FR2693918A1 - Filtre céramique monolithique à structure en nid d'abeilles. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un filtre céramique monolithique ayant une structure en nid d'abeilles. Une partie (12) de la cloison de la structure en nid d'abeilles est exposée par sa face extrême à une surface de paroi extérieure (13) de la structure et son épaisseur est augmentée par rapport à la partie restante de la cloison pour constituer une partie (12) de relâchement de la résistance à l'écoulement. Ainsi, la résistance opposée à l'écoulement du filtrat à l'intérieur des cloisons peut être diminuée pour permettre une filtration efficace. Domaine d'application: microfiltration, ultrafiltration, osmose inverse, etc.
Description
L'invention concerne un filtre céramique mono-
lithique ayant une structure en nid d'abeilles, capable de présenter une aire de filtration importante et une faible résistance de filtration, et pouvant être utilisé pour une microfiltration, une ultrafiltration et une osmose inverse. Jusqu'à présent, on a conduit un certain nombre de recherches pour réaliser un filtre céramique compact ayant une aire importante de filtration, et des propositions ont porté sur des filtres céramiques monolithiques ayant une
structure en nid d'abeilles.
Avec les filtres céramiques monolithiques, le filtrat produit lors de la filtration par une membrane filtrante formée sur la surface des passages de liquide d'alimentation s'écoule à l'intérieur des cloisons vers une paroi extérieure du filtre avant d'être déchargé du filtre à la paroi extérieure de celui-ci Le volume d'écoulement du
filtre à l'intérieur de la cloison devient donc plus impor-
tant à l'approche de la paroi extérieure.
Les filtres céramiques classiques ayant une
structure en nid d'abeilles, la cloison présente une épais-
seur constante Par conséquent, le débit d'écoulement du filtre à l'intérieur de la cloison augmente notablement dans une zone proche de la paroi extérieure, de sorte que la résistance à l'écoulement du filtrat augmente notablement, ce qui limite la vitesse de la filtration Un filtre céramique ayant une aire plus grande de filtration était donc difficile
à mettre en oeuvre à l'échelle industrielle.
En tant que solutions de ce problème, il a été proposé des filtres céramiques à écoulements croisés ayant des conduits de filtrat comme décrit dans le brevet japonais
N O 01-501534 (WO 88/07398) ou 03-500386 (WO 90/03831).
Cependant, les filtres céramiques mentionnés ci-
dessus comportant les conduits de filtrat sont d'une struc-
ture compliquée et nécessitent des techniques de fabrication très complexes Par exemple, ces filtres céramiques exigent soit un traitement et un usinage supplémentaires compliqués portant sur une structure monolithique en nid d'abeilles, soit un travail compliqué pour assembler un certain nombre d'éléments (plaques) en nid d'abeilles, pour produire des canaux d'écoulement de sortie du filtrat. L'invention, pour résoudre ce problème, a pour objet de procurer un filtre céramique ayant une aire élevée
de filtration, ne présentant pas les problèmes mentionnés ci-
dessus et permettant d'éviter l'augmentation de la résistance à l'écoulement du filtrat à l'intérieur de la cloison sans
limitation imposée à la vitesse de filtration.
D'autres objectifs ressortiront de la suite de la
description.
Selon un premier aspect de l'invention, l'objet ci-dessus peut être réalisé par un filtre céramique monoli- thique dans lequel une face extrême d'une partie d'une cloison d'une structure en nid d'abeilles du filtre est exposée sur une surface de paroi extérieure de la structure en nid d'abeilles et présente une épaisseur accrue en20 comparaison avec la partie restante de la cloison pour constituer une partie de relâchement de la résistance à l'écoulement Il est très avantageux que ce filtre céramique
monolithique puisse être produit simplement par la techno-
logie d'extrusion.
Conformément au deuxième aspect de l'invention, s'ajoutant au premier aspect, la partie de relâchement de la résistance à l'écoulement (c'està-dire la partie de paroi épaisse) présente une ouverture d'un conduit de décharge du f iltrat atteignant une surface de paroi extérieure de la structure en nid d'abeilles Conformément au deuxième aspect,
la production est également simple et aisée car les ouver-
tures de conduit de décharge du f iltrat peuvent être pro-
duites à l'intérieur de la partie de paroi épaisse, en plus
du premier aspect.
