EP1286755A1 - Element multicanal et procede de fabrication d'un tel element - Google Patents

Element multicanal et procede de fabrication d'un tel element

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Publication number
EP1286755A1
EP1286755A1 EP01907852A EP01907852A EP1286755A1 EP 1286755 A1 EP1286755 A1 EP 1286755A1 EP 01907852 A EP01907852 A EP 01907852A EP 01907852 A EP01907852 A EP 01907852A EP 1286755 A1 EP1286755 A1 EP 1286755A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
channels
element according
ring
multichannel
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP01907852A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Philippe Chanaud
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Pall Corp
Original Assignee
Exekia
Pall Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Exekia, Pall Corp filed Critical Exekia
Publication of EP1286755A1 publication Critical patent/EP1286755A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D45/00—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces
    • B01D45/12—Separating dispersed particles from gases or vapours by gravity, inertia, or centrifugal forces by centrifugal forces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/06—Tubular membrane modules
    • B01D63/066—Tubular membrane modules with a porous block having membrane coated passages
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T137/00—Fluid handling
    • Y10T137/206—Flow affected by fluid contact, energy field or coanda effect [e.g., pure fluid device or system]
    • Y10T137/2224—Structure of body of device
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/249921—Web or sheet containing structurally defined element or component

Definitions

  • the present invention relates to a multichannel element made of organic or inorganic porous material, intended for the filtration, separation or bringing into contact of liquid or gaseous fluids and for example microfiltration, ultrafiltration, nanofiltration, pervaporation, osmosis. inverse, to (bio) membrane reactors, to gas diffusers, to liquid or gas / liquid or gas contactors, to catalysis, or to fuel cells.
  • the invention also relates to a method of manufacturing such a multichannel element.
  • Multichannel elements can be defined as elongated elements on their main axis and pierced with holes or channels oriented in this same axis.
  • the main section of the element can be defined as the section perpendicular to this main axis. Generally this section is constant along the axis and the three-dimensional shape of the element then has an extrusion symmetry. This symmetry therefore makes it possible to define the volume extruded by its main section and its main axis, which axis is then a direction vector or generator of the shape of the element. Due to this symmetry of extrusion, the geometry of the multichannel element can therefore be reduced to the shape of its main section.
  • the external perimeter of this main section can be circular, polygonal or other (for example multilobed).
  • N corresponds to the number of channels of the element.
  • the element is said to be multichannel if N> 1.
  • N 1, corresponds to a single-channel element which is generally of tubular shape and is therefore excluded from the scope of this invention.
  • This ring of material being coaxial in the center of the part has the major drawback of being oriented perpendicular to the direction of flow of the fluid and therefore not optimized for the evacuation of the filtered fluid.
  • This ring of material also has the disadvantage of being a lost space for the distribution of the channels.
  • the overall number of channels distributed over the cross-section of the multichannel element is limited by this constraint represented by the crown of material. From this limitation, the filtration surface of the element, represented by the whole of the surface carried by all the channels, is reduced.
  • Document EP-A-0686424 describes an inorganic multichannel element for filtering a fluid whose channels are located on a single circle.
  • Document EP-A-704236 describes a porous monolith support for a filtration membrane of circular or hexagonal external shape having a single ring of channels. These two documents do not describe a multichannel element with several channel crowns or a channel crown combined with a central channel. These geometries have the disadvantage of having surfaces filters limited by the constraint of using only a crown of channels.
  • Document EP-A-0778073 describes inorganic elements for filtering a fluid medium having one or two rings of concentric channels and a central channel. These elements have a circular outer contour; they also have a continuous ring of coaxial material on the one hand between the two crowns of channels, and on the other hand, between the central channel and the crown of channels surrounding it. This geometry has the same drawbacks and limitations as the geometries with concentric channel crowns described above.
  • Document OA-00/29098 describes a porous monolith support comprising a first set of channels having similar sections, in the central part of the support, separated from each other by walls of substantially radial direction having a common area along the axis. of the support, and at least a second set of channels having a peripheral arrangement around the first set of channels.
  • the structure described in this document does not however make it possible to solve the problems encountered with the aforementioned prior art.
  • the object and object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art.
  • the invention provides a multichannel element comprising at least a first ring of channels entangled with a second ring of channels.
  • each of the partitions arranged between the channels of said first and second rings is non-perpendicular to the straight line passing through the center of said first and second rings and the middle of the partition considered.
  • Each of the partitions arranged between the channels of said first and second crowns and the straight line passing through the center of said first and second crowns and the middle of the partition considered advantageously forms an angle between 0 and 60 degrees, preferably between 0 and 45 degrees.
  • the overlap rate between said first ring and said second ring is at least equal to 0.4.
  • said first and second rings are either circular or hexagonal.
  • the channels of said first and second rings each have a shape chosen from the following general shapes: - rhombus;
  • - trapezoid preferably substantially rectangle; - half orange quarter.
  • the number of channels of said second ring is preferably equal to the number of channels of said first ring.
  • the number of channels of said second ring is twice the number of channels of said first ring.
  • the channels of said first ring all have the same shape.
  • the channels of said second ring have a different shape channels of said first ring. It is advantageous that the channels of said second ring all have the same shape.
  • said second ring consists of a plurality of pairs of adjacent channels, each of said pairs of adjacent channels comprising a first channel and a second channel symmetrical to the first channel with respect to a straight line passing through the center of said crowns.
  • each of said pairs of channels is arranged between two successive channels of said first ring. It is advantageous that the number of crowns of channels is two and in that the channels of said first crown have the general shape of a flattened diamond and the channels of said second crown have the general shape of a half-quarter of orange.
  • a third ring of channels is entangled with said first ring, said third ring having the same number of channels as said first ring and in that the general shape of the channels of said first and third rings is a rhombus or a flattened rhombus and the general shape of the channels of said second ring is a triangle, preferably substantially rectangle or isosceles, or a trapezium, preferably substantially rectangle.
  • the shape of the channels of said crowns is provided by connecting leaves. Furthermore, the channels or said pairs of adjacent channels of said first and second rings are advantageously arranged at regular intervals on their respective rings.
  • the multichannel element may further comprise a central channel, preferably circular or regular polygonal.
  • the partitions arranged between the channels of said crowns preferably have a substantially identical thickness.
  • the partitions arranged between the channels of said crowns can widen progressively, starting from their end directed towards the inside of said multichannel element to go towards their end directed towards the outside of said multichannel element.
  • the invention proposes a multichannel element, comprising a crown of channels entangled with a central channel.
  • the crown of channels preferably comprises 3 or 4 channels.
  • the central channel advantageously has the general shape of a triangle.
  • Said crown is advantageously constituted by three channels in the form of an orange quarter.
  • the outer contour of said element is preferably circular.
  • the invention provides a method of manufacturing a multi-channel element according to the invention in which said multi-channel element is obtained by extrusion.
  • a multichannel element according to the invention is an elongated element, oriented on a main axis and containing N channels oriented in this same axis.
  • this main axis is called the longitudinal axis and the section perpendicular to this main axis is called the cross section.
  • the structure and the dimensions of the cross section of the element are preferably identical over the entire length of the element. The description will always be made by considering a cross section of the multichannel element.
  • a channel crown is defined as a set of channels located on a closed curve, called the channel bearing curve.
  • a channel is located on a given closed curve if its barycenter is located on this curve.
  • the channels are preferably located on a circle, in which case the crown is said to be circular.
  • the channels can be located on the sides or vertices of a polygon, preferably a regular polygon.
  • the crown will then be called polygonal. It can advantageously be a hexagon in which case the crown is said to be hexagonal.
  • two channels are said to be neighboring or adjacent if they have the same wall in common; this common wall then constitutes a partition separating the two channels.
  • the invention proposes an element comprising at least a first ring of channels entangled with a second crown of channels.
  • the second ring surrounds the first ring in the direction that the bearing curve of the second ring surrounds the bearing curve of the first ring.
  • the two crowns have the same shape, advantageously chosen either circular or regular polygonal, in particular hexagonal.
  • the two rings are preferably centered on the longitudinal axis of the element. It is advantageous that the load-bearing curves - circle, hexagon or other - on which the channels of the two entangled crowns are located are deduced from each other by homothety relative, preferably, to the longitudinal axis of the element . It is also advantageous for the outer contour of the element to have the same shape as the entangled crowns, or at least the same shape as the crown closest to the outer periphery of the element.
  • the notion of entanglement of two crowns can be defined using the notion of entanglement radius of a channel.
  • the radius of entanglement is the greatest distance between the carrier circle of the crown channels and the wall of this channel measured on the radii of this carrier circle.
  • the radius of entanglement is the greatest distance between the side of the polygon carrying the channels on which this channel is located and the wall of this channel measured perpendicular to this side.
  • the internal entanglement radius is the entanglement radius measured for the wall part of the channel from the side towards the center of the crown.
  • the external entanglement radius is the entanglement radius measured for the wall part of the channel on the outward side of the crown.
  • the tangles can originate outside the canal. Indeed, in the case of a channel having concave shapes, the barycenter can be located outside the channel. The bearing curve of the crown then passes at least partly outside the channel and the measurement of the entanglement radius can therefore have its origin outside the channel. On the other hand, the other measurement point must be located on the surface of the wall of the channel.
  • the first ring and the second ring surrounding the first ring are entangled if for two neighboring channels, one belonging to the first ring and the other to the second ring, we have:
  • Ri radius of the bearing circle of the first crown
  • R 2 radius of the bearing circle of the second crown.
  • the neighboring channels considered are located one on one side - called side A - of the polygon carrying the first ring and the other on the corresponding side - said side A 2 - the bearing polygon of the second crown.
  • the distance D is then equal to the distance between the side ⁇ and the side A 2 , measured perpendicular to these two sides.
  • the distance D corresponds to the difference in length of the apothems of the two load-bearing hexagons.
  • the multichannel elements with circular and concentric crowns of round channels of the prior art are excluded from the definition of entangled crowns according to the present invention. Indeed, in this case, the difference in radii between the circles carrying two successive rings is greater - and not less - than the sum of the radii of entanglement of any two neighboring channels carried one by a first of these rings and the other by the second of these crowns, the entanglement radii being measured on the side closest to the neighboring channel. The difference comes from the thickness of the material crown that separates the two channel crowns.
  • the difference comes from the thickness E of the material crown 3, which in this case is 0.8 mm.
  • the overlap rate can be defined by:
  • the overlap rate T between the first ring and the second ring is advantageously at least 0.3, preferably 0.4, more preferably at least 0.5.
  • each of the partitions arranged between the channels of the first and second rings is non-perpendicular to the straight line passing through the center of the first and second rings and the middle of the partition considered.
  • the term “partition between the channels” should be understood to mean any wall separating two neighboring channels both belonging to the same ring or one belonging to the first ring and the other to the second ring. A partition is therefore delimited on either side by the two neighboring channels considered.
  • the partitions are preferably substantially planar. In this case, each partition is delimited on either side by a respective right side participating in the definition of the contour of a corresponding channel from the two neighboring channels considered. These two straight sides obviously face each other substantially.
  • the partition is then delimited in length by the imaginary segment joining the corresponding ends of the aforementioned straight sides.
  • the contours of the channels are arranged by fillets, it will be considered that the end of these straight sides corresponds to the start of the fillets, excluding the fillets themselves.
  • the middle of a partition is defined as the point located on the center line of the partition and at equal distance, measured along the center line, from the aforementioned imaginary segments delimiting the considered partition.
  • a partition arranged between two neighboring channels is not perpendicular to the line passing through the center of the first and second crowns and the middle of the partition considered if the center line of the partition is non-perpendicular to the aforementioned straight line.
  • the center line of a partition is not a straight line, for example, if it is curved, its general orientation will be considered in place of the center line.
  • the shape of the longitudinal channels along their cross section is defined to obtain partitions separating them which have a substantially constant thickness.
  • the partition walls between channels gradually widen, starting from a minimum thickness from their end directed inwards, leading to a maximum thickness at their end directed towards the external periphery. of the multichannel element considered, which has the effect of facilitating the evacuation of the permeate towards the outside as the sign EP-A-0609275.
  • the minimum thickness or maximum thickness of a partition is defined by the distance measured along a perpendicular to the center line of this partition passing through the end of one of the sides defining the partition, the perpendicular cutting the other side defining the partition; failing to cut this other side, we will consider the perpendicular to the midline passing through the end of this other side.
  • the channels are arranged by fillets, we will consider that the end of one side of a partition corresponds to the start of the fillets, excluding the fillets themselves as already mentioned above.
  • the shape of these channels is defined so as to obtain an optimization of the entanglement of the channels. This entanglement allows a better distribution of the channels on the section of the element.
  • the channels of the same crown are preferably all identical (including by symmetry), but it is advantageous to have at least two different shapes of channels for all of the channel crowns. In the case where all the channels of a given crown have the same shape, these channels are preferably all arranged on the bearing curve of the crown with the same inclination relative to this curve. As a variant, it may be advantageous to combine the channels on the same crown in pairs, each pair comprising a first channel with a given shape and an adjacent channel with a shape symmetrical to the first with respect to a straight line passing through the center of the crowned.
  • the channels or the pairs of channels in the aforementioned variant are preferably distributed regularly over the bearing curve of the crown.
  • the multichannel element may comprise more than two crowns of channels for which two successive crowns each time meet the characteristics of the invention. It is also possible to have in the same multi-channel element channel crowns according to the invention and other channel crowns produced according to the prior art.
  • the invention proposes a multichannel element comprising a ring of channels entangled with a central channel.
  • the crown of channels is circular, it will be considered to be entangled with the central channel if the radius of the circle carrying the channels of the crown is less than the sum of the maximum radius of the central channel and the radius of entanglement internal of a crown canal.
  • the definition of the internal tangle radius is that previously defined. It is preferred that all of the crown channels verify this relationship.
