DOMAINE TECHNIQUE :

La présente invention concerne le domaine technique de la séparation moléculaire ou particulaire mettant en oeuvre des éléments de séparation, appelés généralement membranes et constitués à partir de matériaux inorganiques. L'objet de l'invention vise, plus précisément, la réalisation d'une unité de filtration inorganique adaptée pour permettre de concentrer, trier ou extraire, des espèces moléculaires ou particulaires contenues dans un milieu liquide qui exerce une pression donnée sur la membrane.

L'objet de l'invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le domaine de la nano-filtration , 1 ' ultra-filtration , la micro-filtration , la filtration ou l'osmose inverse.

TECHNIQUE ANTERIEURE :

L'état de la technique a proposé par le brevet FR 2 061 934 un bloc de filtration de nature minérale constitué d'éléments de filtration empilés. Un premier réseau de canaux, parallèles entre eux de section circulaire, sont aménagés sur les faces en regard de deux éléments de filtration consécutifs. La surface des canaux est recouverte d'une couche séparatrice assurant la filtration d'un milieu liquide circulant à l'intérieur du premier réseau de canaux. Les éléments de filtration sont aménagés pour comporter un second réseau de canaux de section circulaire s 'étendant selon une direction perpendiculaire à celle des canaux du premier réseau. Les canaux du second réseau sont destinés à récupérer le filtrat ayant traversé les éléments de filtration à partir des couches séparatrices. Les canaux des deux réseaux débouchent sur les quatre côtés du bloc de filtration ainsi constitué. Les côtés du bloc sont destinés à recevoir des plaques

aménagées pour comporter des canalisations indépendantes d'amenée du milieu liquide à traiter et de récupération du filtrat, adaptées pour communiquer respectivement avec le premier et le second réseaux de canaux. La mise en oeuvre de telles plaques présente des inconvénients dans la mesure où elles nécessitent de réaliser un étanchement parfait entre les quatre côtés du bloc et les plaques rapportées. De plus, l'opération de montage des plaques ne peut pas être facilement réalisée lors du processus de fabrication du bloc, ce qui interdit une fabrication industrielle d'un tel bloc de filtration. Il doit être considéré, également, que le caractère monobloc d'un tel module impose de le réaliser à partir d'un matériau poreux. Cette contrainte rend le module peu performant en raison de l'épaisseur des parois qu'elle impose.

Il est connu, également, dans l'état de la technique, par la demande de brevet FR-A-2 262 550, un module destiné à l'échange d'énergie et susceptible d'être appliqué au domaine de la filtration. Un tel module est constitué à partir d'un élément poreux monobloc, à l'intérieur duquel sont aménagés au moins deux réseaux indépendants de couches parallèles de canaux régulièrement croisés. Les canaux de chaque réseau sont reliés entre-eux par des canalisations.

Un tel module, qui a été conçu pour constituer un échangeur de chaleur, se trouve mal adapté pour assurer une fonction de filtration. En effet, ce module est réalisé à partir d'un matériau poreux, sous la forme d'un élément monobloc, conduisant à l'obtention d'un module peu performant en raison de l'épaisseur des parois, ce qui provoque une perte de charge importante. Par ailleurs, un tel module peut comporter des ponts de renforcement formant des continuités de matière et conçus pour relier deux parois séparatrices opposées, afin d'augmenter la résistance mécanique des parois. Il s'avère que la mise en oeuvre de tels ponts de renforcement réduit la capacité de filtration pour une même surface utilisée de matière.

EXPOSE DE L'INVENTION

La présente invention vise à remédier aux divers inconvénients des

techniques antérieures en proposant une unité de filtration inorganique conçue, d'une part, pour comporter au moins un et, de préférence, deux réseaux de circulation étanches l'un par rapport à l'autre, respectivement pour le milieu liquide à traiter et le filtrat et, d'autre part, pour présenter une capacité de filtration optimisée par rapport au volume de matière utilisée.

