FR2497331A1 - Dispositif de traversee (ou de permeation) avec joint en forme de coupe - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE DES DISPOSITIFS DE PERMEATION 100 COMPORTANT DES MEMBRANES A FIBRES CREUSES POUR LA SEPARATION DES FLUIDES NOYEES DANS UNE FEUILLE DE TUBES 120, OU LA FEUILLE DE TUBES EST PLACEE EN RELATION ETANCHE AUX FLUIDES A L'INTERIEUR DU DISPOSITIF PAR UN JOINT EN FORME DE COUPE 140. LE JOINT EN FORME DE COUPE EST CONSTITUE D'UNE BAGUE EN MATERIAU POLYMERE QUI ENTOURE SENSIBLEMENT UN ELEMENT ELASTIQUE ET COOPERE AVEC LUI POUR CONSTITUER UN JOINT ETANCHE AUX FLUIDES MIS EN OEUVRE PAR LA PRESSION AINSI QUE DE LUI-MEME.

Description

1. La présente invention concerne des dispositifs tels que des échangeurs

de chaleur et des dispositifs de traversée (ou de perméation) qui contiennent des tubes se

présentant sous la forme de feuilles. Un aspect particuliè-

rement intéressant de la présente invention concerne des dis- positifs de perméation perfectionnés utilisant des membranes à fibres creuses dans lesquelles les membranes sont noyées dans une feuille de tubes et les trous des fibres creuses s'étendent pour constituer des passages de fluide à travers

la feuille.

Des appareils tels que les échangeurs de chaleur

et les dispositifs de perméation comportent des tubes posi-

tionnés à l'intérieur d'une enveloppe tubulaire, avec au moins une extrémité de chaque tube noyée dans une feuille de tubes. Un des buts de la feuille de tubes est de fixer les tubes d'une manière telle qu'il y ait une étanchéité aux

fluides à l'intérieur de la feuille. Cette feuille doit pré-

senter une barrière suffisamment puissante au courant du fluide pour que, dans des conditions de fonctionnement o

des pressions différentielles souvent importantes sont pré-

sentes de part et d'autre de la feuille de tubes, elle ne

se rompe pas ou sinon ne perde pas son intégrité,permet-

tant par conséquent au fluide de la traverser. Par consé-

2. quent, dans de nombreux cas, la feuille de tubes a une épaisseur importante de façon à assurer l'obtention d'une relation étanche aux fluides avec les tubes et à avoir

l'assurance qu'elle supportera toute pression différentiel-

le à laquelle elle pourra être soumise pendant le fonction- nement. La feuille de tubes peut alors être fixée dans l'appareil de façon étanche aux fluides pour que le fluide ne passe pas sur son pourtour entre le côté enveloppe et le côté trous des tubes. De petites fuites se produisant

autour de la feuille de tubes peuvent avoir un effet néfas-

te sur les performances d'un échangeur de chaleur, et l'effet sur les performances d'un dispositif de perméation

peut souvent être encore plus sérieux car le fluide ne tra-

versant pas peut passer du côté de la membrane o il y a

sortie du fluide ayant traversé et réduire la sélectivi-

té de séparation de celle-ci. La présente invention concerne des perfectionnements de l'étanchéité aux fluides autour de

la feuille de tubes.

Dans certaines opérations, une feuille de tubes peut être soumise à des environnements qui ont tendance à provoquer la dilatation ou la contraction du matériau la constituant ainsi qu'éventuellement des matériaux entrant

dans la composition des tubes et de l'enveloppe. Ces dila-

tations ou contractions peuvent être dues à la température et/ou à la présence d'espèces chimiques dans les courants en cours de traitement dans l'appareil qui affectent l'un des matériaux constituant les feuilles de tubes, les tubes ou les enveloppes. De telles dilatations et/ou contractions peuvent soulever plusieurs problèmes, en particulier parce que des matériaux dissemblables sont toujours utilisés pour la constitution des tubes, des feuilles de tubes, et de

l'enveloppe. Par exemple, un changement relatif des dimen-

sions (appelé ci-après "différentiel de dilatation") entre la feuille de tubes et l'enveloppe peut poser des problèmes d'obtention d'un joint étanche aux fluides. Si, par exemple, à cause de l'environnement rencontré en fonctionnement, une 3.

feuille de tubes, qui est placée à l'intérieur d'une enve-

loppe se dilate davantage que l'enveloppe, des forces par trop importantes peuvent être produites qui provoquent un endommagement de l'enveloppe ou de la feuille de tubes. De plus, des différentiels de dilatation similaires peuvent se produire entre la feuille de tubes et le tube avec comme conséquence des effets néfastes semblables. En outre, étant

donné que dans de nombreuses applications les feuilles de tu-

bes comportent souvent deux zones, par exemple une zone ayant une densité en tubes relativement élevée et une zone

environnante concentrique comportant peu de tubes si toute-

fois elle en comporte, chaque zone peut présenter des pro-

priétés différentes de dilatation et de contraction, ce qui

a pour effet d'augmenter le risque d'endommagement à l'inté-

rieur de lafeuille de tubes à l'interface entre ces zones.

En outre, parmi les matériaux entrant dans la fabrication

des feuilles de tubes et des tubes, on a trouvé que les ré-

sines étaient particulièrement intéressantes, y compris les résines synthétiques et les résines naturelles, résines qui

peuvent être appliquées aux tubes ou coulées autour des tu-

bes sous forme liquide, puis solidifiées, par exemple par chauffage. Cependant, ces matériaux résineux sont souvent enclins à présenter un gonflement important en présence de nombreux produits chimiques qui peuvent être présents dans les courants traités par l'appareil. Il en résulte que des

problèmes encore plus sérieux de différentiels de dilata-

tion peuvent se poser.

Un type d'appareil qui peut être particulièrement affecté par ces problèmes de différentiels d'expansion sont les dispositifs de traversée (ou perméation). Les dispositifs de perméation sont utilisés pour la séparation d'au moins un fluide dans un mélange de fluides contenant au moins un autre

composant o la séparation est effectuée par des membranes.

La séparation effectuée par des membranes peut concerner les gaz-gaz, les gaz-liquides, et les liquides-liquides (y compris les corps solides dissous dans les liquides). Un fluide peut traverser la membrane par interaction avec les 4.

matériaux de la membrane ou par circulation dans les inter-

stices ou pores présents dans la membrane. Dans les sépara-

tions par membrane un fluide perméable du mélange de flui-

des entrant passe, sous l'effet d 'une force d'entraînement telle qu'une concentration, une pression partielle, une pression totale, etc. (suivant la nature de l'opération de

séparation par membrane) d'un côté d'alimentation de la mem-

brane à un côté de sortie du fluide ayant pénétré de cette

membrane.Généralement,la forme d'entraînement implique le main-

tien d'une pression différentielle de chaque côté de la membrane et plus cette pression différentielle est grande,

plus le flux du fluide pénétrant est grand et moins la sur-

face nécessaire de membrane est grande.

Les membranes ayant la forme de tubes, par exem-

ple, en fibres creuses ou filaments creux, sont particuliè-

rement intéressantes en ce sens que les fibres creuses se maintiennent généralement d'elles-mêmes, même à des pressions

différentielles relativement élevées, et donnent une surfa-

ce de membrane par unité de volume du dispositif de perméa-

tion plus grande que la surface pouvant être obtenue, par exemple, par des membranes à film. Ainsi, les dispositifs de perméation contenant des fibres creuses peuvent être intéressants sur le plan de la commodité, des dimensions et d'une moins grande complexité de réalisation. Cependant,

pour être intéressants sur le plan industriel, les disposi-

tifs de perméation doivent être à même de supporter les con-

ditions de fonctionnement auxquels ils sont soumis pendant

des opérations de séparation et être relativement non com-

plexes et facilement montables afin de simplifier le con-

trôle en fabrication et les réparations.

