FR2467620A1 - Dispositif de permeation - Google Patents

Abstract

Dans le dispositif de perméation contenant un faisceau de tubes 116, une entretoise tubulaire 135 entoure sensiblement une feuille tubulaire 118 dans laquelle des tubes sont enfermés sur au moins une partie de la surface latérale de la feuille. L'entretoise sert à positionner la feuille à l'intérieur du dispositif. La feuille comporte au moins une zone en élévation 125 entre une face et une zone en prolongement avant des dimensions en coupe plus grandes que celles de la face, et la zone en élévation est prévue pour buter contre l'entretoise. La feuille tubulaire peut avoir une longueur suffisante dans le sens des tubes de façon à assurer une relation étanche au fluide entre les tubes et la feuille tubulaire, et la quantité de matériau nécessaire à la réalisation de la feuille tubulaire peut être réduite, ce qui permet de minimiser les effets des dilatations différentielles.

Description

La présente invention concerne des dispositifs tels que des échangeurs de

chaleur et des dispositifs de perméation qui contiennent des tubes enfouis dans des feuilles tubulaires. Un aspect particulièrement intéressant de la présente invention concerne des dispositifs de per-

méation perfectionnés utilisant des membranes à fibres creu-

ses dans lesquels les membranes sont enfouies dans une feuille tubulaire et les ouvertures des fibres creuses s'étendent de façon à permettre la communication de fluide

dans la feuille tubulaire.

Des dispositifs comme les échangeurs de chaleur et les dispositifs de perméation comportent des tubes qui sont placés à l'intérieur d'une carcasse tubulaire, avec au moins une extrémité de chacun des tubes enfermée dans

une feuille tubulaire. L'une des fonctions de la feuille tu-

bulaire est de fixer les tubes d'une manière essentiellement étanche au fluide à l'intérieur de la feuille tubulaire. La

feuille tubulaire peut alors être fixée de manière essen-

tiellement étanche dans le dispositif de façon que le flui-

de ne passe pas entre le côté carcasse et le côté ouverture du tube. De petites fuites autour de la feuille

tubulaire peuvent avoir un effet néfaste sur les performan-

ces de l'échangeur de chaleur, et l'effet sur les perfor-

mances d'un dispositif de perméation peut être souvent en-

2.

core plus sérieux étant donné que les parties de non-perméa-

tion peuvent passer du côté sortie des membranes et réduire

la sélectivité de séparation de la membrane. Une autre fonc-

tion de la feuille tubulaire est de constituer une barrière suffisamment forte au courant de fluide pour que, dans des conditions normales de fonctionnement, la feuille tubulaire ne se brise pas ou ne perde son intégrité et que le fluide traverse la feuille tubulaire. Par conséquent, la feuille tubulaire a dans de nombreux cas une épaisseur importante de façon à assurer une étanchéité au fluide avec les tubes

et à permettre à la feuille tubulaire de résister aux pres-

sions différentielles auxquelles elle est soumise pendant

le fonctionnement.

Dans certains cas de fonctionnement, une feuille tubulaire peut être soumise à des environnements qui ont tendance à dilater ou à contracter le matériau constituant la feuille tubulaire ainsi qu'éventuellement les matériaux des tubes et de la carcasse. Ces dilatations ou contractions peuvent être dues à la température et/ou à la présence de corps chimiques dans les courants en cours de traitement

dans le dispositif1qui ont un effet sur les matériaux cons-

tituant les feuilles tubulaires, les tubes ou les carcasses.

De telles dilatations et/ou contractions peuvent soulever

plusieurs problèmes, étant donné qu'en particulier des maté-

riaux différents sont essentiellement toujours utilisés

pour les tubes, la feuille tubulaire et la carcasse. Par exem-

ple/un changement relatif de dimension (appelé ci-après différentiel de dilatation") entre la feuille tubulaire et la carcasse peut poser le problème de l'obtention d'un joint étanche au fluide. Si, par exemple, une feuille tubulaire qui est placée à l'intérieur d'une carcasse se dilate dans

l'environnement d'une valeur supérieure à celle de la carcas-

se, des forces anormalement élevées pourraient être produites qui se traduiraient par l'endommagement de la carcasse ou de la feuille tubulaire. De plus,des différentiels de dilatation similaires peuvent se produire entre la feuille tubulaire et le tube provoquant des effets néfastes similaires. En outre, 3.

étant donné que les feuilles tubulaires comportent générale-

ment deux zones, c'est-à-dire une zone ayant une densité de tube relativement élevée et une zone environnante comportant peu de tubes si ce n'est aucun, chaque zone'peut présenter des propriétés de dilatation et de contraction différentes ce qui a pour effet d'accroître le danger d'endommagement à l'intérieur de la feuille tubulaire à l'interface entre ces

zones. En outre, un type de matériau que l'on a trouvé parti-

culièrement intéressant dans la fabrication des feuiles tubulaires et tubes, est constitué de résines, y compris de résines synthétiques et naturelles qui peuvent être appliquées aux tubes ou coulées autour des tubes sous forme liquide,

puis solidifiées, par exemple par cuisson. Cependant, des ma-

tériaux résineux de ce type sont souvent enclins à présenter un gonflement important en présence des nombreuses substances

chimiques qui peuvent être présentes dans les courants à trai-

ter par le dispositif. Des problèmes de différentiel de dila-

tation encore plus sérieux peuvent donc se poser.

Un type de dispositif qui peut être particulière-

ment sujet à ces problèmes de différentiel de dilata-

tion est le dispositif de perméation. Les dispositifs de

perméation sont utilisés dans la séparationd'au moins un flui-

de d'un mélange de fluides contenant au moins un autre compo-

sant o la séparation est effectuée par des membranes. Les séparations effectuées par des membranes peuvent concerner des séparations gaz-gaz, gaz-liquide, et liquide-liquide (y compris liquide-solides dissous). Un fluide peut traverser la membrane par action réciproque avec les matériaux de-la membrane ou par circulation dans les interstices ou pores

présents dans la membrane. Dans les séparations par membra-

ne, un fluide perméable du mélange de fluides(mélange d'ali-

mentation) traverse, sous l'effet d'une force d'entraînement

telle qu'une concentration,une pression partielle, une pres-

sion totale, etc.., fonction de la nature de la séparation par membrane, le dispositif entre un côté d'alimentation de la membrane et un côté de sortie de celle-ci. Généralement, la

force d'entraînement suppose le maintien d'uoepression diffé-

4.

rentielle à travers la membrane, et plus grande est la pres-

sion différentielle, plus grand est le flux du fluide péné-

trant la membrane et plus petite est la surface nécessaire

de membrane.

Des membranes ayant la forme de tubes, par exem-

ple, des membranes constituées de fibres creuses ou de fila-

ments creux, sont particulièrement intéressantesien ce sens

que les fibres creuses s'auto-supportent, même à des diffé-

rentiels de pression relativement élevés, et présentent une

surface de membrane plus grande par unité de volume du dis-

positif de perméation que la surface pouvant être obtenue

par, par exemple, des membranes en film. Ainsi, des disposi-

tifs 'de perméation contenant des fibres creuses peuvent

présenter de l'intérêt sur le plan de la commodité, des dimen-

sions et de la moindre complexité de la réalisation. Cepen-

dant pour être intéressants sur le plan industriel, les dis-

positifs de perméation doivent pouvoir supporter les condi-

tions de fonctionnement auxquelles ils peuvent être soumis

pendant des opérations de séparation et doivent être relati-

vement non complexes et facilement assemblables de façon à

faciliter leur fabrication.

