CH700036A2 - Système de filtration par osmose inverse. - Google Patents

Abstract

La présente invention a pour objet un système de filtration de liquides, par exemple de l’eau salée, faisant appel au principe de l’osmose inverse. Le système comprend des chambres successives (15, 25, 35) et permet un assemblage aisé desdites chambres séparées par des membranes (40, 50) avec un différentiel de pression important.

Description

  Domaine de l'invention

  

[0001]    La présente invention porte sur un développement de l'objet de la demande Suisse CH 00918/07 déposée le 8 juin 2007 et de l'objet de la demande PCT N[deg.]PCT/IB2008/052 266 déposée le 9 juin 2008 au nom de Swiss Fresh Water SA, publiée sous le numéro WO 2008/149 324 A1 dont les contenus sont entièrement incorporés par référence dans la présente demande.

  

[0002]    La présente invention concerne le domaine des systèmes de filtration de liquides, par exemple de l'eau salée), utilisant le principe de l'osmose inverse.

  

[0003]    Plus précisément, la présente invention concerne de tels systèmes pouvant comporter plusieurs étages successifs.

Principe de l'invention

  

[0004]    L'invention décrite dans la présente demande porte sur un système de filtre à plateaux qui permet une connexion particulière de chambres (ou volumes) séparées par des membranes avec un différentiel de pression important. Le système selon la présente invention peut comporter plusieurs étages comme il sera décrit plus en détail ci-dessous.

  

[0005]    C'est notamment la constitution des chambres qui fait l'objet de la présente demande de brevet.

  

[0006]    L'invention sera mieux comprise par la description de mode d'exécution de celle-ci et des dessins dans lesquels
<tb>La fig. 1<sep>illustre une vue en perspective du principe du système selon l'invention;


  <tb>La fig. 2<sep>illustre une coupe partielle d'une entretoise selon l'invention;


  <tb>La fig. 3<sep>illustre une coupe partielle d'une variante d'entretoise selon l'invention;


  <tb>La fig. 4<sep>illustre une vue en plan d'une membrane selon l'invention;

Description détaillée de l'invention

  

[0007]    La fig. 1 illustre de façon schématique le système selon l'invention. Celui-ci comprend une pluralité de membranes et d'entretoises placées de façon alternatives les unes sur les autres et des alimentations de liquide à traiter, de même des sorties pour le liquide traité.

  

[0008]    Plus précisément, dans le mode d'exécution illustré, le système comprend trois entretoises 10, 20 et 30 dont deux au moins (les entretoises 20 et 30) sont séparées par des membranes perméables ou semi-perméables 40, 50.

  

[0009]    Chaque entretoise 10, 20, 30 est identique en ce qu'elle a la forme d'un anneau qui est percé de quatre trous axiaux traversant 11-14, 21-24 et 31-34. Parmi ces quatre trous, deux 11 et 13, 22 et 24, 31 et 33 qui se font face sont reliés à la zone centrale 15, 25, 35 de chaque entretoise par un trou approximativement perpendiculaire 15 et 16, 25 et 26, 35 et 36.

  

[0010]    En outre, chaque membrane 40, 50 comprend des trous 41-44, 51-54 qui correspondent aux trous 11-14.21 -24, 31-34 des entretoises.

  

[0011]    Finalement, de préférence, une matière poreuse incompressible est placée à l'intérieur des entretoises dans la zone centrale 15, 25, 35 (formant un volume ou une chambre) afin de supporter les membranes 40, 50 et d'éviter leur déchirement.

  

[0012]    On assemble ensuite au moins les entretoises 10, 20, 30 et les membranes 40, 50 pour former une unité de filtration. Lors de cet assemblage, on aligne les trous 11, 41, 21, 51 et 31, les trous 12, 42, 33, 52, et 32, les trous 13, 43,23, 53,33, et respectivement les trous 14, 44, 24, 54 et 34. Ces alignements de trous forment des canaux dont l'utilité sera expliquée ci-dessous.

