La présente invention a pour objet un appareil de filtration pour fluides sous pression, comprenant une chambre de filtration contenant au moins un élément filtrant, une tubulure d'admission du fluide à filtrer, une chambre de sortie destinée à recevoir le fluide filtré sous pression, et un canal de décharge muni d'une soupape destinée à s'ouvrir lors du nettoyage de l'élément filtrant, pour faire communiquer la chambre de filtration avec l'atmo sphére ambiante, afin d'évacuer les impuretés retenues lors de la filtration.
Dans de nombreux appareils connus de ce type, le nettoyage des éléments filtrants s'effectue par un écoulement de liquide filtré, en sens inverse, à travers les éléments. Cette opération est gé néralement commandée à l'aide de soupapes destinées à interrompre la communication de la chambre de filtration avec le conduit d'amenée de liquide à filtrer, d'une part, et avec le conduit de sortie du liquide filtré, d'autre part. L'emploi de plusieurs soupapes pour effectuer le nettoyage entraîne une mise hors service de l'ap- pareil pendant une durée plus ou moins longue et par conséquent une perte relativement importante de sa capacité de filtration, perte à laquelle s'ajoute celle due à la consommation du liquide filtré lors du nettoyage.
De plus, les nombreuses solutions proposées pour le nettoyage des filtres, soit par écoulement du liquide filtré en sens inverse, soit par raclage mécanique des éléments filtrants, nécessitent l'emploi de moyens compliqués qui sont non seulement coûteux et sujets à des pannes mais se prêtent souvent mal au fonctionnement automatique, tel que l'on l'exige dans de nombreuses applications.
Lorsque plusieurs cellules de filtration sont branchées en parallèle afin d'assurer une filtration continue avec une capacité importante, les problèmes mentionnés ci-dessus, et notamment celui du fonctionnement automatique, se multiplient d'une façon notable.
Or, une augmentation du nombre et/ou des dimensions des éléments filtrants disposés dans une même chambre de filtration, en vue d'augmenter la capacité de filtration, est évidemment fort désirable du point de vue de l'encombrement total de l'appareil de filtration. Une telle augmentation entraîne cependant d'autres problèmes et notamment celui de l'obtention d'une distribution uniforme du fluide à filtrer sur toute la surface filtrante des éléments filtrants.
On connaît un filtre multicellulaire dont les cellules sont dispo sées autour d'un axe commun, chaque cellule renfermant plusieurs bougies filtrantes alimentées en liquide à filtrer sous pression, à partir d'une chambre d'admission commune à toutes les cellules, par l'intermédiaire d'orifices annulaires calibrés, de faible section, entourant chacun l'une des bougies filtrantes.
Dans ce filtre multicellulaire, le nettoyage des bougies filtrantes de chaque cellule s'effectue cycliquement par l'intermédiaire d'une soupape associée au canal de décharge et agencée de manière à rester fermée pendant la période de filtration, à s'ouvrir complètement pour provoquer une chute brusque de la pression du liquide à filtrer contenu dans la chambre de filtration et par conséquent un retour brusque du liquide filtré afin d'enlever le gâteau d'impuretés sur chaque bougie, et à passer ensuite à une position d'ouverture partielle destinée à permettre l'évacuation des impuretés ainsi enlevées des bougies, essentiellement par l'intermédiaire d'un courant de liquide à filtrer. Ce filtre permet donc de réaliser une filtration continue à capacité très élevée et un nettoyage automatique à l'aide d'un nombre de soupapes fortement restreint.
Il présente cependant certains problèmes et notamment celui de la répartition uniforme du liquide à filtrer sur toute la surface de chaque bougie.
En effet, les orifices annulaires calibrés provoquent une accélération notable du liquide à filtrer juste avant qu'il ne parvienne à l'extrémité supérieure de chaque bougie. Ce liquide s'écoule ainsi beaucoup plus rapidement le long de la partie supérieure de chaque bougie que le long de sa partie inférieure, de sorte que les impuretés se déposent d'une façon non uniforme sur la surface filtrante de chaque bougie.
De plus, lorsqu'on utilise des bougies filtrantes classiques dont la surface filtrante est formée par exemple d'une toile à mailles très fines servant à retenir des impuretés de très faible taille, ces bougies risquent de se colmater progressivement, et cela de manière non uniforme, malgré le nettoyage décrit ci-dessus. Ainsi, dans ce cas, il est nécessaire d'effectuer périodiquement un nettoyage mécanique très complet des bougies filtrantes, ce qui nécessite un démontage de ces dernières, et par conséquent une mise hors service, pendant une durée relativement longue, de toutes les cellules, donc du filtre.