Les dispositifs de perméation contenant des mem-

branes à fibres creuses sont utilisés dans les opérations

de dessalement, d'ultrafiltration et d'hémodialyse.En géné-

ral, ces opérations de séparation créent des environne-

ments qui ne sont pas à l'origine d'un gonflement excessif

des feuilles de tubes. Compte tenu des environnements re-

lativement peu hostiles que rencontrent ces dispositifs de 5.

perméation dans des opérations de dessalement, d'ultrafil-

tration et d'hémodialyse, les feuilles de tubes peuvent être

réalisées d'une manière relativement peu complexe. Par exem-

ple, dans les unités d'hémodialyse telles que décrites par Geen et autres dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4.001.110, la feuille de tubes est simplement coulée dans l'enveloppe de sorte que son matériau résineux adhère aux membranes à fibres creuses et à la surface intérieure de l'enveloppe. En variante, une feuille de tubes dans laquelle sont enfouies les membranes à fibres creuses peut être préparée séparément, puis insérée à l'intérieur d'une enveloppe de dispositif de perméation. Par exemple, Mahon dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique nu 3.228.877 décrit un dispositif de perméation o les membranes à fibres creuses sont noyées

dans un matériau de collage placé à l'intérieur d'un accou-

plement et le matériau de collage est en contact étanche aux fluides avec l'accouplement. Ltaccouplement est alors placé dans une plaque de distributeur de façon à assembler le

dispositif de perméation.

Un moyen rencontré généralement pour fixer une feuil-

le de tubes à l'intérieur d'une enveloppe consiste à utili-

ser des joints toriques qui sont positionnés autour de la

feuille de tubes et sont en contact avec la surface intérieu-

re de cette enveloppe de façon à assurer l'étanchéité aux

fluides recherchée. L'utilisation de joints toriques est dé-

crite par exemple par McLain dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3.422.008; par Caracciolo dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3. 528.553; par McNamara et autres dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3.702.658; par Clarke dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 4. 061.574

et par Teijin Limited dans le brevet anglais n0 1.432.018.

Les moyens de fixation d'une feuille de tubes à

l'intérieur d'une enveloppe cités ci-dessus semblent ne pré-

senter aucune zone permettant d'absorber des différentiels

de dilatation et dépendre aussi de l'existence de toléran-

ces serrées entre la feuille de tubes et l'enveloppe de sor-

6. te que les joints toriques ou analogues peuvent assurer l'étanchéité nécessaire aux fluides. Les différentiels de dilatation inévitables, dus par exemple à des variations de température, des agents de gonflement dans les fluides en cours de traitement, etc. peuvent être à l'origine de dif-

ficultés importantes.

Dans une autre proposition, Carey et autres décri-

vent dans le brevet des Etats-Unis deAmérique nO 3.760.949

une feuille de tubes qui est constituée d'un agent de scel-

lement en élastomère et a la forme d'un bouchon conique dont le point le plus étroit est proche de l'extrémité. L'agent

en élastomère est maintenu à l'intérieur d'un élément coni-

que inverse apparié qui est inséré dans l'enveloppe du dis-

positif de perméation. Une plaque poreuse est placée à l'ex-

trémité de l'agent de scellement en élastomère, de façon à maintenir celui-ci à l'intérieur de l'élément apparié. Alors

que la nature élastomérique de la feuille de tubes peut per-

mettre un déplacement suffisant de celle-ci de façon qu'aucun problème excessif dû à des différentiels de dilatation

n'existe, il se peut que le matériau élastomère de la feuil-

le de tubes ne soit pas apte à conférer la résistance sou-

haitée à la feuille et augmente les difficultés de manuten-

tion de la feuille et d'assemblage du dispositif de perméa-

tion. Un perfectionnement qui permet l'utilisation de la

technologie des dispositifs de perméation dans des environ-

nements plus difficiles, tels que courants de purge gazeux et courants de déchets liquides, qui peuvent contenir des espèces pouvant provoquer le gonflementdu matériau de la feuille de tubes est décrit par Bollinger et autres dans le

brevet anglais ns 2.060.434 du 7 mai 1981. Dans l'une des ca-

ractéristiques de cette invention, un dispositif de perméa-

tion est décrit dans lequel les tubes sont noyés dans une

feuilie de tubes en relation étanche aux fluides. Une entre-

toise tubulaire entoure sensiblement la feuille de tubes

sur au moins une partie de la surface latérale de la feuille.

L'entretoise tubulaire sert à positionner la feuille de tubes 7. à l'intérieur de l'appareil.La feuille de tubes comporte au

moins une zone en surélévation entre la face côté "fais-

ceau" et la face extérieure opposées et comporte une zone en

prolongement de plus grandes dimensions en coupe que les di-

mensions correspondantes de la plus petite des faces. La ré-

gion en surélévation est prévue pour buter contre l'entretoi-

se tubulaire.

Dans l'appareil de Bollinger et autres, il est te-

nu compte des différentiels de dilatation entre la feuille de

tubes et l'enveloppe tout en maintenant la relation souhai-

tée d'étanchéité aux fluides à travers la feuille. L'appa-

reil peut supporter de hautes pressions différentielles de

part et d'autre de la feuille de tubes.

Cependant, Bollinger et autres utilisent des joints toriques pour assurer l'étanchéité aux fluides sur la largeur de la feuille de tubes, isolant les trous ouverts des

fibres creuses se terminant à la face extérieure de la feuil-

le et à la surface extérieure des fibres creuses. Les joints

toriques sont souvent assis dans une rainure de maintien an-

nulaire pratiquée, par exemple, dans le chapeau de fermetu-

re d'extrémité ou dans la face en contact avec la feuille

de tubes de l'entretoise tubulaire.

Alors que l'utilisation d'une entretoise tubulai-

re avec une feuille de tubes minimise les effets des dilata-

tions différentielles parmi les tubes, l'enveloppe, la feuil-

le de tubes et l'entretoise, il reste toujours difficile de

maintenir l'étanchéité par joint torique dans certaines cir-

constances. Par exemple, le matériau en polymère du joint torique peut être détérioré par certains environnements de sorte que le joint perd l'élasticité nécessaire au maintien de l'étanchéité aux fluides. Le matériau en polymère du joint torique peut aussi absorber des quantités suffisantes de

fluide telles que des gaz à haute pression, pour que ses di-

mensions changent. Par exemple, un joint torique gonflé peut être extrait entièrement ou en partie d'une gorge de maintien

de sorte que l'étanchéité aux fluides ne peut être maintenue.

Dans certaines réalisations de dispositifs de per-

8. méation tels que les dispositifs décrits par Bollinger et

autres, il est permis à la feuille de tubes de coulisser.

Cela est souvent avantageux en ce sens que l'agencement

peut agir en clapet de sûreté pour décharger le fluide sou-

mis à de hautes pressions'potentiellement néfastes entre le côté trous des fibres creuses vers le côté enveloppe de ces

fibres o règnent des pressions plus basses. Cela est per-

mis par la pression différentielle,provoquant un soulève-

ment hors du joint torique de la feuille de tubes qui est à même de coulisser. Un tel soulèvement de la feuille peut également se produire chaque fois qu'il y a une pression plus élevée de fluide du côté trous de la membrane à fibres creuses comme cela peut arriver fréquemment pendant un arrêt de routine ou d'urgence du dispositif de perméation. Le joint torique peut être délogé de son siège, par exemple, d'une gorge annulaire de maintien, pendant le soulèvement de la feuille de tubes. Souvent, l'étanchéité aux fluides n'est

pas maintenue lorsque la feuille de tubes revient en con-

tact avec le joint torique.

Dans la présente invention, on prévoit un appa-

reil contenant des tubes noyés dans des feuilles de tubes essentiellement imperméables au fluide, o les problèmes du maintien d'un joint étanche aux fluides autour de la feuille de tubes sont minimisés même lorsque cette feuille apte à

coulisser est soulevée pour libérer la haute pression po-

tentiellement néfaste, et même lors d'une utilisation dans des environnements pouvant détériorer l'élasticité ou les

dimensions du moyen d'étanchéité. Ces améliorations de l'étan-

chéité sont obtenues dans des dispositifs de perméation présentant un jeu suffisant entre la feuille de tubes et les

autres éléments du dispositif, tels que l'enveloppe et l'en-

tretoise tubulaire, de sorte que des différentiels de dila-

tation importants peuvent être contenus.