  • the tangled structure of the multichannel elements according to the invention has a first advantage of having large filtration surfaces which correspond to the sum of the surfaces of the different channels. Indeed, a larger number of channels can be distributed over the section of the element compared to the geometries with concentric channel crowns. Indeed, in the latter, the crowns of material form rings which delimit spaces not used for the distribution of the channels and therefore reduce their number. With the crowns of tangled channels, this greater number of channels with constant hydraulic diameter allows to obtain superior filtration surfaces, which represents an essential criterion for the filter elements.
  • a second advantage of this geometry corresponds to better evacuation of the filtered liquid through the multichannel element.
  • the element according to the invention therefore does not have the disadvantage of a crown system of concentric channels where the crowns of material form rings centered on the part and not optimized for the evacuation of the fluid since they are oriented opposite, perpendicularly, to the generally radial direction of flow of the filtered fluid.
  • a third advantage of this geometry corresponds to the better distribution of the pressure differences between the inside of the channels and the outside of the element.
  • a fourth advantage of this invention comes from the better mechanical strength of this type of geometry. Indeed, a geometry with entangled crowns of channels presents a distribution of the material which creates a real tangled framework which makes it possible to better distribute the mechanical stresses through the whole of the multichannel element.
  • the multichannel elements according to the invention are optimized from the point of view of their filtration surface and their mechanical and hydrodynamic properties.
  • FIG. 1 represents a cross section of a multichannel element with two circular and concentric rings of round channels of the prior art
  • FIG. 2 represents a cross section of a multichannel element 100 corresponding to a first embodiment of the invention
  • FIG. 3 represents a cross section of a multichannel element 200 corresponding to a second embodiment of the invention
  • FIG. 4 represents a cross section of a multichannel element 300 corresponding to a third embodiment of the invention
  • FIG. 5 represents a cross section of a multichannel element 400 corresponding to a fourth embodiment of the invention
  • FIG. 6 represents a cross section of a multichannel element 500 corresponding to a fifth embodiment of the invention
  • FIG. 7 schematically represents a cross section of a multichannel element 600 corresponding to a sixth embodiment of the invention.
  • FIG. 2 represents a cross section of a multichannel element 100 corresponding to a first embodiment of the invention.
  • the multichannel element 100 is of the type with a crown of channels entangled with a central channel.
  • the multichannel element 100 comprises an outer wall 102 in the form of a round tube having a longitudinal axis.
  • the outer wall 102 preferably has a thickness that is substantially constant over its entire circumference.
  • Three longitudinal and planar partitions 103-1, 103-2 and 103-3, are arranged inside the round tube formed by the outer wall 102 to divide the interior of the multichannel element 100 into four longitudinal channels.
  • the three partitions 103-1, 103-2, 103-3 form an equilateral triangle whose center coincides with the longitudinal axis 101 and the vertices of which are connected to the outer wall 102.
  • the partitions 103-1 , 103-2 and 103-3 each have a constant thickness identical to that of the others.
  • a leave is preferably arranged at each connection between two successive partitions.
  • each vertex of this triangle is advantageously connected to the external wall 102 by means of two symmetrical leaves with respect to the bisector of the angle formed by the vertex concerned.
  • a first longitudinal channel 104 is defined by the space inside the equilateral triangle formed by the three partitions 103-1, 103-2, 103-3 and therefore constitutes a central channel.
  • Three other longitudinal channels 105-1, 105-2 and 105-3 are respectively defined between each of the partitions 103-1, 103-2, 103-3 and the outer wall 102.
  • Channels 105-1, 105-2 and 105 -3 all have the same cross section in the form of an orange quarter due to the equilateral triangle configuration of the partitions 103-1, 103-2, 103-3 centered on the longitudinal axis 101.
  • channels 105-1, 105-2, 105-3 each have their respective barycenter 106-1, 106-2 and 106-3 located on a circle 107 centered on the longitudinal axis 101 and these three channels have the same inclination by relation to this circle 107.
  • the multichannel element 100 has an outside diameter of 10 mm and the thickness of the outside wall 102 is 0.8 mm.
  • the thickness of the partitions 103-1, 103-2, 103-3 is 0.5 mm.
  • the radius of the imaginary circle passing through the vertices of the triangular channel 104 rounded off by the leaves, is 2.5 mm.
  • Connection leave has a radius of 0.5 mm for channel 101 and a radius of 0.7 mm for channels 105-1, 105-2 and 105-3.
  • the radius of the circle 107 is 3 mm.
  • FIG. 3 represents a cross section of a multichannel element 200 corresponding to a second embodiment of the invention.
  • the multichannel element 200 has the same structure as the multichannel element 100 of the first embodiment of the invention, except for adding six additional partitions 201-1, 201-2, 201-3, 207-1, 207- 2, 207-3.
  • Partitions 201-1 and 207-1 are planar and longitudinal.
  • the partition 207-1 is perpendicular to the partition 103-1 and extends from the longitudinal axis 101 to the partition 103-1
  • the partition 201-1 is also perpendicular to the partition 103-1, but extends in the extension of the partition 207-1 from the partition 103-1 to the outer wall 102.
  • the partitions 103-1, 103-2 and 103-2 of the multichannel element 100 are each divided into two channel separation partitions.
  • the connection of the partitions 201-1 and 207-1 with the partition 103-1 is preferably made respectively by means of two radially symmetrical fillets.
  • the connection of the partition 201-1 with the outer wall 102 is preferably made by means of two radially symmetrical fillets.
  • the partitions 201-2 and 201-3 are obtained from the partition 201-1 by successive rotation of an angle 2 ⁇ / 3 relative to the longitudinal axis 101.
  • the partitions 207-2 and 207-3 are obtained from the partition 207-1 by successive rotation of an angle 2 ⁇ / 3 relative to the longitudinal axis 101.
  • the three partitions 207-1, 207-2 and 207-3 join in pairs on the 'longitudinal axis 101 preferably through a respective leave.
  • the channel 104 of triangular cross section of the first embodiment of the invention is subdivided into three longitudinal channels 104a, 104b and 104c each having the same cross section in the form of a flattened diamond.
  • flat diamond means the outer contour of the meeting of two isosceles triangles of different height but with a common base, with the vertices of the triangles located on either side of the common base.
  • the three channels 105-1, 105-2, 105-3 having a cross section in the form of an orange quarter in the first embodiment of the invention are each subdivided into two channels having a radially symmetrical cross section relative to each other.
  • the two partitions 201-1 and 207-1 obviously form each a zero angle with the straight line passing through their middle and the center of the two crowns of channels.
  • partitions 201-2, 201-3, 207-2 and 207-3 The two partition walls between channels resulting from the division of the partition 103-1 by the partitions 201-1 and 207-1 are obviously non-perpendicular with the straight line passing through its middle and the center of the two crowns of channels .
  • the center line 204 of the partition wall 206 between the channel 104b and the channel 105-lb has been shown.
  • the ends of this partition 206 has been shown in dotted lines.
  • the multichannel element 200 has an external diameter of 25 mm and the thickness of the external wall 102 is 2 mm.
  • Connection leave has a radius of 1 mm.
  • the thickness of the partitions 103-1, 103-2, 103-3 gradually increases by 0.8mm from the corresponding partitions 201-1, 201-2, 201-3 to reach 1mm at the opposite ends towards the outside of element 300.
  • the thickness of the partitions 207-1, 207-2, 207-3 evolve in the same way from the longitudinal axis 101 towards the corresponding partitions 103-1, 103-2, 103-3, likewise that the thickness of the partitions 201-1, 201-2, 201-3 from these partitions 103-1, 103-2, 103-3 to the outer wall 102.
  • the radius of the circle 202 is 3.9 mm and the radius of circle 203 is 8.3 mm.
  • An average hydraulic diameter of all the channels is obtained of 5.6 mm and a filtering surface of 0.23 m 2 for a multichannel element 200 of length 1200 mm.
  • the dimension ratios between r e ⁇ and r l2 with D resulting from this dimensioning example make it possible to obtain an overlap rate T of approximately 0.53 and an angle between the partitions between the channels coming from the division of partitions 103-1, 103-2, 103-3 and the radius passing through their center, of about 51 degrees.
  • FIG. 4 represents a cross section of a multichannel element 300 corresponding to a third embodiment of the invention.
  • the external shape of the multi-channel element 300 is that of a straight round tube having a longitudinal axis 301.
  • the internal space of the multi-channel element 300 is subdivided into three series of longitudinal channels.
  • the longitudinal channels of each of these three series are arranged on a respective circle 302, 303 and 304, forming three circular rings.
  • the three circles 302, 303, 304 are preferably concentric and centered on the longitudinal axis 301.
  • the radius of the circle 302 is less than that of the circle 303 and the radius of the circle 303 is less than that of the circle 304.
  • the longitudinal channel 302-1 has the shape of a rhombus, one of the two axes of which intersects the longitudinal axis 301
  • the corners of the rhombus thus formed are preferably arranged by a respective fillet
  • the other five longitudinal channels located on the inner circle 302 have the same cross section as the channel 302-1 and are deduced therefrom by successive rotation of angle ⁇ / 3 relative to the longitudinal axis 301.
  • the longitudinal channel 303-1 has the shape of a flattened diamond - cf. definition of the flat diamond given in relation to Figure 3.
  • the axis of this deformed diamond which is perpendicular to the common base of the triangles forming the flat diamond, intersects the longitudinal axis 301.
  • the corners of this flat diamond are preferably arranged by a respective leave.
  • the other five longitudinal channels located on the intermediate circle 303 have the same cross section as the channel 303-1 and are deduced therefrom by successive rotation of angle ⁇ / 3 relative to the longitudinal axis 301.
  • each of the channels located on the intermediate circle 303 is nested between two respective successive channels located on the inner circle 302.
  • the channel 303-1 is partially disposed between the channels 302-1 and 302-2.
  • the channels of circle 302 are advantageously offset by an angle ⁇ / 6 relative to the channels of circle 303.
  • the longitudinal channels located on the outer circle 304 are twelve in number; only four are referenced in Figure 4 by 304-la, 304-lb, 304-2a and 304-2b.
  • the longitudinal channel 304-la has the general shape of a right triangle, although the in principle right angle is in fact 78 degrees in the example illustrated due to the external curvature of the multichannel element.
  • a first side of this triangle is substantially parallel and slightly offset with respect to a radius of the external contour of the multichannel element 300 and its end furthest from the axis longitudinal 301 forms the substantially right angle of the triangle with a second side which extends in a direction opposite to the radius of the above-mentioned outer contour.
  • this first side is substantially oriented towards the longitudinal axis 301 to define a wedge-shaped partition, progressively widening from the inside to the outside of the multichannel element 300.
  • the second side of the triangle can advantageously be circular and concentric with the external contour of the multi-channel element 300 instead of being straight to obtain an external wall of constant thickness.
  • the corners of this triangle are preferably arranged by a respective leave.
  • the longitudinal channel 304-lb is adjacent to and symmetrical to the channel 304-la with respect to the radius of the external contour of the element 300 to which the aforementioned first side of the triangle formed by the channel 304-la is parallel and slightly offset.
  • the other five pairs of longitudinal channels located on the outer circle 304 have the same cross section as the pair of channels 304-la and 304-lb and are deduced therefrom by successive rotation of angle ⁇ / 3 relative to l longitudinal axis 301.
  • each pair of successive channels located on the outer circle 304 is nested between two respective successive channels located on the intermediate circle 303.
  • the channels 304 - The and 304-lb are partially arranged between the channels 303-1 and 303-2.
  • the pairs of channels of circle 304 are advantageously offset by an angle ⁇ / 6 relative to the channels of circle 303.
  • the channel crown of the inner circle 302 and the channel crown of the intermediate circle 303 are entangled.
  • the ring of channels of the intermediate circle 303 and the ring of channels of the outer circle 304 are also, the relation 1 being verified in both cases.
  • the multichannel element 300 has an external diameter of 25 mm and the thickness of the external wall at the level of the channels located on the circle 304 is 2 mm.
  • the thickness of the partitions between the different longitudinal channels gradually increases by 0.8 mm at its end directed towards the inside to reach 1 mm at its opposite end directed towards the outside of the element 300.
  • the radius of the circle 302 is 3.8 mm
  • the radius of circle 303 is 6.7 mm
  • the radius of circle 304 is 9.1 mm.
  • the rhombus has a length of 5 mm along its axis intersecting the longitudinal axis 301 and a width of 3 mm along its axis perpendicular to the previous one.
  • the flattened rhombus has a common base of 3.4 mm with the isosceles triangle pointing towards the longitudinal axis 301 having a height of 1.5 mm and the other isosceles triangle a height of 2.7 mm.
  • the side of the right-angled triangle parallel to a radius of the element 300 has a length of 2.55 mm and the side perpendicular to it has a length of 2.85 mm.
  • These dimensions are given from leave to leave for each shape of channel, each leave having a radius of 0.5 mm.
  • An average hydraulic diameter of all the channels was obtained of 3 mm and a filtering surface of 0.35 m 2 for an element 300 of length 1.2 m.
  • the dimension ratios resulting from this design example make it possible to obtain an overlap rate T of approximately 0.5 for the crowns of the circles 302 and 303 and of approximately 0.83 for the crowns 303 and 304.
  • An angle is also obtained between the partition walls between channels of the circles 302 and 303 and of the circles 303 and 304 relative to the radius passing through their center, of approximately 40 and 37 degrees, respectively.
  • FIG. 5 represents a cross section of a multichannel element 400 corresponding to a fourth embodiment of the invention.
  • the multichannel element 400 is based on a structure similar to that of the multichannel element 300 in FIG. 4.
  • the multichannel element 400 has three series of longitudinal channels arranged on the circles 302, 303, 304 of similarly as for the multichannel element 300.
  • the multichannel element 400 further comprises a central longitudinal channel 401 of circular cross section and concentric with the circles 302, 303, 304.