Les dispositifs de perméation contenant des mem-

branes à fibres creuses ont trouvé des applications dans le dessalement, l'ultrafiltration et l'hémodialyse. En général, ces opérations de séparation se font avec des substances qui

ne provoquent pas un gonflement exagéré des feuilles tubulai-

res. Compte tenu des conditions de fonctionnement relative-

ment modérées auxquelles ces dispositifs de perméation sont soumis, les feuilles tubulaires pourraient être prévues de façon à être relativement non complexes. Par exemple, dans des unités d'hémodialyse telles que celle qui est décrite par Geen et autres dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 4.001.110, la feuille tubulaire est simplement coulée dans la carcasse de façon que le matériau résineux de la feuille

tubulaire adhère aux membranes à fibres creuses et à la surfa-

ce intérieure de la carcasse. En variante, une feuille tubu-

laire dans laquelle sont enfouies les membranes à fibres creu-

5. ses peut être préparée séparément,puis insérée à l'intérieur de la carcassedudispositif de pernéation. Mahon dans le

brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3.228.877 décrit un dis-

positif de perméation o les membranes à fibres creuses sont enfermées dans une colle introduite dans le trou d'un élément d'accouplement et la colle est en contact étanche

au fluide avec l'élément d'accouplement. Les éléments d'ac-

couplement sont alors placés dans une plaque formant col-

lecteur pour l'assemblage du dispositif de perméation. Un

moyen rencontré couramment pour la fixation d'une feuille tu-

bulaire à l'intérieur d'une carcasse consiste à utiliser des joints toriques qui sont placés autour de la feuille tubulaire et sont en contact avec la surface intérieure de la carcasse de façon à assurer l'étanchéité au fluide.L'utilisation de tels joints toriques est décrite, par exemplepar McLain dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3.422. 008, par Caracciolo dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0

3.528.553, par McNarnara et autres dans le brevet des Etats-

Unis d'Amérique no 3.702.658 et par Clarke dans le brevet

des Etats-Unis d'Amérique n0 4.061.574.

Les moyens de fixation d'une feuille tubulaire à

l'intérieur d'une carcasse cités ci-dessus semblent ne four-

nir aucune zone permettant d'absorber les différentiels de

dilatation, ou bien dépendent du respect de tolérance étroi-

te entre la feuille tubulaire et la carcasse de sorte que

des joints toriques ou analogues peuvent assurer l'étan-

chéité au fluide nécessaire. Des différentiels de dilatation

inévitables, par exempledus à des variations de températu-

re, à des agents de gonflement compris dans les fluides en cours de traitement, etc., peuvent par conséquent soulever

des problèmes importants.

Dans une autre proposition, Carey et autres dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3.760.949 décrivent une

feuille tubulaire qui est constituée d'une colle en élastomè-

re et a la forme d'un bouchon conique dont la partie la plus

étroite est à proximité de l'extrémité. Cette colle est main-

tenue à l'intérieur d'un élément conique apparié à conicité 6. inverse qui est inséré dans la carcasse du dispositif de perméation. Une plaque poreuse est placée à l'extrémité de la colle pour la maintenir à l'intérieur de l'élément à conicité inverse. Comme la feuille tubulaire est constituée d'un élastomère, elle permet une circulation suffisante dans la feuille tubulaire de sorte qu'aucun problème anormal n'est

provoqué par des différentiels de dilatation, mais ce maté-

riau peut ne pas être apte à conférer la résistance mécani-

que souhaitée à la feuille tubulaire et provoquer des diffi-

cultés de manutention de cette feuille et de montage du

dispositif de perméation.

Compte tenu des avantages offerts par les membra-

nes dans la séparation des fluides, il est souhaitable d'uti-

liser la technologie des dispositifs de perméation dans des environnements plus sévèreslpar exempleldans des courants gazeux de purge ou dans des courants de déchets liquides pouvant contenir des substances qui entraînent le gonflement

du matériau constituant la feuille tubulaire.

Dans la présente invention, un dispositif contenant

des tubes et employant des feuilles tubulaires essentielle-

ment imperméables au fluide est prévu o des différentiels

de dilatation entre la feuille tubulaire et au moins la car-

casse ou le tube peuvent être tolérés tout en maintenant l'étan-

chéité souhaitée au fluide dans la feuille tubulaire. En

outre, le dispositif de la présente invention permet d'utili-

ser des pressions différentielles élevées à travers la feuille tu-

bulaire. Le dispositif de la présente invention peut être re-

lativement non complexe et être facilement assemblé même par

une main-d'oeuvre relativement non spécialisée.

Le dispositif de la présente invention comprend une

carcasse tubulaire allongée ayant au moins une extrémité ou-

verte; un chapeau de fermeture d'extrémité essentiellement imperméable au fluide fixé à la carcasse tubulaire allongée et la recouvrant à l'extrémité ouvertece chapeau ayant au moins un orifice de communication de fluide; une pluralité de

tubes qui sont généralement parallèles et s'étendent longi-

tudinalement de façon à former au moins un faisceau dans la 7.

carcasse tubulaire allongée; une feuille tubulaire essen-

tiellement imperméable au fluide dans laquelle les tubes

d'au moins un faisceau sont noyés en relation essentielle-

ment étanche avec la feuille tubulaire de sorte que les ou-

vertures des tubes permettent la communication de fluide à travers la feuille tubulaire,o: 1) la feuille tubulaire comporte une face ouverte,

côté faisceau en regard à partir de la-

quelle au moins un faisceau s'étend dans la car-

casse tubulaire, et une surface latérale s'éten-

dant entre les faces, 2) la feuille tubulaire a une zone en prolongement s'étendant sur une partie de sa surface latérale, et au moins là face extrême ou la face côté faisceau a au moins une section en coupe inférieure à la section correspondante de la zone en prolongement,

3) la surface de la section de la zone en prolonge-

ment est supérieure à la section correspondante du reste de la feuille tubulaire; et

4) la feuille tubulaire a au moins une zone en éléva-

tion sur sa surface latérale, zone qui est intermédiaire entre la zone en prolongement et la face plus petite, o1dans la zone en élévation, au moins une section de la feuille tubulaire augmente; une entretoise tubulaire rigide entourant sensiblement la

surface latérale de la feuille tubulaire sur au moins une par-

tie de la distance entre les faces et butant au moins sur

une région en élévation de la feuille tubulaire, o l'en-

tretoise définit une ouverture prévue pour recevoir la

feuille tubulaire sur au moins une partie de la distance en-

tre les faces et positionner la feuille tubulaire à l'inté-

rieur de l'entretoise, ladite ouverture ayant une section qui est suffisamment grande pour fournir un espace entre

l'entretoise tubulaire et la feuille tubulaire afin de te-

nir compte des différentiels de dilatation entre l'entretoi-

8.

se tubulaire et la feuille tubulaire; et un moyen d'étanchéi-

té placé entre (a) au moins la feuille tubulaire et l'entre-

toise tubulaire et (b) au moins le chapeau de fermeture d'ex-

trémité et la feuille tubulaire de sorte que les ouvertures des tubes s'étendant vers la face extrême de la feuille tubu-

laire se trouvent en relation d'étanchéité au fluide par rap-

port à l'extérieur des tubes s'étendant à partir de la face

côté faisceau de la feuille tubulaire.

Une feuille tubulaire du dispositif de la présen-

te invention comporte une zone en prolongement ayant au

moins une section qui est supérieure à la section correspon-

dante du reste de la feuille. Une section est définie par les dimensions comprises entre les frontières de la feuille tubulaire qui se trouvent dans (c'est-à-dire dans le même

plan) un plan perpendiculaire à l'axe de la feuille tubulai-

re (c'est-à-dire que l'axe de la feuille tubulaire est l'axe parallèle à l'axe longitudinal de la carcasse tubulaire

allongée).Une section correspondant à une dimension particu-

lière est une section qui est dans le même plan qu'un plan parallèle à l'axe de la feuille tubulaire, plan qui est dans le même plan que le plan particulier. La feuille tubulaire comporte aussi au moins une face, c'està-dire au moins une face extrême ou la face côté faisceau, qui a au moins une sectionplus petite que la section correspondante de la zone

en prolongement de la feuille tubulaire. A titre de commodi-

té, la face terminant la surface latérale contenant au moins la zone en élévation est dite "face la- plus petite" bien que le reste de la face puisse être plus petit, de même taille,ou plus grand que cette face. Le plus fréquemment, la zone en prolongement a une section supérieure à celle du reste de la feuille tubulaire et ainsi, la face plus petite

a une section plus petite que la section de la zone en prolon-

gement. De plus, selon une réalisation particulière de la

présente invention,la section de la feuille tubulaire ne dé-

passe pas environ la section correspondante de la zone en prolongement. C'est-à-dire que les frontières périphériques

de la zone en prolongement dans ce mode particulier de réali-

9. sation de la présenteinvention ne sont pas dépassées par le reste de la feuille tubulaire. L'augmentation de section entre la face plus petite et la zone en prolongement peut être continue, par exemple,être curviligne, conique, ou analogue, ou bien l'augmentation peut se faire par un ou plusieurs éche-

lons avec ou sans échelon intermédiaire décroissant.