Un appareil selon la présente invention comprend

une enveloppe tubulaire allongée ayant au moins une extré-

mité ouverte; un chapeau de fermeture d'extrémité essentiel-

lement imperméable aux fluides fixé de manière étanche à 9.

l'enveloppe tubulaire et la recouvrant à au moins une extré-

mité ouverte, ce chapeau de fermeture comportant au moins un

orifice de passage de fluide, une pluralité de fibres creu-

ses qui sont généralement parallèles et s'étendent longitudi-

nalement de façon à former au moins un faisceau dans l'enve-

loppe tubulaire; une feuille de tubes essentiellement imper-

méable aux fluides dans laquelle les fibres creuses du fais-

ceau sont noyées d'une manière étanche aux fluides de façon que leurs trous constituent des passages de fluide dans la lu feuille, cette feuille ayant une face côté faisceau à partir

de laquelle s'étendent les fibres creuses dans ledit fais-

ceau pour entrer dans l'enveloppe tubulaire, une face exté-

rieure sur la surface de laquelle les trous des fibres creu-

ses débouchent,et une surface latérale s'étendant entre la face côté faisceau et la face extérieure; et un moyen d'étanchéité agencé de manière que les trous des fibres creuses constituant les passages de fluide dans la feuille de tubes soient en relation étanche aux fluides autour de l'extérieur de la feuille vis-à-vis de l'extérieur des fibres creuses s'étendant à partir. de la feuille de tubes; o le moyen d'étanchéité comprend au moins un joint en forme de

coupe comportant une bague en polymère ayant une surface con-

cave et une surface extérieure, cette bague entourant sensi-

blement un élément élastique avec lequel elle coopère de fa-

çon que l'élément élastique puisse être comprimé pour créer une force dirigée vers l'extérieur agissant sur les parties

généralement opposées de la surface extérieure.

Selon l'un des aspects de la présente invention,

l'appareil comporte une entretoise tubulaire rigide entou-

rant sensiblement une surface latérale de la feuille de tu-

bes sur au moins une partie de la distance séparant la fa-

ce extérieure et la face côté faisceau de la feuille de tu-

bes o cette entretoise définit une ouverture prévue pour

recevoir la surface latérale de la feuille de tubes,l'ou-

verture ayant une section qui est suffisamment grande pour former un espace entre l'entretoise tubulaire et la surface

latérale de la feuille de tubes afin d'accepter des diffé-

10.

rentiels de dilatation entre l'entretoise et la feuille.

Le moyen d'étanchéité de ljappareil de la présen-

te invention assure une relation étanche aux fluides autour de l'extérieur de la feuille de tubes de façon à isoler l'extérieur des fibres creuses s'étendant depuis la face cô- té faisceau de la feuille de tubes à partir des trous des fibres creuses qui constituent des passages de fluide dans la feuille de tubes. Le moyen d'étanchéité comprend au moins un joint en forme de coupe comprenant une bague en polymère coopérant avec un moyen élastique o des parties généralement opposées de la surface extérieure de la bague assurent une relation étanche aux fluides autour de la

feuille de tubes. Par exemple, des parties de la surface ex-

térieure du joint en forme de coupe peuvent être en con-

tact étanche avec la feuille de tubes et l'enveloppe, avec la feuille de tubes et le chapeau de fermeture d'extrémité,

ou avec la feuille de tubes et une entretoise tubulaire, el-

le-même en relation étanche aux fluides avec le reste du dispositif de perméation. D'autres agencements permettant d'établir un contact étanche de la surface extérieure du

joint en forme de coupe sont évidemment possibles.

La bague en polymère du joint en forme de coupe

utilisée dans les dispositifs de perméation de la présen-

te invention a une surface concave qui entoure sensiblement un élément élastique avec lequel elle coopère pour créer une force dirigée vers l'extérieur qui agit sur des parties

généralement opposées de la surface extérieure de la bague.

Dans certains cas, il peut s'avérer préférable que l'élément

élastique soit totalement entouré par la bague en polymère.

L'élément élastique peut être un ressort d'extension, par

exemple un ressort métallique d'extension ou un joint tori-

que en élastomère. Des ressorts métalliques d'extension peuvent être constitués de n'importe quel métal, mais les alliages résistant à la corrosion sort recommandés. Parmi ces alliages résistant à la corrosion figurent les alliages inoxydables, tels que l'acier inoxydable 304 ou 316; les alliages dits Inconel tels que l'Inconel 718 ou l'Inconel 11.

X-750; ou les alliages dits Hastelloys, tels que l'Hastel-

loy C. Les ressorts métalliques d'extension peuvent avoir diverses configurations, par exemple se présenter sous la forme de ressorts en U fabriqués à partir de métal perforé ou expansé. Un type recommandé est un ressort à fil métalli- que plat enroulé hélicoldalement. Les joints toriques en

élastomère peuvent être en néoprène, en silicone, en fluo-

rosilicone ou en matériau dit Viton.

La bague en polymère peut être constituée de n'im-

porte quel polymère. Un matériau polymère recommandé est chimiquementinerte aux espèces chimiques des fluides en cours

de traitement dans le dispositif de perméation et peut fonc-

tionner dans une vaste gamme de températures,par exemple,

entre environ -641C et environ 1271C. Les matériaux recom-

mandés comprennent les polymères de fluorocarbone tels que le matériau dit Teflon. Souvent, le matériau polymère peut comprendre une charge, par exemple en graphite, carbone/

graphite, fibre de verre/disulfure de molybdène.

Les joints en forme de coupe recommandés pour les dispositifs de perméation de la présente invention sont des

joints à ressort tels que les joints dit Omniseal de la sé-

rie 300 fabriqués par la société dite Fluorocarbon Company.

Une configuration recommandée de l'Omniseal est une bague en téflon renfermant partiellement un ressort à fil plat

hélicoïdal en acier inoxydable.

Une telle bague en polymère entourant sensible-

ment l'élément élastique constitue un dispositif d'étanchéi-

té à la fois actionné par pression et auto-actionné. Cette

bague est généralement installée entre deux surfaces d'étan-

chéité, par exemple, entre l'enveloppe et'la feuille de tu-

bes du dispositif de perméation, o la distance entre les

surfaces d'étanchéité est généralement inférieure à la dis-

tance séparant les surfaces extérieures opposées de la ba-

gue. Dans une telle installation, la bague en polymère com-

prime l'élément élastique de façon à fournir une force suf-

* fisante sur les parties généralement opposées de la surfa-

ce extérieure de la bague et assurer une relation étanche 12. aux fluides mise en oeuvre d'elle-même entre les surfaces d'étanchéité. Dans la plupart des installations, il y aura une presion différentielle de part et d'autre de la bague en polymère pendant le fonctionnement. Lorsqu'un fluide à haute pression agira sur la surface intérieure ou concave de la bague, une composante de force dirigée vers l'extérieur due à la pression différentielle agira sur au moins une partie

de la bague en polymère pour faciliter l'obtention d'une re-

lation d'étanchéité aux fluides avec les surfaces d"étanchéï-

té en contact avec la bague.

La présente invention sera bien comprise lors de

la description suivante faite en liaison avec les dessins

ci-joints dans lesquels: La figre l est une représentation schématique d'une coupe longitudinale d'un dispositif de perméation selon la

présente invention comportant un joint en forme de coupe si-

tué dans un siège à la périphérie intérieure de l'envelop-

pe, qui forme un joint étanche aux fluides entre l'envelop-

pe et la feuille de tubes; La figure 2 est une représentation schématique

d'une vue partielle de la coupe longitudinale d'un disposi-

tif de perméation selon la présente invention,o l'entretoi-

se tubulaire placée sur un flasque entoure la feuille de tu-

bes, et la feuille de tubes est en relation étanche aux flui-

des avec l'entretoise tubulaire; La figure 3 est une représentation schématique d'une vue partielle de la coupe longitudinale d'un dispositif de

perméation selon la présente invention o l'entretoise tu-

bulaire est en une pièce avec le chapeau de fermeture d'ex-

trémité. L'extrémité de la feuille de tubes comporte égale-

ment des rainures peu profondes qui facilitent la dissipa-

tion de la haute pression côté trous potentiellement néfas-

te lorsque la feuille de tubes apte à coulisser se soulève de l'entretoise tubulaire sur laquelle elle bute; La figure 4 est une représentation schématique

d'une vue partielle d'une coupe longitudinale d'lun disposi-

13.

tif de perméation selon la présente invention o l'entretoi-

se tubulaire placée sur un flasque comporte un siège de

joint dans la surface extrême butant contre la feuille de tu-

bes; La figure 5 est une représentation schématique

d'une vue partielle d'une coupe longitudinale d'un disposi-

tif de perméation selon la présente invention o le chapeau de fermeture d'extrémité comporte un siège de joint destiné à contenir un joint en forme de coupe qui est en contact avec

une partie en prolongement de la zone extérieure de la feuil-

le de tubes; et Les figures 6, 7 et 8 sont des vues schématiques

en coupe radiale de joints en forme de coupe.