D'autre part, lorsqu'on désire obtenir une filtration de particules très fines, on a généralement recours à un adjuvant de filtration, c'est-à < lire à une matière filtrante pulvérulente servant à former, sur un support ajouré, une couche constituant la surface filtrante proprement dite. La formation d'une telle couche filtrante uniforme est cependant difficile à réaliser, dans le filtre multicellulaire décrit ci-dessus, car cette couche doit être déposée sur le support ajouré au moyen d'un courant de liquide à filtrer contenant des particules d'adjuvant et circulant entre l'entrée et la sortie du filtre. En effet, compte tenu de la variation de vitesse, mentionnée ci-dessus, du liquide à filtrer s'écoulant le long de chaque bougie, il devient difficile de réaliser un dépôt uniforme de la couche d'adjuvant.
Le but de la présente invention est de créer un appareil de filtration permettant d'obtenir les avantages du filtre multicellulaire mentionné ci-dessus mais sans ses inconvénients et pouvant servir de module pour la production de filtre multicellulaires.
A cet effet, le filtre selon l'invention comprend un distributeur du fluide à filtrer, disposé entre la tubulure d'admission et la chambre de filtration, agencé de manière à former un passage annulaire capable de produire une perte de charge déterminée dans le fluide à filtrer qui s'y écoule et d'injecter ce fluide sur tout le pourtour de la chambre de filtration, à l'une de ses extrémités et perpendiculairement à son axe. D'autre part, le canal de décharge communique avec la chambre de filtration au voisinage de l'autre extrémité de cette chambre, la soupape de décharge étant agencée dans ce canal de manière à permettre au fluide à filtrer le contenu dans la chambre de filtration de subir une chute importante de pression lors de l'ouverture complète de cette soupape.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution d'un filtre monocellulaire selon la présente invention, destiné notamment à la filtration d'un liquide tel que l'eau contenant des impuretés solides.
Le filtre monocellulaire représenté en coupe verticale sur la figure unique du dessin comprend une paroi cylindrique I qui délimite latéralement un compartiment de filtration 2 dont l'extrémité inférieure est délimitée par un fond incliné 3, tandis que son extrémité supérieure est délimitée par une plaque transversale 4 formant une cloison entre ce compartiment 2 et une chambre de sortie 5. Ce filtre comprend sept bougies filtrantes 6 suspendues verticalement dans le compartiment 2 et fixées chacune à la plaque 4 par l'intermédiaire d'un tube porte-bougie 7.
Une tubulure d'admission 8 sert à amener au filtre le liquide à filtrer, sous pression,. provenant d'une source non représentée.
Cette tubulure communique avec le compartiment de filtration 2, par l'intermédiaire d'un canal annulaire 9 formé entre la paroi 1 et un distributeur cylindrique 10 muni d'un rebord extérieur 11.
Le distributeur 10 s'étend vers le haut jusqu'au voisinage de la plaque 4, et cela de manière à ménager avec cette dernière un passage annulaire 12 s'étendant sensiblement sur tout le pourtour de l'extrémité supérieure du compartiment 2 de filtration. Le liquide brut sous pression venant de la tubulure 8 traverse ainsi le canal 9 et le passage 12, dans lequel il subit une perte de charge déterminée, avant de s'écouler radialement vers l'intérieur du compartiment 2, avec une vitesse horizontale relativement importante. Le liquide brut est ensuite dévié vers le bas, au niveau des tubes porte-bougie 7, et s'écoule de manière à peu près uniforme le long des bougies filtrantes 6, avant de traverser la surface filtrante de ces dernières.
Le passage annulaire 12 formé par le distributeur 10 constitue ainsi un étranglement annulaire permettant de faire subir au liquide brut une perte de pression déterminée et de le répar- tir ensuite, au niveau de tubes porte -bougie 7, de manière qu'il s'écoule uniformément le long de toute la surface filtrante des bougies 6 avant de traverser ces dernières. Les tubes porte-bougie 7 débouchent dans la chambre de sortie 5 et le liquide filtré provenant de l'intérieur des bougies 6 entre ainsi dans cette chambre 5 d'où il est évacué par une tubulure de sortie 13. Cette dernière est munie d'une soupape manométrique 14 agencée de manière à rester ouverte aussi longtemps que la pression dans la chambre 5 se trouve au-dessus d'une valeur déterminée et de se fermer lorsque la pression tombe au-dessous de cette valeur.