L'objet de l'invention vise également à offrir une unité inorganique de filtration, conçue pour permettre une fabrication industrielle intégrant dans son processus de fabrication, la réalisation des canalisations d'amenée du liquide à traiter et des canalisations de récupération du filtrat. Pour atteindre cet objectif, l'unité de filtration, selon l'invention, comporte au moins une structure poreuse, rigide, inorganique présentant une première et une seconde faces principales, opposées l'une de l'autre, au moins une cavité étant ménagée dans la structure poreuse à distance des deux faces, en délimitant des appuis. Selon l'invention, la structure poreuse comporte au moins un canal à parois étanches débouchant sur les deux faces et ménagé pour traverser un appui, en vue de constituer un premier réseau de circulation étanche vis-à-vis de la cavité.

Diverses autres caractéristiques ressortent de la description faite ci- dessous en référence aux dessins annexés qui montrent, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation de l'objet de l'invention.

BREVE DESCRIPTION DES DESSINS :

La fig. 1 est une vue en perspective d'un premier mode de réalisation d'une unité de filtration conforme à l'invention.

La fig. 2 est une vue en coupe prise sensiblement selon les lignes II - II de la fig. 1.

Les fig. 3 et 4 sont des vues analogues à la fig. 2 et montrant d'autres exemples de réalisation d'une, unité de filtration selon l'invention. La fig. 5 est une vue en perspective montrant une unité de filtration conforme à l'invention.

MEILLEURE FAÇON DE REALISER L'INVENTION :

Les fig. 1 et 2 illustrent un premier mode de réalisation d'une unité inorganique de filtration 1, conforme à l'invention, adaptée pour assurer la séparation ou la filtration de molécules ou de particules contenues dans un milieu liquide 2, de nature diverse, comportant une phase solide ou non. L'unité de filtration 1 est composée d'au moins une structure poreuse rigide inorganique A interposée entre un élément d'extrémité E et un contre-élément d'extrémité E'.

La structure poreuse A présente une première , et une seconde a ₂ faces principales opposées l'une de l'autre. Dans l'exemple illustré, chaque face principale a, et a ₂ est recouverte par au moins une couche séparatrice 3, destinée à être en contact avec le milieu liquide 2 qui s'établit entre ces faces et les éléments d'extrémité E et E'. La nature de la ou des couches séparatrices 3 est choisie en fonction du pouvoir de séparation ou de filtration à obtenir et forme avec la structure poreuse A une liaison intime, de manière que la pression P provenant du milieu liquide 2 soit transmise à la structure poreuse A. Il est à noter que, classiquement, le diamètre des pores de cette ou de ces couches 3 est considérablement plus faible que celui de la structure poreuse. Par exemple, le rapport du diamètre structure poreuse A sur couches 3 est de l'ordre de 10 000. Cette ou ces couches 3 peuvent être déposées à partir, par exemple, de suspensions contenant au moins un oxyde métallique et classiquement utilisé dans la production des éléments de filtration minéraux. Cette ou ces couches sont soumises après séchage à une opération de frittage qui permet de les consolider et de les lier entre elles et à la structure poreuse A. Tel que cela apparaît plus précisément aux fig. 1 et 2, la structure poreuse A comporte des moyens, telle qu'une cavité 4 ménagée à distance des faces a, et a ₂ et, adaptée pour récupérer le filtrat ayant traversé la structure poreuse A à partir des couches séparatrices 3. La cavité 4 est ménagée de manière à laisser subsister selon son plan d'extension qui est considéré comme parallèle aux faces a, et a ₂ , au moins un appui 6 assurant une continuité de matière entre les faces opposées a,, a ₂ de la structure poreuse A. Dans l'exemple illustré selon lequel la

structure poreuse A est formée par deux plaques ou carreaux A„ A ₂ , la cavité 4 est réalisée sur au moins une et, de préférence, sur les deux faces placées en correspondance des plaques A, et A ₂ .