  

[0013]    Comme on le constate dans la fig. 1, deux entretoises voisines 10 et 20 ou 20 et 30 sont tournées de 90[deg.] axialement l'une par rapport à l'autre de sorte que les trous 15, 16 sont décalés de 90[deg.] par rapport aux trous 25, 26, eux-mêmes étant décalés de 90[deg.] par rapport aux trous 35, 36.

  

[0014]    Une fois ces éléments montés comme indiqué ci-dessus, on peut les fixer les uns aux autres soit par des moyens externes, soit en les plaçant dans un cylindre ou par d'autres moyens équivalents.

  

[0015]    En outre, pour le fonctionnement de cette unité, il est nécessaire de fermer au moins les trous 32, et 33 de l'entretoise 30 pour les raisons expliquées ci-dessous.

  

[0016]    On obtient des membranes 40, 50 comprimées entre elles et séparées par les entretoises percées permettent à des fluides de nature et de concentration différentes de passer au travers des membranes, qu'elles soient semi-perméable ou perméables. Plus précisément, on injecte sous pression de liquide à traiter 60 (par exemple de l'eau salée) dans le canal formé par les trous 13, 23, 33. Ce dernier étant bouché (sur le haut), le liquide à traiter pénètre dans le volume 35 de l'entretoise 30 par le trou 36 et dans le volume 15 de l'entretoise 10 par le trou 16. La pression augmente dans les volumes 35 et 15 et par osmose inverse, le perméat traverse les membranes 50 et 40 pour pénétrer dans le volume 25 de l'entretoise 20 (flèches 61, et 62 dans la fig. 1).

  

[0017]    Le concentrât restant dans les volumes 35 et 15 est quand à lui évacué par les trous 35, 31 et 15, 11 des entretoises 30 et 10 respectivement. Cette évacuation peut se faire par le bas (selon la flèche 63 représentée dans la fig. 1) si le trou 31 est bouché vers le haut, donc par le canal formé des trous 31, 21 et 11, ou si c'est le trou 11 qui est bouché vers le bas l'évacuation s'effectue vers le haut du système illustré. Selon une variante, l'évacuation peut se faire des deux côtés, (haut et bas) bien entendu.

  

[0018]    Au niveau de la deuxième entretoise 20, plus particulièrement dans son volume 25, on trouve donc d'une part le perméat qui a traversé les deux membranes 40 et 50 selon le procédé incliqué ci-dessus et on y amène en outre par un by-pass (schématisé par la référence 64) du liquide à traiter par le canal formé par les trous 12, 22 et 25. Ainsi, on retrouve dans cette configuration un mélange de perméat et de liquide à traiter (dans une proportion moindre) ce qui diminue la différence de concentration entre les liquides présents de chaque côté des membranes 40, 50 et par conséquent diminue la pression osmotique. Ainsi, la pression à appliquer pour provoquer un flux de liquide en traitement au travers de la membrane est grandement réduite.

  

[0019]    L'évacuation du liquide présent dans le volume 25 se fait ensuite par les trous 26 et 24, le trou 24 formant un canal de sortie avec les trous 14 et 34 des entretoises 10 et 30. Dans la fig. 1, on a illustré une sortie 65 par le haut ce qui présuppose que le trou 14 est bouché du côté opposé à la sortie 65.

  

[0020]    On peut bien entendu inverser les sorties et utiliser la sortie vers le bas (référence 66 dans la fig. 1) ou alors sortir à la fois vers le haut (référence 65) et vers le bas (référence 66).

  

[0021]    Par le dispositif décrit, on réalise une double alimentation du système de filtration, une première alimentation principale et une alimentation secondaire par un by-pass, comme décrit dans la demande WO 2008/149 324 A1.

  

[0022]    De préférence, l'alimentation principale prend 95% de flux de liquide à traiter et l'alimentation secondaire par by-pass 5%. Bien entendu, d'autres proportions sont possibles.

  

[0023]    Comme on le comprend aisément, le système représenté à la fig. 1 peut comprendre plus de deux étages comme décrit ci-dessus. On peut répéter la structure illustrée plusieurs fois à la suite, les canaux d'alimentation et de sorties étant formés par l'alignement des trous dans les entretoises successives 10, 20, 30 et de façon correspondante dans les membranes successives 40, 50, 70.