Avec cette partie de relâchement de la résistance
à l'écoulement, on peut éviter un accroissement de la résistance opposée à l'écoulement du filtrat.
En outre, avec l'ouverture précitée du conduit de décharge du filtrat, on peut éviter davantage l'accroissement de la résistance opposée à l'écoulement du filtrat. Conformément à un troisième aspect de l'invention, l'objet ci-dessus peut être réalisé par un filtre céramique monolithique présentant des espaces vides de10 communication séparés de cellules d'une structure en nid d'abeilles du filtre par des cloisons de cellules, les espaces vides étant en communication avec le côté latéral extérieur de la structure en nid d'abeilles et s'étendant axialement en continu à travers la structure en nid
d'abeilles.
Selon un quatrième aspect de l'invention, basé sur le filtre céramique monolithique du troisième aspect, un cadre d'extrémité est monté sur l'extrémité du filtre
céramique, avantageusement sur chacune des deux extrémités.
Les espaces vides de communication sont avanta-
geusement des évidements en forme de gorges ménagés dans la paroi périphérique extérieure de la structure en nid d'abeilles. Les filtres céramiques sont avantageusement d'une forme telle qu'il est possible de les produire par moulage
par extrusion, ce qui simplifie notablement la production.
Les cadres d'extrémité sont avantageusement pourvus chacun de saillies engagées dans les espaces vides de communication ou dans les évidements en forme de gorges pour fermer les espaces vides de communication aux extrémités de
la structure en nid d'abeilles.
Les espaces vides de communication peuvent
s'étendre depuis l'intérieur de la structure en nid d'abeil-
les, à l'exception de la partie centrale de cette structure,
dans sa direction transversale Les espaces vides de com-
munication peuvent s'étendre depuis la paroi périphérique extérieure vers l'intérieur, se terminant dans une position intermédiaire De plus, les espaces vides de communication peuvent s'étendre alternativement depuis un côté de la paroi5 périphérique extérieure et depuis son côté opposé, comme vu en coupe transversale de la structure en nid d'abeilles Cet agencement est possible en particulier dans le cas o la structure en nid d'abeilles présente la section transversale
de forme carrée.
D'autres agencements des espaces vides de communication (évidements en forme de gorges) ou des parties de relâchement de la résistance à l'écoulement sont indiquées
à titre d'exemples sur les figures 8 et 9.
On expliquera à présent le concept sur lequel repose l'invention Bien que le filtre du type en nid d'abeilles soit efficace en tant que filtre céramique ayant
une aire importante de filtration, la vitesse de la filtra-
tion est limitée du fait de la résistance notablement accrue opposée à l'écoulement du filtrat avec, pour conséquence, qu'il est difficile d'utiliser le filtre céramique en nid d'abeilles, d'une aire de filtration importante, à une échelle industrielle L' invention propose un filtre céramique monolithique ayant une aire importante de filtration, dans lequel les limitations concernant la vitesse de la filtration sont éliminées en évitant l'accroissement de la résistance
opposée à l'écoulement du filtrau.
La résistance opposée à l'écoulement du filtrat dans la cloison (perte de pression AP) est représentée par la formule de Kozeny-Carmen
Q E 3 LP
A x Lm(l-e)252 Etant donné que 4 e
D= ( 2)
( 1-e)S on a la formule suivante ( 3) Q e D 2 AP A 16 x LU Dans les formules ( 1) à ( 3) ci-dessus, Q désigne le volume d'écoulement, A l'aire de la section transverale, e la
proportion de pores, AP la chute de pression, K une cons-
tante, L une distance, y la viscosité, S la surface spécifi-
que et D le diamètre des pores.
La formule ci-dessus montre que la résistance à l'écoulement du f iltrat peut être diminuée par exemple en augmentant l'aire A de la section transversale, en augmentant le diamètre D des pores, en diminuant la distance L ou en augmentant la proportion e de pores L'invention a été
réalisée sur la base de la constatation ci-dessus.
Conformément au premier aspect de l'invention, tel que montré sur les figures 1 à 3 des dessins annexés, l'aire A de la section transversale est augmentée par un accroissement de l'épaisseur d'une partie de paroi épaisse ( 12), d'une cloison reliée à une paroi extérieure ( 13) afin de servir le passage pour le filtrat (partie de relâchement de la résistance à l'écoulement), alors que selon le deuxième aspect, la distance L est diminuée par l'ouverture ( 14) de conduit de décharge du f iltrat reliée à la surface de la
paroi extérieure.