Selon une variante préférée de réalisation, le ou les appuis 6 sont aménagés pour délimiter la cavité 4, de manière à constituer une bordure périphérique 6 _j destinée à assurer une surface de contact périmètrique entre les deux plaques A, et A ₂ . La cavité 4 est ainsi confinée à l'intérieur de la structure poreuse A en débouchant par exemple, par des passages non représentés et réalisés au niveau des chants de la structure poreuse afin de récupérer le filtrat. Dans le cas d'une réalisation symétrique des deux plaques A, et A ₂ , les bordures périphériques 6, se trouvent en contact mutuel et sont utilisées pour permettre la liaison des plaques entre-elles par l'intermédiaire d'un produit de liaison, tel qu'une couche de verre ou d'argile déposée sur les bordures et soumise à un traitement thermique. Il est à noter qu' un ou plusieurs appuis 6 ₂ , à caractère ponctuel, sont réalisés afin d'assurer une fonction qui sera explicitée plus précisément dans la suite de la description.

Selon une caractéristique de l'invention, le ou les appuis 6 sont utilisés pour assurer la réalisation d'au moins un et, en général, d'une série de canaux 8 débouchant sur les deux faces a, et a ₂ de la structure poreuse A, en vue de constituer un premier réseau RI de circulation du milieu liquide 2, étanche vis-à-vis de la cavité 4 de récupération du filtrat. Les canaux 8 sont ainsi réalisés pour traverser de part en part, la structure poreuse A, en étant isolés de la cavité 4 en raison de leur passage à travers les appuis 6. Afin d'éviter un mélange entre le produit à traiter et le filtrat par l'intermédiaire de la porosité des plaques A,, A ₂ , les canaux 8 sont rendus étanches à l'aide d'un produit adapté identique ou non à celui ayant servi à lier les appuis 6 entre eux. A titre d'exemple, l'étanchéité des canaux 8 peut être réalisée à partir d'un polymère thermofusible du type fluoré ou non, d'une résine, d'émaux ou de verres. Il est à noter que les parois des canaux 8 peuvent être rendues étanches à l'aide d'un élément non poreux rapporté.

Selon un autre mode de réalisation de l'unité inorganique conforme à l'invention, la structure poreuse rigide A, est associée, sur au moins l'une de ses faces, par exemple a ₂ , à au moins une structure complémentaire poreuse rigide

inorganique B. Comme cela apparaît plus précisément à la fig. 3, la structure poreuse B comporte une plaque ou un carreau B, dont l'une de ses faces b,, est recouverte par une couche séparatrice 3. Une telle face b, est destinée à être en contact avec la face a ₂ de la structure A, en délimitant avec cette dernière au moins une chambre 10 ménagée pour communiquer avec les canaux 8. La chambre 10 est réalisée de manière à laisser subsister, dans son plan d'extension parallèle aux faces de la structure, au moins un renfort ou un appui 11 formant une continuité de matière entre les deux faces opposées principales de la plaque B,.

De préférence, les renforts 11 font au moins partie d'une bordure périphérique de la plaque B,, de manière à permettre le confinement de la chambre 10 à l'intérieur de la structure poreuse. Selon une caractéristique de l'invention, la cavité 4 communique avec la face externe b ₂ de la plaque B,, par l'intermédiaire d'au moins un conduit 12 traversant le renfort 11, en vue de constituer un second réseau de circulation R ₂ , qui est étanche ou indépendant par rapport au premier réseau R,. Dans cet exemple, le filtrat récupéré dans la chambre 4 peut être amené sur la face externe b ₂ de la structure poreuse B,. Les conduits 12 ont leur surface ou leur paroi rendue étanche à l'aide d'un élément non poreux rapporté ou d'un produit d'étanchéité identique ou non à celui recouvrant les parois des canaux 8, de manière à obtenir deux réseaux de circulation indépendants l'un de l'autre. Selon une autre variante de réalisation de l'invention, telle qu'illustrée aux fig. 4 et 5, il peut être envisagé de réaliser une unité de filtration comportant un empilement d'au moins deux et, dans l'exemple illustré de trois structures poreuses rigides inorganiques A, B et C identiques. Les cavités 4 des structures poreuses A, B et C communiquent entre-elles par les conduits 12, tandis que les chambres 10 des structures poreuses A, B et C communiquent entre-elles par les canaux 8. Il est ainsi crée directement à l'intérieur de l'unité de filtration se présentant sous la forme d'une cassette, deux réseaux étanches R, et R ₂ respectivement pour la circulation du milieu liquide à traiter et du filtrat. Bien entendu, la fonction des réseaux R, et R ₂ peut être intervertie de sorte que les réseaux R, et R ₂ assurent la circulation respectivement, du filtrat et du milieu liquide à traiter.