Comme on le voit, en outre, sur la figure, l'extrémité inférieure du compartiemnt 1 peut être mise en communication avec l'atmc sphère par l'intermédiaire d'un canal de décharge 15 muni d'une soupape 16, dont la fonction est expliquée ci-dessous.
Le filtre décrit fonctionne de la manière suivante:
Pendant la période de fil tration, la soupape de décharge 16 reste fermée et le liquide brut à filtrer est amené continuellement par la tubulure d'entrée 8 et circule à travers le canal annulaire 9 et le passage 12, en subissant une perte de pression avant de pénétrer dans le compartiment 2 de filtration où il est réparti unifor mément sur toute la surface des bougies filtrantes 6 et traverse ces dernières en subissant une deuxième perte de pression. Le liquide filtré provenant des bougies 6 arrive ainsi dans la chambre de sortie 5 d'où il est évacué par la tubulure de sortie 13, la pression dans la chambre 5 étant réglée par la soupape 14.
Comme on le voit sur la figure, la partie supérieure de la chambre de sortie 5 est complètement fermée, tandis que la tubulure 13 de sortie est disposée dans sa partie inférieure. Ainsi, lors de la mise en marche du filtre, il se forme un coussin 17 d'air sous pression renfermé dans la partie supérieure de la chambre 5.
La phase de filtration continue jusqu'à ce que le nettoyage des bougies filtrantes 6 devienne nécessaire, par exemple lorsque la perte de charge produite par ces dernières atteigne une valeur limite déterminée, par exemple 0,5 kg/cm2 pour une pression de 3,5 kg/cm2 au-dessus de la pression atmosphérique, dans le compartiment 2. Ce nettoyage s'effectue par l'ouverture rapide de la soupape 16 de décharge. Le compartiment 2 de filtration est ainsi mis subitement en communication avec l'atmosphère, de manière que la pression du liquide brut contenu dans ce compartiment subisse une chute brusque à une valeur bien inférieure à celle du liquide filtré se trouvant dans la chambre 5 de sortie.
L'ouverture la soupape 16 provoque donc un retour brusque de liquide filtré à travers les bougies filtrantes 6 et provoque ainsi un éclatement du gâteau d'impuretés retenues à leur surface. Les impuretés ainsi enlevées sont ensuite évacuées du compartiment 2 et cela par l'intermédiaire du canal 15 de décharge, la soupape 16 étant ouverte. Cette dernière est ensuite refermée, pour permettre à la phase de filtration suivante de commencer. L'intervalle entre l'ouverture de la soupape 16 et sa refermeture peut être de l'ordre de trois secondes.
Afin d'assurer ce nettoyage, par inversion du sens d'écoulement du liquide à travers les bougies 6, grâce à l'ouverture de la soupape 16 de décharge, il suffit de dimensionner cette dernière de manière que sa section de passage libre soit plusieurs fois plus grande que la section du passage annulaire 12 formant étranglement. En effet, il suffit que la perte de charge à travers le canal 15 et la soupape 16 soit à peu prés négligeable par rapport à la perte de charge provoquée par le passage annulaire 12 formant étranglement. Cette condition est relativement facile à réaliser en pratique, compte tenu de la très faible section de ce passage annulaire 12, car la section libre à travers la soupape 16 peut facilement être choisie plusieurs fois plus grandes que celle de ce passage 12. En effet, on peut obtenir le résultat désiré lorsque le rapport de ces sections est au moins égal à 4.
Grâce à la disposition décrite, on obtient donc un filtre dont le cycle de fonctionnement (filtration-nettoyage) est commandé à l'aide d'une seule soupape, à savoir la soupape de décharge 16. En effet, grâce à un dimensionnement approprié de cette dernière, et sa combinaison avec le distributeur 10 comprenant le passage annulaire 12 formant étranglement, il n'est point nécessaire d'interrompre l'arrivée de liquide brut ou la sortie du liquide filtré afin de permettre le nettoyage, comme c'est généralement le cas. Grâce à cette combinaison particulière du distributeur 10 avec la soupape 16 de décharge, on obtient donc l'effet de nettoyage désiré. Il est évident qu'un tel nettoyage, commandé seulement par la soupape de décharge, présente plusieurs avantages pratiques importants.
Ainsi, par exemple, le temps nécessaire au nettoyage peut être réduit de façon notable, par rapport au nettoyage usuel effectué à l'aide de plusieurs soupapes. De plus, il est évident que le nettoyage automatique peut être réalisé beaucoup plus facilement dans le présent cas où il convient de commander l'ouverture d'une seule soupape.
