FR2691644A1 - Agencement de filtre et procédé de montage de son capuchon extrême sur un raccord de boîtier. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un agencement de filtre. Selon l'invention, il comporte un raccord (20) ayant une portion avec une forme non rentrante et un assemblage d'un filtre qui est monté sur le raccord, l'assemblage du filtre ayant un filtre (24) et un capuchon extrême (28) monté sur le filtre ayant une paroi définissant un perçage, le capuchon extrême étant dilatable à une première grandeur à une première température prédéterminée où le perçage est suffisamment grand pour recevoir la partie non rentrante de raccord et pouvant être contracté à une seconde grandeur à une seconde température prédéterminée où la paroi du capuchon extrême est fermement scellée autour de la portion non rentrante de raccord. L'invention s'applique notamment à la mise en place des filtres dans des logements.

Description

La présente invention se rapporte généralement à des filtres et, plus

particulièrement, à des méthodes et agencements pour former un joint étanche aux fuites entre une cartouche de filtre et un logement et fixer la cartouche du

filtre au logement.

Dans des filtres, une cartouche est généralement disposée dans et fixée à un logement La cartouche du filtre est souvent fixée au logement par des composants séparés comme des tiges d'ancrage ou des brides et des boulons ou analogues Ces composants séparés ont cependant pour résultat une augmentation des dépenses d'accessoires et d'équipements ainsi que des frais

d'assemblage.

La cartouche de filtre est typiquement hermétiquement scellée au logement à son entrée ou à sa sortie pour empêcher le contournement du fluide ou des contaminants Le remplacement de la cartouche du filtre peut être accompli en remplaçant tout le filtre dans un logement qui a été fermé en permanence, par exemple en soudant Alternativement, dans des ensembles o le logement n'est pas obturé en permanence, le filtre peut être enlevé du

logement pour son remplacement séparé ou son évacuation.

Les cartouches de filtre comprennent généralement un matériau de filtre et un ou plusieurs capuchons extrêmes Les capuchons extrêmes des cartouches sont fréquemment construits en matériaux polymériques, tandis que les logements sont généralement en métal ou analogue La cartouche est souvent scellée au logement par un matériau élastomère séparé qui est disposé entre des surfaces correspondantes du capuchon extrême et du logement De tels joints en élastomère sont typiquement des garnitures plates ou des joints toriques qui sont

disposés entre les surfaces annulaires du capuchon extrême et du logement.

Un certain nombre d'inconvénients sont associés à des agencements utilisant des dispositifs externes de fixation ou garnitures, comme ces joints en élastomère Par exemple, afin de recevoir des joints toriques du type à piston, il faut généralement mouler ou usiner des gorges ou crevasses complexes dans la surface annulaire du capuchon extrême De même, lorsque des dispositifs extérieurs de fixation sont utilisés, il faut mouler ou usiner le logement et/ou la cartouche du filtre pour recevoir les dispositifs extérieurs La fabrication de ces composants peut nécessiter un outillage assez complexe ou bien des opérations additionnelles et, par conséquent, cela augmente les prix Par ailleurs, les crevasses dans de telles conceptions forment un volume mort qui ne peut être

souhaitable pour la filtration de systèmes de gaz ultra-pur.

Additionnellement, des joints en élastomère, et des joints toriques du type à piston en particulier, ont une relativement faible résistance à un mouvement longitudinal relatif des pièces correspondantes Le mouvement relatif entre les composants peut user les composants et produire des débris dans le trajet d'écoulement Dans les situations les plus extrêmes, le filtre peut être forcé à sortir de la fixation correspondante du logement par l'écoulement inverse ou "marteau" du système En conséquence, le filtre comporte souvent des moyens additionnels pour empêcher un mouvement longitudinal de la cartouche

dans le logement, comme par exemple par enclenchement mécanique.

Par ailleurs, les matériaux élastomères sont souvent sujets à un dégagement de gaz dans certaines conditions Ce phénomène est particulièrement gênant dans une filtration de gaz à haute pureté comme dans la fabrication de puces électroniques Dans la fabrication des puces, les éléments de filtre sont typiquement construits totalement en TEFLON() PFA En conséquence, il peut être difficile dobtenir un joint efficace entre le capuchon extrême du filtre et le logement Par ailleurs, des joints en élastomère ainsi que des dispositifs extérieurs de fixation peuvent être une source de contamination

et d'imcompatibilité chimique potentielle.

L'invention a pour objet principal de procurer un agencement d'un filtre ainsi qu'une méthode pour sceller efficacement un capuchon extrême de filtre à un logement sans utiliser de garniture Plus particulièrement, l'invention a pour objet de procurer un agencement efficace de scellement qui permet d'éviter les

inconvénients qui incombent à l'utilisation de tels joints.

La présente invention a pour autre objet principal de fixer un filtre et un

logement sans l'utilisation de structures extérieures.

La présente invention a pour autre objet de procurer un filtre qui comprend un nombre minimum de composants et qui peut être facilement et

économiquement fabriqué et assemblé.

