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Perfectionnement aux dispositifs d'épuration et de filtration, "
Pour une multitude de besoins indus triels, le problème se pose d'épurer ou de filtrer un fluide gazeux ou liquide à travers une surface filtrante et souvent, lorsque 1'encombrement est limite, le point eserr tiel est de pouvoir loger le maximum de surface filtrante utile dans le minimum de volume,
La difficulté à vaincre consiste donc à faire tenir dans un espace donne la plus grande surface possib de papier ou de tissu filtrant, de façon à pouvoir avoir une matière filtrante feutrée ou simplement assez serrée ;
Jour arrêter les poussières ultra microscopiques, comme les arsines par exemple, s'il s'agit de gaz de combat, et dans les explications qui vont suivre, il sera choisi cette dite filtration à titre d'exemple.
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La volume utile des cartouches filtrantes est celui qui est disponible dans une capacité de 88 m/m de diamètre environ et de 32 à 34 m/m de hauteur. Les dispcsitifs actuelle
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ment employés 'sont les 9i"a.r-t;ps ordrè ' ir.ircrtce: quant à la surface de filtration:
Dans un premier type, on comprime du feutre,de la laine de verre, etc, autour de champignons collecteurs, dans la capacité disponible, mais on n'a que peu de surface utilisée pour la filtration, 300 c/m2 environ, et il est impossible de tolérer un tassage suffisant pour arrêter efficacement les arsines sans une trop forte dépression,,
Un deuxième type emploie du feutre préparé sous forme d'ondulations ou plissements concentriques, ce qui augmente la surface filtrante.
Les possibilités de construction ne permettent toutefois que des ondulations assez amples, de sorte qu'il est difficile de placer plus de cinq ondulations suivant le rayon d'une cartouche de masque et la surface filtrante ne dépasse généralement pas 400 à 500 c/m2.
, Dans un troisième système, on utilise des disques à trou central de papier ou de tissu filtrant, placés les uns sur les autres avec des entretoises d'écartement et des sertissages faits alternativement sur le cercle extérdeur et sur le cercle intérieur, ce qui fait ressembler l'ensemble à un soufflet d'accordéon tigide à section circulaire et rigide. On arrive ainsi dans le même espace d'une cartouche filtrante de masque à gaz, à loger une surface filtrante de 800 c/m2. On peut donc avoir un filtrage plus serré et par suite.pour une même dépression à l'aspiration, réaliser un filtrage plus efficace.
Enfin,dans le système Poëlman, le papier ou le tissu filtrant forme un pliage en accordéon, mais l'accordéon est enroulé de manière à former un tore à surface génératrice rectangulaire. Les deux faces latérales du dit tore sont obturées par des cuvettes de faible profondeur, qu'on remplit d'une matière, du brai, par exemple, qui assure un joint parfait.
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L'air aspiré doit travérser la surface en accordéon de l'extérieur vers l'intérieur ou inversement et les im- putetés sont arrêtées par les cloisons filtrantes,
Ce système a l'avantage, grâce à la disposition en accordéon torique, de loger dans l'espace d'une cartouche filtrante ordinaire, une surface filtrante utilede 1.100 à 1.200 centimètres carrés. Toutefois, le courant de fluide doit passer dans l'ouverture centrale ( après ou avant filtrage, suivant le sens du courant aspiré comme indiqué plus haut) et la section de ce passage est forcément réduite d'où la nécessité d'un espace vide suffisant au centre, qui ne sert qu'au pasage du fluide et constitue un vide perdu dans l'espace dont on dispose dans la cartouche.
En outre,on ne peut pas, dans la zone de section réduite, multiplier autant qu'on le voudrait le nombre des feuillets filtrants.
La présente invention est basée sur une préparation spéciale de? surfaces filtrantes qui permet de loger, dans l'espace disponible ci-dessus envisagé d'une cartouche fil. trante ordinaire, une surface de filtration de 3*500 à 5.000 centimètres carrés, ce qui constitue déjà un progrès considérable par rapport à ce qui est connu et ce qui entraîne en outre des possibilités de réalisation, dont les avantages sont notamment les suivants:
Le papier ou tissu filtrant ayant une plus grande surface,à encombrement égal, peut être d'un feutrage plus serré et à pores plus petits et par conséquent, à égalité de poids ainsi qu'à égalité de pouvoir filtrant, on bourra choisir une épaisseur plus faible de papier ou de tissu. Ce% te possibilité de feutrage plus serré peut éventuellement supprimer le colmatage préalable du filtre, colmatage que l'on prévoit actuellement et qui est d'ailleurs indispensable pour arrêter les arsines, s'il s'agit de modèles de cartouches qui ne peuvent admettre de surfaces filtrantes à pores trop petits, par suite de leur trop faible surface de filtration.
