter element during the filtration period and which swells to expel the filter cake during the cleaning period.
Another important feature of the invention resides in the provision of a filtered liquid intake arranged below the normal level of the liquid in the chamber or reservoir in which the filter elements are located. The position of this plug makes it possible to remove the filtered liquid from the tank despite a minimum liquid height. The importance of this characteristic will be appreciated by considering the problem of filtering hot liquids by
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aspiration.
As is evident, it only takes a slight decrease in the pressure above the surface of the liquid to boil that liquid when its temperature approaches the boiling point under ambient atmospheric conditions, and in the event that, as is customary in the trade, a hot liquid leaving the filter chamber must be raised a substantial distance above the level of the liquid, the capacity of the pump discharging the filtered liquid This chamber will be seriously reduced, thanks to the greater suction required. According to the present invention, it is therefore preferable to dispose this intake of filtered liquid at the level of the normal level or below the normal level of the liquid in the filtration chamber ,
passing this outlet through a side wall of the chamber and thence to a suction apparatus, also disposed below the level of the liquid; the filtered liquid is therefore not raised above this level during its journey to the suction device and the advantage of the hydrostatic pressure of the liquid above the filter liquid intake is taken to increase the filtration efficiency.
Another object of the invention is to provide a filtration system in which a wet vacuum pump can be used. This pump will, in the usual case, be placed in the filtered liquid intake, the liquid and the vapor (or the air) being leased both driven by the. pompo. By means of this construction, the usual vacuum chamber between the suction pump and the filter elements can be dispensed with, which considerably reduces the cost of the apparatus and its maintenance.
In the accompanying drawings is shown, by way of example, an embodiment of the invention.
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Fig. 1 is a partially sectioned side elevation of one embodiment of the concentrating apparatus.
Fig. 2 is a plan view of the device,
Fig. 3 is a circuit diagram of the automatic control mechanism,
Fig. 4 is a schematic view of the drums controlling the circuits and explaining the operating cycle of the apparatus.
Fig. 5 is a detail view showing the construction and operation of the drainage member and the filter bag.
Fig. 6 is a section taken along line 6-6 of FIG. 5.
Fig. 7 is a longitudinal section of the upper part of one of the drainage members.
Figs. 8 and 9 are side elevations showing the position of the filter bag during the filtration and cleaning periods, respectively.
Fig. 10 is a schematic view of a method of using the excess volume filter bag for pressure filtration.
In the embodiment shown, the apparatus comprises a square or rectangular tank 1 provided with a conical bottom 2 opening into the flanged pipes 3 which establish communication between the lowest part of the cone-shaped bottom or inverted pyramid and pump 4. This pump may be of any type suitable for slowly pumping thick slurry, for example a diaphragm pump. On one side of tank 1 and near the top of this tank is overflow weir 5, which may be wide enough to extend all the way through the tank.
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tank 1, if necessary.
Inside the tank are mounted several manifolds 6, each of them being joined to a fitting 7 by means of a seal 8. The opposite end of each manifold is closed by a cap 9 and is supported. by means of an iron angle 10 fixed to the inner wall of the tank The fittings 7 which pass through the wall of the tank are held in place by means of a flange 11 and a locking nut 12. A main manifold 13 extends along the tank and each of the manifolds 6 communicates with the main manifold through an elbow pipe 14.
A sight glass 15 in the pipe 14 allows to observe the filtered liquid flowing through the pipe 14 and a tap 16 between the main manifold 13 and the manifolds 6 allows to suspend the flow of the filtered liquid from any one. collectors, in order to repair or replace any of the filter elements 17 which would pass solid matter.
Several filter elements 17 are joined to each of the collectors 6 by means of fittings 18 which are screwed into the collectors. These filter elements are preferably tubular and comprise, in the preferred embodiment, a corrugated wooden drainage member 17a which is hollow at the top at 17b and which is joined by a cast iron part 18a to the connector. 18. Holes 17 c extend between the hollow part 17b and each of the corrugations 17 d so as to allow the filtered liquid which is lifted by the suction to enter the fitting 18.
It is understood, of course, that instead of the corrugated wooden drainage member 17a, any other desired form of drainage member, such as a perforated tube or pipe or a tubular frame, may be employed. covered with wire mesh.