La présente invention a pour objet additionnel de procurer un agencement d'étanchéification et de fixation ayant une meilleure intégrité de structure Un objet en rapport et de procurer un agencement d'étanchéification qui résiste à un mouvement relatif longitudinal des composants correspondants sans nécessiter l'utilisation du support externe, comme des enclenchements mécaniques, afin d'empêcher un mouvement relatif longitudinal Un objet en rapport et de procurer un agencement qui étanchéifie et fixe un filtre dans un logement. La présente invention a pour autre objet de procurer un agencement d'étanchéification qui minimise les considérations de compatibilité entre les matériaux de construction et les fluides à filtrer La présente invention a pour autre objet de procurer un filtre qui n'introduit pas des sources additionnelles de contamination, telles que celles introduites par le dégagement de gaz des joints toriques en élastomère ou des gaz retenus dans le volume mort présenté par les

gorges prévues pour les joints toriques.

Pour atteindre ces objectifs et autres de l'invention, on prévoit un agencement d'un filtre et une méthode pour sceller et fixer efficacement un capuchon extrême de filtre à un logement o le capuchon extrême engage le

raccord du logement par suite de la contraction ou de la dilatation thermique.

L'agencement du filtre comprend un logement ayant une chambre avec au moins deux ouvertures définissant un trajet d'écoulement Le logement comprend de plus au moins une extension qui peut être de forme sensiblement annulaire et qui s'étend dans la chambre du logement L'extension qui peut avoir la forme d'un raccord, a un perçage interne qui est disposé dans le trajet d'écoulement à l'une des ouvertures Un assemblage d'un filtre ayant un matériau de filtrage et au moins un capuchon extrême ayant une ouverture sensiblement de forme annulaire est disposé dans la chambre du logement dans le trajet d'écoulement L'ouverture du capuchon extrême et l'extension de forme annulaire sont en engagement par l'intermédiaire d'un joint qui est hermétiquement contracté ou dilaté aux températures de fonctionnement ou ambiantes Le diamètre interne de l'ouverture du capuchon extrême est de préférence plus petit que le diamètre externe de l'extension aux températures ambiantes de manière qu'il y ait une interférence entre le diamètre interne et le diamètre externe qui induit un effort dans le capuchon extrême et/ou l'extension

du logement afin de maintenir l'intégrité du joint.

Afin d'assembler le capuchon extrême et le capuchon du logement, ou bien le capuchon extrême est chauffé pour dilater le perçage ou bien l'extension du logement est refroidie pour contracter et réduire le diamètre externe de l'extension Les composants sont alors assemblés et remis à température ambiante pour former un joint par suite du contact par interférence entre les composants En calculant l'effort théorique et la contrainte induite dans le capuchon extrême et/ou l'extension du logement, à la fois initialement et à la suite d'un temps donné de déformation, on peut choisir les dimensions optimales du capuchon extrême de l'extension pour obtenir une force maximale d'étanchéification entre les composants après déformation en choisissant des composants ayant des dimensions qui produisent l'effort résiduel maximum

dans le capuchon extrême etlou l'extension du logement après déformation.

L'agencement du filtre ne nécessite pas l'utilisation d'une garniture pour sceller la cartouche du filtre au logement Par ailleurs, l'agencement ne nécessite généralement pas l'utilisation de structures extérieures pour fixer la cartouche du filtre au logement (on notera cependant qu'il peut être souhaitable de supporter le poids d'une cartouche de filtre extrêmement grande ou lourde afin d'empêcher un effort induit sur le joint) Ainsi, l'agencement simplifié minimise le nombre de composants requis et simplifie la conception des composants en eux-mêmes, ce qui réduit les frais de fabrication et d'assemblage Par exemple, par l'élimination d'une garniture, le capuchon extrême et l'extension sont plus faciles à fabriquer et il ne faut pas d'opérations complexes de finissage De même, comme l'agencement ne nécessite pas l'utilisation de structures extérieures de support, les composants ne nécessitent pas de prévoir des moyens complexes pour fixer la cartouche du filtre au logement En conséquence, l'outillage requis

est fortement simplifié avec réduction des prix de fabrication.

Par ailleurs, l'agencement surmonte de nombreux inconvénients associés à l'utilisation de structures extérieures de support, des joints un élastomère ou analogues En réduisant le nombre de matériaux utilisés dans l'agencement, cela minimise les considérations de compatibilité entre les matériaux du filtre et les fluides à filtrer Par ailleurs, les sources de contamination telles que celles introduites par le dégagement de gaz des joints en élastomère ou par les gaz retenus dans les gorges prévues pour les joints en élastomère sont de même minimisées. De plus, l'agencement du filtre ainsi que la méthode d'étanchéification du filtre au logement donne un assemblage qui présente une meilleure intégrité de structure du joint lui-même Comme l'assemblage a une grande résistance à un mouvement relatif entre des composants correspondants, l'agencement d'étanchéification ne nécessite pas l'utilisation de supports externes pour empêcher un mouvement relatif longitudinal Ainsi, l'agencement à la fois scelle

et assure le filtre dans le logement.