Une caractéristique principale de l'invention caviste
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donc à employer un empilage au contact de feuillets de papier ou tissu filtrant, ces feuillets étant convenablementçollés ou assemblés les uns aux autres et aux parois du dispositif filtrant de toutes manières connues pour former les cloisons que doit traverser le fluide à filtrer ou épurer, le papier ou tissu filtrant au lieu d'être uni est légèrement ondulé ou gaufré, ou porte des aspérités ou saillies de même ma- tière ou de matière différente et cela de faàon que deux surfaces de filtration successives adjacentes aient des directions de gaufrage ou d'ondulations de sens différents, faisant un certain angle d'une surface à.
celle qui est immédiatement en contact, les formes et les allures des ondulations ou gaufrages pouvant d'ailleurs être quelconques.
Par suite de cette sorte de croisement des gaufrages ou ondulations entre deux feuillets voisins, ou de la présence des saillies ou aspérités, il en résulte que deux feuillets peuvent arriver au contact mais que ce contact ne peut se produire que par le croisement des ondulations ou des gaufrages ou les sommets des aspérités, et le fluide peut quand même circuler librement entre les feuillets dans tous les sens, l'espace libre pour le passage du fluide pouvant être extrêmement réduit .
On peut, par exemple, utiliser une feuille de papier ou de tissu avec un gaufrage constitué par des ratnures 1 ou creux formant des stries fines parallèles ( fig,l) inclinées à 45 , par rapport à un axe en 2, et on disposera la feuille suivante ( fig.2) qui peut venir au contact de la première, de façon que les stries 3 soient à 90 par rapport au même axe. La saillie du gaufrage sera assurée de part et d'autre de l'axe de la feuille et cette saillie sera par exemple de l'ordre de grandeur, de l'é- paisseur du papier ou tissu filtrant soit 15/100 ou 25/100 de m/m par exemple, Sur la fig.3, on voit une partie de coupe de deux surfaces voisines à très grande échelle.
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Le gaufrage ou ondulation a encore pour avantage d'augmenter la surface filtrante qui est plus grande que la dimension brute des feuillets,,
La disnosition des surfaces filtrantes, les unes par rapport aux autres sera faite de manière à occuper le plus possible de l'espace disponible dans la cartouche, il est évident que l'on pourra imaginer beaucoup de dispositifs plus ou moins avantageux quant à l'emplacement, tout en restant dans l'esprit de l'invention, on en indique ici quelques uns, à titre d'exemples,
Un premier moyen de réalisation d'une cartouche, non limitatif de l'invention consiste à découper des risques avec trou central, de papier ou de tissu filtrant, tels que 4, gaufrés sur toute leur étendue comme il vient d'être dit et empilés au contact les uns sur les autres avec un collage, d'un disque à l'autre,
alternativement sur le cercle intérieur 5 et sur le cercle extérieur 6, comme on le voit sur la coupe diamètrale fig.4. Le dernier disque 7 étant plein, on obtient alors la forme d'un accordéon replié à bloc avec des disques qui, même au contact, ne peuvent se toucher que par le croisement des gaufrages ou ondulations et restent à une certaine distance l'un de l'autre, d'une valeur correspondant justement au double de l'amplitude du gaufrage ( fig.3). Ainsi, sans aucun autre artifice, on peut loger dans un espace déterminé, le maximum de surface filtrante qu'il soit possible d'y faire tenir, tout en assurant une cir culation libre et parfaite de l'air ou du fluide à épurer entre les surfaces.
La saillie des gaufrages détermine la section de passage de l'air ou du fluide et cette circulation peut se faire, grâce à la disposition des gaufrages, dans tous les sens. En effet,les points de contact correspondant au croisement des gaufrages, comme on le voit en 8 ( fig.3) sont très nombreux et règnent chacun sur une très petite surface de contact, ils assurent ainsi un parfait et cons.
tant écartement des feuillets filtrants, sans obstruer le passage pour l'air ou le fluide,
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Le collage ou assemblage sur les bords, comme en 5 et 6 ( fig.4) sera permis en écrasant le gaufrage de manière que ce collage soit bien étanche, mais ensuite pendant ou après le collage ou assemblage, on pourra onduler aussi ces bords réunis ensemble, de manière à assurer encore un complément de sécurité pour l'écartement des feuillets. Cette ondulation des bords pourra même, si on le veut, avoir un peu plus d'amplitude que celle du gaufrage des disques, ce qui peut assurer l'écartement de deux disques voisins à une valeur plus ou moins grande que celle du gaufrage.