Dans les modes de réalisation représentés dans les figures 1 à 5, une feuille de tubes est placée à l'intérieur d'une enveloppe. Plus clairement, dans les dispositifs de perméation de la présente invention, la feuille de tubes peut s'étendre au moins en partie hors de l'enveloppe ou,

si on le désire, peut se trouver à l'extérieur de l'envelop-

pe du côté de l'extrémité ouverte, par exemple, à l'-inté-

rieur d'une enceinte de tête séparée.

La présente invention est particulièrement adap-

tée à la réalisation de dispositifs de perméation. Les dis-

positifs de perméation peuvent être réalisés de façon à ef-

fectuer des séparations de fluides et comporter une extrémité unique ou une extrémité double. Un dispositif de perméation à extré-

mité unique comporte une feuille de tubes à une seule extré-

mité (comme dans la figure 1), et l'une des extrémités ou

les deux extrémités des tubes (généralement appelées à fi-

bres creuses dans l'art des dispositifs de perméation) sont noyées dans la feuille de tubes. Lorsqu'une seule extrémité de chacune des fibres creuses est noyée dans la feuille, l'autre extrémité doit être bouchée. Dans un dispositif de perméation à double extrémité, une feuille de tubes est prévue à chaque extrémité de l'enveloppe et les fibres

creuses peuvent s'étendre d'une feuille de tubes à l'au-

tre, ou bien les dispositifs de perméation peuvent conte-

14. nir au moins deux faisceaux distincts de fibres creuses o au moins un faisceau s'étend seulement dans une feuille de tubes. Le dispositif de perméation peut être utilisé de n'importe quelle manière désirée, par exemple, le mélan-

ge de fluides d'entrée peut être introduit dans l'envelop-

pe et venir initialement en contact avec le côté envelop-

pe des fibres creuses, ou être introduit dans les trous des

fibres creuses. Le diagramme d'écoulement du fluide du cô-

té enveloppe des fibres creuses peut être principalement-

transversal par rapport à l'orientation longitudinale des fi-

bres creuses ou être principalement axial par rapport à cet-

te orientation. Lorsque le courant du côté enveloppe des fi-

bres creuses est axial, il peut s'effectuer dans le même sens ou à contrecourant que le courant dans les trous des

fibres creuses.

Les membranes à fibres creuses peuvent être cons-

truites avec n'importe quel matériau naturel ou synthétique

convenant à la séparation des fluides ou au support des ma-

tériaux effectuant des séparations de fluides, Le choix du

matériau des fibres creuses peut être basé sur la résistan-

ce à la chaleur, la résistance aux agents chimiquesetou la

résistance mécanique de la fibre creuse, ainsi que sur d'au-

tres facteurs dictés par la séparation envisagée des fluides pour laquelle elle sera utilisée et pour les conditions de fonctionnement auxquelles elle sera soumise. Le matériau constituant les fibres creuses peut être minéral, organique

ou être un mélange de matériaux minéraux et organiques.

Parmi les matériaux minéraux typiques on peut citer, les

verres, les céramiques, les cermets, les métaux et analo-

gues. Les matériaux organiques sont en général des polymères.

Les polymères typiques convenant à la fabrica-

tion des membranes à fibres creuses comprennent les poly-

mères substitués et non substitués choisis parmi les poly-

sulfones, y compris les sulfones de polyéther et les sulfo-

nes de polyaryles; les polystyrènes; les polymères de cellu-

lose; les polyuréthanes,les polyesters, les polymères de 15. monomères ayant une insaturation a-oléfinique tels que le polyéthylène, les polyvinyles, et les polyvinylidènes; les polyhydrazides, etc.

Les dimensions en coupe des fibres creuses utili-

sées dans les dispositifs de perméation de la présente

invention peuvent être choisies dans une vaste gamme; cepen-

dant, les fibres creuses doivent avoir une épaisseur de

paroi suffisante pour leur conférer une résistance mécani-

que convenable, et le trou doit être suffiamment grand pour qu'il n'y ait pas une chute de pression anormalement élevée des fluides traversant le trou. Fréquemment, les fibres creuses présentent une certaine souplesse sur leur

longueur de façon à tenir compte des dilatations ou con-

tractions qui peuvent se produire dans les conditions de fonctionnement attendues. Le diamètre extérieur de la fibre creuse est d'au moins envirn 20, disons d'au moins environ microns, et des fibres de diamètre extérieur identique

ou différent peuvent être contenues dans un faisceau. Sou-

vent, le diamètre extérieur des membranes en fibres creu-

ses ne dépasse pas environ 800 ou 1000 microns étant don-

né que des fibres d'un tel diamètre peuvent donner des va-

leurs moins souhaitables de la surface de fibres par unité

du volume du dispositif de perméation, Cependant, des fi-

bres creuses de diamètre plus grand, atteignant jusqu'à

10.000 microns ou plus, peuvent être particulièrement sou-

haitables. De préférence, le diamètre extérieur des membra-

nes à fibres creuses est d'environ 50 à 800 microns. En géné-

ral, l'épaisseur de la paroi des fibres creuses est d'au moins environ 5 microns et,dans certaines fibres, elle peut atteindre environ 200 ou 300 microns, disons environ 50 à microns. Avec des fibres creuses fabriquées avec des matériaux ayant une moins grande résistance mécanique, il peut s'avérer nécessaire d'utiliser des diamètres et des

épaisseurs de paroi plus grands de façon à conférer une ré-

sistance mécanique suffisante à la fibre, Les parois des

fibres creuses peuvent être essentiellement massives ou con-

tenir un volume important de vides. Lorsqu'on souhaite avoir 16. des vides, la densité de la fibre peut être essentiellement la même sur toute l'épaisseur de sa paroi, c'est-à-dire

que la fibre est isotrope; ou bien la fibre peut être carac-

térisée par le fait qu'elle comprend au moins une région re-

lativement dense à l'intérieur de son épaisseur de paroi, formant une barrière contre le courant,de sorte qu'elle est anisotrope. En général, les enveloppes pour dispositifs de perméation ont une section circulaire pour des raisons de

disponibilité, de commodité de manipulation et de résistan-

ce mécanique; cependant des enveloppes ayant des formes en coupe différentes,par exemple des formes rectangulaires, conviennent très bien dans le cas de nombreux dispositifs de perméation. Souvent, la section en coupe des enveloppes présente une dimension principale d'environ au moins 0,1 ou de préférence d'au moins environ 0,.2 mètre, disons pouvant

atteindre 1 ou 2 mètres ou plus. La longueur de l'envelop-

pe contenant les fibres creuses est fréquemment d'environ

au moins 0,5 mètre et peut atteindre 10 mètres ou plus.

Dans l'enveloppe les fibres creuses sont générale-

ment disposées parallèlement sous forme d'un ou de plu-

sieurs faisceaux. En général, au moins environ 10.000 et souvent un nombre sensiblement plus grand, par exemple, un nombre atteignant 1 million ou plus de fibres creuses sont contenus dans un dispositif de perméation. Les fibres du

faisceau peuvent être, par exemple, relativement rectili-

gnes, ou être enroulées en spirale, comme décrit dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique nO 3.422.008, au nom de

MacLain. Dans de nombreux cas, un faisceau unique de fi-

bres creuses est utilisé dans un dispositif de perméation et au moins l'extrémité des fibres du faisceau est noyée dans une feuille de tubes. L'extrémité opposée des fibres peut être ramenée en arrière en faisant une bouclepar exemple le faisceau a la forme générale d'un "U", et être

noyée dans la même feuille de tubes, ou l'extrémité oppo-

sée des fibres peut être bouchée ou noyée dans une au-

tre feuille de tubes. Lorsque les fibres creuses du fais-

17. ceau ont la forme d'un "U", les extrémités peuvent être segmentées de façon que différentes zones de la feuille de

tubes contiennent chaque extrémité des fibres creuses. Cha-

que zone d'une feuille de tubes peut être maintenue en re-

lation essentiellement imperméable aux fluides, de sorte

que la communication du fluide entre zones ne peut se pro-

duire que par passage dans les trous des fibres creuses.