  • the shape of the channels located on the circles 302, 303 and 304, their number and the respective radii of the circles 302, 303, 304 are adapted relative to the structure of the multichannel element 300, due to the existence of the central channel 401.
  • the channels located on the circle 302 are ten in number and are arranged comparatively more towards the outside of the element to allow the arrangement of the central channel 401 and have a flattened diamond section.
  • the channels on the circle 302 are deduced from each other preferably by rotation of angle ⁇ / 5 relative to the longitudinal axis 301.
  • the number of channels of the circle 303 has similarly been increased to ten, deducing advantageously from each other by rotation of angle ⁇ / 5 relative to the longitudinal axis 301. Consequently, the number of channels on the circle 304 has been increased to twenty which are distributed in ten pairs of radially symmetrical channels similar as for element 300. Again, the pairs of channels are advantageously deduced from each other by rotation of an angle ⁇ / 5 relative to the longitudinal axis 301.
  • the shape of the channels on the outer circle 304 has been changed.
  • the general shape of right triangle has been extended by backing its second side forming the substantially right angle and facing the outside contour of the multichannel element 300, to a rectangle having in common with the triangle this second side.
  • the channels therefore have the general shape of a substantially rectangular trapezium whose tip is substantially oriented towards the longitudinal axis 301, although the two substantially right angles of this trapezium in fact have only 78 degrees in the example illustrated.
  • due to the external curvature of the multichannel element and that the two in principle parallel bases of the trapezium are preferably each substantially oriented towards the longitudinal axis 301 to form partitions of constant thickness with the neighboring channels.
  • the side of the channel close to the periphery is preferably also circular and concentric with the outer contour of the multichannel element 400 instead of being straight, to obtain an outer wall of constant thickness.
  • the corners of this trapezium are preferably still arranged by a respective leave.
  • the changes in shape and dimensions obviously aim to harmonize the hydraulic diameter of the different channels.
  • the channels of the circle 303 are now preferably offset by an angle ⁇ / 10 relative to the channels of the circle 302.
  • the pairs of channels of the circle 304 are offset by an angle ⁇ / 10 relative to the channels of the circle 303.
  • the channel crown of the inner circle 302 and the channel crown of the intermediate circle 303 are entangled, likewise, the channel crown of the intermediate circle 303 and the channel crown of the outer circle 304 the are also, the relation 1 being checked in both cases.
  • the multi-channel element 400 has an external diameter of 25 mm and the thickness of the external wall at the level of the channels located on the circle 304 is 1 mm.
  • the thickness of the partitions between the different longitudinal channels is 0.6 mm.
  • the radius of circle 302 is 4.4 mm, the radius of circle 303 is 7.5 mm and the radius of circle 304 is 10.3 mm.
  • the central channel 401 has a diameter of 3 mm.
  • the flattened rhombus has a common base of 2.55 mm with the isosceles triangle pointing towards the longitudinal axis 301 having a height of 2.7 mm and the other isosceles triangle a height of 1.4 mm.
  • the flattened rhombus has a common base of 3.4 mm with the isosceles triangle pointing towards the longitudinal axis 301 having a height of 1.3 mm and the other isosceles triangle a height of 2 mm.
  • the side common to the triangle and to the rectangle has a length of 2.6 mm
  • the height of the right triangle is 1.6 mm
  • the width of the rectangle is 1.3 mm.
  • the dimension ratios resulting from this design example make it possible to obtain an overlap rate T of approximately 0.15 for the crowns of the circles 302 and 303 and of approximately 0.2 for the crowns 303 and 304 On also obtains an angle between the partition walls between channels of circles 302 and 303 and circles 303 and 304 with respect to the radius passing through their center, of approximately 49 degrees and 44 degrees respectively
  • FIG. 6 represents a cross section of a multichannel element 500 corresponding to a fifth embodiment of the invention.
  • the multichannel element 500 is based on the structure of the multichannel element 300 of FIG. 4.
  • the detailed description made about the multichannel element 300 also applies to the multichannel element 500, with the exception of details and modifications. following.
  • the multichannel element 500 has the shape of a straight hexagonal tube instead of that of a round straight tube as is the case of the multichannel element 300.
  • the outer contour of the cross section of the multichannel element 500 therefore describes a hexagon whose center is obviously located on the longitudinal axis 501 of the hexagonal tube thus defined.
  • the vertices of the hexagon formed by the outer contour of the multichannel element 500 are rounded.
  • the internal structure, that is to say the shape and arrangement of the longitudinal channels, of the multichannel element 300 has been adapted to the hexagonal contour of the element 500.
  • the general shape and arrangement of the longitudinal channels located on the circles 302 and 303 have not been changed. However, the circle 304 and the longitudinal channels located on this circle have been modified. In cross section, the longitudinal channels which correspond to those located on the circle 304 of the multichannel element 300 are now located on a hexagon 502.
  • This hexagon 502 is obtained by homothety of center located on the longitudinal axis 501 and ratio less than 1, applied to the hexagon formed by the external contour of the element multichannel 500.
  • the longitudinal channels located on hexagon 502 have the general shape of an isosceles triangle. Concerning a first longitudinal channel 503-la, a first side of the triangle which it forms is substantially parallel and slightly offset with respect to a straight line passing through the center and a vertex of hexagon 502.
  • the side of the triangle closest to the periphery of the element 500 is parallel to this periphery.
  • the two sides of the triangle not parallel to the adjacent periphery of the multichannel element 500 have the same length.
  • the vertices of this triangle are preferably arranged by a respective leave.
  • each pair of successive channels located on hexagon 502 has the same cross section as the channels 304-la and 304-lb and are deduced therefrom by successive rotation of angle ⁇ / 3 relative to the axis longitudinal 501.
  • each pair of successive channels located on hexagon 502 is nested between two respective successive channels located on the intermediate circle 303 in the same manner as for the multichannel element 300.
  • the channels of the carrier circle 303 can also be considered to be located on a carrier hexagon 504 because the number of channels is six and are obtained from each other by rotation of angle ⁇ / 3.
  • FIG. 7 represents a cross section of a multichannel element 600 corresponding to a sixth embodiment of the invention.
  • the external shape of the multi-channel element 600 is that of a straight round tube.
  • the outer contour of the cross section of the multichannel element 600 describes a circle whose center is obviously located on the longitudinal axis 601 of the round tube thus defined.
  • the internal space of the multichannel element 600 is subdivided into two series of longitudinal channels.
  • the longitudinal channels of each of these two series are arranged on a respective circle 602 and 603.
  • the two circles 602 and 603 are preferably concentric.
  • the two circles are advantageously centered on the longitudinal axis 601.
  • the radius of the circle 602 is less than that of the circle 603.
  • the longitudinal channel 602-1 has the shape of a crescent moon arranged symmetrically on a radius of the outer contour of the multi-channel element 600.
  • the tips of the crescent moon are preferably arranged by a respective fillet.
  • the other three longitudinal channels 602-2, 602-3 and 602-4 have the same cross section as the channel 602-1 and can be deduced therefrom by successive rotation of angle ⁇ / 2 relative to the longitudinal axis 601.
  • the longitudinal channel 603-1 has the general shape of a circle or an ellipse. If the shape chosen is an ellipse, the minor axis of the ellipse is preferably merged with the radius of the external contour of the multichannel element 600 with respect to which the channel 602-1 is symmetrical.
  • the concave part of the crescent moon formed by channel 602-1 serves as a cradle for circle or ellipse formed by channel 603-1, or in other words, channel 603-1 is partially located in the concave area of the crescent moon in the cross section of channel 602-1.
  • the other three longitudinal channels 603-2, 603-3 and 603-4 have the same cross section as the channel 603-1 and are deduced therefrom by successive rotation of angle ⁇ / 2 relative to the longitudinal axis 601.
  • the channel crown of the inner circle 602 and the channel crown of the outer circle 603 are entangled, the relation 1 being obviously verified.
  • the partition walls between channels can preferably have a constant thickness, but they can more advantageously widen gradually starting from their end directed towards the 'interior to go towards their end directed towards the outer periphery of the multichannel element considered, as reflected in the dimensioning examples given for each figure.
  • the shape and sizing of the different channels are chosen so that their hydraulic radii are equal to +/- 20%, preferably to +/- 10%.
  • the channels of the inner crowns have a general shape of a rhombus or of a flattened rhombus, and moreover, that the channels of the outermost crown have a general shape of a triangle or of a triangle backed by a rectangle, possibly assembled by symmetrical pair.
  • the multichannel elements according to the invention preferably have the same cross section over their entire length, thus allowing their manufacture by extrusion through a die with for example a ceramic paste.
  • the multichannel element can be used as it is, for example to inject reaction gas or to form dispersions, gas / liquid, liquid / liquid (emulsions) or others.
  • the multichannel element can also be associated with a bacterium (in particular immobilized), in particular for the implementation of aerobic reactions.
  • the multichannel element can also be associated with a zeolite or a catalyst.
  • the multichannel elements of the present invention can also be produced in the form of a support (macroporous) on which one or more filter layers are arranged.
  • the membranes thus obtained are particularly suitable for tangential filtration.
  • the invention also relates to a filtration membrane comprising a multichannel element according to the invention, in association with at least one filtering layer.
  • the multichannel elements according to the invention are preferably used in tangential filtration, which implies that the channels are through. They can also be used in frontal filtration in which case one end of each channel is blocked.
  • the invention also relates to a reaction and / or filtration module comprising at least one multichannel element according to the invention (modified or not) or at least one membrane according to the invention.
  • the multichannel element is made of classic material.
  • it can be composed of a f ⁇ ttée ceramic, a sintered metal, porous carbon, a composite material, an organomineral or organic compound.
  • the constituent material can be porous or dense, preferably porous.
  • the multichannel elements of the present invention can be made of porous ceramic.
  • the extrusion process comprises the conventional steps, such as:
  • the mineral part of said paste comprises particles of a mineral compound which will form, after sintering, the porous network (homogeneous in its volume).
  • the mineral compound advantageously metallic, is either a non-oxide compound or a metallic oxide.
  • a derivative of silicon or aluminum will be chosen and preferably silicon carbide, silicon mtride or aluminum mtride.
  • the metal compound is an oxide, it will be chosen from oxides of aluminum, of silicon or of metals of groups IVA (group of titanium) or VA (group of vanadium) and preferably alumina, oxide of zirconium or titanium oxide. These oxides can be used alone or as a mixture.
  • the content of mineral compound in the dough will be between 50 and 90% by mass.
  • the organic binder will give the paste the rheological properties necessary for extrusion and the mechanical properties necessary to obtain good cohesion of the product after extrusion.
  • Said organic binder is preferably, but not necessarily, a water-soluble polymer.
  • the polymer will present, for example, for a solution at 2% by mass, a viscosity measured at 20 ° C. of between 4 and lOPa / s.
  • This polymer can be chosen from celluloses and their derivatives (HEC, CMC, HPC, HPMC, etc.), or can also be a polyacrylic acid, polyethylene glycol, a polyvinyl alcohol, a microc ⁇ stalline cellulose, etc.
  • the paste will contain example between 2 and 10% by mass of organic binder.
  • the role of the solvent is to disperse the mineral part and the binder.
  • water will be chosen as the solvent; in the case where the polymer is not water-soluble, an alcohol will be chosen, for example 1 ethanol as solvent.
  • concentration of the solvent will be for example between 8 and 40% by mass.
  • a solvent-soluble deflocculant will improve the dispersion of the particles of the metal compound.
  • We will choose for example a polyacrylic acid, a phospho-organic acid or an alkyl sulfonic acid.
  • the deflocculant content is of the order of 0.5 to 1% by mass.
  • extrusion aid agent such as polyethylene glycol
  • the content of extruding agent is of the order of 0.5 to 1% by mass.
  • the shaping is carried out conventionally by extrusion. Using a screw or a piston, the dough is pushed through a complex die in order to take its geometry.
  • the membrane blanks are collected at the outlet of the die, dried in the open air in order to remove the water or the solvent, then sintered at a temperature of between 1300 and 1700 ° C. for for example two hours.
  • This sintering is carried out under a normal or neutral atmosphere (for example argon) in the case of paste based on metal oxide, and under a neutral atmosphere (for example argon or helium) in the case where the compound metallic is a non-oxide.
  • the extrusion device is a conventional device, that is to say it comprises a die, with disposed in the center thereof a crown supporting the pins which will form the channels.
  • the blanks obtained at the outlet of the extrusion device can be dried and / or sintered in rotating barrels, for example according to the technique described in patent FR-A-2229313 in the name of Ceraver.
  • the invention more particularly relates to a multichannel element characterized in that the channel (104) and / or the crowns (202, 302, 303, 504; 203 , 303, 304, 502; 107) are entangled at least two by two, or in other words are all or all entangled.

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Abstract

L'invention a pour objet un élément multicanal, comprenant au moins une première couronne de canaux enchevêtrée avec une deuxième couronne de canaux. L'invention fournit aussi un procédé de fabrication d'un tel élément, et un module comprenant un tel élément. Application à la filtration tangentielle.

Description

ELEMENT MULTICANAL ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL ELEMENT
La présente invention concerne un élément multicanal en matière poreuse organique ou inorganique, destiné à la filtration, la séparation ou la mise en contact de fluides liquides ou gazeux et par exemple la microfîltration, 1 ' ultrafîltration, la nanofîltration, la pervaporation, l'osmose inverse, aux (bio) réacteurs à membrane, aux diffuseurs gazeux, aux contacteurs liquide ou gaz / liquide ou gaz, à la catalyse, ou aux piles à combustible. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel élément multicanal .