La feuille tubulaire a au moins une zone en élé-

vation sur sa surface latérale entre la face plus petite et la zone en prolongement. La zone en élévation peut comprendre une partieou la zone totale, de l'augmentation en section entre la face la plus petite et la zone en prolongement. A la zone en élévation, la section de la feuille tubulaire croit dans la direction de la zone en

prolongement. La zone en élévation s'étend de préférence au-

delà (c'est-à-dire à l'extérieur de) la zone à l'intérieur de la feuille tubulaire à travers laquelle passe le faisceau de tube. La zone en élévation sert de butée à l'entretoise tubulaire et par conséquent bloque le mouvement relatif dans au moins une direction entre l'entretoise tubulaire et la feuille tubulaire. Une zone en élévation peut être continue, c'est-â-dire s'étendre totalement autour du périmètre de la feuille tubulaire ou bien cette zone peut être discontinue, avec les dimensions périphériques de la feuille tubulaire augmentant à au moins certains endroits autour du périmètre

de la feuille tubulaire. Une zone en élévation peut être sen-

siblement perpendiculaire, ou peut être inclinée, par rapport à l'axe de la feuille tubulaire. Lorsque la zone en élévation est inclinée, il est préférable que l'angle d'inclinaison par

rapport à l'axe de la feuille tubulaire soit d'au moins envi-

ron 100. Souvent,l'angle d'inclinaison par rapport à l'axe de la feuille tubulaire est d'au moins environ 150. Lorsque l'augmentation en coupe entre la surface la plus petite et la zone en prolongement n'est qu'une partie mineure de la surface latérale entre la face la plus petite et la zone en prolongement, l'angle d'inclinaison de la zone en élévation est fréquemment d'au moins environ 45 ou 600. Ces angles d'inclinaison plus grands ont la préférence, de façon qu'un 10.

glissement entre l'entretoise tubulaire et la feuille tubu-

laire puisse se produire facilement lorsqu'il y a un diffé-

rentiel de dilatation.

Bien que la face extrême et la face côté faisceau de la feuille tubulaire puissent être toutes deux plus petites dans au moins l'une des dimensions en coupe que la dimension en coupe correspondante de la zone en prolongement, il est

seulement nécessaire que l'une des faces soit plus petite.

Commodément, la face extrême est la face la plus petite de façon à faciliter l'assemblage du dispositif. Il est clair

que,lorsque la face extrême est la face la plus petite, l'en-

tretoise tubulaire peut être en une pièce et être facile-

ment placée au-dessus de la feuille tubulaire. Lorsque la face la plus petite est la face côté faisceau, l'entretoise

tubulaire doit être soit segmentée pour permettre son assem-

blage autour de la feuille tubulaire soit placée sur le fais-

ceau avant la formation de la feuille tubulaire, soit être capable d'être insérée sur le faisceau à partir de l'autre

extrémité du faisceau après la fabrication de la feuille tu-

bulaire.

Les dimensions périphériques de la face la plus petite de la feuille tubulaire s'étendent de préférence à

l'extérieur de la zone de la feuille tubulaire à travers la-

quelle passe le faisceau de tubes.De préférence, les dimen-

sions périphériques de la feuille tubulaire s'étendent à

l'extérieur de la zone de la feuille à travers laquelle pas-

se le faisceau. Il est plus souhaitable encore que les dimen-

sions périphériques de la face la plus petite soient seule-

ment légèrement plus grandes que les dimensions périphériques

du faisceau à l'intérieur de la feuille tubulaire, par exem-

ple, la différence entre le périmètre de la face la plus petite et le périmètre du faisceau est souvent inférieur à cm;il est encore plus préférable qu'elle soit inférieure à

environ 5 centimètres.

La zone en prolongement a fréquemment au moins une

dimension en coupe qui est supérieure à la dimension en cou-

pe correspondante de la face la plus petite. Fréquemment, la 11. différence de ces dimensions entre la zone en prolongement

et la face la plus petite est d'au moins environ 1 centi-

mètre, disons au moins environ 2 centimètres, par exemple, environ 2 à 10 ou plus centimètres. La distance (dans une direction parallèle à l'axe de la feuille tubulaire) entre la face la plus petite et la zone en prolongement (appelée longueur de la zone en saillie) est généralement suffisante pour permettre à la feuille tubulaire d'être maintenue dans l'entretoise tubulaire de sorte que la butée souhaitée entre

l'entretoise tubulaire et la feuille tubulaire peut être fa-

cilement obtenue. En outre, la longueur de la zone en sail-

lie peut faciliter le maintien de la feuille tubulaire à l'endroit souhaité. Par exemple, la zone en saillie peut

être appariée à l'entretoise tubulaire pour le positionne-

ment de la feuille tubulaire. La longueur de la zone en sail-

lie est souvent au moins d'environ 10 %, disons

a Tenvirôn 10 ou 15 %0 de la lon-

gueur totale de la feuille tubulaire. Dans certains cas,la longueur de la zone en saillie est d'au moins environ 25 % et peut être d'au mnins environ 50 ou 75 % de la longueur de la feuille tubulaire de façon à réduire la quantité de matériau de la feuille tubulaire. Le plus souvent la longueur de la zone en saillie est d'au moins environ 1, disons d'au moins

environ 2, par exemple d'environ 2 à 25,centimètres.La dimen-

sion axiale, c'est-à-dire la longueur dans une direction parallèle à l'axe de la feuille tubulaire, à travers la

feuille tubulaire au point de contact prévu avec l'entretoi-

se tubulaire (zone en élévation) est généralement suffisante pour assurer une résistance structurelle adéquate à la feuille tubulaire et supporter les différentiels de pression totaux qui peuvent se produire à travers la feuille tubulaire pendant le fonctionnement. Fréquemment, cette distance est

d'au moins environ 1, disons d'au moins environ 2, par exem-

ple, comprise entre environ 2 et 25, ou 2 et 20, centimètres.

L'un des avantages présentés par les feuilles

tubulaires utilisées dans les dispositifs de la présente in-

vention est que la feuille peut avoir une longueur suffisan-

12. te dans le sens axial pour obtenir une étanchéité au fluide souhaitable entre les tubes et la feuille tubulaire, bien que la longueur totale de la feuille tubulaire n'ait pas

besoin d'avoir une section en coupe plus grande pour la fixa-

tion de la feuille tubulaire à l'intérieur du dispositif. En conséquence, étant donné qu'on utilise moins de matériau dans la feuille tubulaire, le gonflement ou la contraction qui peuvent être produits peuvent se trouver réduits dans les zones de la feuille tubulaire ayant la section la plus

faible. En outre, étant donné que ces zones de la feuille tu-

bulaire ayant une section plus petite peuvent être fabriquées

d'une manière telle que la périphérie de la zone soit seule-

ment légèrement plus grande que la périphérie de la zone de la feuille tubulaire à travers laquelle passe le faisceau, les différentiels de dilatation entre la partie de la feuille

tubulaire contenant les tubes et la partie de la feuille tu-

bulaire ne contenant pas les tubes peuvent être tolérés.

La feuille tubulaire peut avoir n'importe quelle configuration permettant son utilisation dans un dispositif

* contenant des faisceaux de tubes.Etant donné que ces dispo-

sitifs doivent avoir fréquemment une section circulaire, la feuille tubulaire a généralement dans ce cas une section circulaire. La feuille tubulaire est rigide, c'est-à-dire qu'elle présente une résistance suffisante pour conserver sa forme malgré les tensions auxquelles elle est soumise. Des feuilles tubulaires rigides ont la préférence étant donné leur résistance mécanique et leur intégrité. Souvent, le matériau de la feuille tubulaire a une dureté Shore A (ASTM D 2240) d'au moins environ 60, plus fréquemment d'au moins environ 70 ou 75,disons d'au moins environ 80 ou

90. Des matériaux appropriés pour constituer une feuille tu-

bulaire comprennent des résines liquides thermodurcissables

(naturels ou synthétiques), et particulièrement des composi-

tions résineuses qui sont réticulaires pendant le thermodur-

cissage. Fréquemment, la réticulation (ou la cuisson) augmen-

te la résistance mécanique de la feuille tubulaire ainsi que 13. la résistance aux produits chimiques. Parmi les résines appropriées pouvant entrer dans la réalisation des feuilles

tubulaires figurent les époxys, les phénoliques, lés acryli-

ques, les uréthanes d'urée et analogues.