Une feuille de tubes pouvant être utilisée dans les dispositifs de perméation de la présente invention peut

avoir n'importe quelle forme générale permettant son uti-

lisation dans un dispositif contenant des faisceaux de fi-

bres creuses. Comme ces dispositifs de perméation ont fré-

quemment une section circulaire, la feuille de tubes a

généralement alors une section circulaire.

De préférence, une feuille de tubes est rigide; c'est-à-dire qu'elle présente une résistance suffisante lui permettant de conserver son intégrité et sa forme sous

l'effet des contraintes. Souvent, le matériau de la feuil-

le a une dureté Shore A (ASTM D 2240) d'au moins environ

60, le plus fréquemment d'au moins environ 70 ou 75, di-

sons d'au moins environ 80 ou 90. Les matériaux convena-

bles entrant dans la constitution d'une feuille de tubes

comprennent les résines liquides thermodurcissables (naturel-

les ou synthétiques), et en particulier des compositions ré-

sineuses qui font l'objet d'une réticulation pendant le dur-

cissage. Fréquemment,la réticulation (ou durcissage) a pour effet d'augmenter la résistance mécanique de la feuille de tubes ainsi que sa résistance aux agents chimiques. Les

résines appropriées entrant dans la constitution des feuil-

les de tubes comprennent souvent les époxy, phénoliques,

acryliques, urée-uréthanes, et analogues.

La feuille de tubes peut être obtenue en suivant

n'importe quel processus approprié, par exemple, par cou-

lage d'un matériau résineux autour de l'extrémité du fais-

ceau de tubes comme cela est décrit par Fritzsche et au-

tres dans le brevet anglais nc 2.066.697 du 15 juillet 1981,

ou par imprégnation des extrémités du tube avec un maté-

18.

riau résineux pendant le montage des tubes de façon à for-

mer un faisceau, comme cela est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique na 3.455.460 (Mahon) et n0 3.690.465 (McGinnis et autres). La longueur (dans le sens axial) de la feuille de tubes est généralement suffisante pour confé-

rer la résistance mécanique appropriée permettant de sup-

porter les pressions différentielles totales auxquelles la feuille peut être soumise pendant le fonctionnement. Ainsi,

la longueur utilisée peut dépendre de la résistance mécani-

que de la résine. De plus, la feuille de tubes peut être suffisamment épaisse pour qu'un ample contact soit assuré entre les fibres creuses et la résine et qu'une relation

essentiellement étanche aux fluides soit obtenue. Par consé-

quent, l'adhérence entre les fibres creuses et le matériau de la feuille de tubes aura aussi un effet sur la longueur souhaitée des feuilles. Souvent, les feuilles de tubes ont

une longueur d'au moins environ 2 centimètres et cette lon-

gueur peut atteindre environ 50 centimètres.

Les trous des fibres creuses sont mis à nu à la fa-

ce extérieure de la Feuille de tubes de façon à former des

canaux de fluide dans la feuille. Toute technique appro-

priée peut être utilisée pour former des trous ais à nu à la face extérieure de la feuille de tubes. Par exemple,les

trous des fibres creuses peuvent être bouchés avant Le cou-

lage de la feuille et, après coulage, l'extrémité de la par-

tie coulée peut être sectionnée de façon à former la face

extérieure de la feuille et mettre à nu les trous des fi-

bres creuses.

Alors que les feuilles de tubes comprennent généra-

lement au moins une zone ayant des fibres creuses, elles peuvent aussi comprendre une zone extérieure concentrique de section plus grande Gui est sensiblement exempte de fibres creuses. Une telle zone peut s'étendre sur une partie, sur la totalité de la longueur (ou sur une longueur plus grande) d'au moins la zone ayant des fibres creuses, en fonction des préférences particulières de réalisation. Naturellement,

les feuilles de tubes peuvent ne pas comporter une zone ex-

térieure concentrique. De telles feuilles de tubes sont ca-

19. ractérisées en ce qu'elles ont une périphérie définie par

des dimensions en coupe qui ne sont que légèrement supérieu-

res aux dimensions en coupe de la périphérie du faisceau de fibres creuses noyées dans la feuille de tubes. Dans une telle réalisation, on peut utiliser une quantité moins grande de matériau pour noyer les fibres dans une relation étanche aux

fluides que dans les feuilles de tubes ayant des zones exté-

rieures concentriques sensiblement démunies de fibres creu-

ses. Par conséquent, on peut profiter des avantages présentés

par un moindre gonflement et une moindre dilatation ou con-

traction de la feuille de tubes. On peut également profiter des avantages du coulage de tels tubes, en ce sens que le

matériau constituant la feuille de tubes est durci par réac-

tion exothermique; c'est-à-dire que, comme la masse du maté-

riau constituant la feuille de tubes est minimisée, des tem-

pératures potentiellement néfastes dues aux réactions exo-

thermiques de durcissement peuvent être évitées.

D'autre part,il peut être plus avantageux de fa-

briquer des feuilles de tubes comprenant une zone extérieure

concentrique démunie de fibres creuses. Dans de telles con-

figurations, les différences de dimensions en coupe entre la

feuille de tubes et disons l'enveloppe du dispositif de per-

méation ne sont pas aussi critiques, en particulier dans le cas o le joint étanche aux fluides est situé sur une face

axiale de la zone extérieure. Une telle application peut aus-

si impliquer le positionnement du joint à une zone en éléva-

tion entre la périphérie d'une zone comportant les fibres

creuses et une zone extérieure concentrique démunie de fi-

bres creuses, en particulier là o la zone en élévation bute

contre une entretoise tubulaire.

Une telle entretoise tubulaire peut s'étendre suf-

fisamment de façon à venir en contact avec le chapeau de fer-

meture d'extrémité. Souvent, l'entretoise tubulaire peut bu-

ter contre ce chapeau pour constituer une liaison étanche aux fluides. L'entretoise tubulaire peut même être solidaire du chapeau; par exemple, l'entretoise et le chapeau peuvent

provenir de la même opération de coulage. En variante, l'en-

20. tretoise peut être soudée ou fixée au chapeau de façon à

former une liaison étanche aux fluides.

Dans un autre mode de réalisation, l'entretoise tu-

bulaire peut comporter un flasque, par exemple, à son ex-

trémité proche du chapeau de fermeture d'extrémité. Un tel flasque peut être commodément inséré entre des flasques du chapeau et de l'enveloppe dans une liaison étanche aux fluides. Des joints, par exemple, des joints toriques montés sur les faces opposées du flasque de l'entretoise tubulaire

permettent le maintien de cette entretoise en liaison étan-

che aux fluides avec l'enveloppe et/ou le chapeau de ferme-

ture d'extrémité d'un dispositif de perméation. Une entre-

toise tubulaire comportant un tel flasque constitue un per-

fectionnement important des autres configurations d'entre-

toises tubulaires, telles que les entretoises tubulaires libres, ou les entretoises tubulaires butant contre des chapeaux de fermeture d'extrémité en liaison étanche aux fluides. L'entretoise tubulaire a un alésage d'une section assez importante pour former un espace suffisant entre elle

et la feuille de tubes afin de tenir compte des différen-

tiels de dilatation s'exerçant dans le sens transversal à

l'axe de la feuille de tubes. Il est souhaitable que l'en-

tretoise tubulaire permette également des différentiels de dilatation dans le sens axial. L'entretoise tubulaire peut avantageusement servir à positionner la feuille de tubes à l'intérieur de l'enveloppe. L'entretoise tubulaire peut également assurer le support de la feuille de tubes et, dans certains cas, faciliter l'obtention d'une relation étanche aux fluides à travers la feuille de tubes. Par exemple,des sièges de joint permettant de maintenir le joint de chapeau peuvent être pratiqués dans l'entretoise tubulaire. Des

emplacements appropriés sont la surface périphérique inté-

rieure de l'entretoise ou la surface extrême en contact avec

la zone en élévation de la feuille de tubes.