Cet écar- tement pourra aussi être obtenu au moyen de petites saillies ou cales d'épaisseur et d'écartement, qui rempliront le même office que l'ondulation des bords,
Comme il a déjà été dit, les directions et les allures du gaufrage ou des saillies peuvent être quelconques , On pourra, par exemple, adopter le gaufrage rayonné, mais chaque gaufrage ne passant pas par le centre du disque sera de préférence tangentiel ( fig.5) comme les rayons d'une roue de bicyclette, et d'un disque au disque voisin ( fig.6) les directions, tangentielles 9 et 10 seront disposées de manière à se chevaucher pour ne se toucher, d'un disque au voisin, que par points.
Il faut alors un gaufrage individuel par disque, et ce gaufrage peut ne pas être fait sur les parties destinées à être collées, tandis que dans la combinaison du début, avec gaufrage à 45 de l'axe d'une feuille de papier on peut procèder . un gaufrage uniforme en pièces avant découpage des feuillet élémentaires.
Dans l'ensemble envisagé, l'empilage des disques est terminé par un disque 7 plein, de sorte que si le premier disque est relié par son trou central à l'orifice d'aspiration 11 d'un espace où doit arriver le fluide filtré ou aspiré, on constitue ainsi un filtre à surface maximum pour un volume d'encombrement fixé, très compact et très résistant Pour ce mode de réalisation, la section d'aspiration minimum est la somme de toutes les sections libres circulaires correspondant au trou central des disques, formant cheminée 12 ( fig.4).
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On peut indiquer,à titre d'exemple que, dans un espace de 86 m/m de diamètre extérieur, ce qui donne 82 m/m utiles, avec un trou intérieur de 17m m de diamètre ( ce qui donne un diamètre de collage intérieur de 21) avec une hauteur d'empilage de 32 m/m de disques de carton filtrant de 20/100 de m/m d'épaisseur portant des gaufrages de 25/100 de m/m de saillie de part et d'autre de l'axe. On arrive à empiler pratiquement 64 disques, Cela donne une surface filtrante utile totale de 3.100 centimètres carrés et pour une section de passage de gaz minimum, à la surface interne de la cheminée centrale, de 8,5 c/m2 effectifs.
Bien entendu, les feuillets filtrants ou épurants peuvent avoir toute forme quelconque, non seulement annulaire, mais elliptique, ovale, carrée, rectangulaire ou autre et comporter au besoin plusieurs cheminées d'aspiration 13, 14 ( fig.7) au lieu d'une simple cheminée centrale,,
Dans un autre mode de réalisation, également non limitatif de l'invention,les surfaces filtrantes ou épurantes gaufrées sont embobinées au contact et concentriquement par pairs à gaufrage de directions différentes, comme il a été dit, et le contact des surfaces ne sera plus plan, mais se fera sur une surface latérale dont la ligne d'enroulement sera une spirale double, par exemple, les fig. 8 et 9 représentent, en élévation et en plan,le principe de l'enroulement d'une seule paire de bandes.
En pratique, on pourra par exemple utiliser le papier ou le tissu filtrant en bandes de longueur suffisante dont la largeur correspondra à la hauteur dont on dispose pour l'emplacement du filtre. Les bandes, au nombre de deux ( ou en un nombre plus grand de groupes de deux) avec des gaufra. ges contrariés, comme il a été dit, seront alors enroulées simultanément. La bande 15 située à l'extérieur de l'enroule- ment sera enduite de colle ou d'adhésif résistant au pouvoir dissolvant du fluide sur son bord supérieur interne 16, de manière à se coller sur le bord supérieur externe de la bande 17 intérieure à l'enroulement, et ce collage sera facilité par une pression convenable appliquant de
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toute façon appropriée les deux borda l'un sur l'autre.
D'autre part, le bord inférieur interne de la bande intérieu- re à l'enroulement 17 sera aussi enduite de colle ou d'adhé- sif comme ci-dessus, en 18, pour venir se coller également au moyen d'une pression convenable , sur le bord inférieur de la bande extérieure à l'enroulement qui du fait de l'enroule- ment, se trouve déjà bobinée en 19 et servira d'appui à la bande intérieure 17 en cours d'enroulement. Bien entendu, les gaufrages se chevauchent toujours et ne viennent en contact que par des points.
On enroule ainsi suivant une spirale double, dont l'o- rigine est fixée sur un noyau plein ou creux 20 et l'on obtient finalement une bobine, dont on voit la section par- tielle sur la fig, 10,'qui peut filtrer ou épurer un fluide provenant de 21 suivant les flèches et qui sortira en 22 après avoir été filtré à travers le papier ou tissu filtrant cm- ployé.