L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails

et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description

explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant un mode de réalisation de l'invention et dans lesquels:

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la figure I est une vue en plan d'un filtre selon les enseignements de l'invention, le filtre étant partiellement arraché pour montrer son assemblage; la figure 2 est une vue fragmentaire agrandie du filtre de la figure 1, découpé et éclaté pour montrer le raccord et le capuchon extrême; la figure 3 est un diagramme de la déformation totale avec le temps dune résine de fluorocarbone de TEFLONO PFA sous une charge à 230 C; et la figure 4 est un diagramme de l'effort initial en fonction de l'effort résiduel au bout de 10 000 heures de déformation pour une combinaison

représentative d'un capuchon extrême et d'un raccord.

En se référant maintenant au dessin, la figure 1 montre un agencement de filtre 10 qui comprend un logement 12 qui contient une chambre creuse 14 avec des ouvertures d'écoulement 16, 18 qui forment une entrée et une sortie par o le fluide peut s'écouler dans et hors du logement 12 pour établir un trajet

d'écoulement à travers le logement 12 (Bien que la description qui suit se

rapporte à un fluide s'écoulant à travers le filtre, le terme "fluide" est destiné à

concerner à la fois des liquides et des gaz ou des combinaisons de ceuxci).

Tandis que le logement 12 illustré contient des ouvertures d'écoulement 16, 18 à chaque extrémité de la chambre 14, on notera que les ouvertures d'écoulement

peuvent également être prévues en des positions différentes dans le logement.

Le logement 12 comprend de plus une extension qui s'étend dans la chambre 14 Dans le mode de réalisation montré, l'extension est sous la forme d-un raccord qui peut être scellé au logement 12 à une ouverture d'écoulement 18 par tout moyen approprié On notera cependant que l'extension pourrait également avoir la forme d'une extension du matériau du logement lui-même, qui dépasse dans la chambre du logement Tandis que le raccord 20 pourrait être disposé à l'extrémité d'entrée ou de sortie du logement 12, pour l'explication, l'agencement du filtre 10 sera décrit comme si le raccord 20 était disposé à l'extrémité de sortie du logement 12 Par ailleurs, bien que le mode de réalisation illustré ne comprenne qu'un seul raccord 20, on comprendra que l'agencement pourrait comprendre des raccords disposés dans les ouvertures

d'écoulement aux deux extrémités d'entrée et de sortie.

Le raccord 20 peut être construit en une grande variété de matériaux métalliques comprenant des alliages, divers métaux et des combinaisons de métaux et d'alliages Par exemple, on préfère des alliages nickel/chrome comme "Hastelloy", les monels et les inconels Parmi ceux-ci, étant donné leurs propriétés de résistance à la corrosion, les alliages d'acier inoxydable sont les matériaux préférés des raccords Cependant, de même, des matériaux métalliques comme l'aluminium, le magnésium ou analogues peuvent également être appropriés On notera de plus que le raccord 20 pourrait de

même être construit en un autre matériau non métallique approprié.

Afin de filtrer le fluide s'écoulant à travers le logement 12, une cartouche 22 est disposée dans le trajet d'écoulement à l'intérieur du logement 12 La cartouche 22 comprend généralement un moyen de filtrage 24 auquel sont couplés un ou plusieurs capuchons extrêmes 26, 28 Le moyen de filtrage 24 peut comprendre une membrane poreuse ou une matière fibreuse tissée ou non tissée ou tout autre matériau approprié Tandis que les capuchons extrêmes 26, 28 sont généralement fabriqués en un polymère comme une résine de fluorocarbone, on notera qu'on peut les construire d'un autre matériau, qui présente les caractéristiques souhaitables de dilatation et de température La cartouche 22 illustrée comprend un filtre plissé cylindrique 24 auxquels sont couplés un capuchon extrême borgne 26 et un capuchon extrême 28 ayant un perçage 30 Dans ce mode de réalisation, le fluide s'écoulant à travers le logement 12 est filtré tandis qu'il sort par le filtre 24 puis le perçage 30 ou par le

perçage pour entrer dans le filtre 24.

On notera que la cartouche du filtre et ses composants peuvent avoir d'autres formes Par exemple, le filtre peut être d'une forme cylindrique non plissée ou bien être en forme de plaque mince ou empilée Par ailleurs, la cartouche peut comprendre des perçages dans les deux capuchons extrêmes avec le filtre disposé entre eux de manière que le fluide s'écoule à travers un perçage, et le filtre pour sortir par l'autre perçage Alternativement, le filtre peut être d'une forme du type en "boîte" et la cartouche peut ne comprend qu'un seul

capuchon extrême ayant un perçage.