Conformément au troisième aspect de l'invention, en ménageant des espaces vides de communication séparés des cellules de la structure en nid d'abeilles au moyen de cloisons (cloisons de cellules) pour une communication avec l'extérieur de la structure en nid d'abeilles, on diminue la distance d'écoulement L qui est parcourue par le f iltrat5 résultant d'une filtration à travers la membrane filtrante avant que le filtrat soit déchargé d'une paroi extérieure du filtre après s'être écoulé à travers l'intérieur des cloi- sons De cette manière, on réalise un filtre céramique monolithique dans lequel la résistance à l'écoulement opposée10 au filtrat est abaissée à une valeur inférieure et dans lequel la limitation imposée à la vitesse de filtration est
notablement éliminée.
L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels: la figure 1 est une vue en élévation latérale montrant un élément de support d'une structure en nid d'abeilles selon l'exemple 1 de la présente invention; la figure 2 est une vue en élévation latérale montrant un élément de support d'une structure en nid d'abeilles selon l'exemple 2 de la présente invention; la figure 3 est une vue en coupe suivant la ligne A-A' de la figure 2; la figure 4 est une vue en perspective d'un élément de support d'une structure en nid d'abeilles selon un exemple comparatif; la figure 5 est une vue en perspective montrant un élément de support d'une structure en nid d'abeilles selon l'exemple 3 de la présente invention; la figure 6 est une vue en perspective montrant
le filtre céramique de l'exemple 3 selon l'invention lors-
qu'il est pourvu de cadres d'extrémité; la figure 7 est une vue en perspective montrant un élément de support à structure en nid d'abeilles selon une forme de réalisation modifiée; et les figures 8 et 9 montrent d'autres agencements de parties de relâchement de la résistance à l'écoulement ou d'espaces vides de communication, vus dans la section transversale de la structure en nid d'abeilles.5 Dans tous les aspects, la forme qui permet de produire le filtre par moulage par extrusion peut être décrite à titre d'exemple comme étant une forme telle qu'un certain nombre de parties de parois épaisses ou d'espaces vides sont formées de façon ininterrompue d'une face extrême10 à l'autre de la structure en nid d'abeilles dans la même direction que celle de l'extrusion des cellules ouvertes de la structure en nid d'abeilles. En ce qui concerne le deuxième aspect, les ouvertures des conduits de décharge pourraient être formées axialement à la structure en nid d'abeilles dans les parties de parois épaisses, ce qui permet un moulage par extrusion avantageux Cependant, cet agencement exigerait des mesures supplémentaires aux deux extrémités pour séparer le filtrat des écoulements de fluide arrivant et sortant Dans la totalité des premier, deuxième, troisième et quatrième aspects, le filtrat peut être déchargé latéralement vers l'extérieur de la paroi périphérique extérieure, et les conduits de séparation pour le filtrat aux deux extrémités de la structure en nid d'abeilles peuvent être éliminés ou
notablement simplifiés.
Avec le filtre céramique monolithique selon le premier aspect de l'invention, une partie de la cloison de la structure en nid d'abeilles est surépaissie et conçue en tant
que partie de relâchement de la résistance à l'écoulement.
Par exemple, les parois surépaissies peuvent être agencées à un intervalle égal à un certain nombre de cellules L'exemple le plus simple est un agencement en parallèle comme montré sur la figure 1 Sur la figure 1, des parois épaisses supplémentaires peuvent être disposées transversalement (par
exemple verticalement) aux parois épaisses horizontales.
La partie de relâchement de la résistance d'écoulement comprend une partie d'une cloison de structure en nid d'abeilles, laquelle partie présente une épaisseur supérieure à celle de la partie restante de la cloison et est5 exposée, par sa face d'extrémité, à la surface de paroi extérieure (latérale) de la structure en nid d'abeilles La cloison, au niveau de la partie de relâchement de la résis- tance d'écoulement, présente avantageusement une épaisseur égale à deux à cinq fois celle de la partie restante de la
cloison.