L'emploi d'un distributeur tel que décrit ci-dessus, présente en outre l'avantage important de permettre une répartition uniforme du liquide brut à filtrer, dans une zone de tranquilisation à l'extrémité supérieure du compartiment 2, et, par conséquent, sur toute la surface filtrante des bougies.
Il convient de noter que le filtre décrit ci-dessus peut être modifié en vue d'améliorer davantage son efficacité. Ainsi par exemple, la soupape de décharge 16 peut être agencée de manière à s'ouvrir très rapidement et à se fermer lentement et progressivement, ceci en vue de diminuer la consommation du liquide filtré nécessaire pour le nettoyage. En effet, cela permet d'effectuer, à l'aide du liquide brut, l'évacuation des impuretés enlevées des bougies filtrantes lors de l'éclatement du gâteau d'impuretés 1.
Le filtre décrit se prête particulièrement bien aux applications où l'on désire la filtration d'impuretés très fines, à l'aide d'un adjuvant de filtration, par exemple. En effet, dans ce cas, les bougies filtrantes peuvent constituer un support ajouré destiné à recevoir une couche d'adjuvant sous forme de particules. La formation de cette couche peut être obtenue de manière particulièrement simple dans le filtre décrit, après chaque phase de nettoyage. En effet, il suffit alors d'injecter la quantité d'adjuvant nécessaire pour la formation de la couche, dans la tubulure d'entrée 8, ou en amont de cette dernière. Les particules d'adjuvant seront ainsi entraînées par le liquide et réparties uniformément sur les bougies 6, par l'intermédiaire du distributeur 10.
A la fin de la phase de filtration, l'enlèvement de la couche d'adjuvant chargée d'impuretés se fait alors comme déjà décrit, par l'ouverture de la soupape de décharge 16, laquelle est ensuite fermée pour permettre la formation d'une nouvelle couche d'adjuvant destinée à la phase de filtration suivante.
Il convient de-noter, en outre, que l'emploi d'éléments filtrants de forme tubulaire a été donné à titre d'exemple seulement et que l'on peut envisager d'utiliser des éléments de toute autre forme appropriée. De plus, le nombre des éléments filtrants peut être va rié à volonté, selon l'application désirée, tout en obtenant sensiblement les mêmes avantages.
La construction extrêmement simple du filtre décrit ci-dessus permet, en outre, de le brancher facilement en parallèle avec un nombre plus ou moins grand de filtres analogues, ceci afin d'assurer une filtration continue avec une capacité élevée désirée. On peut obtenir ainsi une installation de filtration à débit très élevé dont la commande est cependant relativement simple, étant donné que le fonctionnement de chaque cellule est commandé par une seule soupape.
Il est entendu que l'agencement du distributeur de liquide à filtrer peut être modifié par rapport au distributeur 10 représenté sur le dessin et décrit plus haut, tout en obtenant le même résultat. Ainsi, par exemple, l'effet d'étranglement désiré peut être ob tenu, au moins en partie, soit dans le canal annulaire 9 lui-même, soit à l'entrée de ce canal, c'est-à-dire à l'endroit où la tubulure d'admission 8 débouche dans ce canal, les passages 12 formant une fente annulaire de distribution pouvant alors avoir des dimensions plus importantes. De même, il va de soi que ce distributeur peut, le cas échéant, être agencé à l'extérieur du compartiment de filtration et, peut être en communication avec l'extrémité supérieure par l'intermédiaire d'orifices appropriés répartis sur le pourtour de la paroi 1.
Il est également entendu que la disposition verticale du filtre décrit n'est pas indispensable, car l'effet de la force de gravité ne joue qu'un rôle secondaire dans le fonctionnement du filtre décrit.
Afin d'économiser la quantité de liquide filtré consommé lors du nettoyage, la soupape 16 de décharge peut également être agencée, comme décrit plus haut, de manière qu'elle présente deux positions d'ouverture dont une première position, d'ouverture complète, sert à provoquer une chute brusque de pression dans le compartiment de filtration, suivie d'une seconde position, d'ouverture intermédiaire, dans laquelle la pression s'égalise sensiblement de part et d'autre des éléments filtrants, afin de permettre l'évacuation des impuretés à l'aide du liquide brut à filtrer.
Comme on le voit de ce qui précéde, le filtre décrit forme un module de filtration complet, lequel se prête très bien à être branché en parallèle avec plusieurs modules analogues disposés en ligne, ou de toute autre manière désirée, avec des collecteurs d'admission et de sortie communs, afin d'obtenir une installation de filtration multicellulaire ayant toute capacité élevée désirée.