Afin de garantir que le fluide sera purifié en s'écoulant à travers le filtre 24, au moins un capuchon extrême 28 est scéllé au logement 12 Cela est généralement accompli en scellant le perçage de forme sensiblement annulaire du capuchon extrême 28 à une portion de forme sensiblement annulaire ou

extrémité 32 du raccord 20 qui s'étend dans la chambre 14 du logement.

Selon l'invention, on prévoit un filtre 10 ainsi qu'une méthode pour la fixation et le scellement d'un capuchon extrême 28 au raccord 20 L'agencement de scellement selon l'invention ne nécessite pas l'utilisation de matériaux additionnels d'étanchéification comme un joint torique ou une garniture en bague plate afin de former un joint efficace entre les composants Au contraire, le diamètre interne du perçage 30 du capuchon extrême 28 (ID, que l'on peut voir à la figure 2) est plus petit que le diamètre externe de l'extrémité 32 du raccord 20 (OD, que l'on peut voir à la figure 2) pour présenter un ajustage à interférence aux températures ambiantes Le capuchon extrême 28 est installé sur le raccord 20 en chauffant le capuchon extrême 28 à une première température prédéterminée pour dilater le diamètre interne (ID) du perçage 30 et/ou en refroidissant le capuchon 28 pour réduire son diamètre externe (OD) et en glissant les pièces l'une sur l'autre (Dans l'exemple qui suit, un capuchon extrême est fabriqué en un matériau de TEFLON (D PFA et est chauffé à 2740 C pour dilater son diamètre interne) L'assemblage peut alors retourner à une seconde température prédéterminée telle que la température ambiante Tandis que le capuchon extrême 28 se refroidit et que le perçage 30 se contracte et/ou que le raccord mâle 20 chauffe et se dilate, un contact thermique intime est établi entre les surfaces du perçage 30 du capuchon extrême et du raccord 20 du

logement pour maintenir les composants en engagement d'étanchéification.

Tandis que l'extrémité 32 du raccord 20 qui s'étend dans la chambre 14 du logement et le perçage 30 du capuchon extrême 28 ont été décrits comme étant de préférence sensiblement de forme annulaire, on notera que l'extrémité 32 et le perçage 30 peuvent être d'une autre forme tant qu'on peut les assembler pour produire un ajustage à interférence, qui forme un joint stable entre les composants. Dans un mode de réalisation actuellement préféré de l'invention,

l'extrémité 32 est d'une forme non rentrante c'est-à-dire que l'extrémité 32 elle-

même est configurée pour résister à un mouvement lorsqu'elle est assemblée dans le perçage 30 On peut ainsi noter que la forme de l'extrémité 32 elle-même augmente l'efficacité du joint et augmente la résistance de la cartouche 22 à un mouvement longitudinal relativement au logement 12 Comme on peut le voir aux figures 1 et 2, le diamètre externe (OD) de l'extrémité 32 comprend une extension annulaire le long de la portion qui est disposée centralement dans le perçage 30 après assemblage La surface annulaire de l'extrémité 32 est en biseau vers l'extérieur jusqu'à une surface annulaire sensiblement plate ou bien pour former une section sphérique Cet agencement est particulièrement souhaitable parce qu'il peut être facilement usiné Tandis que le perçage 30 peut comprendre un évidement annulaire correspondant, dans le mode de réalisation

préféré de l'invention, on prévoit un perçage de forme cylindrique 30.

Cette méthode d'étanchéification des composants, et la forme non rentrante de l'extrémité 32 en particulier, aide de même à fixer la cartouche 32 au logement 12 En général, aucun dispositif additionnel de fixation, comme des tiges dancrage ou analogue, ne sera requis pour mieux fixer la cartouche 22 au logement 12 On notera cependant que dans des formes de filtre nécessitant l'utilisation de cartouches relativement grandes ou lourdes, il peut être souhaitable de prévoir un support additionnel de la cartouche à l'extrémité opposée au raccord 20 Ce support additionnel peut de même être souhaitable quand le filtre est utilisé dans des environnements ayant de grandes pressions transitoires, par exemple dans des applications o le filtre subira un effet excessif de marteau à choc Un tel support peut être formé de simples rides ou analogues dans le logement qui dépassent dans la chambre du logement et

contactent la cartouche 22.

Selon un aspect important de l'invention, le capuchon extrême 28 et l'extrémité 32 sont dimensionnés de manière que les efforts élastiques qui restent dans les composants par suite de l'ajustage à interférence soient les meilleurs pendant toute la durée de vie de l'assemblage 10 Afim de déterminer la dimension initiale optimale du perçage 30 du capuchon extrême relativement à l'extrémité 32, il faut considérer l'effort initial et résiduel et la contrainte induite dans le capuchon extrême 28 et/ou l'extrémité 32 du raccord 20 par suite de l'interférence Pour l'explication, seul l'effort et la contrainte induits dans le capuchon extrême 28 seront considérés par ce que le module d'élasticité du

capuchon extrême 28 est typiquement bien plus grand que celui du raccord 20.