La feuille tubulaire peut être formée d'une manière convenablepar exemple, par coulage d'un matériau résineux autour de l'extrémité du faisceau de tubes comme cela est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3. 339.341 (Maxwell et autres) et n0 3.442.389 (McLean) ou par imprégnation des extrémités des tubes avec le matériau résineux pendant l'assemblage des tubes de façon à former un

faisceau, comme cela est décrit dans le brevet des Etats-

Unis d'Amérique n0 3.455.460 (Mahon) et no 3.690.465

(McGinnis et autres).

La longueur (dans le sens axial) de la feuille

tubulaire est généralement suffisante pour assurer une ré-

sistance mécanique convenable qui permet de résister aux pressions différentielles auxquelles la feuille tubulaire peut être soumise en fonctionnement. Ainsi, la longueur utilisée peut dépendre de la résistance mécanique de la résine. De plus, la feuille tubulaire doit être suffisamment épaisse pour qu'un contact important soit assuré entre les tubes et la résine et qu'une étanchéité au fluide soit assurée. En

conséquence, l'adhérence entre les tubes et le matériau cons-

tituant la feuille tubulaire aura une influence sur la lon- gueur de ces feuilles. Souvent, les feuilles tubulaires ont

au moins environ 2, par exemple, environ 2 à 50, disons en-

tre environ 2 et 25 ou 30 centimètres de longueur.

Les ouvertures des tubes sont à nu de façon à per-

mettre la communication du fluide à la face extrême de la

feuille tubulaire. Toute technique appropriée peut être utili-

sée pour la formation des ouvertures à la face extrême de la feuille. Par exemple, les ouvertures des tubes peuvent être bouchées avant le coulage de la feuille, et après ce coulage, l'extrémité de la pièce coulée peut être sectionnée de façon à obtenir la face extrême de la feuille tubulaire et

la mise à nu des ouvertures des tubes.

14. Un dispositif de la présente invention comprend également une entretoise tubulaire qui entoure sensiblement la surface latérale de la feuille tubulaire sur au moins une

partie de la distance séparant les faces de la feuille tubu-

laire, et de préférence l'entretoise tubulaire s'étend sur au moins une partie de la distance séparant la face la plus petite et la zone en élévation. Il est commode que, avec

la face la plus petite de la feuille tubulaire employée com-

me face extrême, l'entretoise tubulaire s'étende suffisam-

ment loin pour venir en contact avec le chapeau de fermeture de l'extrémité. L'entretoise tubulaire comporte un alésage

ayant une section suffisamment grande pour produire un espa-

ce suffisant entre cette entretoise et la feuille tubulaire qui accepte les différentiels de dilatation se produisant dans le sens traversaI à l'axe de la feuille tubulaire. Il

est souhaitable que l'entretoise tubulaire permette égale-

ment la production de différentiels de dilatation dans le

sens axial. L'entretoise tubulaire peut avantageusement ser-

vir à positionner la feuille tubulaire à l'intérieur de la carcasse. L'entretoise tubulaire peut aussi servir de support

à la feuille tubulaire et, dans certains cas, faciliter l'ob-

tention d'une étanchéité au fluide à travers la feuille tubu-

laire.En outre, l'entretoise tubulaire peut souvent être usi-

née plus facilement suivant des tolérances serrées que ne

peut l'être une feuille tubulaire. En conséquence, les tolé-

rances obtenues avec une entretoise tubulaire permettent son montage à l'intérieur de la carcasse, et l'utilisation de feuilles tubulaires aux tolérances aussi serrées qui seraient inacceptables dans l'obtention d'un joint étanche au fluide si elles étaient montées directement dans la carcasse. De plus, l'entretoise tubulaire peut être constituée du même matériau que la carcasse, ou en variante, du même matériau que la feuille tubulaire, de façon à minimiser les différentiels

de dilatation soit avec la carcasse, soit avec la feuille tu-

bulaire, et par conséquent faciliter le maintien de l'étan-

chéité au fluide pour une vaste plage de conditions de fonc-

tionnement. 15.

L'entretoise tubulaire comporte au moins une zone de con-

tact qui bute contre au moins une zone en élévation de la feuille tubulaire. Le contact entre l'entretoise tubulaire et la zone en élévation peut être direct ou effectué par l'intermédiaire de/par exemple, des joints toriques, des joints, des rondelles ou analogues. La zone de contact peut

s'étendre en continu autour du périmètre de la feuille tu-

bulaire à la zone en élévation ou une pluralité de zones de

contact peuvent être prévues pour servir de butée à la feuil-

le tubulaire autour de son périmètre à la zone en élévation.

En tout cas, des zones de contact suffisantes doivent être

prévues sur l'entretoise tubulaire de façon à éviter un mou-

vement relatif entre l'entretoise tubulaire et la feuille

tubulaire suivant une direction de l'axe de la feuille tubu-

laire (par exemple dans le but de provoquer un effet de blocage). Comme un espace suffisant doit être prévu entre

l'entretoise tubulaire et la feuille tubulaire pour suppor-

ter les différentiels de dilatation entre cette entretoise et la feuille tubulaire, le contact entre la zone de contact de l'entretoise tubulaire et la zone en élévation de la feuille tubulaire permet de préférence un mouvement relatif

entre l'entretoise et la feuille tubulaires pendant le fonc-

tionnement de sorte que des différentiels de dilatation peu-

vent être tolérés. Ce contact serait par conséquent un con-

tact mobile. Ainsi, si, par exemple, la zone en élévation

est essentiellement perpendiculaire à l'axe de la feuille tu-

bulaire, un différentiel de dilatation peut se traduire par un mouvement relatif à la zone de contact entre la feuille

tubulaire et l'entretoise tubulaire dans une direction essen-

tiellement perpendiculaire à l'axe de la feuille tubulaire.

D'autre part, si la zone de contact est inclinée par rap-

port à l'axe de la feuille tubulaire, un tel différentiel

de dilatation entre la feuille tubulaire et l'entretoise tu-

bulaire peut se traduire par un mouvement relatif entre

l'entretoise tubulaire et la feuille tubulaire qui a une com-

posante axiale ainsi qu'une composante orthogonale parallèle à l'axe de la feuille tubulaire. Comme la zone de contact 16. n'a besoin d'être qu'une partie relativement petite de la surface latérale de la feuille tubulaire et de la srface de l'entretoise tubulaire de façon à produire l'effet de

blocage désiré, un faible frottement peut exister qui empé-

cherait ces mouvements relatifs et soulagerait les diffé-

rentiels de dilatation.

S'agissant des surfaces de la feuille tubulaire et de l'entretoise tubulaire, surfaces qui ne peuvent se déplacer librement l'une par rapport à l'autre, dans le but de dissiper des différentiels de dilatation (par exemple, surfaces parallèles qui sont à leur tour parallèles à l'axe

de la feuille tubulaire), une ample distance doit être pré-

vue entre la feuille tubulaire et l'entretoise tubulaire de façon que les différentiels de dilatation attendus pendant le fonctionnement ne se traduisent pas par un contact entre l'entretoise tubulaire et la feuille tubulaire. Fréquemment, cette distance est inférieure à environ 2 centimètres, disons, inférieure à environ 1 centimètre, par exemple, comprise entre 0,05 et 0,5 centimètre. Des organes élastiques peuvent être placés entre la feuille tubulaire et l'entretoise de façon à positionner la feuille tubulaire à l'intérieur de l'entretoise, et,si on le souhaiteassurer un joint étanche

au fluide entre la feuille tubulaire et l'entretoise tubulai-

re. Parmi les moyens élastiques convenant, on peut citer, par exemple, des joints tels que des joints toriques,des colles

en élastomère et analogues.

De préférence, l'entretoise tubulaire est prévue pour être apariée à au moins la zone en saillie de la paroi

tubulaire, c'est-à-dire que le trou de l'entretoise tubulai-

re suit généralement le contour d'au moins la zone en sail-

lie de la feuille tubulaire, de sorte que cette feuille peut être facilement placée et maintenue dans la position désirée

dans le dispositif.