Avantageusement les éléments d'extrémité E, E', peuvent constituer des

plaques métalliques de contention, dont leur rôle est de permettre l'arrivée et la sortie du fluide à traiter dans le réseau R, et de recueillir le filtrat provenant du réseau R ₂ . Selon une caractéristique de l'invention, ces plaques de poussée E et de contre-poussée E', sont réalisées en un matériau rigide inorganique dans lequel sont ménagés des canalisations 13 d'amenée et de retour du milieu liquide à traiter et une ou plusieurs canalisations 14 de récupération du filtrat. Afin d'éviter le mélange entre les fluides des deux réseaux, les plaques inorganiques de poussée E et de contre-poussée E' sont réalisées en une matière inorganique de porosité nulle. Dans le même but, il peut être envisagé de recouvrir toutes les surfaces des canalisations à l'aide d'un produit d'étanchéité. Les plaques de poussée E et de contre-poussée E' sont fixées sur les appuis 6 ou renforts li a l'aide d'un matériau approprié.

L'unité inorganique de filtration ainsi réalisée, appelée une brique, est formée par un empilement de plaques inorganiques, par exemple en nombre de l'ordre de 10 à 15, permettant sa fabrication selon un processus industriel. Une telle brique, de par sa conception intègre directement les passages de communication entre le réseau de circulation du fluide à traiter et le réseau de récupération du filtrat par la mise en oeuvre des appuis 6 et des renforts 11 qui assurent le passage étanche respectif des canaux 8 et des conduits 12. Les appuis 6 et les renforts 11 assument une fonction supplémentaire qui est celle d'assurer la résistance mécanique de chaque structure poreuse lorsque celle-ci travaille en compression. La section droite des appuis et des renforts ainsi que leur nombre sont définis de manière que la surface de la structure poreuse, en dehors des appuis et des renforts, se déforme d'une quantité inférieure à la déformation de rupture.

Il est à considérer que la mise en oeuvre des renforts 11 et des appuis 6 sur les faces opposées des structures poreuses, permet à ces dernières de résister à une contre-pression de décolmatage appliquée dans la ou les cavités 4. Cette pression opposée par rapport à celle de transfert, permet de décoller les matières déposées sur les couches séparatrices 3. Les appuis 6 et les renforts 11 assurent, ainsi une fonction de résistance mécanique des structures poreuses et une fonction de passage étanche entre le réseau du milieu liquide à traiter et le filtrat.

Les appuis 6 et les renforts 11 peuvent être en regard les uns des autres

ou décalés d'une face à l'autre d'une structure poreuse. Ces appuis 6 ou renforts 11 permettent ainsi de réduire la surface d'action de la pression en limitant la force et, par suite, la flexion appliquée. La géométrie et la disposition des appuis 6 et des renforts 11 dépendent donc des caractéristiques de flexion du matériau des structures poreuses et des pressions de transfert et de décolmatage. Ils peuvent être disposés, sous la forme de bandes périphériques, complétées si nécessaire, par des appuis ou renforts à caractère ponctuel 6 ₂ .

Il est à noter que la disposition des appuis 6 et des renforts 11 impose celle des canaux 8 et conduits 12. Il peut ainsi être prévu de réaliser par exemple, n passages alignés selon l'un au moins des côtés de la plaque, combinés ou non à n passages alignés selon au moins un axe perpendiculaire. Dans l'exemple illustré, les conduits 12 et les canaux 8 sont réalisés selon deux côtés opposés de la structure poreuse et se trouvent alignés selon une direction sensiblement parallèle aux côtés.

POSSIBILITE D'APPLICATION INDUSTRIELLE :

L'unité de filtration selon l'invention est apte à concentrer, trier ou extraire des espèces moléculaires ou particulaires contenues dans un milieu liquide qui exerce une pression donnée sur la membrane. L'unité selon l'invention peut ainsi être utilisée dans le domaine de la nano-filtration, l'ultra-filtration, la micro- filtration, la filtration ou l'osmose inverse.