Quand le module d'élasticité du raccord 20 est proche de ou plus important que celui du capuchon extrême 28, alors l'effort et la contrainte induits dans le raccord 20 et le capuchon extrême 28 peuvent être considérés, et des

considérations analogues s'appliquent.

Les grandeurs représentatives d'un capuchon extrême fabriqué à partir du matériau actuellement préféré TEFLON( PFA et d'un raccord en acier inoxydable seront utilisées comme exemple On préfère actuellement

TEFLON( PFA pour ses propriétés souhaitables à haute température.

TEFLON( PFA peut résister à de relativement hautes températures sans fondre.

On notera cependant que d'autres polymères comme des polypropylènes ou des polyesters pourraient de même être utilisés Ainsi, il n'y aucune intention à limiter l'invention aux matériaux spécifiques mentionnés ni aux dimensions spécifiques mentionnées Par ailleurs, on peut s'attendre à ce que l'agencement soit également applicable à des perçages de raccord et/ou de capuchons

extrêmes de l'ordre de 6,35 à 63,5 mm de diamètre ou plus.

Le tableau qui suit donne le résumé des calculs de l'effort et la contrainte induits dans un capuchon extrême par suite de différents ajustage par interférence pour plusieurs combinaisons de diamètre interne (ID) du capuchon extrême et de diamètre externe (OD) du raccord Le tableau montre l'effort et la contrainte à l'état initial ainsi que l'effort et la contrainte résiduels au bout de

000 heures à température ambiante.

DEFORMATION

DIMENSIONS INITIAL 10 000 heures à température ambiante Raccord Capuchon Contrainte Effort Contrainte Effort OD extrême cm/cm (M Pa) (%) (M Pa) (mm) ID (mm)

7,6 6,88 0,103 7,12 2,5 5,26

7,65 6,83 0,119 8,2 3 5,95

7,7 6,78 0,135 9,3 4 6,28

7,75 6,73 0,151 10,4 5 6,62

7,8 6,68 0,167 11,5 6,3 6,76

7,85 6,63 0,184 12,67 8 6,63

7,9 6,58 0,201 13,84 10 6,31

L'effort et la contrainte à l'état initial induits dans le capuchon extrême peuvent être déterminés en se référant aux dimensions initiales du capuchon extrême et aux dimensions du capuchon extrême après son installation sur le raccord La contrainte suivant le diamètre (ú) est calculée selon l'équation suivante o on calcule AD en déterminant le changement de ID par suite de l'ajustage par interférence et D est la valeur initiale de ID:

= AD/D

L'effort en cercle (c) peut alors être calculé en multipliant l'effort sur le diamètre par le module d'élasticité (E) pour le matériau particulier utilisé dans le

capuchon extrême.

E = cy/s Comme on l'a indiqué ci-dessus, le mode de réalisation actuellement

préféré de l'invention emploie un capuchon extrême 28 fait en TEFLON PFA.

Le module d'élasticité de ce matériau est de 68,9 M Pa.

La déformation résultante du capuchon extrême avec le temps peut être

déterminée en se référant aux données de déformation illustrées à la figure 3.

Cette figure montre la contrainte de traction observée sur diverses charges à température ambiante, c'est-à-dire à 23 C La déformation observée, décrite comme le pourcentage de contrainte sous une charge donnée, peut être déterminée par interpolation de l'échelle logarithmique Par exemple, on peut voir qu'au bout de 10 000 heures, la contrainte de traction pour un effort en

cercle de 7,11 M Pa est de l'ordre de 2,5 %.

L'effort résiduel restant dans le capuchon extrême au bout de 10 000 heures peut alors être déterminé en utilisant les dimensions naturelles du capuchon extrême après contrainte de déformation Cette détermination implique des calculs en plusieurs étapes Dabord, on peut calculer les dimensions naturelles du capuchon extrême au bout de 10 000 heures de déformation selon l'équation suivante: ID initial + (ID initial) (% contrainte à 10 000 heures) Par exemple, pour un capuchon extrême ayant une valeur de ID initial de 6,88 mm, le diamètre au bout de 10 000 heures de déformation peut être calculé comme suit:

6,88 mm + ( 6,88 mm) ( 2,5 %) = 7,05 mm.

Deuxièmement, la contrainte sur le diamètre à 10 000 heures peut être calculée comme ci-dessus en utilisant la nouvelle dimension naturelle du capuchon extrême En continuant avec cet exemple, pour un capuchon extrême ayant une valeur de ID à l'état initial de 6,88 mm, la contrainte sur le diamètre au bout de 10 000 heures de déformation peuvent être calculées comme suit: ( 7,6 mm 7,06 mm) / 7,06 mm = 0,076 mm / mm Troisièmement, l'effort résiduel au bout de 10 000 heures de déformation peut de même être calculé comme ci-dessus, c'est-à-dire en multipliant l'effort en cercle par le module d'élasticité En retournant au présent exemple, l'effort résiduel peut être calculé comme suit:

( 0,076 mm / mm) ( 68,9 M Pa) = 5,23 M Pa.