En général, l'entretoise tubulaire peut être sou-

vent usinée plus facilement suivant des tolérances étroites 21.

qu'une feuille de tubes. Par conséquent, l'entretoise tubu-

laire peut avoir des tolérances plus serrées de façon à se monter à l'intérieur de l'enveloppe,tout en permettant

l'utilisation de feuilles de tubes aux tolérances moins ser-

rées et qui par ailleurs ne pourraient assurer l'étanchéité

aux fluides directement avec l'enveloppe. De plus, l'entre-

toise tubulaire peut être en même matériau que l'enveloppe ou en variante en même matériau que la feuille de tubes, de façon à minimiser les différentiels de dilatation soit avec

l'enveloppe,soit avec la feuille de tubes et par consé-

quent faciliter le maintien de la relation étanche aux flui-

des pour des conditions de fonctionnement très variables.Des

matériaux appropriés pour la fabrication de l'entretoise tu-

bulaire peuvent comprendre les matériaux polymères tels que les époxy, résines phénoliques, etc., des métaux tels que

l'aluminium, l'acier, etc., et analogues.

Un espace suffisant doit être généralement prévu entre l'entretoise tubulaire et la feuille de tubes de façon

à tenir compte des différentiels de dilatation entre l'en-

tretoise tubulaire et la feuille de tubes et permettre un mouvement relatif entre l'entretoise et la feuille dans des conditions de fonctionnement telles que des différentiels de dilatation puissent être tolérés. Par conséquent, il est souvent préférable que le contact entre la feuille de tubes

2D et l'entretoise tubulaire soit un contact mobile.

S'agissant des surfaces de la feuille de tubes et

de l'entretoise tubulaire, lesquelles ne peuvent se dépla-

cer librement l'une par rapport à l'autre, dans le but de dissiper les différentiels de dilatation (par exemple, des surfaces parallèles qui sont à leur tour parallèles à l'axe

de la feuille de tubes), une grande distance doit être pré-

vue entre la feuille de tubes et l'entretoise tubulaire de façon que les différentiels de dilatation attendus pendant le fonctionnement ne se traduisent pas par un contact entre

entretoise et feuille. Fréquemment, cette distance est infé-

rieure à environ deux centimètres, disons inférieure à en-

* viron un centimètre, par exemple est d'environ 0,05 à 0,5 24 4f74l31 22.

centimètre. Un joint en forme de coupe peut être placé en-

tre la feuille de tubes et l'entretoise de façon à posi-

tionner la feuille de tubes à l'intérieur de l'entretoise et assurer un Pii utt sgeater t eides entsisétkm e-b1t]nuLt il'eietkt Ieiation du peptide (Ia) selon l'invention donne une co r aem6 1a!nni rfcraltv tt u mntpktr msie façdoserfLcPVto ' escirgiMeo tsi-an Cxâebbmepteéaitrielipawn lIT tioever 1Bg% pe e tfçitduÈetitre limitatif. Le4diNTet fp&&catÉmadÈsnf uiesfgure 1 a pour référence le Igoteoat B 0tc4moitdlesecomrubkppe 102 (sedéta'oniageprésentées les extrémités côté tête et côté queue) qui est destinée à recevoir une feuille de tubes à

une de ses extrémités. L'enveloppe 102 peut être en n'impor-

te quel matériau approprié, imperméable aux fluides, tel

qu'un métal et un matériau plastique. Dans de nombreux dis-

positifs de perméation, des métaux tels que l'acier sont uti-

lisés à cause de leur facilité de fabrication, de leur dura-

bilité et de leur résistance mécanique. La forme en coupe de J'enveloppe peut 8tre quelconque; cependant, une section de forme circulaire est recommandée. L'enveloppe 102 comporte

une extrémité côté tête de diamètre plus grand. Cette ex-

trémité comprend un flasque 104 et un orifice de transmis-

sion de fluide 108. L'orifice 108 permet le passage du flui-

de dans l'intérieur de l'enveloppe. Alors qu'un seul orifi-

ce 108 est décrit, on comprendra qu'une pluralité d'orifices peuvent être placés autour de la périphérie de l'enveloppe 102. Un chapeau d'extrémité 112 est placé sur la périphérie de l'enveloppe 102. Le chapeau 112 est placé à l'extrémité côté queue de l'enveloppe 102 et est fixé par des boulons (non représentés) à un flasque de queue 110. Un joint 114 est placé entre le chapeau 112 et le flasque 110 de façon à

constituer un joint essentiellement imperméable aux fluides.

Le chapeau 112 comporte un orifice 115 permettant le passage

de fluide dans son intérieur.

A l'intérieur de l'enveloppe 102 est placé un fais-

ceau 116 (non représenté en coupe) qui est constitué d'une pluralité de membranesà fibres creuses. Souvent le faisceau 23.

comprend plus de 10.000 fibres et,avec des fibres de diamè-

tre plus petit ou des enveloppes de diamètre plus grand, il

peut y avoir plus de 100.000 ou même plus de 1 million de fi-

bres. Comme décrit, le faisceau a essentiellement la même forme en coupe que l'enveloppe. Une extrémité de chacune des

fibres creuses est noyée dans un bouchon 118 (non représen-

té encoupe). Les trous des fibres creuses ne communiquent

pas dans le boulon 118. En variante, les extrémités des fi-

bres creuses peuvent être fermées et les fibres réunies en-

semble par chauffage, par exemple en faisant passer un fil

chaud dans le faisceau de fibres creuses.

L'autre extrémité du faisceau 116 traverse une

chambre 106 comportant des orifices de distribution de flui-

de (non représentés).La chambre 106 est placée à l'intérieur de l'enveloppe 102, côte tête, et sert à répartir le fluide se dirigeant vers l'orifice 108 ou en provenant. Le faisceau 116 se termine du côté tête par une feuille de tubes 120 (non représentée en coupe). Les trous des fibres creuses

constituent des canaux de passage dans la feuille 120 jus-

qu'à l'extrémité ouverte de l'enveloppe 102.

Un siège de joint 141 est découpé dans la paroi de l'enveloppe 102. Un joint 140 en forme de coupe est assis

dans le siège 141 et est en contact avec des surfaces d'étan-

chéité de la feuille 120 et de l'enveloppe 102 à l'intérieur

du siège 141 de façon à former une liaison étanche aux flui-

des avec la feuille de tubes 120. S'agissant des formes préfé-

rées pour le joint 140,les figures 6, 7 et 8 représentent en coupe certains types de joints 60, 70 ou 80, comprenant des éléments élastiques 61, 71 ou 81 sensiblement entourés par des bagues en polymère 62, 72 et 82, respectivement, avec

la surface desquelles ils sont en contact.

Un chapeau de fermeture d'extrémité 124 recouvre l'extrémité ouverte de l'enveloppe et est fixé solidement à l'enveloppe 102 par des boulons (non représentés). Un joint 126 est placé entre le chapeau 124 et le flasque 104 côté tête de sorte que lorsque le chapeau 124 comportant un orifice de transmission de fluide 130 est fixé solidement à

l'enveloppe, une liaison étanche aux fluides se trouve éta-

24. blie. Un bossage circulaire 128 s'étend à partir du chapeau 124 de façon à être en contact avec la périphérie de la face

extérieure dela feuille 120, comprimant cette feuille con-

tre un ressort 122. Une pluralité de ressorts 122 placés entre la chambre 106 et la feuille de tubes 120 servent à exercer sur la feuille de tubes une force dirigée vers l'extérieur. Grâce à une sélection appropriée du nombre et des dimensions des ressorts, on peut obtenir l'écartement

et la flexibilité souhaités. Par conséquent, on peut obte-

nir des forces appropriées sans s'inquiéter des tolérances

serrées de la cote de longueur de la feuille de tube.

Les ressorts 122 sont facultatifs dans cette confi-

guration de dispositif de perméation. Avec le joint étanche aux fluides obtenu sur la surface latérale de la feuille de tubes, on peut laisser celle-ci coulisser librement entre

la chambre 106 et le bossage 128.

Dans le fonctionnement du dispositif de perméation

, un mélange de fluides peut être introduit du côté en-

veloppe du dispositif par l'orifice 115 ou, de préférence,par: l'orifice 108, le fluide ne traversant pas étant extrait du

côté enveloppe du dispositif de perméation par l'autre ori-

fice. Le fluide pénétrant entre dans les trous des fibres

creuses et traverse ces trous dans la feuille 120 et est éva-

cué du dispositif par l'orifice 130 du chapeau 124.

La figure 2 représente la partie de tête d'un dis-

positif de perméation représenté par la référence 200. Le

dispositif 200 comprend une enveloppe 202 de section cir-

culaire. L'enveloppe 202 comporte un flasque côté tête 204 et un orifice de passage de fluide 208. A l'intérieur de l'enveloppe 202 se trouve un faisceau 216 (non représenté

en coupe) qui est constitué d'une pluralité de fibres creuses.