Les éléments multicanaux peuvent être définis comme des éléments de forme allongée sur leur axe principal et percés de trous ou canaux orientés dans ce même axe. La section principale de l'élément peut être définie comme la section perpendiculaire à cet axe principal. Généralement cette section est constante le long de l'axe et la forme tridimensionnelle de l'élément présente alors une symétrie d'extrusion. Cette symétrie permet donc de définir le volume extrudé par sa section principale et son axe principal, axe qui est alors un vecteur de direction ou génératrice de la forme de l'élément. Du fait de cette symétrie d'extrusion, la géométrie de l'élément multicanal peut donc être ramenée à la forme de sa section principale. Le périmètre externe de cette section principale peut être de forme circulaire, polygonale ou autre (par exemple multilobée) . L'intérieur de cette section présente un nombre de trous N qui correspond au nombre de canaux de l'élément. L'élément est dit multicanal si N>1. Le cas où N=l, correspond à un élément monocanal qui est généralement de forme tubulaire et est donc exclu du cadre de cette invention.
On connaît dé] à plusieurs types de géométrie d'éléments filtrants multicanaux. Il existe la structure à couronnes concentriques dont la géométrie la plus simple est une géométrie cylindrique externe percée de canaux aussi cylindriques (cf. figure 1) . Dans ce cas, la section a la forme d'un disque, le périmètre externe est donc un cercle et cette section est percée de N trous ronds. Les trous ronds sont disposés régulièrement sur un ou plusieurs cercles concentriques. Cette géométrie à couronnes successives concentriques est typique de l'art antérieur. Dans tous les cas, ces couronnes successives de canaux sont séparées par une couronne de matière (cf. référence 3 sur la figure 1) . Les couronnes successives de matière peuvent être définies comme un espace continu de matière coaxial à la section principale. Ces couronnes de matière épousent la disposition des canaux le long de leur couronne. Ainsi entre deux couronnes successives de canaux disposés le long d'un cercle concentrique à l'axe de la section principale, la couronne de matière se présente sous la forme d'un anneau continu et centré sur la section principale.
Cette couronne de matière en étant coaxiale au centre de la pièce présente l'inconvénient majeur d'être orientée perpendiculairement au sens d'écoulement du fluide et donc non optimisée pour l'évacuation du fluide filtré. Cette couronne de matière présente aussi l'inconvénient d'être un espace perdu pour la distribution des canaux. Ainsi le nombre global de canaux répartis sur la section de l'élément multicanal est limité par cette contrainte que représente la couronne de matière. De cette limitation, la surface de filtration de l'élément, représentée par l'ensemble de la surface portée par tous les canaux s'en trouve réduite. Le document EP-A- 0686424 décrit un élément inorganique multicanal de filtration d'un fluide dont les canaux sont situés sur un cercle unique. Le document EP-A-704236 décrit un support monolithe poreux pour membrane de filtration de forme extérieure circulaire ou hexagonale présentant une seule couronne de canaux. Ces deux documents ne décrivent pas un élément multicanal à plusieurs couronnes de canaux ou à couronne de canaux combiné avec un canal central . Ces géométries présentent l'inconvénient d'avoir des surfaces filtrantes limitées par la contrainte d'utiliser qu'une couronne de canaux.
Le document EP-A-0778073 décrit des éléments inorganiques de filtration d'un milieu fluide ayant une ou deux couronnes de canaux concentriques et un canal central . Ces éléments ont un contour extérieur circulaire ; ils présentent également un anneau continu de matière coaxial d'une part entre les deux couronnes de canaux, et d'autre part, entre le canal central et la couronne de canaux l'entourant. Cette géométrie présente les mêmes inconvénients et limitations que les géométries à couronnes de canaux concentriques décrites précédemment .
Il existe aussi une géométrie se basant sur un pavage régulier de canaux de forme carré. L'intérêt de cette géométrie pour un support de filtration est d'obtenir un pavage optimum de la section principale de l'élément. Tous les canaux ont la même forme et la même taille. Cette géométrie est optimisée en terme de surface développée par l'élément multicanal. Le problème de cette géométrie provient souvent de sa compacité et du long cheminement entre les différents canaux vers la surface extérieure de l'élément.
Le document EP-A-0899003 propose d'optimiser ce passage en créant des communications entre différents canaux pour l'évacuation du fluide filtré et en bouchant l'extrémité de certains canaux. La mise en œuvre industrielle de telles modifications de la structure nid d'abeille s'avère bien souvent compliqué et difficile à mettre en œuvre industriellement .
Le document O-A-00/29098 décrit un support monolithe poreux comportant un premier ensemble de canaux ayant des sections analogues, dans la partie centrale du support, séparés les uns des autres par des parois de direction sensiblement radiale présentant une zone commune suivant 1 ' axe du support, et au moins un second ensemble de canaux ayant une disposition périphérique autour du premier ensemble de canaux. La structure décrite dans ce document ne permet pas cependant de résoudre les problèmes rencontrés avec l'art antérieur précédemment cités. Le but et l'objet de la présente invention sont de palier les inconvénients de l'art antérieur.
A cet effet et selon un premier aspect, l'invention propose un élément multicanal comprenant au moins une première couronne de canaux enchevêtrée avec une deuxième couronne de canaux.
Selon un mode de réalisation, chacune des cloisons agencées entre les canaux desdites première et deuxième couronnes est non-perpendiculaire à la droite passant par le centre desdites première et deuxième couronnes et le milieu de la cloison considérée. Chacune des cloisons agencées entre les canaux desdites première et deuxième couronnes et la droite passant par le centre desdites première et deuxième couronnes et le milieu de la cloison considérée forme avantageusement un angle compris entre 0 et 60 degrés, de préférence entre 0 et 45 degrés .
Selon un autre mode de réalisation, le taux de recoupement entre ladite première couronne et ladite deuxième couronne est au moins égal à 0,4. Selon un autre mode de réalisation, lesdites première et deuxième couronnes sont soit circulaires, soit hexagonales.
Selon un autre mode de réalisation, les canaux desdites première et deuxième couronnes ont chacun une forme choisie parmi les formes générales suivantes : - losange ;
- losange aplati ;
- triangle de préférence sensiblement isocèle ou rectangle ;
- trapèze de préférence sensiblement rectangle ; - demi-quartier d'orange.
Selon un autre mode de réalisation, le nombre de canaux de ladite deuxième couronne est de préférence égal au nombre de canaux de ladite première couronne. En variante, le nombre de canaux de ladite deuxième couronne est le double du nombre de canaux de ladite première couronne.
Selon un autre mode de réalisation, les canaux de ladite première couronne ont tous une même forme. De préférence, les canaux de ladite deuxième couronne ont une forme différente des canaux de ladite première couronne. Il est avantageux que les canaux de ladite deuxième couronne ont tous une même forme .
Selon un autre mode de réalisation, ladite deuxième couronne est constituée d'une pluralité de paires de canaux adjacents, chacune desdites paires de canaux adjacents comprenant un premier canal et un deuxième canal symétrique au premier canal par rapport à une droite passant par le centre desdites couronnes. De préférence, chacune desdites paires de canaux est disposée entre deux canaux successifs de ladite première couronne. Il est avantageux que le nombre de couronnes de canaux est deux et en ce que les canaux de ladite première couronne ont la forme générale d'un losange aplati et les canaux de ladite deuxième couronne ont la forme générale d'un demi -quartier d'orange. En variante, une troisième couronne de canaux est enchevêtrée avec ladite première couronne, ladite troisième couronne ayant le même nombre de canaux que ladite première couronne et en ce que la forme générale des canaux desdites première et troisième couronnes est un losange ou un losange aplati et la forme générale des canaux de ladite deuxième couronne est un triangle de préférence sensiblement rectangle ou isocèle ou un trapèze de préférence sensiblement rectangle.
Selon un autre mode de réalisation, la forme des canaux desdites couronnes est aménagée par des congés de raccordement. Par ailleurs, les canaux ou lesdites paires de canaux adjacents desdites première et deuxième couronnes sont avantageusement disposés à intervalle régulier sur leur couronne respective. L'élément multicanal peut en outre comprendre un canal central de préférence circulaire ou polygonal régulier.
Par ailleurs, les cloisons agencées entre les canaux desdites couronnes ont de préférence une épaisseur sensiblement identique. En variante, les cloisons agencées entre les canaux desdites couronnes peuvent s'élargir progressivement en partant depuis leur extrémité dirigée vers l'intérieur dudit élément multicanal pour aller vers leur extrémité dirigée vers l'extérieur dudit élément multicanal. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un élément multicanal, comprenant une couronne de canaux enchevêtrée avec un canal central . La couronne de canaux comprend de préférence 3 ou 4 canaux. Le canal central a avantageusement la forme générale d'un triangle. Ladite couronne est avantageusement constituée par trois canaux en forme de quartier d'orange. Le contour extérieur dudit élément est préférentiellement circulaire .
Selon un troisième aspect, l'invention propose un procédé de fabrication d'un élément multicanal selon l'invention dans lequel ledit élément multicanal est obtenu par extrusion.
Un élément multicanal selon l'invention est un élément de forme allongée, orientée sur un axe principal et contenant N canaux orientés dans ce même axe . Dans la présente description, cet axe principal est dénommé axe longitudinal et la section perpendiculaire à cet axe principal est dénommée section transversale. La structure et les dimensions de la section transversale de l'élément sont de préférence identiques sur toute la longueur de l'élément. La description se fera toujours en considérant une section transversale de l'élément multicanal.
Les canaux sont disposés à l'intérieur de l'élément de manière à former au moins une couronne de canaux. Une couronne de canaux se définit comme un ensemble de canaux situés sur une courbe fermée, appelée courbe porteuse des canaux. Un canal est situé sur une courbe fermée donnée si son barycentre est situé sur cette courbe. De façon générale, les canaux sont de préférence situés sur un cercle, auquel cas la couronne est dite circulaire. En variante, les canaux peuvent être situés sur les côtés ou les sommets d'un polygone, de préférence un polygone régulier. La couronne sera alors dite polygonale. Il peut s'agir avantageusement d'un hexagone auquel cas la couronne est dite hexagonale. Par ailleurs, deux canaux sont dits voisins ou adjacents s'ils ont en commun une même paroi ; cette paroi commune constitue alors une cloison séparant les deux canaux.
Selon son premier aspect, l'invention propose un élément comprenant au moins une première couronne de canaux enchevêtrée avec une deuxième couronne de canaux. Dans ce cas, la deuxième couronne entoure la première couronne dans le sens que la courbe porteuse de la deuxième couronne entoure la courbe porteuse de la première couronne. De préférence, les deux couronnes ont la même forme, choisie avantageusement soit circulaire, soit polygonale régulière, en particulier, hexagonale. De plus, les deux couronnes sont de préférence centrées sur l'axe longitudinal de l'élément. Il est avantageux que les courbes porteuses - cercle, hexagone ou autre - sur lesquelles sont situées les canaux des deux couronnes enchevêtrées se déduisent l'une de l'autre par homothétie par rapport, de préférence, à l'axe longitudinal de l'élément. Il est également avantageux que le contour extérieur de l'élément ait la même forme que les couronnes enchevêtrées, ou du moins la même forme que la couronne la plus proche de la périphérie extérieure de l'élément.
La notion d'enchevêtrement de deux couronnes peut se définir à l'aide de la notion de rayon d'enchevêtrement d'un canal . Pour un canal donné d'une couronne circulaire, le rayon d'enchevêtrement est la distance la plus grande entre le cercle porteur des canaux de la couronne et la paroi de ce canal mesurée sur les rayons de ce cercle porteur.
Pour un canal donné d'une couronne polygonale, le rayon d'enchevêtrement est la distance la plus grande entre le côté du polygone porteur des canaux sur lequel est situé ce canal et la paroi de ce canal mesurée perpendiculairement à ce côté. Dans le cas où le barycentre du canal est placé au sommet formé par deux côtés du polygone, on pourra alors définir un rayon d'enchevêtrement par rapport à chacun de ces côtés.
De ces définitions et pour chaque canal, il peut être défini un rayon d'enchevêtrement interne et un rayon d'enchevêtrement externe. Le rayon d'enchevêtrement interne est le rayon d'enchevêtrement mesuré pour la partie de paroi du canal du côté vers le centre de la couronne. Le rayon d'enchevêtrement externe est le rayon d'enchevêtrement mesuré pour la partie de paroi du canal du côté vers l'extérieur de la couronne. Les rayons d'enchevêtrement peuvent avoir leur origine en-dehors du canal. En effet, dans le cas d'un canal ayant des formes concaves, le barycentre peut se situer en dehors du canal . La courbe porteuse de la couronne passe alors au moins en partie en-dehors du canal et la mesure du rayon d'enchevêtrement peut donc trouver son origine en-dehors du canal. En revanche, l'autre point de mesure se situe obligatoirement sur la surface de la paroi du canal.
La première couronne et la deuxième couronne entourant la première couronne sont enchevêtrées si pour deux canaux voisins appartenant l'un à la première couronne et l'autre à la deuxième couronne, on a :
D < rei + rl2 [relation 1] avec :
D = distance entre la première couronne et la deuxième couronne prises dans la région des deux canaux considérés ; reι = rayon d'enchevêtrement externe du canal de la première couronne ; rl2 = rayon d'enchevêtrement interne du canal de la deuxième couronne .
Dans le cas de deux couronnes circulaires et concentriques, on a :
D = R2 - Rx
Avec :
Ri = rayon du cercle porteur de la première couronne ; R2 = rayon du cercle porteur de la deuxième couronne.
Pour vérifier la relation 1 dans le cas de deux couronnes polygonales homothetiques, les canaux voisins considérés sont situés l'un sur un côté - dit côté A - du polygone porteur de la première couronne et l'autre sur le côté correspondant - dit côté A2 - du polygone porteur de la deuxième couronne. La distance D est alors égale à la distance entre le côté λ et le côté A2, mesurée perpendiculairement à ces deux côtés. Dans le cas particulier de courbes porteuses en forme d'hexagone régulier ou autre polygone régulier, la distance D correspond alors à la différence de longueur des apothèmes des deux hexagones porteurs. Dans le cas où des canaux sont situés sur les sommets du polygone porteur, on pourra vérifier la relation 1 pour un canal donné successivement par rapport à chacun des deux côtés formant le sommet sur lequel ce canal est situé Dans le cas où les côtés des deux polygones porteurs ne sont pas parallèles - c'est-à-dire que les polygones ne sont pas homothetiques-, la distance D est alors égale à la plus petite distance entre le côté Al et le côté A2.