Dans les exemples du tableau ci-dessus, nous avons supposé que l'assemblage était maintenu à température ambiante pendant la plus grande partie de sa durée de vie On notera cependant qu'il n'y a aucune intention de limiter l'assemblage à un usage à température ambiante La déformation résultante et, en conséquence l'effort résiduel, pourraient de même être déterminés en se référant aux courbes de déformation avec le temps pour des charges appliquées à d'autres températures Par ailleurs, dans le mode de réalisation préféré, en général, le capuchon extrême femelle en polymère a un plus fort coefficient de dilatation que le raccord mâle en métal En conséquence, lorsqu'il est soumis à des températures élevées, le capuchon extrême femelle ne

subit pas un effort extrême et n'est pas déformé en permanence.

il La combinaison du raccord et du capuchon extrême préférée est considérée comme étant la combinaison d'un capuchon extrême qui présente un effort résiduel maximum sur la durée de vie de la pièce (c'est-à-dire un effort en cercle optimal après 10 000 heures de déformation) L'effort résiduel maximum en cercle est graphiquement illustré à la figure 4 Les données d'effort résiduel pour les capuchons extrêmes représentatifs résumés au tableau ci-dessus sont représentées en fonction de l'effort initial On peut noter qu'en général les dimensions pour le raccord et le capuchon extrême correspondant au point le plus haut de la courbe donneront l'ajustage à interférence optimal pour l'effort résiduel Dans ce groupe de calculs à titre d'échantillon, le capuchon extrême présentant l'effort résiduel optimal au bout de 10 000 heures à température ambiante sera le capuchon extrême ayant un effort initial de 11,5 M Pa ou le capuchon extrême ayant un diamètre interne de 6,68 mm assemblé sur un

raccord ayant un diamètre externe de 7,18 mm.

En tenant compte des considérations pratiques de fabrication, l'effort et la contrainte à l'état initial et résiduels aux tolérances de conception peuvent être calculés selon les méthodes expliquées ci-dessus Le tableau qui suit donne le résumé des calculs pour l'effort et la contrainte induits dans le capuchon

extrême représentatif présentant les dimensions optimales (ID = 6,65 mm + /-

0,076 mm) et le raccord présentant les dimensions optimales (OD = 7,75 mm+/ 0,051 mm) Le tableau qui suit donne également les dimensions du diamètre

interne du capuchon extrême au bout de 10 000 heures à température ambiante.

On peut voir que le capuchon extrême conservera suffisamment d'effort résiduel pour permettre un ajustage à interférence entre les composants, tout en

maintenant l'intégrité du joint.

Par ailleurs, l'assemblage peut être utilisé à des températures supérieures tout en maintenant l'intégrité du joint Comme on le verra par les dimensions

DEFORMATION

DIMENSIONS INITIAL 10 000 heures à température ambiante | Raccord Capuchon Contrainte Effort Contrainte Effort Capuchon OD extrême (mm/mm) (M Pa) (mm/mm) (Mpa) extrême (mm)_ID (mm) | ID (mm)

7,7 6,73 0,143 9,88 4,5 6,5 7,03

7,8 6,58 0,185 12,77 8 6,7 7,11

suivantes, le capuchon extrême et le raccord conserveront un ajustage à interférence au bout de 10 000 heures à 2000 C (Les dimensions des composants

peuvent être calculées comme ci-dessus).

DEFORMATION

DIMENSIONS 10 000 heures à INITIALES température ambiante Raccord Capuchon Raccord Capuchon OD extrême OD extrême (mm) ID (mm) ID (mm)

7,7 6,73 7,72 7,23

7,8 6,58 7,82 7,32

Comme la forme révélée n'utilise pas de garniture, sa fabrication ne nécessite pas d'outillage complexe ni d'opérations complexes d'usinage Ainsi les personnes compétentes en la matière noteront que le capuchon extrême décrit et le raccord sont plus faciles et plus économiques à fabriquer que les

assemblages comprenant une garniture.

Les considérations pratiques d'assemblage doivent de même être prises en compte dans la conception du capuchon extrême et du raccord Afin de garantir que l'on pourra facilement assembler la combinaison optimale capuchon extrême et raccord, les dimensions du capuchon extrême après l'avoir chauffé peuvent être calculées en utilisant le coefficient de dilatation thermique (a) en mm / mm: 'C, selon l'équation suivante ou D est le diamètre initial du capuchon extrême en mm, A est le changement de température en OC, et 3 est le

changement résultant de diamètre en mm.