L'espace tubulaire peut être fabriqué à partir de n'importe quel matériau approprié qui présente une résistance

et une rigidité mécanique suffisantes pour supporter les con-

ditions de fonctionnement attendues. Comme les tubes n'ont pas 17.

besoin d'être enfouis dans l'entretoise tubulaire, on dispo-

se d'une plus grande variété de matériaux pour la fabrica-

tion de l'entretoise tubulaire que pour la fabrication de la feuille tubulaire. Avantageusement, le matériau de la feuille tubulaire peut être usiné facilement suivant des

tolérances convenables. De préférence, le matériau de l'en-

tretoise tubulaire doit avoir des dimensions stables dans

les conditions de fonctionnement attendues du dispositif.

Généralement, le matériau de la feuille tubulaire a des propriétés de dilatation et de contraction supérieures à celles de l'entretoise tubulaire. Des matériaux appropriés

pour la fabrication de l'entretoise tubulaire peuvent com-

prendre des polymères tels que les époxy, les résines phéno-

liques, etc., des métaux tels que l'aluminium, l'acier,

etc., et analogues.

La présente invention sera bien comprise -lors de

la description suivante faite en liaison avec les dessins

ci-joints. Alors que des dispositifs de perméation sont décrits dans les figures, on comprendra facilement que les principes de la présente invention s'appliquent également

à d'autres dispositifs.

La figure 1 est une représentation schématique

d'une vue en coupe longitudinale d'un dispositif de perméa-

tion selon la présente invention,comportant une entretoise

tubulaire s'étendant entre le chapeau de fermeture d'extré-

mité et la feuille tubulaire; La figure 2 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale d'un dispositif de perméation selon la présente invention, o l'entretoise tubulaire entoure

la feuille tubulaire, et la feuille tubulaire est en rela-

tion étanche au fluide avec l'entretoise tubulaire; La figure 3 est une vue schématique partielle en coupe longitudinale d'un dispositif de perméation selon la présente invention, o la feuille tubulaire a la forme

d'un cône tronqué, dont l'extrémité la plus grande consti-

tue sa face extrême; et La figure 4 est une vue schématique partielle en 18. coupe longitudinale d'un dispositif de perméation selon la présente invention, o la feuille tubulaire comporte des saillies latérales qui sont en contact avec l'entretoise tubulaire. Le dispositif de perméation décrit en figure 1

a généralement la référence 100. Le dispositif 100 com-

prend une carcasse 102 (seules les extrémités de tête et de queue sont représentées) qui est prévue pour recevoir à une de ses extrémités une feuille tubulaire. La carcasse

102 peut être constituée de n'importe quel matériau imper-

méable au fluide, par exempled'un métal ou d'un plastique.Dans de nombreux dispositifs de perméation, des métaux tels que 1 'acier sont utilisés à cause de leur facilité de fabrication,

de leur durabilité, et de leur résistance mécanique. La car-

casse peut avoir n'importe quelle forme en coupe appropriée;

cependant, des sections de forme circulaire ont la préféren-

ce. La carcasse 102 comporte une extrémité côté tête ayant un diamètre plus grand. Cette extrémité comporte un flasque

104 et un orifice 108 pour la communication du fluide.

L'orifice 108 permet la communication du fluide avec l'inté-

rieur de la carcasse. Alors qu'un seul orifice 108 est décrit, on comprendra qu'une pluralité d'orifices 108 peuvent être placés autour de la périphérie de la carcasse 102. Un chapeau d'extrémité 110 est placé du côté queue de la carcasse 102 et est fixé au moyen de boulons (non représentés) à un flasque de queue 106. Un joint 112 est placé entre le chapeau 110 et le flasque 106 de façon à constituer un joint essentiellement étanche au fluide. Le chapeau 110 comporte un orifice 114

pour permettre le passage du fluide à travers le cha-

peau.

A l'intérieur de la carcasse 102 est placé un faisceau 116 (non représenté, en coupe) qui est constitué d'une pluralité de membranes à fibres creuses. Le faisceau comprend souvent plus de 10.000 fibres creuses et, avec des fibres creuses de diamètre plus petit, ou des carcasses de diamètre plus grand, on peut dépasser 100.000 fibres ou même 1 million de fibres. Comme cela est décrit, le faisceau 19.

a essentiellement la même forme en coupe que la carcasse.

Une extrémité de chacune des fibres creuses est enfermée dans le bouchon 120 (non représenté en coupe). Les trous des fibres

creuses ne communiquent pas par le bouchon 120. L'autre ex-

trémité du faisceau 116 traverse une chambre 105 comportant des orifices de répartition de fluide (non représentés). La chambre 105 est placée à l'intérieur de l'extrémité côté tête de la carcasse 102 et sert à répartir le fluide allant vers l'orifice 108 ou en revenant. Le faisceau 116 se termine à l'extrémité côté tête par une feuille tubulaire 118 (non

représentée en coupe). Les trous des fibres creuses communi-

quent par l'intermédiaire de la feuille tubulaire 118 avec l'extrémité ouverte de la carcasse 102. Des ressorts ondulés 126a et 126b sont séparés par une rondelle 127 et servent à îS créer une force entre la chambre 105 et la feuille tubulaire

118. En utilisant alternativement des ressorts et des ron-

delles, un espace et une flexibilité désirés peuvent être obtenus. En conséquence, des forces convenables peuvent être obtenues sans se soucier d'avoir des tolérances serrées pour

la longueur de la feuille tubulaire.

A la zone en élévation 125 de la feuille tubulaire

118 est placée une entretoise tubulaire 135. L'entretoise tu-

bulaire comporte un joint torique 137 à sa partie de contact

qui vient buter contre la zone en élévation 125 de la feuil-

le tubulaire. Un joint torique 139 est placé au côté opposé de l'entretoise 135. Un chapeau 128 de fermeture côté tête est prévu pour recouvrir l'extrémité ouverte de la carcasse et y est fixé avec des boulons (non représentés). Un joint torique 130 est placé entre le chapeau 128 et le flasque 104 de sorte que, lorsque le chapeau 128 comportant un orifice de passage de fluide 136 est fixé à la carcasse, une relation étanche au fluide est obtenue. Le joint torique 139 est en contact avec le chapeau 128 d'une manière étanche au

fluide, o la relation d'étanchéité est assurée par les for-

ces exercées sur la feuille tubulaire 118 par les rondelles 126a et 126b. Ces forces assurent également l'étanchéité au

fluide du joint 137 avec la zone en élévation 125 de la feuil-

20.

le tubulaire 118.

Pendant le fonctionnement du dispositif de perméa-

tion 100, un mélange de fluides peut être introduit du côté carcasse du dispositif par l'intermédiaire de l'orifice 114, ou de préférence, par l'intermédiaire de l'orifice 108, le fluide ne traversant pas étant extrait du côté carcasse du

dispositif de perméation par l'intermédiaire de l'autre ori-

fice. Le fluide pénétrant entre par les trous des fibres creuses,traverse la feuille tubulaire 118 et est évacué du

dispositif de perméation par l'orifice 136 du chapeau de fer-

meture 128.

L'entretoise tubulaire 135 sert à positionner la

feuille 118 à l'intérieur de la carcasse. La zone en prolon-

gement de la feuille tubulaire peut par conséquent être

maintenue à une distance de la surface intérieure de la car-

casse 102 suffisante pour tenir compte de tout différentiel de dilatation se produisant entre la carcasse et la feuille tubulaire. L'entretoise 135 entoure seulement la partie

de petit diamètre de la feuille 118, partie qui n'est que lé-

gèrement plus grande que la zone traversée par les fibres creuses. Comme cette partie de la feuille tubulaire aura une dilatation absolue inférieure à celle de sa partie en prolongement,la distance entre l'entretoise et la feuille

tubulaire peut être inférieure à celle qui est nécessaire en-

tre la carcasse et la zone en prolongement. Par conséquent, le positionnement de la feuille tubulaire dans la carcasse est facilité. L'entretoise et la carcasse, si elles sont réalisées en matériau ayant des différentiels de dilatation semblables dans les conditions de fonctionnement peuvent se trouver très près l'une de l'autre. De plus, le joint torique

137 permet un certain mouvement relatif entre la feuille tu-

bulaire et l'entretoise en cas de dilatation différentielle.

En outre, comme le contact entre l'entretoise et la feuille tubulaire est essentiellement réalisé par le joint 137,

l'entretoise tubulaire ne limite pas les dilatations ou con-

tractions de la feuille tubulaire le long de son axe.