Il est à noter que si l'épaisseur est inférieure au double, les effets de la partie de relâchement de la
résistance à l'écoulement diminuent, alors que, si l'épais-
seur est supérieure d'un facteur de cinq, l'aire de filtra-
tion décroît au point de faire baisser la capacité totale de
filtration du filtre.
Il est avantageux que la structure en nid d'abeilles comprenne un élément de support ou substrat de cette structure en nid d'abeilles, formé d'une céramique poreuse ayant un diamètre moyen de pores avantageusement dans une plage de 1 Nm à 100 Am, plus avantageusement dans une
plage de 5 Nom à 20 Mm, et une membrane filtrante 1 (avanta-
geusement en céramique poreuse) ayant un diamètre moyen de pores dans une plage de 5 nm à 5 Nom, formée sur l'élément précité de support La membrane filtrante peut être toute matière convenable autre qu'une céramique, constituant une
membrane filtrante.
La structure en nid d'abeilles peut également comprendre une couche intermédiaire formée entre l'élément de support de la structure en nid d'abeilles et la membrane filtrante Cette couche intermédiaire optionnelle présente un diamètre moyen des pores compris entre le diamètre moyen des pores de l'élément de support et celui de la membrane filtrante Cependant, l'élément de support de la structure en nid d'abeilles sans la membrane filtrante suffit aussi,
suivant la précision de filtration souhaitée.
On décrit ci-après un procédé typique de produc- tion de l'élément de support pour la structure en nid d'abeilles.5 La matière de départ pour la céramique ayant un diamètre convenable de particules est mélangée avec un liant
organique et de l'eau, et le mélange résultant est malaxé et extrudé en un corps ayant une aptitude au moulage plastique. Un auxiliaire de frittage tel que de l'argile, du verre,10 etc, peut également être ajouté en tant que liant inorgani-
que, si cela est nécessaire Le corps est en outre moulé par extrusion au moyen d'une machine de moulage par extrusion ayant une lèvre de filière prédéterminée Le produit moulé est séché et fritté pour achever un élément de support,
c'est-à-dire un squelette en nid d'abeilles (premier et troisième aspects).
Selon le deuxième aspect, des ouvertures 14 de conduits de décharge du filtrat, qui débouchent dans la surface périphérique extérieure, avantageusement après le séchage, sont formées à un pas prédéterminé Les ouvertures 14 des conduits sont disposées avantageusement à angle droit avec l'axe de la structure en nid d'abeilles pour une meilleure distribution et une plus grande facilité de fabrication. Conformément au troisième aspect, un produit moulé vert est moulé par extrusion au moyen d'une machine de moulage par extrusion ayant une lèvre de filière correspon- dante On procède par ailleurs comme dans le premier aspect pour produire un élément de support d'une structure en nid30 d'abeilles présentant des évidements périphériques 15 en forme de gorges sur la périphérie extérieure (figures 5 et 7). La céramique poreuse peut être toute matière telle que de l'alumine, de la silice, de la zircone, de la mullite, une spinelle, de la cordiérite, du carbone, du
carbure de silicium, du nitrure de silicium et analogues.
Sur la surface d'un passage d'alimentation Il pour fluide brut d'un élément de support ayant une structure en nid d'abeilles montrée sur les figures 1 et 3 ou sur les5 figures 5 et 7, on forme une membrane de filtration en céramique poreuse ayant une dimension moyenne des pores de nm à 5 pm afin de produire un filtre céramique On décrit ci-après un procédé typique de production d'une telle
membrane filtrante.