Le faisceau a la même forme générale en coupe transversale que l'intérieur de l'enveloppe. Le faisceau 216 se termine du côté tête par une feuille de tubes 220 (non représentée

en coupe). Comme cela est représenté, la feuille 220 compor-

te une z one cylindrique étendue 221,une zone en élévation 222 perpendiculaire à l'axe de la feuille de tubes et une 25. partie cylindrique concentrique 223 s'étendant vers la face extrême. A la zone en élévation 222 de la feuille 220 se

trouve une entretoise tubulaire 234. Cette entretoise compor-

te un siège de joint 241 découpé dans sa paroi intérieure.Un joint enforme de coupe 240 est placé dans le siège 241 de

façon à assurer une liaison étanche aux fluides entre l'en-

tretoise 234 et la feuille 220. L'entretoise 234 est fixée

à son flasque 232 qui est maintenu en position entre un flas-

que 204 côté tête et un chapeau de fermeture d'extrémité

224 par des boulons (non représentés).

Le chapeau de fermeture d'extrémité 224 recouvre l'extrémité ouverte de l'enveloppe et est fixé solidement à celle-ci par des boulons (non représentés). Des joints 226 et

227 sont placés entre le chapeau 224, le flasque d'entretoi-

se 232 et le flasque côté tête 204 de sorte que, lorsque le chapeau 224 comportant un orifice de passage de fluide 230 est fixé solidement à l'enveloppe, une liaison étanche aux

fluides se trouve établie.

L'entretoise tubulaire 234 sert à positionner la feuille 220 à l'intérieur de l'enveloppe.La zone étendue 221 de la feuille de tubes peut par conséquent être maintenue à

une distance suffisante de la surface intérieure de l'enve-

loppe 202 pour que tout différentiel de dilatation entre l'enveloppe et la feuille puisse être accepté. L'entretoise 234 entoure seulement la partie de petit diamètre de la feuille 220, partie qui n'est que légèrement plus grande que la zone à travers laquelle passent les fibres creuses. Comme cette partie de la feuille de tubes présentera une dilatation absolue inférieure à celle de la zone étendue de la feuille, la distance entre l'entretoise et la feuille peut être plus facile à maintenir que celle séparant l'enveloppe de la zo-

ne étendue de la feuille. Par conséquent, l'étanchéité aux fluides autour de la feuille de tubes assurée par le joint 240 est facilitée. De plus, le joint en forme de coupe 240

permet un mouvement relatif axial de la feuille entre l'en-

tretoise et la chambre 206. En outre,étant donné que le con-

26.

tact entre l'entretoise et la feuille ne se fait essentielle-

ment qu'à la zone en élévation 222, l'entretoise ne limite

pas les dilatations ou les contractions de la feuille de tu-

bes. Etant donné que la partie cylindrique concentrique 223 de la feuille de tubes a un diamètre qui n'est que légèrement

supérieur à celui du faisceau traversant la feuille, les di-

latations et contractions de la feuille dues à l'environne-

ment auquel le perméateur peut être soumis peuvent ne pas présenter une amplitude suffisante pour empêcher l'obtention

de l'étanchéité aux fluides au moyen du joint 240.

La figure 3 représente la partie de tête d'un dis-

positif de perméation représenté par la référence 300. Le dispositif 300 comprend une enveloppe 302 ayant une forme en coupe circulaire. L'enveloppe 302 comporte un flasque côté

tête 304 et un orifice de passage de fluide 308. A i'inté-

rieur de l'enveloppe 302 est placé un faisceau 316 (non re-

présenté en coupe) qui est constitué d'une pluralité de fi-

bres creuses. Le faisceau a la même forme générale en coupe que l'enveloppe. Le faisceau 313 se termine à l'extremité côté tête par une feuille de tubes 320 (non représentée en

coupe. Une entretoise tubulaire 334 entoure la partie cy-

lindrique étendue de la feuille 320 et bute contre la zone

en élévation 322. L'entretoise 34 est fixée de façon étan-

che au chapeau de fermeture d'extrémité 324. Cela est obtenu, par exemple, en soudant l'entretoise 334 au chapeau 324, en usinant un chapeau de fermeture comportant une entretoise tubulaire dans une pièce coulée monobloc, ou en employant

un tout autre moyen approprié. Un siège de joint 341 est pra-

tiqué dans la surface circonférentielle intérieure de l'en-

tretoise tubulaire de façon à contenir un joint 340 en forme de coupe qui assure une liaison étanche aux fluides autour de la feuille de tubes. I1 est souvent commode de façon à faciliter l'installation du joint en forme de coupe que

l'entretoise tubulaire comprenne une partie en forme de ron-

delle 335 fixée, par exemple, par des vis 336 à la partie de

l'entretoise comportant le siège 341. Un joint 326 est pla-

cé entre le chapeau 324 et le flasque 304 de façon à former 27.

un joint étanche aux fluides. Le chapeau de fermeture d'ex-

trémité comporte également un orifice 330 pour communiquer

un fluide aux trous des fibres creuses.

Il peut être tenu compte des différentiels de dila-

tation entre la feuille de tubes et l'entretoise tubulaire par le jeu existant entre eux et par l'élasticité du joint

340. De plus, un mouvement relatif entre la feuille de tu-

bes et l'entretoise tubulaire peut se produire dans une di-

rection sensiblement parallèle à l'axe de la feuille. Dans l'un des aspects de cet exemple de réalisation du dispositif

de perméation de la présente invention, la partie cylindri-

que étendue de la feuille de tubes comporte des rainures peu

profondes 350 qui s'étendent sur une courte longueur à par-

tir de l'extrémité de la feuille d'une façon telle qu'elles

n'aillent pas jusqu'au point 340 lorsque la zone en éléva-

tion 322 de la feuille bute contre l'entretoise.

Dans un mode de réalisation avantageux d'un disposi-

tif de perméation ayant cette forme, l'axe de l'enveloppe du dispositif est maintenu dans une direction verticale avec l'extrémité de la feuille de tubes vers le bas. Le mélange d'alimentation en fluides est introduit du côté enveloppe des fibres creuses. Comme le mélange se trouve généralement à une pression totale supérieure à celle du fluide pénétrant, la pression différentielle entre le côté enveloppe et le côté trous facilite non seulement le maintien de l'étanchéité aux fluides au joint en forme de coupe, mais encore oblige la

feuille de tubes apte à coulisser à buter contre l'entretoi-

se tubulaire. La feuille butant contre l'entretoise, les

rainures peu profondes s'étendent au-dessous du joint en for-

me de coupe et ne sont pas en contact avec lui. Ce mode de

fonctionnement peut présenter avantageusement les caracté-

ristiques d'un clapet de sécurité permettant de protéger les

membranes à fibres creuses. Par exemple, si la pression to-

tale du côté enveloppe diminuait sans qu'il y ait diminution

de la pression totale du côté trous, une pression sensible-

ment plus grande pourrait exister à l'intérieur des trous des fibres qui pourrait avoir un effet néfaste sur les membranes

28. 2497331

à fibres creuses. Cependant, avant qu'un tel effet se produi-

se, cette haute pression pourrait être suffisante pour ame-

ner la feuille de tubes contre le bossage de retenue 306 de sorte que la zone comportant les rainures 350 coulisserait à proximité du joint en forme de coupe pour éliminer la rela-

tion étanche aux fluides autour de la feuille et par consé-

quent libérer la pression du côté trou des membranes.

Les figures 4 et 5 représentent des modes de réa-

lisation de la présente invention o le joint en forme de coupe est orienté de façon que l'ouverture dirigée vers la surface concave soit radialement en regard de l'extérieur

dans le plan du joint.