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

21. positif de perméation représentée par la référence 200. Le dispositif 200 comprend une carcasse 202 qui a une section circulaire. La carcasse 202 comporte un flasque de tête 204 et un orifice de passage de fluide 208. A l'intérieur de la carcasse 202 se trouve placé un faisceau 216 (qui n'est pas représenté en coupe) composé d'une pluralité de fibres

creuses. Le faisceau a la même forme générale en coupe trans-

versale que l'intérieur de la carcasse. Le faisceau 216 se

termine à la tête par une feuille tubulaire 218 (non repré-

sentée en coupe). Co3e cela est représenté, la feuille tubulaire 218 comporte une zone cylindrique 217 en prolongement, une zone orthogonale en élévation 225,et une partie cylindrique concentrique 219 s'étendant depuis la zone en prolongement jusqu'à la face extrême. L'entretoise tubulaire 235 entoure la feuille tubulaire 218-sur la totalité de sa longueur et

comporte (a) une partie avec un petit trou prévu pour rece-

voir la partie cylindrique concentrique (zone en saillie) 219 de la feuille tubulaire et (b) une partie avec un trou plus

grand prévu pour recevoir la zone 217 de la feuille tubulaire.

Entre la zone en élévation 225 et la zone de contact de l'en-

tretoise 235 se trouve un joint torique 237. Une pluralité

de joints toriques 239 entoure la partie cylindrique concen-

trique 219 et est en contact avec la paroi du trou plus pe-

tit de l'entretoise 235. Les joints toriques 239 assurent l'étanchéité au fluide entre la feuille tubulaire 218 et l'entretoise tubulaire 235. Comme la partie 219 de la feuille

tubulaire a un diamètre qui n'est que très légèrement supé-

rieur à celui du faisceau traversant la feuille tubulaire,les dilatations et les contractions de cette feuille dues aux

conditions de fonctionnement auxquelles le dispositif de per-

méation peut être soumis peuvent ne pas être d'amplitude suf-

fisante pour empêcher l'obtention d'une étanchéité au fluide avec les joints toriques 239. Un joint torique 241 est prévu à l'extrémité de l'entretoise 235 et est prévu pour être en contact avec le chapeau 228 de fermeture de l'extrémité de façon à réaliser l'étanchéité au fluide entre l'entretoise et le chapeau. Un ressort ondulé 226 est prévu à la face côté faisceau de la feuille 218 de façon à maintenir la feuille

218 à l'intérieur de l'entretoise 235, et à amener l'entre-

toise en contact avec le chapeau 228. Un joint 230 est pla-

cé entre le chapeau 228 et le flasque 204 de façon à réali-

ser l'étanchéité au fluide, et le chapeau 228 comporte un orifice 236 pour permettre la communicationde fluide avec

les trous des fibres creuses.

Dans un autre mode de réalisation, si l'entretoi-

se tubulaire 235 et la carcasse 202 ont des caractéristiques de dilatation et de contraction sensiblement identiques dans les environnements auxquels le dispositif de perméation est soumis, le joint torique 241 pourrait en variante entourer

l'entretoise 235 et être en contact avec la surface inté-

rieure de la carcasse 202 de façon à obtenir l'étanchéité

souhaitée au fluide.

La figure 3 représente la partie de tête d'un dispositif de perméation généralement représentée par la référence 300. Le dispositif 300 comprend une carcasse 302 ayant une section transversale circulaire. La carcasse 302

comporte un flasque de tête 304 et un orifice pour le pas-

sage de fluide 308. A l'intérieur de la carcasse 302 est placé un faisceau 316 (qui n'est pas représenté en coupe) composé d'une pluralité de fibres creuses. Le faisceau à la même forme générale en coupe que la carcasse. Le faisceau

316 se termine à l'extrémité côté tête par la feuille tubu-

laire 318 (qui n'est pas représentée en coupe),feuille qui a la forme d'un tronc de cône dont la base la plus grande

constitue la face extrême. Celle-ci forme la zone en prolon-

gement. Une entretoise tubulaire 335 entoure la feuille 318

et comporte une surface intérieure conique qui est pré-

vue pour recevoir la feuille tubulaire. Des joints toriques élastiques 337 et 339 sont placés entre la feuille tubulaire 315 et l'entretoise 335 de façon à positionner la feuille 318 dans l'entretoise 335 et un jeu existe entre la feuille

tubulaire et l'entretoise de façon à tenir compte des dila-

tations différentielles.Les joints 337 et 339 peuvent égale-

ment faciliter l'obtention d'une étanchéité au fluide entre 23. la feuille tubulaire et l'entretoise. Un joint torique 341 est placé entre la face extrême de la feuille 318 et le

chapeau 328 de fermeture de tête de façon à obtenir l'étan-

chéité au fluide, et un joint torique 343 est placé entre le chapeau 328 et l'entretoise 335 et peut former un joint étanche au fluide. Une rondelle ondulée 326 est placée à l'autre extrémité de l'entretoise 335 pour donner une force permettant de maintenir à la fois la feuille tubulaire et l'entretoise tubulaire en contact avec les joints 341 et 343, respectivement, et assurer une butée entre la zone en élévation de la feuille tubulaire et les joints 337 et 339 de l'entretoise 335. Un joint 330 est prévu entre le chapeau 328 et le flasque 304 pour assurer l'étanchéité au fluide. Le chapeau de fermeture de l'extrémité côté tête

comporte également un orifice 336 pour permettre la com-

munication de fluide avec les trous des fibres creuses.

Il peut être tenu compte des dilatations différen-

tielles entre la feuille tubulaire et l'entretoise par la

présence d'un jeu entre ces deux éléments et par l'élasti-

cité des joints toriques 337 et 339. De plus, un mouvement relatif entre la feuille tubulaire et l'entretoise peut se produire dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de la feuille tubulaire (en particulier lorsque cette feuille se contracte davantage que l'entretoise) de façon à maintenir un contact correct avec, par exemple, les joints toriques 337 et 339 et réaliser un joint étanche au fluide. En outre, il peut être tenu compte des dilatations différentielles qui sont parallèles à l'axe de la feuille tubulaire. Dans un autre mode de réalisation, le jeu entre la feuille tubulaire 318 et l'entretoise 335 peut être rempli avec un élastomère qui assure une étanchéité convenable et un écoulement suffisant pour qu'il n'y ait pas formation de

contraintes anormales dues à des dilatations différentiel-

les entre la feuille tubulaire et l'entretoise.

La figure 4 représente la partie de tête du dis-

positif de perméation représenté par la référence 400. Le 24. dispositif de perméation 400 comprend une carcasse 402 qui a une forme en coupe circulaire. La carcasse 402 comporte un flasque de fermeture d'extrémité côté tête 404 et un orifice

408 pour le passage de fluide.Un chapeau 428 de ferme-

ture d'extrémité côté tête est prévu pour fermer l'extrémi- té ouverte de la carcasse 402 et est fixé au flasque 404 par des boulons (non représentés). Un joint 430 est placé entre le chapeau 428 et la carcasse 404 de façon à former un joint étanche au fluide. A l'intérieur-de la carcasse 402 est placé un faisceau 416 (qui n'est pas représenté en coupe) , constitué d'une pluralité de fibres creuses. Le faisceau a

la même forme générale en coupe que l'intérieur de la carcas-

se. Le faisceau 416 se termine à l'extrémité côté tête par

une feuille tubulaire 418 (qui n'est pas représenté en coupe).

Comme cela est représenté, la feuille tubulaire 418 est cylindri-

que, avec un diamètre seulement légèrement supérieur au diamè-

tre du faisceau la traversant, et comporte une pluralité de

saillies 419 formant la zone en prolongement. La zone en pro-

longement s'étend depuis une partie médiane de la feuille tubulaire jusqu'à la face côté faisceau de la feuille et chaque saillie 419 comporte une zone en élévation 425. Une entretoise tubulaire 435 s'étend depuis la zone en élévation de la feuille 418 jusqu'à la face extrême de celle-ci. Une

pluralité des ressorts hélicoidaux 426 sont placés à l'inté-

rieur de l'extrémité de la carcasse 402 et exercent des forces sur les saillies 419 de la feuille 418. Les forces servent à assurer le contact de chacune des zones 425 de la feuille 418 avec la zone de contact de l'entretoise 435. L'autre extrémité de l'entretoise 435 est en contact avec un joint torique 429 placé entre le chapeau 428 et l'entretoise. Des

joints toriques élastiques 427 entourent la feuille tubulai-

re et sont en contact avec la surface intérieure de l'entre-

toise 435 de façon à former un joint étanche au fluide.Les

joints toriques 425 ont une élasticité suffisante pour ab-

sorber toute dilatation ou contraction différentielle qui

peut se produire dans les conditions de fonctionnement aux-

quelles le dispositif de perméation peut être soumis et éga-

25.

lement forment un jeu entre la feuille tubulaire et l'entretoi-

se pour tenir compte des dilatations différentielles. Le

chapeau 428 comporte un conduit 436 pour permettre la commu-

nication de fluide avec les trous des fibres creuses.