3 = a D AT Le coefficient de dilatation thermique est relativement constant pour une place considérable de température En général, le coefficient augmente avec l'augmentation de la température Pour un matériau de TEFLON( PFA, le coefficient de dilatation thermique est comme suit: 210 C 100 c C a = 7,6 ( 10-5) mm / mm/ OF 1000 C -1490 C a = 9,2 ( 10-5)mm Imm/no F 149 C 274 C a = 11,5 ( 10-5) mm I mm/ OF D'autres matériaux présentent des coefficients plus forts ou plus faibles de dilatation thermique Par exemple, le polypropylène homogène vierge a un coefficient de dilatation thermique de l'ordre de 5,0 ( 10-) mm I mm/ O F tandis qu'un matériau de polyester a un coefficient de dilatation thermique de l'ordre de 3,3 5,2 ( 10-5) mm I mm/ O F On notera cependant que la température de l'environnement dans lequel un capuchon extrême peut être utilisé sera limitée par le coefficient de dilatation thermique du matériau dont le capuchon extrême

est fabriqué.

Ce qui suit réfléchit les dimensions des capuchons extrêmes représentatifs (aux extrêmes de tolérance d'étude identifiées ci-dessus) à 2740 C. Comme les composants représentatifs dans le présent exemple permettent un ajustage par interférence pendant l'assemblage, les capuchons extrêmes et les

raccords peuvent être facilement assemblés.

Par ailleurs, on a pu déterminer expérimentalement que les composants pouvaient être facilement assemblés à des températures considérablement plus faibles Tandis que le capuchon extrême est chauffé, il devient suffisamment mou pour permettre l'assemblage au raccord quelle que soit l'interférence Ce qui suit réfléchit les dimensions des capuchons extrêmes représentatifs (aux extrêmes de tolérance étudiées et identifiées ci-dessus) à 1490 C Bien qu'il existe une interférence résiduelle pour produire un ajustage précis, les

composants peuvent être facilement assemblés.

En résumé, l'assemblage de filtre ainsi que la méthode pour sceller le capuchon extrême du filtre 28 au logement 12 est accompli par contraction thermique du capuchon extrême 28 et/ou dilatation de l'extrémité 32 du raccord La dimension optimale des composants peut être calculée pour obtenir un Raccord Capuchon OD extrême (mm) ID (mm)

7,7 7,03

7,8 6,88

Raccord Capuchon OD extrême (mm) ID (mm)

7,7 6,85

7,8 6,70

14 2691644

effort résiduel maximum dans le capuchon extrême 28 et/ou l'extrémité 32 du raccord 20 pendant toute la durée de vie de la cartouche 22 du filtre En utilisant un joint à engagement thermique, l'assemblage ne nécessite aucune garniture supplémentaire Par suite, la présente invention permet de remédier à un grand nombre des inconvénients associés à l'utilisation des garnitures, comme des

joints en élastomère.

Claims (18)

REVENDICATIONS

1 Agencement de filtre, caractérisé en ce qu'il comprend un raccord ( 20) ayant une portion avec une forme non rentrante et un assemblage de filtre monté sur le raccord, l'assemblage de filtre ayant un filtre ( 22) et un capuchon extrême ( 28) monté sur le filtre ayant une paroi définissant un perçage, le capuchon extrême étant dilatable à une première grandeur à une première température prédéterminée, ledit perçage étant suffisamment grand pour recevoir la partie non rentrante du raccord et pouvant se contracter à une seconde grandeur à une seconde température prédéterminée o la paroi du capuchon extrême est

fermement scellée autour de la portion non rentrante du raccord.

2 Agencement de filtre, caractérisé en ce qu'il comprend: un raccord ( 20), et un assemblage de filtre ayant un capuchon extrême ( 28) définissant une paroi, le raccord et la paroi du capuchon extrême étant fixés par dilatation et contraction thermiques sous un effort élastique, l'un à l'autre, et configurés pour

fixer et sceller le filtre au raccord.

3 Agencement de filtre, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison: un assemblage d'un logement comprenant une chambre ( 14) d'un logement ( 12) ayant au moins deux ouvertures ( 16, 18) définissant un trajet d'écoulement, ledit assemblage du logement comprenant de plus au moins une extension ( 23) disposée dans le trajet d'écoulement à l'une des ouvertures, l'extension ayant une portion de forme sensiblement annulaire qui s'étend dans la chambre du logement et un perçage interne par o passe l'écoulement, la portion sensiblement de forme annulaire de l'extension étant définie par un diamètre externe, et un assemblage de filtre comprenant un matériau de filtrage ( 24) et au moins un capuchon extrême ( 28), le capuchon extrême ayant un perçage d'une forme sensiblement annulaire qui est défini par un diamètre interne, le diamètre interne de l'ouverture du capuchon extrême étant plus petit que le diamètre externe de la portion de forme sensiblement annulaire de l'extension aux températures ambiantes quand la portion de forme sensiblement annulaire n'est pas disposée dans le perçage du capuchon extrême, l'assemblage du filtre étant disposé dans la chambre du logement dans le trajet d'écoulement, la portion sensiblement de forme annulaire étant disposée dans le perçage du capuchon extrême pendant l'utilisation de manière qu'il y ait une interférence entre le diamètre interne et le diamètre externe qui induit un effort dans le capuchon extrême, le perçage du capuchon extrême et la portion de forme annulaire de l'extension étant scellés par un joint qui est en engagement sous effort élastique aux températures ambiantes de façon que le perçage du capuchon extrême s'adapte de manière très serrée à la portion de

forme annulaire sans présence d'une garniture.