La figure 4 représente la partie de tête du dis-

positif de perméation ayant pour référence 400. Le disposi-

tif de perméation 400 comprend une enveloppe 402 ayant une

forme circulaire en coupe. L'enveloppe 402 comporte un flas-

que 404 de fermeture du côté tête et un orifice de passage de

fluide 408. Un chapeau de fermeture d'extrémité 424 est pré-

vu pour fermer l'extrémité ouverte de l'enveloppe 402 et est fixé au flasque 404 par des boulons (non représentés). A l'intérieur de l'enveloppe 402 est placé un faisceau 416 (non représenté en coupe) qui est constitué d'une pluralité de fibres creuses. Le faisceau a la même forme générale en coupe que l'intérieur de l'enveloppe. Le faisceau 416 se

termine du côté tête par une feuille de tubes 420 (non re-

présentée en coupe). La feuille de tubes comprend deux zones concentriques entourant le faisceau noyé dans la feuille, o une zone est étendue. Une partie en élévation 421 s'étend entre les zones concentriques, constituant une partie de

la frontière de cette zone étendue. Une entretoise tubulai-

re 434 s'étend à partir de la zone en élévation de la feuille 420 dans la direction du chapeau 424. L'entretoise tubulaire comporte une partie à flasque 432 qui facilite son positionnement à l'intérieur de l'enveloppe. Des joints,

par exemple des joints toriques 426 est 427, sont placés en-

tre le chapeau 424, le flasque 432 et le flasque de ferme-

ture 404 côté tête de façon à assurer un joint étanche aux 29. fluides lorsque les flasques sont fixés. Un siège de joint 441 est pratiqué dans la feuille de tubes butant contre l'extrémité de l'entretoise tubulaire de façon à recevoir un joint 440 en forme de coupe qui assure l'étanchéité aux fluides autour de la feuille de tubes lorsque celle-ci bute contre l'entretoise tubulaire. Une pluralité de ressorts 422 sont placés entre la face côté faisceau de la zone étendue

de la feuille de tubes et une chambre 406 de façon à four-

nir une force dirigée axialement vers l'extérieur à partir

de l'extrémité côté tête de l'enveloppe, qui amène la feuil-

le de tubes à buter contre l'entretoise tubulaire, d'o il résulte une étanchéité aux fluides par le joint en forme de coupe.

Dans un mode particulier de fonctionnement, le mé-

lange de fluides d'entrée est introduit du côté enveloppe

du dispositif de perméation, par exemple par l'orifice 408.

Comme le plus souvent les mélanges de fluides se trouvent du côté enveloppe à une pression totale supérieure à la pression du fluide pénétrant du côté supérieur des fibres creuses, la pression différentielle de part et d'autre de la feuille de tubes (entre le côté enveloppe et le côté tubes) facilitera le maintien de l'étanchéité aux fluides lorsque la feuille de

tubes est amenée à comprimer le joint en forme de coupe. Cet-

te pression différentielle agit également sur le joint en

forme de coupe avec la pression plus élevée de fluide agis-

sant sur la surface concave exerçant une force d'expansion sur le joint en forme de coupe, ce qui facilite l'étanchéité

aux fluides.

Une relation étanche aux fluides similaire est obtenue dans le dispositif de perméation 500. La figure 5 représente la partie de tête d'un dispositif de perméation

ayant la référence 500. Le dispositif 500 comprend une enve-

loppe 502 ayant une forme en coupe circulaire. L'enveloppe 502 comporte un flasque 504 du côté tête et un orifice de passage de fluide 508. Dans l'enveloppe 502 est placé un faisceau 516 (non représenté en coupe) qui est constitué

d'une pluralité de fibres creuses. Le faisceau a la même for-

me générale en coupe que l'enveloppe. Le faisceau 516 se 30. termine du côté tête par une feuille de tubes 520 (non

représentée en coupe) qui a la forme d'un cylindre compor-

tant une zone centrale concentrique caractérisée par la pré-

sence de membranes à fibres creuses noyées dans la feuille de tubes et traversant celle-di et par une zone extérieure

concentrique caractérisée par l'absence de membranes à fi-

bres creuses. La zone extérieure est en outre caractérisée

en ce qu'elle s'étend sur une longueur plus grande à l'ex-

trémité ouverte de la feuille de tubes en s'éloignant du

faisceau que la zone intérieure concentrique.

Une pluralité de ressorts 522 coopèrent entre le

bossage de retenue 506 et la face côté faisceau de la feuil-

le de tubes pour entraîner la feuille de tubes dans le sens axial contre un chapeau de fermeture d'extrémité 524. Ce

chapeau comporte un orifice de passage d'effluent ayant tra-

versé 530, la partie à flasque du chapeau pouvant être en

relation étanche aux fluides avec le flasque 504 de l'enve-

loppe grâce à la présence d'un joint 526 lorsque les flas-

ques sont réunis, par exemple par des boulons (non représen-

tés). Le chapeau de fermeture de l'extrémité comporte égale-

ment un siège de joint 541 qui renferme un joint en forme de

coupe 540 près de la face extrême étendue de la zone exté-

rieure concentrique de la feuille de tubes.

La présente invention n'est pas limitée aux exem-

ples de réalisation qui viennent-d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui

apparaîtront à l'homme de l'art.

31. 2497331

Claims (8)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif comprenant: (a) une enveloppe tubulaire allongée ayant au moins une extrémité ouverte; (b) un chapeau de fermeture d'extrémité essentielle-

ment imperméable aux fluides fixé de manière étanche à l'en-

veloppe tubulaire allongée et la recouvrant à au moins l'ex-

trémité ouverte, ce chapeau comportant au moins un orifice de passage de fluide;

(c) une pluralité de fibres creuses qui sont généra-

lement parallèles et s'étendent longitudinalement de façon

à former au moins un faisceau dans l'enveloppe tubulaire al-

longée; (d) une feuille de tubes essentiellement imperméable aux fluides dans laquelle les fibres creuses du faisceau sont noyées suivant une relation étanche aux fluides telle que

les trous des fibres creuses assurent des passages de flui-

de à travers la feuille de tubes, cette feuille de tubes ayant une face côté faisceau à partir de laquelle les fibres

creuses s'étendent dans le faisceau à l'intérieur de l'enve-

loppe tubulaire allongée, une face extérieure sur la surface de laquelle les trous des fibres creuses débouchent, et une surface latérale s'étendant entre la face côté faisceau et la face extérieure;

(e) un moyen d'étanchéité tel que les trous des fi-

bres creuses assurant le passage de fluide dans la feuille

de tubes sont en relation étanche aux fluides autour de l'ex-

térieur de la feuille de tubes vis-à-vis de l'extérieur des fibres creuses s'étendant à partir de la feuille de tubes; caractérisé en ce que le moyen d'étanchéité comprend au

moins un joint en forme de coupe constitué d'une bague en ma-

tériau polymère ayant une surface concave et une surface ex-

térieure, la bague en matériau polymère entourant sensible-

ment un élément élastique avec lequel elle coopère, de fa-

çon que cet élément élastique soit comprimé pour fournir une

force dirigée vers l'extérieur agissant sur les parties gé-

néralement en regard de la surface extérieure.

32. 2497331

2 - Dispositif selon la revendication 1, caracté-

risé en ce que le joint en forme de coupe est placé entre

l'enveloppe et la feuille de tubes.

3 - Dispositif selon la revendication î,caractérisé en ce que le joint en forme de coupe est placé entre le cha-

peau de fermeture d'extrémité et la feuille de tubes.

4 - Dispositif selon la revendicatioill. caractéri-

sé en ce que l'entretoise tubulaire rigide entoure sensible-

ment une surface latérale de la feuille de tubes sur au moins une partie de la distance séparant la face extérieure de la face côté faisceau de la feuille de tubes, o l'entretoise

tubulaire définit une ouverture destinée à recevoir la surfa-

ce latérale de la feuille de tubes, cette ouverture ayant une

section qui est suffisamment grande pour former un espace en-

tre l'entretoise tubulaire et la surface latérale de la feuil-

le de tubes afin d'accepter les différentiels de dilatation en-

tre l'entretoise tubulaire et la feuille de tubes.

- Dispositif selon la revendication 4, caractéri-

sé en ce que le joint en forme de coupe est placé entre l'en-

tretoise tubulaire et la feuille de tubes.

6 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé

en ce que l'entretoise est réunie de manière étanche au cha-

peau de fermeture d'extrémité.

7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé

en ce que le joint en forme de coupe est placé entre l'entre-

roise tubulaire et la feuille de tubes.

8 - Dispositif selon les revendications 1 ou 4,

caractérisé en ce que la bague en matériau polymère est un

polymère de fluorocarbone.

9 - Dispositif selon la revendication 1, caractéri-

sé en ce que l'élément élastique comprend un ressort en fil plat métallique enroulé hélicoidalement,