Les éléments multicanaux à couronnes circulaires et concentriques de canaux ronds de l'art antérieur sont exclus de la définition de couronnes enchevêtrées selon la présente invention. En effet, dans ce cas, la différence de rayons entre les cercles porteurs de deux couronnes successives est supérieure - et non pas inférieure - à la somme des rayons d'enchevêtrement de deux canaux voisins quelconques portés l'un par une première de ces couronnes et l'autre par la deuxième de ces couronnes, les rayons d'enchevêtrement étant mesurés du côté le plus proche du canal voisin. La différence provient de l'épaisseur de la couronne de matière qui sépare les deux couronnes de canaux. Dans l'exemple de la figure 1 qui illustre une section transversale d'un élément typique de l'art antérieur présentant deux couronnes 1 et 2 circulaires et concentriques de canaux ronds, la distance D qui est la différence de rayons entre les deux cercles porteurs 4 et 5 des deux couronnes, R2 - Ri et est égale en l'occurrence à 2,8mm, est supérieure à la somme des rayons d'enchevêtrement des canaux voisins, reι + ri2, égale en l'occurrence à 1 + 1 = 2mm. La différence provient de l'épaisseur E de la couronne de matière 3, égale en l'occurrence à 0,8 mm.
Il est avantageux que la relation 1 soit vérifiée pour tous les canaux voisins des deux couronnes de canaux considérées .
Par ailleurs, il est également possible de définir un taux de recoupement T des deux couronnes par rapport à leurs courbes porteuses. Le taux de recoupement peut se définir par :
T = (reι + rl2)/D - 1 [relation 2]
avec reι, rl2 et D ayant la même signification que pour la relation 1.
Le taux de recoupement T entre la première couronne et la deuxième couronne est avantageusement au moins de 0,3, de préférence de 0,4, plus préférentiellement au moins 0,5.
Selon un mode de réalisation préféré, chacune des cloisons agencées entre les canaux des première et deuxième couronnes est non-perpendiculaire à la droite passant par le centre des première et deuxième couronnes et le milieu de la cloison considéré. Il faut entendre par cloison entre les canaux toute paroi séparant deux canaux voisins appartenant tous les deux à une même couronne ou appartenant l'un à la première couronne et l'autre à la deuxième couronne. Une cloison est donc délimitée de part et d'autre par les deux canaux voisins considérés. Dans la présente invention, les cloisons sont de préférence sensiblement planes. Dans ce cas, chaque cloison est délimitée de part et d'autre par un côté droit respectif participant à la définition du contour d'un canal correspondant parmi les deux canaux voisins considérés. Ces deux côtés droits se font évidemment sensiblement face. La cloison est alors délimitée en longueur par le segment imaginaire joignant les extrémités correspondantes des côtés droits précités. Dans le cas préféré dans lequel les contours des canaux sont aménagés par des congés, on considérera que l'extrémité de ces côtés droits correspond au début du congé, en excluant le congé lui-même. Le milieu d'une cloison se définit comme le point situé sur la ligne médiane de la cloison et à égal distance, mesurée le long de la ligne médiane, par rapport aux segments imaginaires précités délimitant la cloison considérée.
On considérera dans le cadre de la présente invention qu'une cloison agencée entre deux canaux voisins est non- perpendiculaire à la droite passant par le centre des première et deuxième couronnes et le milieu de la cloison considérée si la ligne médiane de la cloison est non-perpendiculaire à la droite précitée. Dans le cas où la ligne médiane d'une cloison n'est pas une droite, par exemple, si elle est incurvée, on considérera son orientation générale à la place de la ligne médiane .
Selon un autre mode de réalisation avantageux de l'invention, la forme des canaux longitudinaux selon leur section transversale est définie pour obtenir des cloisons de séparation entre eux qui présentent une épaisseur sensiblement constante. En fait, dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, les cloisons de séparation entre canaux s'élargissent progressivement en partant d'une épaisseur minimale depuis leur extrémité dirigée vers l'intérieur pour aboutir à une épaisseur maximale à leur extrémité dirigée vers la périphérie extérieure de l'élément multicanal considéré, ce qui a pour effet de faciliter l'évacuation du perméat vers l'extérieur comme l'enseigne EP- A-0609275. L'épaisseur minimale ou l'épaisseur maximale d'une cloison se définit par la distance mesurée suivant une perpendiculaire à la ligne médiane de cette cloison passant par l'extrémité d'un des côtés définissant la cloison, la perpendiculaire coupant l'autre côté définissant la cloison ; à défaut de couper cet autre côté, l'on considérera la perpendiculaire à la ligne médiane passant par l'extrémité de cet autre côté. Si les canaux sont aménagés par des congés, on considérera que l'extrémité d'un côté d'une cloison correspond au début du congé, en excluant le congé lui-même comme déjà mentionné plus haut. Dans l'invention, la forme de ces canaux est définie de manière à obtenir une optimisation de l'enchevêtrement des canaux. Cet enchevêtrement permet une meilleure répartition des canaux sur la section de l'élément. Les canaux d'une même couronne sont de préférence tous identiques (y compris par symétrie), mais il est avantageux d'avoir au moins deux formes différentes de canaux pour l'ensemble des couronnes de canaux. Dans le cas où tous les canaux d'une couronne donnée ont une même forme, ces canaux sont de préférence tous disposés sur la courbe porteuse de la couronne avec une même inclinaison par rapport à cette courbe. En variante, l peut être avantageux d'associer les canaux sur une même couronne par paire, chaque paire comprenant un premier canal avec une forme donnée et un canal adjacent avec une forme symétrique au premier par rapport à une droite passant par le centre de la couronne. Les canaux ou les paires de canaux dans la variante précitée sont de préférence répartis régulièrement sur la courbe porteuse de la couronne . Bien évidemment, l'élément multicanal peut comprendre plus que deux couronnes de canaux pour lesquels deux couronnes successives répondent à chaque fois aux caractéristiques de l'invention. Il est également possible d'avoir dans un même élément multicanal des couronnes de canaux selon l'invention et d'autres couronnes de canaux réalisées selon l'art antérieur .
Selon son deuxième aspect, l'invention propose un élément multicanal comprenant une couronne de canaux enchevêtrée avec un canal central . Dans le cas où la couronne de canaux est circulaire, on considérera qu'elle est enchevêtrée avec le canal central si le rayon du cercle porteur des canaux de la couronne est inférieur à la somme du rayon maximal du canal central et du rayon d'enchevêtrement interne d'un canal de la couronne. La définition du rayon d'enchevêtrement interne est celle précédemment définie. Il est préféré que tous les canaux de la couronne vérifient cette relation.
La structure enchevêtrée des éléments multicanaux selon l'invention présente un premier avantage d'avoir de grandes surfaces de filtration qui correspondent à la somme des surfaces des différents canaux. En effet, un plus grand nombre de canaux peut être distribué sur la section de l'élément comparativement aux géométries à couronnes de canaux concentriques. En effet, dans ces dernières, les couronnes de matière forment des anneaux qui délimitent des espaces non utilisés pour la répartition des canaux et en diminuent donc leur nombre. Avec les couronnes de canaux enchevêtrés, ce plus grand nombre de canaux à diamètre hydraulique constant permet d'obtenir des surfaces de filtration supérieures, ce qui représente un critère primordial pour les éléments filtrants.
Un deuxième avantage de cette géométrie correspond à une meilleure évacuation du liquide filtré au travers de l'élément multicanal. Le fait d'avoir des couronnes de canaux enchevêtrées avec de préférence les cloisons entre les canaux orientées de façon non-perpendiculaire à la droite passant par le centre des couronnes et le milieu de la cloison considérée, implique que ces cloisons forment un système d'évacuation du fluide totalement ramifié et orienté globalement radialement - du centre vers l'extérieur - de la section de l'élément.
L'élément selon l'invention n'a donc pas l'inconvénient d'un système à couronnes de canaux concentriques où les couronnes de matière forment des anneaux centrés sur la pièce et non optimisés pour l'évacuation du fluide puisque orientés à l'opposé, perpendiculairement, au sens d'écoulement globalement radial du fluide filtré.
Un troisième avantage de cette géométrie correspond à la meilleure répartition des différences de pression entre l'intérieur des canaux et l'extérieur de l'élément.
Un quatrième avantage de cette invention provient de la meilleure tenue mécanique de ce type de géométrie. En effet, une géométrie à couronnes de canaux enchevêtrées présente une répartition de la matière qui crée une véritable ossature enchevêtrée qui permet de mieux répartir les contraintes mécaniques aux travers de l'ensemble de l'élément multicanal.
De façon générale, les éléments multicanaux selon l'invention sont optimisés du point de vue de leur surface de filtration et de leurs propriétés mécaniques et hydrodynamiques .
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l'invention, donnée à titre d'exemple non limitatif et en référence au dessin annexé dans lequel : la figure 1 représente une section transversale d'un élément multicanal à deux couronnes circulaires et concentriques de canaux ronds de l'art antérieur ; la figure 2 représente une section transversale d'un élément multicanal 100 correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 représente une section transversale d'un élément multicanal 200 correspondant à un deuxième mode de réalisation de l'invention ; la figure 4 représente une section transversale d'un élément multicanal 300 correspondant à un troisième mode de réalisation de l'invention ; la figure 5 représente une section transversale d'un élément multicanal 400 correspondant à un quatrième mode de réalisation de l'invention ; la figure 6 représente une section transversale d'un élément multicanal 500 correspondant à un cinquième mode de réalisation de l'invention ; la figure 7 représente schématiquement une section transversale d'un élément multicanal 600 correspondant à un sixième mode de réalisation de l'invention.
La figure 2 représente une section transversale d'un élément multicanal 100 correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention.
L'élément multicanal 100 est du type à une couronne de canaux enchevêtrée avec un canal central . L'élément multicanal 100 comprend une paroi extérieure 102 en forme de tube rond ayant un axe longitudinal . La paroi extérieure 102 a de préférence une épaisseur sensiblement constante sur toute sa circonférence.
Trois cloisons 103-1, 103-2 et 103-3 longitudinales et planes, sont agencées à l'intérieur du tube rond formé par la paroi extérieure 102 pour diviser l'intérieur de l'élément multicanal 100 en quatre canaux longitudinaux. En section transversale, les trois cloisons 103-1, 103-2, 103-3 forment un triangle équilatéral dont le centre est confondu avec l'axe longitudinal 101 et dont les sommets sont raccordés à la paroi extérieure 102. Les cloisons 103-1, 103-2 et 103-3 ont chacune une épaisseur constante et identique à celle des autres. Un congé est de préférence agencé à chaque raccordement entre deux cloisons successives. De même, chaque sommet de ce triangle est avantageusement raccordé à la paroi extérieure 102 par le biais de deux congés symétriques par rapport à la bissectrice de l'angle formé par le sommet concerné. Un premier canal longitudinal 104 est défini par l'espace intérieur au triangle équilatéral formé par les trois cloisons 103-1, 103-2, 103-3 et constitue donc un canal central. Trois autres canaux longitudinaux 105-1, 105-2 et 105-3 sont respectivement définis entre chacune des cloisons 103-1, 103- 2, 103-3 et la paroi extérieure 102. Les canaux 105-1, 105-2 et 105-3 présentent tous la même section transversale en forme de quartier d'orange du fait de la configuration en triangle équilatéral des cloisons 103-1, 103-2, 103-3 centré sur l'axe longitudinal 101. Il résulte de cette géométrie que les canaux 105-1, 105-2, 105-3 ont chacun leur barycentre respectif 106- 1, 106-2 et 106-3 situés sur un cercle 107 centré sur l'axe longitudinal 101 et ces trois canaux ont la même inclinaison par rapport à ce cercle 107.
A titre d'exemple de dimensionnement , l'élément multicanal 100 a un diamètre extérieur de 10 mm et l'épaisseur de la paroi extérieure 102 est de 0,8 mm. L'épaisseur des cloisons 103-1, 103-2, 103-3 est de 0,5 mm. Le rayon du cercle imaginaire passant par les sommets du canal triangulaire 104 arrondis par les congés, est de 2,5 mm. Les congés de raccordement ont un rayon de 0,5 mm pour le canal 101 et un rayon de 0,7 mm pour les canaux 105-1, 105-2 et 105-3. Le rayon du cercle 107 est 3 mm. On obtient un diamètre hydraulique moyen de l'ensemble des canaux de 3,1 mm et une surface filtrante de 0,014 m2 pour un élément multicanal 100 de longueur 250 mm.
La figure 3 représente une section transversale d'un élément multicanal 200 correspondant à un deuxième mode de réalisation de l'invention. L'élément multicanal 200 a la même structure que l'élément multicanal 100 du premier mode de réalisation de l'invention, sauf à lui ajouter six cloisons supplémentaires 201-1, 201-2, 201-3, 207-1, 207-2, 207-3. Les cloisons 201-1 et 207-1 sont planes et longitudinales. La cloison 207-1 est perpendiculaire à la cloison 103-1 et s'étend depuis l'axe longitudinal 101 jusqu'à la cloison 103-1 La cloison 201-1 est aussi perpendiculaire à la cloison 103-1, mais s'étend dans le prolongement de la cloison 207-1 depuis la cloison 103-1 jusqu'à la paroi extérieure 102. Il résulte que les cloisons 103-1, 103-2 et 103-2 de l'élément multicanal 100 sont chacune divisées en deux cloisons de séparation de canaux . Le raccordement des cloisons 201-1 et 207-1 avec la cloison 103-1 se fait de préférence respectivement par le biais de deux congés symétriques radialement. De même, le raccordement de la cloison 201-1 avec la paroi extérieure 102 se fait de préférence par le biais de deux congés symétriques radialement. Les cloisons 201-2 et 201-3 s'obtiennent à partir de la cloison 201-1 par rotation successive d'angle 2π/3 par rapport à l'axe longitudinal 101. De même, les cloisons 207-2 et 207-3 s'obtiennent à partir de la cloison 207-1 par rotation successive d'angle 2π/3 par rapport à l'axe longitudinal 101. Les trois cloisons 207-1, 207-2 et 207-3 se rejoignent deux à deux sur l'axe longitudinal 101 de préférence par le biais d'un congé respectif.