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Each of the drainage members 17a is covered with a bag 17 e of a suitable filtering substance closed at its base and gathered at the top on the member 17 by means of rope, wire or other link. These bags are of larger dimensions than the drain member 17a for the purpose which will be described later.
A funnel or hopper 19 ending at the bottom,
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dani3 pipe 20 is c1ùl3t1116 b. receive efc at uvacuor any fluid or scum that could overflow through the gutter or weir 5.
For the concentration of liquids which foam to the point of interfering with operations, a foam removal device 21a, arranged as shown, comprises a shaft 21 the ends of which are supported in suitable fixed pads 21b. Near each end of the shaft is mounted a chain wheel 22 and each chain wheel 22 is connected to the chain wheels 23 by means of transmission chains 24, which are provided with multiple fins 25 extending. between the two chains. The chain wheels are rotated by means of a belt 26 and a pulley 26 a connected to any suitable source of motive force.
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nable so as to give, the tree 21,
with the chal-nes 24 and with the fins 25 a slow movement in the direction indicated by the arrows to sweep the foam on the surface of the liquid of the tank 1 in the funnel 19,
As it is desirable to have access from time to time over the entire upper part of the tank for making repairs or replacements, the foam carrier is mounted in a rectangular frame 21c so that the shaft 21 still remains in the bearings 21b, while the shaft 27 of the wheels to. chain 23 is supported
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daris open bearings 27a in the walls of the tank 1, so that the whole conveyor mechanism can be raised to a vertical position, as indicated by dotted lines in FIG.
1, where it is parked when not in use,
The material which is fed to the concentrator or, as it may be called, the automatic filter, enters the feed container 28 through the pipe 29 provided near its outlet with a flow valve. - tor 30. This float valve is adjusted so as to maintain in the reservoir 1 the desired level of the liquid to be filtered. The solution to be concentrated entering the receptacle 28 passes. through the large pipe 31 and enter the main filter tank at approximately the point indicated; the liquid will obviously seek to establish the same level in the supply vessel 28 and in the reservoir 1.
The main manifold 13 is joined to a pump 32 which is of a high vacuum type and which operates with equal ease in either direction by means of pipe 33 and pipe 34 discharges filtered liquid into the filtered liquid container 35. The pump 32 is preferably actuated by a directly coupled motor 36, and the motor is connected to a control mechanism in the manner described below to allow the connections to be changed momentarily when desired. in order to reverse the direction of operation of the pump, a suitable reversible motor being provided for this purpose.
. Fig. 3 of the drawings is a schematic of the electrical circuit and the duty cycle controller. A contact drum 37 formed of two sections 37 a and 37 b mounted on the same shaft 38 is set in constant rotation by means of a small motor 39 via
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a suitable reduction gear train 40. Various devices can be used to change the speed of rotation of the shaft 38 and of the contact drums carried by this shaft * such as for example a motor 39 at variable speed or a suitable set of variable speed gears.
The contact fingers 40 and 41a, pressing respectively on the sections 37a and 37b of the contact drum, control the forward and reverse circuits of the motor 36 by the two sets of wires 41 and 41a which are arranged in such a way that when contact is made by means of the fingers 40 ¯a, the motor and the pump will be driven in the direction of forward travel to send into the filtered liquid container 35 the filtered liquid which is sucked through the bags 17 e, and when contact is made by means of the fingers 40, the direction of travel of the motor 36 and of the pump 32 is. reversed and the filtered liquid remaining in the vertical pipe 34 is returned to the filter elements, this liquid being followed by air which is drawn in by the pump.
Reversing the direction of operation of the pump obviously reverses the direction of flow through the filter bags and forces the cake that has formed during the filtration period of the cycle to detach and settle in the bottom cSnique 2 of the tank.
It is during this operation that the use of the bags 17 e with excess volume plays its most important role, During the filtration period, as a result of the suction in the collectors 6 and along the corrugations 17 d , the bags 17 e are brought into intimate contact with the drainage member 17 a so that they are shriveled and wrinkled as indicated in solid lines in Figs. 5, 6 and 8, and in this posi- tion the filtered liquid is sucked through the bags and the
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cake deposited on their surfaces.
when reversing the direction of travel of pump 32, however, and applying pressure to the interior of the bags, not only the reverse flow of liquid and air, through the bag material tends to loosen the cake, but the bags themselves are sharply expanded to the shape shown approximately in dotted lines in FIG. 5 and at the
Fig. 9, the folds are filled and the cake is actually shaken, so to speak, from the surface of the bag, from where it settles in the bottom of the tank 1 and is removed as a concentrated solution or as a sludge through the pipe with flanges 3.