4 Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le perçage ( 30) du capuchon extrême et la portion de forme sensiblement annulaire de l'extension ( 32) sont mis en engagement en élevant la température du capuchon extrême pour faciliter la mise en place du perçage du capuchon extrême sur la portion de forme sensiblement annulaire de l'extension et en remettant le

capuchon extrême à la température ambiante pour former le joint.

Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le perçage ( 30) du capuchon extrême et la portion sensiblement de forme annulaire ( 32) de l'extension sont mis en engagement en abaissant la température de la portion sensiblement de forme annulaire de l'extension pour faciliter la mise en place du perçage du capuchon extrême sur la portion sensiblement de forme annulaire de l'extension et en remettant la portion sensiblement de forme annulaire de

l'extension à la température ambiante pour former le joint.

6 Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le diamètre externe et le diamètre interne sont relativement dimensionnés pour produire un effort résiduel maximum dans au moins l'un de l'extension ( 32) et du capuchon extrême ( 28) pour une durée maximale de conservation de

l'agencement du filtre.

7 Agencement selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'effort optimal est déterminé en calculant l'effort résiduel maximum dans le capuchon

extrême ( 28) à la durée de vie donnée.

8 Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la portion de forme sensiblement annulaire de l'extension ( 32) est d'une forme non rentrante. 9 Agencement selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend une protubérance annulaire le long d'une surface annulaire externe de

l'extension ( 32).

10 Agencement selon la revendication 9, caractérisé en ce que le capuchon extrême ( 28) comprend un évidement annulaire le long du diamètre interne de son perçage annulaire, la protubérance annulaire étant disposée dans

l'évidement annulaire.

11 Agencement selon la revendication 8, caractérisé en ce que la surface annulaire est en biseau vers l'extérieur jusqu'à une surface annulaire sensiblement plate. 12 Agencement selon la revendication 8, caractérisé en ce que la surface

annulaire est en biseau vers l'extérieur pour former une section sphérique.

13 Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le joint entre le perçage du capuchon extrême et la portion de forme annulaire de l'extension scelle est fixe l'assemblage du filtre ( 22) à l'assemblage du logement

( 12).

14 Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que le

capuchon ( 28) est en un polymère.

Agencement selon la revendication 14, caractérisé en ce que le

polymère comprend TEFLON PFA.

16 Agencement selon la revendication 14, caractérisé en ce que la

portion de forme sensiblement annulaire de l'extension ( 32) est en métal.

17 Agencement selon la revendication 14, caractérisé en ce que la portion sensiblement de forme annulaire de l'extension ( 32) est en acier

inoxydable.

18 Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'interférence induit un effort dans le capuchon extrême ( 28) qui est en-dessous

de la limite du matériau dont le capuchon extrême ( 28) est fabriqué.

19 Agencement selon la revendication 3, caractérisé en ce que la portion de forme annulaire de l'extension ( 32) comprend un raccord ( 20) couplé

à l'une des ouvertures.

Agencement selon la revendication 19, caractérisé en ce que le perçage ( 30) du capuchon extrême et le raccord ( 20) sont mis en engagement en élevant la température du capuchon extrême pour faciliter la mise en place du perçage du capuchon extrême sur le raccord et en remettant le capuchon extrême à la température ambiante pour former un joint thermiquement contracté. 21 Agencement selon la revendication 19, caractérisé en ce que le perçage ( 30) du capuchon extrême et le raccord ( 20) sont mis en engagement en diminuant la température du raccord pour faciliter la mise en place du perçage du capuchon extrême sur le raccord et en remettant le raccord à la température

ambiante pour former un joint thermiquement dilaté.

22 Procédé de montage d'un capuchon extrême de filtre sur un raccord, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes d'élever la température du capuchon extrême au-delà de la température ambiante, d'assembler un perçage du capuchon extrême sur une forme non rentrante du raccord et d'abaisser la température du capuchon extrême pour fixer le filtre sur le raccord et produire

un joint thermiquement contracté entre le capuchon extrême et le raccord.

23 Procédé selon la revendication 22, caractérisé en ce que l'étape d'assemblage consiste à établir une interférence résiduelle entre le diamètre

interne et le diamètre externe qui induit un effort dans le capuchon extrême.

24 Procédé selon la revendication 23, caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'étape de dimensionner le diamètre externe et le diamètre interne avant assemblage pour obtenir l'effort optimum dans le capuchon extrême pendant

une durée de vie donnée de l'agencement du filtre lorsqu'il est assemblé.

Procédé selon la revendication 24, caractérisé en ce qu'il comprend de plus l'étape de déterminer l'effort optimum en calculant l'effort résiduel

maximum dans le capuchon extrême à la durée de vie donnée.