Il résulte que le canal 104 de section transversale triangulaire du premier mode de réalisation de l'invention est subdivisé en trois canaux longitudinaux 104a, 104b et 104c ayant chacun la même section transversale en forme de losange aplati. Par losange aplati, il faut entendre le contour extérieur de la réunion de deux triangles isocèles de hauteur différente mais de base commune, avec les sommets des triangles se situant de part et d'autre de la base commune. Par ailleurs, les trois canaux 105-1, 105-2, 105-3 ayant une section transversale en forme de quartier d'orange dans le premier mode de réalisation de l'invention sont chacun subdivisés en deux canaux présentant une section transversale symétrique radialement l'un par rapport à l'autre. Sur la figure 3, seuls les deux canaux résultants de la division du canal 105-1 ont été référencés, à savoir 105-la et 105-lb. Le nombre de canaux longitudinaux est donc porté à neuf . Il résulte de la géométrie adoptée que les trois canaux 104a, 104b, 104c sont disposés sur un premier cercle 202 centré sur l'axe longitudinal 101 et les six autres canaux sont disposés sur un deuxième cercle 203 centré sur l'axe longitudinal 101 et entourant le premier cercle 202. Les canaux situés sur le premier cercle 202 ont tous la même inclinaison par rapport à ce cercle. De même, les paires de canaux symétriques situés sur le deuxième cercle ont toutes la même inclinaison sur ce cercle. Les trois canaux 104a, 104b, 104c forment une première couronne circulaire et les six autres canaux forment une deuxième couronne circulaire.
Les deux couronnes circulaires sont enchevêtrées car la relation 1 est à l'évidence vérifiée. A titre d'illustration, D, reι et rl2 ont été représentés pour les canaux voisins 104b et 105-lb.
Par ailleurs, les deux cloisons 201-1 et 207-1 forment à l'évidence chacune un angle nul avec la droite passant par leur milieu et le centre des deux couronnes de canaux. Il en est de même des cloisons 201-2, 201-3, 207-2 et 207-3. Les deux cloisons de séparation entre canaux résultant de la division de la cloison 103-1 par les cloisons 201-1 et 207- 1 sont à l'évidence non-perpendiculaire avec la droite passant par son milieu et le centre des deux couronnes de canaux. A titre d'illustration, on a représenté la ligne médiane 204 de la cloison de séparation 206 entre le canal 104b et le canal 105-lb. Les extrémités de cette cloison de séparation 206 a été représentée en pointillé. La droite passant par le milieu de la cloison 206 et le centre des couronnes de canaux - c'est-à-dire le rayon des couronnes passant par le milieu de la cloison 206 - a été référencée 205. Il en est évidemment de même pour les autres cloisons de séparation entre canaux résultant de la division des cloisons 103-2 et 103-3 par les cloisons 201-2 et 207-2 et respectivement 201-3 et 207-3.
A titre d'exemple de dimensionnement , l'élément multicanal 200 a un diamètre extérieur de 25 mm et l'épaisseur de la paroi extérieure 102 est de 2 mm. Le rayon du cercle centré sur l'axe longitudinal 101 et passant par les sommets des canaux 104a, 104b, 104c arrondis par les congés, est de 7,8 mm. Les congés de raccordement ont un rayon de 1 mm. L'épaisseur des cloisons 103-1, 103-2, 103-3 augmente progressivement de 0,8mm depuis les cloisons correspondantes 201-1, 201-2, 201-3 pour aboutir à 1 mm aux extrémités opposées vers l'extérieur de l'élément 300. L'épaisseur des cloisons 207-1, 207-2, 207-3 évoluent de la même manière depuis l'axe longitudinal 101 vers les cloisons correspondantes 103-1, 103-2, 103-3, de même que l'épaisseur des cloisons 201-1, 201-2, 201-3 depuis ces cloisons 103-1, 103-2, 103-3 jusqu'à la paroi extérieure 102. Dans cet exemple, il résulte que le rayon du cercle 202 est de 3,9 mm et le rayon du cercle 203 est de 8,3 mm. On obtient un diamètre hydraulique moyen de l'ensemble des canaux de 5,6 mm et une surface filtrante de 0,23 m2 pour un élément multicanal 200 de longueur 1200 mm. De plus, les rapports de dimension entre reι et rl2 avec D résultant de cet exemple de dimensionnement permettent d'obtenir un taux de recoupement T d'environ 0,53 et un angle entre les cloisons de séparation entre canaux issues de la division des cloisons 103-1, 103-2, 103-3 et le rayon passant par leur milieu, d'environ 51 degrés .
La figure 4 représente une section transversale d'un élément multicanal 300 correspondant à un troisième mode de réalisation de l'invention.
La forme extérieure de l'élément multicanal 300 est celle d'un tube droit rond ayant un axe longitudinal 301. L'espace interne de l'élément multicanal 300 est subdivisé en trois séries de canaux longitudinaux. En section transversale, les canaux longitudinaux de chacune de ces trois séries sont disposés sur un cercle respectif 302, 303 et 304, formant trois couronnes circulaires. Les trois cercles 302, 303, 304 sont de préférence concentriques et centrés sur l'axe longitudinal 301. Le rayon du cercle 302 est inférieur à celui du cercle 303 et le rayon du cercle 303 est inférieur à celui du cercle 304.
Les canaux longitudinaux situés sur le cercle intérieur 302 sont au nombre de six ; seuls deux sont référencés sur la figure 4 par 302-1 et 302-2. En section transversale, le canal longitudinal 302-1 a la forme d'un losange dont un des deux axes coupe l'axe longitudinal 301 Les coins du losange ainsi formé sont de préférence aménagés par un congé respectif Les cinq autres canaux longitudinaux situés sur le cercle intérieur 302 ont la même section transversale que le canal 302-1 et se déduisent de celui-ci par rotation successive d'angle π/3 par rapport à l'axe longitudinal 301.
Les canaux longitudinaux situés sur le cercle intermédiaire 303 sont aussi au nombre de six ; seuls deux sont référencés sur la figure 4 par 303-1 et 303-2. En section transversale, le canal longitudinal 303-1 a la forme d'un losange aplati - cf. définition du losange aplati donnée en relation avec la figure 3. L'axe de ce losange déformé qui est perpendiculaire à la base commune des triangles formant le losange aplati, coupe l'axe longitudinal 301. Les coins de ce losange aplati sont de préférence aménagés par un congé respectif. Les cinq autres canaux longitudinaux situés sur le cercle intermédiaire 303 ont la même section transversale que le canal 303-1 et se déduisent de celui-ci par rotation successive d'angle π/3 par rapport à l'axe longitudinal 301.
Comme cela est visible sur la figure 4, chacun des canaux situés sur le cercle intermédiaire 303 est imbriqué entre deux canaux successifs respectifs situés sur le cercle intérieur 302. Par exemple, l'on voit que le canal 303-1 est partiellement disposé entre les canaux 302-1 et 302-2. Les canaux du cercle 302 sont avantageusement décalés d'un angle π/6 par rapport aux canaux du cercle 303.
Les canaux longitudinaux situés sur le cercle extérieur 304 sont au nombre de douze ; seuls quatre sont référencés sur la figure 4 par 304-la, 304-lb, 304-2a et 304-2b. En section transversale, le canal longitudinal 304-la a la forme générale d'un triangle rectangle, bien que l'angle en principe droit ait en fait 78 degrés dans l'exemple illustré du fait de la courbure externe de l'élément multicanal. Un premier côté de ce triangle est sensiblement parallèle et légèrement décalé par rapport à un rayon du contour extérieur de 1 ' élément multicanal 300 et son extrémité la plus éloignée de l'axe longitudinal 301 forme l'angle sensiblement droit du triangle avec un deuxième côté qui s'étend en direction opposée au rayon du contour extérieur précité. En fait, il est préféré que ce premier côté soit sensiblement orienté vers l'axe longitudinal 301 pour définir une cloison en forme de coin, s' élargissant progressivement de l'intérieur vers l'extérieur de l'élément multicanal 300. Par ailleurs, le deuxième côté du triangle peut être avantageusement circulaire et concentrique avec le contour extérieur de l'élément multicanal 300 au lieu d'être droit pour obtenir une paroi extérieure d'épaisseur constante. Les coins de ce triangle sont de préférence aménagés par un congé respectif. Le canal longitudinal 304-lb est adjacent au canal 304-la et est symétrique à celui-ci par rapport au rayon du contour extérieur de l'élément 300 auquel le premier côté précité du triangle formé par le canal 304-la est parallèle et légèrement décalé. Les cinq autres paires de canaux longitudinaux situés sur le cercle extérieur 304 ont la même section transversale que la paire de canaux 304-la et 304-lb et se déduisent de celle-ci par rotation successive d'angle π/3 par rapport à l'axe longitudinal 301. Comme cela est visible sur la figure 4, chaque paire de canaux successifs situés sur le cercle extérieur 304 est imbriquée entre deux canaux successifs respectifs situés sur le cercle intermédiaire 303. Par exemple, l'on voit que les canaux 304- la et 304-lb sont partiellement disposés entre les canaux 303- 1 et 303-2. Les paires de canaux du cercle 304 sont avantageusement décalées d'un angle π/6 par rapport aux canaux du cercle 303.
Comme cela est visible sur la figure 4, la couronne de canaux du cercle intérieur 302 et la couronne de canaux du cercle intermédiaire 303 sont enchevêtrées. De même, la couronne de canaux du cercle intermédiaire 303 et la couronne de canaux du cercle extérieur 304 le sont également, la relation 1 étant vérifiée dans les deux cas. A titre d'exemple de dimensionnement , l'élément multicanal 300 a un diamètre extérieur de 25 mm et l'épaisseur de la paroi extérieure au niveau des canaux situés sur le cercle 304 est de 2 mm. L'épaisseur des cloisons entre les différents canaux longitudinaux augmente progressivement de 0,8 mm à son extrémité dirigée vers l'intérieur pour aboutir à 1 mm à son extrémité opposée dirigée vers l'extérieur de l'élément 300. Le rayon du cercle 302 est de 3,8 mm, le rayon du cercle 303 est de 6,7 mm et le rayon du cercle 304 est de 9,1 mm. Pour chaque canal du cercle 302, le losange à une longueur de 5 mm suivant son axe coupant l'axe longitudinal 301 et une largeur de 3 mm suivant son axe perpendiculaire au précédent. Pour chaque canal du cercle 303, le losange aplati a une base commune de 3,4 mm avec le triangle isocèle pointant vers l'axe longitudinal 301 ayant une hauteur de 1,5 mm et l'autre triangle isocèle une hauteur de 2,7 mm. Pour chaque canal du cercle 304, le côté du triangle rectangle parallèle a un rayon de l'élément 300 présente une longueur de 2,55 mm et le côté perpendiculaire à celui-ci a une longueur de 2,85 mm. Ces dimensions sont données d'un congé à l'autre pour chaque forme de canal, chaque congé ayant un rayon de 0,5 mm. On a obtenu un diamètre hydraulique moyen de l'ensemble des canaux de 3 mm et une surface filtrante de 0,35 m2 pour un élément 300 de longueur 1,2 m. De plus, les rapports de dimension résultant de cet exemple de dimensionnement permettent d'obtenir un taux de recoupement T d'environ 0,5 pour les couronnes des cercles 302 et 303 et d'environ 0,83 pour les couronnes 303 et 304. On obtient également un angle entre les cloisons de séparation entre canaux des cercles 302 et 303 et des cercles 303 et 304 par rapport au rayon passant par leur milieu, respectivement d'environ 40 et 37 degrés.
La figure 5 représente une section transversale d'un élément multicanal 400 correspondant à un quatrième mode de réalisation de l'invention.
L'élément multicanal 400 est basé sur une structure similaire à celle de l'élément multicanal 300 de la figure 4.
La description détaillée faite au sujet de l'élément multicanal 300 vaut également pour l'élément multicanal 400, à l'exception des précisions et modifications suivantes.
L'élément multicanal 400 présente trois séries de canaux longitudinaux disposés sur les cercles 302, 303, 304 de manière similaire que pour l'élément multicanal 300. L'élément multicanal 400 comprend en outre un canal longitudinal central 401 de section transversale circulaire et concentrique avec les cercles 302, 303, 304. En section transversale, la forme des canaux situés sur les cercles 302, 303 et 304, leur nombre ainsi que les rayons respectifs des cercles 302, 303, 304 sont adaptés par rapport à la structure de l'élément multicanal 300, du fait de l'existence du canal central 401. Ainsi, les canaux situés sur le cercle 302 sont au nombre de dix et sont disposés comparativement plus vers l'extérieur de l'élément pour permettre l'agencement du canal central 401 et présentent une section en losange aplati. Il résulte que les canaux sur le cercle 302 se déduisent les uns des autres de préférence par rotation d'angle π/5 par rapport à l'axe longitudinal 301. Le nombre de canaux du cercle 303 a été similairement porté à dix, se déduisant avantageusement les uns des autres par rotation d'angle π/5 par rapport à l'axe longitudinal 301. En conséquence, le nombre de canaux sur le cercle 304 a été porté à vingt qui sont répartis en dix paires de canaux symétriques radialement de manière similaire que pour l'élément 300. Là également, les paires de canaux se déduisent avantageusement les unes des autres par rotation d'angle π/5 par rapport à l'axe longitudinal 301. La forme des canaux sur le cercle extérieur 304 a été modifiée. En fait, la forme générale de triangle rectangle a été prolongée en adossant son deuxième côté formant l'angle sensiblement droit et faisant face au contour extérieur de l'élément multicanal 300, à un rectangle ayant en commun avec le triangle ce deuxième côté. Les canaux ont en conséquence la forme générale d'un trapèze sensiblement rectangle dont la pointe est sensiblement orientée vers l'axe longitudinal 301, bien que les deux angles sensiblement droits de ce trapèze n'aient en fait que 78 degrés dans l'exemple illustré du fait de la courbure externe de l'élément multicanal et que les deux bases en principe parallèles du trapèze sont de préférence sensiblement orientées chacune vers l'axe longitudinal 301 pour former des cloisons d'épaisseur constante avec les canaux voisins. Le côté du canal proche de la périphérie est de préférence également circulaire et concentrique avec le contour extérieur de l'élément multicanal 400 au lieu d'être droit, pour obtenir une paroi extérieure d'épaisseur constante. Les coins de ce trapèze sont encore de préférence aménagés par un congé respectif. Les modifications de forme et de dimensions visent évidemment à harmoniser le diamètre hydraulique des différents canaux. Les canaux du cercle 303 sont maintenant de préférence décalés d'un angle π/10 par rapport aux canaux du cercle 302. De même, les paires de canaux du cercle 304 sont décalées d'un angle π/10 par rapport aux canaux du cercle 303.