As the vertical pipe 34 discharges at the top of the vessel 35, only the filtered liquid remaining in the pipe 34 is pumped back into the reservoir 1, so that the solution in this reservoir is not. significantly diluted by the cleaning operation.
Fig. 4 schematically shows the position of sections 37a and 37b of contact drum 37 at the same time. In this figure, the shaded parts 42 represent the contact sections and the light parts 42a represent isolated sections. It is obvious that the proportion between the contact sections and the insulated sections can vary according to the desired operating cycle.
In the position shown, the contact fingers 40 just pass from the reversing contact of the drum 37 to the insulated section and it is noted that at this moment the contacts 40 a for the forward motion of the motor 36 are also on one side. isolated section 42a of the drum 37b, so that for a short time after the pump is reversed, no current will flow to the motor and the pump will remain inactive for a short time.
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for a sufficient period of time to allow the filter cake which has just been shaken from the bags 17 a to
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drop into the? bottom of 1: ÓL10l.'VOll 'before quo 11 tl.l.Sp11.' !. We start again.
While the device is in operation, the solution to be filtered enters the container 28 through the float valve 30 until it reaches the level in the tank 1. It should be assumed that the cone drum - tact 37 is specially designed to suit the material to be concentrated where it is constructed in known fashion with insulated parts and adjustable contact parts on the plow to satisfy various conditions. To facilitate the discussion, it will be assumed that the drum 37 completes a full revolution every six minutes and that the contact pieces are made so that the reversing drum 37a is covered with insulating material.
42 has over 330 of its circumference and covered with conductive material 42 over 30 of its circumference.
The forward contact drum 37b is covered with conductive material 42 over 3000 of its surface and insulating material 42 a on
60. When the contact fingers 40a press against the contact pad of the forward drum 37b, the pump 32 rotates in the proper direction to produce suction in the filter elements. 17 and discharge the filtered liquid sucked through these bags into the container 35.
When the drum 37 has rotated so that the fingers 40a leave the contact pad, immediately after or a few seconds after, the contact fingers 40 come into contact with the contact pad 42 of the reversing drum 37a. , which reverses the direction of operation of the motor which pumps the liquid from pipe 34 to return it through the elements
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filters 17 and then continues to blow air through these elements to expand the filter bags and loosen the cake until the fingers 40 a leave the contact pad 42, pass over the insulated part drums 37 a and 37 b and consequently suspend the movement of the pump 32.
During this period, the loosened cake has the dull to settle in the bottom of the tank so that when the fingers 40 a again reach the contact 42 of the drum 37 b, and the circuit is reestablished for forward travel, the cake dislodged will not be returned to the filter bag. At the same time, the pump 4 continuously extracts the thickened product from the bottom of the tank 1 and sends it to any desired point for disposal or for further treatment. It can be assumed that the pump 4 is controlled by a known variable speed device so that the density of the thickened material can be changed by the running speed of the pump.
The operation of the float valve 30 in the receiving vessel 28 plays a very important role in controlling the level of the liquid in the tank 1 so as to prevent excessive overflow, when the normal level of the liquid is high in the tank by the expansion of the bags 17 e as a result of the return of the filtered liquid and the air during the cleaning period and also by regulating the flow of the liquid in the tank 1 according to the proportion of liquid extracted, while noticing that the rate of filtration is very rapid during the first part of the filtration period and slows down
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titrate gradually until the next cleaning period. --- -0 ::
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Although any device can be used to reverse the direction of the current of the motor 36 without departing from the spirit of the invention, one device which can be used, this effect is shown schematically in the left part of the figure. Fig. 3. This example assumes the use of a direct current motor 36 in which the current through the armature 36 a is reversed to reverse the direction of operation of the motor, while the current through the inductors
36 b does not change.
This device generally comprises a pair of switches 43 and 43 a magnetically controlled and operated by the contacts on the sections 37 a and 37 b of the drum to reverse the direction of the current in the armature of the motor. in order to do this, turn in opposite directions.