* Dans le mode de réalisation décrit en figure 4,

la feuille tubulaire est placée à l'extérieur de la carcasse.

Dans ce dispositif, la feuille peut s'étendre au moins en partie à l'intérieur de la carcasse ousi on le souhaite,

elle peut se trouver à l'extérieur de la carcasse à son ex-

trémité ouverte. Lorsque la feuille tubulaire doit être placée au moins partiellement à l'intérieur de la carcasse,

et que cette partie n'est pas entourée par une entretoise tu-

bulaire, on préfère que ses dimensions en coupe soient suf-

fisamment inférieures aux dimensions en coupe de la carcasse

pour qu'elle puisse être positionnée par coulissement à l'in-

térieur de la carcasse.

Comme la;feuille tubulaire n'a qu'un diamètre légèrement supérieur à celui du faisceau de fibres creuses traversant la feuille tubulaire, la valeur des dilatations ou des contractions de la feuille se trouve minimisée. Comme

les saillies 419 sont d'un faible volume, l'effet des dila-

tations différentielles entre la saillie et le reste de la

feuille peut être toléré.

La présente inventionest particulièrement utile

dans les dispositifs de perméation. Les dispositifs de perméa-

tion peuvent être de n'importe quelle réalisation effectuant la séparation des fluides;ils peuvent être à une extrémité

ou à deux extrémités. Un dispositif de perméation à une seu-

le extrémité comporte une feuille tubulaire à cette extrémité

(comme dans le cas du dispositif de la figure 1), et une ex-

trémité ou les deux extrémités des tubes (généralement appe-

lés fibres creuses dans l'art des dispositifs de perméation)

sont enfermées dans la feuille tubulaire. Lorsqu'une extrémi-

té de chaque fibre creuse est seulement enfermée dans la feuille tubulaire l'autre extrémité doit être bouchée ou bien fermée d'une autre manière.Dans un dispositif de perméation à deux extrémités, une feuille tubulaire est prévue à chaque 26. extrémité de la carcasse et des fibres creuses peuvent

s'étendre d'une feuille tubulaire à l'autre feuille tubulai-

re, ou bien les dispositifs de perméation peuvent contenir au moins deux faisceaux distincts de fibres creuses o au moins un faisceau s'étend seulement dans une feuille tu- bulaire. Le dispositif de perméation peut être utilisé de n'importe quelle manière, par exemple le mélange de

fluidespeut être introduit dans la carcasse et être initiale-

ment en contact avec le côté carcasse des fibres creuses ou

beien il peut être introduit dans les trous des fibres creu-

ses. La circulation du fluide du côté carcasse des fibres

creuses peut être principalement transversale à l'orienta-

tion longitudinale des fibres creuses ou peut être axiale

à l'orientation des fibres. Lorsque le débit du côté carcas-

se des fibres creuses est axial,il peut être généralement concourant ou à contre-courant du débit dans les trous des

fibres creuses.

Les membranes à fibres creuses peuvent être fabri-

quées à partir de n'importe quel matériau synthétique ou na-

turel approprié, permettant la séparation de fluides ou le

support de matériaux qui effectuent la séparation des fluides.

La sélection du matériau pour la fibre creuse peut être basée sur sa résistance à la chaleur, sa résistance aux

substances chimiques et/ou la résistance mécanique de la fi-

bre creuse, ainsi que sur d'autres facteurs dictés- par la séparation envisagée pour laquelle il sera utilisé et les conditions de fonctionnement auxquelles il sera soumis. Le matériau entrant dans la réalisation des fibres creuses peut être minéral, organique ou être un mélange de matériaux

minéraux et organiques. Parmi les matériaux minéraux typi-

ques, on peut citer les verres, les céramiques, les cermets,

les métaux et analogues. Les métaux organiques sont en gé-

néral des polymères.

Les dimensions en coupe des tubes utilisés dans les dispositifs de la présente invention peuvent être choisies dans une vaste plage; cependant, le tube doit avoir 27.

une épaisseur de paroi suffisante pour assurer une résis-

tance mécanique adéquate, et le trou doit être suffisam-

ment large pour qu'il n'y ait pas une chute de pression ex-

cessive des fluides traversant le trou. Fréquemment, les tu-

bes présentent une certaine souplesse sur leur longueur de façon à

tenir compte des dilatations ou des contractions qui peu-

vent se produire dans les conditions de fonctionnement at-

tendues. En particulier avec les membranes à fibres creuses,

le diamètre extérieur de la fibre creuse est d'au moins en-

viron 20, disons d'au moins environ 30 microns, et des fi-

bres de diamètre extérieur identique ou différent peuvent

être contenues dans un faisceau. Souvent, le diamètre exté-

rieur des membranes à fibres creuses ne dépasse pas envi-

ron 800 ou 1.000 microns, étant donné que des fibres creu-

ses d'un diamètre aussi grand peuvent donner une surface de fibre par unité de volume du dispositif de perméation moins souhaitable. Cependant, avec des dispositifs autres que les dispositifs de perméation, des tubes d'un diamètre plus grand.par exemple, d'un diamètre atteignant 2'ou plus

centimètres peuvent s'avérés particulièrement souhaitables.

De préférence, le diamètre extérieur des membranes à fibres

creuses est compris entre environ 50 et 800 microns. En gé-

néral, l'épaisseur de paroi des fibres creuses est d'au moins environ 5 microns, et dans certaines fibres creuses, elle peut atteindre environ 200 ou 300 microns, disons, être

comprise entre environ 50 et 200 microns. Dans le cas des f i-

bres creuses fabriquées à partir de matériaux ayant une résis-

tance mécanique moins grande, il peut être nécessaire d'uti-

liser des diamètres et des épaisseurs de paroi plus grands pour les fibres de façon à conférer une résistance mécanique suffisante à la fibre. Les parois des fibres creuses peuvent

être essentiellement massives ou contenir un volume impor-

tant de vides. Lorsqu'on souhaite avoir des vides, la densité de la fibre creuse peut être essentiellement la même sur la

totalité de l'épaisseur de sa paroi, c'est-à-dire que la fi-

bre creuse est isotropeou la fibre creuse peut être caracté-

risée en ce qu'elle comporte au moins une zone relativement 28.

dense à l'intérieur de son épaisseur de paroi agissant en bar-

rière au débit de fluide, c'est-à-dire que la fibre est anisotrope. Généralement, les carcasses de dispositifs de perméation ont une forme en coupe circulaire par suite des

facilités d'approvisionnement, de la commodité de manipula-

tion et de la résistance mécanique; cependant, des carcasses

ayant une autre forme en coupe, par exemple une forme rectan-

gulaire,peuvent très bien convenir dans de nombreux disposi-

tifs de perméation. Souvent, la cote principale en coupe

des carcasses est d'au moins environ 0,02 mètre, ou de préfé-

rence d'au moins environ 0,05 mètre,disons jusqu'à au iiins l,ou 2 mètres ou plus. La longueur de la carcasse contenant les fibres creuses est fréquemment d'au moins environ 0,2 ou 0,3 mètre, disons d'au moins environ 0,5 mètre, et peut atteindre jusqu'à 10 mètres ou plus. Pour des dispositifs autres que des dispositifs de perméation, des diamètres de carcasse supérieurs à 1 mètre peuvent être utiles et la longueur de la

carcasse peut être comprise entre environ 0,5 et 10 mètres.