  

[0024]    Comme indiqué ci-dessus, le volume de chaque entretoise est rempli d'une matière poreuse et incompressible qui laisse passer le liquide et qui peut avoir des effets sur le liquide de telle façon que les membranes ne se déchirent pas. A titre d'exemple, on peut utiliser du sable ou alors des billes ou perles. Dans ce cas, les billes peuvent avoir le même diamètre ou on peut former des couches avec des billes de diamètres différentes (par exemple des couches dont le diamètre des billes ou perles augmente quand on s'éloigne de la membrane).

  

[0025]    Les billes ou perles peuvent être en toute matière qui convient à cet usage. De préférence, on peut choisir une matière comme une résine échangeuse d'ions par exemple. Bien entendu, d'autres matières équivalentes sont possibles ou d'autres matières ayant un effet sur le liquide traité.

  

[0026]    Pour la réalisation des entretoises 10, 20, 30 et en particulier des trous 11,15 et 13, 16 (ou 22, 25 et 24, 26 ou encore 31, 35 et 33, 36), deux solutions ont été imaginées: soit l'entretoise est percée avec des trous à 90 [deg.] (comme illustré dans la fig. 2) dans un matériaux suffisamment solide pour qu'il puisse retenir la membrane. La construction illustrée dans la fig. 2 peut bien entendu s'appliquer à toutes les entretoises 10, 20, 30 et à leurs trous 11 et 15; 13 et 16; 22 et 25; 24 et 26; 31 et 35; 33 et 36.

  

[0027]    Alternativement chaque entretoise est formée de deux demi-entretoises 11, 11, une deuxième entretoise suffisamment solide est déposée sur une entretoise dont la paire de trous 15, 15 et 11, 11 est en communication comme le montre la fig. 3.

  

[0028]    Plusieurs autres solutions sont possibles, comme celle de faire un trou perpendiculaire traversant puis de boucher la partie extérieure pour ne faire communiquer que celle interne.

  

[0029]    Bien entendu, d'autres variantes équivalentes sont possibles pour réaliser les entretoises et les trous tels que décrits.

  

[0030]    Les entretoises et demi-entretoises peuvent être fabriquées dans n'importe quel matériau, acier inox, plastique, céramique mais doivent avoir un degré de finition suffisent pour ne pas laisser passer les liquides sous pression, ceci étant particulièrement nécessaire dans la construction avec des demi-entretoises. Toutefois, si ce n'est pas possible, un joint papier ou autre joint équivalent devra être déposé.

  

[0031]    Une membrane 40 selon l'invention est illustrée en plan dans la fig. 4. Comme on le constate, cette membrane comprend plus de quatre trous répartis sur sa périphérie alors que les membranes 40, 50 et 70 de la fig. 1 ne comprenaient que quatre trous 41-44, 51-54 correspondants aux quatre canaux crées par l'empilement d'entretoises 10, 20 et 30. Cela illustre le fait que plus de quatre canaux peuvent être utilisés dans le système selon l'invention.

  

[0032]    Ceci permet de générer des alimentations différentes (en produit à traiter ou concentration de produit à traiter) selon les étages et ainsi notament d'optimiser le rendement d'un tel système dans un même carter ou dispositif.

  

[0033]    Comme représenté dans la fig. 4, on peut utiliser un trou central 41 pour l'alimentation d'un volume. Ceci permettrait une alternative de positionnement de conduit d'alimentation ou de sortie selon ce qui a été décrit ci-dessus.

  

[0034]    Le système selon l'invention peut être placé par exemple dans un tube ou un carter qui résiste à la pression et qui va retenir le tout avec des couvercles de chaque côté. Il est également possible d'imaginer des entretoises suffisamment larges pour qu'elles résistent elle-même à la pression et certains des trous peuvent être prévus pour laisser passer des tirants après le montage du système. Des joints (comme des O Ring par exemple) entre les différents éléments (entretoises, membranes notamment) peuvent bien entendu être prévus pour augmenter l'étanchéité.