Comme cela est visible sur la figure 5, la couronne de canaux du cercle intérieur 302 et la couronne de canaux du cercle intermédiaire 303 sont enchevêtrées, de même, la couronne de canaux du cercle intermédiaire 303 et la couronne de canaux du cercle extérieur 304 le sont également, la relation 1 étant vérifiée dans les deux cas.
A titre d'exemple de dimensionnement, l'élément multicanal 400 a un diamètre extérieur de 25 mm et l'épaisseur de la paroi extérieure au niveau des canaux situés sur le cercle 304 est de 1 mm. L'épaisseur des cloisons entre les différents canaux longitudinaux est de 0,6 mm. Le rayon du cercle 302 est de 4,4 mm, le rayon du cercle 303 est de 7,5 mm et le rayon du cercle 304 est de 10,3 mm. Le canal central 401 a un diamètre de 3 mm. Pour chaque canal du cercle 302, le losange aplati a une base commune de 2,55 mm avec le triangle isocèle pointant vers l'axe longitudinal 301 ayant une hauteur de 2,7 mm et l'autre triangle isocèle une hauteur de 1,4 mm. Pour chaque canal du cercle 303, le losange aplati a une base commune de 3,4 mm avec le triangle isocèle pointant vers l'axe longitudinal 301 ayant une hauteur de 1,3 mm et l'autre triangle isocèle une hauteur de 2 mm. Pour chaque canal du cercle 304, le côté commun au triangle et au rectangle a une longueur de 2,6 mm, la hauteur du triangle rectangle est de 1,6 mm et la largeur du rectangle est de 1,3 mm. Ces dimensions sont données d'un congé à l'autre pour chaque forme de canal, chaque congé ayant un rayon de 0,6 mm. On a obtenu un diamètre hydraulique moyen de l'ensemble des canaux de 2,7 mm et une surface filtrante de 0,5 m2 pour un élément multicanal 400 de longueur 1,2 m. De plus, les rapports de dimension résultant de cet exemple de dimensionnement permettent d'obtenir un taux de recoupement T d'environ 0,15 pour les couronnes des cercles 302 et 303 et d'environ 0,2 pour les couronnes 303 et 304 On obtient également un angle entre les cloisons de séparation entre canaux des cercles 302 et 303 et des cercles 303 et 304 par rapport au rayon passant par leur milieu, respectivement d'environ 49 degrés et 44 degrés
La figure 6 représente une section transversale d'un élément multicanal 500 correspondant à un cinquième mode de réalisation de l'invention.
L'élément multicanal 500 est basé sur la structure de l'élément multicanal 300 de la figure 4. La description détaillée faite au sujet de l'élément multicanal 300 vaut également pour l'élément multicanal 500, à l'exception des précisions et modifications suivantes. L'élément multicanal 500 a la forme d'un tube droit hexagonal au lieu de celle d'un tube droit rond comme c'est le cas de l'élément multicanal 300. Le contour extérieur de la section transversale de l'élément multicanal 500 décrit donc un hexagone dont le centre se situe évidemment sur l'axe longitudinal 501 du tube hexagonal ainsi défini. De préférence, les sommets de l'hexagone formé par le contour extérieur de l'élément multicanal 500 sont arrondis. La structure intérieure, c'est- à-dire la forme et la disposition des canaux longitudinaux, de l'élément multicanal 300 a été adaptée au contour hexagonal de l'élément 500. La forme et la disposition générales des canaux longitudinaux situés sur les cercles 302 et 303 n'ont pas été modifiées. En revanche, le cercle 304 et les canaux longitudinaux situés sur ce cercle ont été modifiés. En section transversale, les canaux longitudinaux qui correspondent à ceux situés sur le cercle 304 de l'élément multicanal 300 sont maintenant situés sur un hexagone 502. Cet hexagone 502 s'obtient par homothétie de centre situé sur l'axe longitudinal 501 et de rapport inférieur à 1, appliquée à l'hexagone formé par le contour extérieur de l'élément multicanal 500. Les canaux longitudinaux situés sur l'hexagone 502 ont la forme générale d'un triangle isocèle. Concernant un premier canal longitudinal 503-la, un premier côté du triangle qu'il forme est sensiblement parallèle et légèrement décalé par rapport à une droite passant par le centre et un sommet de l'hexagone 502. Le côté du triangle le plus proche de la périphérie de l'élément 500 est parallèle à cette périphérie. Les deux côtés du triangle non parallèles à la périphérie adjacente de l'élément multicanal 500 ont la même longueur. Les sommets de ce triangle sont de préférence aménagés par un congé respectif. Un deuxième canal longitudinal 503 -lb adjacent au canal 503-la et est symétrique au canal 503-la par rapport à la droite passant par le centre de l'hexagone 502 et un coin de celui-ci, droite à laquelle le premier côté précité du triangle formé par le canal 503-la est parallèle et légèrement décalé. Les cinq autres paires de canaux longitudinaux situés sur l'hexagone 502 ont la même section transversale que les canaux 304-la et 304-lb et se déduisent de ceux-ci par rotation successive d'angle π/3 par rapport à l'axe longitudinal 501. Comme cela est visible sur la figure 6, chaque paire de canaux successifs situés sur l'hexagone 502 est imbriquée entre deux canaux successifs respectifs situés sur le cercle intermédiaire 303 de la même manière que pour l'élément multicanal 300. L'on remarquera que les canaux du cercle porteur 303 peuvent également être considérés comme situés sur un hexagone porteur 504 du fait que le nombre de canaux est six et s'obtiennent les uns des autres par rotation d'angle π/3. On pourra ainsi définir un taux de recoupement T entre les couronnes extérieure et intermédiaire par rapport aux hexagones 502 et 504 et un taux de recoupement T' entre les couronnes intérieure et intermédiaire par rapport aux cercles 302 et 303. Comme cela est visible sur la figure 6, la couronne de canaux du cercle intérieur 302 et la couronne de canaux du cercle intermédiaire 303 sont enchevêtrées, de même, la couronne de canaux de l'hexagone intermédiaire 504 et la couronne de canaux de l'hexagone extérieur 502 le sont également, la relation 1 étant vérifiée dans les deux cas. Avec les rapports de dimensions illustrés sur la figure 6, on obtient un taux de recouvrement T de 1,4 et un taux de recouvrement T' de 0,5.
La figure 7 représente une section transversale d'un élément multicanal 600 correspondant à un sixième mode de réalisation de l'invention.
La forme extérieure de l'élément multicanal 600 est celle d'un tube droit rond. Ainsi, le contour extérieur de la section transversale de l'élément multicanal 600 décrit un cercle dont le centre se situe évidemment sur l'axe longitudinal 601 du tube rond ainsi défini. L'espace interne de l'élément multicanal 600 est subdivisé en deux séries de canaux longitudinaux. En section transversale, les canaux longitudinaux de chacune de ces deux séries sont disposés sur un cercle respectif 602 et 603. Les deux cercles 602 et 603 sont de préférence concentriques. Par ailleurs, les deux cercles sont avantageusement centrés sur l'axe longitudinal 601. Le rayon du cercle 602 est inférieur à celui du cercle 603. Les canaux longitudinaux situés sur le cercle intérieur
602 sont au nombre de quatre et sont référencés 602-1, 602-2, 602-3 et 602-4. En section transversale, le canal longitudinal 602-1 a la forme d'un croissant de lune disposé symétriquement sur un rayon du contour extérieur de l'élément multicanal 600. Les pointes du croissant de lune sont de préférence aménagées par un congé respectif. Les trois autres canaux longitudinaux 602-2, 602-3 et 602-4 ont la même section transversale que le canal 602-1 et se déduisent de celui-ci par rotation successive d'angle π/2 par rapport à l'axe longitudinal 601. Les canaux longitudinaux situés sur le cercle extérieur
603 sont aussi au nombre de quatre et sont référencés 603-1, 603-2, 603-3 et 603-4. En section transversale, le canal longitudinal 603-1 a la forme générale d'un cercle ou d'une ellipse. Si la forme choisie est une ellipse, le petit axe de l'ellipse est de préférence confondu avec le rayon du contour extérieur de l'élément multicanal 600 par rapport auquel le canal 602-1 est symétrique. De plus, la partie concave du croissant de lune formé par le canal 602-1 sert de berceau au cercle ou ellipse formée par le canal 603-1, ou autrement dit, le canal 603-1 est partiellement situé dans la zone concave du croissant de lune de la section transversale du canal 602-1. Les trois autres canaux longitudinaux 603-2, 603-3 et 603-4 ont la même section transversale que le canal 603-1 et se déduisent de celui-ci par rotation successive d'angle π/2 par rapport à l'axe longitudinal 601. Comme cela est visible sur la figure 7, la couronne de canaux du cercle intérieur 602 et la couronne de canaux du cercle extérieur 603 sont enchevêtrées, la relation 1 étant à l'évidence vérifiée.
Dans les différentes modes de réalisation de l'invention décrits en relation avec les figures 2 à 7, les cloisons de séparation entre canaux peuvent préférentiellement avoir une épaisseur constante, mais elles peuvent plus avantageusement s'élargir progressivement en partant depuis leur extrémité dirigée vers l'intérieur pour aller vers leur extrémité dirigée vers la périphérie extérieure de l'élément multicanal considéré, comme en rendent compte les exemples de dimensionnement donnés pour chaque figure.
Par ailleurs, la forme et le dimensionnement des différents canaux sont choisis pour que leurs rayons hydrauliques soient égaux à +/-20% près, de préférence à +/- 10% près. Pour cela, il est avantageux que les canaux des couronnes intérieures aient une forme générale de losange ou de losange aplati, et par ailleurs, que les canaux de la couronne la plus extérieure aient une forme générale de triangle ou de triangle adossé à un rectangle, éventuellement assemblés par paire symétrique. Les éléments multicanaux selon l'invention présentent de préférence la même section transversale sur toute leur longueur, permettant ainsi leur fabrication par extrusion à travers une filière avec par exemple une pâte céramique.
L'élément multicanal peut être utilisé tel quel, par exemple pour injecter du gaz réactionnel ou pour former des dispersions, gaz/liquide, liquide/liquide (émulsions) ou autres . L'élément multicanal peut aussi être associé à une bactérie (notamment immobilisée) , notamment pour la mise en œuvre de réactions aérobie.
L'élément multicanal peut aussi être associé à une zéolithe ou un catalyseur.
Les éléments multicanaux de la présente invention peuvent également être réalisés sous forme d'un support (macroporeux) sur lequel sont disposés une ou plusieurs couches filtrantes.
Les membranes ainsi obtenus sont particulièrement adaptées à la filtration tangentielle .
Ainsi, l'invention a aussi pour objet une membrane de filtration comprenant un élément multicanal selon l'invention, en association avec au moins une couche filtrante.
Les éléments multicanaux selon l'invention sont de préférence utilisés en filtration tangentielle, ce qui implique que les canaux sont traversant. Ils peuvent aussi être utilisés en filtration frontale auquel cas une extrémité de chaque canal est bouchée.
L'invention a encore pour objet un module de réaction et/ou de filtration comprenant au moins un élément multicanal selon l'invention (modifié ou non) ou au moins une membrane selon l'invention.
L'élément multicanal est composé d'un matériau classique. A titre d'exemple, il peut être composé d'une céramique fπttée, d'un métal fritte, de carbone poreux, d'un matériau composite, de composé organo-mméral ou organique. Le matériau constitutif peut être poreux ou dense, de préférence poreux. Préférentiellement , les éléments multicanaux de la présente invention peuvent être réalisés en céramique poreuse. Selon un mode de réalisation, le procédé d'extrusion comprend les étapes classiques, telles que:
(î) La préparation d'une pâte minérale comprenant une partie ou charge minérale, de préférence un liant et un solvant, avec éventuellement un défloculant et/ou un agent d'extrusion;
(n) La mise en forme par extrusion de ladite pâte; (m) La consolidation de cette forme par frittage. La partie minérale de ladite pâte comprend des particules d'un composé minéral qui formera après frittage le réseau poreux (homogène dans son volume) . Le composé minéral, avantageusement métallique est soit un composé non-oxyde, soit un oxyde métallique. Dans le cas où il s'agit d'un dérivé non- oxyde on choisira un dérivé du silicium ou de l'aluminium et préférentiellement le carbure de silicium, le mtrure de silicium ou le mtrure d' aluminium. Dans le cas où le composé métallique est un oxyde on choisira parmi les oxydes d'aluminium, de silicium ou des métaux des groupes IVA (groupe du titane) ou VA (groupe du vanadium) et de préférence l'alumine, l'oxyde de zirconium ou l'oxyde de titane. Ces oxydes peuvent être utilisés seul ou en mélange. La teneur en composé minéral dans la pâte sera comprise entre 50 et 90 % massique.