On additionne et mélange à une matière de départ pour céramique, sous la forme de poudres ou d'une solution colloïdale, ayant une dimension convenable de particules, un solvant tel que de l'eau, un liant organique, un agent défloculant, un agent d'ajustement de p H, etc, afin de15 produire une barbotine Cette barbotine est enduite sur les surfaces de passages il d'alimentation en fluide brut d'un élément de support ayant une structure en nid d'abeilles Le produit résultant est séché et fritté pour produire une membrane filtrante Les matières de la membrane filtrante englobent l'alumine, la zircone, l'oxyde de titane, etc. Selon le quatrième aspect, le filtre céramique produit de cette manière est pourvu sur ses deux extrémités de cadres 16 d'extrémité Comme montré sur la figure 6, chaque cadre 16 d'extrémité comporte avantageusement un cercle 16 a et plusieurs saillies 16 b disposés de façon à boucher les évidements en forme de gorge du filtre céramique aux extrémités de la structure en nid d'abeilles Le cadre 16 d'extrémité est formé en acier inoxydable, en céramique, en résine ou analogue et il est scellé ou soudé par un adhésif organique ou inorganique ou des verres En montant le cadre
d'extrémité 16 de cette manière, il devient possible d'empê-
cher le fluide brut de passer par mélange dans un filtrat, ainsi que de faciliter la mise en place du filtre céramique sur un boîtier, non représenté Les cadres peuvent également servir pour renforcer la structure céramique en nid d'abeilles. Le filtre céramique peut également être utilisé
dans une condition telle que les deux extrémités des évide-
ments en forme de gorge sont scellées par une matière organique telle qu'une résine époxy, ou par une matière inorganique telle qu'un ciment ou une pâte d'étanchéité à base de verre, sans utiliser, par conséquent, les cadres d'extrémité De plus, la céramique peut être utilisée dans des conditions telles que des cadres d'extrémité sans saillie sont fixés au filtre dont les deux extrémités des évidements
en forme de gorge sont scellées comme décrit ci-dessus.
Bien que le profil en section transversale de chaque passage (cellule) de fluide d'alimentation soit carré sur les figures 1 à 3 et sur les figures 5 à 7, il peut également avoir d'autres formes polygonales telles que celles d'un triangle, d'un hexagone, etc, la forme d'un cercle et autres En outre, bien que les passages (cellules) de fluide d'alimentation soient agencés en une configuration de mailles carrées aux extrémités de la structure en nid d'abeilles et prennent un profil extérieur de forme circulaire ou carrée,
ils peuvent également être agencés suivant d'autres con-
figurations telles que des configurations en hexagones, en cercles concentriques, etc, dans lesquelles les parties de parois épaisses et les évidements en forme de gorge peuvent
être agencés radialement.
D'autres agencements possibles des parties 12 de relâchement de la résistance à l'écoulement ou des espaces vides 15 de communication sont illustrés sur les figures 8 et
9, chacun pour les cellules carrées 11 La figure 8 repré-
sente un profil rond de la paroi extérieure 13, tandis que la figure 9 représente un profil carré Bien que cela ne soit pas illustré, un agencement concentrique de cellules l est
possible, agencement dans lequel les parties 12 de relâche-
ment de la résistance à l'écoulement ou les espaces vides 15 de communication peuvent être disposés radialement Ainsi qu'il ressort de ces figures, une combinaison de la partie ou des parties 12 ' de relâchement de la résistance à l'écoule- ment et de l'espace ou des espaces vides 15 de communication est également possible Une partie 12 ' de relâchement de la5 résistance à l'écoulement est représentée sous la forme d'une intersection sur la figure 9 Cette combinaison pourrait servir à renforcer la structure en nid d'abeilles présentant
les espaces vides 15 de communication.
Exemples
Exemple 1 (premier aspect) On a additionné à 100 parties en poids d'alumine, ayant une dimension moyenne de particules de 40 pm, 8 parties en poids de poudres de verre ayant une dimension moyenne de particules de 5 Mm, en tant que liant inorganique, et 7 parties en poids de méthylcellulose en tant que liant organique, ainsi qu'une quantité prédéterminée d'eau, et on
les a malaxés pour former un corps plastique pour l'extru-
sion En utilisant une machine de moulage par extrusion ayant
une lèvre de filière produisant une forme en section trans-
versale telle que montrée sur la figure 1, on a moulé par extrusion le corps à extruder et on l'a fait sécher pour constituer un élément de support suffisamment sec L'élément de support résultant a été fritté dans un four de frittage à 1250 OC afin que l'on obtienne un élément de support ayant une structure en nid d'abeilles montrée sur la figure 1 L'élé- ment de support avait un diamètre de 150 mm et une longueur de 1000 mm, une dimension moyenne de pores de 10 Mm, une épaisseur de cloison de 2 mm, une épaisseur d'une partie de la cloison reliée à une paroi extérieure surépaissie pour être utilisée en tant que passage de filtrat (partie de relâchement de la résistance à écoulement) 12 de 8 mm, et une dimension du passage du liquide d'alimentation équivalant au
côté d'un carré d'une longueur égale à 4 mm.