  

[0035]    Comme on le comprend, de la description ci-dessus, il prévoira des moyens de fermeture (comme des couvercles) de chaque côté du dispositif d'une part pour fermer les volumes dans les entretoises (p.ex. 15 et 35 de la fig. 1) et également pour fermer les canaux d'alimentation et de sortie. Ces moyens de fermeture comporteront également les moyens d'alimentation pour le produit devant être traité (par exemple de l'eau salée) et les by-pass et vannes nécessaires pour appliquer le principe de l'invention.

  

[0036]    Bien entendu les exemples décrits ci-dessus sont illustratifs et ne doivent pas être compris comme limitant la présente invention et des moyens équivalents sont tout à fait envisageables.

  

[0037]    Par exemple la structure de la fig. 1peut être répétée plusieurs fois à la suite, formant ainsi un système à plusieurs étages. On peut également réduire la structure de la fig. 1pour arriver à une configuration "minimale" avec deux entretoises et une seule membrane, qui est suffisante pour effectuer le procédé selon l'invention où le volume recevant le perméat est également alimenté par le liquide à traiter conformément au principe de l'invention.

  

[0038]    L'avantage du système selon l'invention, outre sa simplicité, est le fait qu'il permet d'augmenter la surface de membrane effective par le fonctionnement en plusieurs étages (addition des surfaces des membranes individuelles) tout en conservant une construction compacte.

Claims (10)

1. Système de filtration par osmose inverse d'un liquide comprenant au moins deux entretoises (20,30) en forme d'anneau et une membrane perméable ou semi-perméable (50) placée entre lesdites entretoises, les dites entretoises comprenant au moins quatre trous traversant et axiaux (31,32,33,34,21,22,23,24), dont deux (31,33,22,24) par entretoise débouchent à l'intérieur de chaque entretoise, l'assemblage des entretoises et de la membrane formant d'une part un premier volume (35) recevant le liquide à traiter et un deuxième volume (25) recevant le perméat du liquide ayant traversé ladite membrane, ledit assemblage par alignement de trous des entretoises formant d'autre part un canal d'alimentation (60) dudit premier volume, un canal d'évacuation (63) du concentrât, un canal d'alimentation (64) d'alimentation du volume (25)

recevant le perméat et un canal d'évacuation du perméat (65;66).

2. Système selon la revendication 1, dans lequel les trous (31,33) débouchant à l'intérieur d'une entretoise (30) s'alignent lors du montage avec les trous (21,23) de l'autre entretoise (20) ne débouchant pas à l'intérieur de ladite autre entretoise (20).

3. Système de filtration selon la revendication 1, ledit système comprenant au moins une deuxième membrane perméable ou semi-perméable (40) et une troisième entretoise (10), comprenant quatre trous traversant et axiaux (11, 12, 13, 14) dont deux (11, 13) débouchent à l'intérieur de l'entretoise, qui lors de l'assemblage avec lesdites deux entretoises s'alignent de façon à former lesdits canaux (60, 63, 64, 65, 66).

4. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les trous (11,13) qui débouchent à l'intérieur de l'entretoise (10) s'alignent avec les trous de l'entretoise voisine (20) qui ne débouchent pas à l'intérieur de ladite entretoise voisine (20).

5. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les trous débouchant à l'intérieur d'une entretoise sont décalés de 90[deg.] par rapport aux trous correspondants de l'entretoise voisine.

6. Système selon l'une des revendications précédentes, comprenant une pluralité d'entretoises et une pluralité de membranes successives.

7. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdits volumes contiennent une matière poreuse incompressible qui laisse passer le liquide et évite que les membranes ne se déchirent.

8. Système selon la revendication 7, dans lequel ladite matière est du sable ou des billes ou perles.

9. Système selon la revendication 8, dans lequel lesdites billes ou perles sont disposées en couches, chaque couche étant formée de billes ou perles de même diamètre, les diamètres étant différents d'une couche à l'autre.

10. Système selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel ladite matière est une résine échangeuse d'ions.