Le liant organique conférera à la pâte les propriétés rhéologiques nécessaires à l'extrusion et les propriétés mécaniques nécessaires pour obtenir une bonne cohésion du produit après l'extrusion. Ledit liant organique est de préférence, mais pas obligatoirement, un polymère hydrosoluble . Le polymère présentera par exemple, pour une solution à 2% massique, une viscosité mesurée à 20°C comprise entre 4 et lOPa/s. Ce polymère peut être choisi parmi les celluloses et leurs dérivés (HEC, CMC, HPC, HPMC, etc.), ou peut aussi être un acide polyacrylique, du polyethyleneglycol, un alcool polyvinylique, une cellulose microcπstalline, etc.. La pâte contiendra par exemple entre 2 et 10 % massique de liant organique.
Le solvant a pour rôle de disperser la partie minérale et le liant. Dans le cas où l'on utilise un polymère hydrosoluble, on choisira l'eau comme solvant; dans le cas ou le polymère n'est pas hydrosoluble on choisira un alcool par exemple 1 ' éthanol comme solvant. La concentration du solvant sera comprise par exemple entre 8 et 40% massique. Un défloculant soluble dans le solvant améliorera la dispersion des particules du composé métallique. On choisira par exemple un acide polyacrylique, un acide phospho-organique ou un alkyl-sulfonique . La teneur en défloculant est de l'ordre de 0 , 5 a 1 % massique.
Dans certains cas, on ajoutera un agent d'aide a l'extrusion tel qu'un polyethyleneglycol. La teneur en agent d'extrusion est de l'ordre de 0.5 a 1 % massique.
La mise en forme est réalisée classiquement par extrusion. A l'aide d'une vis ou d'un piston, la pâte est poussée au travers d'une filière complexe afin de prendre sa géométrie. Les ébauches de membranes sont recueillies au sortir de la filière, sechees à l'air libre afin d'éliminer l'eau ou le solvant, puis frittées à une température comprise entre 1300 et 1700°C pendant par exemple deux heures. Ce frittage se fait sous une atmosphère normale ou neutre (par exemple d'argon) dans le cas de pâte à base d'oxyde métallique, et sous atmosphère neutre (par exemple d'argon ou d'hélium) dans le cas où le compose métallique est un non-oxyde.
Le dispositif d'extrusion est un dispositif classique, à savoir il comprend une filière, avec disposée au centre de celle-ci une couronne supportant les pions qui formeront les canaux.
Les ébauches obtenues à la sortie du dispositif d'extrusion peuvent être sechées et/ou frittées dans des barillets tournants, par exemple selon la technique décrite dans le brevet FR-A-2229313 au nom de Ceraver. Ainsi, comme il ressort des figures et de la description ci-dessus, l'invention a plus particulièrement pour objet un élément multicanal caractérisé en ce que le canal (104) et /ou les couronnes (202, 302, 303, 504; 203, 303, 304, 502; 107) sont enchevêtré (es) au moins deux à deux, ou en d'autres termes sont tous ou toutes enchevêtrées.
Bien entendu, la présente invention n'est pas limit e aux exemples et modes de réalisation décrits et représentes, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art.

Claims

REVENDICATIONS
1. Elément multicanal, comprenant au moins une première couronne de canaux (202 ; 302 ; 303 ; 504) enchevêtrée avec une deuxième couronne de canaux (203 ;. 303 ; 304 ; 502).
2. Elément multicanal selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des cloisons agencées entre les canaux desdites première et deuxième couronnes est non- perpendiculaire à la droite passant par le centre desdites première et deuxième couronnes et le milieu de la cloison considérée .
3. Elément multicanal selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chacune des cloisons agencées entre les canaux desdites première et deuxième couronnes et la droite passant par le centre desdites première et deuxième couronnes et le milieu de la cloison considérée forme un angle compris entre 0 et 60 degrés, de préférence entre 0 et 45 degrés.
4. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le taux de recoupement entre ladite première couronne et ladite deuxième couronne est au moins égal à 0,4.
5. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième couronnes (202, 203 ; 302, 303 ; 303, 304) sont circulaires.
6. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites première et deuxième couronnes (504 ; 502) sont hexagonales.
7. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les canaux desdites première et deuxième couronnes ont chacun une forme choisie parmi les formes générales suivantes : - losange ;
- losange aplati ;
- triangle de préférence sensiblement isocèle ou rectangle ;
- trapèze de préférence sensiblement rectangle , - demi-quartier d'orange
8. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le nombre de canaux de ladite deuxième couronne est égal au nombre de canaux de ladite première couronne.
9. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le nombre de canaux de ladite deuxième couronne (304 ; 502) est le double du nombre de canaux de ladite première couronne (303 ; 504) .
10. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les canaux de ladite première couronne ont tous une même forme.
11. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les canaux de ladite deuxième couronne ont une forme différente des canaux de ladite première couronne .
12. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les canaux de ladite deuxième couronne ont tous une même forme.
13. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que ladite deuxième couronne (203 ; 304 ; 502) est constituée d'une pluralité de paires de canaux adjacents (105-la, 105-lb ; 304-la, 304-lb ;503-la, 503-lb), chacune desdites paires de canaux adjacents comprenant un premier canal et un deuxième canal symétrique au premier canal par rapport à une droite passant par le centre desdites couronnes.
14. Elément multicanal selon la revendication 13, caractérisé en ce que chacune desdites paires de canaux est disposée entre deux canaux successifs de ladite première couronne.
15. Elément multicanal selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce que le nombre de couronnes de canaux est deux et en ce que les canaux de ladite première couronne (202) ont la forme générale d'un losange aplati et les canaux de ladite deuxième couronne (203) ont la forme générale d'un demi-quartier d'orange.
16. Elément multicanal selon la revendication 13 ou 14, caractérisé en ce qu'une troisième couronne de canaux (302) est enchevêtrée avec ladite première couronne (303), ladite troisième couronne ayant le même nombre de canaux que ladite première couronne et en ce que la forme générale des canaux desdites première et troisième couronnes est un losange ou un losange aplati et la forme générale des canaux de ladite deuxième couronne est un triangle de préférence sensiblement rectangle ou isocèle ou un trapèze de préférence sensiblement rectangle.
17. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que la forme des canaux desdites couronnes est aménagée par des congés de raccordement .
18. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que les canaux ou lesdites paires de canaux adjacents desdites première et deuxième couronnes sont disposés à intervalle régulier sur leur couronne respective.
19. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 18, comprenant en outre un canal central (401) de préférence circulaire ou polygonal régulier.
20. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que les cloisons agencées entre les canaux desdites couronnes ont une épaisseur sensiblement identique.
21. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que les cloisons agencées entre les canaux desdites couronnes s'élargissent progressivement en partant depuis leur extrémité dirigée vers l'intérieur dudit élément multicanal pour aller vers leur extrémité dirigée vers l'extérieur dudit élément multicanal .
22. Elément multicanal, comprenant une couronne de canaux (107) enchevêtrée avec un canal central (104) .
23. Elément multicanal selon la revendication 22, caractérisé en ce que la couronne de canaux comprend 3 ou 4 canaux.
24. Elément multicanal selon la revendication 22 ou 23, caractérisé en ce que le canal central a la forme générale d'un triangle.
25. Elément multicanal selon la revendication 24, caractérisé en ce que ladite couronne est constituée par trois canaux en forme de quartier d'orange.
26. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 22 à 25, caractérisé en ce que le contour extérieur dudit élément est circulaire.
27. Elément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 26, caractérisé en ce que le canal (104) et/ou les couronnes (202, 302, 303, 504; 203, 303, 304,
502; 107) sont enchevêtré (es ) au moins deux à deux.
28. Procédé de fabrication d'un élément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 27, dans lequel ledit élément multicanal est obtenu par extrusion.
29. Membrane de filtration comprenant un élément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 a 27, en association avec au moins une couche filtrante.
30. Module de réaction et/ou de filtration comprenant au moins un élément multicanal selon l'une quelconque des revendications 1 à 27 ou au moins une membrane selon la revendication 29.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9873088B2 (en) 2011-05-17 2018-01-23 Natrix Separations Inc. Layered tubular membranes for chromatography, and methods of use thereof
US11884701B2 (en) 2008-09-02 2024-01-30 Merck Millipore Ltd. Chromatography membranes, devices containing them, and methods of use thereof

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2876922B1 (fr) * 2004-10-27 2007-01-12 Orelis Sa Support monolithe poreux d'un element de filtration
US20060090649A1 (en) * 2004-10-29 2006-05-04 Wei Liu High separation area membrane module
US7169213B2 (en) * 2004-10-29 2007-01-30 Corning Incorporated Multi-channel cross-flow porous device
DE102004060183B4 (de) * 2004-12-14 2011-06-16 Saint-Gobain Industriekeramik Rödental GmbH Tangentialflussfilter mit optimierter Leitungskanalgeometrie und -anordnung
US8182428B2 (en) * 2005-07-26 2012-05-22 Surf Technology As Dual frequency band ultrasound transducer arrays
JP4945769B2 (ja) * 2005-07-26 2012-06-06 サーフ テクノロジー アクティーゼルスカブ 二重周波数帯域の超音波送受波器アレイ
US20090003633A1 (en) * 2006-01-04 2009-01-01 Applexton Filter Element
GB0710265D0 (en) * 2007-05-30 2007-07-11 Phoenix Ipr Ltd Membrane structures and their production and use
US9017436B2 (en) 2008-08-26 2015-04-28 Dcns Fuel processing systems with thermally integrated componentry
US20100055518A1 (en) * 2008-08-26 2010-03-04 Idatech, Llc Hydrogen-producing assemblies, fuel cell systems including the same, methods of producing hydrogen gas, and methods of powering an energy-consuming device
FR2957267B1 (fr) 2010-03-10 2012-04-27 Technologies Avancees Et Membranes Ind Nouvelle geometrie de support et membrane de filtration
FR2970422B1 (fr) * 2011-01-13 2013-02-08 Technologies Avancees Et Membranes Ind Nouvelle geometrie d'elements de filtration
FR3021231B1 (fr) * 2014-05-22 2018-02-16 Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen Filtres tangentiels
JP6553419B2 (ja) * 2015-06-12 2019-07-31 日本特殊陶業株式会社 分離膜支持体、分離膜構造体及び分離膜構造体モジュール
CN115957630A (zh) * 2021-10-12 2023-04-14 三达膜科技（厦门）有限公司 一种多通道管式陶瓷膜支撑体
FR3131544B1 (fr) 2021-12-30 2024-01-05 Tech Avancees Et Membranes Industrielles Dispositif et procédé pour la fabrication par extrusion d’un support poreux avec un canal central rectiligne et des canaux non rectilignes

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4417908A (en) * 1982-02-22 1983-11-29 Corning Glass Works Honeycomb filter and method of making it
US4416676A (en) * 1982-02-22 1983-11-22 Corning Glass Works Honeycomb filter and method of making it
US4781831A (en) * 1986-12-19 1988-11-01 Goldsmith Robert L Cross-flow filtration device with filtrate flow conduits and method of forming same
DE4134223C1 (fr) * 1991-10-16 1992-11-12 Stora Feldmuehle Ag, 4000 Duesseldorf, De
FR2696947B1 (fr) * 1992-10-20 1994-11-25 Ceramiques Tech Soc D Module de filtration, de séparation, de purification de gaz ou de liquide, ou de transformation catalytique.
FR2720953B1 (fr) * 1994-06-08 1996-08-30 Tami Ind Elément inorganique multicanal pour la filtration d'un fluide.
FR2724850B1 (fr) * 1994-09-28 1997-08-01 Tech Sep Support monolithe poreux pour membrane de filtration
FR2741821B1 (fr) * 1995-12-05 1998-02-20 Tami Ind Element tubulaire inorganique de filtration presentant une surface de filtration et une resistance mecanique accrues
US5641332A (en) * 1995-12-20 1997-06-24 Corning Incorporated Filtraion device with variable thickness walls
EP0787524B1 (fr) * 1996-01-31 2002-08-14 Corning Incorporated Filtre et procédé d'utilisation
EP0854123B1 (fr) * 1996-08-07 2006-04-05 Denso Corporation Ceramique nid d'abeille et procede de fabrication
US6077436A (en) * 1997-01-06 2000-06-20 Corning Incorporated Device for altering a feed stock and method for using same
JP3067740B2 (ja) * 1997-08-20 2000-07-24 住友電気工業株式会社 セラミックス製フィルターモジュール
FR2776287B1 (fr) * 1998-03-20 2000-05-12 Ceramiques Tech Soc D Materiau ceramique poreux massif homogene
FR2776286B1 (fr) * 1998-03-20 2000-05-12 Ceramiques Tech Soc D Fibre ceramique poreuse multi-canal
FR2786710B1 (fr) * 1998-12-04 2001-11-16 Ceramiques Tech Soc D Membrane comprenant un support poreux et une couche d'un tamis modeculaire et son procede de preparation
FR2789908B1 (fr) * 1999-02-19 2002-05-31 Ceramiques Tech Soc D Nappe d'elements de filtration, separation ou reaction, module comprenant une telle nappe et procedes de fabrication d'une telle nappe et d'un tel module

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO0162370A1 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11884701B2 (en) 2008-09-02 2024-01-30 Merck Millipore Ltd. Chromatography membranes, devices containing them, and methods of use thereof
US9873088B2 (en) 2011-05-17 2018-01-23 Natrix Separations Inc. Layered tubular membranes for chromatography, and methods of use thereof
US10874990B2 (en) 2011-05-17 2020-12-29 Merck Millipore Ltd. Layered tubular membranes for chromatography, and methods of use thereof

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