Les fibres creuses sont généralementdisposées en parallèle dans la carcasse sous forme d'un ou de plusieurs faisceaux. En général, au moins environ 10.000 et souvent un nombre plus grand, par exemple un nombre pouvant atteindre

1 million ou plusde fibres creuses sont contenuesdans un dis-

positif de perméation. Les fibres du faisceau, par exemple, peuvent être relativement-rectilignes, ou être enroulées en spirale comme cela est décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique no 3.422.008 au nom de McLain. Dans de nombreux cas, un seul faisceau de fibres creuses est utilisé dans un dispositif de perméation et au moins une extrémité des fibres

creuses du faisceau est enfermée dans une feuille tubulaire.

L'extrémité opposée des fibres creuses peut être retournée, c'est-à-dire que le faisceau a généralement la forme d'un U, et enfermée dans la même feuille tubulaire, ou l'extrémité opposée des fibres creuses peut être bouchée ou enfermée dans une autre feuille tubulaire. Lorsque les fibres creuses du

faisceau ont la forme d'un U, les extrémités peuvent être seg-

29.

mentées de façon que des zones différentes de la feuille con-

tiennent chaque extrémité des fibres creuses. Chacune de ces zones d'une feuille tubulaire peut être maintenue dans une relation essentiellement imperméable au fluide, de sorte que la communication fluide entre les zones ne peut être ef- fectuée que par passage du fluide à travers les trous des

fibres creuses.

Dans des dispositifs autres que des dispositifs de perméation, par exemple dans les échangeurs de chaleur, des dispositifs à deux extrémités (c'est-à-dire ayant une feuille tubulaire à chaque extrémité du faisceau) sont le plus fréquemment rencontrés. Comme des tubes de plus grand diamètre peuvent être utilisés de façon que des chutes de pression anormales ne se produisent pas pendant la traversée des trous des tubes par les fluides, un nombre moins grand

de tubes sont souvent contenus dans un dispositif. Fréquem-

ment, ces dispositifs peuvent contenir environ 500 à 50.000 tubes.

La présente Jwvention n'est pas limitée aux exem-

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

qui apparaîtront à l'homme de l'art.

30.

Claims (19)

REVENDICATIONS

1 - Dispositif comprenant une carcasse tubulaire allongée, ayant au moins une extrémité ouverte; un chapeau de fermeture d'extrémité essentiellement imperméable au fluide, fixé à l'extrémité ouverte et recouvrant la carcasse tubulaire allongée; ce chapeau ayant au moins un orifice pour le

passage de fluide; une pluralité de tubes qui sont générale-

ment parallèles et s'étendent longitudinalement de façon à

former au moins un faisceau dans la carcasse tubulaire al-

longée; et une feuille tubulaire rigide, essentiellement im-*

perméable au fluide, dans laquelle les tubes dudit fais-

ceau sont enfermés de manière essentiellement étanche au fluide de sorte que les trous des tubes assurent le

cassage dans la feuille tubulaire ou cette feuille com-

porte une face extrême, une face opposée côté faisceau à par-

tir de laquelle ledit faisceau s'étend dans la feuille tubulaire et une surface latérale s'étendant entre les faces, caractérisé en ce que:

(a) la feuille tubulaire comporte une zone en pro-

longement qui s'étend sur une partie de la surface latérale de la feuille tubulaire,et au moins la face extrême ou la face côté faisceau a au moins une dimension en coupe plus petite que la dimension en coupe correspondante de la zone en prolongement;

(b) ladite dimension en coupe de la zone en prolon-

gement est supérieure à la dimension en coupe corres-

pondante du reste de la feuille tubulaire; (c) la feuille tubulaire a au moins une zone en

élévation sur sa surface latérale, zone qui est in-

termédiaire entre la zone en prolongement et une face plus petite, o, sur la zone en élévation, au moins une dimension en coupe de la feuille tubulaire augmente;

(d) une entretoise tubulaire rigide entourant sensi-

blement la surface latérale de la feuille tubulaire sur au moins une partie de la distance séparant les faces et butant au moins contre une zone en élévation 31. de la feuille tubulaire, o cette entretoise définit

une ouverture prévue pour recevoir la feuille tubulai-

re sur au moins une partie de la distance entre les faces et positionner la feuille tubulaire à l'intérieur de l'entretoise, l'ouverture ayant une section-qui est

suffisamment grande pour former un espace entre l'en-

tretoise et la feuille tubulaire de façon à tenir comp-

te des dilatations différentielles entre l'entretoise et la feuille tubulaire; et (e) un moyen d'étanchéité est placé entre (1) au moins la feuille tubulaire et l'entretoise et (2) au moins

le chapeau de fermeture d'extrémité et la carcasse tu-

bulaire, de sorte que les ouvertures des tubes s'éten-

dant jusqu'à la face extrême de la feuille tubulaire

sont en relation étanche au fluide par rapport à l'exté-

rieur des tubes s'étendant à partir de la face côté

faisceau de la feuille tubulaire.

2 - Dispositif selon la revendication l,caracté-

risé en ce que la feuille tubulaire est en relation étanche au

fluide avec l'entretoise tubulaire.

3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou

2,.caractérisé en ce qu'un organe élastique est placé entre la feuille tubulaire et l'entretoise tubulaire de façon à assurer

une relation étanche au fluide.

4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 à

3, caractérisé en ce que les dimensions périphériques de la face la plus petite de la feuille tubulaire sont seulement

légèrement supérieures aux dimensions périphériques du fai-

sceau à l'intérieur de la feuille tubulaire.

5 - Dispositif selon la revendication 4, caracté-

risé en ce que la différence entre le périmètre de la face la plus petite et le périmètre du faisceau est inférieure

à environ 5 centimètres.

6 - Dispositif selon l'une des revendications 1

à 5, caractérisé en ce que la zone en prolongement a au moins

une dimension en coupe- qui est d'au moins 1 centimètre supé-

rieure à la dimension en coupe correspondante de la face la 32.

plus petite.

7 - Dispositif selon l'une des revendications 1

à 6, caractérisé en ce que la zone en élévation est continue

autour de la périphérie de la feuille tubulaire.

8 - Dispositif selon l'une des revendications

1 à 6, caractérisé en ce que la zone en élévation est discon-

tinue autour de la périphérie de la feuille tubulaire.

9 - Dispositif selon l'une des revendications 1

à 8, caractérisé en ce que la zone en élévation est sensible-

ment perpendiculaire à l'axe de la feuille tubulaire.

- Dispositif selon l'une des revendications

1 à 8, caractérisé en ce que la zone en élévation est incli-

née par rapport à l'axe de la feuille tubulaire.

11 - Dispositif selon la revendication l0,carac-

térisé en ce que la zone en élévation s'étend d'une face à

l'autre face de la feuille tubulaire.

12 - Dispositif selon l'une des revendications

1 à 11, caractérisé en ce que la face côté faisceau est la

face la plus petite.

13 - Dispositif selon l'une des revendications

1 à 12,c aractérisé en ce que l'entretoise tubulaire s'étend à partir de ladite zone en élévation vers la face la

plus petite.

14 - Dispositif selon l'une des revendications 1

à 13, caractérisé en ce que l'entretoise tubulaire s'étend

jusqu'au chapeau de fermeture d'extrémité.

- Dispositif selon la revendication 14,carac-

térisé en ce que l'entretoise tubulaire et le chapeau de fer-

meture d'extrémité sont en liaison étanche au fluide.

16 - Dispositif selon l'une des revendications 1

à 15, caractérisé en ce que la zone en élévation de la feuil-

le tubulaire est en contact mobile avec l'entretoise tubu-

laire.

17 - Dispositif selon l'une des revendications

1 à 16, caractérisé en ce que le matériau de la feuille

tubulaire présente des dilatations et des contractions supé-

rieures à celles de l'entretoise tubulaire.

33.

18 - Dispositif selon l'une des revendications

1 à 17, caractérisé en ce que la face la plus petite a une surface en coupe plus petite que la surface en coupe de

la zone en prolongement.

19 - Dispositif selon l'une des revendications 1

à 18, caractérisé en ce que les dimensions en coupe de la

feuille tubulaire atteignent les dimensions en coupe cor-

respondantes de la zone en prolongement.

- Dispositif selon l'une des revendications

1 à 19, caractérisé en ce que l'entretoise tubulaire forme

une même unité.

21 - Dispositif selon l'une des revendications

1 à 20, caractérisé en ce que le matériau de la feuille tubu-

laire a une dureté Shore A d'au moins environ 70.

22 - Dispositif selon l'une des revendications 1

à 21, caractérisé en ce qu'un dispositif de perméation et

les tubes sont des membranes à fibres creuses.