During the filtration period, the current entering through the conductor 44 passes through the fuse 44 a and the branch 44 b in the upper finger 40 a, passes through the contact pad 42 of the section 37 b of the drum and returns through the conductor bottom 41a and coil 45a from solenoid 45 to conductor 46. current flowing through solenoid coil lifts switch member 47 to close contacts 48 and 48a of switch 43, allowing current coming from the conductor 44 to pass through the contact 48a and the conductor 49 in the armature 36 to turn the motor in the forward direction, then to return through the conductor 49a to the contact 48 and from there back- at the source by the conductor 46.
Under these conditions, it is evident that, as soon as the fingers 40a abandon the contact 42 of the section 37b of the drum, the coil of the solenoid 45 will be de-energized, the switch member 47 will drop and the contacts 48 and 48 a will open to cut off the current flow to the motor
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36. However, at substantially the same time, contact is made through section 37a of the drum between the conductor 44 through the upper fingers 40 and the lower wire 41 going to the coil 45c of the solenoid 45b and to the conductor 46.
The energization of the coil 45 c lifts the switch member 47 a. ot formed the contacts 48 b and 48 c, co which causes the current to pass from the conductor 44 through the contact 48 b in the opposite direction into the conductor 49 a towards the induction and to return through the conductor 49 and contact 48 c to conductor 46.
When the two fingers 40 and 40 a press on the insulated part of the drum 37, there will be. obviously no current in either solenoid and contacts 48, 48a, 48b and 48c will be open, so the motor will remain inactive.
A suitable box or housing for magnetic switches is shown in dashed lines at 50.
Although the use of a filter element comprising a filter bag having an excess volume has been described with particular reference to vacuum filtration, it is understood that these filter elements can be used either for gases, either for liquids using pressure or vacuum and that the principle of using a filter bag which can be contracted over a drainage member to receive the cake and which can be expanded by passing a fluid through the bag in the reverse direction to loosen the cake as described in this example is not limited to the specific embodiment shown, but is very broadly applicable to all the art of filtration.
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Fig. 10 shows the application of this feature of the invention to self-cleaning pressure filters. In this figure, 51 shows a suitable tank which can contain one or more filter elements 17.
The fluid to be filtered, which may be liquid or gaseous, is introduced under pressure through pipe 52 into tank 51, a suitable valve 53 being provided to control the flow of fluid into the reservoir. The fitting 18 of the filter element 17 is joined to a suitable outlet pipe or to a multiple fitting 54 communicating with the discharge pipe 55 for the filtered product. A tap 56 makes it possible to stop the discharge of the filtered product at will, -
To reverse the flow rate through the filter element 17, a pipe 57 fitted with a suitable tap
58 is screwed into the outlet pipe 54.
A pressure valve 59 constitutes an automatic means of releasing the pressure in the reservoir 51 if it exceeds a given maximum and a relief valve 60 allows the filter cake or the concentrated liquid to be removed from the reservoir.
During the operation of this embodiment of the invention, the fluid to be filtered is introduced under pressure through the pipe 52 into the reservoir 51 where it compresses the filter bag 17 e on the drainage member and pushes the filtered product. through the filter and into the tuya, u
55.
When the cake that settles on the filter insulation
17 is thick enough to materially retard the speed of filtration, the filter element 17 can be cleaned by closing the valves 53 and 56 and opening the overflow valve 61 to reduce the pressure in the tank; then the cleaning fluid which may be steam, air or a suitable liquid is admitted into the interior
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Filter insulation through pipe 57 to expand the excess volume 17 th bag and loosen the cake.
To allow access to the reservoir 51 for repairs or other operations, there is provided a removable cover 62 fixed by means of bolona 63 or other similar organoo.
The above description describes preferred embodiments of the invention, but it will be understood, however, that multiple modifications may be made to the examples described without departing from the spirit and scope of the invention. invention.
The term filter or filtration apparatus used hereinafter generally includes apparatus known commercially as filters or as concentrating apparatus and should be considered as applicable to liquid or gas filters, unless limitation otherwise specified.
CLAIMS
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1.- In a filter of the type described, a filtering element, a device for depositing on this element a filter cake, a device for detaching the cake and a device allowing a period of inaction during which the detached cake can settle out of the filtration zone.
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