On a chargé dans un récipient en matière synthé-
tique 100 parties en poids de poudres fines d'alumine ayant une dimension moyenne de particules de 0,6 Dm, 75 parties en
poids d'eau et 40 parties en poids d'un liant organique (une résine acrylique hydrosoluble ayant une teneur en matière solide de 30 %), et on a agité et mélangé avec des galets5 d'alumine pendant 24 heures dans un broyeur à boulets afin de produire une barbotine pour former une membrane filtrante.
Cette barbotine pour former la membrane filtrante a été adsorbée à la surface des passages de liquide d'alimentation de l'élément de support de la structure en nid d'abeilles10 pour former une membrane filtrante (verte) L'élément de support portant la membrane filtrante (verte) a ensuite été séché et fritté à 12500 C La membrane filtrante ainsi
produite avait une dimension moyenne de pores de 0,2 Mm.
Le filtre céramique ainsi produit présentait une vitesse d'écoulement de transmission d'eau pure, sous une pression différentielle de 98,1 k Pa, égale à 2,5 m 3/m 2 h. Exemple 2 (deuxième aspect) Comme montré sur les figures 2 et 3, on a produit un filtre céramique de la même manière que dans l'exemple 1, sauf que plusieurs ouvertures de conduit (trous traversants) 14 pour décharger le filtrat ont été formées transversalement à la structure en nid d'abeilles dans les parties 12 de relâchement de la résistance à l'écoulement de l'élément de support de la structure en nid d'abeilles pour atteindre la surface de la paroi extérieure de l'élément de support à
travers la partie de relâchement de la résistance à l'écoule-
ment Les ouvertures 14 des conduits pour décharger le filtrat avaient un diamètre de 4 mm, tandis que la distance entre les trous traversants voisins dans la partie de relâchement de la résistance à l'écoulement était de 10 cm,
dans un agencement parallèle.
Le filtre céramique ainsi produit a présenté une vitesse d'écoulement de transmission de l'eau pure sous une pression différentielle de 98,1 k Pa égale à 2,7 m 3/m 2 h. Il convient cependant de noter qu'il n'est pas nécessaire que les ouvertures des conduits de déchargement se présentent sous la forme de trous traversants, mais que ces conduits ne peuvent s'ouvrir qu'à une de leurs extrémités;5 dans ce cas, alors, un agencement alterné d'ouverture aux surfaces de droite et de gauche (ou du haut et du bas) de la
paroi extérieure est préféré.
Exemple comparatif 1 Comme montré sur la figure 4, on a produit un filtre céramique de la même manière que dans l'exemple 1,
sauf que la partie de la cloison reliée à la paroi ex-
térieure, qui était surépaissie pour être utilisée en tant
que passage du filtrat (partie de relâchement de la résis-
tance à l'écoulement) 12 n'a pas été formée dans l'élément de support ayant une structure en nid d'abeilles Le filtre céramique ainsi produit a présenté une vitesse d'écoulement
de transmission de l'eau pure sous une pression différen-
tielle de 98,1 k Pa égale à 1,9 m 3/m 2 h. Exemple 3 (troisième et quatrième aspects) En utilisant une lèvre de filière ayant une section transversale correspondante, on a produit un élément de support d'une structure en nid d'abeilles tel que montré sur la figure 5, ayant une section transversale présentant l'évidement périphérique 15 en forme de gorge ménagé dans la
paroi périphérique extérieure, par ailleurs de la même manière que dans l'exemple 1.
L'élément de support avait une dimension moyenne des pores de 10 gm, un diamètre de 50 mm et une longueur de 1000 mm, une épaisseur de cloison de 2 mm, une largeur de l'évidement périphérique droit, en forme de gorge, de 4 mm et une dimension de chaque côté d'un carré d'un passage
(cellule) d'alimentation en liquide de 4 mm.
Ensuite, une barbotine a été préparée comme dans
l'exemple 1 Cette barbotine pour former la membrane fil-
trante a été adsorbée à la surface des passages d'alimenta-
tion en liquide de l'élément de support de la structure en
nid d'abeilles pour former une membrane filtrante (verte).