Le dispositif d'enroulement simple qui vient d'être exposé peut comporter bien entendu des variantes, C'est ain- si qu'au lieu d'enduire directement de colle les bords cor- respondants des bandes 23, 24, qu'on enroule ( fig. 11),on pourra enrouler en même temps que les bandes en question, de petites bandes de papier 25,26 formant cales d'écartement et enduites d'adhésif ou faites de papier encollé. Ce système peut assurer une sécurité complémentaire pour obtenir un sup- plément d'écartement des bandes principales.
On pourrait aussi onduler les bords collés ensemble ou y pratiquer des saillies de manière à assurer la régularité de l'écartement des spires successives, comme on l'a indiqué précédemment pour le collage des disques empilés.
On pourra également et avantageusement enrouler en même temps que les bandes principales, deux petites bandes auxiw liaires 27 et 28 ( fig, 12) par exemple métalliques, qu'on pourra retirer, quand l'enroulement sera terminé. Elles cons- titueront des cales provisoires et faciliteront l'obtention d une bonne pression pour le collage, tout en évitant l'écrase- ment des gaufrages.
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De toute façon, les gaufrages seront toujours contrariés d'une surface à l'autre surface voisine, et les points de contact, qui sont représentés dans les diverses coupes de détail, ne sont que des points de contact seulement et ne correspondent pas à des lignes de contact continues* La libre circulation du fluide est donc assurée dans tous les sens entre deux surfaces de 'bandes.
Cette disposition de filtre par spires enroulées faites avec du papier gaufré ayant les mêmes caractéristiques que celles indiquées précédemment permet,sous le marne encombrement, avec une hauteur de spires de 32 m/m, ce qui corres.. pond à 28 m/m utiles, de loger 39 spires doubles, qui donnent une surface utile filtrante de 3.200 centimètres car.. rés, du même ordre que celle obtenue par l'emploi de disques dans la même espace.
Un avantage Ares intéressant de la disposition en enroulement spiral vient de ce que l'on réalise, dans ce cas ,,une section de sortie 22 de fluide filtré ou épuré éga- le à la section d'entrée 21, ce qui diminue encore la dépression nécessaire pour assurer la circulation à travers le filtre;dans l'exemple ci-dessus, cette section est de 57 cm2 utiles. Dans la réalisation par disques empilés au contraire, la section de sortie et très réduite par rapport à la section d'entrée ou inversement.
Une autre forme de réalisation permettant d'appliquer l'invention à des volumes de toutes dimensions est indiquée fig. 13 et 14, représentant la coupe et l'élévation d'un filtre épurant constitua par une enveloppe 29 ( fig. 13) carrée, rectangulaire, circulaire, ou de forme quelconque, pouvant être également d'une hauteur quelconque ouverte à ses deux extrémités, On place dans cette enveloppe un bloc filtrant de même hauteur que l'enveloppe, constitué: soit par une longue bande de papier ou tissu ondulé ou gaufré ou à aspérités, comme il a été dit; placé en accordéon à feuillets se touchant, soit par un empilage de feuillets collés ou ,assemblés alternativement tout le long de leurs
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bords tels que 31 et 32. Les extrémités 33 et 34 étant col- lées ou fixées à la paroi de l'enveloppe 29/.
Le bloc fil- trant remplissant tout l'espace disponible, sauf le petit espace @ nécessaire pour le libre accès du fluide aux feuillets filtrants ou épurants,.
L'obturation des deux faces ouvertes du bloc est obte- nue au moyen de deux couvercles emboîtants creux tels que
35 et 36 de faible profondeur, dans lesquels on coule à chaud au préalable une couche de brai liquide, par exemple, qui en se solidifiant au refroidissement assure l'obtura- tion complète de la face du bloc filtrant et de toutes les extrémités des feuillets filtrants qu'il contient et qui ont la même hauteur.
Chaque feuillet filtrant peut évidemment être consti- tué par plusieurs épaisseurs de papier ou tissu filtrant si nécessaire. -
Un autre mode de réalisation représenté fig. 15 et 16 comporte une section d'arrivée du fluide inspiré qui va traverser le bloc filtrant, et la section de départ du dit fluide qui a été filtré ou épuré par les feuillets filtrants ou épurants.; ces sections correspondant à la somme de tous les intervalles entre les feuillets sont identiques.