L'élément de support portant la membrane filtrante (verte) a ensuite été scellé et fritté à 1250 'C La membrane filtrante ainsi produite avait une dimension moyenne de pores de 0,2 t&m. Le filtre céramique produit de cette manière a été équipé de cadres d'extrémité comme montré sur la figure 6, la vitesse d'écoulement de filtration d'eau pure sous une pression différentielle de 98,1 k Pa a été mesurée et s'est révélée être de 2,9 m 3/m 2 h. Exemple comparatif 2 Comme montré sur la figure 4, on a produit un filtre céramique de la même manière que dans l'exemple 3, sauf que l'on n'a pas formé d'évidements en forme de gorge périphérique dans l'élément de support de la structure en nid
d'abeilles et que l'on n'a pas monté les cadres d'extrémité sur les extrémités de l'élément de support Autrement dit, le filtre est analogue à celui de l'exemple comparatif 3 et le20 résultat est le même.
L'invention a pour avantage que le filtre céramique monolithique conforme à cette invention, d'une façon générale, est de la structure en nid d'abeilles pouvant être produite par moulage par extrusion et qu'il est donc peu volumineux et aisé à produire industriellement en grande série,et que son aire de filtration peut être augmentée De plus, conformément au premier aspect, en concevant une partie de la cloison de la structure en nid d'abeilles sous la forme de la partie de relâchement de la résistance à l'écoulement comprenant une portion de la cloison de la structure en nid d'abeilles dont la face extrême est exposée sur la surface de paroi extérieure de la structure en nid d'abeilles et est d'une épaisseur supérieure à celle de la partie restante de la cloison, on diminue la résistance à l'écoulement opposée au filtrat à l'intérieur de la cloison, comme montré par les mesures de vitesse d'écoulement de transmission de l'eau pure données dans les exemples ci- dessus, ce qui a pour résultat de permettre d'effectuer efficacement la filtration En outre, avec le filtre céramique monolithique selon le premier5 aspect de l'invention, le procédé compliqué de production consistant à boucher les deux extrémités des passages (cellules) de décharge du f iltrat ou des passages de liquide
d'alimentation peut être éliminé pour permettre une fabrica-
tion moins coûteuse.
Conformément au deuxième aspect, la partie de paroi épaisse qui constitue la partie de relâchement de la
résistance à l'écoulement présente des ouvertures de conduit pour décharger le filtrat et offre donc une amélioration supplémentaire de la vitesse de filtration, en plus de celle15 résultant du premier aspect.
Le filtre céramique monolithique selon le troisième aspect de l'invention est de faible dimension et d'une structure simple, et présente une aire de filtration accrue De plus, étant donné que le filtre comprend des20 espaces de communication séparés des cellules de la structure
en nid d'abeilles par des cloisons de cellules et communi-
quant avec l'extérieur de la structure en nid d'abeilles, la résistance à l'écoulement opposée au filtrat à l'intérieur des cloisons (paroi des cellules) est diminuée, comme indiqué par les mesures de vitesse d'écoulement de filtration de
l'eau pure dans l'exemple illustratif, ce qui permet d'effec-
tuer efficacement la filtration En outre, le filtre cérami-
que monolithique qui est d'une forme permettant sa production par moulage par extrusion, selon le troisième aspect, peut être produit à de faibles coûts car il n'est pas nécessaire de percer les ouvertures pour décharger le filtrat dans la
structure en nid d'abeilles.
Selon le quatrième aspect, l'ensemble conforme au troisième aspect peut être assemblé dans un boîtier de filtre
sans difficulté et en présentant une plus grande résistance.
Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au filtre décrit et représenté sans
sortir du cadre de l'invention.
Claims (12)
1 Filtre céramique monolithique comportant une structure en nid d'abeilles, caractérisé en ce qu'une partie ( 12) d'une cloison de la structure en nid d'abeilles s'étend depuis l'intérieur de la structure en nid d'abeilles jusqu'à une surface de paroi extérieure ( 13) de cette structure en
nid d'abeilles et présente une épaisseur accrue en com- paraison avec la partie restante de la cloison pour consti- tuer une partie de relâchement de la résistance à l'écoule-10 ment.
2 Filtre céramique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que la partie de relâchement de la résis-
tance à l'écoulement présente au moins une ouverture ( 14) d'un conduit de décharge de filtrat s'étendant jusqu'à une surface de paroi extérieure de la structure en nid d'abeilles dans l'épaisseur accrue de la partie de relâchement de la
résistance à l'écoulement.