Le bloc,qui pourra avoir la forme d'un cylindre, d'un tube, d'un prisme à section carrée ou rectangulaire, ou une forme quelconque, est caractérisé en ce que le papier ou le tissu filtrant ou épurant sous forme d'une bande est replié en accordéon et constitue deux accordéons adjacents qui sont réunis par leurs extrémités, sans aucune déforma- tion de l'ensemble replié. 'une des faces du bloc ainsi obtenu est complètement obturée par une cuvette pleine, l'au- tre face comporte au contraire une cuvette avec ouverture centrale à jour, l'air à purifier entrant par la surface la- térale du bloc et ressortant, après son passage dans les feuillets, par l'ouverture de la partie centrale ajourée.
Comme on le voit au dessin, le bloc filtrant 37 est constitué par une bande repliée en accordéon faite de pa- pier ou de tissu filtrant ou épurant
Ce bloc filtrant est établi en deux parties: droite et
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gauche ( comme on le voit'sur la fig. 16) qui sont réunies par leurs extrémités en 38 et 39. Le bloc est fermé, à la partie supérieure par une plaque pleine formant cuvette 40, tandis qu'à la partie inférieure, la cuvette 41 comporte une ouverture centrale à jour formant orifice d'évacuation, comme on le voit en 42.
En 43 est un joint établi sur la cuvette 41, qui permet de raccorder le bloc filtrant avec l'espace où doit arriver le fluide filtré ou épuré. En 44, on a prévu une mince couche de brai ou d'asphalte dans les deux cuvettes pour obturer les bases du bloc filtrant constitué par l'accordéon de feuilles repliées, cette construction assurant un bon assemblage et une parfaite étanchéité.
Il en résulte que l'air pénétrant suivant les flèches 45 à l'intérieur de la cartouche est obligé detraverser les feuillets filtrants ou épurants pour sortir f inalement suivant la flèche 46.
Dans les zones 38 et 39 à l'extrémité, comme la résis- tance au passage de l'air a tendance a être moins forte, il est possible, si on le désire,d'équilibrer cette différence de résistance aux divers endroits du bloc filtrant, en resserrant, de préférence,les bords internes des feuillets dans les zones 38 et 39, de manière à n'avoir qu'un espace réduit tel que 47 pour le passage du fluide épuré, cet air se dirigeant ensuite vers l'orifice d'évacuation 42.
Avec cette disposition, en utilisant du papier de 25/100 de m/m d'épaisseur, comportant des saillies de 20/100 de m/m, la hauteur de la bande filtrante ( c'est-à-dire celle des feuillets) étant de 30 m/m et le diamètre général du bloc ( comme représenté fig.3) étant de 88 m/m, on peut loger 2700 cm2 de surface filtrante, ce qui représente une augmentation considérable de la surface filtrante par rapport à tous les dispositifs connus avec pliage en accordéon notamment du type dans lequel l'accordéon est enroulé pour former un tore.
Le principe de dispositions de surfaces voisines à on dulations ou gaufrages se chevauchant, empilées au contact permettant l'obtention de grandes surfaces de filtration,
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sous un faible encombrement, peut encore, conformément à l'invention, srappliquer à d'autres usages que la réalisation de filtres physiques. On pourra par exemple utiliser des feuilles ou claques filtrantes en matière présentant des pores suffisamment volumineux afin d'être garnis, par tout traitement approprié convenable, de produits ou de cristaux soit par trempage, soit par dépôt de condensation de vapeurs, etc,lesquels produits ou cristaux réagissent chimiquement sur les fluides à filtrer ou épurer .
Les ondulations ou gaufrages constituent en somme, dans cette invention, des aspérités qui empêchent les surfaces successives de venir en contact. On peut évidemment obtenir le marne résultat en réalisant des aspérités d'une manière différente, par exemple en saupoudrant, d'une façon très clairsemée, des grains dimensionnés à l'épaisseur des saillies qu' on désire obtenir sur la surface filtrante. Ces grains seront enduits de matuères permettant leur collage.
Ce moyen est inférieur à celui du gaufrage, car il pré sente les inconvénients suivants :
1 - Les grains d'écartement étant disposés au hasard peuvent porter l'un sur l'autre ou se chevaucher.
2 - La surface active filtrante est diminuée de toute la surface iù sont collés les grains,
Au lieu de grains,on peut également employer de petits filaments de faible diamètre, comme par exemple des fils de verre étiré. Les fig. 17 et 18 indiquent,à titre d'exemple, des réalisations de ces deux derniers moyens, qui rentrent dans le cadre de l'invention celle-ci consistant essentiellement à créer sur la surface de la matière filtrante des appé. rités ou saillies faisant partie de cette surface et empêchant le contact de deux surfaces voisines autrement que par deu points, permettant une libre circulation des fluides entre les surfaces, qui seront filtrés ou épurés entre elles et au besoin par elles.