3 Filtre céramique selon la revendication 1,
caractérisé en ce que la partie de relâchement de la résis-
tance à l'écoulement s'étend sur toute la longueur axiale de
la structure en nid d'abeilles.
4 Filtre céramique selon la revendication 3,
caractérisé en ce que la partie de relâchement de la résis-
tance à l'écoulement comprend plusieurs parties de paroi d'épaisseur accrue qui s'étendent d'un côté à l'autre de
cette partie de relâchement.
Filtre céramique selon la revendication 3,
caractérisé en ce que la partie de relâchement de la résis-
tance à l'écoulement comprend plusieurs parties de paroi d'une épaisseur accrue qui s'étendent parallèlement entre elles. 6 Filtre céramique selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'ouverture du conduit de décharge du filtrat comprend des lumières s'étendant transversalement à
la structure en nid d'abeilles.
7 Filtre céramique selon la revendication 6, caractérisé en ce que les lumières sont disposées paral-
lèlement entre elles. 8 Filtre céramique selon l'une des reven-
dications 1 et 2, caractérisé en ce que la partie de relâche- ment de la résistance à l'écoulement présente une épaisseur de deux à cinq fois l'épaisseur de la cloison de la structure en nid d'abeilles. 9 Filtre céramique monolithique, caractérisé en ce qu'il comporte une structure en nid d'abeilles qui comprend des espaces vides ( 15) de communication séparés de cellules ( 11) de la structure en nid d'abeilles par les
cloisons des cellules du filtre, les espaces vides communi-
quant avec le côté extérieur latéral de la structure en nid
d'abeilles sur toute la longueur de la structure et s'éten-
dant sur toute sa longueur axiale.
Filtre céramique selon la revendication 9, caractérisé en ce que les espaces vides de communication comprennent chacun un évidement en forme de gorge s'étendant depuis la paroi périphérique extérieure de la structure en
nid d'abeilles vers l'intérieur.
11 Filtre céramique selon la revendication 9, caractérisé en ce que la structure en nid d'abeilles présente une forme lui permettant d'être produite par moulage par
extrusion.
12 Filtre céramique selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte un cadre d'extrémité ( 16) entourant la structure en nid d'abeilles et monté sur au
moins une extrémité de celle-ci.
13 Filtre céramique selon la revendication 12, caractérisé en ce que le cadre d'extrémité comporte des
saillies ( 16 b) engagées dans les espaces vides de commu-
nication pour les fermer à une extrémité de la structure en
nid d'abeilles.
14 Filtre céramique selon la revendication 11, caractérisé en ce que les espaces vides de communication s'étendent depuis l'intérieur de la structure en nid d'abeilles, à l'exception d'une partie centrale de cette structure, dans sa direction transversale. Filtre céramique selon la revendication 11, caractérisé en ce que les espaces vides de communication s'étendent depuis la paroi périphérique extérieure vers
l'intérieur pour finir dans une position intermédiaire.
16 Filtre céramique selon la revendication 15, caractérisé en ce que les espaces vides de communication
s'étendent en alternance depuis un côté de la paroi périphé-
rique extérieure et depuis son côté opposé, comme vu dans la
section transversale de la structure en nid d'abeilles.
17 Filtre céramique selon l'une quelconque des
revendications 1, 2, 9 et 12, caractérisé en ce que la
structure en nid d'abeilles est formée d'une matière cérami-
que poreuse et comporte une membrane filtrante sur une surface faisant face à chaque cellule de la structure en nid
d'abeilles.
18 Filtre céramique selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'une couche poreuse intermédiaire est disposée entre la structure en nid d'abeilles et la membrane filtrante. 19 Filtre céramique selon la revendication 17, caractérisé en ce que la membrane filtrante est une céramique poreuse ayant une dimension de pores inférieure à celle de la
structure en nid d'abeilles.
Filtre céramique selon la revendication 9, caractérisé en ce que la structure en nid d'abeilles comporte en outre une partie ( 12) de relâchement de la résistance à l'écoulement qui est formée d'une partie surépaissie de la cloison des cellules, ladite partie surépaissie s'étendant depuis l'intérieur de la structure en nid d'abeilles jusqu'à
une paroi extérieure de celle-ci.
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